[發(fā)明專利]用于固體浮力材料的纖維小球及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310612676.1
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103665615A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭金海;郝旭峰;李濤;居建國;諸靜;葉周軍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海復(fù)合材料科技有限公司
• 主分類號: C08L25/06
• 分類號: C08L25/06;C08L63/00;C08K7/06;C08K3/04;B29B9/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于固體浮力材料的纖維小球及其制備方法，尤其是涉及一種可應(yīng)用于水深達(dá)3000米及以上的水中設(shè)備配重、水面浮標(biāo)，以及深海勘探，深海油氣田開發(fā)平臺的浮力平臺所用固體浮力材料的纖維小球及其制備方法。

背景技術(shù)

固體浮力材料是一種低密度、高強(qiáng)度、低吸水、高浮力的高性能復(fù)合材料，是現(xiàn)代海洋石油、天然氣以及深潛技術(shù)必不可少的基礎(chǔ)性材料，它可以為水面的平臺裝置提供浮力，為水下管線提供保溫和浮力，為深潛器材提供必需的浮力，對提高潛器的有效載荷、減少其外形尺寸，提高其水下運(yùn)動(dòng)性能起著重要作用。無論是軍用還是民用，高強(qiáng)度的固體浮力材料在海洋領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如水中設(shè)備的配重，漂浮于水面或懸浮于水中的浮纜、浮標(biāo)，海底埋纜機(jī)械、水下管路配重，零浮力拖體，載人深潛器，水下機(jī)器人，水下聲納系統(tǒng)等。

傳統(tǒng)的固體浮力材料是以液體樹脂為基體，以空心微球?yàn)樘畛鋭?jīng)混合、澆注、固化等工藝制得的復(fù)合泡沫，已經(jīng)大量應(yīng)用于大洋海底的開發(fā)和采集作業(yè)。國內(nèi)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)在淺海、深海等不同水深所用固體浮力材料方面做了大量的研發(fā)工作。例如，美國洛克希德導(dǎo)彈空間公司開發(fā)出適用于水深500米的密度為0.35g／cm³、抗壓強(qiáng)度為5.6MPa的固體浮力材料，同樣也開發(fā)出適用于2400米的密度為0.45g／cm³、抗壓強(qiáng)度為25MPa的固體浮力材料。國內(nèi)的山東市青島市海洋化工研究院早在90年度初采用化學(xué)發(fā)泡的工藝研制成功“SBM-300”固體浮力材料，密度小于0.33g／cm³，抗壓強(qiáng)度為5.5MPa，吸水率低于1％。

固體浮力材料的強(qiáng)度主要是由其填充增強(qiáng)材料的性能所決定的，其中用于固體浮力材料的輕質(zhì)填料有無機(jī)微球、有機(jī)微球和金屬微球三大類。在深海領(lǐng)域使用最多的是中空玻璃微球，而我國目前尚無生產(chǎn)深海用中空玻璃微球的能力，主要體現(xiàn)在玻璃微球的粒徑分布廣、耐壓強(qiáng)度小、破碎率大等缺點(diǎn)，高性能的玻璃微球均被國外公司(包括3M、AGSCO等公司)所壟斷。高強(qiáng)度的微球及其制備技術(shù)是限制我國在未來深海探測領(lǐng)域，尤其是適應(yīng)于3000米及以上所用固體浮力材料的關(guān)鍵材料和關(guān)鍵技術(shù)。通過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利CN?102557594?A公開了一種高強(qiáng)度低密度陶瓷空心球及其制備方法，所制備的空心球耐水靜壓強(qiáng)度高，為20～200MPa，但其制備過程中需要有高達(dá)1800℃的高溫?zé)Y(jié)過程，耗能大，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于固體浮力材料的纖維小球及其制備方法。本發(fā)明通過進(jìn)行配方設(shè)計(jì)、優(yōu)化技術(shù)工藝，在球形泡沫為成核載體的基礎(chǔ)上，將航天高端優(yōu)異的纖維材料與樹脂粘結(jié)劑結(jié)合起來，在球形泡沫表面形成一定厚度的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層，可有效解決現(xiàn)有復(fù)合泡沫制備加工難度大、強(qiáng)度低等不足之處，提供一種滿足低密度、高強(qiáng)度的固體浮力材料應(yīng)用需要的纖維小球及其制備方法。本發(fā)明的纖維小球是用于海上油氣品開采平臺所需固體浮力材料的纖維小球；具有密度低、耐壓強(qiáng)度高且可調(diào)、低成本以及易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明涉及一種用于固體浮力材料的纖維小球，所述纖維小球?yàn)榫哂泻藲そY(jié)構(gòu)的纖維小球，成核載體為泡沫球，殼層為粉末纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層。

優(yōu)選地，所述纖維小球的平均直徑為6mm～25mm，表觀密度為0.35g／cm³～1.2g／cm³。

優(yōu)選地，所述殼層厚度為0.2～2.5mm。更優(yōu)選為1.5～2mm。

優(yōu)選地，所述纖維小球包括如下重量份數(shù)的各組分：100份泡沫球，200～2000份粉末纖維，160～24000份樹脂體系，10～200份稀釋劑。

優(yōu)選地，所述泡沫球?yàn)榭砂l(fā)性聚苯乙烯(Expended?Polystyrene，EPS)泡沫球，分子式為[C₈H₈]n。

優(yōu)選地，所述泡沫球是密度為0.03g／cm³～0.05g／cm³，直徑為5mm～20mm的球狀泡沫體。

優(yōu)選地，所述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層中采用的粉狀纖維直徑為6μm～15μm，長度為20μm～500μm，目數(shù)為35目～500目。優(yōu)選直徑為10μm～15μm。

優(yōu)選地，所述粉狀纖維包括粉狀的碳纖維、玻璃纖維及芳綸纖維中的一種或多種。