[发明专利]一种可常温固化的新型高强度固体浮力材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种可常温固化的新型高强度固体浮力材料及其制备方法，包括以下原料：空心玻璃微球89‑285份，环氧树脂73‑123份，固化剂16‑49份，介孔氧化硅材料6‑10份，稀释剂4‑13份，偶联剂3‑4份。通过将环氧树脂与稀释剂和介孔氧化硅材料混合后，在三辊机上研磨至刮板细度20µm以下，备用；将改性空心玻璃微珠与环氧树脂按一定比例混合成泥状膏体，备用；将改性空心玻璃微珠配方量与的固化剂混合成泥状膏体，备用；将两种膏体用捏合的方法混合均匀，然后将混合好的膏体填入模具中，多次加压排气，保压下常温固化24小时；脱模后得到固体浮力材料。本发明以空心玻璃微球为密度调节剂的基础结合介孔氧化硅材料的多孔结构和高强度作为补强材料，可有效提高抗压强度。

技术领域

本发明属于固体浮力材料技术领域，具体涉及一种可常温固化的新型高强度固体浮力材料及其制备方法。

背景技术

随着海洋开发科学的兴起，人类对深海的勘探、考察与开发的需求越来越迫切，然而在深海中直接进行观察测量等活动亟需必要的仪器和设备支持。固体浮力材料是一种高强度，低密度，具有耐静水外压、耐海水腐蚀、低吸水率等特性的复合材料。固体浮力材料可以为远程遥控水下机器人、勘测装置等提供浮力，是现代海洋深潜技术发展必不可少的基础材料，它的技术性能指标先进与否，直接影响到潜水器的可靠性和安全性。当前我国为深水石油等海洋资源的开发以及深海装备技术的发展制定了一系列战略与政策，也对国产固体浮力材料提出了更高的性能要求。因此，高强轻质浮力材料的应用前景极为广阔。

固体浮力材料是深海中最普遍应用的一种材料，在众多的深海探测与开发中具有广泛的应用，可应用于众多深海仪器设备中，如深海潜器、零浮力拖体、深渊监测平台、无人遥控潜水器等。目前，因为高性能固体浮力材料的制备技术只为国外少数厂商掌握，所以价格非常昂贵。据报道，美国建造Alvin号深潜器时，浮力材料的价格为2250美元/立方英尺，该深潜器在浮力材料上就耗资110万美元。尽管如此，我国在进口这种浮力材料时还常常受限，而且只能限于民用。除了在深海装置中的应用外，固体浮力材料在深水采油及采矿中也有很大的应用前景。未来全球用于深水浮式的生产系统、海底管线、钻井管道等都会用到固体浮力材料，因此对其需求肯定非常旺盛。由此可见，大力发展国产化高性能固体浮力材料不但具有较大的经济效益，而且可以摆脱国外的遏制，推动我国在深海领域的研究与开发，维护我国的深海权益，极具战略意义。

通常的工厂生产中，环氧树脂基固体浮力材料的制造方法多为，先将表面改性处理的空心玻璃微珠加入到低粘度环氧树脂中混合均匀，再加入固化剂混合均匀后，马上灌注到适当的磨具中，抽真空脱气，固化成型，脱模。在工厂调研中发现的问题主要在两个方面：一个是灌注和抽真空脱气，要实现这个过程须要求空心玻璃微珠和环氧树脂的混合料应当是流体状态；另一个是固化成型，有两种基本工艺即室温固化和加热固化。问题在于：流体状态有利于灌注和抽真空脱气，但是空心玻璃微珠和环氧树脂之间的密度差在0.6g/cm3以上，在抽真空脱气时空心玻璃微珠会上浮，造成块体材料上下密度分布不均。如果是固化过快，混合料粘度上升脱气不完善，块体材料内有气孔；如果固化过慢，避免不了混合料中的空心玻璃微珠上浮，造成块体材料上部密度小，下部密度大。由于空心玻璃微珠和环氧树脂的混合料几乎是热绝缘体，室温固化成型时反应热难以散出，会出现块体中心部位的烧芯现象；若加热固化成型，热量难以传导到中心内部，一般只能制作15cm以下厚度的块体材料。因此，如何实现排气完善又能良好的常温固化，是制备高强度固体块体浮力材料承待解决的问题。