环氧树脂基固体浮力材料的吸水性及压缩性

以不同固化剂固化的环氧树脂为基体,空心玻璃微珠(HGB)为分散相,加入硅烷偶联剂,制备得到固体浮力材料;研究了硅烷偶联剂添加量对固体浮力材料吸水性、45 MPa静水压力下吸水前后及干燥后压缩强度的影响;讨论了两种不同固化体系固体浮力材料性能的差异。结果表明:添加6%(质量分数)的偶联剂可以改善固体浮力材料的吸水性和压缩强度;酸酐固化剂甲基四氢苯酐(MeTHPA)固化的固体浮力材料的压缩强度高于胺类固化剂二氨基二苯基甲烷(DDM)固化的固体浮力材料的;固体浮力材料经过45 MPa静水压力吸水后及烘干后的压缩强度有不同程度的下降,添加偶联剂可以减小压缩强度下降的幅度。     

环氧树脂基固体浮力材料的制备及性能研究

实验采用低密度空心玻璃微珠(HGMS)填充脂环族环氧树脂E-4221制备固体浮力材料。讨论了环氧树脂E-4221体系的固化工艺制度和树脂体系配方对固化环氧树脂材料强度的影响,测得固化树脂产物压缩强度范围值100～150 MPa。分析了树脂配方以及玻璃微珠体积含量对最终固体浮力材料性能的影响,通过优化条件制备出抗压强度在40～70 MPa之间,密度范围在0.5～0.7 g/cm3,吸水率低于0.2%的固体浮力材料,最后对浮力材料的压缩断面做了简要分析。     

混合空心玻璃微珠制备固体浮力材料及性能研究

以环氧树脂E-4221为基质原料,十二烯基琥珀酸酐和甲基四氢苯酐为固化剂,以牌号为K20和HGS8000X两种空心玻璃微珠为轻质填充物,采用模压成型的方法制备了具有不同空心玻璃微珠配比的固体浮力材料。研究了玻璃微珠的配比对浮力材料的密度、抗压强度、吸水率及耐静水压性能的影响。结果表明,低密度空心微珠的引入,有效降低了固体浮力材料的密度;混合微珠填充更有利于固体浮力材料密度的降低;两种不同微珠相互配合可以得到适用于不同深度的高性能固体浮力材料。     

空心玻璃微珠填充固体浮力材料的制备及性能研究

以双酚A环氧树脂E51为基质原料,甲基四氢苯酐为固化剂,K25空心玻璃微珠为轻质填充物,采用模压成形的方法制备了空心玻璃微珠填充固体浮力材料。研究了玻璃微珠的填充率对体系粘度、浮力材料的密度、抗压强度及耐静水压件能的影响。结果表明,低密度空心微珠的引入,有效降低了固体浮力材料的密度,并且随着玻璃微珠填充量的增大,材料的理论计算密度与实际密度的偏差逐渐变大;浮力材料的单轴压缩强度和耐静水压强度随着空心玻璃微珠填充量的增大而降低,当玻璃微珠填充量超过18％时,材料性能下降幅度增大。     

空心玻璃微珠填充固体浮力材料的制备及性能研究

以双酚A环氧树脂E51为基质原料,甲基四氢苯酐为固化剂,K25空心玻璃微珠为轻质填充物,采用模压成形的方法制备了空心玻璃微珠填充固体浮力材料。研究了玻璃微珠的填充率对体系粘度、浮力材料的密度、抗压强度及耐静水压性能的影响。结果表明,低密度空心微珠的引入,有效降低了固体浮力材料的密度,并且随着玻璃微珠填充量的增大,材料的理论计算密度与实际密度的偏差逐渐变大;浮力材料的单轴压缩强度和耐静水压强度随着空心玻璃微珠填充量的增大而降低,当玻璃微珠填充量超过18%时,材料性能下降幅度增大。     

