[发明专利]一种毫米级核壳结构球体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种毫米级核壳结构球体材料及其制备方法，涉及固体浮力材料技术领域。本发明提供的一种毫米级核壳结构球体材料及其制备方法，通过在聚苯乙烯泡沫球表面形成环氧树脂层，再使用粘度较小的不饱和聚酯树脂在环氧树脂层基础上制备复合材料壳层，并同时加入低密度材料降低材料密度，最后采用大分子多元醇和多异氰酸酯固化剂在复合材料壳层基础上制备聚氨酯壳层，从而实现毫米级核壳球体材料的低能耗、低密度、高强度、高成品率制备，可解决毫米级核壳球体材料存在的生产效率低、成品率低、能耗高、密度高、脆性大的技术问题，达到了提高毫米级核壳球体材料生产率和成品率，并使其具备低密度、高强度综合性能的技术效果。

技术领域

本发明涉及固体浮力材料技术领域，特别涉及一种毫米级核壳结构球体材料及其制备方法。

背景技术

固体浮力材料是以液体树脂为基体，以空心微球为填充剂的复合泡沫材料，其具有高强度、低密度的优良特性，在海洋探测领域具备极大的开发应用价值。其中，低密度毫米级核壳结构小球的制备技术缺失，使得毫米级核壳结构小球无法实现大规模的批量生产，极大限制我国在未来深海探测领域的发展。

为了使得低密度毫米级核壳结构小球能够实现批量生产，中国专利CN105037789A公开了一种纤维增强树脂复合材料空心球及其制备方法，其在滚球过程中匀速加入环氧树脂，这种方式很难保证空心球球壳的均匀性，且容易造成粘接，导致产品性能不稳定，生产效率低；中国专利CN103665615A公开了一种用于固体浮力材料的纤维小球及其制备方法，所用材料以玻璃纤维和碳纤维为主，制备的产品密度大，工艺复杂，表面粗糙，导致产品性能不稳定；中国专利CN104130549A公开了一种纤维增强树脂复合材料空心球及其制备方法，该方法采用滚球机进行制备，在滚球机中加入树脂固化剂混合液和纤维，后取出在烘箱中进行加温固化，过程难以控制，容易出现粘接，影响最终性能；中国专利CN111100320A公开了一种晶须增强树脂复合材料空心球及其制备方法，耐静水压强度较低，且密度较大，生产的毫米级小球脆性较大，使用过程容易破损，生产效率低，生产成本较高；中国专利CN111548573 A公开了一种纤维增强酚醛树脂复合材料空心球及其制备方法，其生产的毫米级小球脆性较大，使用过程容易破损，生产效率低，生产成本较高。

在实现本发明提供的技术方案前，发明人发现现有技术存在以下技术问题：

现有空心球材料普遍采用环氧树脂，由于环氧树脂粘度高，容易造成毫米级小球粘合，固化过程普遍采用高于50℃以上高温固化，能耗高，制备原料涉及高密度的玻璃纤维、碳纤维、晶须等增强材料，且热塑性树脂的大量使用导致最终产品物理强度较低。

发明内容

针对现有技术存在的毫米级核壳球体材料存在的生产效率低、成品率低、能耗高、密度高、脆性大的技术问题，本发明提供了一种毫米级核壳结构球体材料及其制备方法。

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种毫米级核壳结构球体材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将5~10重量份聚苯乙烯泡沫球送入转鼓后，将所述转鼓的工作温度调至50~60°C，向所述转鼓加入0.1~1重量份低密度材料后混匀，得到第一混合球体材料；

将10重量份环氧树脂、1重量份活性稀释剂、0.1重量份偶联剂、及1~4重量份胺类固化剂均匀混合后得到底层壳体涂料，将所述底层壳体涂料经喷枪喷涂于所述第一混合球体材料表面，待固化完成后得到第一核壳结构球体材料；

将所述转鼓的工作温度调至室温后，向所述转鼓继续加入0.1~1重量份低所述密度材料和3~5重量份短切纤维得到第二混合球体材料，然后将10重量份不饱和聚酯树脂、0.1~0.4重量份固化剂、0.1重量份促进剂、0.05重量份所述偶联剂混匀后得到中层壳体涂料，将所述中层壳体涂料经喷枪喷涂于所述第二混合球体材料表面，待固化完成后得到第二核壳结构球体材料；