一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法
【专利摘要】本发明提供的一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法。原料中使用阳离子光引发剂和多乙烯基辐射敏化剂两种快速增加环氧树脂交联密度和固化速率的助剂，可以使得1cm厚度的浮力材料配方体系在5分钟之内快速固化，且材料性能可以达到常规方法所达到的性能。制得的固体浮力材料分别可以适用于1000米和3000米的海深。
【专利说明】一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料【技术领域】，具体涉及一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法，制备的深海浮力材料可以为海洋石油开采隔水管和水下作业潜器等海洋开发用设备提供浮力。
【背景技术】
[0002]固体浮力材料技术是将材料的低密度和高强度特性有机地结合在一起，使其在海洋开发【技术领域】中得到无可比拟的优越性。固体浮力材料以其优越的性能已经被应用于下述领域:(1)深海运载和作业用装备如中国“蚊龙号”7000m深潜器、中国“CR-02”自制水下机器人。(2)海洋石油开采系统如隔水管、输油管线。(3)海洋调查检测系统如潜标系统。(4)海洋采矿系统如海底采矿机等领域。固体浮力材料主要是为水下作业用海洋开发设备提供浮力，所以密度必须足够低而且吸水率也要低，另外在深海作业材料必须具有足够的抗静水压能力，即符合美国军标MIL-S-24154A。Trelleborg Offshore公司、Emerson&Cuming公司等制造的固体浮力材料均符合上述标准。
[0003]但是深海浮力材料的生产所用的环氧树脂配方体系主要为环氧树脂及固化剂，固化分为常温固化和高温固化。常温固化耗时太长，往往需要I天以上的时间，性能达到最佳甚至需要一周以上的时间；而高温固化却常常难以控制，这是因为空心玻璃微珠的加入使得浮力材料成为一个隔热保温材料，导热系数变得很低，这就使得材料内外的固化温度很难达到一致，使得固化不一致，很容易产生内应力，材料在使用过程中很容易出现开裂现象，另外浮力材料在固化过程中往往会放出大量的热量，内部的热量如果不及时排除，很容易发生烧心的现象，从而使得浮力材料报废。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是客服现有技术的缺点，提供一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法。本发明利用利用阳离子光引发剂对环氧树脂进行电子束辐射快速固化，另外添加辐射敏化剂使浮力材料形成交叉交联网络以提高浮力材料的交联密度和交联速率，I厘米厚的深海浮力材料可以在5分钟内得到快速固化，且得到的浮力材料性能指标可以达到常规固化方法所需要的指标。本发明采用的技术方案如下所述。
[0005]一种利用电子加速器快速制备的深海浮力材料，该材料的组份及其质量份数包括:
[0006]环氧树脂:100份
[0007]阳离子光引发剂:0.5-3份
[0008]丙烯碳酸酯:0.5-3份
[0009]多乙烯基辐射敏化剂:5-30份
[0010]空心玻璃微珠:10-100份
[0011] 偶联剂:0.5-3份[0012]所述的环氧树脂为脂肪族多环氧基官能团环氧树脂；所述的阳离子光引发剂包括重氣盐、二芳基鹏鐵盐、二芳基硫鐵盐、烷基硫鐵盐、铁芳经盐、横酸氧基丽及二芳基娃氧酿等，主要是为了促进环氧树脂在电子加速器的作用下快速得到固化；所述的丙烯碳酸酯为4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮，目的为溶解阳离子光引发剂，阳离子光引发剂的质量分数为50% ;所述的多乙烯基辐射敏化剂主要为三烯丙基异三聚氰酸酯、三丙二醇二丙烯醚酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等多乙烯基辐射敏化剂，目的是使浮力材料形成交叉交联网络以提高浮力材料的交联密度和交联速率；所述的空心玻璃微珠为抗压强度大于20MPa的空心玻璃微珠，直径为10 μ m-120 μ m ;所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550，目的为改善玻璃微珠与环氧树脂基体之间的结合性。