固体浮力材料及其性能研究现状

概述了国内外固体浮力材料的研究进展,并针对我国研制的高强度空心玻璃微珠浮力材料密度偏大这一问题,重点介绍了空心玻璃微珠浮力材料的相关性能研究,分析了空心玻璃微珠和基体对浮力材料性能的影响,最后在此基础上展望了我国固体浮力材料的发展方向。     

空心玻璃微珠对阻尼固体浮力材料力学性能影响研究

通过空心玻璃微珠（HGB）的体积分数、粒径、偶联剂改性等系列实验,总结分析了空心玻璃微珠对阻尼固体浮力材料力学性能的影响。结果表明,随着空心玻璃微珠体积分数的增加,浮力材料的吸水率逐渐增大,而密度、压缩强度和阻尼损耗因子逐渐降低;随着空心玻璃微珠粒径的增大,浮力材料的吸水率和阻尼损耗因子逐渐增加,而密度、压缩强度逐渐减小;添加偶联剂可有效改善空心玻璃微珠与环氧树脂的界面结合性,提高浮力材料的性能。      

空心玻璃微珠/环氧树脂固体浮力材料模压成型工艺及性能

借鉴陶瓷材料模压成型工艺提出了适用于环氧树脂基固体浮力材料制备的真空辅助模压成型自由固化方法，实现了固体浮力材料制备过程中成型与固化环节的分离，为高性能固体浮力材料的制备提供了新方法。以环氧树脂(E-4221)为基体，空心玻璃微珠(Hollow glass microsphere, HGMS)做填充材料，采用模压成型自由固化方法制备高HGMS体积分数的HGMS/E-4221固体浮力材料，研究了HGMS体积分数、成型压力对HGMS/E-4221固体浮力材料密度、抗压强度、吸水率等性能的影响。结果表明，真空辅助模压成型自由固化方法适用于HGMS体积分数为65%~67%的HGMS/E-4221固体浮力材料制备，所获得的HGMS/E-4221固体浮力材料密度为0.621~0.655 g/cm3，适用深度可达到8 000~10 000 m。      

树脂基深水浮力材料压缩性能研究

为探究空心微珠填充量对树脂基深水浮力材料压缩性能的影响以及材料压缩破坏机理,基于Mori-Tanaka及Turesanyi方法对空心微珠填充环氧树脂基深水浮力材料的有效弹性模量及压缩强度进行了理论预测.制备了空心微珠填充环氧树脂基深水浮力材料,对不同空心微珠填充比的材料体系进行了单轴压缩试验,并通过扫描电镜观察了材料断裂面微观形貌.结果表明:随着空心微珠填充量增加,材料体系耐压强度降低,模量上升,且实验结果与理论预测吻合情况较好;空心微珠破损是深水浮力材料破坏的根本因素.     

全海深浮力材料的研究与制备

选用缩水甘油醚型环氧树脂、芳香族多胺固化剂和空心玻璃微珠等原材料制备了低密度、高强度的全海深浮力材料,研究了低密度空心玻璃微珠K1的加入量对浮力材料的密度、单轴压缩强度、耐静水压强度和吸水率等性能的影响.结果表明,在空心玻璃微珠总体积分数为66.7％的全海深浮力材料中,加入适量空心玻璃微珠K1取代空心玻璃微珠HM42,...     

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。     

空心玻璃微珠对固体浮力材料性能的影响

建立了固体浮力材料胶液粘度、密度、压缩强度和弹性模量的解析法计算模型,分析了空心玻璃微珠(HGB)对固体浮力材料胶液粘度、密度、压缩强度、弹性模量和吸水率的影响。结果表明,粒径较大的空心玻璃微珠胶液粘度相对略低;空心玻璃微珠的体积分数固定时,固体浮力材料密度随着微珠密度的升高而升高,压缩强度随微珠强度的升高而升高,弹性模量随微珠模量的升高而升高;同一静水压下,固体浮力材料的吸水率随微珠强度的升高而减小。     

