深海耐压可加工浮力材料及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种深海耐压可加工浮力材料及其生产方法。该材料包括以下重量份组分：乙烯基酯树脂和不饱和聚酯树脂的一种或两种１００；固化剂１～５；促进剂０．５～５；增韧改性剂３～１０；分散剂０．５～１；稀释剂３～１０；偶联剂１～５；空心微珠５～１５０，其中，空心微珠为粒径在１５～１５０ｕｍ范围的玻璃空心微珠、陶瓷基空心微珠或聚合物空心微珠。该材料的制备方法包括混合搅料、真空搅拌脱泡、出料、脱模的步骤。实践证明，该浮力材料具有密度低、耐压强度高、吸水率极低以及具有可加工性等特点，可用于５００～７０００米深海领域潜器的制造，而且其生产方法工艺简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下潜器用固体浮力材料，具体地指一种深海耐压可加工浮力材料及其生产方法。
技术介绍
海洋占地球总面积70%以上，蕴藏着丰富的油、气、矿产和生物资源，是人类进行 科学探索的重要领域，也是军事、能源、货物运输的重要通道，国家中长期科学和技术法规 划纲要(2006-2020)，把海洋技术列为8大前沿技术之一给予重点部署。海洋深潜技术是 国防安全、海洋环境监测和海洋资源开发技术的重要组成部分。近年来，随着海洋技术快 速发展，在海洋油气和矿物勘探开发、海洋环境监测、海洋生物资源利用、深海控测等方面， 深海耐压浮力材料已经成为发展现代深潜技术的重要组成部分，对提高水下潜器的有效载 荷、保证水下潜器所必须的浮力、减小其外型尺寸、提高水下运动性能及安全应用方面有着 重要的作用。随着海洋技术的开发和海军大深度潜艇等技术运用的需要，低密度、高强度深 海固体浮力材料得到了越来越广泛的应用，其中尤其以可加工型固化材料拥有更宽广的应 用领域。目前国外研制的高抗压、低密度浮力材料主要以环氧树脂为粘结剂，大量填充空 心玻璃微珠及添加剂复合成性能优异的轻质浮力材料。美国海军应用科学研究实验室研 制的固体浮力材料密度为0. 35g/cm3，抗压强度达5. 5MPa，而深潜用浮力材料相对密度在 0. 45 0. 48g/cm3之间，可潜水深2000米以上，但因其具有吸水性，且耐压强度低，在用 作浮力材料时，外表面需包敷玻璃钢或其它密封材料，不具有可加工性，远远满足不了各类 潜器的要求。近年来，国内也开始进行了一些深海耐压可加工浮力材料的研究。专利号为 85106037的中国专利介绍了一种浮力材料，是采用电厂废弃的粉煤灰尘中提取的空心漂珠 作为填充材料，用环氧树脂作为粘接剂制备而得，材料密度0. 6g/cm3，耐压强度6Mpa，此种 浮力材料不具有可加工性，且只能潜水深500米。专利号为200410030821. 6的中国专利， 介绍了一种用化学发泡法制备的固体浮力材料，材料用化学泡沫材料作为芯材，外表包敷 阻水层，材料密度小于0. 33g/cm3，耐压强度为5. 5Mpa，该材料密度小，但其耐压度低，且因 外表包敷阻水层而不具有可加工性。专利号为200610043524. 4的中国专利介绍了一种以 环氧树脂为基体，以玻璃空心微珠为填料搅拌均勻后置于压力固化机中，加压加温，固化一 定时间制得材料标准模块，该类材料密度在0. 5g/cm3左右，耐压强度约为12. 5Mpa，其中密 度为0. 6g/cm3的材料能应用于5800米深水作业，其综合性能比较优异。但是由于它采用 环氧树脂作为基体树脂，而环氧树脂在常温下粘度较大，中高温条件下才有较低粘度，更多 的加入空心微珠降低材料的密度，且环氧树脂的多类固化剂体系也需要在中高温条件下才 能反应，所以该类材料需要采用中高温条件下制作，甚至部分研究人员为排除气泡等原因 还采用高压条件反应，使得生产过程需要特殊的设备进行而且反应时间长，不仅大量增加 了工艺难度、大幅提高了生产周期、降低了生产效率，还由于需要高温高压反应容器，使得 生产能耗高、工艺维护的成本增高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种，该浮力材 料具有密度低、耐压强度高、吸水率极低以及具有可加工性等特点，可用于500 7000米深 海领域潜器的制造，而且其生产方法工艺简单，成本低廉。为实现上述目的，本专利技术所设计的深海耐压可加工浮力材料，它包括以下重量份组分乙烯基酯树脂和不饱和聚酯树脂中一种或两种100 ；固化剂1 5 ；促进剂0. 