固体浮力材料用复合泡沫的研究进展EI北大核心CSCD

浮力材料作为深海装置中一种重要的配重材料,能够对水下作业的设备起到浮力补偿的作用。固体浮力材料因密度低、强度高、吸水率低等特性近年来在深海测量、石油勘测、深海开发等领域受到广泛关注。本文首先简述了固体浮力材料及其应用背景,围绕其分类主要阐述了化学泡沫材料和复合泡沫材料的特点,并基于未来发展方向和应用前景,重点介绍了复合泡沫材料。以复合泡沫类型的固体浮力材料为核心,根据其基本组成,分别介绍了金属基、陶瓷基、树脂基及其他类型复合泡沫材料,综述了其组成、表界面微结构、外界加载速率等影响因素对物理性能、力学性能的影响规律,借助扫描断层显微技术和有限元方法分析破坏模式,揭示材料在不同加载速率下的力学行为和失效机理。本文在提高复合泡沫材料整体力学性能及先进实验表征方法方面提出展望:可通过修饰填料和树脂基体官能团的方法或加入第二增强相,提高材料整体力学性能;借助μ-CT和扫描电子显微镜,表征材料微观结构,揭示破坏机理。     

6000米深潜器用重量轻强度高的复合泡沫材料

空心玻璃微球和环氧树脂制成的复合泡沫材料已经用作最近研制的深潜器的主要浮力材料。因此,作者们早在1969～1972年就研究了未分级微球和标准树脂的复合泡沫材料。那种泡沫材料的比重为0.63,压坏压力大于1200公斤/厘米~2。本研究旨在探寻一种未来6000米深潜器用重量轻、强度高复合泡沫材料的专门制备力法。结果确定了微球大小和填充率对泡沫材料性能的影响及泡沫压坏压力与环氧树脂单轴向压缩摸量间的关系。而且,我们还成功地研制出比重为0.53～0.56、压坏压力接近1200公斤/厘米~2的高性能复合泡沫材料,同美国海军1980年研制的材料性能一样。     

深潜浮力材料的结构分析与设计

本文详细分析了空心微球填充的树脂类材料的结构,讨论了轻质填充物（空心微球）的结构与力学性能,计算分析了空心微球的结构与性能对复合材料性能的影响。以普通玻璃微珠填充的环氧树脂材料为例,分析了玻璃微球填充的最大比例与可能得到的浮力材料的最高性能。总结了浮力材料的设计原则和和发展方向。     

高性能轻质填料——空心玻璃微球的制备与功能化

评述了一种高性能轻质填料——空心玻璃微球的制备和性能,并对几种制备方法进行了对比分析,概述了通过物理或化学的方法对空心玻璃微球进行的功能化研究,综述了以空心玻璃微球作为核芯材料,通过功能微纳米壳层的定向组装制备核壳型复合功能微球的研究进展,并指出了今后的研究方向。     

界面活化处理对固体浮力材料力学性能的影响

采用2种方法(偶联剂处理和碱刻蚀+偶联剂处理)分别对空心玻璃微球进行界面活化处理,制备了轻质、高强的空心玻璃微球/环氧树脂固体浮力材料。通过红外光谱分析、扫描电镜、压缩性能测试和密度测试等表征手段研究了材料的结构、密度和压缩性能。研究表明,2种方法都能改善空心玻璃微球与环氧树脂之间的相容性和界面结合力,使材料的实际密度更接近理论密度,同时能显著提升材料的压缩强度。当空心玻璃微球填充量在10%时,相比未处理工艺制备的固体浮力材料,偶联剂处理和碱刻蚀+偶联剂处理得到的固体浮力材料的压缩强度分别提升18 MPa和22 MPa,上升幅度分别为13.5%和16.5%。     

深海高强浮力材料的研究现状

深海开发迫切需要高强轻质浮力材料。概述了深海浮力材料的国内外研究现状、固体浮力材料的类别及应用;结合新型高强浮力材料的开发,具体介绍了以环氧树脂为基体、填充空心玻璃微珠的轻质浮力材料的研究历程、制备工艺及常见理化性能的测试方法,分析了今后重点研究的方向。     

日本太洋化研有限公司空心微碳球性能简介

目前工业生产的空心微球,主要有用玻璃、硅、酚醛树脂、偏氯乙烯—丙烯腈共聚物等材料制成的空心微球。其主要用途在于作热固和热塑树脂的填料,以制造低比重、高强度的复合材料。由于碳具有高温稳定性(特别是在惰性气体中)、优良的化学稳定性、良好的     

