CN108859071A - 一种组合模具及应用其制备固体浮力材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种组合模具及应用其制备固体浮力材料的方法，其中该组合模具包括：模具及至少一个柔性膜；所述模具包括：至少设置有一个端口的筒身，与端口对应的端盖，及至少两个用于抽真空的真空口，且至少一个真空口位于端盖上；所述柔性膜与模具彼此相分离，当端盖覆盖与其对应的端口时，所述柔性膜置于至少一个端口与该端盖之间，用于将该端口与端盖分隔。采用本发明提供的组合模具制备固体浮力材料时，所得到的坯体无须在模具中加压固化，可以在固化前脱膜，避免了固化后脱模比较困难、脱模后的模具需要清洗的问题。

Description

一种组合模具及应用其制备固体浮力材料的方法
技术领域
本发明涉及浮力材料制备技术领域，特别是涉及一种组合模具及应用其制备固体浮力材料的方法。
背景技术
随着海洋开发科学的兴起和发展,人类对海底世界的探索越来越多,潜入深度越来越深,迫切需要能应用于深海的浮力材料,以保证深水设备的安全使用。所以，从20世纪60年代就开始，国内外就开始了对高强度浮力材料的研究。
专利200610043524.4公开了一种深海用可加工固体浮力材料及其制备方法。该方法是将空心玻璃微珠和环氧树脂在80-100℃下于捏合机中搅拌混合，放入模具中加压升温固化，其适用深度为4000米。
专利200910174576.9公开了一种可加工固体浮力材料及其制备方法。在加热条件下将环氧树脂、固化剂等和空心玻璃微珠混合，糅合后填入模具中固化，固化时间需40小时。
上述制备浮力材料的方法中，均需要将捏合后的物料转移到模具中；加压压至成型后在模具中加压固化，脱模。由于固化需在模具中进行，即使把模具抛光并涂抹脱模剂，固化后的环氧树脂等树脂仍然会与模具的一些区域，特别是边角等位置有较强的结合，导致脱模比较困难。而且，固化后脱模，模具上会残留一些固化后的树脂，因此还涉及模具的清洗和抛光过程。因此，上述制备浮力材料的方法的生产效率较低，劳动强度也较大。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种组合模具及应用其制备固体浮力材料的方法，以解决现有的制备浮力材料的方法固化后脱模比较困难，脱模后的模具需要清洗的问题。具体技术方案如下：
一种组合模具，包括：模具及至少一个柔性膜；
所述模具包括：至少设置有一个端口的筒身，与端口对应的端盖，及至少两个用于抽真空的真空口，且至少一个真空口位于端盖上；
所述柔性膜与模具彼此相分离，当端盖覆盖与其对应的端口时，所述柔性膜置于至少一个端口与该端盖之间，用于将该端口与端盖分隔。
具体地，所述筒身设置有两个端口，且两个端口对应的端盖上均设置有真空口；
所述两个端口分别设置于所述筒身的两个顶面；
或
一个端口设置于筒身的顶面，另一端口设置于筒身的侧壁。
具体地，所述筒身的横截面的形状为梯形，且筒身的两个顶面对应于梯形的上、下底。
具体地，所述筒身设置有至少三个端口，且至少三个端口对应的端盖上设置有真空口；所述至少三个端口包括设置于顶面的顶面端口和侧壁端口；顶面端口的数量为一个或两个。
具体地，当顶面端口的数量为两个时，所述筒身的横截面的形状为两端大、中间段小的哑铃形。
具体地，还包括：置于至少一个端盖的内侧端面上的多孔隔板，且所述多孔隔板与真空口相对应。
具体地，还包括：置于模具内侧壁和/或端盖与柔性膜之间的、可充液体的橡胶囊。
本发明还提供了一种应用前述的模具制备固体浮力材料的方法，包括：
(1)获得用于制备固体浮力材料的原料混合物；
(2)将所述原料混合物置于所述模具中，所有的端盖覆盖与其对应的端口，且至少一个设置有真空口的端盖与其对应的端口之间设置有柔性膜，以使原料混合物与该端盖上的真空口分隔，该真空口为第二真空口，设置第二真空口的端盖为第二端盖；未通过柔性膜与原料混合物分隔的真空口为第一真空口；
