【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及浮力材料，具体涉及一种应用于深海设备的玄武岩纤维增强的低密度固体浮力材料及其制备方法。
技术介绍
1、海洋中蕴含着丰富的石油和矿产资源，已经成为人类开采的重点对象。深水设备在资源勘探时，每下降100米所需的抗压强度就要增加1mpa。下潜深度达到1000米，水压可以达到约100个大气压所以，在深海环境下，开采设备需要满足轻质高抗压的要求。
2、固体浮力材料具有很多优异的性能，如密度小、压缩强度高、吸声性能好等，常被用于装载在深海勘探设备上。在深海钻井领域中，低密度浮力材料提供油田钻杆系统重力和浮力的平衡。
3、一般固体浮力材料按成分的不同可以分为单相、双相和多相泡沫。单相泡沫是指由发泡材料如ps泡沫或pu泡沫合成的泡沫塑料。单相泡沫的密度极轻，但抗压能力较差，无法满足实际工业化的应用。双相复合泡沫通常是将中空玻璃微球、膨胀聚苯乙烯等加入到聚合物树脂中。但为了降低材料的质量，双相复合泡沫中填入了过多的轻质填料而严重影响了其抗压能力。多相复合泡沫主要包括中空玻璃微球增强的中空小球、聚合物树脂、以及中空玻璃微球、碳纤维(cf)、玻璃纤维(gf)、玄武岩纤维(bf)、亚麻纤维等增强相。材料的结构决定材料的性能，树脂和轻质填料的界面结合以及制备工艺等都会对复合泡沫的力学性能造成影响。
技术实现思路
1、针对现有技术所存在的上述缺点，本专利技术提供了一种平衡油田钻杆系统重力和浮力的低密度浮力材料。
2、本专利技术采用泡沫聚苯乙烯(eps)、环氧树
3、技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
5、本专利技术提供一种低密度固体浮力材料，
6、通过将改性eps、基质以及玄武岩纤维均匀混合并固化成型得到浮力材料；
7、所述基质采用中空玻璃微球、环氧树脂及固化剂混合制成；
8、所述改性eps为由eps核层以及包裹层构成，所述包裹层采用环氧树脂、胺类固化剂以及中空玻璃微球(s38hs)制备而成。
9、进一步的，所述包裹层包括第一包裹层和第二包裹层，所述第一包裹层通过将环氧树脂和胺类固化剂混合配制，形成第一包裹层；所述第一包裹层包覆于eps珠粒外；所述第二包裹层采用中空玻璃微球(s38hs)，且所述第二包裹层包裹于第一包裹层外。
10、优选地，eps珠的直径范围为9-10mm；
11、优选地，第一包裹层的厚度为0.5-1.0mm；
12、优选地，第二包裹层的厚度为1.0-1.5mm；
13、优选地，玻璃微珠型号优选选用3mtm中空玻璃微球s38hs；
14、优选地，所述第二包裹层设有1-20层；
15、优选地，第二包裹层设有2层，较为轻质。
16、进一步的，所述第一包裹层中环氧树脂与胺类固化剂的重量比为1-5：1；优选地，所述第一包裹层中环氧树脂与胺类固化剂的重量比为3：1；
17、所述eps珠是一种由可膨胀聚苯乙烯通过化学发泡制成的轻质球，eps珠的直径为9-10mm。
18、进一步的，通过包裹层包裹后的eps，经烘干得到改性eps；其中，烘干温度50-90℃，烘干时间为1-3h；优选地，在50-60℃烘干1-1.5h，之后升温到80-90℃下烘干1-1.5h。
19、进一步的，按重量份，所述基质采用中空玻璃微球15-20份、环氧树脂40-50份及固化剂13-17份混合制成。
20、进一步的，所述基质中环氧树脂:固化剂:中空玻璃微球的重量比为3:1:1。
21、进一步的，按重量份，所述基质采用中空玻璃微球15份、环氧树脂45份及固化剂15份混合制成。
22、进一步的，按体积份，所述改性eps 85-95份、基质4-8份以及玄武岩纤维2-6份；
23、优选地，按体积份，所述改性eps 90份、基质6份以及玄武岩纤维4份；
