ມາດຕະຖານຄຸນນະພາບສູງ - ວິທີການເຮັດໃຫ້ເບົາລົງແລະການປ້ອງກັນຄວາມຮ້ອນ

ມາດຕະຖານຂອງເມັດຈຸລິນທີ່ຂະຫຍາຍຕົວແມ່ນປະຕິວັດການນຳໃຊ້ໃນການຈັດການຄວາມຮ້ອນ ໂດຍຄວາມສາມາດໃນການກັ້ນຄວາມຮ້ອນທີ່ເປີດເຜີຍອອກມາຢ່າງເດັ່ນຊັດ ເຊິ່ງເກີນກວ່າວັດສະດຸດັ້ງເດີມຢ່າງຫຼາຍ. ລັກສະນະເຊລູລາທີ່ເປັນເອກະລັກສະເພາະສ້າງເປັນບ່ອນເກັບອາກາດຈຳນວນຫຼາຍທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນການຂັດຂວາງເສັ້ນທາງຂອງການນຳຄວາມຮ້ອນ ເຮັດໃຫ້ຄ່າການນຳຄວາມຮ້ອນຕ່ຳເຖິງ 0.04 W/mK ໃຕ້ເງື່ອນໄຂການທົດສອບທົ່ວໄປ. ຄວາມສາມາດໃນການຈັດການຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດນີ້ສົ່ງຜົນໂດຍກົງຕໍ່ການປະຢັດພະລັງງານໃນການກໍ່ສ້າງ, ເຊິ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການເຮັດຄວາມຮ້ອນ ແລະ ເຢັນລົງ 15-25% ເມື່ອທຽບກັບວັດສະດຸກັ້ນຄວາມຮ້ອນທົ່ວໄປ. ມາດຕະຖານຂອງເມັດຈຸລິນທີ່ຂະຫຍາຍຕົວຮັກສາຄຸນສົມບັດການກັ້ນຄວາມຮ້ອນໄວ້ໄດ້ໃນຂອບເຂດອຸນຫະພູມທີ່ກວ້າງຂວາງ, ຈາກ -40°C ຫາ 180°C, ເພື່ອຮັບປະກັນການປະຕິບັດທີ່ສົມໆເທົ່າກັນໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ. ລັກສະນະເຊລູລາທີ່ປິດຢູ່ຈະປ້ອງກັນການຖ່າຍໂອນຄວາມຮ້ອນແບບການເຄື່ອນທີ່ຂອງອາກາດ (convection), ໃນຂະນະທີ່ປະກອບດ້ວຍຄວາມໜາແໜ້ນຕ່ຳຈະຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍຄວາມຮ້ອນແບບການນຳ (conduction) ໃຫ້ຕ່ຳທີ່ສຸດ, ເຮັດໃຫ້ເກີດການປ້ອງກັນຄວາມຮ້ອນທີ່ເຮັດວຽກໄດ້ທັງສອງທາງ ເຊິ່ງດີເລີດກວ່າວັດສະດຸກັ້ນຄວາມຮ້ອນທີ່ເຮັດວຽກດ້ວຍເຄື່ອງຈັກດຽວ. ໃນການນຳໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳລົດຍົນ, ມາດຕະຖານຂອງເມັດຈຸລິນທີ່ຂະຫຍາຍຕົວຈະຫຼຸດການປ່ຽນແປງອຸນຫະພູມພາຍໃນລົດ, ເຮັດໃຫ້ຜູ້ໂດຍສານຮູ້ສຶກສະບາຍຂຶ້ນ ແລະ ຫຼຸດການບໍລິໂພກພະລັງງານຂອງເຄື່ອງປັບອາກາດ. ຄວາມສະຖຽນຂອງຄວາມຮ້ອນຊ່ວຍປ້ອງກັນການເສື່ອມສະພາບໃນອຸນຫະພູມສູງ, ເພື່ອຮັກສາປະສິດທິພາບໃນການກັ້ນຄວາມຮ້ອນໄວ້ຕະຫຼອດວົງຈອນຊີວິດຂອງຜະລິດຕະພັນໂດຍບໍ່ມີການຫຼຸດທ້າວຂອງປະສິດທິພາບ. ການຜະລິດຈະໄດ້ຮັບປະໂຫຍດຈາກການຫຼຸດຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານໃນຂະຫນານການແຫ້ງ ແລະ ການເຮັດໃຫ້ແຫ້ງ (curing) ເມື່ອມີການເພີ່ມເມັດຈຸລິນທີ່ຂະຫຍາຍຕົວເຂົ້າໄປໃນວັດສະດຸປະສົມ. ຄຸນສົມບັດຄວາມຮ້ອນທີ່ສົມ່ຳເທົ່າກັນຊ່ວຍໃຫ້ຄວາມຄຸມຄຸມອຸນຫະພູມທີ່ແນ່ນອນໃນການນຳໃຊ້ທີ່ອ່ອນໄຫວເຊັ່ນ: ການປະກອບເຄື່ອງໄຟຟ້າ ແລະ ສ່ວນປະກອບຂອງຍານອາວະກາດ ໂດຍທີ່ການຈັດການຄວາມຮ້ອນເປັນສິ່ງທີ່ສຳຄັນຫຼາຍ. ມາດຕະຖານຂອງເມັດຈຸລິນທີ່ຂະຫຍາຍຕົວໃຫ້ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການເปลີ່ນແປງຄວາມຮ້ອນຢ່າງທັນທີ (thermal shock resistance), ເພື່ອປ້ອງກັນການແ cracks ແລະ ການລົ້ມສະຫຼາຍຂອງໂຄງສ້າງເມື່ອຖືກສຳຜັດກັບການປ່ຽນແປງອຸນຫະພູມຢ່າງໄວວາ ເຊິ່ງຈະເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸທົ່ວໄປເສື່ອມສະພາບ. ອຸປະກອນກັ້ນຄວາມຮ້ອນທີ່ເບົາເບື້ອນຈະຫຼຸດນ້ຳໜັກທັງໝົດຂອງລະບົບ ແລະ ປັບປຸງປະສິດທິພາບໃນການກັ້ນຄວາມຮ້ອນ, ໂດຍເປັນທີ່ມີຄຸນຄ່າເປັນຢ່າງຍິ່ງໃນການຂົນສົ່ງ ໂດຍທີ່ການຫຼຸດນ້ຳໜັກສົ່ງຜົນໂດຍກົງຕໍ່ປະສິດທິພາບໃນການໃຊ້ເຊື້ອເພິງ. ມາດຕະຖານຂອງເມັດຈຸລິນທີ່ຂະຫຍາຍຕົວເຮັດໃຫ້ສາມາດໃຊ້ຊັ້ນກັ້ນຄວາມຮ້ອນທີ່ບາງລົງ ແຕ່ຍັງຮັກສາປະສິດທິພາບໃນການກັ້ນຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດໄວ້ໄດ້, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມີພື້ນທີ່ໃຊ້ງານທີ່ຫຼາຍຂຶ້ນໃນການນຳໃຊ້ທີ່ມີຂອບເຂດຈຳກັດເຊັ່ນ: ການກໍ່ສ້າງຜະນັງອາຄານ ແລະ ການປະກອບອຸປະກອນ.

ມາດຕະຖານຂອງເມັດທີ່ຫວ່າງໃນຮູບກົມ (expanded microspheres) ສະເໜີອັດຕາສ່ວນຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ນ້ຳໜັກທີ່ບໍ່ມີໃຜເທື່ອມາກ່ອນ ເຊິ່ງເປີດໂອກາດໃຫ້ເກີດການອອກແບບທີ່ປະຫວັດສາດໃນຫຼາຍອຸດສາຫະກຳ ໂດຍຍັງຮັກສາຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງໂຄງສ້າງໄວ້ໃນສະພາບການທີ່ເຂັ້ມງວດ. ຮູບຮ່າງກົມທີ່ຫວ່າງໃນເຄື່ອງຈັກຊ່ວຍແຈກຢາຍຄວາມເຄັ່ນເຄີຍທາງເຄື່ອງຈັກຢ່າງເທົ່າທຽມກັນທົ່ວທັງໝົດຂອງເມັດ ເຮັດໃຫ້ບັນລຸຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ການອັດ (compressive strength) ມາກກວ່າ 2 MPa ໃນເວລາທີ່ຮັກສາຄວາມໜາແໜ້ນຕ່ຳກວ່າ 100 kg/m³ ເຊິ່ງສະແດງເຖິງອັດຕາສ່ວນຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ນ້ຳໜັກທີ່ດີກວ່າວັດສະດຸທີ່ເປັນເນື້ອດຽວຫຼາຍຊະນິດ. ຄວາມສາມາດທີ່ເຫຼືອເຊີນນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ວິສະວະກອນຫຼຸດການໃຊ້ວັດສະດຸລົງ 30-50 ເປີເຊັນ ໂດຍບໍ່ຕ້ອງເສຍຄຸນສົມບັດທາງເຄື່ອງຈັກ, ເຮັດໃຫ້ຜະລິດຕະພັນເບົາລົງ ແຕ່ມີຄວາມແຂງແຮງທີ່ເທົ່າເທີຍກັບ ຫຼືດີກວ່າເກົ່າ. ເມັດທີ່ຫວ່າງໃນຮູບກົມທີ່ມີມາດຕະຖານສູງສາມາດຕ້ານການບັນທຸກທີ່ເກີດຈາກການຕີ (impact loading) ໄດ້ດີກວ່າ filler ທົ່ວໄປ ເນື່ອງຈາກຄວາມສາມາດໃນການດູດຊຶມ ແລະ ຈັດສົ່ງຄວາມເຄັ່ນເຄີຍອອກໄປໃນຮູບແບບຂອງການເບິ່ງເສີນ (elastic deformation) ກ່ອນທີ່ຈະເກີດການເສີຍຫາຍ. ຮູບຮ່າງກົມຊ່ວຍກະຈາຍຈຸດທີ່ມີຄວາມເຄັ່ນເຄີຍສູງ (stress concentration points) ອອກໄປ ເຊິ່ງເປັນສາເຫດທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດແຕກ (crack initiation) ໃນເມັດທີ່ມີມຸມແຫວງ (angular particles) ເຮັດໃຫ້ອາຍຸການໃຊ້ງານ (fatigue life) ຍາວຂຶ້ນໃນການບັນທຸກທີ່ເກີດຂຶ້ນເປັນວຟົງ (cyclic loading) ເຊັ່ນ: ສ່ວນປະກອບຂອງລົດ ແລະ ອຸປະກອນກິລາ. ວັດສະດຸປະສົມທີ່ເຕີມເມັດທີ່ຫວ່າງໃນຮູບກົມທີ່ມີມາດຕະຖານສູງ ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ການງອ (flexural strength) ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການຕີ (impact resistance) ທີ່ດີຂຶ້ນ ໃນເວລາທີ່ຫຼຸດນ້ຳໜັກທັງໝົດ ເຮັດໃຫ້ເປັນທາງເລືອກທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳການບິນ (aerospace) ໂດຍທີ່ທຸກໆກຣາມມີຄວາມໝາຍ. ການແຈກຢາຍຂະໜາດເມັດທີ່ເທົ່າທຽມກັນ (uniform particle size distribution) ຊ່ວຍຮັກສາຄວາມເຂັ້ມແຂງທາງເຄື່ອງຈັກທີ່ເທົ່າທຽມກັນທົ່ວທັງໝົດຂອງວັດສະດຸ ເພື່ອປ້ອງກັນຈຸດທີ່ອ່ອນ (weak points) ທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ເກີດການເສີຍຫາຍກ່ອນເວລາທີ່ກຳນົດໄວ້ເມື່ອຖືກບັນທຸກ. ເມັດທີ່ຫວ່າງໃນຮູບກົມທີ່ມີມາດຕະຖານສູງຮັກສາຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງໂຄງສ້າງໄວ້ໃນຂະນະທີ່ຜ່ານຂະບວນການຜະລິດ ໂດຍຕ້ານການບີບອັດ (crushing forces) ທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ເມັດທີ່ຫວ່າງໃນຮູບກົມທີ່ມີຄວາມແຂງແຮງຂອງຜະໜັງ (wall strength) ຕ່ຳເສີຍຫາຍ. ຄວາມຢູ່ຕິດທີ່ດີເລີດລະຫວ່າງເມັດທີ່ຫວ່າງໃນຮູບກົມທີ່ມີມາດຕະຖານສູງ ແລະ ວັດສະດຸ polymer matrix ສ້າງເຄື່ອງຈັກການຖ່າຍໂອນຄວາມເຄັ່ນເຄີຍ (stress transfer mechanisms) ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ເພື່ອເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸປະສົມມີປະສິດທິພາບສູງສຸດ. ຂະບວນການຜະລິດໄດ້ຮັບປະໂຫຍດຈາກຄຸນສົມບັດການລື່ນ (flow characteristics) ທີ່ດີຂຶ້ນ ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ເຕັມແບບໃນບ່ອນຫຼຸມ (mold filling) ຢ່າງສົມບູນ ແລະ ຫຼຸດຄວາມກົດທີ່ໃຊ້ໃນການຫຼື່ນ (injection pressures) ແລະ ເວລາຂອງແຕ່ລະວຟົງ (cycle times). ເມັດທີ່ຫວ່າງໃນຮູບກົມທີ່ມີມາດຕະຖານສູງໃຫ້ຄວາມສະຖຽນທາງມິຕິ (dimensional stability) ໃຕ້ຄວາມເຄັ່ນເຄີຍທາງເຄື່ອງຈັກ ເພື່ອປ້ອງກັນການເບິ່ງເສີນຊ້າ (creep