CN1772809A - 用于地震物理模型的高分子合成材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属高分子材料技术领域，具体涉及一种用于地震物理模型的高分子合成材料及其制备方法。由环氧树脂混合物和硅橡胶混合物组成，其中，环氧树脂混合物由环氧树脂添加助剂而成，硅橡胶混合物由硅橡胶添加助剂而成，环氧树脂混合物与硅橡胶混合物使用时的重量比为100∶0～0∶100。分别制备环氧树脂混合物和硅橡胶混合物，然后将两组分按重量比置于容器中混合，搅拌，得到模型材料，将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，将脱气泡后的模型材料浇注入预先制作的模具中，在15－25℃下带模养护5－9天，拆模，即得所需地震物理模型，所得到的模型材料的纵波速度的可调节范围为1000－2850m/s。

Description

用于地震物理模型的高分子合成材料及其制备方法

技术领域

本发明属高分子材料技术领域，具体涉及一种用于地震物理模型的高分子合成材料及其制备方法。

背景技术

地球物理模型试验就是将介质体的物理原型遵循物理的和几何的相似准则，依照一定的比例因子，在实验室内建造相似模型，观测其中地球物理场的特征，通过对条件已知的、理想化了的模型中的地球物理场的观测，建立起介质的模型结构、构造、物理性质及其变化规律与地球物理场的特征及其之间的关系，利用这一关系，就可以根据介质体的物理原型上观测到的地球物理场对物理原型进行研究和探测，因而地球物理模型试验将直接或间接地服务于地质-地球物理的调查研究、能源和矿物资源的探测，地震学和地震预报，灾害地质和工程地震，大型建筑的地基和构件强度测试等众多领域。

地震物理模型材料及其模型的研制是进行地震物理模型试验研究的基础，一般一维模型可以进行简单的直达波、反射波、扭转波、透射波、面波等基础问题的研究。二维模型常用来研究地震学和地震勘探学中各类震波在各种过虑层、中间层和复杂的地震构造中波传播的动力学和运动特征的理论问题和实际问题。三维模型多用来研究较复杂各向异性介质中的传播问题、震源问题、蠕变问题、相变问题和三维地震勘探问题。

控制和改变模型材料的波速的方法，大体可分为三类：

(1)粘合法

此法适用于一维和二维模型，如果有两种不同波速的模型材料，把它们按不同的厚度比例粘合在一起就可得到具有两种波速间任意波速的新模型材料，利用粘合材料厚度不同、波速不同的特性，使模型材料的厚度逐渐变化就可达到具有速度梯度模型材料的目的。

(2)钻孔法

钻孔不仅可以降低原来模型材料的波速，而且可以调节波速，如在波速较低的环氧树脂板上钻孔并填入波速较高的铅，在有机玻璃板上钻孔填入石英砂等都可以达到提高波速的目的。

(3)混合法

此法适用于一维、二维、三维模型，对于较复杂的地质构造模型，前两种方法由于材质本身和加工精度的限制而难以实现，而混合法可通过胶凝材料把不同的材料组分胶结在一起，并在预制模具中浇注成型，因而制作工艺上具有较好的适应性。几种不同波速的材料按不同的比例混合后，可以制作出不同波速要求的模型材料。有的地震物理模型材料采用水泥、石膏等无机胶凝材料，在其中加入刚玉粉、碳酸钙粉及滑石粉等填料用来制作不同波速的模型材料，但此类材料在水中容易吸水且随着龄期的增长，它的波速一直在变化，波速难以控制、超声波的衰减也较大且重复性差限制了这种材料的使用。

因此，开发一种波速在较大范围内可调节、衰减小，在水中性能稳定且重复性较好的模型材料对于地震物理模拟研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波速在较大范围内可调节，超声波传播衰减小，在水中性能稳定，且超声传播特性稳定好的用于地震物理模型的高分子合成材料及其制备方法。

本发明提出的用于地震物理模型的高分子合成材料，由环氧树脂混合物和硅橡胶混合物组成，其中，环氧树脂混合物(记为A组分)由环氧树脂添加助剂而成，硅橡胶混合物(记为B组分)由硅橡胶添加助剂而成，环氧树脂混合物与硅橡胶混合物使用时的重量比为100∶0～0∶100，各组分的重量配比如下：

A组分：

环氧树脂                 100

环氧固化剂               5-100

增塑剂                   5-30

稀释剂                   0-30

偶联剂                   0-1

填料                     0-50

B组分：

硅橡胶                   100

交联剂                   1-10

促进剂                   0.05-8。

本发明中，所述环氧树脂可以采用环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、环氧树脂E-55或环氧树脂E-42等之一种或几种。

本发明中，所述环氧固化剂可以采用多胺型固化剂、酸酐型固化剂、聚硫醇型固化剂或酚醛型固化剂等之一种或几种。

本发明中，所述增塑剂可以采用邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、对苯二甲酸二辛脂、己二酸二辛脂或癸二酸二辛脂等之一种或几种。