(3)通过第二真空口对模具内部抽真空处理，使柔性膜与第二端盖之间的真空度达到第一阈值；通过至少一个第一真空口对模具内部抽真空处理，使模具内部原料混合物的真空度达到第二阈值；通过所述至少一个第二端盖的真空口使模具内部与大气连通；之后将所述至少一个第二端盖与模具的筒身分离；
(4)通过至少一个所述第二端盖对应的端口向原料混合物施加压力，使所述原料混合物形成坯体；
(5)将坯体与模具及柔性膜分离；
(6)将坯体固化处理，得到所述固体浮力材料。
具体地，当第一真空口设置于端盖之上时，该端盖为第一端盖；所述步骤(3)为：
(3)通过第二端盖的第二真空口对模具内部抽真空处理，使柔性膜与第二端盖之间的真空度达到第一阈值；再通过第一端盖的第一真空口对模具内部抽真空处理，使模具内部原料混合物的真空度达到第二阈值；通过所述第二端盖的第二真空口使模具内部与大气连通；之后将所述第二端盖与模具的筒身分离。
具体地，当模具的筒身设置有两个端口时，位于筒身顶面的一个端口对应的端盖为第二端盖；另一个端口对应的端盖为第一端盖。
具体地，当模具的筒身设置有两个端口，且所述筒身横截面的形状为梯形，且筒身的的两个顶面对应于梯形的上底和下底时，位于下底的端口对应的端盖为第二端盖；位于上底的端口对应的端盖为第一端盖。
具体地，当模具的筒身设置有至少三个端口；包括设置于顶面的顶面端口和侧壁端口时，所述第二端盖至少包括一个顶面端口对应的端盖；所述第一端盖至少包括一个侧壁端口对应的端盖。
具体地，当顶面端口的数量为两个，且所述筒身的横截面的形状为两端大、中间段小的哑铃形时，两顶面端口对应的端盖为第二端盖；侧壁端口对应的端盖为第一端盖。
具体地，在步骤(4)向原料混合物施加压力之后还包括：重复进行步骤(2)-(4)。
具体地，步骤(4)中，所述压力通过压力机施加；优选地，向原料混合物施加压力达到第三阈值；更优选地，所述压力机的压头的尺寸小于第二端盖对应端口的尺寸。
具体地，所述模具还包括置于模具内侧壁和/或端盖与柔性膜之间的可充液体的橡胶囊，在步骤(3)之后，还包括：向橡胶囊内部填充压力值达到第四阈值的液体，优选地，所述第四阈值为0.2-3MPa。
具体地，在将所述原料混合物置于所述模具中之前，在所述第一端盖对应的筒身内侧填充有填料，以使筒身内侧形成预设的形状。
采用本发明提供的组合模具制备固体浮力材料时，所得到的坯体无须在模具中加压固化，可以在固化前脱膜，避免了固化后脱模比较困难、脱模后的模具需要清洗的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的第一种组合模具示意图；
图2为本发明提供的第二种组合模具示意图；
图3为本发明提供的第三种组合模具示意图；
其中，图1至图3中各部分名称与相应附图标记之间的对应关系为：
筒身01、第二端盖02、第一端盖03、第二真空口04b、第一真空口04a、柔性膜05、原料混合物06及填料07。
具体实施方式
本发明首先提供了一种组合模具，包括：模具及至少一个柔性膜；
所述模具包括：至少设置有一个端口的的筒身，与端口对应的端盖；及至少两个用于抽真空用的真空口，且至少一个真空口位于端盖上；需要说明的是，至少另一个真空口可选择性地设置于筒身。
所述柔性膜与模具彼此相分离，当端盖覆盖与其对应的端口时，所述柔性膜置于至少一个端口与该端盖之间，用于将该端口与端盖分隔。
需要说明的是，本发明中的模具，其所形成的模腔的具体形态可以参照现有的制备固体浮力材料时使用的模具来实现；模腔的具体形态不构成对本发明的限定。例如，模腔的具体形态可以为圆筒形、方筒形及其它异形结构；模具的材质可以采用与其它的固体浮力材料制备方法所采用的模具相同的材质，如钢、铁等硬质金属。在本发明的具体实施方式中，各端盖与筒身彼此可以是分离的。在需要的情况下，可以将各端盖覆盖在筒身的各端口，以实现对各端口的密封。当然，各端盖与筒身彼此也可以活动连接，例如铰接等；只要各端盖保证其既可以充分暴露筒身的各端口，也可以密封各端口即可。
