一種高強度固體浮力材料及制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高強度固體浮力材料，包括如下重量份的原料：環氧樹脂80-100份、改性劑10-25份、改性膨脹珍珠巖75-90份、稀釋劑15-20份、固化劑25-35份、硅烷偶聯劑3-6份。本發明浮力材料，改性劑增強了環氧樹脂的鞣性、抗彎性、抗沖性、絕緣性和粘結能力；膨脹珍珠巖顆粒內部為蜂窩結構，重量輕、耐鹽堿，聚氨酯包覆后增加了珍珠巖與樹脂的相溶性；固化劑為改性螺環二胺，適用期長、反應熱低、色澤好、韌性佳、沖擊性能好，固化時間短；超聲波震蕩有利于膨脹珍珠巖均勻分布于環氧樹脂的中空間隙，控制熱壓的壓力、壓強以及固化條件后制得的固體浮力材料組分粘結牢固、浮力性能佳、耐鹽堿和耐高壓性能顯著提高。
【專利說明】一種高強度固體浮力材料及制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種高強度固體浮力材料及制造方法。
【背景技術】
[0002]海洋是資源和能源的寶庫，尤其在深海領域，蘊藏著豐富的大洋多金屬結核礦、石油、天然氣、熱液硫化物、天然氣水合物及深海生物基因資源等。在陸地資源日益枯竭的情形下，開發海洋資源已經成為必然趨勢。目前，深海勘探、開發主要以深潛技術為基礎，利用潛器、水下機械人等在深海進行觀察、測量、取樣、安裝必要的儀器設施、進行水下作業。高強度固體浮力材料是現代深潛技術的重要組成部分之一，對保證潛器浮力、增大有效載荷、減少外型尺寸具有重要的影響。
[0003]近年來世界上許多國家都對深海浮力材料開展了廣泛的研究工作。已研制出一些深海裝備上使用的浮力材料，這些高強度的浮力材料已在民用、商業及軍事領域廣泛應用，如在水中設備的配重，漂浮于水面或懸浮于水中的浮纜、浮標、海底埋纜機械及聲多卜勒流速剖面儀(AD — CP)平臺、零浮力拖體和無人遙控潛水器(ROV)等上使用。使用條件不同，對其性能要求也不一樣。隨著海洋技術的發展，深海資源探測開發的需求，高強輕質浮力材料的應用前景極為廣闊。
[0004]據報道，目前國內外的高強度固體浮力材料主要有兩大類，一種是以環氧樹脂為粘結劑、大量填充空心玻璃微珠及添加劑復合而成的輕質浮力材料，耐高壓且長時間不吸水，但對于固化工藝要求嚴格，固化劑的種類和效果直接影響浮力材料的性能，進口為主、成本昂貴；另一類是采用聚氨酯泡沫、環氧樹脂泡沫或其他發泡塑料，雖然成本低，但是耐壓強度低，浸水一段時間后吸水失去浮力，使用可靠性差。研制輕質高強的固體浮力材料、提高開發海洋的綜合能力是開發海洋能源的首要條件。
【發明內容】
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[0005]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種高強度固體浮力材料及制備方法，合理搭配低密度填料和固化劑，降低成本的同時提高材料的浮力、耐水性和耐壓強度。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是:
一種高強度固體浮力材料，包括如下重量份的原料:環氧樹脂80-100份、改性劑10-25份、改性膨脹珍珠巖75-90份、稀釋劑15-20份、固化劑25-35份、硅烷偶聯劑3_6份。
[0007]進一步的，所述的改性劑為聚硫橡膠、聚酰胺樹脂、脲醛三聚氰胺樹脂、異氰酸酯以任意比例配合的混合物，其作用是增強環氧樹脂的鞣性、抗彎性、抗沖性、絕緣性和粘結能力。
[0008]進一步的，所述的改性珍珠巖為聚氨酯包覆中空膨脹珍珠巖顆粒，顆粒的粒徑為50-100Mm,膨脹珍珠巖顆粒內部為蜂窩結構,重量輕、耐鹽堿,用聚氨酯包覆珍珠巖后增加了珍珠巖與樹脂的相溶性。[0009]進一步的，所述的固化劑為改性螺環二胺，由氰基丙烯醛與季戊四醇合成的螺環二胺經過環氧化合物加成改性而得，此類固化劑在室溫和水中均可以固化，適用期長、反應熱低、色澤好、韌性佳、沖擊性能好，固化時間短。