本发明中，所述稀释剂可以采用单官能基脂肪族缩水甘油醚501、苄基缩水甘油醚921或环氧丙烷苯基醚690等之一种。

本发明中，所述偶联剂可以采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂等之一种。

本发明中，所述填料可以采用粉煤灰、滑石粉、碳酸钙粉、石英粉、重晶石粉、锌白粉、氧化铝粉或高岭土等之一种或几种。

本发明中，所述硅橡胶可以采用甲基室温硫化硅橡胶、苯基室温硫化硅橡胶、苯撑室温硫化硅橡胶或苯醚室温硫化硅橡胶等之一种或几种。

本发明中，所述交联剂可以采用正硅酸乙酯或钛酸正丁脂等之一种。

本发明中，所述促进剂可以采用二丁基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、辛酸锡、异辛酸亚锡或辛酸铅等之一种。

本发明利用环氧树脂和室温硫化硅橡胶的不同声波传播特性，分别将其与多种助剂配合，单独固化形成环氧树脂固化物或硅橡胶固化物用作地震物理模型材料；或者将这两种高分子材料配之以不同的助剂，分成A、B双组分，两组分按不同比例混合，固化后可形成具有不同超声波传播速度的模型材料。

本发明提出高分子合成地震物理模型材料及其制备方法，其具体步骤如下：

A组分：按重量配比称取所需的环氧树脂、增塑剂、固化剂、稀释剂、偶联剂和填料，将环氧树脂倒入容器中，加入增塑剂、稀释剂，搅拌1-5分钟，再加入固化剂，搅拌2-4分钟，最后加入偶联剂和填料，搅拌1-5分钟；

B组分：按重量配比称取所需的硅橡胶、交联剂和促进剂，将硅橡胶倒入容器中，加入交联剂和促进剂，搅拌2-6分钟；

A、B两组分按重量比置于容器中混合，搅拌3-8分钟，然后将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，真空压力控制在50-150kPa，抽真空时间控制在15-30分钟；将脱气泡后的材料固化，在15-25℃温度下养护5-9天，即得所需地震物理模型合成材料。

本发明中，可以利用该地震物理模型的高分子合成材料按需制备各种地震物理模型，即可将脱气泡后的模型材料浇注入预先制作的模具中，在15-25℃温度下带模养护5-9天，拆模，即得所需地震物理模型。

本发明所制备的模型材料的特点：

1、波速调控范围大，纵波速度(Vp)可在1000-2850m/s范围内任意调节，能满足地震物理模型对波速的要求。

2、波速稳定，衰减小，波速随时间变化小，重复性好。

3、固化时间可以按需调整，可以满足模型制作中对操作时间的要求。

4、本发明材料的性能稳定，变形小，耐久性能好，常时间浸泡在水中性能也不会降低。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

环氧树脂E-51                  100

固化剂                        25

邻苯二甲酸二辛脂              12

苄基缩水甘油醚921             10

偶联剂KH-570                  0.5

滑石粉                        10

以上按重量份数计。

按上述重量配比称取所需的环氧树脂、增塑剂、固化剂、稀释剂、偶联剂和填料，将环氧树脂倒入容器中，加入增塑剂、稀释剂，搅拌3分钟，再加入固化剂，搅拌3分钟，最后加入偶联剂和填料，搅拌3分钟，然后将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，真空压力控制在50-150kPa，抽真空时间控制在15-30分钟；将脱气泡后的模型材料浇注入预先制作的模具中，在20℃温度下带模养护7天，拆模，即得所需地震物理模型。经检测所得模型材料的纵波速度Vp＝2850(m/s)。

实施例2

苯醚室温硫化硅橡胶             100

正硅酸乙酯                     3

辛酸锡                         0.05

以上按重量份数计。

按上述重量配比称取所需的硅橡胶、交联剂和促进剂，将硅橡胶倒入容器中，加入交联剂和促进剂，搅拌5分钟，然后将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，真空压力控制在50-150kPa，抽真空时间控制在15-30分钟；将脱气泡后的模型材料浇注入预先制作的模具中，在15-25℃温度下带模养护5-9天，拆模，即得所需地震物理模型。经检测所得模型材料的纵波速度Vp＝1010(m/s)。

实施例3

A组分：

环氧树脂E-51                 100

聚酰胺树脂650                75

邻苯二甲酸二丁酯                 15

环氧丙烷苯基醚690                10

B组分：

苯基室温硫化硅橡胶               100

钛酸正丁脂                       2.5

二丁基二月桂酸锡                 0.1

A组分∶B组分＝80∶20

以上按重量份数计。

A组分：按上述重量配比称取所需的环氧树脂、增塑剂、固化剂、稀释剂，将环氧树脂倒入容器中，加入增塑剂、稀释剂，搅拌5分钟，再加入固化剂，搅拌4分钟；

B组分：按重量配比称取所需的硅橡胶、交联剂和促进剂，将硅橡胶倒入容器中，加入交联剂和促进剂，搅拌6分钟；

A、B两组分按重量比置于容器中混合，搅拌3-8分钟，然后将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，真空压力控制在50-150kPa，抽真空时间控制在15-30分钟；将脱气泡后的模型材料浇注入预先制作的模具中，在15-25℃温度下带模养护5-9天，拆模，即得所需地震物理模型。经检测所得模型材料的纵波速度Vp＝2357m/s。

