CN112625399A - 一种固体浮力材料、制备其的负压吸铸装置及其制备方法 - Google Patents

一种固体浮力材料、制备其的负压吸铸装置及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种固体浮力材料、制备其的负压吸铸装置及其制备方法，属于海洋科学技术领域，以解决现有的浮力材料采用空心微珠颗粒或聚苯乙烯颗粒与树脂共混的方式，空心微珠或聚苯乙烯颗粒的密度要远小于树脂密度，混合过程中会发生分层现象，很难使其均匀混合，得到的浮力材料均匀性较差的问题。本发明一种固体浮力材料，包括第一材料相和第二材料相，其中第一材料相采用球形或类球形的发泡颗粒聚集形成具有三维联通孔隙的分散相，所述第二材料相为填充在所述三维联通孔隙中的连续相。本发明的固体浮力材料性能稳定、比强度可控，通过负压吸铸的方式获得的浮力材料均匀，制备该构件的装置结构简单，操作便捷，成本低廉，成形效率高。

Description

一种固体浮力材料、制备其的负压吸铸装置及其制备方法
技术领域
本发明属于海洋科学技术领域，具体涉及一种固体浮力材料、制备其的负压吸铸装置及其制备方法。
背景技术
近年来，随着海洋科学，海洋技术的发展，人类已经进入开发利用海洋的时代。许多海洋技术领域都需要使用浮力材料，例如：水面拦阻系统、浮球、浮筒、水下机器人、潜器、潜标系统、水下集矿机、海洋石油勘探开发隔水管、深水管道布放等。亟待开发新型浮力材料为水下作业装备的开发和应用提供支撑。
目前，浮力材料的制备方法多数采用空心微珠颗粒和树脂混合的方式，例如CN201610760337.1，CN201210582621.6，CN201310612678.0等；部分采用聚苯乙烯颗粒和树脂混合方式，例如CN201710140200.0。虽然上述浮力材料有着自己的优点，但是，由于采用空心微珠颗粒或聚苯乙烯颗粒与树脂共混的方式，空心微珠或聚苯乙烯颗粒的密度要远小于树脂密度，混合过程中会发生分层现象，很难使其均匀混合，得到的浮力材料均匀性较差。此外由于制备工艺的限制，上述浮力材料无法作为防水填充材料使用。
发明内容
本发明为了解决上述问题，而提供一种固体浮力材料、制备其的负压吸铸装置及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
方案一：一种固体浮力材料，包括第一材料相和第二材料相，其中第一材料相采用球形或类球形的发泡颗粒聚集形成具有三维联通孔隙的分散相，所述第二材料相为填充在所述三维联通孔隙中的连续相，所述第一材料相和第二材料相二者均匀混合在一起。
优选地，一种固体浮力材料，还包括第三材料相，第三材料相为疏水材料制备而成的具有空腔的腔体，所述第一材料相和第二材料相设置在腔体的空腔内。
优选地，第二材料相采用疏水性热固性树脂材料制备而成。
优选地，所述发泡颗粒为聚苯乙烯发泡颗粒。
优选地，所述发泡颗粒的最大直径为φ2mm～φ14mm，聚集密度为0.02～0.04g/cm3。
方案二：一种制备方案一中所述的一种固体浮力材料的负压吸铸装置，包括真空泵、成型腔体、第一容器、第二容器和阀门，第一容器和第二容器分别通过管道与成型腔体的一侧连通，第一容器和第二容器分别与成型腔体连接的管道上均设有用于通断的阀门，成型腔体的另一侧通过吸气管道与真空泵连接，吸气管道上设有第一阀门。
优选地，成型腔体由疏水材料制备而成。
一种固体浮力材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用负压吸铸的方式，向成型腔体内填充球形或类球形发泡颗粒，使发泡颗粒间形成联通的孔隙；
S2、采用负压吸铸的方式，向成型腔体内填充树脂，使树脂填满发泡颗粒的孔隙；
S3、固化处理，得到浮力材料。
优选地，所述成型腔体的材质为疏水材料制备而成。
优选地，步骤S3中的固化处理采用真空固化。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明固体浮力材料的密度为0.2～0.8g/cm3，其24小时的吸水率不超过2％；单轴抗压强度可达2～10MPa。
本发明的固体浮力材料性能稳定、比强度可控，通过负压吸铸的方式获得的浮力材料均匀，制备该构件的装置结构简单，操作便捷，成本低廉，成形效率高，采用本发明的方法可以制备水面用浮力材料、潜水用浮力材料和填充浮力材料，其适用于潜器、海底管路等防水部位的浮力材料填充，尤其适用于异性区域防水填充。
附图说明
图1是本发明负压吸铸装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1：如图1所示，本实施例涉及一种固体浮力材料，包括第一材料相a和第二材料相b，其中第一材料相a采用球形或类球形的发泡颗粒聚集形成具有三维联通孔隙的分散相，所述第二材料相b为填充在所述三维联通孔隙中的连续相，所述第一材料相a和第二材料相b二者均匀混合在一起。
可选地，本实施例还包括第三材料相，第三材料相为疏水材料制备而成的具有空腔的腔体，所述第一材料相a和第二材料相b设置在腔体的空腔内。第三材料可以作为浮力材料的组成，主要起到填充作用，可以防止液体渗漏。
可选地，第二材料相b采用疏水性热固性树脂材料制备而成，疏水性热固性树脂固化温度原则上不超过80℃，优先采用低温固化的环氧树脂。
可选地，所述发泡颗粒为聚苯乙烯发泡颗粒。
所述发泡颗粒的最大直径为φ2mm～φ14mm，聚集密度为0.02～0.04g/cm3。
