一种浇注型轻质复合泡沫浮体材料及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种浇注型轻质复合泡沫浮体材料及其制造方法，所述复合泡沫浮体材料由甲、乙两组份构成，甲组份包括环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、触变剂、硅烷偶联剂、发泡剂和空心玻璃微珠，乙组份包括固化剂和催化剂。本发明的目的是提供一种适用于浇注工艺的浇注型轻质复合泡沫浮体材料，其特点是物料粘度低，具有良好的流动、流平性及灌注、渗透性。适用于缝隙及复杂空腔结构的灌注，以弥补预制型固体浮力材料不能浇注的不足，使用更为方便，应用范围更为广泛。
【专利说明】一种浇注型轻质复合泡沬浮体材料及其制造方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种聚合物基复合泡沫材料，具体涉及一种浇注型轻质复合泡沫浮体材料及其制造方法。
【背景技术】
[0002]固体浮力材料是深海开发重要的配套材料，美、英、日、俄等工业先进国家从20世纪60年代开始研制并用于深海海底开发事业，已在民用、商业、军事等工业领域广泛应用。美国海军应用科学实验室研制的固体浮力材料，当材料密度为0.35g/cm3时，单轴压缩强度5.5Mpa。美国Emerson & Cuming公司研制的7000米载人潜器用固体浮力材料,密度为
0.561g/cm3时，可潜水深7000米。日本海洋技术中心1987年研制成功11000米水下机器人用固体浮力材料。俄罗斯海洋技术研究所研制了水深6000米自动潜水器用固体浮力材料，密度0.7g/cm3，耐静水压70Mpa。国外研制的低密度高强度固体浮力材料是采用高强度树脂作为基体，填充浮力调节介质作为基质，采用特殊工艺加工而成。固体浮力材料制备方法报道较多，美国专利 USP 4829094、US P 4843104、US P 4902722、USP 4916173、US P4595623,USP 6166109报道了一些采用不同方法制备的固体浮力材料，其中包括化学发泡固体浮力材料、纯复合泡沫固体浮力材料和合成复合泡沫固体浮力材料。
[0003]美国专利USP 4，021，589，USP 5,973,031报道一种空心玻璃微珠填充不饱和聚酯树脂制造的浮力材料。由不饱和酸或不饱和酸酐与多元醇反应制得不饱和聚酯，采用过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮为固化剂制备聚酯树脂基体。填充空心玻璃微珠和空心聚合物微球作为降 低密度的基质制得浮力材料，外护聚乙烯、聚氨酯弹性体或玻璃纤维增强的聚合物基复合材料，浮力材料的密度为0.60g/cm3.是一种不可加工的预制型固体浮力材料。
[0004]中国专利CN200410030821.6报道了一种化学发泡法制备的固体浮力材料，由芯材和面材组成，该固体浮力材料密度为0.33g/cm3，压缩强度为5.5Mpa是一种预制和浇注两用型固体浮力材料。中国专利CN200610043524.4报道了一种深海用可加工固体浮力材料，是一种空心微珠填充环氧树脂制备的可加工固体浮力材料。该材料可采用车、锯、刨、钻等加工方法，可根据设计要求加工成不同形状的固体浮力材料，以满足不同场合的需要。中国专利CN201010176618.5报道了一种用于海洋底层观测平台用浮力材料及其制造方法。由双酚A环氧树脂、丁氰胶乳增韧剂、聚酰胺固化剂、r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂、填充空心玻璃微珠构成，可长期侵泡在海水中，使用安全可靠。以上专利均未报道适用于浇注工艺的轻质复合泡沫固体浮体材料的制备方法。
[0005]
【发明内容】
本发明克服现有技术的不足，提出一种浇注型轻质复合泡沫浮体材料及其制造方法，本发明的目的是提供一种适用于浇注工艺的浇注型轻质复合泡沫浮体材料，其特点是物料粘度低，具有良好的流动、流平性及灌注、渗透性。适用于缝隙及复杂空腔结构的灌注，以弥补预制型固体浮力材料不能浇注的不足，使用更为方便，应用范围更为广泛。
