[发明专利]一种纤维增强树脂复合材料空心球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维增强树脂复合材料空心球及其制备方法。它以蒸汽膨胀发泡的聚苯乙烯小球为复合空心球的球形内核，在该球形内核外表面从里到外均匀包覆多层纤维增强树脂混合物，至小球达到目标密度，所述纤维增强树脂混合物由液态环氧树脂、胺类固化剂及增强纤维混合构成，所述复合空心球的公称直径为2.0‑50.0mm，壁厚为0.5‑2.5mm，密度为100–600 kg/m³。本发明的空心球原料简单，其制备工艺简单、操作方便，得到的空心球可与人工复合泡沫树脂结合制成复合浮力材料应用于水下设备，特别是用于立管浮力模块。

技术领域

本发明属于复合材料空心球技术领域，具体涉及一种纤维增强树脂复合材料空心球及其制备方法。

背景技术

人工复合泡沫树脂作为浮力板材应用于水下设备（如ROV和AUV等）已经有相当长的历史。然而它的密度和比强度（强度除以密度）等性能不能满足深海石油钻井和生产设备的要求。在合成泡沫塑料中加入复合空心球可以大幅度降低材料的密度并有效保持其强度，使其适合于钻井立管浮力材料，分布式浮力材料，绝热和抗冲击材料等应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种纤维增强树脂复合材料空心球及其制备方法。

所述的一种纤维增强树脂复合材料空心球，其特征在于以蒸汽膨胀发泡的聚苯乙烯小球为复合空心球的球形内核，在该球形内核外表面从里到外均匀包覆多层纤维增强树脂混合物，至小球达到目标密度，所述纤维增强树脂混合物由液态环氧树脂、胺类固化剂及增强纤维混合构成，所述复合空心小球的公称直径为2.0-50.0mm，壁厚为0.5-2.5mm，密度为 100 – 600 kg/m³。

所述的一种纤维增强树脂复合材料空心球，其特征在于每层纤维增强树脂混合物的厚度为5 – 40 µm。

所述的一种纤维增强树脂复合材料空心球，其特征在于每层的纤维增强树脂混合物中，液态环氧树脂与胺类固化剂的比投料质量比为5-10:1，混合后能在30-70°C 温度下在15-40分钟内固化。

所述的一种纤维增强树脂复合材料空心球，其特征在于所述胺类固化剂包括TETA、TEPA或IPD。

所述的一种纤维增强树脂复合材料空心球，其特征在于所述增强纤维为碳纤维，碳纤维在纤维增强树脂混合物中的体积分数为 0.1 – 0.5。

所述的一种纤维增强树脂复合材料空心球，其特征在于所述增强纤维为硅灰石纤维或玻璃纤维，硅灰石纤维或玻璃纤维在纤维增强树脂混合物中的体积分数为 0.2 –0.6。

所述的纤维增强树脂复合材料空心球的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将滚筒升温至30–70°C，蒸汽膨胀发泡的聚苯乙烯小球传输到滚筒内，其转速控制为5-100 rpm；

2）按投料比将液态环氧树脂与胺类固化剂预先混合均匀得到混合液，再将该混合液加入步骤1）的滚筒内，在滚筒的运转过程中均匀在包覆在聚苯乙烯小球表面，随后加入对应量的增强纤维，使其均匀附着于小球表面，进行固化；

3）重复步骤2），直至聚苯乙烯小球达到目标密度100 – 600 kg/m³。

所述的纤维增强树脂复合材料空心球的制备方法，其特征在于所述滚筒与地面的倾斜角度为15–30°。

所述的纤维增强树脂复合材料空心球的制备方法，其特征在于步骤2）中在混合液加完后1-10分钟，再加增强纤维。

所述的纤维增强树脂复合材料空心球的制备方法，其特征在于步骤2）固化温度为30-70°C ，固化时间为15-40分钟。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：