聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法及設備的製作方法

2023-09-16 05:59:00 2

專利名稱：：聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法及設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及海洋開發中使用的能夠提供淨浮力的輕質材料，具體地說，是涉及一方法及i殳備。
背景技術：
：聚合物基輕質耐壓浮力材料是由空心玻璃微球填充到樹脂基體中，再將混合物料填入設備，通過對樹脂基體進行固化處理得到的複合材料。這種複合材料較傳統的泡沫塑料具有明顯的優點。原因如下聚合物基輕質耐壓浮力材料的泡孔結構由玻璃空心微球中間的空腔提供，而傳統的泡沫塑料的泡沫結構是由物理或化學發泡得到。理想的聚合物基輕質耐壓浮力材料由於空腔結構全部由硬質的玻璃壁作支撐，玻璃壁外充滿著已經固化的基體聚合物，因此其抗壓縮強度高，承載壓力時不容易發生變形，也不易吸水。在海洋技術開發中具有廣泛應用。但是，由於玻璃空心微球密度低，而且微球粒徑較小，在將玻璃空心微球填充到樹脂基體的過程中會產生大量的氣泡，又由於微球填充量非常大，這些氣泡很難用常規的脫泡方法去除。氣泡的大量存在降低了複合材料的抗壓縮強度，承載壓力時容易發生變形甚至破裂，造成材料吸水率上升，失去提供淨浮力的性能。
發明內容本發明提供了一種聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法及設備，可以解決現有技術存在的氣泡含量大並難以去除導致性能較差的問題。為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案予以實現一種聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法，其特徵在於包括下列步驟1)混合攪拌將聚合物基體材料與空心玻璃微珠按照100:30-200的比例充分混合，用攪拌器攪拌均勻，所述聚合物基體材料是由100份環氧樹脂、70~80份酸酐類環氧樹脂固化劑、0.1~0.3份偶聯劑和0.4~0.6份分散劑組成聚合物基體材料，或者是100份環氧樹脂、20-40份芳香胺類環氧樹脂固化劑、0.1~0.3份偶聯劑和0.4~0.6份分散劑組成，所述環氧樹脂為液態環氧樹脂或改性環氧樹脂；2)加入設備將混合好的物料加入到設備中，封好物料入口和空氣出口，最後將螺母均勻地擰緊；3)加熱固化將混合物料連同設備一起放入烘箱內進行加熱固化，使用酸酐類環氧樹脂固化劑時，固化工藝為125~135°C固化2~4個小時，後固化工藝為145~155°C固化2~4個小時；釆用芳香胺類環氧樹脂固化劑時，固化工藝為80-90°C固化2~4個小時85°C固化3個小時，後固化工藝為125~135°C固化2~4個小時；4)脫模加熱固化後脫模即得聚合物基輕質耐壓浮力材料。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵在步驟2)中的加入設備過程中，根據混合物料的粘度值大小採用以下兩種方法a、混合物料粘度值為10000-100000cps時，打開物料入口開關及空氣出口開關，設備上的固定螺母確定在最大的鬆弛狀態，將攪拌好的混合物料通過壓力泵泵入設備中，設備內的空氣從空氣出口排出，然後封好物料入口和空氣出口，最後將螺母均勻地擰緊；b、混合物料粘度值為100000-250000cps時，打開兩側的施壓金屬蓋上的緊固螺母，取下施壓金屬蓋，將物料填充到空腔中，填滿後裝好施壓金屬蓋，獰上緊固螺栓，然後封好物料入口和空氣出口，最後將螺母均勻地檸緊。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵所述的液態環氧樹脂為在25°C下粘>1範圍在2000~20000cps之間的雙酚A型液態環氧樹脂、雙酚F型液態環氧樹脂、雙酚S型液態環氧樹脂中的一種或幾種的混合物；所述改性環氧樹脂為帶有三個環氧基的液態環氧樹脂、帶有四個環氧基的液態環氧樹脂中的一種或兩種的混合物；所述的空心3皮璃孩i珠是直徑在5~300jum之間的不同粒徑空心玻璃球體的混合物，玻璃微珠混合物的表觀密度為0.lg/cm3~0.6g/cm3。