Ke hoʻolako nei i nā ʻano hana moana me nā "Bulletproof Vests" me ka hoʻohana ʻana i ka pōhaku pele? Hoʻopau nā ʻili basalt multi-scale i ka corrosion stalemate no nā ʻili kila

Nā alahaka keʻa kai, nā kikowaena wai hohonu, nā mahi makani ma waho o ke kai... ʻOiai he nani kēia mau "pilikua nui" i kūkulu ʻia i loko o ke kai ke nānā aku, ke hoʻomanawanui nei lākou i ka "hoʻomāinoino ʻino" o kēlā me kēia lā o ka ʻino ʻana o ka nalu, ka pala paʻakai a me ka alkali, a me nā pōʻaiapuni pulu-maloʻo. I loko o ia ʻano kaiapuni, e hōʻoiaʻiʻo ana i ka paʻakikī Nā Hana Pākuʻi ʻO ke noho paʻa ʻana—me ke kaʻawale mai ka wāwahi ʻana, ka nahā ʻana, a i ʻole ka hāʻule mua ʻana—he pilikia nui ia no ke kaiāulu ʻenekinia honua.
No ka manawa lōʻihi, ʻO ke olonā kilaUa hoʻokomo pinepine ʻia nā mea kila i loko o ka sima e hoʻoikaika i ka paʻakikī a pale i ka nahā ʻana. Eia nō naʻe, ʻaʻole kūpono nā olonā kila i nā kūlana ʻino o ka paʻakai a me ka wai kai; i ka wā e komo ai nā ion chloride i loko o nā māwae i loko o ka sima, ʻōpala a hoʻonui nā olonā kila i ka nui, e hoʻoulu ai i ka sima e nahā mai loko mai a hoʻolalelale i ka hiolo ʻana o ke kūkulu ʻana.
I kēia mau lā iho nei, ua hāʻawi ʻia kahi noiʻi mea hou e pili ana i ke kūpaʻa kiʻekiʻe no ka ʻenekinia moana i kahi hopena hoʻohiki nui loa: nā olonā basalt—i hana ʻia ma ke kahakiʻi ʻana i nā kaula mai ka pōhaku pele kūlohelohe—hiki ke hoʻohana ʻia e uhi i ka sima kai i loko o kahi papa o "pale kaua" i palekana loa i ka popo. Hoʻokō ʻia kēia ma o kahi kumu hoʻohālike gradation multi-scale e hōʻike ana i ka hui pū ʻana o "nā olonā nui no ka hoʻopaʻa ʻana i ke ʻano" a me "nā olonā liʻiliʻi no ka sila ʻana i nā pore."

I. Nā Mea Huna Kū'ē i ka Palaho i Hūnā ʻia i loko o ka Pōhaku Pele

Ke hoʻoponopono nei i nā hemahema koʻikoʻi i loko o nā mea i loaʻa - ʻo ia hoʻi ka hiki ke ʻōpala o nā olonā kila a me ke ʻano o nā olonā organik (e like me ka polypropylene a i ʻole ka polyvinyl alcohol) e ʻelemakule a hoʻohaʻahaʻa i loko o nā ʻano sima alkaline -ʻO ka basalt Hōʻike nā olonā i nā pono waiwai kūikawā. Hana ʻia ma ka hoʻoheheʻe ʻana i ka pōhaku pele kūlohelohe maʻemaʻe ma nā mahana kiʻekiʻe loa a huki iā ia i loko o nā olonā, ʻo ko lākou ʻōnaehana kūkulu kumu nui he pūnaewele amorphous o nā pilina silicon-oxygen a me nā alumini-oxygen. Hōʻike kēia ʻano kūlohelohe, i hoʻokumu ʻia i ka pōhaku inertness kiʻekiʻe loa i ka wā e hōʻike ʻia ai i nā wai pore alkaline ikaika i loko o ka sima a me ke kaiapuni paʻakai kiʻekiʻe o ka wai kai, no laila e hoʻopau pono ana i nā pilikia kino e pili ana me ka "corrosion, rusting, and volumetric expansion." No ka hoʻokō ʻana i ke kūpaʻa māwae kiʻekiʻe a me ka impermeability, ua haki ka noiʻi hou loa mai ka paradigm "single-fiber" kuʻuna, e hāpai ana i kahi "multi-scale homogeneous basalt fiber system":

Hoʻopili ʻia ke ʻano Macro-structural Nā olonā basalt (SBF): Nā olonā ʻoʻoleʻa, lōʻihi, a wili ʻia i hoʻopuehu ʻia ma loko o ka matrix; ʻo kā lākou hana nui, ʻo ia ke hoʻopili a hoʻopaʻa i nā macro-cracks e kū nei, a laila e hāʻawi ana i ka paʻakikī flexural post-cracking a me ka tensile stiffness.

