專利名稱：一種固體浮力材料及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種固體浮力材料及其制造方法。
背景技術：
20世紀60年代，美國海軍應用科學實驗室開始研制固體浮力材料，當材料密度為O. 35g/cm3時,單軸壓縮強度為5. 5Mpa。美國Emerson & Cuming公司研制的7000米載人潛器用固體浮力材料，密度為O. 5 g/cm3時,可潛水深7000米。固體浮力材料制備方法報導較多，美國專利 USP4829094、USP4843104、USP4902722、USP4916173、USP4595623、USP6166109報導了一些采用不同方法制備的固體浮力材料，其中包括化學發泡泡沫材料、共聚物泡沫材料、復合泡沫材料。美國專利USP4，021，589，USP5，973，031報導一種空心玻璃微珠填充不飽和聚酯樹脂制造的浮力材料。由不飽和酸或不飽和酸酐與多元醇反應制得不飽和聚酯，采用過氧化苯甲酰、過氧化甲乙酮為固化劑制備聚酯樹脂基體。填充空心玻璃微珠和空心聚合物微球作為降低密度的基質制得浮力材料，外護聚乙烯、聚氨酯彈性體或玻璃纖維增強的聚合物基復合材料，浮力材料的密度為O. 60g/cm3.是一種不可加工的浮力材料。中國專利CN200410030821. 6報道了一種化學發泡法制備的固體浮力材料，由芯材和面材組成，該固體浮力材料密度為O. 33g/cm3，壓縮強度為5. 5Mpa。中國專利CN200610043524. 4報道了一種深海用可加工固體浮力材料，是一種空心微珠填充環氧樹脂制備的可加工固體浮力材料。該材料可采用車、鋸、刨、鉆等加工方法，可根據設計要求加工成不同形狀的固體浮力材料，以滿足不同場合的需要。中國專利CN201010176618.5報道了一種用于海洋底層觀測平臺的浮力材料及其制造方法。由雙酚A環氧樹脂、丁氰膠乳增韌齊U、聚酰胺固化劑、r-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷偶聯劑、填充空心玻璃微珠構成，可長期侵泡在海水中，使用安全可靠。以上專利均未報導由積木式模塊拼接固體浮力材料的制備工藝。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高強度低密度固體浮力材料及其利用拼接積木式模塊制造的工藝。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是
一種固體浮力材料，化學組成如下
化學組成按100質量份環氧樹脂計環氧樹脂100，環氧活性稀釋劑20— 25，固化劑40— 80，硅烷偶聯劑3— 5，空心玻璃微珠85—100。上述所述的環氧樹脂包括雙酚A環氧樹脂(E— 51、E-52, E — 44)、雙酚S環氧樹脂(830S)、脂環族環氧樹脂(H — 71、6201)、雜環型環氧樹脂(TDE — 85、712)。上述所述的環氧活性稀釋劑包括正丁基縮水甘油醚(BGE)、苯基縮水甘油醚(PGE)、二縮水甘油醚(DGE)、二縮水甘油基苯胺(DGA)、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚(TMPGE)0上述所述的固化劑包括聚酰胺(300#、400#、650、651)、酸酐(MeTHPA)、芳香族多元胺(DDM、DDS )、脂肪胺(593)、脂環族多元胺(IPDA)。上述所述的硅烷偶聯劑包括3- (2，3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、3_氨丙基三甲氧基硅烷(KH550)、r -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)。上述所述的空心玻璃微珠包括美國三M公司空心玻璃微珠，密度范圍O. 125—O. 60g/cm3、蛘埠玻璃鋼工業設計研究院空心玻璃微珠，密度范圍O. 22—0. 51g/cm3、馬鞍山礦山研究院空心玻璃微珠，密度范圍O. 15—0. 60g/cm3^該固體浮力材料的制備方法為
