CN113402851B - 一种水下用异形构件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下用异形构件及其制备方法，包括异形外壳和固体浮力材料填充层，所述固体浮力材料填充层是将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形部件外壳内再经过加热固化的方式得到的。制备方法如下：将复合材料空心球均匀粘结在异形部件内表面上，将微珠均匀分散在复合材料空心球间隙中，将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形部件中，在真空下加热固化，对固化后的异形部件进行后处理，即可获得所制备的水下用异形构件。本发明不会出现在振动分散中因两种微珠密度的不同而导致的分层现象，不会因异形部件表面异形出现滚落导致其在异形部件内表面分布不均匀的问题，从而使异形部件的密度分布均匀，整体性得以提高。

Description

一种水下用异形构件及其制备方法
技术领域：
本发明属于复合泡沫技术领域，具体涉及一种水下用异形构件及其制备方法。
背景技术：
固体浮力材料作为一种低密度、高强度、低吸水率、高浮力的高性能复合材料，是现代海洋石油、天然气以及深潜技术必不可少的基础性材料，它可以为水面的平台装置提供浮力，为水下管线提供保温和浮力，对提高潜器的有效载荷、减少其外形尺寸、提高其水下运动性能起着重要作用。因此，无论是军用还是民用领域，高强度的固体浮力材料在海洋领域中得到广泛的应用。
固体浮力材料在深海领域应用时，通常采用先使用固体浮力材料制备出标准块，再将标准尺寸浮力块粘接成型，然后根据具体的模型形状对预成型的标准块进行机加工或拼接来制备出所要的具有一定形状的产品。该种先制备预成型标准块再机加工的方法，因标准块的制作过程不受模具的限制，具有一定的通用性。但标准块通过粘结成型的方法制备的产品力学性能相较于一体成型的方法要差，且在机加工过程中因要切割成不同的形状往往会造成大量的固体浮力材料变为废料，从而降低原材料的利用率，增大制作成本。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：针对目前固体浮力材料在使用过程中，因要成型出异形的产品构件而采用机加工方法导致产品制作成本高、力学性能差的问题，本发明旨在提供一种水下用异形构件及其制备方法，以减小其制作成本、提高其力学性能。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种水下用异形构件，包括异形外壳和固体浮力材料填充层，所述固体浮力材料填充层是将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形部件外壳内再经过加热固化的方式得到的。
所述的水下用异形构件的制备方法，具体步骤如下：
（1）将至少一层复合材料空心球均匀粘结固定在异形外壳内表面上；
（2）继续在步骤（1）基础上铺满微珠，并使用机械振动方式将其均匀分散在复合材料空心球间隙中；
（3）将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形外壳中；
（4）将步骤（3）中的异形外壳在真空下加热固化；
（5）对固化后的异形外壳进行后处理，即可获得所制备的水下用异形构件。
较好地，所述复合材料空心球为树脂、纤维粉、气凝胶包覆的聚苯乙烯复合空心球中的任一种，所述复合材料空心球的平均直径为4～15mm；
较好地，所述微珠为空心玻璃微球、空心二氧化硅微球、空心陶瓷微球、酚醛树脂空心微球、碳空心微球中的一种或多种。
较好地，在步骤（3）中，采用增压直接打入浆料或者使用导流网引流的方式灌注浆液。
较好地，在步骤（3）中，所述树脂灌注料由树脂：固化剂：促进剂：稀释剂：偶联剂按照100：（2～50）：（0～2）：（0～5）：（0.5～2）的质量比配制而成。