[0006]本发明的技术方案为，一种浇注型轻质复合泡沫浮体材料及其制造方法，所述复合泡沫浮体材料由甲、乙两组份构成，甲组份包括环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、触变剂、硅烷偶联剂、发泡剂和空心玻璃微珠，乙组份包括固化剂和催化剂；甲组份的制备方法:将计量的环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、触变剂、硅烷偶联剂、发泡剂、空心玻璃微珠混合均匀制备甲组份；乙组份的制备方法:称取固化剂、催化剂、混合均匀制备乙组份；
复合泡沫浮力材料的制备:按比例称取甲、乙两组份配制混合，浇注于聚乙烯模具中，室温或加温固化，脱模制得固体浮力材料；复合泡沫浮体材料化学组成如下:按100质量份环氧树脂计:环氧树脂100,环氧活性稀释剂30-60，触变剂1--6，硅烷偶联剂2-5,表面活性剂6—9，发泡剂0.5—6，空心玻璃微珠45—70，固化剂25—60，催化剂
0.5—5 ο
制备工艺为:
将计量的环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、发泡剂、硅烷偶联剂、空心玻璃微珠、触变剂置于备有搅拌器的三口瓶中混合均匀制备甲组份；称取固化剂、催化剂于备有搅拌器的三口瓶中混合均匀制备乙组份；按比例称取甲、乙两组份混合均匀后浇注于聚乙烯塑料模具中，经固化制备固体浮力材料。
[0007]上述所述的环氧树脂:双酚A环氧树脂(E—51、E-52, E — 44)、双酚S环氧树脂(830S)、脂环族环氧树脂(H — 71、6201)或杂环型环氧树脂(TDE — 85、712)；
上述所述的环氧活性稀释剂:正丁基缩水甘油醚(BGE)、苯基缩水甘油醚(PGE)、二缩水甘油醚(DGE)、二缩水甘油基苯胺(DGA)或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGE)；
上述所述的固化剂:聚酰胺(300#、400#、650、651)、芳香族多元胺(DDM、ΜΒ0ΕΑ))、月旨肪胺(593)、脂环族多元胺(IPDA)、聚醚胺(D—400、T—403)或酚醛乙二胺(T—31)；
上述所述的硅烷偶联剂:3_ (2，3_`环氧丙氧基)丙基二甲氧基硅烷(KH560)、3_氛丙基三甲氧基硅烷(KH550)或r -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；
上述所述的空心玻璃微珠密度范围0.125—0.60g/cm3、0.22 — 0.51g/cm3或0.15—
0.60g/cm3。
[0008]上述所述的发泡剂:无水乙醇，甲苯，偶氮二甲酰胺，水，一氟二氯乙烷或铝粉-氢氧化钠水溶液。
[0009]上述所述的表面活性剂:聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯，烷基酚聚氧乙烯醚，二甲基硅氧烷-聚氧化烯烃共聚物或环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物。
[0010]上述所述的触变剂:气相二氧化硅、有机膨润土、硅藻土、云母粉或金属皂粉。
[0011]本发明具有如下有益效果:，
本发明的目的是提供一种适用于浇注工艺的浇注型轻质复合泡沫浮体材料，其特点是物料粘度低，具有良好的流动、流平性及灌注、渗透性。适用于缝隙及复杂空腔结构的灌注，以弥补预制型固体浮力材料不能浇注的不足，使用更为方便，应用范围更为广泛。
[0012]【具体实施方式】:
实施例1
浇注型轻质复合泡沫浮体材料由甲乙两组份构成:
甲组份的制备:
称取100克环氧树脂，50克苯甲醇缩水甘油醚稀释剂，5克聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯表面活性剂(吐温-80)，3克硅烷偶联剂，1.5克无水乙醇发泡剂，1.5克气相二氧化硅，40克密度为0.25g/cm3和密度为0.38g/cm3经级配的空心玻璃微珠置于备有搅拌器的500mL三口瓶中，搅拌均匀制得复合泡沫浮体材料甲组份。
[0013]乙组份的制备:
称取60克3，3’- 二乙基-4，4’- 二氨基二苯基甲烷，30克酚醛乙二胺，3克2，4，6三(二甲氨基甲基)苯酚催化剂于备有搅拌器的500mL三口瓶中搅拌均匀制得复合泡沫浮体材料乙组份。