在本发明中，所说的柔性膜可以理解为在制备固体材料所采用的真空度或压力下，例如在-0.01～-0.1MPa真空度下，0～5MPa压力下，其可以任意产生形变的膜材料。在具体实施过程中，柔性膜可以为橡胶膜、弹性体膜及塑料膜等。可以理解的是，在实际应用中，只要可以设置于端口及端盖之间并形成膜的具有弹性的物体均可以作为本发明所说的柔性膜，例如塑料袋、橡胶筒等。当采用塑料袋作为柔性膜时，只需将塑料袋覆盖端口，就形成本发明的柔性膜。
在本发明中，所说的术语“真空度”可以理解为相对真空度，是指被测对象的压力与测量地点大气压的差值，其数值为负数。可以用普通真空表测量；在没有真空的状态下(即常压时)，真空表的表的初始值为0。当测量真空度时，它的值介于0到－101.325KPa之间。
在发明的组合模具的一种具体实施方案中，所述筒身设置有两个端口，且两个端口对应的端盖上均设置有真空口；
所述两个端口分别设置于所述筒身的两个顶面；可选地，所述筒身的横截面的形状为梯形，且筒身的两个顶面对应于梯形的上、下底。当然，筒身的横截面的形状为也可以为矩形或哑铃形等其它形状。
或者
一个端口设置于筒身的顶面，另一端口设置于筒身的侧壁。
需要说明的是，在本发明中，将模具的各面中距离最远的两个面称为顶面；在本发明中，面的距离指的是一个面中的点与另一个面中的点的距离的最大值。本发明中，所说的侧壁指的是模具的各面中，除了顶面的各面。
在本发明的组合模具的一种具体实施方案中，所述筒身设置有至少三个端口，且至少三个端口对应的端盖上设置有真空口；所述至少三个端口包括设置于顶面的顶面端口和侧壁端口；顶面端口的数量为一个或两个；而当顶面端口的数量为一个时，侧壁端口的数量至少为两个。而当顶面端口的数量为两个时，侧壁端口的数量至少为一个。
可选地，当顶面端口的数量为两个时，所述筒身的横截面的形状为两端大、中间段小的哑铃形。需要说明的是，对于侧壁端口其具体的位置本发明在此无需限定，只要其位于筒身的侧壁，基本均可实现本发明的技术方案。
在上述组合模具的一种具体实施方案中，还包括：置于至少一个端盖的内侧端面上的多孔隔板，且所述多孔隔板与真空口相对应。
在制备固体浮力材料过程时，由于需要抽真空处理，为了防止原料混合物堵塞端盖的真空口及柔性膜堵塞端盖的真空口，上述组合模具还可以包括：置于至少一个端盖的内侧端面上的多孔隔板，且所述多孔隔板与真空口相对应；可以理解的是，由于制备固体浮力材料的原料混合物中树脂基料等基体材料所占体积比一般较小，使得原料混合物流动性很差，因此一般带孔的板状物，能够保证顺利抽真空的均可以作为本发明的技术方案所采用的多孔隔板。多孔隔板具体可以是多孔硬隔板或带有缝隙的软垫等。
在一种具体实施方案中，下述制备固体浮力材料时，在对模具内的原料混合物施加压力时，为了保证原料混合物的横向也能均匀受压，进一步提升产品的品质，例如减少固化后出现的孔隙、裂纹等缺陷，降低吸水率，可以在模具内侧壁和/或端盖与柔性膜之间设置可充液体的橡胶囊；当对模具内原料混合物施加压力时，可以同时向橡胶囊中充液体，进而挤压原料混合物，从而使得原料混合物除了受到轴向的压力外，还可以受到周向或横向的压力。具体实施过程中，橡胶囊可以通过导管与液压泵等液压设备连接，从而实现向橡胶囊中充液体。
基于前述的组合模具，本发明还提供了制备固体浮力材料的方法，可以包括：
(1)获得用于制备固体浮力材料的原料混合物；
(2)将所述原料混合物置于所述模具中，所有的端盖覆盖与其对应的端口，且至少一个设置有真空口的端盖与其对应的端口之间设置有柔性膜，以使原料混合物与该端盖上的真空口分隔，该真空口为第二真空口，设置第二真空口的端盖为第二端盖；未通过柔性膜与原料混合物分隔的真空口为第一真空口；
(3)通过第二真空口对模具内部抽真空处理，使柔性膜与第二端盖之间的真空度达到第一阈值；通过至少一个第一真空口对模具内部抽真空处理，使模具内部原料混合物的真空度达到第二阈值；通过所述至少一个第二端盖的真空口使模具内部与大气连通；之后将所述至少一个第二端盖与模具的筒身分离；
(4)通过至少一个所述第二端盖对应的端口向原料混合物施加压力，使所述原料混合物形成坯体；