较好地，所述树脂为环氧树脂体系、酚醛树脂体系、不饱和树脂体系以及其他具有粘结效应的树脂中的一种或多种；所述固化剂为与所述树脂相配套的固化剂中的一种或多种，包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、过氧化甲乙酮、过氧化环已酮、593固化剂；所述促进剂为与所述树脂相配套的促进剂中的一种或多种，包括2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、钴系促进剂中的一种或多种；所述稀释剂为与所述树脂相配套的稀释剂中的一种或多种，包括烯丙基缩水甘油醚AGE501、正丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚、烯丙烯缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚中的一种或多种；所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
较好地，在步骤（4）中，所述固化为先在（50～90）℃下固化（3～8）小时，再在（100～140）℃下固化（3～8）h。
本发明的积极有益效果如下：
本发明中先将复合材料空心球固定在异形外壳的内表面，再将空心微珠均匀分散至整个异形外壳的内表面上，不会出现在振动分散中因两种微珠的密度不同而导致的分层现象，同时，复合材料空心球被牢牢固定在异形外壳的内表面上，不会因异形外壳的表面不规则出现滚落导致其在异形外壳内表面分布不均匀的问题，从而使空心微珠与复合材料空心球可以均匀分散在整个外壳中，异形构件的密度进而分布均匀，整体性得以提高。
同时，当异形构件成型中铺放一层玻璃钢板材时，有助于制得表面平整且光滑的部件产品，优化制备工艺。
本发明采用一体成型的方式，极大地简化了异形构件的制作工序，原材料被充分利用，使得整个制作成本大大降低。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明：
实施例1
一种水下用异形构件，包括异形外壳和固体浮力材料填充层，所述固体浮力材料填充层是将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形部件外壳内再经过加热固化的方式得到的。
该水下用异形构件的制备方法，具体步骤如下：
（1）将复合材料空心球均匀粘结固定在异形外壳内表面上；
（2）继续在步骤（1）基础上铺满微珠，并使用机械振动方式将其均匀分散在复合材料空心球间隙中；
（3）将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形外壳中；
（4）将步骤（3）中的异形外壳在真空下加热固化；
（5）对固化后的异形外壳进行打磨后处理，即可获得所制备的水下用异形构件。
在步骤（1）中，复合材料空心球为树脂包覆的聚苯乙烯复合空心球，平均直径为10mm。
在步骤（3）中，采用增压直接打入浆料的方式灌注浆液。
在步骤（3）中，树脂灌注料由树脂：固化剂：稀释剂：偶联剂：按照100：50：2：1的质量比配制而成。
其中，树脂为环氧树脂体系，固化剂593固化剂，稀释剂为烯丙基缩水甘油醚，偶联剂为硅烷偶联剂，微珠为空心玻璃微球。
在步骤（4）中，加热固化为先在80℃下固化2小时，100℃下固化5小时。
在步骤（5）中，所制备的水下用异形构件的密度为0.38g/cm³，吸水率在静水压5Mpa，打压10h下小于1.0%。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：
在步骤（1）中，当异型外壳粘结一层复合材料空心球后，在复合材料空心球的表面继续均匀铺放一层该种复合材料空心球。
复合材料空心球为纤维粉包覆的聚苯乙烯复合空心球，第一层复合材料空心球的直径为6mm，第二层复合材料空心球的直径为12mm。
在步骤（2）中，分散完微珠后，无需铺放玻璃钢板材。
在步骤（3）中，使用导流网引流的方式灌注浆液，导流网呈多段平铺在模具中，以加快引流速度。
在步骤（3）中，树脂灌注料由树脂：偶联剂按照100：1的质量比配制而成。
其中，树脂为酚醛树脂体系，偶联剂为钛酸酯偶联剂，微珠为空心二氧化硅微球。
在步骤（4）中，加热固化为先在50℃下固化4小时，再在120℃下固化3h。
在步骤（5）中，所制备的水下用异形构件的密度为0.36g/cm³，吸水率在静水压5Mpa，打压10h下小于1.0%。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：
在步骤（1）中，当异型外壳粘结一层复合材料空心球后，在复合材料空心球的表面先后继续铺放两层该种复合材料空心球。
复合材料空心球为气凝胶包覆的聚苯乙烯复合空心球，第一层复合材料空心球的直径为4mm，第二层复合材料空心球的直径为8mm，第三层复合材料空心球的直径为10mm。