Nā Microfibers Basalt i ʻoki ʻia me nā ʻano liʻiliʻi (NBF): Nā microfibers maikaʻi, e like me nā hua one, e hoʻopaʻa pono i loko o nā pores liʻiliʻi a me nā kahawai i loko o ka matrix sima paʻakikī, e ālai pono ana i nā ala komo o ka wai kai a kāohi i ka laha ʻana o nā micro-māwae e hoʻomaka ana.

Hoʻokumu kēia hoʻolālā "hui pū ʻana a maikaʻi" i kahi pūnaewele paʻakikī a mānoanoa i ulana hohonu ʻia i loko o ka hale sima—he ʻano pale piha e hoʻoponopono ana i ka impermeability a me ka kaohi ʻana i nā māwae i ka manawa like.

II. He Hoʻāʻo Paikikala Maloʻo-Pulu "Brutal" 270-Lā

I mea e hoʻoholo ai inā hiki i kēia sima hou ke hoʻokō i ka "lōʻihi" i loko o kahi kaiapuni kai, ua hoʻohālike ka hui noiʻi i kahi kaiapuni pulu-maloʻo paʻakikī loa. Ua pili kēia i ka pāpālua ʻana o ka nui o ka wai kai a me ke kau ʻana i nā laʻana i nā pōʻaiapuni ʻokoʻa o ka hoʻomaloʻo ʻana i ka mahana kiʻekiʻe (ma 45°C) a me ka saturation piha—me kēlā me kēia manawa 24-hola e hana ana i hoʻokahi pōʻaiapuni pulu-maloʻo piha.
Ma hope o ka hoʻomanawanui ʻana i 270 mau lā o kēia hoʻāʻo luhi, ua hōʻike nā hāpana sima e hoʻokomo ana i nā ʻōnaehana fiber like ʻole i nā hopena hana like ʻole:

ʻO ka All-Basalt Multi-scale Hybrid Group (B15N02: ʻo ia hoʻi, 1.5% nā olonā coarse + 0.2% microfibers): Ua hāʻawi kēia hui i nā hopena kupaianaha loa. Ma hope o 270 mau lā, ʻo kona helu paʻa ikaika flexural like i kū i kahi 76.14% kupaianaha, ʻoiai ʻo kona helu paʻa ikaika haki mua i hiki i 90.67%. Eia kekahi, ʻo ka pohō nui i hiki ke hoʻopili ʻia e ka spalling o ka ʻili i hoʻokumu ʻia e ka ʻike ʻana i ke kai he 1.43% wale nō. I ka wā i kū ai i ka wā ʻino o ke kaiapuni, ua holo mālie a mālie ke kaʻina hana hoʻohaʻahaʻa mea holoʻokoʻa.

Hui Hoʻohuihui ʻAila Kila (S15N02): Ma mua o ka hoʻomaka ʻana o ka pala, ua hōʻike kēia hui i ka hana flexural mua kiʻekiʻe loa—he hopena pololei o ka paʻakikī kiʻekiʻe o nā olonā kila ponoʻī. Eia nō naʻe, ma ka hōʻailona 270 lā, ua loli nui ka hana o ka sima i hoʻoikaika ʻia me ke olonā kila. Ma muli o ka pala nui, ua hāʻule ka nui o ka paʻa ʻana o ka ikaika flexural like i 50.22% (e hoʻemi ana i kona ikaika i ka hapalua); i nā pae hope, ua ʻike ʻia nā ʻano hoʻonui a me nā māwae i hoʻoulu ʻia e ka pala.

III. He Hoʻokūkū Mikroskopika: No ke aha e hiolo ai ke kila ʻoiai e kūpaʻa ana ka basalt?

Hōʻike pololei nā kiʻi i hopu ʻia ma o ka Scanning Electron Microscopy (SEM) i ke ʻano kumu o ka ʻokoʻa hana ma waena o nā mea ʻelua:

ʻO ka hāʻule ʻino o nā olonā kila: Komo maʻalahi ka wai kai a me ka oxygen ma o nā hakahaka microscopic i loko o ka sima e hoʻopili aku i ke kila, e hoʻoulu ai i ka pala electrochemical koʻikoʻi. Hoʻonui ka nui o ka ʻōpala hao ʻulaʻula-ʻeleʻele i loaʻa ma waena o 2 a me 6.5 mau manawa o kona nui mua. ʻO kēia kaomi kūloko nui e "paʻi" pololei i ka matrix sima a puni, e hana ana i kahi pūnaewele o nā micro-cracks radial. I ka hoʻonui ʻia ʻana o ka pōʻino kūloko, e hōʻino loa ʻia ka pilina ma waena o nā olonā kila a me ka matrix sima; i ka hopena, ma lalo o ke kaumaha, hiki i nā olonā ke huki maʻalahi ʻia a paheʻe paha - ma ke ʻano holoʻokoʻa a hapa paha - no laila e nalowale ana ko lākou ʻoʻoleʻa hoʻopili.

