الرغوة التركيبية

الرغوات التركيبية هي مواد مركبة تُصنع عن طريق ملء ^{مصفوفة معدنية أو} بوليمرية أو إسمنتية أو ^خزفية بكرات كمواد متجمعة . قد تكون ^هذه الكرات مجوفة، وتُسمى بالونات ^مجهرية أو كريات مجوفة ^، أو غير مجوفة، مثل البيرلايت . في هذا ^{السياق ،} تعني كلمة "تركيبية" "مُجمّعة". ^{يؤدي وجود} الجسيمات المجوفة إلى انخفاض ^{الكثافة} ، وزيادة القوة النوعية (القوة مقسومة على الكثافة)، وانخفاض معامل التمدد الحراري ، وفي بعض ^{الحالات} ، الشفافية ^{الرادارية} أو ^{السونارية} .

صاغت شركة الباكليت هذا المصطلح في الأصل عام 1955، لوصف مركباتها خفيفة الوزن المصنوعة من كريات دقيقة مجوفة من الفينول مرتبطة بمصفوفة من الفينول أو الإيبوكسي أو البوليستر . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

طُوِّرت هذه المواد في أوائل الستينيات كمواد محسّنة للطفو في التطبيقات البحرية. ^{[ 8 ]} كما أدت خصائص أخرى إلى استخدامها في تطبيقات الفضاء الجوي ومركبات النقل البري. ^{[ 9 ]}

تُعدّ قابلية التخصيص إحدى أهم مزايا هذه المواد. ^{[ 10 ]} يمكن اختيار مادة المصفوفة من أي معدن أو بوليمر أو سيراميك تقريبًا. تتوفر الكرات المجهرية بأحجام ومواد متنوعة، بما في ذلك الكريات المجهرية الزجاجية ، والكرات المجوفة ، والكربون ، والبوليمرات. تُعدّ الكريات المجهرية الزجاجية (في الإيبوكسي أو البوليمرات)، والكرات المجوفة أو السيراميك ^{[ 11 ]} (في الألومنيوم) من أكثر أنواع الرغوة استخدامًا ودراسةً . يمكن تغيير نسبة حجم الكرات المجهرية أو استخدام كرات مجهرية ذات كثافة فعّالة مختلفة، ويعتمد ذلك على النسبة المتوسطة بين نصف القطر الداخلي والخارجي للكرات المجهرية.

تعتمد إحدى طرق تصنيع الرغوات التركيبية منخفضة الكثافة على مبدأ الطفو. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

تشمل التطبيقات الحالية للرغوة التركيبية وحدات الطفو لأجهزة شد الأنابيب البحرية ، والمركبات التي يتم تشغيلها عن بعد تحت الماء (ROVs)، والمركبات المستقلة تحت الماء (AUVs)، واستكشاف أعماق البحار، وهياكل القوارب ، ومكونات الطائرات المروحية والطائرات .

تمت دراسة الرغوات التركيبية الأسمنتية كمادة مركبة هيكلية خفيفة الوزن محتملة. تتضمن هذه المواد كريات زجاجية دقيقة موزعة في مصفوفة من عجينة الأسمنت لتحقيق بنية رغوية ذات خلايا مغلقة، بدلاً من المصفوفة المعدنية أو البوليمرية. كما تم اختبار الرغوات التركيبية الأسمنتية من حيث أدائها الميكانيكي تحت ظروف تحميل عالية معدل الإجهاد لتقييم قدرتها على تبديد الطاقة في وسائد امتصاص الصدمات، وجدران الحماية من الانفجارات، وما إلى ذلك. في ظل ظروف التحميل هذه، لم تُظهر الكريات الزجاجية الدقيقة في الرغوات التركيبية الأسمنتية أي تكسر تدريجي. في النهاية، وعلى عكس الرغوات التركيبية البوليمرية والمعدنية، لم تبرز كمواد مناسبة لتطبيقات تبديد الطاقة. ^{[ 15 ]} تشمل التطبيقات الهيكلية للرغوات التركيبية استخدامها كطبقة وسيطة (أي اللب) في الألواح المركبة .

على الرغم من أن الرغوات التركيبية الأسمنتية تُظهر قيم قوة نوعية فائقة مقارنةً بمعظم المواد الأسمنتية التقليدية، إلا أن تصنيعها يُمثل تحديًا. فعمومًا، تميل الحشوات المجوفة إلى الطفو والانفصال في عجينة الأسمنت الطازجة ذات مقاومة القص المنخفضة والكثافة العالية. لذا، يجب الحفاظ على بنية مجهرية متجانسة في جميع أنحاء المادة من خلال تحكم دقيق في خواصها الريولوجية . ^{[ 16 ]} إضافةً إلى ذلك، قد تؤدي أنواع معينة من الكريات المجهرية الزجاجية إلى تفاعل السيليكا القلوي . لذلك، يجب مراعاة الآثار السلبية لهذا التفاعل ومعالجتها لضمان متانة هذه المركبات على المدى الطويل. ^{[ 17 ]}

وتشمل التطبيقات الأخرى ما يلي:

• رغوة الطفو في أعماق البحار. تم تطوير طريقة لإنشاء هياكل الغواصات عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد في عام 2018. ^{[ 18 ]}
• مساعدة في تشكيل القوالب الحرارية
• مواد شفافة للرادار
• مواد تخفيف الصوت
• النوى للمواد المركبة الساندويتشية ^{[ 19 ] [ 20 ]}
• مواد تخفيف آثار الانفجارات
• السلع الرياضية مثل كرات البولينج ومضارب التنس وكرات القدم . ^{[ 21 ]}

• الوسائط المتعلقة بالرغوة التركيبية على ويكيميديا ​​كومنز