在步骤（3）中，树脂灌注料由树脂：固化剂：促进剂：偶联剂按照100：2：0.5：1.5的质量比配制而成。
其中，树脂为不饱和树脂体系，固化剂为过氧化甲乙酮，促进剂为钴系促进剂，偶联剂为硅烷偶联剂，微珠为空心陶瓷微球。
在步骤（4）中，加热固化为先在80℃下固化4小时，再在110℃下固化6h。
在步骤（5）中，所制备的水下用异形构件的密度为0.40g/cm³，吸水率在静水压5Mpa，打压10h下小于1.0%。
实施例4
与实施例1的不同之处在于：
复合材料空心球为纤维粉包覆的聚苯乙烯复合空心球，直径为15mm。
在步骤（3）中，使用导流网引流的方式灌注浆液，导流网呈多段平铺在模具中，以加快引流速度。
在步骤（3）中，树脂灌注料由树脂：固化剂：稀释剂按照100：55：4的质量比配制而成。
其中，树脂为环氧树脂体系，固化剂为甲基六氢苯酐，稀释剂为烯丙烯缩水甘油醚，微珠为酚醛树脂空心微球。
在步骤（4）中，加热固化为先在90℃下固化3小时，再在130℃下固化2h。
在步骤（5）中，所制备的水下用异形构件的密度为0.38g/cm³，吸水率在静水压5Mpa，打压10h下小于1.0%。
实施例5
与实施例2的不同之处在于：
复合材料空心球为树脂包覆的聚苯乙烯复合空心球，直径为6mm。
在步骤（3）中，树脂灌注料由树脂：固化剂：促进剂：偶联剂按照100：1.5：0.5：3的质量比配制而成。
其中，树脂为不饱和树脂体系，固化剂为过氧化环已酮，偶联剂为硅烷偶联剂，微珠为碳空心微球。
在步骤（4）中，加热固化为先在50℃下固化6小时，再在100℃下固化6h。
在步骤（5）中，所制备的水下用异形构件的密度为0.38g/cm³。吸水率在静水压5Mpa，打压10h下小于1.0%。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种水下用异形构件，包括异形外壳和固体浮力材料填充层，其特征在于：所述固体浮力材料填充层是将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形部件外壳内再经过加热固化的方式得到的；具体步骤如下：
（1）将至少一层复合材料空心球均匀粘结固定在异形外壳内表面上；所述复合材料空心球为树脂、纤维粉、气凝胶包覆的聚苯乙烯复合空心球中的任一种，所述复合材料空心球的平均直径为4～15mm；
（2）继续在步骤（1）基础上铺满微珠，并使用机械振动方式将其均匀分散在复合材料空心球间隙中；所述微珠为空心玻璃微球、空心二氧化硅微球、空心陶瓷微球、酚醛树脂空心微球、碳空心微球中的一种或多种；
（3）采用增压直接打入浆料或者使用导流网引流的方式将树脂灌注料灌注到铺满复合材料空心球和微珠的异形外壳中；所述树脂灌注料由树脂：固化剂：促进剂：稀释剂：偶联剂按照100：（2～50）：（0～2）：（0～5）：（0.5～2）的质量比配制而成；所述树脂为环氧树脂体系、酚醛树脂体系、不饱和树脂体系以及其他具有粘结效应的树脂中的一种或多种；所述固化剂为与所述树脂相配套的固化剂中的一种或多种，包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、过氧化甲乙酮、过氧化环已酮、593固化剂；所述促进剂为与所述树脂相配套的促进剂中的一种或多种，包括2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚、钴系促进剂中的一种或多种；所述稀释剂为与所述树脂相配套的稀释剂中的一种或多种，包括烯丙基缩水甘油醚AGE501、正丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、十二烷基缩水甘油醚中的一种或多种；所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；
（4）将步骤（3）中的异形外壳在真空下加热固化；
（5）对固化后的异形外壳进行后处理，即可获得所制备的水下用异形构件。
2.根据权利要求1所述的水下用异形构件，其特征在于：在步骤（4）中，所述固化为先在（50～90）℃下固化（3～8）小时，再在（100～140）℃下固化（3～8）h。
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