[发明专利]一种高强度固体浮力材料及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度固体浮力材料及制造方法。

背景技术

海洋是资源和能源的宝库，尤其在深海领域，蕴藏着丰富的大洋多金属结核矿、石油、天然气、热液硫化物、天然气水合物及深海生物基因资源等。在陆地资源日益枯竭的情形下，开发海洋资源已经成为必然趋势。目前，深海勘探、开发主要以深潜技术为基础，利用潜器、水下机械人等在深海进行观察、测量、取样、安装必要的仪器设施、进行水下作业。高强度固体浮力材料是现代深潜技术的重要组成部分之一，对保证潜器浮力、增大有效载荷、减少外型尺寸具有重要的影响。

 近年来世界上许多国家都对深海浮力材料开展了广泛的研究工作。已研制出一些深海装备上使用的浮力材料，这些高强度的浮力材料已在民用、商业及军事领域广泛应用，如在水中设备的配重，漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标、海底埋缆机械及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)等上使用。使用条件不同，对其性能要求也不一样。随着海洋技术的发展，深海资源探测开发的需求，高强轻质浮力材料的应用前景极为广阔。

据报道，目前国内外的高强度固体浮力材料主要有两大类，一种是以环氧树脂为粘结剂、大量填充空心玻璃微珠及添加剂复合而成的轻质浮力材料，耐高压且长时间不吸水，但对于固化工艺要求严格，固化剂的种类和效果直接影响浮力材料的性能，进口为主、成本昂贵；另一类是采用聚氨酯泡沫、环氧树脂泡沫或其他发泡塑料，虽然成本低，但是耐压强度低，浸水一段时间后吸水失去浮力，使用可靠性差。研制轻质高强的固体浮力材料、提高开发海洋的综合能力是开发海洋能源的首要条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高强度固体浮力材料及制备方法，合理搭配低密度填料和固化剂，降低成本的同时提高材料的浮力、耐水性和耐压强度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高强度固体浮力材料，包括如下重量份的原料：环氧树脂80-100份、改性剂10-25份、改性膨胀珍珠岩75-90份、稀释剂15-20份、固化剂25-35份、硅烷偶联剂3-6份。

进一步的，所述的改性剂为聚硫橡胶、聚酰胺树脂、脲醛三聚氰胺树脂、异氰酸酯以任意比例配合的混合物，其作用是增强环氧树脂的鞣性、抗弯性、抗冲性、绝缘性和粘结能力。

进一步的，所述的改性珍珠岩为聚氨酯包覆中空膨胀珍珠岩颗粒，颗粒的粒径为50-100μm，膨胀珍珠岩颗粒内部为蜂窝结构，重量轻、耐盐碱，用聚氨酯包覆珍珠岩后增加了珍珠岩与树脂的相溶性。

进一步的，所述的固化剂为改性螺环二胺，由氰基丙烯醛与季戊四醇合成的螺环二胺经过环氧化合物加成改性而得，此类固化剂在室温和水中均可以固化，适用期长、反应热低、色泽好、韧性佳、冲击性能好，固化时间短。

进一步的，所述的稀释剂为环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷苯基醚、三环氧丙烷丙基醚中的任意一种。

进一步的，所述的硅烷偶联剂为异丁基三氧基硅。

本发明还提供一种固体浮力材料制造方法，其特征在于，方法如下：将计量的环氧树脂、改性剂、稀释剂、硅烷偶联剂和改性膨胀珍珠岩于搅拌机中搅拌10-20min后于超声波震荡仪中超声波震荡15-0min，然后将上述混合物和固化剂放于真空搅拌机下在真空状态、60-70 ℃下搅拌15-20min；最后将搅拌均匀的组分置于模具中，于平板硫化机热压成型，脱模后经过后固化制得固体浮力材料。

    进一步的，所述的热压成型步骤中，压力为25-30MPa，温度为180-220℃；所述固化过程为在100℃下固化4h，然后于150℃下固化2h，在于180℃下固化1h。

本发明所述的高强度固体浮力材料，以环氧树脂为基质并向其中添加改性剂，增强了环氧树脂的鞣性、抗弯性、抗冲性、绝缘性和粘结能力；膨胀珍珠岩颗粒内部为蜂窝结构，重量轻、耐盐碱、来源广泛、价格便宜，以聚氨酯包覆中空膨胀珍珠岩颗粒后增加了珍珠岩与树脂的相溶性；固化剂为改性螺环二胺，在室温和水中均可以固化，适用期长、反应热低、色泽好、韧性佳、冲击性能好，固化时间短；而通过超声波震荡，膨胀珍珠岩可以均匀的分布于环氧树脂的中空间隙，控制热压的压力、压强以及固化条件后制得的固体浮力材料组分粘结牢固、浮力性能佳、耐盐碱和耐高压性能显著提高。

具体实施方式

实施例1：