24、所述玄武岩纤维的长度为10-15mm；优选地，所述玄武岩纤维的长度为12mm。
25、进一步的，所述改性eps、基质以及玄武岩纤维均匀混合并加热固化成型得到浮力材料，固化温度为90-130℃；固化时间为50-90min；
26、优选地，所述固化温度为110℃，固化时间为70min。
27、一种低密度固体浮力材料的制备方法，其制备步骤如下：
28、(1)改性eps制备：先制备第一包裹层包覆的eps，而后再在第一包裹层外包裹第二包裹层，之后烘干；
29、(2)基质制备：基质采用中空玻璃微球、环氧树脂及固化剂混合制成；
30、(3)模具填充：将步骤(1)制备得到的改性eps、步骤(2)制备得到的基质以及玄武岩纤维均匀混合后填充到模具中并压实；
31、(4)固化成型：通过加热固化得到浮力材料。
32、进一步的，所述改性eps制备步骤如下：
33、s1：将环氧树脂和胺类固化剂混合配制，形成环氧固化体系，之后将eps珠粒添加到制备的环氧固化体系中，混合得到第一包裹层包裹eps；
34、s2：将第一包裹层包裹eps加入到中空玻璃微球中，eps外围加上一层均匀的中空玻璃微球，而后烘干得到改性eps。
35、进一步的，所述步骤s2可重复n次以制备得到具有多层第二包裹层的改性eps，其中，n＝1-20层；优选地，步骤s2中采用滚球法在第一包裹层外包裹第二包裹层；
36、步骤s2中烘干温度50-90℃，烘干时间为1-3h；优选地，步骤s2中在50-60℃烘干1-1.5h，之后升温到80-90℃下烘干1-1.5h。
37、进一步的，本专利技术通过在滚筒中采用滚球法制备包覆的eps。
38、玄武岩纤维是通过熔融玄武岩并提取纤维而产生的一种天然矿物纤维，具有优良的机械性能、蠕变性能、良好的抗酸碱腐蚀性和耐温性。常作为改性材料，添加到复合材料中强化其力学性能和耐热性。相比于玻璃纤维，玄武岩纤维增强聚合物复合材料具有更高的耐磨性和抗拉强度。此外，玄武岩纤维由于其冗余的资源和独特的制造工艺，比碳纤维更便宜、更环保。纤维的加入可以改变了聚合物的内部结构，形成了编织的网状结构，有利于增强了复合材料的力学性能。
39、本专利技术通过采用滚球法制备了改性eps,通过模压成型的方法得到了环氧复合泡沫。改变改性eps的层数和堆积密度、bf的长度和含量得到了不同类型的环氧复合泡沫。制备的环氧复合泡沫塑料为深海钻井中固体浮力材料的应用提供借鉴。
40、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低密度固体浮力材料，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种低密度固体浮力材料，其特征在于，所述包裹层包括第一包裹层和第二包裹层，所述第一包裹层通过将环氧树脂和胺类固化剂混合配制，形成第一包裹层；所述第一包裹层包覆于EPS珠粒外；所述第二包裹层采用中空玻璃微球，且所述第二包裹层包裹于第一包裹层外。
3.根据权利要求2所述的一种低密度固体浮力材料，其特征在于，所述第一包裹层中环氧树脂与胺类固化剂的重量比为1-5：1。
4.根据权利要求2所述的一种低密度固体浮力材料，其特征在于，通过包裹层包裹后的EPS，经烘干得到改性EPS；其中，烘干温度50-90℃，烘干时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的一种低密度固体浮力材料，其特征在于，按重量份，所述基质采用中空玻璃微球15-20份、环氧树脂40-50份及固化剂13-17份混合制成。
6.根据权利要求1所述的一种低密度固体浮力材料，其特征在于，按体积份，所述改性EPS 85-95份、基质4-8份以及玄武岩纤维2-6份；所述玄武岩纤维的长度为10-15mm。
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