[发明专利]一种基于改性中空玻璃微球的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于改性中空玻璃微球的复合材料，所述复合材料由包括如下组分的原料制备得到：树脂基体、改性中空玻璃微球；其中，所述改性中空玻璃微球的制备包括如下步骤：将中空玻璃微球进行酸浸处理；将酸浸处理后的中空玻璃微球进行表面热处理或表面偶联处理，得到所述改性中空玻璃微球。本发明的复合材料具有优异的力学性能和稳定性。本发明还公开了该复合材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域。更具体地，涉及一种基于改性中空玻璃微球的复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，高端装备的性能提升需要依赖新材料的推陈出新。目前，轻量化是各类装备，包括航空、航天、海洋、建筑、交通工具、体育用品以及其他多种民用装备性能提升的重要需求。为实现降低密度的目的，高性能复合材料被广泛用于先进设备和功能器件的设计。例如，以碳纤维复合材料为代表的高强度复合材料以其优异的比强度和比刚度，在新型轻量化材料方面占有重要地位。但是，由于碳纤维的自身密度远高于常规聚合物树脂基体，其大比例的引入势必增大聚合物材料的密度。因此，为实现进一步降低密度的目标，以轻质高强度中空玻璃微球为代表的填料显得尤为重要。中空玻璃微球是一类兼具低密度和高强度的填料，基于中空玻璃微球的复合材料以及高比强度和低成本，是实现功能和结构材料轻量化的重要途径。尤其对于深海环境中应用的浮力材料而言，其密度必须低于水以提供净浮力，而且须耐受高水压而不损坏和变形，但传统复合材料无法在如此低的密度下还保持高强度和高刚性。对于面向深海技术和装备的材料选择，基于中空玻璃微球的高强度固体浮力材料是优选的方案。欧、美、澳、日等国外企业以及国内数家单位前后开发了基于中空玻璃微球的浮力材料，并应用于水下装备。

对于中空玻璃微球复合材料而言，为尽量降低复合材料的密度，需进行中空玻璃微球的大比例填充。由于中空玻璃微球是一类具有微米级粒径的粉体，其大比例填充会向所制备的复合材料内部引入大量界面。界面的存在会显著影响复合材料的结构强度和稳定性。鉴于中空玻璃微球与聚合物基体的性质差异，不佳的界面状态会直接形成薄弱的界面区，导致复合材料的即时性能弱化，以及在存储和服役过程中性能演化衰减的加快。另一方面，基于中空玻璃微球的表面在复合材料制备过程中会形成界面区的事实，为优化以中空玻璃微球为填料的复合材料的力学性能及其耐久性，需要找到合适的中空微球表面处理方法，以改进复合材料中中空玻璃微球与聚合物基体的界面结合状态，提升复合材料性能。

发明内容

基于以上不足，本发明的第一个目的在于提供一种基于改性中空玻璃微球的复合材料，该复合材料中，改性中空玻璃微球与树脂基体具有好的界面结合状态，从而使得复合材料具有更好的力学性能和稳定性。

本发明的第二个目的在于提供一种基于改性中空玻璃微球的复合材料的制备方法。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于改性中空玻璃微球的复合材料，所述复合材料由包括如下组分的原料制备得到：树脂基体、改性中空玻璃微球；

其中，所述改性中空玻璃微球的制备包括如下步骤：

将中空玻璃微球进行酸浸处理；

将酸浸处理后的中空玻璃微球进行表面热处理或表面偶联处理，得到所述改性中空玻璃微球。

进一步地，所述中空玻璃微球的成分中可含有碱金属和/或碱土金属的玻璃微球。

进一步地，所述改性中空玻璃微球在所述复合材料中的体积含量为0.01-96％，优选为40-70％。

进一步地，所述树脂基体选自环氧树脂、聚氨酯、聚烯烃、硅树脂中的一种或几种。示例性的，所述树脂基体在所述复合材料中的体积含量包括但不限于0.1-99％、0.1-95％、1-90％、1-85％、1-80％、2-99％、3-99％、2-95％、2-90％、2-80％、2-75％、3-70％等。