專利名稱：深海耐壓可加工浮力材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下潛器用固體浮力材料，具體地指一種深海耐壓可加工浮力材料及
其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)海洋技術(shù)快速發(fā)展，在海洋勘探、監(jiān)測(cè)等方面取得較大進(jìn)步，深水高強(qiáng)浮力材料己經(jīng)成為發(fā)展現(xiàn)代深潛技術(shù)的重要組成部分。低密度、高強(qiáng)度深水固體浮力材料得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其中尤其以可加工型浮力材料因其可加工性，擁有更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外研制的高抗壓、低密度浮力材料主要以環(huán)氧樹(shù)脂為粘結(jié)劑，大量填充空心玻璃微珠及添加劑復(fù)合成性能優(yōu)異的輕質(zhì)浮力材料。中國(guó)專利CN200610043524.4介紹了一種以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，填充空心玻璃微珠和/或陶瓷微珠，于捏合機(jī)中攪拌均勻后，將混合料放入模具中，壓實(shí)，置于壓力固化機(jī)中，加壓加溫，固化一定時(shí)間制得材料標(biāo)準(zhǔn)模塊，該類(lèi)材料密度在0.5 g/cm3以下，耐壓12.5Mpa，密度0.6 g/cm3的材料能應(yīng)用于5800米深水作業(yè)，其綜合性能比較優(yōu)異，但其制作工藝相對(duì)復(fù)雜，物料混合攪拌后，轉(zhuǎn)于模具中壓實(shí)，再置于壓力固化機(jī)中加壓加溫，將氣泡壓縮縮小后固化。中國(guó)專利CN200810015375.X介紹了一種聚合物基輕質(zhì)耐壓浮力材料的制備方法及設(shè)備。該方法中將混合攪拌均勻的物料轉(zhuǎn)入一個(gè)特殊能持續(xù)調(diào)節(jié)壓力的容器中，該容器包括金屬殼層、壓力調(diào)節(jié)層、施壓金屬蓋、緊固螺桿、定位螺桿、隔離層、進(jìn)料口、空氣出口等，通過(guò)給固化中物料一個(gè)持續(xù)的壓力，并預(yù)`留一個(gè)空氣出口，使得混在物料中的氣泡被持續(xù)擠壓出物料以外。以上方法中物料脫泡需要高溫高壓條件，或特殊復(fù)雜的模具及脫模裝置，其工藝均較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高、效率較低，受到較大限制。中國(guó)專利101985528A公開(kāi)了一種深海耐壓可加工浮力材料及其生產(chǎn)方法，公為開(kāi)日為2011 - 03 - 16，公開(kāi)了浮力材料組份乙烯基酯樹(shù)脂和不飽和聚酯樹(shù)脂中一種或兩種、固化劑、促進(jìn)劑、增韌改性劑、分散劑、稀釋劑、偶聯(lián)劑和空心微珠，生產(chǎn)步驟為:混合攪料一真空攪拌脫泡一出料一固化與脫模，雖然達(dá)到了一定的技術(shù)效果，但在工藝上末達(dá)到最佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種深海耐壓可加工浮力材料，該浮力材料具有密度低、耐壓強(qiáng)度高、吸水率極低以及具有可加工性等特點(diǎn)，可用于50(Γ7000米深海領(lǐng)域潛器的制造。本發(fā)明的另一個(gè)提供一種工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的加工方法。本發(fā)明還提供一種用于深海耐壓可加工浮力材料加工的真空震動(dòng)機(jī)為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的深海耐壓可加工浮力材料，其組份包括加工步驟:1)混合攪料:按所設(shè)計(jì)的重量份組分配置物料，將物料加入真空捏合機(jī)，攪拌均勻；
2)真空攪拌脫泡:混合攪拌后，將真空捏合機(jī)密封蓋住抽真空，繼續(xù)攪拌物料；
3)出料:將真空攪拌脫泡后的物料轉(zhuǎn)入模具中定型；
4)脫模:待物料徹底固化后脫模；
其中3)步驟中所述模具中定型中的物料還包括真空震動(dòng)脫泡。真空震動(dòng)脫泡就是將模具連同物料一起放入真空震動(dòng)機(jī)中進(jìn)行真空震動(dòng)脫除氣泡，真空度達(dá)99%以上后保持I 3min。組份包括乙烯基酯樹(shù)脂和不飽和聚酯樹(shù)脂中一種或兩種、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、分散齊U、稀釋劑、偶聯(lián)劑和空心微珠；其中重量組分為:
乙稀基酷樹(shù)脂和不飽和聚酷樹(shù)脂中一種或兩種 100 引發(fā)劑3
促進(jìn)劑I
分散劑0.5
稀釋劑5
偶聯(lián)劑2
空心微珠5 150。 引發(fā)劑優(yōu)選分子量在15(Γ500的有機(jī)過(guò)氧化合物。促進(jìn)劑優(yōu)選環(huán)烷酸鈷溶液。分散劑優(yōu)選為分子量在30(Γ2000范圍的不飽和多元羧酯聚合物與有機(jī)硅氧烷共聚物的混合物。偶聯(lián)劑優(yōu)先選Y-環(huán)氧丙氧基三甲氧基硅烷。稀釋劑優(yōu)選為苯乙烯?？招奈⒅檫x用玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠或聚合物空心微珠中的一種或幾種?？招奈⒅榈牧娇刂圃?5 150um范圍，耐壓強(qiáng)度控制在0.5^70MPa范圍，堆積密度控制在在 0.02 0.5 g/cm3 范圍。一種深海耐壓可加工浮力材料的加工方法，包括步驟:
O混合攪料:按所設(shè)計(jì)的重量份組分配置物料，將物料加入真空捏合機(jī)，攪拌均勻；
2)真空攪拌脫泡:混合攪拌后，將真空捏合機(jī)密封蓋住抽真空，繼續(xù)攪拌物料；
3)出料:將真空攪拌脫泡后的物料轉(zhuǎn)入模具中定型；
4)脫模:待物料徹底固化后脫模；
其中3)步驟中所述模具中定型中的物料還包括真空震動(dòng)脫泡。真空震動(dòng)脫泡就是將模具連同物料一起放入真空震動(dòng)機(jī)中進(jìn)行真空震動(dòng)脫除氣泡，真空度達(dá)99%以上后保持I 3min。一種用于制備深海耐壓可加工浮力材料的真空震動(dòng)機(jī)，包括由金屬或其它剛性材料外殼組成外殼腔體，外殼腔體設(shè)有用于放入或拿出浮力材料的活動(dòng)門(mén)，夕卜殼腔體有用于連接于直空泵并用于抽真空的抽氣管、顯示真空度的真空表及用于進(jìn)氣的進(jìn)氣閥門(mén)，腔體內(nèi)部設(shè)有用于震動(dòng)浮力材料的震動(dòng)裝置。震動(dòng)裝置為電磁震動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備有用于放置浮力材料的金屬平板?；顒?dòng)門(mén)通過(guò)鉸鏈連接于外殼腔體，活動(dòng)門(mén)設(shè)有在關(guān)閉時(shí)將所述的活動(dòng)門(mén)與腔體開(kāi)口處面壓緊的螺栓，活動(dòng)門(mén)處周圈貼有一層可壓縮橡膠密封帶。本發(fā)明的浮力材料生產(chǎn)方法中脫泡機(jī)理和操作步驟及參數(shù)限定原因如下:在具有流動(dòng)性體系中存在氣泡時(shí)，氣泡表面存在表面張力，導(dǎo)致氣泡難以破裂，且由于氣泡相對(duì)密度比基體小得多，還會(huì)受到向上浮力，同時(shí)基體體系與氣泡接觸面存在摩擦力，當(dāng)體系黏度越小時(shí)，氣泡表面與基體體系間摩擦力越小，氣泡在浮力作用下就越容易逐步上升浮至表層，所以當(dāng)材料體黏度越小時(shí)，越有利于氣泡上浮，而表層氣泡與空氣相相接，氣泡更容易破裂，而浮力材料為了能達(dá)到更低的密度應(yīng)盡可能加入更多份的中空微珠粉，而微珠粉的加入則會(huì)加大材料體系的黏度，所以應(yīng)合理控制材料體系黏度，在滿足消除氣泡要求條件下能盡可能降低材料密度，經(jīng)大量試驗(yàn)，材料體系黏度控制在10000-20000cps為最佳。在10000-20000cps黏度下，氣泡自身在物料中上浮速度非常緩慢，通過(guò)加入一定量分散劑，改善物料流動(dòng)性，可以一定程度減小氣泡與物料之間摩擦力，能加速氣泡上浮速度和氣泡排出，但仍無(wú)法完全排出氣泡。在自然大氣環(huán)境下,氣泡內(nèi)空氣壓力為一個(gè)大氣壓，約0.1MPa,當(dāng)物料所處環(huán)境壓力降低時(shí)，氣泡內(nèi)部由于壓力大，內(nèi)外壓力存在差異，為保持平衡，則氣泡會(huì)膨脹變大，直至達(dá)到平衡，在不考慮氣泡表層表面張力條件下，當(dāng)環(huán)境真空度達(dá)到99%時(shí)，氣泡外部壓力為內(nèi)部1%，理想狀態(tài)下氣泡需膨脹100倍大才能保證內(nèi)外壓力平衡，而當(dāng)氣泡外部壓力為零時(shí)，理論上氣泡將會(huì)無(wú)限擴(kuò)大直至破裂，實(shí)際由于表面張力存在，氣泡不可能擴(kuò)大那么多倍，但當(dāng)真空度達(dá)到99%以上時(shí)，氣泡能數(shù)十倍擴(kuò)大，整個(gè)材料體系形成像蜂窩泡沫狀，氣泡全部連接相通并破裂，在震動(dòng)或攪拌條件下能進(jìn)一步加速氣泡破裂，且氣泡破裂后在繼續(xù)抽真空條件下，氣泡內(nèi)空氣被排出帶走，待氣泡真空攪拌或真空震動(dòng)結(jié)束后，材料及材料所處環(huán)境中幾乎己不存在空氣，將材料恢復(fù)到大氣壓環(huán)境中時(shí)，材料中即便可能殘留少量小粒氣泡，由于其在99%真空度以上條件下時(shí)氣泡內(nèi)氣壓值低于1%大氣壓，當(dāng)外界氣壓回復(fù)到大氣壓條件時(shí)，氣泡內(nèi)部壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于外部壓力，在外部壓力作用下，氣泡將迅速縮小直至內(nèi)外氣壓保持平衡，即泡內(nèi)氣壓也將回復(fù)到大氣壓水平，氣泡將需要縮小100倍以上，在真空攪拌/震動(dòng)排氣條件下，即便可能存在少量殘留小粒氣泡，而殘留的小粒氣泡在縮小100倍以上后，其與中空微珠粒徑尺寸己相當(dāng)，氣泡尺寸小、含量少，對(duì)材料性能影響己經(jīng)可以忽略，己經(jīng)不會(huì)再對(duì)材料性能產(chǎn)生影響。物料混合后，通過(guò)真空攪拌脫泡后，物料中氣泡己經(jīng)被消除，在將混合好的物料轉(zhuǎn)入模具中時(shí)，由于物料與模具接觸面浸潤(rùn)過(guò)程可能會(huì)形成氣腔，物料轉(zhuǎn)入模具中也會(huì)混入部分氣泡，為將物料中氣泡徹底消除，再將物料連同模具一起轉(zhuǎn)入真空震動(dòng)機(jī)中進(jìn)行真空震動(dòng)脫泡，固化及脫模后即制得浮力材料。本發(fā)明通過(guò)采用空心微珠填空樹(shù)脂制備的可加工浮力材料具有低密度、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，實(shí)踐證明，該材料還具有吸水率極低的特性，可用于50(Γ7000米深海領(lǐng)域潛器的制造。在工藝上通過(guò)真空攪拌和真空震動(dòng)脫泡技術(shù)，采用并不十分復(fù)雜的工藝就解決了現(xiàn)有技術(shù)中類(lèi)似材料的氣泡含量大難以脫除的問(wèn)題。


圖1為真空震動(dòng)機(jī)示意圖1外殼腔體 2活動(dòng)門(mén)3橡膠密封帶4鉸鏈 5螺栓 6震動(dòng)機(jī)7金屬平板
8控制抽真空與震動(dòng)的開(kāi)關(guān) 9進(jìn)氣閥 10真空表 11抽氣管(連接真空泵)
下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步的說(shuō)明:
真空震動(dòng)機(jī)包括一個(gè)帶有進(jìn)氣閥9、真空表10和控制抽真空與震動(dòng)的開(kāi)關(guān)8的外殼腔體1，還包括帶有一個(gè)用于放入或拿出浮力材料的并有橡膠密封帶3的活動(dòng)門(mén)2，活動(dòng)門(mén)2和外殼腔體I通過(guò)鉸鏈4相連，活動(dòng)門(mén)2的活動(dòng)端的腔體上用于在關(guān)門(mén)時(shí)固定門(mén)的螺栓5，外殼腔體I內(nèi)還有震動(dòng)機(jī)6和 置于震動(dòng)機(jī)6上的用于放浮力材料的金屬平板7。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的浮力材料及其生產(chǎn)方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。表I列舉本發(fā)明的九種不同配方或工藝浮力材料重量份組分比及工藝。表1典型配方實(shí)例配方表
權(quán)利要求
1.一種深海耐壓可加工浮力材料，其浮力材料的組份包括加工步驟: 1)混合攪料:按所述組份配置物料，將物料加入真空捏合機(jī)，攪拌均勻； 2)真空攪拌脫泡:混合攪拌后，將真空捏合機(jī)密封蓋住抽真空，繼續(xù)攪拌物料； 3)出料:將真空攪拌脫泡后的物料轉(zhuǎn)入模具中； 4)脫模:待物料徹底固化后脫模； 其特征在于:所述的3)步驟中所述模具中定型中的物料還包括真空震動(dòng)脫泡。
2.按權(quán)利要求1所述的浮力材料，其特征在于:所述的真空震動(dòng)脫泡就是將模具連同物料一起放入真空震動(dòng)機(jī)中進(jìn)行真空震動(dòng)脫除氣泡，真空度達(dá)99%以上后保持f3min。
