本发明涉及固体浮力材料
技术领域：
，尤其是涉及一种浅水域低密度高强度固体浮力材料及其制备方法。
背景技术：
：近年来，我国海洋技术快速发展，在海洋勘探、检测等方面取得较大进步，海洋资源的探测和开发离不开海洋装备，而海洋装备需要浮力材料提供净浮力，浮力材料的密度和耐压强度的大小直接决定了海洋装备的工作性能和工作深度，低密度高强度浮力材料已经成为发展现代潜水技术的重要组成部分。目前国内固体浮力材料的主要性能方面相关参数为：密度0.36-0.7g/cm3，耐静水压2-150mpa，吸水率≤2％。然而，如何降低浮力材料的密度，提高浮力材料的强度越来越受到人们的重视，特别是在浅海环境下，如何降低浮力材料的极限密度也已成为固体浮力材料研制的一个重要发展方向。浅海固体浮力材料应用水深100-1000m，在公知技术中，固体浮力材料密度进一步降低，技术上存在瓶颈。因此，开发一种浅水域低密度高强度固体浮力材料对海洋工程技术具有重要意义。技术实现要素：本发明的目的是提供一种浅水域低密度高强度固体浮力材料及其制备方法，该固体浮力材料可根据产品设计要求直接用模具成型，还可以累计叠加成型，从而减少了原料浪费，减少了机械加工，大大降低了生产成本，提高了经济效益。为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种浅水域低密度高强度固体浮力材料，包括以下重量份原料：环氧树脂100份，固化剂25-75份，增韧固化剂10-20份，催化剂0.5-2份，偶联剂2-4份，空心玻璃微珠45-75份。在一种优选的实施方式中，所述环氧树脂为e54环氧树脂。在一种优选的实施方式中，所述固化剂包括三乙醇胺、聚酰胺、聚醚胺、甲基纳迪克酸酐、马来酸酐、桶油酸酐中的一种或多种。在一种优选的实施方式中，所述催化剂为dmp-30或ddm环氧树脂固化剂。在一种优选的实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh560。在一种优选的实施方式中，所述空心玻璃微珠的粒径为55-90μm，耐压强度不小于2.07mpa，真实密度为0.15-0.16g/cm3。制备如前述的浅水域低密度高强度固体浮力材料的方法，包括如下步骤：(1)将原料预热至20-30℃；(2)将钢制模具链接成型，内壁刷脱模油贴脱模纸，并将生产操作环境温度调整到20-30℃，湿度≤80％；(3)按以下顺序加料：先将空心玻璃微珠加入搅拌机内，再将环氧树脂、固化剂、偶联剂、催化剂按顺序加料混合搅拌均匀后加入搅拌机，然后再搅拌8-10分钟；(4)将搅拌完毕的原料自搅拌机内取出，在工作台面上进行人工揉和，每一团揉合的原料体积在2-3升，柔和时间在4-6分钟，揉成圆柱形放入钢制模具中，压平压实直至填满模具；(5)将带料模具放入烘箱，并在模具上加3-5mm厚度钢板，同时在钢板上方施加每平方米300-400公斤的压力，60-70℃保温10-12小时，固化后脱去模具，将料块继续加热120℃保温4小时后得所述固体浮力材料。在一种优选的实施方式中，所述搅拌机为不锈钢缸体搅拌机，搅拌桨为圆柱形钢棒，转速为12转/分钟。固体浮力材料的耐静水压强度中，静水压是一个强度指标，其意义是在一定深度的水压力下，材料外形及性能(吸水率)不发生破坏变化。本发明的浅水域低密度高强度固体浮力材料，其材料密度为0.34-0.36g/cm3、耐静水压强度大于4.0mpa、吸水率≤2％，机械加工性能等所有性能均优于现有产品，适用于0-300米水深；另外，该固体浮力材料可根据产品设计要求直接用模具成型，还可以累计叠加成型，从而减少了原料浪费，减少了机械加工时间，大大降低了生产成本，提高了经济效益。本发明的固体浮力材料的制备方法用钢制模具直接成型，原料反应速度缓慢，可操作时间充足，放热量小，膨胀率小，克服了以前只可以做标准快或积木块的缺点，减少了目标体积的限制，因此，本方法节省原料、节省了标准快机械加工和粘接的工序，大大降低产品生产成本。生产效率倍增。具体实施方式下面对本发明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作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。在本发明一种较佳的实施方式中，一种浅水域低密度高强度固体浮力材料，包括以下重量份原料：环氧树脂100份，固化剂35-60份，增韧固化剂10-20份，催化剂0.5-2份，偶联剂2-4份，空心玻璃微珠45-75份。其中，上述环氧树脂为e54环氧树脂。上述固化剂包括三乙醇胺、聚酰胺、聚醚胺、甲基纳迪克酸酐、马来酸酐、桶油酸酐中的一种或多种。上述催化剂为dmp-30或ddm环氧树脂固化剂。上述偶联剂为硅烷偶联剂kh560。上述空心玻璃微珠为3m公司的s15或郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司的hk20和hk30型号玻璃微珠，或青岛中科雅丽公司的t20空心玻璃微珠，且空心玻璃微珠的粒径为55-90μm，耐压强度不小于2.07mpa，真实密度为0.15-0.16g/cm3。实施例1本实施例的浅水域低密度高强度固体浮力材料，包括以下重量份原料：环氧树脂100份，固化剂45份，增韧固化剂15份，催化剂1份，偶联剂2份，空心玻璃微珠50份。