ʻO ka Hoʻololi Mālie o Nā olonā basaltʻAʻole hōʻike iki nā olonā basalt i ka hoʻonui ʻana o ka nui ke hōʻike ʻia i ka wai kai. ʻO kā lākou kaʻina hana hydrolysis—i hōʻike ʻia e ka hoʻoheheʻe mālie ʻana o nā pilina Si-O-Si—e holo mālie loa ana, e hopena ana i ka pitting liʻiliʻi, kūloko a me ka ʻili ʻana o ka ʻili ma ka nanoscale. Ma kahi mamao loa mai ka hōʻino ʻana i ka matrix, hoʻonui maoli kēia ʻili ʻana o ka ʻili i ka friction interlocking ma waena o nā olonā a me ka sima a puni.

Eia kekahi, hoʻokomo pinepine nā hoʻolālā hui sima i nā huahana ʻoihana—e like me ka lehu lele a me ka slag—e pani hapa i ka sima kuʻuna. ʻOiai e hōʻemi ana kēia hana i nā hoʻokuʻu kalapona i ka wā o ka hana ʻana ma 27%, hoʻohaʻahaʻa nui hoʻi ia i ka alkalinity lōʻihi o ka sima. Hoʻokumu maikaʻi kēia i kahi capsule pale palupalu, "alkali-resistant protection capsule" no nā olonā basalt, e kāohi hou ana i ko lākou helu hoʻoheheʻe.

IV. Ke hana nei me nā māwae? Hiki iā ia ke pale aku i ka pōʻino i ka wā e hiki mai ana

I nā noi ʻenekinia o ke ao maoli, hana mau nā ʻāpana kūkulu ma lalo o nā kūlana "ʻeha". No ka hoʻohālike ʻana i kēia ʻoiaʻiʻo, ua hoʻokomo hana ka hui noiʻi i nā micro-cracks mai 0.1 mm a 0.3 mm ka laulā i loko o nā hāpana hoʻāʻo:

I loko o ka hui olonā kila, ʻo ke alo o kēia mau māwae liʻiliʻi i ʻae i ka makū e komo pololei i ka ʻāpana tensile; ua alakaʻi kēia i ka nalowale wikiwiki o ka hiki ke hoʻopili i nā olonā kila a me ka emi wikiwiki ʻana o ka ductility o ka mea. Hōʻike ka hui olonā basalt multi-scale homogeneous i ka hoʻomanawanui ʻino koʻikoʻi i loko o kahi ākea wehe māwae o 0.1 mm a 0.2 mm, i hoʻokō ʻia ma o ka hana synergistic o ka "pinning" e nā olonā maikaʻi a me ka "tensioning" e nā olonā coarse. ʻOiai ke ākea nā māwae mua i 0.3 mm, mālama ka mea i kahi kiʻekiʻe o ka hiki ke lawe ukana flexural-tensile, no laila e hoʻonui pono ana i ka paepae palekana no nā hale i hōʻino ʻia i nā noi ʻenekinia moana.

Hopena

Mai nā manaʻo o ke "Life Cycle Cost (LCC)" a me ke kūpaʻa haʻahaʻa-kalapona o ke kaiapuni, ʻoiai hiki i nā olonā basalt ke koi iki i nā kumukūʻai kūʻai mua ma muli o kā lākou kaʻina hana kaha kiʻi kūikawā, ʻo ko lākou ʻano "mālama ʻole" i loko o ko lākou ola lawelawe e hāʻawi i nā pono lōʻihi. Ma luna o ka manawa hana o kahi papahana—maʻamau mai 50 a 100 mau makahiki—ʻaʻole wale kā lākou hoʻohana ʻana e hoʻopau i nā kumukūʻai nui a i manaʻo ʻole ʻia e pili ana i nā hoʻoponopono pinepine a me ka hoʻopili ʻana i nā uhi anti-corrosion, akā hoʻemi nui hoʻi i ke kaumaha ponoʻī o ke ʻano, no laila e mālama ai i nā lilo halihali a me nā uku hoʻolimalima no nā moku hoʻonohonoho nui ma waho.

I kēia au kahi i kau like ʻia ai ka manaʻo nui ma ka hōʻemi ʻana i nā hoʻokuʻu kalapona ma o ke ola o kahi papahana a me ka hōʻoia ʻana i ka palekana ʻenekinia, ʻo kēia "pale pale anti-corrosion"—i hana ʻia mai ka pōhaku pele—ke kū mai nei ma ke ʻano he kiaʻi palekana a ʻoi aku ka launa pū me ke kaiapuni no nā papahana ikehu maʻemaʻe kai, e like me nā loulou halihali ma waena o ke kai a me nā mahi makani ma waho.