Сетчатая пена: уникальный материал с широкими возможностями применения
Сетчатая пена — это особый вид пористой твердой пены, обладающий низкой плотностью. Название «сетчатая» указывает на ее уникальную структуру, напоминающую сеть. В отличие от обычных пенопластов, которые состоят из закрытых пузырьков, сетчатая пена характеризуется открытой ячеистой структурой. Это означает, что в ней практически отсутствуют неповрежденные пузырьки, и остаются лишь линейные границы, образующие своеобразные «плато» между ячейками.
Состав сетчатой пены может варьироваться. В качестве основного компонента могут использоваться органические полимеры, такие как полиуретан, а также керамика или металл. Эти материалы находят применение в самых различных областях, где требуется высокая пористость и большая площадь поверхности. Например, сетчатая пена используется в фильтрах, катализаторных подложках, вставках для топливных баков и даже в акустических системах.
Структура и свойства сетчатой пены
Структура сетчатой пены все еще активно исследуется. Хотя основные принципы, описывающие форму мыльных пленок в пенах, были разработаны еще в 19 веке, математическое описание ее структуры продолжает оставаться предметом обсуждения. Одним из последних достижений в этой области является компьютерная модель, известная как структура Уайера-Фелана. В сетчатой пене остаются только ребра многогранников, в то время как грани практически отсутствуют. В процессе производства сетчатой пены удаляется до 98% граней, что делает ее уникальной.
Интересно, что в качестве базовой единицы для описания структуры сетчатой пены иногда используется додекаэдр, однако наиболее распространенной формой является многогранник с 13 гранями. Размер ячеек и их распределение играют критическую роль в большинстве применений. Обычно пористость сетчатой пены составляет около 95%, но в некоторых случаях может достигать 98%. Степень сетчатости влияет на физические свойства материала: например, сопротивление сжатию уменьшается, в то время как такие характеристики, как удлинение и сопротивление разрыву, увеличиваются.
Производственные технологии
Первый процесс производства сетчатого пенополиуретана был разработан Робертом А. Волцем в 1956 году, когда он работал в компании Scott Paper. Этот процесс включает два этапа. Сначала создается обычный пенополиуретан с закрытыми порами, а затем удаляются грани ячеек. Это достигается благодаря тому, что большая площадь поверхности и меньшая масса граней делают их более подверженными горению и химическому разложению.
В процессе производства пенопласта с закрытыми порами его наполняют горючим газом, например водородом, и поджигают в контролируемых условиях. Альтернативный метод включает обработку раствором гидроксида натрия, что приводит к химическому разложению пены и удалению окон ячеек, сохраняя при этом края.
Сетчатые керамические пенопласты изготавливаются путем покрытия сетчатого пенополиуретана водной суспензией керамического порошка. Затем материал нагревается, что приводит к испарению воды, сплавлению керамических частиц и сжиганию органического полимера.
Сетчатая металлическая пена также может быть создана с использованием пенополиуретана в качестве шаблона. В этом случае металлы осаждаются в паровой фазе на пенополиуретан, после чего органический полимер сгорает, оставляя