其中，本实施例中的环氧树脂采用e54环氧树脂；固化剂采用甲基纳迪克酸酐和桐油酸酐；采用的催化剂为dmp-30；采用的偶联剂为硅烷偶联剂kh560；空心玻璃微珠为3m公司的s15型号，且空心玻璃微珠的粒径为70μm，耐压强度为2.07mpa，真实密度为0.16g/cm3。本实施例的固体浮力材料的制备方法包括如下步骤：(1)将原料预热至20℃；(2)将钢制模具链接成型，内壁刷脱模油贴脱模纸，并将生产操作环境温度调整到20℃，湿度≤80％；(3)按以下顺序加料：先将空心玻璃微珠加入搅拌机内，再将环氧树脂、固化剂、偶联剂、催化剂按顺序加料混合搅拌均匀后加入搅拌机，然后再搅拌10分钟；(4)将搅拌完毕的原料自搅拌机内取出，在工作台面上进行人工揉和，每一团揉合的原料体积在2升，柔和时间在5分钟，揉成圆柱形放入钢制模具中，压平压实直至填满模具；(5)将带料模具放入烘箱，并在模具上加3mm厚度钢板，同时在钢板上方施加每平方米300公斤的压力，本实施方式是在钢板的上方放置300公斤的重物，于65℃保温10小时，固化后脱去模具，将料块继续加热125℃保温4小时后得所述固体浮力材料。其中，所述搅拌机为不锈钢缸体搅拌机，搅拌桨为圆柱形钢棒，转速为12转/分钟。实施例2本实施例的浅水域低密度高强度固体浮力材料，包括以下重量份原料：环氧树脂100份，固化剂40份，增韧固化剂16份，催化剂1.5份，偶联剂4份，空心玻璃微珠60份。其中，本实施例中的环氧树脂采用e54环氧树脂；固化剂采用桐油酸酐；采用的催化剂为dmp-30环氧树脂固化剂；采用的偶联剂为硅烷偶联剂kh560；空心玻璃微珠采用青岛中科雅丽公司的t20空心玻璃微珠，且空心玻璃微珠的粒径为80μm，耐压强度为2.55mpa，真实密度为0.20g/cm3。本实施例2的固体浮力材料的制备方法同实施例1。实施例3本实施例的浅水域低密度高强度固体浮力材料，包括以下重量份原料：环氧树脂100份，固化剂42份，增韧固化剂18份，催化剂2份，偶联剂4份，空心玻璃微珠49份。其中，本实施例中的环氧树脂采用e54环氧树脂；固化剂采用三乙醇胺、聚醚胺和马来酸酐桐油酸酐；采用的催化剂为ddm环氧树脂固化剂；采用的偶联剂为硅烷偶联剂kh560；空心玻璃微珠采用郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司的hk20和hk30型号玻璃微珠，且空心玻璃微珠的粒径为80μm，耐压强度为2.55mpa，真实密度为0.15g/cm3。本实施例的固体浮力材料的制备方法包括如下步骤：(1)将原料预热至30℃；(2)将钢制模具链接成型，内壁刷脱模油贴脱模纸，并将生产操作环境温度调整到20℃，湿度≤80％；(3)按以下顺序加料：先将空心玻璃微珠加入搅拌机内，再将环氧树脂、固化剂、偶联剂、催化剂按顺序加料混合搅拌均匀后加入搅拌机，然后再搅拌8-10分钟；(4)将搅拌完毕的原料自搅拌机内取出，在工作台面上进行人工揉和，每一团揉合的原料体积在2升，柔和时间在6分钟，揉成圆柱形放入钢制模具中，压平压实直至填满模具；(5)将带料模具放入烘箱，并在模具上加4mm厚度钢板，同时在钢板上方施加每平方米300公斤的压力，本实施方式是在钢板的上方放置300公斤的重物，65℃保温12小时，固化后脱去模具，将料块继续加热125℃保温4小时后得所述固体浮力材料。其中，所述搅拌机为不锈钢缸体搅拌机，搅拌桨为圆柱形钢棒，转速为12转/分钟。对比例1：其与实施例1的区别在于，原料配方中环氧树脂100份，固化剂80份，增韧固化剂12份，催化剂1份，偶联剂2份，空心玻璃微珠80份。环氧树脂、固化剂与空心玻璃微珠的质量比例为1:8:8。对比例2：其与实施例1的区别在于，原料配方中环氧树脂100份，固化剂8份，增韧固化剂17份，催化剂0.4份，偶联剂4.5份，空心玻璃微珠47份。对比例3：其与实施例1的区别在于，原料配方中环氧树脂100份，固化剂20份，增韧固化剂15份，催化剂2份，偶联剂4份，空心玻璃微珠33份。对比例4：其与实施例1的区别在于，将原料混合后，于平板硫化剂中热压成型，省掉了在工作台面上进行人工揉和，揉成圆柱形放入钢制模具中，压平压实直至填满模具，并在一个温度下固化的步骤。对比例5：其与实施例1的区别在于，将带料模具放入烘箱后，70℃保温12小时，固化后脱去模具，将料块继续加热130℃保温4小时后得所述固体浮力材料。该步骤是将模具盖板与模具用螺杆上紧。现将以实施例1-3和对比例1-5分别制得的固体浮力材料的参数进行测试，具体性能参数见表1。表1：测试结果对比表密度(g/cm3)耐压强度(mpa)吸水率(％)实施例10.3504.3≤2实施例20.3554.6≤2实施例30.3585.0≤2对比例10.3501.5≤2对比例20.3551.7≤2对比例30.3602.4≤2对比例40.3652.3≤2对比例50.3703.5≤2以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
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的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。当前第1页12