高强度固体浮力材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度固体浮力材料的制备方法；包括如下步骤：采用与空心微球的质量比为0.2∶100的偶联剂对1～20份空心微珠进行预处理；将100份树脂、0～60份固化剂、0～15份增韧剂、0～5份分散剂、0～10份稀释剂搅拌混合，得到树脂体系物料，将所述预处理后的空心微球与1～30份纤维小球分步、逐次加入所述树脂体系物料，缓慢搅拌、混合均匀，得原始浆料；所述原始浆料进入注塑工序，脱模，即得所述高强度固体浮力材料。本发明专利技术的高强度固体浮力材料，与传统的固体浮力材料相比具有更高的抗压强度、更低的密度和渗水率，同时具有良好的加工性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其是涉及一种应用于水深达3000米及以上的水中设备配重、水面浮标，以及深海勘探等需要的浮力平台所用固体浮力材料的制备方法。
技术介绍
进入21世纪以来，世界各国纷纷对海洋领域的油气品等矿产资源进行大规模的勘探及开采，以满足日益增长的能源需求。在此过程中，固体浮力材料作为一种低密度、高强度、低渗水率、高浮力的高性能复合材料，是现代海洋石油、天然气以及深潜技术必不可少的基础性材料，它可以为水面的平台装置提供浮力，为水下管线提供保温和浮力，为深潜器材提供必需的浮力，对提闻潜器的有效载荷、减少其外形尺寸，提闻其水下运动性能起着重要作用。无论是军用还是民用，高强度的固体浮力材料在海洋领域得到了广泛的应用，如水中设备的配重，漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标，海底埋缆机械、水下管路配重，零浮力拖体，载人深潜器，水下机器人，水下声纳系统等。传统的固体浮力材料是以液体树脂为基体，以空心微球为填充剂，经混合、浇注、固化等工艺制得的复合泡沫，已经大量应用于大洋海底的开发和采集作业。国内外相关实验室和企业在浅海、深还不同水深所用固体浮力材料方面做了大量的研发工作。例如，美国洛克希德导弹空间公司开发出适用于水深500米的密度为0.35g/cm3、抗压强度为5.6MPa的固体浮力材料，同样也开发出适用于2400米的密度为0.45g/cm3、抗压强度为25MPa的固体浮力材料。国内的山东市青岛市海洋化工研究院早在90年度初采用化学发泡的工艺研制成功“SBM-300”固体浮力材料，密度小于0.33g/cm3，抗压强度为5.5MPa，渗水率低于1%。固体浮力材料的强度主要是由其填充增强材料的性能所决定的，其中用于固体浮力材料的轻质填料有无机微球、有 机微球和金属微球三大类。在深海领域使用最多的是中空玻璃微球，而我国目前尚无生产深海用中空玻璃微球的能力，主要体现在玻璃微球的粒径分布广、耐压强度小、破碎率大等缺点，高性能的玻璃微球均被国外公司(包括3M、AGSC0等公司)所垄断。通过对现有技术的检索发现，中国专利CN11844236A公开了一种深海用可加工固体浮力材料及其制备方法，该方法所制备的浮力材料科可用于5800米水深，但在制备过程中空心微珠的添加量大于20wt%时，树脂体系的流动性降低，添加变得更加困难，操作极其不便，同时其耐静水压强度值较低。中国专利CN101735566A公开了可加工全海深浮力材料及制造方法，该方法在常规复合泡沫制备的基础上通过添加少量短切芳纶纤维实现材料强度的提高，可满足11000米水深的浮力材料性能需求，但短切纤维在含有玻璃微珠的树脂体系中的均匀分散难以实现。因此，如不解决以上问题，将显著的制约我国固体浮力材料的各种性能提高和应用前景，迟滞我国在海洋领域，尤其是深海领域中工程装备的轻量化进程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种。该高强度固体浮力材料是一种应用于水深达3000米以上的水中设备配重、水面浮标，以及深海勘探等需要的浮力平台所用固体浮力材料。本专利技术通过进行配方设计、优化技术工艺，在传统的以空心微球为增强材料制备复合泡沫的基础上，将毫米级乃至微米级的、高强度的纤维小球与微米级的空心微球对树脂体系进行协同增强，可有效的解决现有复合泡沫密度高、抗压强度低等不足之处。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:本专利技术涉及一种，所述方法包括如下步骤:A、按树脂100份，纤维小球1~30份，空心微球1~20份，固化剂0~60份，增韧剂0~15份，稀释剂0~10份，分散剂0~5份，与空心微球的质量比为0.2: 100的偶联剂进行备料；B、采用所述偶联剂对空心微珠进行预处理；将所述树脂、固化剂、增韧剂、分散剂、稀释剂搅拌混合，得到树脂体系物料，将所述预处理后的空心微球与纤维小球分步、逐次加入所述树脂体系物料，缓慢搅拌、混合均匀，得原始浆料；C、所述原始浆料进入注塑工序，脱模即得所述高强度固体浮力材料。 步骤A中，偶联剂的作用在于对空心微球进行预处理，提高微球与树脂基体之间的界面粘结强度，从而提高浮力材料的耐压强度。各组分优选:树脂100份，纤维小球10~30份，空心微球10~20份，固化剂0~60份，增韧剂1~15份，稀释剂2~10份，分散剂1~5份，与空心微球的质量比为0.2: 100的偶联剂；此时得到的材料抗压强度提高至50 ~120MPa。优选地，步骤A中，所述树脂是密度为0.8g/cm3~1.5g/cm3，常温(25°C )下粘度为 lOOmPa.s ~1500mPa.s 的树脂。