(5)将坯体与模具及柔性膜分离；
(6)将坯体固化处理，得到所述固体浮力材料。
在一种具体实施方式中，当第一真空口设置于端盖之上时，该端盖为第一端盖；所述步骤(3)为：
(3)通过第二端盖的第二真空口对模具内部抽真空处理，使柔性膜与第二端盖之间的真空度达到第一阈值；再通过第一端盖的第一真空口对模具内部抽真空处理，使模具内部原料混合物的真空度达到第二阈值；通过所述第二端盖的第二真空口使模具内部与大气连通；之后将所述第二端盖与模具的筒身分离。
需要说明的是，在上述步骤(1)中，所获得的原料混合物可以为本领域用于制备浮力材料所采用的任意的原料混合物；一般地，原料混合物包括：树脂基料和空心微珠，进一步具体的，所述树脂基料可以包括环氧树脂及其固化剂，当然也可以根据需要添加其它助剂，例如促进剂等。所用的空心微珠可以采用玻璃微珠、陶瓷微珠等。原料混合物的具体成分及比例本发明在此不进行限定。
上述步骤(2)具体实施时，当模具只有一个端口时，可以将端口作为原料混合物的进口，将原料混合物通过该进口置于所述模具中，然后将该端口覆盖端盖，且该端盖与端口之间设置有柔性膜。
当模具至少有两个端口时，可以将除一个端口外的其它端口均覆盖端盖，且其中至少一个端盖与端口之间设置有柔性膜；未覆盖端盖的端口作为原料混合物的进口，将原料混合物通过该进口置于所述模具中，然后将该端口覆盖端盖。
发明人在实验过程中，意外地发现，要想实现本发明的目的，得到密实、吸水率小的固体浮力材料，一个必要的条件是在步骤(3)中，先通过第二真空口对模具内部抽真空处理，当真空度达到第一阈值时，再通过第一真空口对模具内部抽真空处理；如果采用相反的抽真空步骤，则因原料混合物内部气体不能排净，所获得的浮力材料中会含有气孔、裂纹等宏观缺陷。
在步骤(3)中，当通过第二真空口使模具内部与大气连通后，由于至少一个第一真空口仍然在抽真空，所以模具内的原料混合物及柔性膜会在大气压力下向抽真空的第一真空口方向收缩。优选地，当模具内部原料混合物的真空度达到第二阈值后，可以继续进行抽真空处理一段时间，例如2-3分钟，以便更为彻底的将原料混合物内部气体排出。
在步骤(4)中，对于要求不高的浮力材料制品，可以用手或其它物品按压。更具体地，可以通过至少一个所述第二端盖对应的端口隔着柔性膜多次不同位置的按压原料混合物。当制品的要求较高时，所述压力可以通过压力机等常规的压力设备施加；优选地，向原料混合物施加压力达到第三阈值；更优选地，所述压力机的压头的尺寸小于第二端盖对应的端口尺寸，此时可以多次不同位置的按压原料混合物。这种情况下，也即当压力机的压头与柔性膜接触的面积小于，优选远小于端口的横向面积时，在向原料混合物施加压力时，可以多次、不同位置的压制原料混合物，发明人发现，这样的加压方式，所得材料制备的内部缺陷更少，吸水率更小，但是受压面起伏较大，平整度较差。
在上述制备方法的具体实施过程中，所述第一阈值为-0.08～-0.1MPa，所述第二阈值为-0.08～-0.1MPa；所述第三阈值0.2～3MPa，优选为0.5～2MPa。
本发明可以在得到坯体后撤去组合模具，将单独的坯体进行固化处理，因此可以避免现有的浮力材料制备方法所存在的问题。需要说明的是，固化处理可以根据所使用的原料混合物采用现有的固化工艺来实现，本发明在此不进行限定。
发明人在研究现有的浮力材料制备方法时发现，因为制备固体浮力材料时原料混合物中树脂基料所占体积比一般较小，原料混合物流动性较差，用这些方法所得到的浮力材料通常含有较多宏观气孔、裂纹等缺陷，吸水率较大。而采用本发明的方法所制得的浮力材料，物料之间有较大的位移和错动，压制后基本不含有宏观气孔，同时也减少了裂纹等缺陷，提升了产品的品质，降低了吸水率。
在上述制备方法的第一种具体实施方式中，当模具的筒身设置有两个端口时，位于筒身顶面的一个端口对应的端盖为第二端盖；另一个端口对应的端盖为第一端盖。在一种更为具体地实施方式中，如图1所示，筒身01的两顶面设置有两个端口，一个端口覆盖的端盖为第二端盖02，另一个端口覆盖的端盖为第一端盖03，第二端盖02及第一端盖03上分别设置有第二真空口04b和第一真空口04a；第二端盖02与其对应的端口之间设置有柔性膜05；模具有装填有原料混合物06。
