一种微珠复配的固体浮力材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微珠复配的固体浮力材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，本发明专利技术材料包括如下质量份原料：环氧树脂100份，稀释剂10‑30份，复合固化剂10‑20份，固化促进剂0‑2份，硅烷偶联剂0.5‑2份，空心玻璃微珠40‑60份，发泡微球0‑2份；其制备方法：首先将空心玻璃微珠进行表面处理和环氧树脂基体的真空脱泡处理，再将环氧树脂基体与复配微珠混合真空脱泡处理，再采用模压成型工艺在特定温度和压力下固化，脱模，即得固体浮力材料。本发明专利技术通过合理复配轻质填料，并采用模压成型工艺，获得的固体浮力材料密度为0.37‑0.40g/cm

A Solid Buoyancy Material Compounded with Microbeads and Its Preparation Method

The present invention relates to a solid buoyancy material and its preparation method, belonging to the technical field of composite materials. The materials of the invention include 100 copies of epoxy resin, 10 30 copies of diluent, 10 20 copies of composite curing agent, 0 2 copies of curing accelerator, 0.5 2 copies of silane coupling agent, 40 60 copies of hollow glass microspheres and 0 2 copes of foaming microspheres. Firstly, the hollow glass beads were treated by surface treatment and vacuum defoaming of epoxy resin matrix, then the composite glass beads and epoxy resin matrix were mixed with vacuum defoaming treatment, and then the solid buoyancy material was obtained by curing and demoulding under specific temperature and pressure by moulding process. The density of solid buoyancy material is 0.37_0.40g/cm by reasonably compounding light filler and adopting moulding process.