优选地，所述树脂包括环氧树脂体系、酚醛树脂体系、不饱和树脂体系以及其他具有粘结效应的树脂或粘结剂中的一种或多种。更优选，所述环氧树脂为二缩水甘油醚环氧树脂、多缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油胺环氧树脂中的一种或几种。进一步优选地，所述环氧树脂为增韧剂改性的环氧树脂，所述增韧剂为聚硫橡胶、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚硫砜、丁腈橡胶中的一种或多种。优选地，步骤A中，所述纤维小球是直径为6mm~25mm，表观密度为0.35g/cm3~1.2g/cm3，耐水静压强度为50~300MPa的球状材料。优选地，所述纤维小球为具有核壳结构的纤维小球，成核载体为可发性聚苯乙烯泡沫球，壳层为粉末纤维增强树脂基复合材料层。是特指采用可发性聚苯乙烯泡沫球作为成核载体，采用粉末纤维增强树脂体系在聚苯乙烯泡沫球表面均匀地包覆，后经固化、清洗制备出一种具有核壳结构的纤维小球。优选地,所述空心微球为空心塑料微球、空心玻璃微球、空心陶瓷微球中的一种或几种。平均粒径为10 μ m~200 μ m不等，密度为0.15g/cm3~0.60g/cm3不等，抗压强度为5MPa~80MPa不等，可根据需要进行选择。优选地，步骤A中，所述固化剂为与所述树脂相配套使用的多元胺类或改性多元胺类固化剂中的一种或几种。如三乙烯四胺或二亚乙基五胺等。优选地，步骤A中，所述增韧剂为聚醚、丁腈橡胶、聚丁二烯、聚醚醚酮、聚硫砜、硅橡胶、聚氨酯或聚丙烯酸酯。优选地，步骤A中，所述稀释剂为环氧基活性稀释剂。如正丁基缩水甘油醚、二乙二醇缩水甘油醚等缩水甘油醚类化合物。该稀释剂的作用在于使得环氧树脂具有更好的流动性，改善树脂对泡沫球体的浸润性，延长树脂体系的适用期。优选地，步骤A中，所述分散剂为高分子不饱和聚羧酸与胺类衍生物反应生成的盐类化合物。该分散剂作用在于减弱空心微球在加入树脂基体时产生的相互作用，增强微球在树脂中的分散稳定性，使材料具有更优良的物理性能。优选地，步骤A中，所述偶联剂包括改性的硅烷偶联剂中的一种或几种。如氨丙基二乙氧基硅烷偶联剂。优选地,步骤B中，所述搅拌混合的搅拌时间为5min~30min,搅拌速度为30r/min ~200r/mino优选地,步骤Β中，所述缓慢搅拌的搅拌时间为lOmin~60min,搅拌速度为10r/min ~60r/mino优选地，步骤C中，所述注塑工序具体为:将所述原始浆料采用注塑的方式注入模具中，抽真空Oh~3h，先在25°C~50°C条件下固化0.5h~2h，后在60°C~80°C条件下固化lh~4h，自然冷却，即可。优选地，所述抽真空是指真空度为0.1Pa以上。 与现有技术相比，本专利技术具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度固体浮力材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A、按树脂100份，纤维小球1～30份，空心微球1～20份，固化剂0～60份，增韧剂0～15份，稀释剂0～10份，分散剂0～5份，与空心微球的质量比为0.2∶100的偶联剂进行备料；B、采用所述偶联剂对空心微珠进行预处理；将所述树脂、固化剂、增韧剂、分散剂、稀释剂搅拌混合，得到树脂体系物料，将所述预处理后的空心微球与纤维小球分步、逐次加入所述树脂体系物料，缓慢搅拌、混合均匀，得原始浆料；C、所述原始浆料进入注塑工序，脱模，即得所述高强度固体浮力材料。

【技术特征摘要】
1.一种高强度固体浮力材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤:A、按树脂100份，纤维小球1~30份，空心微球1~20份，固化剂0~60份，增韧剂0~15份，稀释剂0~10份，分散剂0~5份，与空心微球的质量比为0.2: 100的偶联剂进行备料；B、采用所述偶联剂对空心微珠进行预处理；将所述树脂、固化剂、增韧剂、分散剂、稀释剂搅拌混合，得到树脂体系物料，将所述预处理后的空心微球与纤维小球分步、逐次加入所述树脂体系物料，缓慢搅拌、混合均匀，得原始浆料；C、所述原始浆料进入注塑工序，脱模，即得所述高强度固体浮力材料。2.如权利要求1所述的高强度固体浮力材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述树脂是密度为0.8g/cm3~1.5g/cm3,常温下粘度为lOOmPa.s~1500mPa.s的树脂。3.如权利要求2所述的高强度固体浮力材料的制备方法，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂体系、酚醛树脂体系、不饱和树脂体系以及其他具有粘结效应的树脂或粘结剂中的一种或多种。4.如权利要求1所述的高强度固体浮力材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述纤维小球是直径为6mm~25mm,表观密度为0.35g/cm3~1.2g/cm3’，耐水静压强度为50~300MPa的球状材料。5.如权利要求4所述的高强度固体浮力材料的制备方法，其特征在于，所述纤维小球为具有核壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭金海，郝旭峰，沈峰，居建国，诸静，叶周军，
申请(专利权)人：上海复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：