[發明專利]一種含有三維纖維增強體的固體浮力材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811427704.1
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109627690B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 馬志超;鄭勁東;任潤桃;王晶晶
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L77/10;C08K7/28
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 孫笑飛

一種含有三維纖維增強體的固體浮力材料，包括環氧樹脂固化形成的樹脂基體和分布在樹脂基體內的空心玻璃微球，所述的樹脂基體內還設有具有三維編織結構的三維纖維增強體，在構成三維纖維增強體的纖維之間形成容納環氧樹脂和空心玻璃微球的孔隙，在該孔隙中還填充有核殼結構毫米級小球。使核殼結構毫米級小球分散在三維纖維增強體纖維之間形成的各個孔隙中，進而均勻的分散在固定浮力材料中，降低了固體浮力材料的密度。既增強了基體本身的承載能力，又增強了基體傳遞載荷的能力，同時又大大降低了密度，因而所制備的高性能固體浮力材料呈現出比國內現有技術所制備的固體浮力材料更高的比強度。

技術領域

本發明涉及海洋環境用固體浮力材料，具體地說是一種含有三維纖維增強體的固體浮力材料及其制備方法。

背景技術

固體浮力材料是一種重要的海洋特種工程材料，已在水下機器人、深潛器、潛標系統、水下集礦機、海洋石油勘探開發隔水管等海洋開發裝備上得到廣泛應用。固體浮力材料的密度低、耐壓強度高，是典型的結構功能一體化材料。

作為一種關鍵性結構材料，浮力材料的密度和耐壓強度的大小直接決定了海洋裝備的工作性能和工作深度。如何降低浮力材料的密度，提高浮力材料的強度越來越受到人們的重視。目前，國內外固體浮力材料絕大部分采用環氧樹脂為基體，填充空心玻璃微珠或者毫米級小球來降低密度，但受到空心玻璃微珠和毫米級小球密度、粒徑、填充量和強度的限制，該類浮力材料的低密度高強度仍是現今的研發難點。

國外專利US 20130251957介紹了采用兩端封口的纖維復合材料圓管增強固體浮力材料承壓強度的方法。由于復合材料管自身強度與模量同浮力材料基體存在較大差距，且粘接界面層表面積較小，結構受力時易產生內部破壞，對實際使用強度的提高作用不明顯。

中國專利CN 101735566介紹了采用長度為0.5-2mm的芳綸纖維作為增強纖維從而提高浮力材料承壓強度的方法。中國專利CN 106633645介紹了使用環氧接枝短切碳纖維提高浮力材料強度的方法。由于短切纖維在含有玻璃微珠的樹脂體系中的均勻分散難以實現，并且單純采用空心玻璃微珠作為密度調節填料時密度調節范圍有限，因此密度與強度改善均不顯著。

國外專利GB 2244490介紹了采用長玻纖增強聚丙烯復合球與空心玻璃微珠混合后模塑或注射成型的方法。中國專利CN 103665768介紹了將毫米級的高強度纖維小球與微米級的空心微球在物料中直接攪拌混合然后注塑的方法。這兩種方法引入的輕質纖維小球的確可以在一定程度上降低浮力材料的整體密度，但是由于攪拌混合并不能使纖維小球在物料中形成最佳堆積方式，因此密度仍然偏大。

中國專利CN 105985610介紹了使用振動的方式將復合材料球密實的填充于金屬模具中，然后將樹脂用RTM工藝注入模具制備浮力材料的方法。該方法制得的浮力材料樹脂與復合材料球之間能充分接觸浸潤，但是由于單一采用復合材料球作為密度調節填料，雖然強度較大，但密度相比其它采用微米級空心微球的浮力材料仍然偏高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服纖維小球難以在樹脂內均勻分布形成最佳堆積方式，導致浮力材料密度偏大的問題，提供一種含有三維纖維增強體的固體浮力材料及其制備方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種含有三維纖維增強體的固體浮力材料，包括環氧樹脂固化形成的樹脂基體和分布在樹脂基體內的空心玻璃微球，所述的樹脂基體內還設有具有三維編織結構的三維纖維增強體，在構成三維纖維增強體的纖維之間形成容納環氧樹脂和空心玻璃微球的孔隙，在該孔隙中還填充有核殼結構毫米級小球。

所述空心玻璃微球的平均粒徑為45-60微米。

所述核殼結構毫米級小球的平均粒徑為5-25mm。

所述的三維纖維增強體為三維五向編織結構的三維纖維增強體或三維四向編織結構的三維纖維增強體。