实施例2：一种制备固体浮力材料的负压吸铸装置，如图1所示，包括真空泵1、成型腔体2、第一容器3、第二容器4和阀门5，第一容器3和第二容器4分别通过管道与成型腔体2的一侧连通，第一容器3和第二容器4分别与成型腔体2连接的管道上均设有用于通断的阀门5，成型腔体2的另一侧通过吸气管道与真空泵1连接，吸气管道上设有第一阀门6。
成型腔体2由疏水材料制备而成。
实施例3：如图1所示，一种固体浮力材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用负压吸铸的方式，向成型腔体2内填充球形或类球形发泡颗粒，使发泡颗粒间形成联通的孔隙，发泡颗粒可选为球形聚苯乙烯发泡颗粒；该步骤的具体操作方法为：先在第一容器3内放入发泡颗粒，打开第一容器3和成型腔体2连通管道的阀门5，气动真空泵1，将发泡颗粒填满成型腔体2内，关闭真空泵1和第一容器3和成型腔体2连通管道的阀门5；
S2、采用负压吸铸的方式，向成型腔体2内填充树脂，使树脂填满发泡颗粒的孔隙，树脂可选为环氧树脂；该操作步骤的具体操作方法为：在第二容器4内放入树脂，开启第二容器4与成型腔体2连通管道上的阀门5，启动真空泵1，将树脂吸入到成型腔体2内，并将发泡颗粒形成的间隙填充满，并填充满成型腔体2，关闭真空泵1和第二容器4与成型腔体2连通管道上的阀门5；
S3、在成型腔体2内静置30小时固化，得到浮力材料。
可选地，所述成型腔体2的材质为疏水材料制备而成。
本实施例中成型腔体2可以采用模具制作，当第一材料相a和第二材料相b通过负压吸铸的方式混合固化后，将模具拆除获得一种浮力材料。也可以将成型腔体2通过一体成型的方式制作，材料为疏水材料，通过负压吸铸的方式将第一材料相a和第二材料相b混合后，并通过成型腔体2包覆，此时成型腔体2作为第三材料相使用，获得另一种材料。
可选地，本实施例中步骤S3中的固化处理采用真空固化。
可选地，本实施例中环氧树脂为E44型环氧树脂，在固化时填入T-31型固化剂。
当成型腔体2不作为第三材料相时，本发明包括第一材料相a和第二材料相b，在制备过程中选用聚苯乙烯发泡颗粒时，聚苯乙烯发泡颗粒粒径选为10mm。
当成型腔体2作为第三材料相时，本发明包括第一材料相a、第二材料相b和第三材料相，在制备过程中选用聚苯乙烯发泡颗粒时，聚苯乙烯发泡颗粒粒径选为2mm。
如下表一所示，采用真空固化，所获得的固体浮力材料的密度较小，吸水率较低，强度明显提高；成型腔体2作为第三材料时，所获得的固体浮力材料的吸水率和密度相对较低，强度明显增大；聚苯乙烯发泡颗粒粒径较大时，所获得的的固体浮力材料的吸水率、密度和强度较低。
表一
Figure BDA0002841236810000041
本发明虽然已经通过一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种固体浮力材料，其特征在于，包括第一材料相(a)和第二材料相(b)，其中第一材料相(a)采用球形或类球形的发泡颗粒聚集形成具有三维联通孔隙的分散相，所述第二材料相(b)为填充在所述三维联通孔隙中的连续相，所述第一材料相(a)和第二材料相(b)二者均匀混合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种固体浮力材料，其特征在于，还包括第三材料相，第三材料相为疏水材料制备而成的具有空腔的腔体，所述第一材料相(a)和第二材料相(b)设置在腔体的空腔内。
3.根据权利要求1或2所述的一种固体浮力材料，其特征在于，第二材料相(b)采用疏水性热固性树脂材料制备而成。
4.根据权利要求1或2所述的一种固体浮力材料，其特征在于，所述发泡颗粒为聚苯乙烯发泡颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的一种固体浮力材料，其特征在于，所述发泡颗粒的最大直径为φ2mm～φ14mm，聚集密度为0.02～0.04g/cm3。
6.一种制备权利要求1-5任意一项所述的一种固体浮力材料的负压吸铸装置，其特征在于，包括真空泵(1)、成型腔体(2)、第一容器(3)、第二容器(4)和阀门(5)，第一容器(3)和第二容器(4)分别通过管道与成型腔体(2)的一侧连通，第一容器(3)和第二容器(4)分别与成型腔体(2)连接的管道上均设有用于通断的阀门(5)，成型腔体(2)的另一侧通过吸气管道与真空泵(1)连接，吸气管道上设有第一阀门(6)。
7.根据权利要求6所述的负压吸铸装置，其特征在于，成型腔体2由疏水材料制备而成。
8.一种固体浮力材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用负压吸铸的方式，向成型腔体(2)内填充球形或类球形发泡颗粒，使发泡颗粒间形成联通的孔隙；
S2、采用负压吸铸的方式，向成型腔体(2)内填充树脂，使树脂填满发泡颗粒的孔隙；
S3、固化处理，得到浮力材料。
9.根据权利要求8所述的一种固体浮力材料的制备方法，其特征在于，所述成型腔体(2)的材质为疏水材料制备而成。
10.根据权利要求8所述的一种固体浮力材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中的固化处理采用真空固化。
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