專利名稱：水下樹脂基輕質高強復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及水下浮力材料，尤其涉及一種水下樹脂基輕質高強復合材料及其制備方法。
背景技術：
二十世紀五十年代以來，隨著世界各國經濟技術的快速發展、人口的快速增長，人們對自然資源的需求的日益增長與陸地資源的日漸枯竭成了制約人類今后發展的關鍵矛盾。為了緩解這一矛盾，人們將目光投向了占地球總面積70%的海洋。浩瀚的海洋，蘊藏著豐富的自然資源，在世界各地的大洋深處廣泛分布著含有錳、銅、鈷、鎳、鐵等70多種元素的大洋多金屬結核，還有富鈷結殼資源、熱液硫化物資源、天然氣水合物和深海生物基因資源等豐富的資源，最為現實的是深海石油資源，海底石油和天然氣儲量約占世界總量的 45%。然而海洋開發與探索離不開海洋裝備，作為深海裝備的通用型材料，水下浮力材料的研究越來越受到人們的重視。近年來，世界上許多國家的研究者都對水下浮力材料開展了廣泛的研究工作，目前，先進固體浮力材料的研制技術，主要掌握在美國、俄羅斯等國家手里，其材料密度一般在O. 4-0. 7g/cm3之間，抗壓強度可在40-80MPa。我國在上世紀80年代中期由哈爾濱船舶工程學校研制出第一代浮力材料，其密度為O. 55g/cm3耐壓6MPa ;2000年以后，海洋化工研究院研制出密度O. 55g/cm3耐壓50MPa的浮力材料,但截至到目前為止,我國自主研制的密度在O. 7g/cm3以下耐壓強度為SOMPa的浮力材料仍鮮有報道，關于深水浮力材料的密度與抗壓強度的矛盾與統一關系始終是國內科研工作者積極探索并且著力解決的問題。
發明內容
本發明的主要目的在于克服現有產品存在的上述缺點，而提供一種水下樹脂基輕質高強復合材料及其制備方法，其材料配方包括環氧樹脂、潛伏型固化劑、增韌劑、分散劑、 稀釋劑、空心玻璃微珠以及偶聯劑，其制備方法是將配方材料熱壓固化成型，使材料密度在
O.35至O. 7g/cm3之間，耐壓強度在30至80MPa，符合深海裝備通用型材料的要求，質量優異，該成型方法對設備要求較低，成型工藝簡單，成本低。本發明的目的是由以下技術方案實現的。本發明水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于，其組分的重量份數比為環氧樹脂是80至100份，固化劑是8至12份，增韌劑是5至20份，稀釋劑是O至5份，偶聯劑是I至2份，空心微珠是60至100份。前述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其中環氧樹脂是雙酚A型與縮水甘油酯型環氧樹脂的混合物，該混合物的重量份數比為O : 100至100 O;該雙酚A型環氧樹脂為 E51或E44型環氧樹脂，該縮水甘油酯型環氧樹脂為TDE-85型環氧樹脂。前述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其中固化劑選用胺基硼烷潛伏型固化劑， 該胺基硼燒潛伏型固化劑為2_( β - 二甲氨基乙氧基)-1,3,6 二B,惡-2-硼辛燒。
前述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其中所述增韌劑是液態端羧基丁腈橡膠。前述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其中稀釋劑是單環氧基活性稀釋劑，該單環氧基活性稀釋劑為丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或幾種。前述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其中偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷。前述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其中空心微珠為中空玻璃微珠，該中空玻璃微珠選用粒徑為70 μ m至115 μ m的一種或數種。本發明水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(I)以重量份數計，取80至100份兩種環氧樹脂的混合物或單一種環氧樹脂、稀釋劑O至5份、增韌劑5至20份，加入反應釜中，控制反應釜內溫度在60至80°C，充分攪拌， 預聚反應30至60min ；(2)以重量份數計，取8至12份固化劑加入反應釜內的預聚體中，混合均勻，得到樹脂膠液；固化劑與預聚體混合前，固化劑與預聚體均分別加熱至60至80°C，以提高樹脂流動性與相容性；(3)以重量份數計，取I至2份硅烷偶聯劑對60至100份空心玻璃微珠進行表面改性處理；(4)將上述步驟2及步驟3得到的樹脂膠液以及表面改性空心玻璃微珠加入真空攪拌機中，低速混合均勻；(5)將上述步驟4中得到的混合物料加入到溫度可控的三輥混煉機中，調整三輥間距，反復多次混煉；(6)將上述步驟5得到的物料放入真空干燥箱中，在60至80°C的溫度條件下真空脫泡；(7)將上述步驟6得到的物料澆注于各種模具中，按固化工藝熱壓固化成型。前述的水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其中空心玻璃微珠的表面改性處理采用室溫噴霧式低速攪拌混合法，將空心玻璃微珠加入到低速攪拌機中，伴隨緩慢攪拌的同時，通過噴頭向攪拌機中噴射霧狀偶聯劑；所述三輥混煉機混煉溫度是60至80°C， 三輥間距為3至5mm之間。