[发明专利]一种轻质浮力材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质浮力材料及其制备方法，属于深海装备技术领域。本发明利用KH‑550是一种氨基官能团硅烷，经水解生成三官能度的‑OH与玻璃微珠表面的‑OH形成一种次价键力结合，未结合的硅羟基在复合体系中是氰酸酯自聚的促进剂，同时偶联剂另一端的氨基在复合体系中可与环氧基反应，其具有较高的反应活性，也会降低整个复合体系的反应活化能，降低体系的吸水性能，同时通过碳纤维沉积氧化钙，在与环氧树脂混合过程中，在材料体系中引入大量碳纤维，能在有效降低浮力材料的密度的前提下，进一步提升复合材料强度，同时利用氧化钙的水化作用密实材料内部缝隙，形成相互密闭的气泡，增强浮力材料耐压能力、降低浮力材料孔隙率，提高浮力材料服役可靠性。

技术领域

本发明涉及一种轻质浮力材料及其制备方法，属于深海装备技术领域。

背景技术

深海装备的技术研发水平决定了一个国家深海资源的开发利用水平，目前许多国家已广泛开展深海装备的研究与开发，具有良好抗压性能的壳体材料研究与具有轻质高强性能的浮力材料研究是当前深海装备研究的两大热点领域。轻质高强浮力材料对耐压性、结构稳定性及密度等具有较髙的要求。近年来，针对轻质浮力材料的研究与技术开发，世界上各个国家的科研人员已做了大量的研究工作。目前一些具有较好的耐压性、良好的结构稳定性及低密度浮力材料已初步研制出来，并广泛的应用于国防建设、日用商品、商业开发等多个领域。随着我国对海洋开发的逐步加速及海洋开发战略的重视，各类观测、勘探、装备等海洋技术的快速发展，深海资源探测开发的需求显得越来越迫切和重要，满足不同使用条件的轻质高强浮力材料的应用前景开始变得更加广阔。

在使用过程中，由于存在耐压性差、结构不稳定等问题，水下起伏式拖体、深潜探测器和水下机器人等深海装备遇到很多的制造和使用难题。科研人员开始研制具有高强度的轻质固体浮力材料来解决这些难题，该类浮力材料能够降低装备的密度从而为设备提供足够的浮力。由于综合性能优于传统浮力材料，这类固体浮力材料已经逐步取代传统的单点系泊系统如耐压浮力筒等装置。轻质固体浮力材料实质上是一种多孔结构复合材料，其具有低密度、高强度的特点，这些材料属于复合材料的定义范畴。根据浮力材料中添加介质材料的不同可将此类材料主要分为化学泡沫塑料、轻质合成复合塑料及空心玻璃微珠复合材料三类。

化学泡沫塑料是采用化学发泡法工艺制备的泡沫类复合材料；轻质合成复合塑料是由低密度填充料填充制成的材料，填充料一般为中空塑料材料或者大直径的玻璃球等；由空心玻璃微珠混杂在树脂基体中经固化而形成的复合材料为空心玻璃微珠复合材料，空心玻璃微珠的体积分数一般在树脂基体的60～70%。高强轻质固体浮力材料作为发展深海潜水技术，进行海底勘探的关键性材料，它可以为深海探测装备提供必需的浮力，提高其有效载荷，实现装备的小型化，从而提高其水下运动性能。尤其是对于建造大深度的深海探测器（水深≥5000m），能否制造出性能优越且可靠性高的高强轻质固体浮力材料起着决定性的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有轻质浮力材料的耐压强度较低，且材料的吸水率较离，在水中浸湿一定时间后，会逐渐吸水失去浮力，导致材料的安全可靠性降低的问题，提供了一种轻质浮力材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种轻质浮力材料，其特征在于，包括下述重量份原料：

30～40份改性玻璃微珠，40～60份复合碳纤维，80～100份环氧树脂，30～40份双酚A氰酸酯，1.0～1.2份二月桂酸二丁基锡。

所述改性玻璃微珠为硅烷偶联剂KH-550与质量分数为90%乙醇溶液混合均匀后加入玻璃微珠超声分散处理，过滤、干燥、研磨、过筛制得。

所述硅烷偶联剂KH-550、乙醇溶液、玻璃微珠的重量份为3～5份硅烷偶联剂KH-550，300～500份乙醇溶液，30～40份玻璃微珠。

所述玻璃微珠型号为HGS8000X，密度为0.42g/m3。