[发明专利]一种轻质高强复合空心球的制备方法

说明书

本发明公开了一种轻质高强复合空心球的制备方法，采用环氧树脂作为粘结剂，采用刚性纤维作为复合增强材料，刚性纤维分成两部分在两个步骤中加入，并且该制备方法采用以下步骤：一)以环氧树脂和一部分刚性纤维为主要原料配制球壳基液；二)加入常温和中温复合型固化剂和促进剂并搅拌均匀，形成球壳混合液；三)将轻质发泡球置于球壳混合液中浸润，然后取出沥净，形成树脂基空心球；四)将树脂基空心球和剩余部分刚性纤维投入滚球机内，成形后取出静置；五)完成固化。采用本发明生产的复合空心球，球壳厚度均匀，质地均匀，相同密度等级的复合空心球抗压性能较强。

技术领域

本发明涉及一种轻质高强复合空心球，特别涉及一种轻质高强复合空心球的制备方法。

背景技术

近年来，伴随我国海洋矿产、油气资源开发规模的不断扩大，以固体浮力材料为代表的各类海洋工程材料的需求量大幅增加。以海洋石油开采中常用的钻井隔水管浮筒为例，国内每年需求量就在千米以上。

纤维增强复合材料以其轻质高强的特点，广泛应用于建筑、航空航天、造船、汽车等领域。

轻质高强的复合空心球具有低成本、低密度、闭气孔等优点，是制备合成型固体浮力材料的关键组成部分。相比由树脂和空心玻璃微珠组成的复合泡沫(Syntactic Foams)型固体浮力材料，加入这种直径在10mm以上的空心球能够大幅度降低浮力材料的原料成本；相同密度等级的浮力材料，其抗压能力也更强。目前，这类复合空心球的生产技术为Emerson & Cuming和Trelleborg等国外公司所掌握，国内没有公司能够生产。

中国专利文献104130549A在2014年11月5日公开了一种纤维增强树脂复合材料空心球及其制备方法，在滚球过程中匀速加入树脂，但这种方式很难保证空心球球壳的均匀性，相同密度等级的复合空心球抗压性能较差；同时该申请选用碳纤维和芳纶纤维对于空心球的抗压性能增强效果并不明显。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种轻质高强复合空心球的制备方法，采用该方法获得的复合空心球，球壳厚度均匀，质地均匀，相同密度等级的复合空心球抗压性能较强。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种轻质高强复合空心球的制备方法，采用环氧树脂作为粘结剂，采用刚性纤维作为复合增强材料，刚性纤维分成两部分在两个步骤中加入，并且该制备方法采用以下步骤：一)以环氧树脂和一部分刚性纤维为主要原料配制球壳基液；二)在步骤一)形成的球壳基液中加入常温和中温复合型固化剂和促进剂并搅拌均匀，形成球壳混合液；三)将轻质发泡球置于步骤二)形成的球壳混合液中进行充分浸润，然后取出，放在环境温度为20±5℃的铁丝网上静置，直至轻质发泡球上的球壳混合液沥净，形成树脂基空心球；四)将步骤三)形成的树脂基空心球和剩余部分刚性纤维投入滚球机内，启动滚球机，直至形成一层刚性纤维复合空心球；然后取出，在温度为20±5℃的环境中静置，直至一层刚性纤维复合空心球球壳失去流动性；五)采用两种方法处置所述步骤四)形成的一层刚性纤维复合空心球，第一种方法，将所述步骤四)形成的一层刚性纤维复合空心球放入烘箱完成固化，然后取出，冷却至室温形成具有一层球壳的轻质高强复合空心球；第二种方法，采用所述步骤四)形成的一层刚性纤维复合空心球代替轻质发泡球重复步骤三)～步骤四)1～2次形成二～三层刚性纤维复合空心球，然后放入烘箱完成固化，然后取出，冷却至室温形成具有二～三层球壳的轻质高强复合空心球。

所述刚性纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维和石膏晶须中的任意一种。

所述步骤二)，常温和中温复合型固化剂的配方是脂肪类固化剂和咪唑类固化剂。