一种低密度高强度浮力材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低密度高强度浮力材料及其制备方法，属于浮力材料技术领域。一种低密度高强度浮力材料，包括如下重量份的原料：环氧树脂100份、级配空心玻璃微珠10

【技术实现步骤摘要】
一种低密度高强度浮力材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于浮力材料
，具体涉及一种低密度高强度浮力材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体浮力材料是海下装备，尤其是深海装备所必须的关键材料之一，越来越受到人们的关注。固体浮力材料在深海环境服役的过程中，长期处于超高静水压力环境下，材料的性能会受到较大影响。随着开发海洋资源的需求越来越迫切，固体浮力材料服役深度的不断增加，进行固体浮力材料在深海环境下性能的研究具有重要意义。
[0003]固体浮力材料实际使用时需长期浸泡在水中，要求具备耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击等性能。浮力材料随着在水中使用的深度不同，强度要求不同，密度要求也不同。为提供更大的浮力，浮力材料的密度要尽可能的小，但密度变小，其抗压强度也会变小。水中使用的浮力材料，还要求吸水率低、吸水平衡的时间短，使浮力材料在水中长时间使用期间保持良好的性能，这对浮力材料提出了更高的要求。
[0004]环氧树脂是目前制备固体浮力材料最常用的基体树脂，其具有以下特性：
[0005]1)环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。
[0006]2)环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键、酰胺键、酯键等极性基团赋予环氧固化物以极高的黏接强度。
[0007]3)环氧树脂是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一，一般为1％～2％。环氧树脂基的材料尺寸稳定，内应力小，不易开裂。
[0008]4)环氧树脂固化时基本不产生低分子挥发物，所以可低压成型或接触成型。
[0009]5)配方设计的灵活性很大，满足不同场合固体浮力材料的成型固化要求。
[0010]6)环氧树脂固化后化学稳定性好，海水环境下的耐受性好。
[0011]因此，在现有技术的基础上对环氧树脂基固体浮力材料进行持续探索与研究具有重要的意义。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种低密度、高强度、低吸水率的浮力材料。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0014]一种低密度高强度浮力材料，包括如下重量份的原料：环氧树脂100份、级配空心玻璃微珠10
‑
50份、热塑性膨胀微球1
‑
5份、硫酸钙1
‑
5份、固化剂10
‑
40份、偶联剂1
‑
5份和防上浮剂0.5
‑
5份。
[0015]优选地，所述环氧树脂的环氧值为5eq/Kg，常温(23
±
2℃)下粘度为300
‑
600mpa
·
s的双酚A型环氧树脂，其型号为E51或E54。
[0016]优选地，所述级配空心玻璃微珠是由比重为0.15g/cm3、0.20g/cm3、0.30g/cm3、0.38g/cm3和0.46g/cm3中的至少两种的空心玻璃微珠按照一定的比例级配而成的，从而达到65％
‑
75％的填充率，抗压强度达到5
‑
15MPa。其中，空心玻璃微珠的粒径为5
‑
120μm，抗压强度为5
‑
150MPa，可以采用体积份数进行级配。上述比重指的是空心玻璃微珠的真密度。
[0017]优选地，所述热塑性膨胀微球为丙烯酸树脂热膨胀微球、聚氨酯改性丙烯酸酯热膨胀微球、聚酰亚胺改性丙烯酸树脂热膨胀微球或酚醛树脂空心微球。上述热塑性膨胀微球在加热后，体积可以增大到自身的几十倍，冷却后不回缩，密度降低，作为填充物可以降低材料的密度，抗压强度能达到3
‑
15MPa。
[0018]优选地，所述固化剂为2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑和均苯四甲酸二酐的至少一种，采用上述固化剂可提高成品固化效果，降低成品缺陷率。
[0019]优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560和KH570中的至少一种。在本专利技术中，偶联剂的加入能够提高空心玻璃微珠和热塑性膨胀微球与环氧树脂的结合性能，改善因原料浸润性差或者极性差别引起的结合界面剥离的现象，降低浮力材料的吸水率，提高其力学性能。