5 5 ；增韧改性剂3 10 ；分散剂0.5 1;稀释剂3 10;偶联剂1 5;空心微珠5 150，其中，所述空心微珠选用粒径为15 150um的玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠或聚 合物空心微珠中的一种或几种。作为优选方案所述固化剂优选过氧化物固化剂。所述促进剂优选环烷酸钴溶液或者叔胺类促进剂。所述增韧改性剂优选柔性聚酯树脂。分散剂优选为分子量在300 2000的不饱和多元羧酯聚合物与有机硅氧烷共 聚物的组合物，所述组合物中的不饱和多元羧酯聚合物与有机硅氧烷共聚物重量比为 1 2 2 1。所述偶联剂优先选Y -环氧丙氧基三甲氧基硅烷。 所述稀释剂优选为苯乙烯。所述空心微珠的耐压强度控制在1 80MPa范围，堆积密度控制在在0.07 0. 5g/cm3 范围。本专利技术的深海耐压可加工浮力材料生产方法包括以下步骤1)混合搅料按所设计的重量份组分配置物料，将物料加入真空捏合机，搅拌均 勻；2)真空搅拌脱泡混合搅料后，将真空捏合机密封盖住抽真空，控制真空度 在-0. 1 -0. 098MPa范围，继续搅拌物料10 15min ；3)出料将真空搅拌脱泡后的物料转入模具中定型；4)脱模待物料彻底固化后脱模，即得成品材料。进一步地，所述深海耐压可加工浮力材料生产方法的步骤1)中，混合搅料时，控 制真空捏合机内物料温度在15 25°C范围，这样可以保证反应工艺稳定、乙烯基酯树脂 (或不饱和聚酯树脂)的粘度适宜。本专利技术的深海耐压可加工浮力材料中的各组分作用机理及其含量限定的原因如下乙烯基酯树脂(或不饱和聚酯树脂)作为浮力材料的基本体系，它们在固化时会 因固化剂与促进剂反应产生自由基的作用而产生游离基活性树脂，游离基活性树脂与继续 与乙烯基酯树脂(或不饱或聚酯树脂)的双键发生交联反应，并随着交联程度的加大，最终 生成性能稳定的体型网络结构。在该反应过程中，游离基活性树脂在与乙烯基酯树脂(或 不饱或聚酯树脂)中双键发生交联反应时，由于双键开链是双向的，在双键一端与游离基 活性树脂反应后被固定，双键的另一端则同时也因开链被活化而产生新的游离活性基从而 促进交联反应持续发展进行，即“链增长”。同时，又因为该反应为放热反应，随着反应的继 续，树脂体系温度升高，当温度升到一定程度后，固化剂成分会迅速分解，产生大量的自由 基，从而使整个聚合反应速度剧增，体系急剧放热。本专利技术之前使用的乙烯基酯树脂-固化 剂-促进剂体系当中，其固化剂通常使用含有一定量的过氧化甲乙酮、过氧化环己酮等的 液体，该类固化剂分子量小，活性氧含量高，在促进剂作用下活化能较低而容易分解出自由 基，其迅速分解临界温度也较低(如过氧化甲乙酮80°C)，随着反应的进行，当材料堆积厚 度偏高，就会因加聚反应，使得反应放热来不及排走，最后因温度过高使产品损坏。而本发 明所采用的过氧化物固化剂，选用分子量在100 500的范围的较大分子量过氧化物固化 剂，它们的活性氧含量低，活化能较高，从而使得该体系初始反应速率极低，并且能够使整 个反应速率得到控制，通过延长整个反应时间，提供足够散热时间，从而达到控制其放热峰 的目的。本专利技术中树脂在常温下粘度只有100 300cpm，使得浮力材料的制作能在常温常 压条件就可以生产制作，能够高效率、低耗能的进行批量生产。增韧改性剂的加入有助于提高浮力材料的韧性，所述增韧改性剂优选柔性聚酯树 脂；促进剂能促进乙烯基酯树脂基体反应速率，调节材料的固化时间，所述促进剂优 选环烷酸钴溶液或者叔胺类促进剂；分散剂是能减弱空心微珠之间相互作用、增加空心微珠在乙烯基酯树脂基体中的 浸润性与分散稳定性的一类助剂，有利于提高产品性能稳定性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深海耐压可加工浮力材料，其特征在于：该材料包括以下重量份组分：乙烯基酯树脂和不饱和聚酯树脂的一种或两种　１００；固化剂　１～５；促进剂　０．５～５；增韧改性剂　３～１０；分散剂　０．５～１；稀释剂　３～１０；偶联剂　１～５；空心微珠　５～１５０，其中，所述空心微珠为粒径为１５～１５０ｕｍ的玻璃空心微珠、陶瓷基空心微珠或聚合物空心微珠。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔忠杰，鲁程，刘润泉，梅志远，
申请(专利权)人：咸宁海威复合材料制品有限公司，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]