(I)制備浮力材料毛坯物料經預混、捏合、模壓成型、加熱固化制備固體浮力材料毛坯；(2)制備輕質粘合劑；(3)制備積木式標準模塊經修整打磨粘結的毛坯進行機加工，制備積木式標準模塊；(4)拼接粘合整形積木式標準模塊拼接粘合后進行精加工，經外部整形制備固體浮力材料。具體的制備工藝為
按照權利要求1中的組分比例，將計量的環氧樹脂、環氧活性稀釋劑、硅烷偶聯劑、經過級配的空心玻璃微珠進行預混合，投入捏合機中捏合，加入固化劑捏合至物料均勻。置于模具中，于平板硫化機熱壓成型，脫模后經過后固化制得固體浮力材料毛坯，經修整的毛坯粘結并機加工成積木式標準模塊，以標準模塊作為基本單元按設計要求粘結成固體浮力材料。本發明采用輕質粘合劑拼接黏合積木式模塊，制得的固體浮力綜合性能良好，使固體浮力材料的應用機動靈活，便于按用戶要求的密度、尺寸、形狀生產固體浮力材料，適用于不同的使用場合。
具體實施例方式實施例1
稱取300克環氧樹脂，70克環氧活性稀釋劑，12克硅烷偶聯劑投入備有攪拌器的預混罐中，室溫下將物料攪拌均勻，分批投入280克經級配的空心玻璃微珠，慢速攪拌混合呈“豆渣”狀，將物料投入捏合機中，捏合15分鐘。加入180克3，3’-二乙基4，4，-二氨基二苯基甲烷固化劑，繼續捏合40分鐘至物料呈“面團”狀。出料填入模具中，于平板硫化機上熱壓固化成型，脫模后經140°C后固化4小時，制得固體浮力材料毛坯。其產品材料密度
O.507g/cm3,單軸抗壓強度30. 15Mpa，空心玻璃微珠體積分數64. 0%。實施例2
稱取240克環氧樹脂，60克環氧活性稀釋劑，12克硅烷偶聯劑，投入備有攪拌器的預混罐中，室溫下將物料攪拌均勻，分批投入220克經級配的空心玻璃微珠，慢速攪拌混合呈“豆渣”狀，將物料投入捏合機中，捏合15分鐘。加入86克異佛爾酮二胺固化劑，繼續捏合40分鐘至物料呈“面團”狀。出料填入模具中，于平板硫化機上熱壓固化成型，脫模后經120°C后固化4小時，制得固體浮力材料毛坯。材料密度O. 518g/cm3,單軸抗壓強度44. 17Mpa，空心玻璃微珠體積分數64. 1%。實施例3稱取300克環氧樹脂，75克環氧活性稀釋劑，12克硅烷偶聯劑，投入備有攪拌器的預混罐中，室溫下將物料攪拌均勻，分批投入300克經級配的空心玻璃微珠，慢速攪拌混合呈“豆渣”狀，將物料投入捏合機中，捏合15分鐘。加入240克甲基四氫鄰苯二甲酸酐，12克2-乙基-4-甲基咪唑催化劑，繼續捏合40分鐘至物料呈“面團”狀。出料填入模具中，于平板硫化機上熱壓固化成型，脫模后經140°C后固化4小時，制得固體浮力材料毛坯。材料密度O. 509g/cm3,單軸抗壓強度30. 6Mpa，空心玻璃微珠體積分數64. 4%。實施例4
稱取1200克環氧樹脂，280克環氧活性稀釋劑，50克硅烷偶聯劑，投入預混罐中，攪拌混合均勻。分批投入1050克密度為O. 25g/cm3和O. 32g/cm3經級配的空心玻璃微珠，慢速攪拌混合呈“豆渣”狀，將物料投入10升捏合機中，捏合15分鐘。加入280克異佛爾酮二胺和200克3，3’- 二乙基-4，4’- 二氨基二苯基甲烷，繼續捏合40分鐘至物料呈“面團”狀。出料填入模具中，于平板硫化機上熱壓固化成型，脫模后經130°C后固化4小時，制得固體 浮力材料毛坯。材料密度O. 516g/cm3,單軸抗壓強度36Mpa，空心玻璃微珠體積分數64. 2%。實施例5
輕質粘合劑由甲乙兩組份構成
甲組份的制備
稱取100克雙酚A環氧樹脂，40克環氧活性稀釋劑，2. 5克有機硅消泡劑，2克潤濕分散劑，3克硅烷偶聯劑，60克密度為O. 25g/cm3空心玻璃微珠置于備有攪拌器的500mL三口瓶中，攪拌均勻制得輕質粘合劑甲組份。乙組分的制備
稱取100克異佛爾酮二胺及50克稀釋劑于備有攪拌器的500mL三口瓶中攪拌均勻制得輕質粘合劑乙組分。以甲、乙兩組份按質量比為100比40— 50配制粘合劑，粘合劑的適用期為60分鐘。室溫24小時初期固化，一周完全固化，或80°C固化4小時。固體浮力材料的粘結強度經測試為材料破壞。實施例6