新型深潜用固体浮力材料

本文介绍一种替代传统耐压浮力球和浮力筒的新型深潜用复合材料固体浮力材料,简称ＳＢＭ（ｓｏｌｉｄｂｕｏｙａｎｃｙｍａｔｅｒｉａｌ）。介绍了ＳＢＭ国内外技术发展状况和产品及其分类,还介绍了化学发泡法制备ＳＢＭ以及复合泡沫塑料用的轻质填料     

空心玻璃微珠/硅橡胶基柔性浮力材料的制备与性能研究

以牌号为HGS8000X的空心玻璃微珠(HGM)为填料,以液体硅橡胶(SR)为基体,采用真空辅助浇铸法和模压法制备柔性浮力材料,并研究空心玻璃微珠体积分数对柔性浮力材料的密度、拉伸性能、硬度和吸水率的影响。结果表明,所制备的柔性浮力材料的密度为0.6~0.8 g/cm3,在40 MPa水静压下2 h吸水率最大不超过0.25%,是良好的深海用柔性浮力材料;随着空心玻璃微珠添加量的增加,柔性浮力材料的密度降低,吸水率增加,弹性降低,硬度提高。     

三相固体浮力材料的制备与应用研究

隔水管系统是海洋石油钻采的重要技术装备,而浮力材料是深水条件下钻井隔水管系统的必备部件。针对以深海石油钻采为重大应用背景的特种固体浮力材料,使用碳纤维增强聚合物中空球,与环氧树脂、空心玻璃微珠以适当比例混合,采用真空浇注工艺研发了一系列密度和强度的三相固体浮力材料,其密度为0.29~0.52g/cm3,压缩强度为8.27~32.35 MPa,耐静水压为10~45 MPa,吸水率3%。同时结合海洋石油981平台南海钻采作业要求,系统开展了深海石油钻采隔水管浮力块的设计与制备研究,形成了隔水管浮力材料的国产化产品。     

固体浮力材料研制

本文叙述了以环氧树脂、从粉煤灰中选出之空心微球为原料制作浮力材料。探索了环氧配方对材料性能的影响,微球种类、微球粒径对材料性能的影响,摸索了材料的成型工艺,进行了材料基本性能的测试,并在特定条件下摸索了材料比重与压缩强度的关系。     

碳泡沫导热性能及力学性能研究

用微胶囊化得到的空心酚醛树脂微球制备出酚醛泡沫材料, 在Ar气的保护下进行1000℃碳化和2000℃的石墨化处理, 得到所需的泡沫材料. 研究了孔隙率、热处理温度等因素对碳泡沫导热性能的影响. 结果表明: 提高材料内部空心微球的比例可以降低材料的导热性能, 得到低热导率的泡沫材料; 而对于孔隙率接近的泡沫材料, 降低材料内部的孔径可以起到降低材料热导率的作用; 得到了密度为0.50g/cm³, 热导率为1.007W/m·K, 压缩强度为8.82MPa的碳泡沫材料.     

Gd_2O_3空心微球的制备及Gd_2O_3/丁基橡胶复合材料低频阻尼性能

以分散聚合法制备的聚苯乙烯(PS)微球作为模板,通过均相沉淀法制备前驱体PS-Gd(OH)CO_3复合微球,高温煅烧后得到Gd_2O_3空心微球,将其与丁基橡胶复合制备低频高阻尼Gd_2O_3/丁基橡胶复合材料。采用FTIR、SEM、TEM分析、TG分析仪、XRD分析和XPS对Gd_2O_3空心微球的形貌与结构组成进行表征。将Gd_2O_3空心微球与粉体分别作为填料加入丁基橡胶中制备Gd_2O_3/丁基橡胶复合材料。结果表明:Gd_2O_3空心微球由立方萤石结构的颗粒组成,外空心直径为0.9μm,壳层厚度约为100nm;添加空心微球的复合材料阻尼性能较好;与纯丁基橡胶相比,Gd_2O_3/丁基橡胶复合材料的低频阻尼性能明显提高。     

空心微球/环氧树脂复合泡沫塑料的抗压性能与破坏机制

以环氧树脂为基体, 不同粒径空心玻璃微球为填充体, 制备了轻质高强复合泡沫塑料。通过单轴准静态压缩试验研究了空心微球的粒径大小对复合泡沫塑料的抗压性能的影响, 并采用SEM对复合泡沫塑料的微观结构进行观测。通过随机空间分布法建立了空心玻璃微球/环氧树脂复合泡沫塑料的实体模型, 并且使用有限元分析软件对复合泡沫塑料在1 kPa载荷下的应力分布进行了分析。结果表明, 在相同体积含量下, 当空心微球的粒径从30 μm增大到120 μm时, 复合泡沫塑料的抗压强度无明显变化。有限元分析的结果表明, 在复合泡沫塑料中主要承载部分为空心微球, 空心微球上的应力大于树脂基体上的应力。最大应力分布在空心微球的内壁, 结合SEM图像可推测, 空心微球在破裂之前受到充分的挤压, 并且从内壁产生裂纹。     

