[发明专利]一种一体化成型固体浮力材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体浮力材料技术领域,特别涉及一种一体化成型固体浮力材料及其制备方法。

背景技术

固体浮力材料是一种由无机填充材料填充到有机高分子中，经化学反应得到的固态化合物。固体浮力材料已广泛应用于海底空间站复合材料结构件、深水管道布放浮体、有缆遥控水下机器人(R0V)、无缆水下机器人(AUV)、系泊浮筒、声多卜勒流速剖面仪(ADCP)平台、海上钻井平台、各种深潜器、海底空间站等多个领域。该材料具有密度小、耐腐蚀、吸水率低（不大于1%）、机械强度高、耐冲击性能优等特点。其主要分为两类，一类为块状固体浮力材料，主要用于后续可加工的领域，如深潜器，该领域用固体浮力材料在国内业已逐步形成产业，但与国外技术仍有一定差距，如我国“蛟龙”号7000m载人潜水器用固体浮力材料不得不依赖进口；另一类为大型结构一体化成型固体浮力材料，主要用于后续无需加工的低成本大型浮力材料结构，如海洋钻井平台立管用隔水管浮力(DRB）模块。目前该技术仅有欧洲Trelleborg Offshore公司、澳大利亚maritx公司、美国Cuming公司等少数几家公司掌握。我国首座自主设计建造的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”平台的隔水管浮力模块也不得不从国外采购。固体浮力材料在实际使用时，为了提高生产效率，并获得更大浮力，要求浮力材料在同一应用水深环境下，密度越低越好，同时能实现一体化成型，从而大幅度提高其生产效率，降低其制备成本。

现有的专利技术通常采用空心玻璃微珠填充环氧树脂来制造块状固体浮力材料（CN 200910231479，CN 201210582621,CN 201310113728），且成型工艺大多为模压成型。专利CN 201210174515公开了一种非模压工艺的固体浮力材料制备方法。首先将陶瓷空心球和/或空心玻璃微珠采用振动自组装方法填充于不锈钢成型模具，并用锁紧装置将振实地填充物固定于不锈钢模具中。然后将混合好的环氧树脂、固化剂、偶联剂、固化促进剂的低粘度混合液用液体增压泵从成型模具的底部注入不锈钢模具，直至振实的填充物上表面由环氧树脂渗出，取下注入管，封闭模具下部环氧树脂注入口，经高温固化后即可得到固体浮力材料。专利CN201510063729公开了一种类似的非模压工艺，不同的是注入树脂的方式采用的是RTM工艺。专利CN 201410321590公开了一种同时含有空心复合球和空心玻璃微珠的三相固体浮力材料。空心复合球的引入能够有效的降低固体浮力材料的密度。成型工艺采用了模压成型。

现阶段固体浮力材料的成型体积均十分有限，厚度稍大，就会出现质量不均匀，甚至会出现烧芯。然而，海上钻井平台、海洋潜标等领域的应用需要大型结构一体化成型浮力材料以降低成本、提高使用便捷性。

发明内容

为了解决以上现有技术固体浮力材料的成型体积均十分有限，容易出现质量不均匀从而影响使用效果的问题，本申请提供了一种采用厘米级空心复合球和空心玻璃微珠共同作为固体浮力材料的轻质材料，通过真空辅助成型工艺一次整体成型大型结构固体浮力材料，其一体化成型体积最高可达10 m³，远远大于现阶段固体浮力材料成型尺寸。所制大型结构一体化成型浮力材料，密度在0.30～0.50 g/cm³之间，承压在15～65 MPa之间，吸水率＜1%，一体化成型体积 0.03-10m³，可用于水下0～6000 m的海洋潜标、海上钻井平台、各种深潜器、海底空间站等多个领域。

本发明还提供了所述一体化成型固体浮力材料的制备方法。

本发明是通过以下措施实现的：

一种一体化成型固体浮力材料，原料重量配比如下：

环氧树脂 100份；

稀释剂 20-31份；

增韧改性剂 3～8份；

固化剂 40～100份；

促进剂 0～0.38份；

分散剂 0.2～0.38份；

偶联剂 0.25～0.55份；

空心玻璃微珠 35～93份；

厘米级空心复合球 69～240份。