3.按權(quán)利要求1或2所述的浮力材料，其特征在于:所述組份包括乙烯基酯樹(shù)脂和不飽和聚酯樹(shù)脂中一種或兩種、引發(fā)劑、促進(jìn)劑、分散劑、稀釋劑、偶聯(lián)劑和空心微珠；其中重量組分為: 乙稀基酷樹(shù)脂和不飽和聚酷樹(shù)脂中一種或兩種 100 引發(fā)劑3促進(jìn)劑I分散劑0.5稀釋劑5 偶聯(lián)劑2空心微珠5 150。
4.按權(quán)利要求1或2所述的浮力材料，其特征在于: 所述樹(shù)脂基體體系黏度應(yīng)控制在lOOOcps以下，混合物料粘度應(yīng)控制在10000-20000cpso
5.按權(quán)利要求1或2所述的浮力材料，其特征在于: 所述的引發(fā)劑分子量在15(Γ500的有機(jī)過(guò)氧化合物； 所述的促進(jìn)劑為環(huán)烷酸鈷溶液； 所述的分散劑為分子量在30(Γ2000范圍的不飽和多元羧酯聚合物與有機(jī)硅氧烷共聚物的混合物； 所述的偶聯(lián)為劑選Y-環(huán)氧丙氧基三甲氧基硅烷； 所述的稀釋劑為苯乙烯； 所述的空心微珠為玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠或聚合物空心微珠中的一種或幾種；所述的空心微珠的粒徑控制在15 150um范圍，耐壓強(qiáng)度控制在0.5^70MPa范圍，堆積密度控制在在0.02、.5 g/cm3范圍。
6.一種深海耐壓可加工浮力材料的加工方法，包括步驟: O混合攪料:按所設(shè)計(jì)的重量份組分配置物料，將物料加入真空捏合機(jī)，攪拌均勻； 2)真空攪拌脫泡:混合攪拌后，將真空捏合機(jī)密封蓋住抽真空，繼續(xù)攪拌物料； 3)出料:將真空攪拌脫泡后的物料轉(zhuǎn)入模具中定型； 4)脫模:待物料徹底固化后脫模； 其特征在于:所述的3)步驟中所述模具中定型中的物料還包括真空震動(dòng)脫泡。
7.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述的真空震動(dòng)脫泡就是將模具連同物料一起放入真空震動(dòng)機(jī)中進(jìn)行真空震動(dòng)脫除氣泡，真空度達(dá)99%以上后保持f3min。
8.一種用于制備深海耐壓可加工浮力材料的真空震動(dòng)機(jī)，包括由金屬或其它剛性材料外殼組成外殼腔體，所述的外殼腔體設(shè)有用于放入或取出浮力材料的活動(dòng)門(mén)，所述的外殼腔體有用于連接于直空泵并用于抽真空的抽氣管、顯示真空度的真空表及用于進(jìn)氣的進(jìn)氣閥門(mén)，其特征在于:所述的腔體內(nèi)部設(shè)有用于震動(dòng)浮力材料的震動(dòng)裝置。
9.按權(quán)利要求9所述的真空震動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述的震動(dòng)裝置為電磁震動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備有用于放置浮力材料模具的金屬平板。
10.按權(quán)利要求9或10所述的真空震動(dòng)機(jī),其特征在于:所述活動(dòng)門(mén)通過(guò)鉸鏈連接于外殼腔體，所述活動(dòng)門(mén)設(shè)有在關(guān)閉時(shí)將所述的活動(dòng)門(mén)與腔體開(kāi)口處面壓緊的螺栓，所述的活動(dòng)門(mén)處周圈貼有一層可壓縮橡膠 密封帶。
全文摘要
本發(fā)明提供一種深海耐壓可加工浮力材料，其組份包括加工步驟1)混合攪料按所述組份配置物料，將物料加入真空捏合機(jī)，攪拌均勻；2)真空攪拌脫泡混合攪拌后，將真空捏合機(jī)密封蓋住抽真空，繼續(xù)攪拌物料；3)出料將真空攪拌脫泡后的物料轉(zhuǎn)入模具中定型；4)脫模待物料徹底固化后脫模；其中3)步驟中所述模具中定型中的物料還包括真空震動(dòng)脫泡。該材料還具有吸水率極低的特性，可用于500~7000米深海領(lǐng)域潛器的制造。在工藝上通過(guò)真空攪拌和真空震動(dòng)脫泡技術(shù)，采用并不十分復(fù)雜的工藝就解決了現(xiàn)有技術(shù)中類(lèi)似材料的氣泡含量大難以脫除的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C08K7/28GK103085191SQ20131006562
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者崔忠杰, 魯程, 李永青 申請(qǐng)人:咸寧海威復(fù)合材料制品有限公司