固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法及空心大球技术

本发明专利技术提供了一种固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法，包括以下步骤：(1)将发泡型颗粒与发泡剂加入球形模具中，合模加热发泡得到发泡膨胀的球体；(2)将步骤(1)中得到的发泡膨胀的球体冷却，得到芯材；(3)将步骤(2)中得到的芯材放入滚筒中滚动，加入热固性树脂体系材料和纤维材料，滚动得到带壳层的大球；(4)将步骤(3)中得到的带壳层的大球加热固化，得到空心大球。本发明专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的空心大球。本发明专利技术采用滚筒法制备得到的空心大球接近于完美球形，表面无缺陷破损，进而可承受的耐压强度高，在满足耐压强度的情况下，空心大球的直径可以更大，密度可以更低，重量更轻。

Preparation method of hollow large ball of composite material for solid buoyancy material and hollow big ball

The present invention provides a method for preparing composite hollow ball with a solid buoyancy material, which comprises the following steps: (1) the foaming and foaming agent into spherical particles in mold, mold heating foaming foaming ball; (2) the step (1) in the global sphere cooling the expansion of the obtained core material; (3) the step (2) core material obtained in rollers rolling, adding thermosetting resin and fiber materials, get the ball rolling with shell; (4) the step (3) in the big ball heating with solid shell, are hollow the big ball. The invention also provides a hollow large ball prepared by the preparation method. The hollow large ball prepared by the roller method is close to the perfect sphere, and has no defect and breakage on the surface, so that it can withstand high compressive strength. When the pressure strength is satisfied, the diameter of the hollow large ball can be larger, the density can be lower, and the weight is lighter.

