[发明专利]一种固体浮力材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及浮力材料技术领域，特别是涉及一种用于深海的固体浮力材料及其制备方法。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，在广阔的海洋中储藏着极其丰富的物质资源。如今，陆地资源濒临枯竭，矿产日趋减少，浅水区的资源已无法满足生活生产所需，而占地球面积70％的海洋蕴藏着大量的资源和矿藏，是资源和能源的宝库。因此，近些年人们开始着眼于海洋资源的开发，发展海洋经济已成为大势所趋。

深海开发主要依靠水下作业装备的制造和研发，而相关装备用的基础材料主要是耐压壳用结构材料和深潜器用浮力材料。浮力材料是能够为水下作业装备提供净浮力的材料，起到在水下补偿浮力的作用，是深海开发设备的重要通用基础材料。

现有技术已经制备出一系列浮力材料，例如刘文栋选用HGS8000x玻璃微珠和VS5500玻璃微珠为填充材料，采用模压法制备出两种玻璃微珠复合比例0～100％之间的固体浮力材料，材料密度在0.5809～0.6075g/cm³，单轴抗压强度在69.7～84.6MPa，可使用深度达到4500米；韩哲选用高模量树脂GC-1和E51共混物为基体、硼胺类594为固化剂，采用热压法制备浮力材料，材料的密度为0.64g/cm³、抗压强度为47MPa；孙春宝等制备的浮力材料，材料的密度为0.61～0.75g/cm³，抗压强度在40～68.96MPa，吸水率很低。虽然现有技术中已经制备出一系列低密度的浮力材料，但是其抗压强度普遍较低，均小于90MPa，仍不能满足深海用固体浮力材料对高抗压强度的性能需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体浮力材料及其制备方法，本发明提供的固体浮力材料具有较小的密度，较大的抗压强度，且吸水率较低；制备方法工艺简单。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种固体浮力材料，由包含如下质量份的原料得到：

环氧树脂30～90份；

固化剂10～30份；

空心玻璃微球10～90份。

优选的，所述原料还包含如下质量份的组分：

稀释剂(0,20]份；

增强剂(0,10]份。

优选的，所述环氧树脂为邻苯二甲酸二缩水甘油酯、4,4'-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺、N,N,O-三缩水甘油基对氨基苯酚和3,4-环氧基-6-甲基环己基甲酸-3',4'-环氧基-6'-甲基环己基甲酯中的一种或几种；

所述固化剂为乙二胺、四氢苯酐、4,4'-二氨基二苯甲烷和间苯二甲胺中的一种或几种。

优选的，所述稀释剂为乙醇、苯二甲酸二辛酯和新戊二醇二环氧甘油醚中的一种或几种；

所述增强剂为碳纳米材料和纳米纤维素中的一种或两种；

所述碳纳米材料为石墨烯、碳纳米管或C60中的一种或几种。

本发明还提供了一种固体浮力材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂和固化剂进行固化反应，得到固化体系；

(2)向所述固化体系中添加空心玻璃微球继续进行固化反应，得到固体浮力材料。

本发明还提供了另一种固体浮力材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂和固化剂进行固化反应，得到固化体系；

(2)向所述固化体系中添加增强剂、稀释剂和空心玻璃微球继续进行固化反应，得到固体浮力材料。

优选的，所述步骤(1)中固化反应的温度独立地为0～100℃，时间独立地为1～2h。

优选的，所述步骤(2)中固化反应的温度独立地为0～150℃，时间独立地为3～35h。

优选的，所述环氧树脂为脱泡处理得到的环氧树脂。

优选的，所述脱泡处理的温度为60～80℃，时间为30～60min。

本发明提供了一种固体浮力材料，由包含以下质量份的原料得到，30～90份环氧树脂、10～30份固化剂和10～90份空心玻璃微球。本发明在上述特定配比原料的作用下，制得的固体浮力材料与现有技术相比，在密度较低的同时，提高了材料的抗压强度，还具有较低的吸水率。本发明实施例的结果表明，本发明得到的固体浮力材料密度为0.60～0.82g/cm³，吸水率小于2％，抗压强度为102MPa～120MPa，满足了目前深海用深潜器等固体浮力材料对密度、耐压性和结构稳定性等方面的要求。