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵所述酸酐類環氧樹脂固化劑為曱基四氫鄰苯二曱酸酐、甲基六氬鄰苯二曱酸酐中的一種或兩種的混合物；所述芳香胺類環氧樹脂固化劑為二氨基二苯基曱烷、二氨基二苯基碸中的一種或兩種的混合物；所述偶聯劑為矽烷偶聯劑；所述分散劑為潤溼分散劑。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵所述矽烷偶聯劑為KH~550、KH~560、KH~570、KH~792中的一種或幾種的〉'昆合物；所述潤溼分散劑為5040、BYK163中的一種或兩種的混合物。一種製備聚合物基輕質耐壓浮力材料的設備，其特徵在於包括由金屬殼層組成的無左右側壁的腔體，所述腔體的左右兩側各設置一個與金屬殼層可調連接的施壓金屬蓋，所述施壓金屬蓋的內側設置壓力調節層，所述金屬殼層的下壁上設有物料入口，金屬殼層的上壁上設有空氣出口。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵所述壓力調節層釆用高回彈性耐高溫的彈性橡膠製成，壓力調節層的厚度為30~5Omm。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵所述金屬殼層的左右兩端設有法蘭，所述施壓金屬蓋與所述法蘭通過調節螺栓連接。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵所述金屬殼層內襯隔離層。在本發明的技術方案中，還具有以下技術特徵所述隔離層採用1~2mm厚的聚四氟乙烯材料加工而成，或者採用在設備的內壁預先塗裝厚度為0.5~1.Omm的氟碳塗料塗層。所述攪拌器為高剪切力的勻速攪拌器，為和面機或行星式攪拌機。將混合物料加入設備過程的方法要根據混合物狀態從以下兩種方法中選擇。方法1:物料流動性較好即粘度較低時，粘度值為10000-100000cps,將設備兩端的施壓金屬蓋上的緊固螺母調節到定位螺杆的最末端，打開物料入口開關及空氣出口開關，通過壓力泵將物料通過物料入口泵入設備腔內，設備內的空氣從空氣出口排出。方法2:物料流動性不好即粘度較高時，粘度值為100000-250000cps,打開兩側的施壓金屬蓋上的緊固螺母，取下施壓金屬蓋，將物料填充到設備中，填滿後裝好施壓金屬蓋，擰上緊固螺栓。將空氣出口及物料入口封閉好。然後藉助工具將緊固螺母擰緊。最後將設備和液態混合物料一起進行固化成型。在施壓金屬蓋的內側各有一個壓力調節層，該壓力調節層採用高回彈性耐高溫的彈性橡膠製成，回彈性為20%-70%。在擰緊螺母的過程中，設備腔內的液態混合物料首先因受力而相互擠壓變形充滿於設備腔內。在接下來的擰緊螺母過程中施壓金屬蓋上的壓力調節層不能抵抗外力而發生彈性變形。變形的原因是壓力調節層釆用的是高回彈性耐高溫的彈性矽橡膠或彈性氟橡膠，當它們承受外力時發生彈性變形。在固化工藝中，由於外部加熱或者自身反應放熱，物料粘度下降，混合物料內部夾雜的空氣泡發生膨脹。在彈性橡膠的回彈作用'力下，空氣泡會迅速地從設備的縫隙被擠出。因此，該工藝下所製作的輕質耐壓浮力材料中沒有空氣泡。材料非常密實，力學性能如抗壓縮強度大大提高。同時，由於彈性橡膠的回彈作用力引起混合物料內部的空心玻璃微珠發生移動，相鄰的微珠之間又相互傳遞著來自壓力調節層的壓力。這對於進一步提高物料體系內部的均一性，增加聚合物基材的交聯密度有著十分重要的貢獻。脫模工藝對於聚合物基輕質耐壓浮力材料來說，脫模劑很容易分散在聚合物基體樹脂中，尤其是溫度高時，比如高於50。C的時候，脫模劑更容易與樹脂混合。由於脫模劑是惰性材料，使得基體樹脂交聯過程及基體樹脂與玻璃微珠的附著過程都受到極大阻礙。有脫模劑存在的浮力材料從外觀上看不出缺陷，但是當浮力材料承受機械壓力時，有脫模劑影響的部位因樹脂基體交聯密度較其他部位低許多，因此會迅速被破壞掉。當材料承受一定的靜水壓力時，有脫^f莫劑的部位會成為吸水的主要區域，使材料喪失應有的性能。為了避免使用脫模劑，又能得到表面光滑的聚合物基輕質耐壓浮力材料，本發明採用了在設備的壓力調節金屬蓋的內壁附上一層隔離層，得到具有雙外殼結構的設備。由於聚合物基體樹脂與隔離層的附著力很小，使得脫模很容易，製得的聚合物基輕質耐壓浮力材料表面光滑，對於降低材料的吸水率也有幫助。所述的較長的定位螺杆和相應的緊固螺母主要起到以下目的第一，保證填充的混合物料有一些多出，以保證物料內部空氣排出時有節層發生彈性形變兩個目的。第三，緊固的螺栓在固化工藝中保持不動，因此金屬上下蓋能夠保證壓力調節層上積累的回彈作用力不會因上下蓋的鬆動而損失掉。