Πολλές Κενοσφαιρες, Πολλές Εφαρμογές

Αν και μπορεί να μην το γνωρίζετε, ο σύγχρονος κόσμος έχει πολλούς λόγους να είναι ευγνώμων για τις κενόσφαιρες.

Λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν την ύπαρξή τους, ακόμη λιγότεροι γνωρίζουν από πού προέρχονται. Αν και μια γρήγορη ματιά στη Wikipedia, την πηγή όλων των πηγών, θα ενημερώσει τους απληροφόρητους ότι «Μια κενόσφαιρα είναι μια ελαφριά, αδρανής, κοίλη σφαίρα κατασκευασμένη σε μεγάλο βαθμό από πυρίτιο και αλουμίνα και γεμισμένη με αέρα ή αδρανές αέριο, που συνήθως παράγεται ως υποπροϊόν της καύσης άνθρακα σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Το χρώμα των κενόσφαιρων ποικίλλει από γκρι έως σχεδόν λευκό και η πυκνότητά τους είναι περίπου 0,4-0,8 g/cm3 (0,014-0,029 lb/cu in), γεγονός που τους δίνει μεγάλη άνωση».

Ωστόσο, αυτό δεν περιγράφει την πραγματική ομορφιά αυτών των μικροσκοπικών, αλλά ισχυρών, σφαιρών ιπτάμενης τέφρας. Διότι η πραγματική τους δύναμη έγκειται στην ποικιλομορφία της χρήσης τους. Όπως αναφέρει το γαλλικό βιομηχανικό περιοδικό Industrie & Technologies, «Λόγω της χαμηλής πυκνότητας, του μικρού μεγέθους, του σφαιρικού σχήματος, της μηχανικής αντοχής, της υψηλής θερμοκρασίας τήξης, της χημικής αδράνειας, των μονωτικών ιδιοτήτων και του χαμηλού πορώδους, οι μικροσφαίρες [γνωστές και ως κενόσφαιρες] βρίσκουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη βιομηχανία. Συγκεκριμένα, [είναι ιδανικές] για την ενίσχυση υλικών ή την προσδόκιμη ιδιοτήτων αντοχής στη διάβρωση ή θερμομόνωσης και ηχομόνωσης σε επιστρώσεις ή χρώματα. Μπορούν να περιγραφούν ως πολυλειτουργικά πληρωτικά και ενσωματώνονται καλά σε ρητίνες και συνδετικά υλικά όπως θερμοπλαστικά και θερμοσκληρυνόμενα».

Κενοσφαιρίδια σε χρώματα και επιστρώσεις

Υπάρχουν πολλές χρήσεις για τις κενόσφαιρες στη βιομηχανία χρωμάτων και βιομηχανικών επιστρώσεων, λόγω των πρόσθετων ιδιοτήτων που παρέχουν. Για παράδειγμα, οι κενόσφαιρες χρησιμοποιούνται συχνά σε επιστρώσεις για τον έλεγχο της υπέρυθρης ακτινοβολίας, δίνοντας σε αυτές τις επιστρώσεις ένα πλεονέκτημα έναντι εκείνων που απλώς προσπαθούν να περιορίσουν τη θερμική αγωγιμότητα.

Εν τω μεταξύ, οι ειδικοί στις επιστρώσεις της Petra Buildcare Products εξηγούν πώς οι κενόσφαιρες «... βελτιώνουν την ποιότητα του χρώματος βελτιώνοντας τον όγκο και την πυκνότητα του προϊόντος. Μετά την εφαρμογή στον τοίχο, οι κεραμικές χάντρες τείνουν να συρρικνώνονται, δημιουργώντας έτσι μια σφιχτά συσκευασμένη μεμβράνη στον τοίχο».

Κενοσφαιρών σε Συντακτικούς Αφρούς

Οι κενόσφαιρες χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή «συνθετικών αφρών». Πρόκειται για εξειδικευμένα στερεά που χρησιμοποιούν κενόσφαιρες ως πληρωτικό υλικό για να παρέχουν πολλά πλεονεκτήματα, από χαμηλότερο κόστος έως πρόσθετη αντοχή, ηχομόνωση, άνωση και θερμική προστασία.