空心微球/环氧树脂复合泡沫塑料的抗压性能与破坏机制

以环氧树脂为基体,不同粒径空心玻璃微球为填充体,制备了轻质高强复合泡沫塑料.通过单轴准静态压缩试验研究了空心微球的粒径大小对复合泡沫塑料的抗压性能的影响,并采用SEM对复合泡沫塑料的微观结构进行观测.通过随机空间分布法建立了空心玻璃微球/环氧树脂复合泡沫塑料的实体模型,并且使用有限元分析软件对复合泡沫塑料在1 kPa载荷下的应力分布进行了分析.结果表明,在相同体积含量下,当空心微球的粒径从30μm增大到120 μm时,复合泡沫塑料的抗压强度无明显变化.有限元分析的结果表明,在复合泡沫塑料中主要承载部分为空心微球,空心微球上的应力大于树脂基体上的应力.最大应力分布在空心微球的内壁,结合SEM图像可推测,空心微球在破裂之前受到充分的挤压,并且从内壁产生裂纹.     

有机硅复合泡沫材料制备及微观结构研究

在室温硫化型有机硅橡胶中加入聚合物中空微球制备室温硫化型有机硅复合泡沫材料。研究结果表明,固化条件(时间、温度)与硅橡胶一致;中空微球的含量越高,有机硅复合泡沫材料的成型工艺要求越高,当聚合物中空微球与硅橡胶的质量配合比达7∶10以上,需要外力的作用才可形成厚度均匀、表面平整的平面制件。中空微球与615胶的质量配合比为7∶10,固化时间约10h,制得的有机硅复合泡沫材料胶膜表面干爽,胶膜弹性好,压缩率达21.5%时,有机硅复合泡沫材料的泡孔结构仍具有较好的完整性和均匀性,能保持长期稳定的力学性能。     

空心玻璃微珠含量对浮力材料吸水性能的影响

以环氧树脂为基体,空心玻璃微珠为填充物制备得到轻质高压浮力材料。采用排水法计算浮力材料的密度,变容深海耐压模拟试验装置测试了浮力材料在高压环境下的吸水率。结果表明:随着空心玻璃微珠含量的增加,浮力材料的密度下降,同一静水压下浮力材料吸水率先缓慢增加后急速升高;不同静水压条件下,材料的吸水率在40MPa以下基本不变,高于40MPa时,材料的吸水率急剧升高。     

水热法制备空心微球的研究进展

空心微球是一种兼具一般空心球和超细功能材料优势的新型结构,在生物医学、化工、功能材料等领域具有应用前景。介绍了模板辅助水热法、无模板水热法制备空心微球技术的原理和特点,并概括了其涉及的反应机理,最后提出了水热法合成空心微球存在的问题并预测了其发展趋势。     

Ag-TiO_2空心复合微球制备及其光催化性能

为了提高空心TiO2的光催化活性和拓展其对可见光的响应,以聚苯乙烯为模板合成TiO2空心微球,再通过KBH4还原AgNO3,制备了TiO2空心壳层表面载有Ag单质粒子的复合微球。利用SEM、TEM、XRD和EDS对Ag-TiO2空心微球的形貌结构和组成进行表征,并以有机染料罗丹明B(RhB)为目标降解物,研究该复合微球的光催化性能。在紫外光下,载银量为2%的Ag-TiO2复合微球2h内对RhB的降解率比同条件下空心TiO2提高23.8%;在可见光下,载银量为2%的Ag-TiO2复合微球在6h内对RhB的降解率比同条件下空心TiO2提高28.2%。结果表明,壳层表面载有适量Ag单质粒子的空心TiO2复合微球,其光催化活性和对可见光的响应显著高于纯空心TiO2微球。     

环氧树脂基复合泡沫材料的研究

以环氧树脂为基体,空心玻璃微珠为填充材料制备了具有高强度、低密度的复合泡沫材料。系统研究了固化剂用量,空心玻璃微珠的填充量、偶联剂的用量等对复合泡沫材料的力学性能的影响,并采用扫描电镜分析了复合泡沫材料的断口形貌。研究表明:随着空心玻璃微珠填充量的增大,复合泡沫材料的压缩强度和密度逐渐降低;偶联剂的加入能有效地改善环氧树脂与空心玻璃微珠之间的界面作用,从而提高力学性能。