空心微珠/环氧树脂高强浮力材料的性能及断裂分析

以环氧树脂为基体, 经硅烷活化处理的空心玻璃微珠(HGM)为填充剂, 制备了高强浮力材料。采用XRD、 FRIR分析了HGM的结构和硅烷处理效果, 通过密度测试和单轴静态压缩试验研究了HGM的类型和含量对浮力材料性能的影响, 利用SEM和吸水率试验研究了浮力材料的断裂特性和吸水性。结果表明: HGM为无定形结构; 硅烷分子接枝在HGM表面, 使得HGM与环氧树脂完好结合且两者界面没有间隙沟槽; HGM的较大比压缩强度有利于提高浮力材料的性能; 高强浮力材料密度为0.645~0.850 g/cm3, 抗压强度为60~93 MPa, 比压缩强度为92~112 MPa·cm3·g-1; HGM含量较少时, 浮力材料断裂表面HGM破裂处的基体环氧树脂有拖尾特征, HGM含量增多时, HGM的破坏程度不断增大直至完全破坏; 浮力材料具有较好的抗吸水性。      

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。     

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。     

碳纤维增强固体浮力材料性能研究

使用浓H_2SO_4/浓HNO_3的混酸体系对碳纤维(CF)的表面进行处理得到氧化碳纤维(OCF)。采用超声分散和模具浇注成型法制备氧化碳纤维/空心玻璃微珠(HGMs)/环氧树脂固体浮力材料,研究了材料的密度、抗压强度、吸水率和断面形貌。使用ABAQUS数值模拟软件,建立了碳纤维增强固体浮力材料的模型,研究了碳纤维对材料应力分布的影响。结果表明,碳纤维经过氧化后,表面形成了羟基和羧基等基团,提高了自身与环氧树脂的界面结合状态。随着氧化碳纤维含量的增加,复合材料的占空比逐渐提高,但密度变化不大,而其抗压强度呈现先升高后降低的趋势。当碳纤维含量为5%(质量分数)时,抗压强度达41MPa,提高约13.8%。固体浮力材料吸水率随碳纤维含量增加而提高,但所有试样的吸水率均小于2%。复合材料模型受压后的应力云图表明,碳纤维能够有效代替固体浮力材料基体承载很大一部分载荷,空心玻璃微珠球壳所受应力降低,减少了空心玻璃微珠破碎和裂纹源的产生,从而对固体浮力材料起到增强作用。     

空心玻璃微珠填充环氧树脂复合材料力学性能

对不同填充质量比的改性空心玻璃微珠(HGB)/环氧树脂复合材料进行了拉伸、压缩准静态实验。研究了改性空心玻璃微珠不同填充量对复合材料密度、弹性模量、拉伸强度和压缩强度的影响, 并分析其应力松弛。实验发现, 材料的各项数据随填充比增加均有所降低。空心玻璃微珠的填入使材料表现出脆性破坏, 但破坏前有较大的变形, 破坏后回弹率大, 说明玻璃微珠的填充增强了材料的弹性。HGB/环氧树脂复合材料具有明显的应力松弛现象, 且填充比越高, 应力松弛速率越大, 可见HGB/环氧树脂复合材料具有明显的黏弹性。      

玻璃微珠/环氧树脂复合材料的动静态力学性能研究

玻璃微珠浮力材料是一种由空心玻璃微珠(HGB)和环氧树脂制造的二相复合材料。玻璃微珠材料因其具有低密度、高强度、吸水率低等特点被广泛应用于建材、航海、航天等领域。其静态力学性能已经得到充分地研究，但对其动态力学性能的研究尚不能满足工程应用需求。采用INSTRON电子万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)对HGB/环氧树脂复合材料进行了准静态/动态加载情况下的压缩、劈拉、伪三轴压缩实验。结果表明，HGB/环氧树脂复合材料具有较强的应变率敏感性。其抗压强度、劈裂抗拉强度随应变率增加而增加，表现出应变率增强效应。其破坏形式也存在应变率敏感特性，随着应变率的提高其脆性增加。对比单轴压缩及伪三轴压缩，发现材料在伪三轴压缩情况下较单轴压缩时抗压强度增强。     

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。