[发明专利]一种低密度高强度固体浮力材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋环境用固体浮力材料技术领域，涉及一种低密度高强度固体浮力材料及其制备方法。

背景技术

固体浮力材料是一种由无机填充材料填充到有机高分子中，经化学反应得到的固态化合物。固体浮力材料已广泛应用于海底空间站复合材料结构件、深水管道布放浮体、有缆遥控水下机器人(R0V)、无缆水下机器人(AUV)，系泊浮筒，声多卜勒流速剖面仪(ADCP)平台、海上钻井平台、各种深潜器、海底空间站等多个领域。该材料具有密度小、耐腐蚀、吸水率低（不大于1%）、机械强度高、耐冲击性能优、可实施机械加工及表面处理等特点，固体浮力材料在实际使用时，为了获得更大浮力，要求材料的密度越低越好，同时为了能在更深的水下工作，要求材料具有较高的强度。而固体浮力材料的密度和抗压强度指标是完全对立的，是矛盾的统一体。如何把这对矛盾有机结合起来是研究制造固体浮力材料的关键技术。

现有的专利技术通常采用玻璃微珠增强环氧树脂来制造浮力材料。

专利CN 102030887A陈江等人公开了一种可加工固体浮力材料及其制备方法，该增强材料玻璃微珠规格型号为K15、K20、K22、K25、K37、S32、S38、S38HS、K45、S60，固体浮力材料的密度为0.38～0.70 g/cm³、耐静水压为5～80MPa、潜水深度为450～7200m；专利CN 102585443A陈俊英等人公开了一种轻质高强浮力材料及其制备方法，其增强材料选用粒径为70～115微米空心玻璃微珠或者空心陶瓷微珠，固体浮力材料的密度在0.45～0.70 g/cm³之间、耐压强度在50～90MPa之间，复合深海通用型材料要求。

专利CN 1844236A陈先等人公开了一种深海可加工固体浮力材料及其制备方法，增强材料为直径20～120微米的陶瓷和/或玻璃微珠，可用于5800m深海。

由于固体浮力材料通常采用玻璃微珠增强环氧树脂制作，国内浮力材料增强用玻璃微珠一味选用直径在10～150微米的空心玻璃微珠或者空心陶瓷微珠，至使浮力材料密度0.37～0.38 g/cm³成为浮力材料密度的极限，造成浮力材料可提供的净浮力减小，浮力材料结构尺寸增大，严重影响浮力材料性能的发挥。

发明内容

本发明针对玻璃微珠增强环氧浮力材料密度较大的问题，提出了采用毫米级空心玻璃球和微米级的空心玻璃微珠共混作为固体浮力材料的增强材料，提供一种低密度高强度固体浮力材料及其制备方法。可有效提高固体浮力材料的净浮力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低密度高强度固体浮力材料，其特征是：包括以下重量组分：

环氧树脂 100；增韧改性剂 0～20；固化剂 10～80；催化剂 0.5～5；分散剂 0.2～10；微米级空心玻璃微珠 10～200；毫米级空心玻璃球 10～150；偶联剂 0.2～5。

根据所述的低密度高强度固体浮力材料，其特征是：包括以下重量组分：环氧树脂 100；增韧改性剂 3；固化剂 82；催化剂 1；分散剂 0.3；微米级空心玻璃微珠45；毫米级空心玻璃球 30；偶联剂 0.25。

根据所述的低密度高强度固体浮力材料，其特征是：所述的毫米级空心玻璃球，其粒径10～50mm；耐压强度2～25MPa；毫米级空心玻璃球的密度0.1～0.5 g/cm³。

根据所述的低密度高强度固体浮力材料，其特征是：所述的微米级空心玻璃微珠其粒径10～120微米；耐压强度1～70MPa；微米级空心玻璃微珠的密度0.1～0.5 g/cm³ 。

根据所述的低密度高强度固体浮力材料，其特征是：所述的毫米级空心玻璃球的填充量是20～100重量份，微米级空心玻璃微珠的填充量是20～120重量份。

根据所述的低密度高强度固体浮力材料，其特征是：所述的环氧树脂选用双酚A型、酚醛型或脂环族型；所述的增韧改性剂为液体丁腈橡胶或聚硫橡胶；所述的固化剂选用酸酐型或多元胺型；所述的分散剂采用高分子量不饱和聚羧酸与胺衍生物生成的盐,本发明优先选用分散剂dispers630。

根据所述的低密度高强度固体浮力材料，其特征是：所述的固化剂选用如甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐；所述的分散剂选用分散剂dispers630。

根据所述的低密度高强度固体浮力材料，其特征是：所述的偶联剂选有用硅烷偶联剂KH-550。