前述的水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其中，所述環氧樹脂是雙酚A 型與縮水甘油酯型環氧樹脂的混合物，該混合物的重量份數比為O : 100至100 O;該雙酚A型環氧樹脂型號為E51或E44，該縮水甘油酯型環氧樹脂型號為TDE-85 ;所述固化劑選用胺基硼烷潛伏型固化劑，該胺基硼烷潛伏型固化劑為2-( β - 二甲氨基乙氧基)-I，3，6三噁-2-硼辛烷；所述增韌劑是液態端羧基丁腈橡膠；所述稀釋劑是單環氧基活性稀釋劑，該單環氧基活性稀釋劑為丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或幾種；所述偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷；所述空心微珠為中空玻璃微珠，該中空玻璃微珠選用粒徑為70 μ m至115 μ m的一種或數種。本發明水下樹脂基輕質高強復合材料及其制備方法的有益效果，該水下樹脂基輕質高強復合材料密度較低，為O. 35至O. 7g/cm3,耐壓強度在30MPa至80MPa，能夠適用于水深在7000m以上海洋環境，特別是在密度為O. 7g/cm3時仍能夠達到耐壓強度80MPa，實現材料密度與耐壓強度的相對統一，保證了耐壓強度符合要求前提下的低密度特征，質量優異；該成型方法對設備要求較低，成型工藝簡單，成本低。
具體實施例方式本發明水下樹脂基輕質高強復合材料，其組分的重量份數比為環氧樹脂是80至 100份，固化劑是8至12份，增韌劑是5至20份，稀釋劑是O至5份，偶聯劑是I至2份，空心微珠是60至100份。本發明水下樹脂基輕質高強復合材料，其中環氧樹脂是雙酚A型與縮水甘油酯型環氧樹脂的混合物，該混合物的重量份數比為O : 100至100 O;該雙酚A型環氧樹脂為E51或E44型環氧樹脂，該縮水甘油酯型環氧樹脂為TDE-85型環氧樹脂；固化劑選用胺基硼烷潛伏型固化劑，該胺基硼烷潛伏型固化劑為2-(β-二甲氨基乙氧基)-1，3，6三噁-2-硼辛烷；增韌劑是液態端羧基丁腈橡膠；稀釋劑是單環氧基活性稀釋劑，該單環氧基活性稀釋劑為丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或幾種 ’偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷；空心微珠為中空玻璃微珠，該中空玻璃微珠選用粒徑為 70 μ m至115 μ m的一種或數種。本發明水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其包括以下步驟(I)以重量份數計，取80至100份兩種環氧樹脂的混合物或單一種環氧樹脂、稀釋劑O至5份、增韌劑5至20份，加入反應釜中，控制反應釜內溫度在60至80°C，充分攪拌， 預聚反應30至60min ；(2)以重量份數計，取8至12份固化劑加入反應釜內的預聚體中，混合均勻，得到樹脂膠液；固化劑與預聚體混合前，固化劑與預聚體均分別加熱至60至80°C，以提高樹脂流動性與相容性；(3)以重量份數計，取I至2份硅烷偶聯劑對60至100份空心玻璃微珠進行表面改性處理；(4)將上述步驟2及步驟3得到的樹脂膠液以及表面改性空心玻璃微珠加入真空攪拌機中，低速混合均勻；(5)將上述步驟4中得到的混合物料加入到溫度可控的三輥混煉機中，調整三輥間距，反復多次混煉；(6)將上述步驟5得到的物料放入真空干燥箱中，在60至80°C的溫度條件下真空脫泡；(7)將上述步驟6得到的物料澆注于各種模具中，按固化工藝熱壓固化成型。本發明水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其中所述空心玻璃微珠的表面改性處理采用室溫噴霧式低速攪拌混合法，將空心玻璃微珠加入到低速攪拌機中，伴隨緩慢攪拌的同時，通過噴頭向攪拌機中噴射霧狀偶聯劑；所述三輥混煉機混煉溫度是60至 80°C，三輥間距為3至5mm之間；所述環氧樹脂是雙酚A型與縮水甘油酯型環氧樹脂的混合物，該混合物的重量份數比為O : 100至100 O ;該雙酚A型環氧樹脂型號為E51或E44， 該縮水甘油酯型環氧樹脂型號為TDE-85 ;所述固化劑選用胺基硼烷潛伏型固化劑，該胺基硼烷潛伏型固化劑為2- ( β - 二甲氨基乙氧基)-I，3，6三噁-2-硼辛烷；所述增韌劑是液態端羧基丁腈橡膠；所述稀釋劑是單環氧基活性稀釋劑，該單環氧基活性稀釋劑為丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或幾種；所述偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷；所述空心微珠為中空玻璃微珠，該中空玻璃微珠選用粒徑為70 μ m至115 μ m 的一種或數種。實施例表I為本發明六種不同配方水下樹脂基輕質高強復合材料重量份組分
權利要求
1.一種水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于，其組分的重量份數比為環氧樹脂是80至100份，固化劑是8至12份，增韌劑是5至20份，稀釋劑是0至5份，偶聯劑是 I至2份，空心微珠是60至100份。
