编号：NMJS09805
篇名： 环氧树脂/空心陶瓷微球复合浮力材料的制备及性能研究
作者： 李震震
关键词： 固体浮力材料; 树脂基体; 空心陶瓷微球; 表面改性;
机构：武汉理工大学
摘要： 海洋蕴藏着丰富的资源对人类的发展至关重要,作为世界各国探索海洋的重要利器,载人潜水器在深海资源勘探领域发挥关键作用。固体浮力材料是载人潜水器的重要组成部分,在潜水作业时要面临深海极端恶劣的环境,对材料的抗压性能有严格要求,因此研发高强度浮力材料对我国在深海领域的探测有重要意义。目前浮力材料所用的填料多是空心玻璃微球,空心陶瓷微球有强度大、性能好的优势,用陶瓷微球代替玻璃微球理论上能制备出耐压性能更好的浮力材料。为次,本文拟通过活化微球表面解决了陶瓷表面惰性大与树脂粘结效果差的问题,通过微球表面改性和控制复合材料中各成分的含量,制备出密度低、吸水率低和力学性能好的浮力材料。实验结果表明空心陶瓷微球不仅仅能作为耐火材料,在微球表面改性后制备出的浮力材料有优越的性能,在深海领域具备应用潜力。本文开展了对浆料粘度和材料各项性能的测试,具体研究内容如下: （1）本文首先从材料制备出发,通过升高温度和引入稀释剂降低树脂浆料的粘度,将粘度控制在合适的区间内,方便浆料的浇注。稀释剂含量控制在15%时,能保证材料有较好的力学性能。固化促进剂含量控制在2%时,即能保证浆料粘度合适,而且制备出的材料内部微球分布均匀,力学性能好。 （2）采用硅溶胶处理空心陶瓷微球,通过引入SiO2增加了微球表面的-OH数量,解决因陶瓷表面惰性大与硅烷偶联剂结合效果差的问题。用硅烷偶联剂对微球进行二次处理,偶联剂水解后一端与空心微球结合,另一端与环氧树脂结合。观察发现改性后的微球与环氧树脂之间的间隙消失并产生界面,材料密度稍微增加,吸水率明显降低,材料的破坏从沿球断裂转变为穿球断裂,弯曲强度和压缩强度达到73.9 MPa和116 MPa,分别提高了37.6%和23.3%。 （3）微球含量增加引起浆料粘度上升,增加了材料制备难度和内部产生缺陷的风险。微球的引入降低了材料密度,但浮力材料理论密度和实际密度的相对误差增大。微球含量增加材料吸水率降低,过量时吸水率稍微上升。微球含量在一定范围内的增加能提高材料的力学性能,当微球质量分数达到85%时,由于微球之间的点接触和缺陷的产生导致材料力学性能降低。