[发明专利]水下树脂基轻质高强复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下浮力材料，尤其涉及一种水下树脂基轻质高强复合材料及其制备方法。

背景技术

二十世纪五十年代以来，随着世界各国经济技术的快速发展、人口的快速增长，人们对自然资源的需求的日益增长与陆地资源的日渐枯竭成了制约人类今后发展的关键矛盾。为了缓解这一矛盾，人们将目光投向了占地球总面积70％的海洋。浩瀚的海洋，蕴藏着丰富的自然资源，在世界各地的大洋深处广泛分布着含有锰、铜、钴、镍、铁等70多种元素的大洋多金属结核，还有富钴结壳资源、热液硫化物资源、天然气水合物和深海生物基因资源等丰富的资源，最为现实的是深海石油资源，海底石油和天然气储量约占世界总量的45％。然而海洋开发与探索离不开海洋装备，作为深海装备的通用型材料，水下浮力材料的研究越来越受到人们的重视。

近年来，世界上许多国家的研究者都对水下浮力材料开展了广泛的研究工作，目前，先进固体浮力材料的研制技术，主要掌握在美国、俄罗斯等国家手里，其材料密度一般在0.4-0.7g/cm³之间，抗压强度可在40-80MPa。我国在上世纪80年代中期由哈尔滨船舶工程学校研制出第一代浮力材料，其密度为0.55g/cm³耐压6MPa；2000年以后，海洋化工研究院研制出密度0.55g/cm³耐压50MPa的浮力材料，但截至到目前为止，我国自主研制的密度在0.7g/cm³以下耐压强度为80MPa的浮力材料仍鲜有报道，关于深水浮力材料的密度与抗压强度的矛盾与统一关系始终是国内科研工作者积极探索并且着力解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种水下树脂基轻质高强复合材料及其制备方法，其材料配方包括环氧树脂、潜伏型固化剂、增韧剂、分散剂、稀释剂、空心玻璃微珠以及偶联剂，其制备方法是将配方材料热压固化成型，使材料密度在0.35至0.7g/cm³之间，耐压强度在30至80MPa，符合深海装备通用型材料的要求，质量优异，该成型方法对设备要求较低，成型工艺简单，成本低。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明水下树脂基轻质高强复合材料，其特征在于，其组分的重量份数比为：环氧树脂是80至100份，固化剂是8至12份，增韧剂是5至20份，稀释剂是0至5份，偶联剂是1至2份，空心微珠是60至100份。

前述的水下树脂基轻质高强复合材料，其中环氧树脂是双酚A型与缩水甘油酯型环氧树脂的混合物，该混合物的重量份数比为0∶100至100∶0；该双酚A型环氧树脂为E51或E44型环氧树脂，该缩水甘油酯型环氧树脂为TDE-85型环氧树脂。

前述的水下树脂基轻质高强复合材料，其中固化剂选用胺基硼烷潜伏型固化剂，该胺基硼烷潜伏型固化剂为2-(β-二甲氨基乙氧基)-1，3，6三噁-2-硼辛烷。

前述的水下树脂基轻质高强复合材料，其中所述增韧剂是液态端羧基丁腈橡胶。

前述的水下树脂基轻质高强复合材料，其中稀释剂是单环氧基活性稀释剂，该单环氧基活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚中的一种或几种。

前述的水下树脂基轻质高强复合材料，其中偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

前述的水下树脂基轻质高强复合材料，其中空心微珠为中空玻璃微珠，该中空玻璃微珠选用粒径为70μm至115μm的一种或数种。

本发明水下树脂基轻质高强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以重量份数计，取80至100份两种环氧树脂的混合物或单一种环氧树脂、稀释剂0至5份、增韧剂5至20份，加入反应釜中，控制反应釜内温度在60至80℃，充分搅拌，预聚反应30至60min；

(2)以重量份数计，取8至12份固化剂加入反应釜内的预聚体中，混合均匀，得到树脂胶液；固化剂与预聚体混合前，固化剂与预聚体均分别加热至60至80℃，以提高树脂流动性与相容性；

(3)以重量份数计，取1至2份硅烷偶联剂对60至100份空心玻璃微珠进行表面改性处理；

(4)将上述步骤2及步骤3得到的树脂胶液以及表面改性空心玻璃微珠加入真空搅拌机中，低速混合均匀；

(5)将上述步骤4中得到的混合物料加入到温度可控的三辊混炼机中，调整三辊间距，反复多次混炼；

(6)将上述步骤5得到的物料放入真空干燥箱中，在60至80℃的温度条件下真空脱泡；