实施例4

A组分：

环氧树脂-44                70

环氧树脂E-51               30

固化剂三乙烯四胺           11

对苯二甲酸二辛脂           20

B组分：

苯基室温硫化硅橡胶         100

钛酸正丁脂                 2

异辛酸亚锡撑               0.15

A组分∶B组分＝50∶50

以上按重量份数计。

A组分：按上述重量配比称取所需的环氧树脂、增塑剂、固化剂，将环氧树脂倒入容器中，加入增塑剂，搅拌5分钟，再加入固化剂，搅拌4分钟；

B组分：按重量配比称取所需的硅橡胶、交联剂和促进剂，将硅橡胶倒入容器中，加入交联剂和促进剂，搅拌6分钟；

A、B两组分按重量比置于容器中混合，搅拌3-8分钟，然后将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，真空压力控制在50-150kPa，抽真空时间控制在15-30分钟；将脱气泡后的模型材料浇注入预先制作的模具中，在15-25℃温度下带模养护5-9天，拆模，即得所需地震物理模型。经检测所得模型材料的纵波速度Vp＝1386(m/s)。

实施例5

A组分：

环氧树脂E-51                    100

聚酰胺树脂651                   30

己二酸二辛脂                    20

偶联剂KH-560                    0.5

石英粉                          8

B组分：

苯撑室温硫化硅橡胶              100

正硅酸乙酯                      3

二丁基二乙酸锡                  0.08

A组分∶B组分＝20∶80

以上按重量份数计。

A组分：按上述重量配比称取所需的环氧树脂、增塑剂、固化剂、稀释剂、填料，将环氧树脂倒入容器中，加入增塑剂、稀释剂，搅拌5分钟，再加入固化剂，搅拌4分钟，最后加入填料，搅拌4分钟；

B组分：按重量配比称取所需的硅橡胶、交联剂和促进剂，将硅橡胶倒入容器中，加入交联剂和促进剂，搅拌6分钟；

A、B两组分按重量比置于容器中混合，搅拌3-8分钟，然后将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，真空压力控制在50-150kPa，抽真空时间控制在15-30分钟；将脱气泡后的模型材料浇注入预先制作的模具中，在15-25℃温度下带模养护5-9天，拆模，即得所需地震物理模型。经检测所得模型材料的纵波速度Vp＝1128(m/s)。

Claims (11)

1、一种用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于由环氧树脂混合物和硅橡胶混合物组成，其中，环氧树脂混合物记为A组分由环氧树脂添加助剂而成，硅橡胶混合物记为B组分由硅橡胶添加助剂而成，环氧树脂混合物与硅橡胶混合物使用时的重量比为100∶0～0∶100，各组分的重量配比如下：

A组分：

环氧树脂    100

环氧固化剂  5-100

增塑剂      5-30

稀释剂      0-30

偶联剂      0-1

填料        0-50

B组分：

硅橡胶      100

交联剂      1-10

促进剂      0.05-8。

2、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述环氧树脂为环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、环氧树脂E-55或环氧树脂E-42之一种或几种。

3、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述环氧固化剂为多胺型固化剂、酸酐型固化剂、聚硫醇型固化剂或酚醛型固化剂之一种或几种。

4、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、对苯二甲酸二辛脂、己二酸二辛脂或癸二酸二辛脂之一种或几种。

5、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述稀释剂为单官能基脂肪族缩水甘油醚501、苄基缩水甘油醚921或环氧丙烷苯基醚690之一种。

6、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂之一种。

7、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述填料为粉煤灰、滑石粉、碳酸钙粉、石英粉、重晶石粉、锌白粉、氧化铝粉或高岭土之一种或几种。

8、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述硅橡胶为甲基室温硫化硅橡胶、苯基室温硫化硅橡胶、苯撑室温硫化硅橡胶或苯醚室温硫化硅橡胶之一种或几种。

9、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述交联剂为正硅酸乙酯或钛酸正丁脂之一种。

10、根据权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料，其特征在于所述促进剂为二丁基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、辛酸锡、异辛酸亚锡或辛酸铅之一种。

11、一种如权利要求1所述的用于地震物理模型的高分子合成材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

A组分：按重量配比称取所需的环氧树脂、增塑剂、固化剂、稀释剂、偶联剂和填料，将环氧树脂倒入容器中，加入增塑剂、稀释剂，搅拌1-5分钟，再加入固化剂，搅拌2-4分钟，最后加入偶联剂和填料，搅拌1-5分钟；

B组分：按重量配比称取所需的硅橡胶、交联剂和促进剂，将硅橡胶倒入容器中，加入交联剂和促进剂，搅拌2-6分钟；

A、B两组分按重量比置于容器中混合，搅拌3-8分钟，然后将容器放入密封箱中抽真空排除模型材料中的气泡，真空压力控制在50-150kPa，抽真空时间为15-30分钟；将脱气泡后的材料固化，在15-25℃温度下养护5-9天，即得所需地震物理模型合成材料。