[發明專利]一種無機非金屬固體浮力材料及其制作方法

在審

• 申請號: 201410708438.5
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104446203A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 張帆;單丹;尤健;李霞;趙春芳
• 申請（專利權）人: 天津中材工程研究中心有限公司;天津水泥工業設計研究院有限公司
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B14/22;C04B24/42
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于堿激發膠凝材料和復合材料技術領域，特別涉及一種以堿激發膠凝材料為基體制作的無機非金屬固體浮力材料及其制作方法。

背景技術

遼闊的海域面積、豐富的海洋資源及海洋具有的重要地緣政治利益、軍事安全利益以及戰略交通利益已引起我國的高度重視，并促進海洋開發科學不斷向深度和廣度擴展，這就迫切需要能應用于高壓、海水及鹽霧腐蝕等不利條件下的輕質高強固體浮力材料，以提高海洋儀器設備的有效載荷，保證其安全使用。

固體浮力材料是一種以膠粘劑為基體、氣體空穴為浮力調節介質的復合材料。按照氣體空穴來源的不同，固體浮力材料可以分為3大類：化學發泡浮力材料、空心微球浮力材料和復合輕質浮力材料。目前，國內外主要圍繞有機類固體浮力材料開展研究，其是由無機輕質填充材料，填充到有機高分子材料中，經物理化學反應得到的固態化合物。

美、日、俄等國家從20世紀60年代末開始研制高強度固體浮力材料，以用于深海海底的開發事業。美國海軍應用科學研究實驗室研制的浮力材料，密度為0.35g/cm³時，抗壓強度為5.5MPa。美國洛克希德導彈空間公司研制的浮力材料，密度為0.45-0.48g/cm³，壓縮強度為25MPa，可潛水深2430m。美國艾默生康明復合材料公司最近開發了TG型和DS型兩種新型的兩相復合泡沫材料。TG型材料密度為0.38-0.45g/cm³，可在0-4000m水深區域使用；DS型密度在0.50-0.56g/cm³，最大使用深度超過11000m。日本海洋技術中心已在1987年開始研制10000m深的水下機器人。俄羅斯目前也研制出6000m水深用的固體浮力材料，密度為0.7g/cm³，可耐壓70MPa。

相對于美、日、俄等深潛技術發達的國家，我國深海用固體浮力材料的研究開發起步較晚，其中前期研制的浮力材料一般為聚氨酯、環氧樹脂等發泡塑料，與國外同等材料相比，成本較低，但使用可靠性差，浸水一段時間后會因吸水失去浮力。

1984年哈爾濱船舶工程學院采用空心樹脂球、空心玻璃微珠、環氧樹脂成功研制了密度為0.5g/cm³，抗壓強度為28.87MPa的固體浮力材料。青島海洋化工研究院于1995年研制開發了化學發泡法輕質浮力材料，密度為0.33g/cm³，抗壓強度為5.5MPa，可潛水深500m。目前，該院使用環氧樹脂和空心玻璃微珠研制出密度為0.55g/cm³時，耐壓50MPa，用于4500-5000m水深的可加工輕質固體浮力材料。2000年國家海洋技術中心開始進行以空心玻璃微珠和環氧樹脂粘合劑作為基料制備高強度輕質浮力材料的研究，目前已在原料配方、工藝、成型等核心技術方面取得了突破性進展，研究開發的高強輕質浮力材料已在航天、海洋、國防等諸多領域得到廣范應用。

雖然有機類固體浮力材料具有密度低、機械強度高、吸水率低、耐腐蝕等優點，但是易老化、不耐高溫的特點限制了其在高溫等特殊條件下的應用。因此，需要研制出可在高溫條件下使用的無機類固體浮力材料。目前，國內外關于固體浮力材料的文獻及專利報道有很多，但大部分是針對有機類浮力材料展開研究，如美國專利No.4829094、4916173和中國專利CN85106037A中介紹的浮力材料均是以空心微珠作為填充材料，用環氧樹脂粘結而成；日本專利No.3141304提出在一個密閉的容器中加入玻璃微珠填充有機硅油，制成浮力材料；中國專利CN200410030821.6介紹了一種由芯材和面材組成的固體浮力材料，芯材是用化學發泡法制備的聚氨酯-環氧樹脂硬質泡沫塑料，面材是由環氧樹脂、聚硫橡膠、磷片狀填料、輕質填料、偶聯劑及固化劑配成的阻水層。而關于無機類浮力材料的文獻及專利報道則很少，僅中國專利CN200710015641.4介紹了一種以陶瓷廠拋光廢泥為原料，采用干壓、注塑成型，常溫燒結，高溫化學發泡法工藝制備的陶瓷材料作為基體，以環氧樹脂作為加強外壁制備的陶瓷基輕質高強浮力材料，基體密度為0.35g/cm³時，抗壓強度≥7MPa，環氧樹脂改性后的浮力材料密度為0.52g/cm³時，抗壓強度≥20MPa。此種浮力材料的缺點是非完全無機體系，基體抗壓強度較低，制備工藝較復雜。

發明內容