在上述制备方法的第一种具体实施方式中，当模具的筒身设置有两个端口，且所述筒身的横截面的形状为梯形，且筒身的两个顶面对应于梯形的上底和下底时，位于下底的端口对应的端盖为第二端盖；位于上底的端口对应的端盖为第一端盖。在这种情况下，通过第二端盖对应的端口向原料混合物施加压力时，原料混合物在被压缩时所经过的路径的横截面越来越小，使得原料混合物除了沿第一端盖的方向受力收缩，垂直于其压缩路径的方向也受力收缩，因此可以实现多个方向的同时收缩，增大了收缩时原料混合物的位移和错动，更有利于减少产品的裂纹等缺陷，提升产品的品质。
在上述制备方法的第二种具体实施方式中，当模具的所述筒身设置有至少三个端口；包括设置于顶面的顶面端口和侧壁端口时，所述第二端盖至少包括一个顶面端口对应的端盖；所述第一端盖至少包括一个侧壁端口对应的端盖。在一种更为具体地实施方式中，如图2所示，筒身01的两顶面设置有两个端口；筒身01的两个侧壁设置有两端口；一个顶面端口与两个侧壁端口覆盖的端盖为第二端盖02，另一个顶面端口覆盖的端盖为第一端盖03，第二端盖02及第一端盖03上分别设置有第二真空口04b和第一真空口04a；第二端盖02与其对应的端口之间设置有柔性膜05；模具有装填有原料混合物06。采用如图2所示的组合模具制备浮力材料时，可以实现多个方向的同时或分时收缩，以及多方向的压制，效果更好。
在使用上述的模具制备材料时，可以只加料一次、压制一次；也可以多次加料并多次压制；当进行多次加料并多次压制时，在步骤(4)向原料混合物施加压力之后还包括：重复进行步骤(2)-(4)。即可实现多次加料并多次压制，这样可以制备较大的材料；优选地，从第二次加料开始，选择位于筒身侧壁的侧壁端口对应的第一真空口抽真空。优选地，在实现多次加料并多次压制时，可以通过将多个组合模具组合在一起制备浮力材料。
在上述制备方法的第二种具体实施方式中，当顶面端口的数量为两个，且所述筒身的横截面的形状为两端大、中间端小的哑铃形时，两个顶面端口对应的端盖为第二端盖；侧壁端口对应的端盖为第一端盖。在这种情况下，通过位于筒深两顶面的第二端盖对应的端口向原料混合物施加压力时，原料混合物在被压缩时所经过的路径的横截面越来越小，使得原料混合物除了沿压力的方向受力收缩，垂直于其压缩路径的方向也受力收缩，因此可以实现多个方向的同时收缩，增大了收缩时原料混合物的位移和错动，更有利于减少产品的裂纹等缺陷，提升产品的品质。
在上述制备方法的各具体实施方式中，所述模具还包括置于模具内侧壁和/或端盖与柔性膜之间的可充液体的橡胶囊，在步骤(3)之后，还包括：向橡胶囊内部填充压力值达到第四阈值的液体，优选地，所述第四阈值为0.2-3MPa。这样这可使得原料混合物多方向受力，受力更均匀，形变也更均匀，同时也能防止原料混合物横向形变过大，进一步提升产品的品质。
在上述制备方法的各具体实施方式中，在将所述原料混合物置于所述模具中之前，在所述第一端盖对应的筒身内侧填充有填料，以使筒身内侧形成预设的形状。这样可以制备出预设形状的浮力材料，例如图3所示，第一端盖03对应的筒身的端口内侧填充有填料07，当向模具中添加原料混合物并制备坯体时，所得到的坯体的端部可为此预设的形状。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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。
需要说明的是，虽然下面的实施例是采用两个端口的组合模具来制备浮力材料，但是，对于具有一个端口的模具及三个或三个以上端口的模具来说，由于其原理与两个端口的模具类似，且本发明说明书对各模具及利用各模具制备浮力材料进行了相关的记载，因此，本领域技术人员根据下述各实施例并结合本发明说明书对具有一个端口的模具及三个或三个以上端口的模具的记载，完全可以实现采用具有一个端口的模具及三个或三个以上端口的模具来制备浮力材料的实施例，并得到本发明的有益效果。