所述的壓力調節層給固化中的物料一個持續的壓力，可以及時地將氣泡擠壓出物料以外。因此，得到的聚合物基輕質耐壓浮力材料質地密實、均勻，沒有氣泡殘留在材料裡面。材料抗壓強度高，吸水率低且性能穩定。所述的隔離層可以代替脫模劑，既可以有效地避免脫模劑對材料力學性能的影響，又能得到表面光滑的聚合物基輕質耐壓浮力材料。與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是本發明針對現有聚合物基輕質耐壓浮力材料中存在大量氣泡並難以去除造成性能差的問題，提供了一種聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法及設備，該方法是通過給固化中的物料一個持續的壓力，使得混在物料中的氣泡被及時地擠壓出物料以外，因此得到的聚合物基輕質耐壓浮力材料質地密實、均勻，沒有氣泡，材料抗壓強度高，吸水率低，彈性模量較高且性能穩定，使得固體浮力材料的服務水深相應地增加。本發明可作為水面浮標、水下潛器用浮體之用。圖1是輕質耐壓浮力材料固化成型用設備；圖中1、金屬殼層；1-1、法蘭；2、壓力調節層；3、施壓金屬蓋；4、定位螺杆；5、緊固螺母；6、混合物料；7、隔離層；8、空氣出口；9、物料入口。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。如圖l所示，一種輕質耐壓浮力材料固化成型專用設備，包括由金屬殼層1組成的無左右側壁的腔體，所述腔體的左右兩側各設置一個與金屬殼層1可調連接的施壓金屬蓋3，所述金屬殼層的左右兩端設有法蘭1~1，所述施壓金屬蓋3與所述法蘭1~1通過由較長的定位螺杆4和緊固螺母5組成的調節螺栓連接。所述左右施壓金屬蓋3的內側均設置回彈性為20%-70%的耐高溫彈性矽橡膠製成的壓力調節層2,所述壓力調節層2的厚度為40mm。所述金屬殼層1的下壁上設有物料入口9,金屬殼層的上壁上設有空氣出口8。所述金屬殼層內襯隔離層7，所述隔離層7採用1.5mm厚的聚四氟乙烯材料加工而成。實施例1(混合物料粘度值為10000~100000cps):將100份雙酚A型液態環氧樹脂E~51，75份曱基四氫鄰苯二曱酸酐MeTHPA,0.2份矽烷偶聯劑KH~550,0.5份潤溼分散劑加入容器中，用高剪切力的勻速攪拌器攪拌，如和面機或者行星式攪拌機，攪拌均勻後加入50份玻璃空心微珠，攪拌均勻後再將40份玻璃空心微珠分批加入，攪拌均勾。將攪拌好的混合物料採用加料方法1通過壓力泵將物料通過物料入口9泵入圖1所示的設備中，設備上的固定螺母確定在最大的鬆弛狀態。封好物料入口9和空氣出口8,然後將緊固螺母10均勻地檸緊。將混合物料連同設備一起放入烘箱內進行加熱固化，固化工藝為130°C固化3個小時，後固化工藝為150°C固化4個小時。固化後脫模檢測得到的聚合物基輕質耐壓浮力材料性能如表一所示。表一tableseeoriginaldocumentpage10實施例2(混合物料粘度值為100000~250000cps時)將100份雙酚A型液態環氧樹脂E~51加熱到75~8(TC，加入0.2份矽烷偶聯劑、G.5份潤溼分散劑攪拌均勻；將80份玻璃空心微珠分批加入樹脂中，用高剪切力的勾速攪拌器攪拌均勻；將30份芳香胺固化劑二氨基二苯基曱烷加熱到85~90°C,待固態二氨基二苯基曱烷全部熔解後，迅速加入到前面混合好的物料中，攪拌均勻。關閉好物料入口及空氣出口，將攪拌好的混合物料採用加料方法2加入到圖l所示的設備中。具體為打開固定螺栓，取下施壓金屬蓋及壓力調節層，將物料填充到設備中，填滿後裝好壓力調節層，蓋好施壓金屬蓋，擰上螺栓，然後將螺母均勻地檸緊。在此實施例中採用85°C固化3個小時，130。C後固化4個小時的固化工藝。固化後脫模檢測製得的聚合物基輕質耐壓浮力材料性能如表二所示。表二tableseeoriginaldocumentpage10以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。權利要求1.