一種纖維增強樹脂復合材料空心球及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于復合材料空心球技術領域，具體涉及一種纖維增強樹脂復合材料空心球及其制備方法。
【背景技術】
[0002]人工復合泡沫樹脂作為浮力板材應用于水下設備(如ROV和AUV等)已經有相當長的歷史。然而它的密度和比強度(強度除以密度)等性能不能滿足深海石油鉆井和生產設備的要求。在合成泡沫塑料中加入復合空心球可以大幅度降低材料的密度并有效保持其強度，使其適合于鉆井立管浮力材料，分布式浮力材料，絕熱和抗沖擊材料等應用。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種纖維增強樹脂復合材料空心球及其制備方法。
[0004]所述的一種纖維增強樹脂復合材料空心球，其特征在于以蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球為復合空心球的球形內核，在該球形內核外表面從里到外均勻包覆多層纖維增強樹脂混合物，至小球達到目標密度，所述纖維增強樹脂混合物由液態環氧樹脂、胺類固化劑及增強纖維混合構成，所述復合空心小球的公稱直徑為2.0-50.0mm，壁厚為0.5-2.5mm，密度為 100 - 600 kg/m3。
[0005]所述的一種纖維增強樹脂復合材料空心球，其特征在于每層纖維增強樹脂混合物的厚度為5 - 40 Pm。
[0006]所述的一種纖維增強樹脂復合材料空心球，其特征在于每層的纖維增強樹脂混合物中，液態環氧樹脂與胺類固化劑的比投料質量比為5-10:1，混合后能在30-70° C溫度下在15-40分鐘內固化。
[0007]所述的一種纖維增強樹脂復合材料空心球，其特征在于所述胺類固化劑包括TETA、TEPA 或 IPD。
[0008]所述的一種纖維增強樹脂復合材料空心球，其特征在于所述增強纖維為碳纖維，碳纖維在纖維增強樹脂混合物中的體積分數為0.1 - 0.5。
[0009]所述的一種纖維增強樹脂復合材料空心球，其特征在于所述增強纖維為硅灰石纖維或玻璃纖維，硅灰石纖維或玻璃纖維在纖維增強樹脂混合物中的體積分數為0.2 -
0.6ο
[0010]所述的纖維增強樹脂復合材料空心球的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
1)將滾筒升溫至30- 70° C，蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球傳輸到滾筒內，其轉速控制為 5-100 rpm ；
2)按投料比將液態環氧樹脂與胺類固化劑預先混合均勻得到混合液，再將該混合液加入步驟I)的滾筒內，在滾筒的運轉過程中均勻在包覆在聚苯乙烯小球表面，隨后加入對應量的增強纖維，使其均勻附著于小球表面，進行固化； 3)重復步驟2)，直至聚苯乙烯小球達到目標密度100 - 600 kg/m3。
[0011]所述的纖維增強樹脂復合材料空心球的制備方法，其特征在于所述滾筒與地面的傾斜角度為15-30°。
[0012]所述的纖維增強樹脂復合材料空心球的制備方法，其特征在于步驟2)中在混合液加完后ι-?ο分鐘，再加增強纖維。
[0013]所述的纖維增強樹脂復合材料空心球的制備方法，其特征在于步驟2)固化溫度為30-70° C，固化時間為15-40分鐘。
[0014]通過采用上述技術，與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
1)本發明的空心小球選用蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球作用球形內核，通過在聚苯乙烯小球外表面包覆若干層由液態環氧樹脂、胺類固化劑及增加纖維材料得到，其原料組份簡單、而且液態環氧樹脂和胺類固化劑按限定的比例，能保證其在30-70° C溫度下在15-40分鐘完成固化；
2)本發明采用滾筒法制備，其可以采用包衣機或混凝土攪拌機制備，對設備要求低，將滾筒內的溫度設在30-70° C，能避免溫度過高使聚苯乙烯泡沫小球軟化收縮；
3)本發明制備工藝簡單、操作方便，直接在聚苯乙烯小球外依次分層加入液態環氧樹脂和胺類固化劑的混合液，間隔一定時間后加入增加纖維，使其固化即可，重復多次，在多層固化結束后，取出測試其密度，密度達到目標密度時即可，本發明的轉速低、制備工藝簡單，得到的空心小球可與合成泡沫塑料結合制成復合浮力材料應用于水下設備，特別是立管浮力模塊。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的復合材料空心球的橫截面示意圖；
圖2為本發明的玻璃纖維空心球與碳纖維空心球的靜水壓強度性能曲線。
【具體實施方式】
[0016]以下結合說明書附圖對本發明作進一步說明:
本發明的一種纖維增強樹脂復合材料空心球，以蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球為復合空心球的球形內核，在該球形內核外表面從里到外均勻包覆多層纖維增強樹脂混合物，至小球達到目標密度，所述纖維增強樹脂混合物由液態環氧樹脂、胺類固化劑及增強纖維混合構成，所述胺類固化劑可以選用TETA、TEPA或IPD，所述增強纖維可以選用碳纖維、硅灰石纖維或玻璃纖維，得到的復合材料空心球的公稱直徑為2.0-50.0mm，壁厚為0.5-2.5mm，密度為100 - 600kg/m3，其特征在于每層纖維增強樹脂混合物的厚度為5 - 40 Pm，液態環氧樹脂與胺類固化劑的比投料質量比為5-10:1，所述增強纖維為碳纖維，碳纖維在纖維增強樹脂混合物中的體積分數為0.1 - 0.5，所述增強纖維為硅灰石纖維或玻璃纖維，硅灰石纖維或玻璃纖維在纖維增強樹脂混合物中的體積分數為0.2 - 0.6。
[0017]實施例1:纖維增強樹脂復合材料空心球的制備
以I立方米蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球為球形內核，每層液態環氧樹脂重量為2KG，TETA為0.4KG，碳纖維3KG，其制備過程如下:
將與地面的傾斜角度為15°的滾筒升溫至35° C，蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球傳輸到滾筒內，其轉速控制為100 rpm，再將預先混合好的液態環氧樹脂與TETA混合液加入滾筒內均勻在包覆在聚苯乙烯小球表面，I分鐘后加入碳纖維，使其均勻附著于小球表面，在35°進行固化45分鐘；重復該包覆步驟多次，每固化3-5層后，將其取出，測其密度，直至測得的聚苯乙烯小球在目標密度100 - 600kg/m3范圍之內，其公稱直徑為35mm，壁厚為
0.5mmο
[0018]實施例2:纖維增強樹脂復合材料空心球的制備
以I立方米蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球為球形內核，每層液態環氧樹脂重量為5KG，TEPA為0.5KG，硅灰石纖維5KG，其制備過程如下:
將與地面的傾斜角度為30°的滾筒升溫至70° C，蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球傳輸到滾筒內，其轉速控制為10 rpm，再將預先混合好的液態環氧樹脂與TEPA混合液加入滾筒內均勾在包覆在聚苯乙稀小球表面，5分鐘后加入娃灰石纖維，使其均勾附著于小球表面，在70°進行固化15分鐘；重復該包覆步驟多次，每固化3-5層后，將其取出，測其密度，直至測得的聚苯乙烯小球在目標密度100 - 600 kg/m3范圍之內，公稱直徑為50.0mm，壁厚為 2.5mmο
[0019]實施例3:纖維增強樹脂復合材料空心球的制備
以I立方米蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯小球