实施例1
将环氧单体(TTA21)、固化剂(四氢苯酐)、催化剂(KH560)和促进剂(N,N-二甲基苄胺)按质量比100:140:1.5:1的比例称量，与空心玻璃微珠(美国3M公司，HGS8000X，密度0.42g/cm3)混合，使空心玻璃微珠与环氧体系(包括环氧单体、固化剂、催化剂和促进剂)的体积比为70:30。将经初混后的空心玻璃微珠与环氧体系投入真空捏合机。在真空条件下捏合15分钟后将原料混合物(以下简称物料)装入例如图1所示的模具中。然后在模具顶面的端口口覆上柔性膜，保证其不漏气。盖上第二端盖并通过第二端盖上的第二真空口对柔性膜和第二端盖之间的空间抽真空。待真空度达到-0.095MPa时，通过第一端盖上的第一真空口对模具内的物料抽真空；当模具内物料的真空度达到-0.09MPa后，继续抽真空2～3分钟，然后撤去第二端盖真空，并使其与大气连通。此时大气压力将压迫柔性膜及其下的物料运动、收缩。保持通过第一端盖对物料抽真空。撤去第二端盖，换上压力机的压头，对柔性膜包裹的物料施加压力。当加压到2MPa后，撤去压力。将成型的坯体从模具中推出，使坯体与模具及柔性膜分离，并置于烘箱中。坯体于90℃预固化3小时，然后于160℃固化3小时，得到固体浮力材料。
实施例2
将环氧单体(TTA21)、固化剂(四氢苯酐)、催化剂(KH560)和促进剂(N,N-二甲基苄胺)按质量比100:140:1.5:1的比例称量，与空心玻璃微珠(美国3M公司，HGS8000X，密度0.42g/cm3)混合，使空心玻璃微珠与环氧体系(包括环氧单体、固化剂、催化剂和促进剂)的体积比为67:33。将经初混后的空心玻璃微珠与环氧体系投入真空捏合机。在真空条件下捏合15分钟后将物料装入装入例如图1所示的模具中。然后在模具顶面的端口口覆上柔性膜，保证其不漏气。盖上第二端盖并通过第二端盖上的第二真空口对柔性膜和第二端盖之间的空间抽真空。待真空度达到-0.095MPa时，通过第一端盖上的第一真空口对模具内的物料抽真空；当模具内物料的真空度达到-0.09MPa后，继续抽真空2～3分钟，然后撤去第二端盖真空，并使其与大气连通。此时大气压力将压迫柔性膜及其下的物料运动、收缩。保持通过第一端盖对物料抽真空。撤去第二端盖，换上压力机的压头，对柔性膜包裹的物料施加压力。当加压到2MPa后，撤去压力。将成型的坯体从模具中推出，使坯体与模具及柔性膜分离，并置于烘箱中。坯体于90℃预固化3小时，然后于160℃固化3小时，得到固体浮力材料。
实施例3
将环氧单体(TTA21)、固化剂(四氢苯酐)、催化剂(KH560)和促进剂(N,N-二甲基苄胺)按质量比100:140:1.5:1的比例称量，与空心玻璃微珠(美国3M公司，K20，密度0.20g/cm3)混合，使空心玻璃微珠与环氧体系(包括环氧单体、固化剂、催化剂和促进剂)的体积比为71:29。将经初混后的空心玻璃微珠与环氧体系投入真空捏合机。在真空条件下捏合10分钟后将物料装入例如图1所示的模具中。然后在模具顶面的端口口覆上柔性膜，保证其不漏气。盖上第二端盖并通过第二端盖上的第二真空口对柔性膜和第二端盖之间的空间抽真空。待真空度达到-0.095MPa时，通过第一端盖上的第一真空口对模具内的物料抽真空；当模具内物料的真空度达到-0.09MPa后，继续抽真空2～3分钟，然后撤去第二端盖真空，并使其与大气连通。此时大气压力将压迫柔性膜及其下的物料运动、收缩。保持通过第一端盖对物料抽真空。撤去第二端盖，手持硬物(其横截面积远小于物料横截面积)对柔性膜包裹的物料多次按压(按压遍及整个物料被柔性膜覆盖的那一面)。将成型的坯体从模具中推出，使坯体与模具及柔性膜分离，并置于烘箱中。坯体于90℃预固化3小时，然后于160℃固化3小时，得到固体浮力材料。
对比例1