[0014]以甲、乙两组份按质量比为100比25-30配制，材料的适用期为150分钟。室温24小时初期固化，一周完全固化，或80°C固化4小时。浮力材料密度0.58g/cm3，抗压强度29.6Mpa。气泡孔致密均匀，空心玻璃微珠无上浮分层现象。
[0015]实施例2
复合泡沫浮体材料由甲乙两组份构成:
甲组份的制备:
称取100克环氧树脂，50克苯基缩水甘油醚稀释剂，5克烷基酚聚氧乙烯醚表面活性剂(0P-10)，2克有机 硅泡沫稳定剂、2.5克硅烷偶联剂，4克一氟二氯乙烷(HCFC-Hlb)发泡剂、1.5克气相二氧化硅、50克密度为0.32g/cm3空心玻璃微珠置于备有搅拌器的500mL三口瓶中，搅拌均匀制得浮体材料甲组份。
[0016]乙组份:异佛尔酮二胺
以甲、乙两组份按质量比为100比20-30配制，浮力材料的适用期为60分钟。室温24小时初期固化，一周完全固化，或80°C固化4小时。浮力材料密度0.48g/cm3，抗压强度19.6Mpa。气泡孔致密均匀，空心玻璃微珠无上浮分层现象。
[0017]实施例3
复合泡沫浮体材料由甲乙两组份构成:
甲组份的制备:
称取100克环氧树脂，40克正丁醇缩水甘油醚活性稀释剂，5克聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯表面活性剂(吐温-20)，3克硅烷偶联剂，4克甲苯发泡剂，1.5克气相二氧化硅，40克密度为0.38g/cm3空心玻璃微珠置于备有搅拌器的500mL三口瓶中，搅拌均匀制得浮体材料甲组份。
[0018]乙组份的制备:
称取70克二乙烯三胺丁基缩水甘油醚加成物，30克酚醛乙二胺，0.5克2，4，6三(二甲氨基甲基)苯酹催化剂于备有搅拌器的500mL三口瓶中搅拌均匀制得浮体材料乙组份。
[0019]以甲、乙两组份按质量比为100比25-30配制，浮力材料的适用期为40分钟。室温24小时初期固化，一周完全固化，或80°C固化4小时。浮力材料密度0.53g/cm3，抗压强度17.6Mpa。气泡孔致密均匀，空心玻璃微珠无上浮分层现象。
[0020]实施例4
复合泡沫浮体材料由甲乙两组份构成:
甲组份的制备:
称取100克环氧树脂，40克环氧丙烷丁基醚稀释剂，1.5克有机氟表面活性剂，3克硅烷偶联剂，0.5克无水乙醇发泡剂，1.5克气相二氧化硅，40克密度为0.38g/cm3空心玻璃微珠置于备有搅拌器的500mL三口瓶中，搅拌均匀制得浮体材料甲组份。
[0021]乙组份的制备:
称取70克651聚酰胺，30克酚醛乙二胺，0.5克2，4，6三(二甲氨基甲基)苯酚催化剂于备有搅拌器的500mL三口瓶中搅拌均匀制得浮体材料乙组份。
[0022]以甲、乙两组份按质量比为100比30-60配制，浮体材料的适用期为60分钟。室温24小时初期固化，一周完全固化，或80°C固化4小时。浮体材料密度0.65g/cm3,抗压强度37.SMpa。气泡孔致密均匀，空心玻璃微珠无上浮分层现象。
[0023]实施例5
复合泡沫浮体材料由甲乙两组份构成:
甲组份的制备:
称取100克环氧树脂，40苯基缩水甘油醚活性稀释剂，3克聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯表面活性剂(吐温-20)，1.5克有机硅泡沫稳定剂，3克硅烷偶联剂，4克一氟二氯乙烷发泡剂，1.5克气相二氧化硅，40克密度为0.38g/cm3空心玻璃微珠置于备有搅拌器的500mL三口瓶中，搅拌均匀制得浮体材料甲组份。
[0024]乙组份的制备:
称取60克3，3’- 二乙基 -4，4’- 二氨基二苯基甲烷，40克异佛尔酮二胺，0.5克2，4，6三(二甲氨基甲基)苯酚催化剂于备有搅拌器的500mL三口瓶中搅拌均匀制得浮体材料乙组份。
[0025]以甲、乙两组份按质量比为100比25-30配制，浮体材料的适用期为140分钟。室温24小时初期固化，一周完全固化，或80°C固化4小时。浮体材料密度0.68g/cm3，抗压强度39.6Mpa。气泡孔致密均匀，空心玻璃微珠无上浮分层现象。
[0026]实施例6
复合泡沫浮体材料由甲乙两组份构成:
甲组份的制备:
称取100克环氧树脂，40克甲酚缩水甘油醚稀释剂，3克聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯表面活性剂(吐温-80)，1.5克有机硅泡沫稳定剂，3克硅烷偶联剂，2.5克无水乙醇发泡剂，
1.5克气相二氧化硅，40克密度为0.38g/cm3空心玻璃微珠置于备有搅拌器的500mL三口瓶中，搅拌均匀制得浮体材料甲组份。
[0027]乙组份的制备:
称取80克T-403聚醚胺，20克酚醛乙二胺，1.5克2，4，6三(二甲氨基甲基)苯酚催化剂于备有搅拌器的500mL三口瓶中搅拌均匀制得浮体材料乙组份。
[0028]以甲、乙两组份按质量比为100比20-25配制，浮体材料的适用期为120分钟。室温24小时初期固化，一周完全固化，或80°C固化4小时。浮体材料密度0.58g/cm3，抗压强度29.6Mpa。气泡孔致密均匀，空心玻璃微珠无上浮分层现象。
【权利要求】
1.一种浇注型轻质复合泡沫浮体材料，其特征是:所述复合泡沫浮体材料由甲、乙两组份构成，甲组份包括环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、触变剂、硅烷偶联剂、发泡剂和空心玻璃微珠，乙组份包括固化剂和催化剂；甲组份的制备方法为:将计量的环氧树月旨、环氧活性稀释剂、表面活性剂、触变剂、硅烷偶联剂、发泡剂、空心玻璃微珠混合均匀制备甲组份；乙组份的制备方法为:称取固化剂、催化剂、混合均匀制备乙组份； 复合泡沫浮力材料的制备:按比例称取甲、乙两组份配制混合，浇注于聚乙烯模具中，室温或加温固化，脱模制得固体浮力材料；复合泡沫浮体材料化学组成如下:按100质量份环氧树脂计:环氧树脂100,环氧活性稀释剂30-60，触变剂1--6，硅烷偶联剂2-5,表面活性剂6—9，发泡剂0.5—6，空心玻璃微珠45—70，固化剂25—60，催化剂0.5—5 ο
2.根据权利要求1所述的浇注型轻质复合泡沫浮体材料，其特征是:制备工艺为: 将计量的环氧树脂、环氧活性稀释剂、表面活性剂、发泡剂、硅烷偶联剂、空心玻璃微珠、触变剂置于备有搅拌器的三口瓶中混合均匀制备甲组份；称取固化剂、催化剂于备有搅拌器的三口瓶中混合均匀制备乙组份；按比例称取甲、乙两组份混合均匀后浇注于聚乙烯塑料模具中，经固化制备固体浮力材料。
3.根据权利要求1或2所述的浇注型轻质复合泡沫浮体材料，其特征是，上述所述的环氧树脂为:双酚A环氧树脂(E— 51、E— 52、E— 44 )、双酚S环氧树脂(830S )、脂环族环氧树月旨(H — 71、6201)或杂环型环氧树脂(TDE — 85、712)； 上述所述的环氧活性稀释剂为:正丁基缩水甘油醚(BGE)、苯基缩水甘油醚(PGE)、二缩水甘油醚(DGE)、二缩水甘油基苯胺(DGA)或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGE)； 上述所述的固化剂为:聚酰 胺(300#、400#、650、651)、芳香族多元胺(DDM、MBOEA))、脂肪胺(593)、脂环族多元胺(I PDA)、聚醚胺(D—400、T—403)或酚醛乙二胺(T—31)； 上述所述的硅烷偶联剂为:3- (2，3-环氧丙氧基)丙基二甲氧基硅烷(KH560)、3_氨丙基三甲氧基硅烷(KH550)或r -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)； 上述所述的空心玻璃微珠密度范围0.125—0.60g/cm3、0.22 — 0.51g/cm3或0.15—0.60g/cm3 ； 上述所述的发泡剂为:无水乙醇，甲苯，偶氮二甲酰胺，水，一氟二氯乙烷或铝粉-氢氧化钠水溶液； 上述所述的表面活性剂为:聚氧乙烯山梨糖醇酐月桂酸酯，烷基酚聚氧乙烯醚，二甲基硅氧烷-聚氧化烯烃共聚物或环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物； 上述所述的触变剂为:气相二氧化硅、有机膨润土、硅藻土、云母粉或金属皂粉。
【文档编号】C08L63/00GK103709607SQ201310730297
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】孟凡明, 张树华, 刘连河, 魏浩, 张茂伟, 石勇 申请人:青岛海洋新材料科技有限公司