2.根據權利要求I所述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于，所述環氧樹脂是雙酚A型與縮水甘油酯型環氧樹脂的混合物，該混合物的重量份數比為0 : 100至 100 0;該雙酚A型環氧樹脂型號為E51或E44，該縮水甘油酯型環氧樹脂型號為TDE-85。
3.根據權利要求書I所述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于所述固化劑選用胺基硼烷潛伏型固化劑，該胺基硼烷潛伏型固化劑為2-(0-二甲氨基乙氧基)-1，3，6 二B/惡-2-硼羊燒。
4.根據權利要求書I所述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于所述增韌劑是液態端羧基丁腈橡膠。
5.根據權利要求書I所述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于所述稀釋劑是單環氧基活性稀釋劑，該單環氧基活性稀釋劑為丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或幾種。
6.根據權利要求書I所述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于所述偶聯劑為Y-氨丙基二乙氧基娃燒。
7.根據權利要求I所述的水下樹脂基輕質高強復合材料，其特征在于所述空心微珠為中空玻璃微珠，該中空玻璃微珠選用粒徑為70iim至115iim的一種或數種。
8.—種如權利要求I所述的水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟(1)以重量份數計，取80至100份兩種環氧樹脂的混合物或單一種環氧樹脂、稀釋劑0 至5份、增韌劑5至20份，加入反應釜中，控制反應釜內溫度在60至80°C，充分攪拌，預聚反應30至60min ；(2)以重量份數計，取8至12份固化劑加入反應釜內的預聚體中，混合均勻，得到樹脂膠液；固化劑與預聚體混合前，固化劑與預聚體均分別加熱至60至80°C，以提高樹脂流動性與相容性；(3)以重量份數計，取I至2份偶聯劑對60至100份空心玻璃微珠進行表面改性處理；(4)將上述步驟2及步驟3得到的樹脂膠液以及表面改性空心玻璃微珠加入真空攪拌機中，低速混合均勻；(5)將上述步驟4中得到的混合物料加入到溫度可控的三輥混煉機中，調整三輥間距， 反復多次混煉；(6)將上述步驟5得到的物料放入真空干燥箱中，在60至80°C的溫度條件下真空脫泡；(7)將上述步驟6得到的物料澆注于各種模具中，按固化工藝熱壓固化成型。
9.根據權利要求8所述的水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其特征在于，所述空心玻璃微珠的表面改性處理采用室溫下噴霧式低速攪拌混合法，將空心玻璃微珠加入到低速攪拌機中，伴隨緩慢攪拌的同時，通過噴頭向攪拌機中噴射霧狀偶聯劑；所述三輥混煉機混煉溫度是60至80°C，三輥間距為3至5mm之間。
10.根據權利要求8所述的水下樹脂基輕質高強復合材料的制備方法，其特征在于，所述環氧樹脂是雙酚A型與縮水甘油酯型環氧樹脂的混合物，該混合物的重量份數比為 0 100至100 0;該雙酚A型環氧樹脂型號為E-51或E-44，該縮水甘油酯型環氧樹脂型號為TDE-85 ;所述固化劑選用胺基硼烷潛伏型固化劑，該胺基硼烷潛伏型固化劑為 2-W - 二甲氨基乙氧基)_1，3，6三噁-2-硼辛烷；所述增韌劑是液態端羧基丁腈橡膠；所述稀釋劑是單環氧基活性稀釋劑，該單環氧基活性稀釋劑為丙烯基縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚中的一種或幾種；所述偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷；所述空心微珠為中空玻璃微珠，該中空玻璃微珠選用粒徑為70 ii m至115 ii m的一種或數種。
全文摘要
一種水下樹脂基輕質高強復合材料及其制備方法，其材料組分的重量份數比為環氧樹脂是80至100份，固化劑是8至12份，增韌劑是5至20份，稀釋劑是0至5份，偶聯劑是1至2份，空心微珠是60至100份；其制備方法為(1)取環氧樹脂、稀釋劑、增韌劑加入反應釜中，控制溫度60至80℃，預聚反應30至60min；(2)取固化劑加入反應釜內預聚體中，得樹脂膠液；(3)取硅烷偶聯劑對空心玻璃微珠表面改性處理；(4)將樹脂膠液及表面改性空心玻璃微珠加入真空攪拌機混合；(5)步驟4混合物料加入三輥混煉機混煉；(6)將步驟5物料放入真空干燥箱中真空脫泡；(7)將步驟6物料澆注模具中熱壓固化成型；材料密度低而耐壓強度高，工藝簡單，成本低。
文檔編號C08L63/00GK102585442SQ20121006653
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者喬英杰, 張印桐, 張曉 , 張永祥, 林守強, 柯紅軍, 梁富浩, 陳俊英, 韓哲 申請人:中國海洋石油總公司, 哈爾濱工程大學, 海洋石油工程股份有限公司, 深圳海油工程水下技術有限公司