Οι ειδικοί της Engineered Syntactic Systems περιγράφουν τον συντακτικό αφρό ως εξής:

«Το «συντακτικό» τμήμα αναφέρεται στην οργανωμένη δομή που παρέχουν οι κοίλες σφαίρες. Ο όρος «αφρός» σχετίζεται με την κυψελοειδή φύση του υλικού. Χάρη στις μοναδικές του ιδιότητες υψηλής αντοχής σε χαμηλή πυκνότητα, ο συντακτικός αφρός έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε εφαρμογές υποθαλάσσιας πλευστότητας. Τα συντακτικά υλικά είναι ανθεκτικά στη συνδυασμένη επίδραση της υδροστατικής πίεσης και της μακροχρόνιας έκθεσης, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για ωκεανογραφικά έργα, όπως πλωτήρες με καλώδιο και σκληρή μπάλα και υποστήριξη οργάνων. Παρέχουν επίσης αντοχή και δομική ακεραιότητα σε σημαντικά χαμηλότερο βάρος ανά όγκο από τα περισσότερα παραδοσιακά υλικά, γεγονός που τα καθιστά ελκυστική επιλογή σε πολλές εφαρμογές άμυνας και πολιτικού μηχανικού.»

Κενοσφαιρών σε γεωτρήσεις πετρελαίου

Για να αποδείξετε την άγνωστη σημασία των κενοσφαίρων, δεν χρειάζεται να ψάξετε παραπέρα, πέρα ​​από τον ζωτικό ρόλο που διαδραματίζουν στη βιομηχανία πετρελαίου. Ενώ όλοι γνωρίζουν τη σημασία του πετρελαίου στον σύγχρονο κόσμο, είναι λίγο γνωστό το γεγονός ότι οι κενόσφαίρες, όπως αναφέρει το γαλλικό βιομηχανικό περιοδικό Industrie & Technologies, «...χρησιμοποιούνται εδώ και αρκετά χρόνια στον τομέα των γεωτρήσεων πετρελαίου για τη μείωση της πυκνότητας μιας πάστας τσιμέντου πετρελαίου χωρίς να αυξάνεται η περιεκτικότητα σε νερό».

Κενοσφαιρίδια σε Πλαστικά και Πολυμερή

Οι κενόσφαιρες χρησιμοποιούνται επίσης στην κατασκευή πλαστικών και πολυμερών, καθώς το αναδιαμορφώσιμο σχήμα ή η αντοχή τους βοηθά στην αποφυγή συρρίκνωσης στα θερμοπλαστικά και τα θερμοσκληρυνόμενα πλαστικά.

Χρησιμοποιούνται επίσης σε σύγχρονα σύνθετα υλικά στην αυτοκινητοβιομηχανία. Για παράδειγμα, το Chevrolet Corvette του 2016 περιέχει μια «ένωση χύτευσης φύλλων στην οποία οι γυάλινες μικροσφαίρες αντικαθιστούν το υλικό πλήρωσης ανθρακικού ασβεστίου και μειώνουν 9 κιλά από το βάρος του μοντέλου Stingray Coupe του σπορ αυτοκινήτου». Ο Αντιπρόεδρος του κατασκευαστή, Continental Structural Plastics Inc., Probir Guha, εξηγεί τον λόγο για την συμπερίληψη των κενοσφαιρών στο σύνθετο υλικό, λέγοντας ότι «ο τυπικός τύπος SMC για αυτόν τον τύπο εφαρμογής σε οχήματα περιλαμβάνει 20% κατ' όγκο ενίσχυση από ίνες γυαλιού, 35% ρητίνη και 45% υλικό πλήρωσης, συνήθως ανθρακικό ασβέστιο», προσθέτοντας ότι «Αυτό το νέο SMC [ένωση χύτευσης φύλλων] είναι ανταγωνιστικό από άποψη κόστους με το αλουμίνιο».

Κενοσφαιρών σε σκυρόδεμα

Για χρόνια, οι κενόσφαιρες αποτελούν ένα χρήσιμο πρόσθετο στο σκυρόδεμα, παρέχοντας πρόσθετη αντοχή ή/και ηχομόνωση, μειώνοντας παράλληλα την πυκνότητα. Ο Jeff Girard, Πρόεδρος του Ινστιτούτου Επιφανειών Σκυροδέματος, εξηγεί αυτά τα πλεονεκτήματα, λέγοντας: «Θεωρητικά, οι κενόσφαιρες μπορούν να αντικαταστήσουν μέρος της άμμου κανονικού βάρους που χρησιμοποιείται στο σκυρόδεμα. Οι κενόσφαιρες έχουν πυκνότητα μικρότερη από αυτή του νερού (κατά μέσο όρο 0,7 έναντι 1,0 του νερού). Τα σωματίδια χαλαζιακής άμμου έχουν συνήθως πυκνότητα περίπου 2,65. Αυτό σημαίνει ότι 1 λίβρα κενόσφαιρων καταλαμβάνει τον ίδιο απόλυτο όγκο με περίπου 3,8 λίβρες άμμου».

