本发明涉及人造材料领域，具体而言涉及一种深海用高强度固体浮力材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，固体浮力材料已经被广泛应用于海洋石油开采隔水管和水下作业潜器等海洋开发用设备。随着人类对海底世界的探索潜入深度越来越深，对固体浮力材料的强度要求也越来越高，以保证深水设备的安全使用。
基于深海丰富的资源以及军用器械的发展，各个国家都在深海用固体浮力材料的开发研究投入较大，有关固体浮力材料的制备方法的报道较多，如美国专利USP4,021,589，USP5,973,031等报道了用空心玻璃微珠填充不饱和聚酯树脂制备的浮力材料；中国专利CN200610043524.4，CN200910174576.9，CN201010163843.5和CN201210067359.1等报道了用空心微珠填充环氧树脂制备的浮力材料。上述专利所报道的浮力材料虽然具备较高的强度，可满足一定深度的水下作业，然而这些专利均采用空心微珠填充热固性树脂制备，在制备过程中，空心微珠是与聚合物基体直接共混或者添加了少量硅烷偶联剂后再共混。这样所制备的材料中空心微珠容易分散不均匀，并且与聚合物基体之间的相容性不好，界面结合力不强，这使材料容易产生缺陷，使材料的整体强度不高，从而限制了其在大型海洋深水设备上的使用。
技术实现要素：
本发明提供了一种深海用高强度固体浮力材料及其制备方法，本发明通过采用步骤少、成本低、工艺简单的表面引发的ATRP聚合方法，在空心玻璃微珠表面接枝上一层侧基为环氧基团的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物，改善空心玻璃微珠在环氧基体中分散性和相容性，并且所接聚合物侧基的环氧基团与环氧树脂基体一起固化，达到增强固体浮力材料强度的目的，以满足海洋开发及海底探测的需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种深海用高强度固体浮力材料及其制备方法，由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂10-30份、抗冲剂1-3份、固化剂3-5份、溶剂4-6份、六甲基磷酰三胺5-15份、催化剂6-8份、空心玻璃微珠5-15份、无机填料10-20份、硬脂酸钙6-8份、氧化铝4-8份、增韧剂15-25份、氨基硅烷偶联剂10-12份、稀释剂2-4份。
进一步：由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂10份、抗冲剂1份、固化剂3份、溶剂4份、六甲基磷酰三胺5份、催化剂6份、空心玻璃微珠5份、无机填料10份、硬脂酸钙6份、氧化铝4份、增韧剂15份、氨基硅烷偶联剂10份、稀释剂2份。
进一步：由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂20份、抗冲剂2份、固化剂4份、溶剂5份、六甲基磷酰三胺10份、催化剂7份、空心玻璃微珠10份、无机填料15份、硬脂酸钙7份、氧化铝6份、增韧剂20份、氨基硅烷偶联剂11份、稀释剂3份。
进一步：由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂30份、抗冲剂3份、固化剂5份、溶剂6份、六甲基磷酰三胺15份、催化剂8份、空心玻璃微珠15份、无机填料20份、硬脂酸钙8份、氧化铝8份、增韧剂25份、氨基硅烷偶联剂12份、稀释剂4份。
进一步：本发明制备方法具有如下步骤：
步骤一、先用双氧水处理得到表面羟基化的空心玻璃微珠，再将羟基化的空心玻璃微珠与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化的空心玻璃微珠；
步骤二、将所述重量份的环氧树脂、接枝改性的空心玻璃微珠、稀释剂在60～70℃的真空搅拌机中搅拌25～35分钟，然后加入剩余原料继续搅拌15分钟；
步骤三、将所得混合物注入模具中，在20MPa的压力下固化成型，固化程序依次为110℃下2小时，140℃下4小时，160℃下4小时，冷却后脱模，得到具有深海用高强度的固体浮力材料。
本发明的有益效果是：
1、本发明具有步骤少、成本低、工艺简单的优点；
2、通过接枝改性可改善空心玻璃微珠在环氧基体中分散性和相容性；
3、所接聚合物侧基的环氧基团与环氧树脂基体一起固化；
4、使所制备的固体浮力材料强度高；
5、使用深度达到7000～10000米，可满足海洋开发及海底探测的需求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种深海用高强度固体浮力材料由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂10-30份、抗冲剂1-3份、固化剂3-5份、溶剂4-6份、六甲基磷酰三胺5-15份、催化剂6-8份、空心玻璃微珠5-15份、无机填料10-20份、硬脂酸钙6-8份、氧化铝4-8份、增韧剂15-25份、氨基硅烷偶联剂10-12份、稀释剂2-4份。
实施例二：
一种深海用高强度固体浮力材料由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂10份、抗冲剂1份、固化剂3份、溶剂4份、六甲基磷酰三胺5份、催化剂6份、空心玻璃微珠5份、无机填料10份、硬脂酸钙6份、氧化铝4份、增韧剂15份、氨基硅烷偶联剂10份、稀释剂2份。
实施例三：
一种深海用高强度固体浮力材料由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂20份、抗冲剂2份、固化剂4份、溶剂5份、六甲基磷酰三胺10份、催化剂7份、空心玻璃微珠10份、无机填料15份、硬脂酸钙7份、氧化铝6份、增韧剂20份、氨基硅烷偶联剂11份、稀释剂3份。
实施例四：
一种深海用高强度固体浮力材料由以下质量份数配方成分组成：环氧树脂30份、抗冲剂3份、固化剂5份、溶剂6份、六甲基磷酰三胺15份、催化剂8份、空心玻璃微珠15份、无机填料20份、硬脂酸钙8份、氧化铝8份、增韧剂25份、氨基硅烷偶联剂12份、稀释剂4份。
实施例五：
一种深海用高强度固体浮力材料的制备方法制备方法包括如下步骤：
步骤一、先用双氧水处理得到表面羟基化的空心玻璃微珠，再将羟基化的空心玻璃微珠与氨基硅烷偶联剂反应，得到氨基化的空心玻璃微珠；
步骤二、将所述重量份的环氧树脂、接枝改性的空心玻璃微珠、稀释剂在60～70℃的真空搅拌机中搅拌25～35分钟，然后加入剩余原料继续搅拌15分钟；
步骤三、将所得混合物注入模具中，在20MPa的压力下固化成型，固化程序依次为110℃下2小时，140℃下4小时，160℃下4小时，冷却后脱模，得到具有深海用高强度的固体浮力材料。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。