【技术实现步骤摘要】
固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法及空心大球
本专利技术属于固体浮力材料制造领域，尤其涉及一种空心大球的制备方法及空心大球。
技术介绍
固体浮力材料是一种低密度、高强度、低吸水的高分子复合材料，广泛应用于水下各种设备机械上以提供浮力，如在油气深水钻井、海底探测器械、深海管线和脐带缆上都有广泛使用。通过固体浮力材料减重后，深海中运作的器械得以摆脱自身重力带来的负荷，使得这些器械能够运转自如，因此，无论是在军用领域还是民用领域，固体浮力材料都得到了广泛认可和采用。国外发展固体浮力材料起步较早，发展较为成熟，规模最大的是澳大利亚公司Matrix，其专注于隔水管用固体浮力材料，有能力生产密度为0.37-0.47g/cm3，使用水深为1000-3000m的固体浮力材料，耐水压达到30MPa以上；瑞典公司特瑞堡，生产的固体浮力材料广泛应用于水下机器人和各种水下线缆，一系列产品可应用于从1000m水深到11000m水深的各种情况，密度最低可至0.4g/cm3，抗压强度最高可达到110MPa以上。国内固体浮力材料起步最早的是青岛海洋化工研究院，早在90年代初就用化学发泡法成功研制了“SBM-300”固体浮力材料，可用于浅海作业。中国专利CN100378166C即为青岛海洋化工研究院公开的关于固体浮力材料的专利，其中描述了几种固体浮力材料的制备工艺、条件和原材料，其中，一种产品密度为0.4-0.47g/cm3，耐静水压强度达到12MPa以上，吸水率小于1％；另一种产品密度为0.54-0.56g/cm3，耐静水压强度达到55MPa以上，吸水率小于1％；还有一种产品密为0.67-0.69g/cm3，耐静水压强度达到70MPa以上，吸水率小于1％。目前的深水用固体浮力材料大致分为两种，一种为树脂混合玻璃微珠，青岛海洋化工研究院生产的就是这种固体浮力材料，另一种为树脂混合复合材料球，国内目前尚无采用该类技术的成熟产品。固体浮力材料用空心球尺寸一般为2～450mm之间，一般行业规定30mm以上为大球，30mm以下为小球。中国专利CN101709130B介绍了一种发泡型超低密度浮力材料，该材料分为芯材和面材，分别使用聚甲基丙烯酰亚胺和环氧树脂材料，密度最小可以达到0.12g/cm3，压缩强度为1.5MPa，吸水率小于1％，但该种浮力材料只能在浅水领域使用，水深过大会被压裂进而失效。中国专利CN103665615B介绍了一种用于固体浮力材料的纤维小球及其制备方法，以这种方法制备的球体直径为6-25mm，壳层厚度为0.2-2.5mm，可用于固体浮力材料中以降低密度，但该球体直径通常不能满足要求，限制了增强用的纤维的长度，且当球体直径超过15mm时，产品会较大的偏离球体形状，表面也会有较多缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种表面无缺陷破损、耐压强度高、密度低、壳层厚度可准确控制、产品质量稳定的固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法及空心大球。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法，包括以下步骤：(1)将发泡型颗粒与发泡剂加入球形模具中，合模加热发泡得到发泡膨胀的球体；(2)将步骤(1)中得到的发泡膨胀的球体冷却，得到芯材；(3)将步骤(2)中得到的芯材放入滚筒中滚动，加入热固性树脂体系材料和纤维材料，滚动得到带壳层的大球；(4)将步骤(3)中得到的带壳层的大球加热固化，得到空心大球。本专利技术是基于以下原理制备得到空心大球的，首先将发泡型颗粒与发泡剂放入模具中加热发泡得到芯材，冷却后再将芯材放入滚筒中滚动，在芯材上涂覆热固性树脂体系材料和纤维材料，最后加热，热固性树脂体系材料固化得到壳层，同时芯材遇热熔融塌陷，得到空心大球。本专利技术中，冷却时，发泡膨胀的球体随模具一起冷却到70℃以下，此时球体已发泡成型，不会变形，再将球体从模具中取出自然冷却，另外，模具中有脱模剂，取出时也较容易。步骤(1)中由于发泡膨胀的球体内部含有发泡剂(如戊烷等)，气体不断挥发而发泡，气体起了支撑作用，所以步骤(1)会得到一个球体，步骤(4)中芯材中已无发泡剂，气孔内外气压一致，当带有多孔结构的发泡塑料(芯材)在其熔点及以上时再次熔融成塑料粘流态，体积大幅缩小，从使涂覆树脂的实心球变成中空球。上述制备方法中，优选的，将所述步骤(4)中得到的空心大球代替所述芯材再重复步骤(3)和(4)一次或多次以得到多层壳层的空心大球。重复次数的多少决定于壳层的厚度，实际操作中可根据需要调整重复的次数。上述制备方法中，优选的，所述发泡型颗粒为发泡聚苯乙烯、发泡聚乙烯、发泡聚丙烯中的一种，所述发泡型颗粒的粒径不大于4mm，所述发泡剂为挥发性液体，更优选的为戊烷，所述发泡剂的加入量为所述发泡型颗粒质量的0.5-2％，更优选的为1％。一般塑料颗粒发泡后体积可增加6倍以上，由于大球尺寸已确定，发泡型颗粒的用量不能太多，会导致无法发泡或发泡后材料密度太大等问题。发泡剂的加入量不能太多也不能太少，若发泡剂加入太少，发泡效果不好，加入太多，发泡得到的球体表面易开裂或球体的强度太低而无法负载表明壳层。上述制备方法中，优选的，所述芯材的密度为0.03-0.1g/cm3，直径为9-440mm。经过发泡后，发泡型颗粒在球形模具中膨胀成球体，通过不同的模具及发泡型颗粒的加入量可得到不同密度及直径的芯材。上述制备方法中，优选的，加入热固性树脂体系材料和纤维材料时，控制所述热固性树脂体系材料和纤维材料的质量比为1：0.4-1.2。纤维材料的占比多少决定了壳层的强度和密度，纤维占比越大，壳层模量越大，密度也越大，考虑到空心大球的综合性能，应该将纤维材料的占比控制在一定的范围。上述制备方法中，优选的，所述热固性树脂体系材料的按重量份表示包括如下组分：树脂80-100份；固化剂10-80份；稀释剂0.2-25份；偶联剂0.2-5份。上述制备方法中，优选的，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂和聚酯树脂中的一种或多种，所述固化剂为多元胺型、改性胺型和酸酐型物质中的一种或多种，所述稀释剂为缩水甘油醚类物质中的一种或多种，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。加入固化剂的作用在于加热时固化壳层，加入稀释剂作用在于降低树脂粘度，控制固化反应时的放热，加入偶联剂作用在于改善纤维材料表面性质，增加纤维表面与树脂基体的结合度，使纤维材料与树脂能更好的结合在一起。上述制备方法中，优选的，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、金属纤维和芳纶纤维中的一种或多种，所述纤维的长度为50μm-5000μm。上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述加热温度为90-150℃，所述步骤(4)中，所述加热固化采用热空气加热，所述加热温度为100-150℃。步骤(1)中加热发泡时，加热的作用是使发泡剂挥发，从而引起芯材塑料颗粒发泡，在发泡过程中，温度越高发泡速率越快，但太快会影响发泡气孔均匀度，温度太低发泡太慢或不发泡，所以在发泡时温度要控制在90-150℃。一种固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法制备得到的空心大球，所述空心大球的直径为30-450mm，密度为0.15-1g/cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将发泡型颗粒与发泡剂加入球形模具中，合模加热发泡得到发泡膨胀的球体；(2)将步骤(1)中得到的发泡膨胀的球体冷却，得到芯材；(3)将步骤(2)中得到的芯材放入滚筒中滚动，加入热固性树脂体系材料和纤维材料，滚动得到带壳层的大球；(4)将步骤(3)中得到的带壳层的大球加热固化，得到空心大球。

【技术特征摘要】
1.一种固体浮力材料用复合材料空心大球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将发泡型颗粒与发泡剂加入球形模具中，合模加热发泡得到发泡膨胀的球体；(2)将步骤(1)中得到的发泡膨胀的球体冷却，得到芯材；(3)将步骤(2)中得到的芯材放入滚筒中滚动，加入热固性树脂体系材料和纤维材料，滚动得到带壳层的大球；(4)将步骤(3)中得到的带壳层的大球加热固化，得到空心大球。2.根据权利要求1所述的复合材料空心大球的制备方法，其特征在于，将所述步骤(4)中得到的空心大球代替所述芯材再重复步骤(3)和(4)一次或多次。3.根据权利要求1或2所述的复合材料空心大球的制备方法，其特征在于，所述发泡型颗粒为发泡聚苯乙烯、发泡聚乙烯、发泡聚丙烯中的一种，所述发泡型颗粒的粒径不大于4mm，所述发泡剂为挥发性液体，所述发泡剂的加入量为所述发泡型颗粒质量的0.5-2％。4.根据权利要求1或2所述的复合材料空心大球的制备方法，其特征在于，所述芯材的密度为0.03-0.1g/cm3，直径为9-440mm。5.根据权利要求1或2所述的复合材料空心大球的制备方法，其特征在于，加入热固性树脂体系材料和纤维材料时，控制所述热固性树脂体系材料和纤维材料的质量比为1：0.4-1.2。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺湘伟，王梦晨，李远，陈彰斌，周明，董晶晶，黄自华，张亚新，姜其斌，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43