[0013]其中，所述的空心玻璃微珠可采用如3M公司的K系列、S系列和頂系列的空心玻璃微珠，如K37，抗压强度为20MPa ；S38,抗压强度为27MPa ；K46,抗压强度为41MPa ；S60,抗压强度为68MPa ;Iml6K，抗压强度为113MPa ;Im30K，抗压强度为192MPa。上述空心玻璃微珠可用于1000米-10000米的各种水深用固体浮力材料。[0014]本发明的另一目的是提供一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法，具体方法包括如下步骤:把上述除了阳离子光引发剂和丙烯碳酸酯的原料全部放入双行星真空搅拌机中，在60°C-80°C下真空搅拌10-30分钟；阳离子光引剂在常温下逐渐溶解于丙烯碳酸酯中；然后前两者在双行星真空搅拌机中再搅拌10-30分钟。混合料注入高压空气喷枪中，喷射到模具底部，喷射厚度约为I厘米，在2MPa的压力下压I分钟，然后把模具及其材料放在电子加速器传动车上进行传动辐射，传动辐射的过程中有大功率吹分机进行散热。之后重复喷射-压制-辐射即可快速得到深海浮力材料。脱模即可得深海浮力材料，材料可以经过车加工成为各种形状的器件。所述电子加速器型号为GJ-2E-EB，2MeV, 10mA。
[0015]本发明提供的一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法其特点在于:原料中使用阳离子光引发剂和多乙烯基辐射敏化剂两种快速增加环氧树脂交联密度和固化速率的助剂，可以使得Icm厚度的浮力材料配方体系在5分钟之内快速固化，且材料性能可以达到常规方法所达到的性能。
【具体实施方式】
[0016]下面给出本发明的较佳的实施例，这些实施例并非限制本发明的内容。
[0017]实施例1
[0018]取双酚A型环氧树脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K37-80份，偶联剂KH550-1份，多乙烯基辐射敏化剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯5份，放入真空搅拌机中，在60°C下真空搅拌10分钟；阳离子光引剂二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟锑酸盐1份在常温下逐渐溶解于1份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前两者在双行星真空搅拌机中再搅拌10-30分钟。混合料注入高压空气喷枪中，喷射到模具底部，喷射厚度约为I厘米，在2MPa的压力下压I分钟，然后把模具及其材料放在电子加速器传动车上进行传动辐射，传动辐射的过程中有大功率吹分机进行散热。之后重复喷射-压制-辐射即可快速得到深海浮力材料。脱模即可得深海浮力材料，材料可以经过车加工成为各种形状的器件。得到的材料通过美国军标MIL-S-24154A进行测试得到密度为0.46g/cm3，抗静水压26.3MPa，除以1.5系数为17.5MPa，材料可以在1750米以内水深使用。[0019]实施例2
[0020]取环氧树脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K46-100份，偶联剂KH550-0.5份，三丙二醇二丙烯醚酯5份，放入真空搅拌机中，在60°C下真空搅拌10分钟；阳离子光引剂4，4’ - 二甲基二苯基碘鎗盐六氟磷酸盐1.5份在常温下逐渐溶解于1.5份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前两者在双行星真空搅拌机中再搅拌10-30分钟。混合料注入高压空气喷枪中，喷射到模具底部，喷射厚度约为I厘米，在2MPa的压力下压I分钟，然后把模具及其材料放在电子加速器传动车上进行传动辐射，传动辐射的过程中有大功率吹分机进行散热。之后重复喷射-压制-辐射即可快速得到深海浮力材料。脱模即可得深海浮力材料，材料可以经过车加工成为各种形状的器件。得到的材料通过美国军标MIL-S-24154A进行测试得到密度为0.57g/cm3，抗静水压52MPa，除以1.5系数为34.7MPa，材料可以在3470米以内水深使用。
[0021]实施例3[0022]取环氧树脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K46-100份，偶联剂KH550-0.5份，多乙烯基辐射敏化剂三烯丙基异三聚氰酸酯10份，放入真空搅拌机中，在60°c下真空搅拌10分钟；阳离子光引剂(硫化-二 _4，1-仲苯基)-双(二苯基锍)_双-六氟锑酸盐0.8份在常温下逐渐溶解于0.8份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前两者在双行星真空搅拌机中再搅拌10-30分钟。混合料注入高压空气喷枪中，喷射到模具底部，喷射厚度约为I厘米，在2MPa的压力下压I分钟，然后把模具及其材料放在电子加速器传动车上进行传动辐射，传动辐射的过程中有大功率吹分机进行散热。之后重复喷射-压制-辐射即可快速得到深海浮力材料。脱模即可得深海浮力材料，材料可以经过车加工成为各种形状的器件。得到的材料通过美国军标MIL-S-24154A进行测试得到密度为0.56g/cm3，抗静水压47MPa，除以1.5系数为31.3MPa，材料可以在3130米以内水深使用。
[0023]实施例4