【技术实现步骤摘要】
一种微珠复配的固体浮力材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，特别是涉及一种微珠复配的固体浮力材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着我国海洋开发不断向深度和广度扩展，各类海洋工程材料的需求量大幅增加，其中轻质高强的固体浮力材料就是现代深潜、水下勘探以及海洋工程技术的重要组成部分。由于固体浮力材料需要长期工作在海洋高压、高腐蚀、变幻莫测的恶劣环境下，因此对其浮力系数、抗压强度、吸水率及机加工性等性能指标都有严格的要求。其中，浮力系数与固体浮力材料的自身密度成反比，即材料的密度越小，对应的浮力系数越大，材料单位体积可提供的浮力越大，从而提高材料的有效载荷能力；材料的吸水率越低，浮力系数越稳定，从而保证深海工作设备的安全性和可靠性。由此可见，性能优良的固体浮力材料就是要将材料的低密度、低吸水率和高抗压强度有机地结合在一起，实现其在海洋开发领域的广泛应用。目前，国内外主要开发研究且生产技术较为成熟的固体浮力材料产品主要使用空心玻璃微珠作为轻质填料来降低材料密度。当以单一的空心玻璃微珠作为轻质填料时，为了降低材料的整体密度，通常需要提高空心玻璃微珠的加入量。在制备过程中，空心玻璃微珠是与树脂基体直接共混或经过硅烷偶联剂表面处理后再共混，在此过程中，大量的气体会不可避免地被引入到基体体系中，同时由于两者极性的差异，空心玻璃微珠在基体中不容易分散均匀，且与基体之间的界面相容性较差，导致结合力较低，材料缺陷增多，从而会降低材料整体的抗压强度，并使其吸水率升高，这种负面影响会随着空心玻璃微珠加入量的增加而增强；当空心玻璃微珠的加入量超过基体体系可接受的极限值时，混合物料中的液固比失衡，无法脱泡，制备工艺的可操作性降低；空心玻璃微珠加入量的增加，也会直接导致原料成本的增加。据报道，在保持高抗压强度的情况下，通过调节空心玻璃微珠的加入量控制材料密度时，密度主要保持在0.55-0.70g/cm3，很难达到0.5g/cm3以下，这将限制材料的使用范围。因此，通过筛选适宜的轻质填料，实现固体浮力材料低密度、低吸水率和高抗压强度的有机统一，具有重大的理论和现实意义。中国专利公布号CN106317782A公开了一种复合浮力材料的制备方法，复合浮力材料以复配的空心微珠和发泡微球作为轻质填料，通过浇注成型法制备。在注料过程中，模具需预留有足够空间(1/3以上空间)，用于发泡微球升温膨胀后的浮力材料体积扩大，其主要目的是利用发泡微球遇热从小颗粒物扩大成中空微珠的特点，增加整体中空微珠添加量，降低浮力材料密度；此种方法虽然所得材料具有较低的密度和吸水率(分别为0.30-0.52g/cm3和≤0.3％)，但同时会降低材料致密度，对材料的抗压强度产生负面影响，使得抗压强度相对略低(7-10MPa)。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种微珠复配的固体浮力材料及其制备方法，一方面，通过合理复配轻质填料及调整制备工艺，在降低材料密度的同时，提高材料的抗压性能和耐水性能，从而获得密度为0.37-0.40g/cm3，抗压强度≥14MPa，吸水率≤0.3％的固体浮力材料，其同时还具有良好的耐腐蚀性能和优良的可加工性能，满足深海领域的应用需要；另一方面，对于相同密度等级及使用性能的固体浮力材料，通过合理复配轻质填料，可减少轻质填料加入量，降低原料成本。本专利技术是这样实现的，一种微珠复配的固体浮力材料，包括如下质量份的原料：环氧树脂100份，稀释剂10-30份，复合固化剂10-20份，固化促进剂0-2份，硅烷偶联剂0.5-2份，空心玻璃微珠40-60份，发泡微球0-2份。在上述技术方案中，优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或缩水甘油酯型环氧树脂。在上述技术方案中，优选的，所述稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚。在上述技术方案中，优选的，所述复合固化剂为脂肪胺类固化剂和叔胺类固化剂的混合物，脂肪胺类固化剂与叔胺类固化剂的质量比为1:3。在上述技术方案中，优选的，所述固化促进剂为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。在上述技术方案中，优选的，所述硅烷偶联剂为KH-550，KH-560或KH-570中的一种或几种。在上述技术方案中，优选的，所述空心玻璃微珠的直径为15-90μm，密度为0.15-0.38g/cm3。在上述技术方案中，优选的，所述发泡微球的未膨胀微球直径为10-20μm，膨胀后微球直径为20-150μm，膨胀后微球密度为0.02-0.03g/cm3。上述微珠复配的固体浮力材料的制备方法，其具体实施步骤如下：(1)空心玻璃微珠的表面处理和环氧树脂基体的真空脱泡处理所述空心玻璃微珠的表面处理的具体过程为：分别称取稀释剂和硅烷偶联剂，将两者加入到搅拌机中，搅拌均匀后，倒入真空捏合机，备用；再分别称取空心玻璃微珠和发泡微球，将两者混合均匀后，分批加入到所述真空捏合机中，在60-80℃的常压条件下匀速捏合20-30min，得到物料A；所述环氧树脂基体的真空脱泡处理的具体过程为：分别称取环氧树脂、复合固化剂和固化促进剂；将称取的环氧树脂倒入真空搅拌器中，在40-60℃的常压条件下匀速搅拌20min，然后再将复合固化剂和固化促进剂依次倒入所述真空搅拌器中，在40-60℃的真空状态下匀速搅拌10min，搅拌器内压力为-0.09MPa，得到物料B；(2)混合物料真空脱泡处理将得到的物料B倒入所述真空捏合机中，与其中的物料A在60-80℃的真空状态下匀速捏合30min，捏合机内压力为-0.09MPa，得到物料C；(3)固体浮力材料固化成型打开真空捏合机取出物料C，将其放入预先加热到60-80℃的模具中压实，再置于平板硫化机上，在90℃和1MPa条件下固化1h，再在110℃和2MPa条件下固化1h，最后在180℃和2MPa条件下固化1h；(4)脱模将固化成型后的材料连同模具在室温下(20±5℃)静置24h，脱模后即得到所述的固体浮力材料。将经过上述步骤之后得到的固体浮力材料进行裁剪、打磨，放入微机控制全自动压力试验机，进行抗压强度测量。本专利技术选用复配微珠作为固体浮力材料中的轻质填料。其中，采用空心玻璃微珠作为第一类轻质填料调节材料密度，这是由于其具有重量轻、体积大、导热系数低、抗压强度高、流动性好等特点。在环氧树脂与固化剂发生聚合反应的过程中，网状立体聚合物逐步形成，并把空心玻璃微珠包裹在网状体结构中，从而达到降低材料密度的目的。但由于有机的环氧树脂与无机的空心玻璃微珠的极性差异，使得两者之间的界面相容性较差，导致两者不能达到紧密粘结，界面间存在一定的空隙；另一方面，由于制备工艺及实验设备的原因，在空心玻璃微珠与环氧树脂捏合的过程中，大量气泡将不可避免地被引入到物料体系中。这些界面空隙和体系气泡虽然在降低材料密度方面可以起到一定的积极作用，但是同时会使材料体系内部的缺陷增多，对材料的抗压性能及耐水性能产生较大的负面影响。为了进一步降低这些因素的负面影响，提高材料性能，本专利技术在材料体系中加入发泡微球作为第二类轻质填料，这是由于其具有密度低、机械性能良好、易于加工、弹性优良、发泡性能优异、无毒无污染等特点。发泡微球是一种具有核壳结构的有机球状颗粒，外壳为热塑性丙烯酸聚合物，内核为碳氢化合物。当加热到一定温度时，热塑性外壳软化，内核的碳氢化合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：包括如下质量份的原料：环氧树脂100份，稀释剂10‑30份，复合固化剂10‑20份，固化促进剂0‑2份，硅烷偶联剂0.5‑2份，空心玻璃微珠40‑60份，发泡微球0‑2份。

【技术特征摘要】
1.一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：包括如下质量份的原料：环氧树脂100份，稀释剂10-30份，复合固化剂10-20份，固化促进剂0-2份，硅烷偶联剂0.5-2份，空心玻璃微珠40-60份，发泡微球0-2份。2.根据权利要求1所述的一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或缩水甘油酯型环氧树脂。3.根据权利要求1所述的一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：所述稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚。4.根据权利要求1所述的一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：所述复合固化剂为脂肪胺类固化剂和叔胺类固化剂的混合物，脂肪胺类固化剂与叔胺类固化剂的质量比为1:3。5.根据权利要求1所述的一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：所述固化促进剂为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。6.根据权利要求1所述的一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH-550，KH-560或KH-570中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：所述空心玻璃微珠的直径为15-90μm，密度为0.15-0.38g/cm3。8.根据权利要求1所述的一种微珠复配的固体浮力材料，其特征在于：所述发泡微球的未膨胀微球直径为10-20μm，膨胀后微球直径为20-150μm，膨胀后微球密度为0.02-0.03g/cm3。9.一种微...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，单丹，尤健，孙建，潘新庆，胡芝娟，董正洪，
申请(专利权)人：天津中材工程研究中心有限公司，天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12