将环氧单体(TTA21)、固化剂(四氢苯酐)、催化剂(KH560)和促进剂(N,N-二甲基苄胺)按质量比100:140:1.5:1的比例称量，与空心玻璃微珠(美国3M公司，HGS8000X，密度0.42g/cm3)混合，使空心玻璃微珠与环氧体系(包括环氧单体、固化剂、催化剂和促进剂)的体积比为70:30。将经初混后的空心玻璃微珠与环氧体系投入真空捏合机，在真空条件下捏合15分钟后备用。
将真空捏合后的物料投入圆筒形模具中，在真空条件下施加3MPa的压力。然后，撤去真空，在保持压力的情况下将模具置于烘箱中，于90℃预固化3小时，然后于160℃固化3小时，得到固体浮力材料。
对比例2
参照对比例1的方法制备浮力材料，对比例2与对比例1的不同之处在于：
施加压力后，将物料从模具中推出，坯体置于烘箱中固化。固化过程中坯体处于自由状态，不受压力。
对比例3
参照对比例1的方法制备浮力材料，对比例3与对比例1的不同之处在于：
施加的压力为4MPa。结果发现，空心玻璃微珠被压碎。
对实施例1-3及对比例1-3所制得的浮力材料进行各项性能测试，包括：密度及吸水率，测试结果如表1、表2所示。
各性性能的测试方法如下：
(1)密度：把材料样品用GTQTM5000型精密切割机切出规则的5个长方体块状实验样品，测出各边长度，计算出体积；采用称量精度为0.0001g的电子分析天平(型号:FA2004A)准确称量出长方体块的质量，用质量除以体积即为样品密度。
(2)吸水率：每种配比的材料在精密切割机上切割出5个尺寸约为10×10×25mm的长方体块样品，测出原始质量m0。每种配比的样块放入静水压检测装置中，打压至指定压力下保压指定时间，取出擦干表面水分后称量其质量m1。吸水率按照下式计算：
吸水率＝(m1-m0)/m0×100％
表1实施例1-3所制得的浮力材料的性能
密度(g/cm3) 保压1周吸水率(％)
实施例1 0.56 30MPa下，1.5％
实施例2 0.62 70MPa下，1.0％
实施例3 0.44 1MPa下，1.0％
表2对比例1-3所制得的浮力材料的性能
密度(g/cm3) 保压30分钟吸水率(％)
对比例1 0.55 30MPa下，2％
对比例2 0.55 3MPa下，12％
对比例3 0.61 3MPa下，13％
从表1及表2中可以看出，采用本发明的方法制备的浮力材料，与采用现有的制备方法制备的浮力材料相比，固体浮力材料吸水率显著减小，材料的浮力性能更好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种组合模具，其特征在于，包括：模具及至少一个柔性膜；
所述模具包括：至少设置有一个端口的筒身，与端口对应的端盖，及至少两个用于抽真空的真空口，且至少一个真空口位于端盖上；
所述柔性膜与模具彼此相分离，当端盖覆盖与其对应的端口时，所述柔性膜置于至少一个端口与该端盖之间，用于将该端口与端盖分隔。
2.如权利要求1所述的组合模具，其特征在于，所述筒身设置有两个端口，且两个端口对应的端盖上均设置有真空口；
所述两个端口分别设置于所述筒身的两个顶面；
或
一个端口设置于筒身的顶面，另一端口设置于筒身的侧壁。
3.如权利要求2所述的组合模具，其特征在于，所述筒身的横截面的形状为梯形，且筒身的两个顶面对应于梯形的上、下底。
4.如权利要求1所述的组合模具，其特征在于，所述筒身设置有至少三个端口，且至少三个端口对应的端盖上设置有真空口；所述至少三个端口包括设置于顶面的顶面端口和侧壁端口；顶面端口的数量为一个或两个。
5.如权利要求4所述的组合模具，其特征在于，当顶面端口的数量为两个时，所述筒身的横截面的形状为两端大、中间段小的哑铃形。
6.如权利要求1所述的组合模具，其特征在于，还包括：置于至少一个端盖的内侧端面上的多孔隔板，且所述多孔隔板与真空口相对应。
7.如权利要求1所述的组合模具，其特征在于，还包括：置于模具内侧壁和/或端盖与柔性膜之间的、可充液体的橡胶囊。
8.一种应用权利要求1-7中任一项所述的模具制备固体浮力材料的方法，其特征在于，包括：
