[发明专利]一种深海用固体浮力材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋环境用固体浮力材料技术领域，涉及一种深海用固体浮力材料及其制作方法。

背景技术

随着世界各国经济的飞速发展和人口的不断增加，人类消耗的自然资源越来越多，陆地及近海资源正日益减少。与此同时，人们把更多的目光转向了海洋尤其是深海。在世界各个大洋4000～6000 m深的海底深处，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，具有很好的科研与商业应用前景。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％。为了开发深海这个人类生存的最后的资源宝库，深海勘探开发已成为21世纪世界海洋科技发展的重要前沿和关注的重点。

海洋开发离不开海洋装备，对于海洋装备来讲，最重要的通用性材料有两类，一是耐压性好的结构材料，一是深潜器上大量使用的作为浮力补偿用的浮力材料。浮力材料实际使用时需长期浸泡在水中，要求其耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。尤其是在海洋中每增加100 m深度，物体受到的压强就将增加约10个大气压，即1 MPa。因此，海洋中使用的浮力材料要求既具有极高的强度又要有很低的密度。

近年来世界上许多国家都对固体浮力材料开展了广泛的研究工作。已研制出一些海洋装备上使用的浮力材料，这些高强度的浮力材料已在民用、商业和军事领域得到广泛应用，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、声多卜勒流速剖面仪(AD—CP)平台、零浮力拖体和无人遥控潜水器(ROV)、潜艇浮体等。固体浮力材料在实际使用时，为了获得更大浮力，要求在承压一定的情况下，浮力材料的密度越低越好，如何把固体浮力材料的密度和抗压强度指标这对矛盾有机结合起来是研究制造固体浮力材料的关键技术。

现有的专利技术通常采用玻璃微珠增强环氧树脂来制造浮力材料。中国专利 CN101735566A 吴则华等人公开了可加工全海深浮力材料及制造方法，该技术方案为，浮力材料包括下述组份，按质量份计，预处理的基体环氧树脂100份，玻璃空心微珠170～220份，芳纶短纤维4～6份，硅烷偶联剂2～3份，固化剂40～75份，该发明制作的固体浮力材料使用深度可达到水下11000米。专利CN 1844236A陈先等人公开了一种深海可加工固体浮力材料及其制备方法，增强材料为直径20～120微米的陶瓷和/或玻璃微珠，可用于5800m深海。专利CN200710144488.5报导了一种深水耐压浮力材料，包括轻质材料制成的球形内柸，外表面布设陶瓷或碳纳米管增强的铝合金或树脂基体的复合材料层，使其在深水环境下承受更好的静水压能力。中国专利CN201010163843.5报导了一种超高强度固体浮力材料，由高强度环氧树脂与经过硅烷偶联剂活化预处理的空心玻璃微珠制得，材料密度在0.65～0.83g/cm3之间、压缩强度在60～93MPa之间。以上专利均未能采用一种密度较大承压高的空心玻璃微珠和低密度承压性能较低的空心玻璃微珠，通过双珠合用有效解决固体浮力材料承压和密度的矛盾。

发明内容

本发明的目的是介绍一种深海用固体浮力材料及其制作方法，用于解决深海用固体浮力材料密度较大、可提供的净浮力较小、应用于海洋装备体积较大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种深海用固体浮力材料，其特征是：包括以下重量份的原料制成：

环氧树脂 100；增韧改性剂 0～20；固化剂  10～80；催化剂  0.5～5；分散剂  0.2～10；空心玻璃微珠 20～300；短切纤维 0～10；偶联剂  0.2～5。

根据所述的深海用固体浮力材料，其特征是：所述空心玻璃微珠由两种特性的空心玻璃微珠共混制成，一种为承压性能高的空心玻璃微珠，其耐压强度在35～130MPa之间，空心玻璃微珠的密度在0.3～0.6g/cm³之间；另一种密度低的空心玻璃微珠，其耐压强度在20～32MPa之间，空心玻璃微珠的密度在0.2～0.3g/cm³之间；空心玻璃微珠均匀分布在增韧改性的环氧树脂中，填充量是20～300份，其中高承压空心玻璃微珠的填充量是10～180份；低密度空心玻璃微珠的填充量是10～180份。

根据所述的深海用固体浮力材料，其特征是：所述空心玻璃微珠均匀分布在增韧改性的环氧树脂中，填充量是80～180份；其中高承压空心玻璃微珠的填充是10～100份；低密度空心玻璃微珠的填充量是10～90份。