一種聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法，其特徵在於包括下列步驟1)混合攪拌將聚合物基體材料與空心玻璃微珠按照100∶30～200的比例充分混合，用攪拌器攪拌均勻，所述聚合物基體材料是由100份環氧樹脂、70～80份酸酐類環氧樹脂固化劑、0.1～0.3份偶聯劑和0.4～0.6份分散劑組成聚合物基體材料，或者是100份環氧樹脂、20～40份芳香胺類環氧樹脂固化劑、0.1～0.3份偶聯劑和0.4～0.6份分散劑組成，所述環氧樹脂為液態環氧樹脂或改性環氧樹脂；2)加入設備將混合好的物料加入到設備中，封好物料入口和空氣出口，最後將螺母均勻地擰緊；3)加熱固化將混合物料連同設備一起放入烘箱內進行加熱固化，使用酸酐類環氧樹脂固化劑時，固化工藝為125～135℃固化2～4個小時，後固化工藝為145～155℃固化2～4個小時；採用芳香胺類環氧樹脂固化劑時，固化工藝為80～90℃固化2～4個小時85℃固化3個小時，後固化工藝為125～135℃固化2～4個小時；4)脫模加熱固化後脫模即得聚合物基輕質耐壓浮力材料。2、根據權利要求1所述的聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法，其特徵在於在步驟2)中的加入設備過程中，根據混合物料的粘度值大小採用以下兩種方法a、混合物料粘度值為10000-100000cps時，打開物料入口開關及空氣出口開關，設備上的固定螺母確定在最大的鬆弛狀態，將攪拌好的混合物料通過壓力泵泵入設備中，設備內的空氣從空氣出口排出，然後封好物料入口和空氣出口，最後將螺母均勻地擰緊；b、混合物料粘度值為100000~250000cps時，打開兩側的施壓金屬蓋上的緊固螺母，取下施壓金屬蓋，將物料填充到空腔中，填滿後裝好施壓金屬蓋，擰上緊固螺栓，然後封好物料入口和空氣出口，最後將螺母均勻地檸緊。3、根據權利要求2所述的聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法，其特徵在於所述的液態環氧樹脂為在25。C下粘度範圍在2000~20000cps之間的雙酚A型液態環氧樹脂、雙酚F型液態環氧樹脂、雙酚S型液態環氧樹脂中的一種或幾種的混合物；所述改性環氧樹脂為帶有三個環氧基的液態環氧樹脂、帶有四個環氧基的液態環氧樹脂中的一種或兩種的混合物；所述的空心玻璃孩史珠是直徑在5~300um之間的不同粒徑空心磁二璃球體的混合物，玻璃孩史珠混合物的表觀密度為0.lg/cm3~0.6g/cm3。4、根據權利要求3所述的聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法，其特徵在於所述酸酐類環氧樹脂固化劑為曱基四氫鄰苯二曱酸酐、曱基六氫鄰苯二曱酸酐中的一種或兩種的混合物；所述芳香胺類環氧樹脂固化劑為二氨基二苯基曱烷、二氨基二苯基碸中的一種或兩種的混合物；所述偶聯劑為矽烷偶聯劑；所述分散劑為潤溼分散劑。5、根據權利要求3或4所述的聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法，其特徵在於所述矽烷偶聯劑為KH~550、KH~560、KH~570、KH~792中的一種或幾種的混合物；所述潤溼分散劑為5040、BYK163中的一種或兩種的混合物。6、實現權利要求1所述一種聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法的設備，其特徵在於包括由金屬殼層組成的無左右側壁的腔體，所述腔體的左右兩側各設置一個與金屬殼層可調連接的施壓金屬蓋，所述施壓金屬蓋的內側設置壓力調節層，所述金屬殼層的下壁上設有物料入口，金屬殼層的上壁上設有空氣出口。7、根據權利要求6所述的設備，其特徵在於所述壓力調節層採用高回彈性耐高溫的彈性橡膠製成，壓力調節層的厚度為30~5Omm。8、根據權利要求7所述的設備，其特徵在於所述金屬殼層的左右兩端設有法蘭，所述施壓金屬蓋與所述法蘭通過調節螺栓連接。9、根據權利要求8所述的設備，其特徵在於所述金屬殼層內襯隔離層。10、根據權利要求9所述的設備，其特徵在於所述隔離層採用1~2mm厚的聚四氟乙烯材^F加工而成，或者採用在設備的內壁預先塗裝厚度為0.5~1.Omm的氟石友塗料塗層。全文摘要本發明提供了一種聚合物基輕質耐壓浮力材料的製備方法及設備，可以解決現有技術存在的氣泡含量大並難以去除導致性能較差的問題。所採用的技術方案是包括混合攪拌、加入設備、加熱固化和脫模四個步驟，所述設備中設置一個壓力調節層，通過給固化中的物料一個持續的壓力，使得混在物料中的氣泡被及時地擠壓出物料以外，因此得到的聚合物基輕質耐壓浮力材料質地密實、均勻，沒有氣泡，材料抗壓強度高，吸水率低且性能穩定。文檔編號C08J3/24GK101270220SQ20081001537公開日2008年9月24日申請日期2008年4月30日優先權日2008年4月30日發明者吳則華,媛周,梁忠旭,先陳申請人:海洋化工研究院