實施例1#、2#、3#、4#制備的固體浮力材料毛坯，去除毛邊、污垢等附加物，進行打磨修整使其表面平整，用實施例5#制備的輕質粘合劑，按甲、乙兩組分100比40—50質量比粘結固化。經粘結好的浮力材料塊，按尺寸要求切割及機加工，機加工精度控制在±0. 5_之內，制備積木式標準模塊，由積木式模塊拼接黏合成符合設計要求的固體浮力材料。并根據需要進行外護與涂裝。拼接后的浮力材料模塊性能列于表I中
表I
權利要求
1.一種固體浮力材料，其特征在于，包括下列重量份數的成分(以化學組成按100質量份環氧樹脂計):環氧樹脂100,環氧活性稀釋劑20—25,固化劑40—80,娃燒偶聯劑3 —5,空心玻璃微珠85—100。
2.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的環氧樹脂包括雙酚A環氧樹脂(E —51、E —52、E —44)、雙酌· S環氧樹脂(830S)、脂環族環氧樹脂(H —71、6201 )、雜環型環氧樹脂(TDE — 85、712)。
3.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的環氧活性稀釋劑包括正丁基縮水甘油醚(BGE)、苯基縮水甘油醚(PGE)、二縮水甘油醚(DGE)、二縮水甘油基苯胺(DGA )、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚(TMPGE )。
4.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的固化劑包括聚酰胺(300#、400#、650、651)、酸酐(]^1'即4)、芳香族多元胺(001、DDS)、脂肪胺(593)、脂環族多元胺(IH)A)。
5.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的硅烷偶聯劑包括3_(2，3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(KH550)、r -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570 )。
6.根據權利要求1所述的固體浮力材料，其特征在于，所述的空心玻璃微珠包括美國三M公司空心玻璃微珠，密度范圍O. 125—0. 60g/cm3、蛘埠玻璃鋼工業設計研究院空心玻璃微珠，密度范圍O. 22—0. 51g/cm3、馬鞍山礦山研究院空心玻璃微珠，密度范圍O. 15—O.60g/cm3。
7.一種制備權利要求1所述的固體浮力材料的方法，其特征在于包括下列步驟 (1)制備浮力材料毛坯物料經預混、捏合、模壓成型、加熱固化制備固體浮力材料毛坯； (2)制備輕質粘合劑； (3)制備積木式標準模塊經修整打磨粘結的毛坯進行機加工，制備積木式標準模塊； (4)拼接粘合整形積木式標準模塊拼接粘合后進行精加工，經外部整形制備固體浮力材料； 具體的制備工藝為 按照權利要求1中的組分比例，將計量的環氧樹脂、環氧活性稀釋劑、硅烷偶聯劑、經過級配的空心玻璃微珠進行預混合，投入捏合機中捏合，加入固化劑捏合至物料均勻，置于模具中，于平板硫化機熱壓成型，脫模后經過后固化制得固體浮力材料毛坯，經修整的毛坯粘結并機加工成積木式標準模塊，以標準模塊作為基本單元按設計要求粘結成固體浮力材料。
全文摘要
本發明公開了一種固體浮力材料及其利用拼接積木式模塊的制造方法，由浮力材料毛坯打磨修整，機加工制備積木式標準模塊，拼接積木式標準模塊經精加工制備固體浮力材料，其化學組成按質量份計為環氧樹脂100、環氧活性稀釋劑20—25、固化劑40—80、硅烷偶聯劑3—5、空心玻璃微珠85—100。本發明采用輕質粘合劑拼接黏合積木式模塊，制得的固體浮力綜合性能良好，使固體浮力材料的應用機動靈活，便于按用戶要求的密度、尺寸、形狀生產固體浮力材料，適用于不同的使用場合。
文檔編號C08L63/00GK103013050SQ20121058262
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者劉連河, 張樹華, 孫謙, 李寧, 魏浩 申請人:青島海洋新材料科技有限公司, 青島海洋先進材料工程技術中心有限公司