deformation) ທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸທົ່ວໄປອ່ອນລົງຢ່າງຊ້າໆ ໃນໄລຍະເວລາ. ການປະສົມຜະສົມລະຫວ່າງຄວາມໜາແໜ້ນຕ່ຳ ແລະ ຄວາມແຂງແຮງສູງ ເຮັດໃຫ້ເກີດການອອກແບບທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດສຳລັບການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການນ້ຳໜັກຕ່ຳເປັນພິເສດ ເຊັ່ນ: ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດນຳຕິດຕົວໄດ້ (portable electronics), ລົດທີ່ໃຊ້ສຳລັບການທ່ອງທ່ຽວ (recreational vehicles), ແລະ ອຸປະກອນທາງທະເລ (marine equipment) ໂດຍທີ່ທັງຄວາມສາມາດໃນການເຮັດວຽກ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການນຳຕິດຕົວ (portability) ມີຄວາມສຳຄັນເທົ່າກັນ.

ມາດຕະຖານຂອງເມັດທີ່ຫຍາຍຕົວອອກ (expanded microspheres) ມີຄວາມຕ້ານທານທາງເຄມີຢ່າງເດັ່ນຊັດໃນສະພາບແວດລ້ອມອຸດສາຫະກຳທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ໂດຍຮັກສາຄວາມເປັນປົກກະຕິຂອງໂຄງສ້າງ ແລະ ຄຸນສົມບັດດ້ານການປະຕິບັດເມື່ອສຳຜັດກັບເຄມີທີ່ຮຸນແຮງ, ຕົວທາລະລາຍ, ແລະ ສານທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດການກັດກິນ ເຊິ່ງຈະເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸທົ່ວໄປເສື່ອມສະພາບ. ສ່ວນປອກທີ່ເຮັດຈາກ thermoplastic ໃຫ້ຄວາມຕ້ານທານທາງເຄມີທີ່ເປັນທຳມະຊາດຕໍ່ ອາຊິດ, ເບດ, ອາລ໌ກໍຮ໌ອລ໌, ແລະ ຕົວທາລະລາຍ hydrocarbon ທີ່ມັກຈະເກີດຂຶ້ນໃນຂະບວນການອຸດສາຫະກຳ ແລະ ການນຳໃຊ້ສຸດທ້າຍ. ຄວາມສະຖຽນທາງເຄມີທີ່ເດັ່ນຊັດນີ້ເຮັດໃຫ້ບໍ່ມີບັນຫາການເສື່ອມສະພາບຂອງວັດສະດຸໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງເຊັ່ນ: ສະຖານທີ່ປຸງແຕ່ງເຄມີ, ການນຳໃຊ້ໃນທະເລ, ແລະ ສ່ວນປະກອບທີ່ຢູ່ເບື້ອງລຸ່ມຂອງເຄື່ອງຈັກລົດຍົນ ໂດຍທີ່ການສຳຜັດກັບສານທີ່ຮຸນແຮງແມ່ນບໍ່ສາມາດຫຼີກເວີ້ນໄດ້. ມາດຕະຖານຂອງເມັດທີ່ຫຍາຍຕົວອອກຕ້ານການບວມ ແລະ ການລະລາຍໃນຕົວທາລະລາຍອິນີນິກ (organic solvents) ທີ່ມັກຈະເຮັດໃຫ້ຄວາມເປັນປົກກະຕິຂອງ filler ເບົາອື່ນໆເສື່ອມສະພາບ, ໂດຍຮັກສາຄວາມສະຖຽນຂອງຂະໜາດ ແລະ ຄຸນສົມບັດທາງກົນຈັກໄວ້ເຖິງແມ່ນຈະຖືກສຳຜັດເປັນເວລາດົນ. ໂຄງສ້າງທີ່ເປັນເຊວ (closed-cell) ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ສານເຄມີເຂົ້າໄປໃນສ່ວນໃນຂອງເມັດ, ໂດຍຮັກສາຮູບແບບທີ່ເປັນຫວ່າງ (hollow architecture) ທີ່ໃຫ້ປະໂຫຍດດ້ານຄວາມຮ້ອນ ແລະ ກົນຈັກ ເຖິງແມ່ນຈະຖືກສຳຜັດກັບເຄມີເປັນເວລາດົນ. ການທົດສອບເພື່ອຮັບປະກັນຄຸນນະພາບຢືນຢັນວ່າເມັດເຫຼົ່ານີ້ຮັກສາຮູບຮ່າງກົມ (spherical shape) ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການກົດ (compressive strength) ໄວ້ຫຼັງຈາກຈຸ່ມຢູ່ໃນອາຊິດ ແລະ ເບດທີ່ເຂັ້ມຂົ້ນເປັນເວລາດົນ, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມທົນທານທີ່ດີເລີດເມື່ອທຽບກັບວັດສະດຸອື່ນໆ. ຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ສິ່ງແວດລ້ອມຍັງຂະຫຍາຍໄປຫາການສຳຜັດກັບລັງສີ UV, ໂດຍປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ເກີດການເສື່ອມສະພາບຈາກແສງ (photodegradation) ທີ່ເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸເປື່ອຍ ແລະ ປ່ຽນສີໃນການນຳໃຊ້ນອກບ້ານເຊັ່ນ: ວັດສະດຸສຳລັບສິ່ງກໍ່ສ້າງ ແລະ ສ່ວນປະກອບດ້ານນອກຂອງລົດຍົນ. ມາດຕະຖານຂອງເມັດທີ່ຫຍາຍຕົວອອກຮັກສາສີຂາວ ແລະ ຄຸນສົມບັດດ້ານໜ້າເປື້ອຍໄວ້ເຖິງແມ່ນຈະຖືກສຳຜັດກັບແສງຕາເວັນ, ໂດຍບໍ່ຈຳເປັນຕ້ອງເພີ່ມ stabilizers ທີ່ຕ້ານ UV ເພີ່ມເຕີມໃນຫຼາຍສູດ. ຄວາມເປັນ inert ທາງເຄມີປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາທີ່ບໍ່ຕ້ອງການກັບສ່ວນປະກອບອື່ນໆໃນສູດ, ໂດຍຮັບປະກັນຄວາມສະຖຽນຂອງຜະລິດຕະພັນ ແລະ ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ເກີດບັນຫາດ້ານຄຸນນະພາບເຊັ່ນ: ການປ່ຽນສີ, ການເກີດກິ່ນ, ຫຼື ການເສື່ອມສະພາບດ້ານການປະຕິບັດໃນຂະນະເກັບຮັກສາ ແລະ ນຳໃຊ້. ຂະບວນການຜະລິດໄດ້ຮັບປະໂຫຍດຈາກຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ທາງເຄມີຂອງມາດຕະຖານຂອງເມັດທີ່ຫຍາຍຕົວອອກກັບສ່ວນຊ່ວຍໃນການຜະລິດ, catalysts, ແລະ additives ຕ່າງໆທີ່ມັກໃຊ້ໃນການຜະລິດ composite. ຄຸນສົມບັດດ້ານຄວາມທົນທານເຮັດໃຫ້ອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງຜະລິດຕະພັນຍາວນານຂຶ້ນ, ລົດຈຳນວນຄັ້ງທີ່ຕ້ອງປ່ຽນແທນ ແລະ ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍດ້ານການບໍາຮຸງຮັກສາສຳລັບຜູ້ໃຊ້ທ້າຍໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຕ້ອງການຄວາມທົນທານສູງເຊັ່ນ: ພື້ນທີ່ອຸດສາຫະກຳ, ຖັງເກັບເຄມີ, ແລະ ສີທີ່ຕ້ານການກັດກິນ. ມາດຕະຖານຂອງເມັດທີ່ຫຍາຍຕົວອອກໃຫ້ການປະຕິບັດທີ່ສົມໍາเสมີໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີຄວາມຊື້ນສູງ ໂດຍທີ່ການດູດຊຶມນ້ຳຈະເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸທີ່ດູດຊຶມນ້ຳ (hygroscopic materials) ສູນເສຍປະສິດທິພາບ, ໂດຍຮັກສາຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນປະໂຫຍດໄວ້ຕະຫຼອດອາຍຸການໃຊ້ງານທີ່ກຳນົດ.