[0020]优选地，所述防上浮剂为亚甲基萘磺酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠的至少一种。其作用在于提高体系中热塑性膨胀微球和空心玻璃微珠的分散均匀性，由于热塑性膨胀微球和空心玻璃微珠的密度低，在低粘度的环氧树脂中容易上浮，导致成品密度不均匀，这一问题在体系固化前表现尤为突出，通过加入上述防上浮剂，则能够有效解决热塑性膨胀微球和空心玻璃微珠在与环氧树脂混合后的前述上浮问题，使成品密度一致性更好，性能指标更稳定。
[0021]此外，本专利技术材料中添加适量硫酸钙，在体系中起到减少固化反应热释放的效果，从而解决由于空心玻璃微珠和热塑性膨胀微球散热性差，热量急剧叠加导致固化过程中出现的“烧心”现象，提高成品的性能和质量。
[0022]本专利技术还提供了上述低密度高强度浮力材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)按重量份称取环氧树脂和热塑性膨胀微球，加入反应釜中，搅拌均匀，然后加热，制得低密度树脂混合物；
[0024](2)按重量份称取级配空心玻璃微珠、硫酸钙、固化剂、偶联剂和防上浮剂，与所述低密度树脂混合物进行混合，真空搅拌，制得混合料；
[0025](3)将所述混合料预固化1
‑
3h，升温固化2
‑
4h，自然冷却，得到成品。
[0026]优选地，步骤(1)中所述搅拌均匀的搅拌转速为：50
‑
300r/min，速度过慢分散效率太低，速度过快会导致空心玻璃微珠和热塑性膨胀微球破碎。
[0027]所述加热的温度为100
‑
200℃，恒温保持10min以上。
[0028]优选地，步骤(2)中所述真空搅拌的真空度为
‑
0.1MPa以下，搅拌时间为0.5
‑
3h。
[0029]优选地，步骤(3)中预固化的温度为45
‑
55℃，所述升温固化采用两段式升温，一段温度为75
‑
90℃，保持1
‑
3h，二段温度为110
‑
130℃，保持1
‑
3h。通过预固化和升温固化过程，以合理的梯度，缓慢提升固化温度，从而改善成品局部不良现象，使成品局部不良(主要指表面气孔)出现的概率由原来的5％以上降低至1％以下，获得的成品气孔少、吸水率低、力学性能好。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0031]本专利技术低密度高强度浮力材料以环氧树脂为基体，热塑性膨胀微球和级配空心玻璃微珠作为填充，选择合适的固化剂和成型助剂，通过真空搅拌以混合均匀，固化成型，所得浮力材料的密度低，吸水率低，强度高，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度高强度浮力材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：环氧树脂100份、级配空心玻璃微珠10
‑
50份、热塑性膨胀微球1
‑
5份、硫酸钙1
‑
5份、固化剂10
‑
40份、偶联剂1
‑
5份和防上浮剂0.5
‑
5份。2.如权利要求1所述的一种低密度高强度浮力材料，其特征在于：所述环氧树脂的环氧值为5eq/Kg，常温下粘度为300
‑
600mpa
·
s的双酚A型环氧树脂，其型号为E51或E54。3.如权利要求2所述的一种低密度高强度浮力材料，其特征在于：所述级配空心玻璃微珠是由比重为0.15g/cm3、0.20g/cm3、0.30g/cm3、0.38g/cm3和0.46g/cm3中的至少两种的空心玻璃微珠按照一定的比例级配而成。4.如权利要求3所述的一种低密度高强度浮力材料，其特征在于：所述热塑性膨胀微球为丙烯酸树脂热膨胀微球、聚氨酯改性丙烯酸酯热膨胀微球、聚酰亚胺改性丙烯酸树脂热膨胀微球或酚醛树脂空心微球。5.如权利要求4所述的一种低密度高强度浮力材料，其特征在于：所述固化剂为2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑和均苯四甲酸二酐的至少一种。6.如权利要求5所述的一种低密度高强度浮力材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560和KH570中的至少一种。7.如权利要求6所述的一种低密度高强度浮力材...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡耀武，史乾坤，孙小康，陆瑜翀，王珂，李瑶，王亚豪，赵永振，陶新良，张英才，蔡建武，范若彬，代巍，董昌华，
申请(专利权)人：郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：