[0010]進一步的，所述的稀釋劑為環氧丙烷丁基醚、環氧丙烷苯基醚、三環氧丙烷丙基醚中的任意一種。
[0011]進一步的，所述的硅烷偶聯劑為異丁基二氧基娃。
[0012]本發明還提供一種固體浮力材料制造方法，其特征在于，方法如下:將計量的環氧樹脂、改性劑、稀釋劑、硅烷偶聯劑和改性膨脹珍珠巖于攪拌機中攪拌10-20min后于超聲波震蕩儀中超聲波震蕩15-0min，然后將上述混合物和固化劑放于真空攪拌機下在真空狀態、60-70 °C下攪拌15-20min ;最后將攪拌均勻的組分置于模具中，于平板硫化機熱壓成型，脫模后經過后固化制得固體浮力材料。
[0013]進一步的，所述的熱壓成型步驟中，壓力為25_30MPa，溫度為180_220°C ;所述固化過程為在100°c下固化4h，然后于150°C下固化2h，在于180°C下固化lh。
[0014]本發明所述的高強度固體浮力材料，以環氧樹脂為基質并向其中添加改性劑，增強了環氧樹脂的鞣性、抗彎性、抗沖性、絕緣性和粘結能力；膨脹珍珠巖顆粒內部為蜂窩結構，重量輕、耐鹽堿、來源廣泛、價格便宜，以聚氨酯包覆中空膨脹珍珠巖顆粒后增加了珍珠巖與樹脂的相溶性；固化劑為改性螺環二胺，在室溫和水中均可以固化，適用期長、反應熱低、色澤好、韌性佳、沖擊性能好，固化時間短；而通過超聲波震蕩，膨脹珍珠巖可以均勻的分布于環氧樹脂的中空間隙，控制熱壓的壓力、壓強以及固化條件后制得的固體浮力材料組分粘結牢固、浮力性能佳、耐鹽堿和耐高壓性能顯著提高。
【具體實施方式】
[0015]實施例1:
將計量的環氧樹脂80份、聚硫橡膠`2份、聚酰胺樹脂4份、脲醛三聚氰胺樹脂1份、異氰酸酯3份、改性膨脹珍珠巖75份、環氧丙烷丁基醚15份、異丁基三氧基硅3份于攪拌機中攪拌10-20min后于超聲波震蕩儀中超聲波震蕩15_0min，然后將上述混合物和改性螺環二胺25份放于真空攪拌機下在真空狀態、60-70 °C下攪拌15min ;最后將攪拌均勻的組分置于模具中，于平板硫化機熱壓成型(壓力為25-30MPa，溫度為200°C )，脫模后經過后固化(在100°C下固化4h，然后于150°C下固化2h，在于180°C下固化Ih)制得固體浮力材料。
[0016]實施例2:
將計量的環氧樹脂100份、聚硫橡膠10份、聚酰胺樹脂8份、脲醛三聚氰胺樹脂5份、異氰酸酯2份、改性膨脹珍珠巖90份、環氧丙烷苯基醚20份、異丁基三氧基硅6份于攪拌機中攪拌10-20min后于超聲波震蕩儀中超聲波震蕩15_0min，然后將上述混合物和改性螺環二胺35份放于真空攪拌機下在真空狀態、60-70 °C下攪拌15min ;最后將攪拌均勻的組分置于模具中，于平板硫化機熱壓成型(壓力為25-30MPa，溫度為200°C )，脫模后經過后固化(在100°C下固化4h，然后于150°C下固化2h，在于180°C下固化Ih)制得固體浮力材料。
[0017]實施例3:
將計量的環氧樹脂85份、聚硫橡膠5份、聚酰胺樹脂5份、脲醛三聚氰胺樹脂3份、異氰酸酯2份、改性膨脹珍珠巖80份、三環氧丙烷丙基醚18份、異丁基三氧基硅4份于攪拌機中攪拌10-20min后于超聲波震蕩儀中超聲波震蕩15_0min，然后將上述混合物和改性螺環二胺30份放于真空攪拌機下在真空狀態、60-70 °C下攪拌15min ;最后將攪拌均勻的組分置于模具中，于平板硫化機熱壓成型(壓力為25-30MPa，溫度為200°C )，脫模后經過后固化(在100°C下固化4h，然后于150°C下固化2h，在于180°C下固化Ih)制得固體浮力材料。
[0018]實施例4:
將計量的環氧樹脂90份、聚硫橡膠5份、聚酰胺樹脂5份、脲醛三聚氰胺樹脂5份、異氰酸酯5份、改性膨脹珍珠巖85份、三環氧丙烷丙基醚18份、異丁基三氧基硅5份于攪拌機中攪拌10-20min后于超聲波震蕩儀中超聲波震蕩15_0min，然后將上述混合物和改性螺環二胺30份放于真空攪拌機下在真空狀態、60-70 °C下攪拌15min ;最后將攪拌均勻的組分置于模具中，于平板硫化機熱壓成型(壓力為25-30MPa，溫度為200°C )，脫模后經過后固化(在100°C下固化4h，然后于150°C下固化2h，在于180°C下固化Ih)制得固體浮力材料。
[0019]實施例5:
將計量的環氧樹脂95份、聚硫橡膠4份、聚酰胺樹脂10份、脲醛三聚氰胺樹脂2份、異氰酸酯2份、改性膨脹珍珠巖90份、環氧丙烷苯基醚18份、異丁基三氧基硅4份于攪拌機中攪拌10-20min后于超聲波震蕩儀中超聲波震蕩15_0min，然后將上述混合物和改性螺環二胺30份放于真空攪拌機下在真空狀態、60-70 °C下攪拌15min ;最后將攪拌均勻的組分置于模具中，于平板硫化機熱壓成型(壓力為25-30MPa，溫度為200°C )，脫模后經過后固化(在100°C下固化4h，然后于150°C下固化2h，在于180°C下固化Ih)制得固體浮力材料。
[0020]通過美國軍標MIL-S-24154A對對本發明實施例1_5所得的浮力材料進行各種性能測試試驗結果如下所示:
表1浮力材料性能指標
【權利要求】
1.一種高強度固體浮力材料，其特征在于，包括如下重量份的原料:環氧樹脂80-100份、改性劑10-25份、改性膨脹珍珠巖75-90份、稀釋劑15-20份、固化劑25-35份、硅烷偶聯劑3-6份。
2.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的改性劑為聚硫橡膠、聚酰胺樹脂、脲醛三聚氰胺樹脂、異氰酸酯以任意比例配合的混合物。
3.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的改性珍珠巖為聚氨酯包覆中空膨脹珍珠巖顆粒，顆粒的粒徑為50_100μπι。
4.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的固化劑為改性螺環二胺，由氰基丙烯醛與季戊四醇合成的螺環二胺經過環氧化合物加成改性而得。
5.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的稀釋劑為環氧丙烷丁基醚、環氧丙烷苯基醚、三環氧丙烷丙基醚中的任意一種。
6.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的硅烷偶聯劑為異丁基三氧基硅。
7.—種制造權利要求1-6所述的固體浮力材料的方法，其特征在于，方法如下:將計量的環氧樹脂、改性劑、稀釋劑、硅烷偶聯劑和改性膨脹珍珠巖于攪拌機中攪拌10-20min后于超聲波震蕩儀中超聲波震蕩15-0min，然后將上述混合物和固化劑放于真空攪拌機下在真空狀態、60-70 °C下攪拌15-20min ;最后將攪拌均勻的組分置于模具中，于平板硫化機熱壓成型，脫模后經過后固化制得固體浮力材料。
8.根據權利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述的熱壓成型步驟中，壓力為25-30MPa，溫度為180_220°C ;所述固化過程為在100°C下固化4h，然后于150°C下固化2h，在于180°C下固化lh。`
【文檔編號】C08K9/10GK103819873SQ201310669223
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】劉連河, 魏浩, 韓世輝, 王強 申請人:青島海洋新材料科技有限公司