[0024]取环氧树脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K46-100份，偶联剂KH550-0.5份，多乙烯基辐射敏化剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯15份，放入真空搅拌机中，在60°C下真空搅拌10分钟；阳离子光引剂二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐0.6份在常温下逐渐溶解于0.6份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前两者在双行星真空搅拌机中再搅拌10-30分钟。混合料注入高压空气喷枪中，喷射到模具底部，喷射厚度约为I厘米，在2MPa的压力下压I分钟，然后把模具及其材料放在电子加速器传动车上进行传动辐射，传动辐射的过程中有大功率吹分机进行散热。之后重复喷射-压制-辐射即可快速得到深海浮力材料。脱模即可得深海浮力材料，材料可以经过车加工成为各种形状的器件。得到的材料通过美国军标MIL-S-24154A进行测试得到密度为0.55g/cm3，抗静水压45MPa，除以1.5系数为30MPa，材料可以在3000米以内水深使用。
[0025]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法，其特征在于深海浮力材料包括以下组份及其质量份数: 环氧树脂:100份 阳离子光引发剂:0.5-3份 丙烯碳酸酯:0.5-3份 多乙烯基辐射敏化剂:5-30份 空心玻璃微珠:10-100份 偶联剂:0.5-3份。
2.根据权利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，环氧树脂为脂肪族多环氧基官能团环氧树脂，如1，2环氧己烷-4，5 二甲酸二缩水甘油酯，即TDE-85，份数为100份。
3.根据权利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，阳离子光引发剂主要包括重氮盐、二芳基鹏鐵盐、二芳基硫鐵盐、烷基硫鐵盐、铁芳经盐、横酸氧基丽及二芳基娃氧酿，如二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟锑酸盐、(硫化-二_4，1-仲苯基)-双(二苯基锍)_双-六氟锑酸盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸盐、(硫化-二 _4，1-仲苯基)-双(二苯基锍)_双-六氟磷酸盐、4，4’-二甲基二苯基碘鎗盐六氟磷酸盐，阳离子光引发剂也可以为以上多种不同的光引发剂按照一定的比例如1:1进行复配使用，份数为0.5-3份。
4.根据权利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，丙烯碳酸酯为4-甲基-1，3-二氧戊-2-酮，目的为溶解阳离子光引发剂，阳离子光引发剂的质量分数为50%，丙烯碳酸酯的份数为0.5-3份。
5.根据权利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，多乙烯基辐射敏化剂包括三烯丙基异三聚氰酸酯、三丙二醇二丙烯醚酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等，份数为5-30份。
6.根据权利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，空心玻璃微珠为抗压强度大于20MPa的空心玻璃微珠，直径为10 μ m-120 μ m。其份数为10-100份。
7.根据权利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，偶联剂为硅烷偶联剂KH550，目的为改善玻璃微珠与环氧树脂基体之间的结合性。其份数为0.5-3份。
8.一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法，其特征为，把上述除了阳离子光引发剂和丙烯碳酸酯的原料全部放入双行星真空搅拌机中，在60°C -80°C下真空搅拌10-30分钟；阳离子光引剂在常温下逐渐溶解于丙烯碳酸酯中；然后前两者在双行星真空搅拌机中再搅拌10-30分钟。混合料注入高压空气喷枪中，喷射到模具底部，喷射厚度约为1厘米，在2MPa的压力下压I分钟，然后把模具及其材料放在电子加速器传动车上进行传动辐射，传动辐射的过程中有大功率吹分机进行散热。之后重复喷射-压制-辐射即可快速得到深海浮力材料。脱模即可得深海浮力材料，材料可以经过车加工成为各种形状的器件。
9.根据权利要求8所述的一种利用电子加速器快速制备深海浮力材料的方法，其特征在于，所述电子加速器型号为GJ-2E-EB，2MeV, 10mA。
【文档编号】C08L63/00GK103910975SQ201410169519
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】吴新锋, 董丽华, 尹衍升, 张福华, 吴婧 申请人:上海海事大学