[发明专利]一种高强度固体浮力材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度固体浮力材料及其制备方法。本发明制备流程均采用真空工艺进行控制，工艺过程简单可控，空心玻璃微珠填入模具中密封的过程、树脂体系预处理并胶注到模具的过程均采用高真空控制，此工艺制备的浮力材料可以最大程度的降低气孔的存在，制备得到致密结构、高强度的固体浮力材料，最高可以适用于11000米的海深。

技术领域

本发明属于固体浮力材料领域，具体涉及适用于ROV、AUV、HOV、隔水管、潜标等深海环境装备配套使用的固体浮力材料及其制备方法。

背景技术

固体浮力材料一般是通过树脂基体包覆无机微球形成的一种复合材料，在航空航天、深海领域、军工领域均有广泛的应用，尤其在深海装备方向应用最广，目前主要有化学发泡法、模压法等制备方法，浮力材料内部存在大量的气孔，降低了材料的力学性能。

专利CN106493889A公开了一种固体浮力材料浇注系统及其工艺，该系统主要包括控制模块、浇注系统、配料系统、真空模块和温控模块，控制制备过程中的温度、压力及真空度等，可以制备轻质、高强、吸水率低的浮力材料，但是该方法设备需要定制难以清洗。专利201510063729.8公开了一种通过树脂体系注入、浮力材料的固化、脱模等工艺制备得到的固体浮力材料，制备得到的固体浮力材料密度在0.35-0.65g/cm3之间，承压在30-65MPa之间，吸水率小于1％，但是该方法制备的浮力材料强度较低。专利CN103665768B公开了一种高强度固体浮力材料的制备方法，将偶联剂处理后的空心玻璃微珠与纤维小球分步、逐次加入树脂体系中，经搅拌均匀后得到原始浆料，将原始浆料进入注塑工序，脱模得到高强度固体浮力材料，密度在0.5-0.65g/cm3，抗压强度为50-120MPa，但是填料与树脂混合后粘度较大，体系内部的空气很难通过真空排出，因此会存在气孔等缺陷，造成浮力材料强度的下降。将陶瓷空心球/空心玻璃微珠采用振动自组装方法填充于模具中，经轻微振动振实后固定模具，将树脂基体混合均匀抽真空除气后用液体增加泵从模具的底部注入，直至模具上部有树脂渗出，封闭下部注入口，将模具置于烘箱中固化成型得到轻质高强固体浮力材料，此方法微珠填充率稍低，仍会有空隙，造成材料的密度偏大；另外，未经加热的树脂基体粘度较大导致注入困难造成材料性能较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度固体浮力材料，可应用在水深达4500米以上，制备得到的固体浮力材料具有结构致密、强度高等特点。本发明的另一目的是提供上述高强度固体浮力材料的制备方法。

为实现本发明的上述发明目的，本发明采用了下述技术方案。

本发明的高强度固体浮力材料，其含有如下以质量份计的组分：

树脂100份；固化剂70-90份；稀释剂：0-8份，促进剂：0-3份；空心玻璃微珠25-100；表面改性剂0-3份。

基体材料的选择：所述的环氧树脂选用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂(F-46，F-48，JF-46等)、脂环族环氧树脂(ERL4221等)中的一种；所述固化剂为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐酸酐类固化剂以及可与所选择的树脂配套的固化剂；所述稀释剂主要为环氧活性稀释剂，主要是在不影响浮力材料强度的前提下降低体系粘度，加快树脂体系注入模具中的速度；所述促进剂为DMP-30或N,N-二甲基苯胺等，主要是在满足操作时间的前提下尽可能加快体系的固化速度，缩短固化时间；所述表面改性剂为KH560等硅烷偶联剂，主要是对空心玻璃微珠进行预处理，增加玻璃微珠与树脂基体的结合力。

空心玻璃微珠的选择：所述空心玻璃微珠为3M公司、蚌埠玻璃工业设计研究院、马鞍山矿山研究院等常用的空心玻璃微珠，密度分布在0.1-0.6g/cm3，粒径分布在10-150微米，强度250-20000psi，可根据所需制备的浮力材料密度和强度进行选择。