(1)获得用于制备固体浮力材料的原料混合物；
(2)将所述原料混合物置于所述模具中，所有的端盖覆盖与其对应的端口，且至少一个设置有真空口的端盖与其对应的端口之间设置有柔性膜，以使原料混合物与该端盖上的真空口分隔，该真空口为第二真空口，设置第二真空口的端盖为第二端盖；未通过柔性膜与原料混合物分隔的真空口为第一真空口；
(3)通过第二真空口对模具内部抽真空处理，使柔性膜与第二端盖之间的真空度达到第一阈值；通过至少一个第一真空口对模具内部抽真空处理，使模具内部原料混合物的真空度达到第二阈值；通过所述至少一个第二端盖的真空口使模具内部与大气连通；之后将所述至少一个第二端盖与模具的筒身分离；
(4)通过至少一个所述第二端盖对应的端口向原料混合物施加压力，使所述原料混合物形成坯体；
(5)将坯体与模具及柔性膜分离；
(6)将坯体固化处理，得到所述固体浮力材料。
9.如权利要求8所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，
当第一真空口设置于端盖之上时，该端盖为第一端盖；所述步骤(3)为：
(3)通过第二端盖的第二真空口对模具内部抽真空处理，使柔性膜与第二端盖之间的真空度达到第一阈值；再通过第一端盖的第一真空口对模具内部抽真空处理，使模具内部原料混合物的真空度达到第二阈值；通过所述第二端盖的第二真空口使模具内部与大气连通；之后将所述第二端盖与模具的筒身分离。
10.如权利要求9所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，
当模具的筒身设置有两个端口时，位于筒身顶面的一个端口对应的端盖为第二端盖；另一个端口对应的端盖为第一端盖。
11.如权利要求10所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，当模具的筒身设置有两个端口，且所述筒身横截面的形状为梯形，且筒身的的两个顶面对应于梯形的上底和下底时，位于下底的端口对应的端盖为第二端盖；位于上底的端口对应的端盖为第一端盖。
12.如权利要求9所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，当模具的筒身设置有至少三个端口；包括设置于顶面的顶面端口和侧壁端口时，所述第二端盖至少包括一个顶面端口对应的端盖；所述第一端盖至少包括一个侧壁端口对应的端盖。
13.如权利要求12所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，当顶面端口的数量为两个，且所述筒身的横截面的形状为两端大、中间段小的哑铃形时，两顶面端口对应的端盖为第二端盖；侧壁端口对应的端盖为第一端盖。
14.如权利要求8-13中任一项所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，在步骤(4)向原料混合物施加压力之后还包括：重复进行步骤(2)-(4)。
15.如权利要求8所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述压力通过压力机施加；优选地，向原料混合物施加压力达到第三阈值；更优选地，所述压力机的压头的尺寸小于第二端盖对应端口的尺寸。
16.如权利要求8所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，所述模具还包括置于模具内侧壁和/或端盖与柔性膜之间的可充液体的橡胶囊，在步骤(3)之后，还包括：向橡胶囊内部填充压力值达到第四阈值的液体，优选地，所述第四阈值为0.2-3MPa。
17.如权利要求9所述的制备固体浮力材料的方法，其特征在于，在将所述原料混合物置于所述模具中之前，在所述第一端盖对应的筒身内侧填充有填料，以使筒身内侧形成预设的形状。
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