Το Industrie & Technologies περιγράφει επίσης τη χρήση των κενοσφαίρων ως μέσο μείωσης της ηχορύπανσης, δηλώνοντας ότι «[Οι κενοσφαίρες χρησιμοποιούνται] σε δομικά υλικά για την ελάφρυνση του σκυροδέματος, διατηρώντας παράλληλα αντοχή σε θλίψη 30 MPa σε πυκνότητα 1,6 T/m3, βελτιώνοντας τη στεγανότητά τους και μειώνοντας τη μετάδοση του ήχου. Για παράδειγμα, το Επιστημονικό και Τεχνικό Κέντρο Εφαρμοσμένων Νανοτεχνολογιών της Αγίας Πετρούπολης (STCAN) ασχολείται με την κατασκευή γεφυρών με τέτοια σκυροδέματα στη Ρωσία, [για πιο ήσυχη επιφάνεια οδοστρώματος]. Οι κενοσφαίρες χρησιμοποιούνται επίσης για τη βελτίωση των θερμομονωτικών και ηχομονωτικών ιδιοτήτων των σοβάδων, των κονιαμάτων και των επιχρισμάτων, που χρησιμοποιούνται για τοίχους, δάπεδα και οροφές. Η προσθήκη κενοσφαίρων κατά 40% μειώνει στο μισό τον συντελεστή μετάδοσης θορύβου».

Κενοσφαιρές στα Φαρμακευτικά Προϊόντα

Οι κενόσφαιρες χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική βιομηχανία εδώ και πολλά χρόνια, καθώς οι μικρές μπάλες μπορούν να λειτουργήσουν ως σχεδόν τέλεια συσκευή μεταφοράς όταν επικαλύπτονται με φάρμακα. Επιπλέον, όπως σημειώνει το γαλλικό βιομηχανικό περιοδικό Industrie & Technologies, «Οι κενόσφαιρες που καλύπτονται με οξείδιο του αργύρου μπορούν, για παράδειγμα, να ενσωματωθούν σε επιδέσμους προκειμένου να επιταχυνθεί η επούλωση τραυμάτων».

Κενόσφαιρες σε Προηγμένες Βιομηχανίες

Διεξάγεται μεγάλη έρευνα για την ανακάλυψη νέων χρήσεων για αυτό το ευέλικτο υποπροϊόν. Για παράδειγμα, αναπτύσσονται νέοι καταλύτες για τη διαδικασία οξείδωσης μεθανίου χρησιμοποιώντας μαγνητικές κενοσφαίρες.

Οι κενόσφαιρες χρησιμοποιούνται επίσης στην ανάπτυξη σύνθετων υλικών μεταλλικής μήτρας (MMC), μιας ποικιλίας υλικών που επιχειρούν να συνδυάσουν την υψηλή απορρόφηση ενέργειας, την αντοχή στην κρούση και τη χαμηλή πυκνότητα των σφαιρών με τις ιδιότητες άλλων ουσιών. Άλλοι, όπως ο Paul Biju-Duval του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Τζόρτζια με έδρα την Ατλάντα, έχουν εργαστεί σκληρά στην ανάπτυξη δομικών υλικών χωρίς τσιμέντο. Το έργο του συνεχίζεται, προσθέτοντας σε ένα μείγμα κενόσφαιρας, στοιχεία όπως το μπαμπού και οι μεταλλικοί σωλήνες ως μέσο για την εύρεση εναλλακτικών, φθηνότερων, ισχυρότερων και πιο φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων κατασκευής.

Εν τω μεταξύ, το Ινστιτούτο Χημείας και Χημικής Τεχνολογίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στο Κρασνογιάρσκ μελετά τρόπους με τους οποίους οι κενόσφαιρες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε καταλυτικούς μετασχηματισμούς. Ενώ η BAE Systems προσπαθεί να χρησιμοποιήσει κενόσφαιρες σε χρώματα ως μέσο για την υποστήριξη της αορατότητας στο υπέρυθρο φάσμα, επιτρέποντας έτσι στα στρατιωτικά σκάφη να έχουν «μανδύες αορατότητας».

Με τόσο ευρύ φάσμα χρήσεων και ένα ακόμη ευρύτερο φάσμα πιθανών χρήσεων, δεν είναι περίεργο που το ενδιαφέρον για τις κενόσφαιρες αυξάνεται. Όσο οι κατασκευαστές προϊόντων αναζητούν ελαφριά πληρωτικά, βελτιωμένα συστήματα χορήγησης φαρμάκων, βελτιωμένες επιστρώσεις, υποκατάστατα τσιμέντου και σύνθετα πρόσθετα, τότε θα υπάρχει ανάγκη για κενόσφαιρες. Επιπλέον, με την αυξημένη έρευνα για νέες χρήσεις αυτών των ευέλικτων σφαιρών, μόνο ο χρόνος θα δείξει πού βρίσκεται το μέλλον των κενόσφαιρων.