高性能固体浮力材料的制备及性能研究

摘要

随着人类对海洋资源探索的深入和海洋探测设备的优化，固体浮力材料逐渐成为研究的重点，而以空心玻璃微珠填充环氧树脂制备的复合泡沫材料以其低密度、高强度性能被用作固体浮力材料。
　　对于用作深海作业的固体浮力材料，要求其能承受一定静水压力的同时还要具有很小的密度和吸水率，这一般都是从提高空心玻璃微珠体积分数的方向上来实现;而我们在前期研究的基础之上采用真空模压技术制备了高体积分数空心玻璃微珠（体积分数为65％～70％）的复合泡沫材料，并对其结构及性能之间的关系进行规律性探索研究;继而对空心玻璃微珠体积分数为68％的复合泡沫材料进行人工造孔，以达到在保证其他性能基本不变的情况下进一步地使密度降低的效果，对人工造孔材料作性能分析，并对实际造孔材料的预期性能进行分析总结。
　　本文采用牌号为HGS8000X的空心玻璃微珠(密度0.42g/cm3，抗压强度55.2MPa)作为轻质填充物，采用真空辅助模压成型方法在6MPa的成型压力下制备了空心玻璃微珠体积分数为65％～70％环氧树脂基复合泡沫材料;其中，当空心玻璃微珠的体积分数在67％～69％之间时，复合泡沫材料可以在较小的牺牲材料其它性能情况下有效地降低密度，其吸水率基本上小于1％;而当空心玻璃微珠的体积分数为70％时，复合泡沫材料的各类性能急剧下降;由于环氧树脂的体积分数的降低导致其相对缺失而引起的复合泡沫材料显微结构和空心玻璃微珠受力状态的改变，从而导致高体积分数空心玻璃微珠填充环氧树脂制备的复合泡沫材料的性能的变化。
　　我们进一步把空心玻璃微珠体积分数为68％的复合泡沫材料作为研究对象，通过人工造孔的方式来降低材料的密度，探索造孔半径r和孔底到受压面的距离d之比(r/d)对复合泡沫材料密度、吸水率以及耐静水压性能的影响规律，并对实际材料的造孔预期性能进行分析总结:人工造孔可以在一定程度上降低材料的密度，当r/d分别为2/3、1/2和1/3时，人工造孔复合泡沫材料的密度降低;而当r/d分别为1/4和1/5时，人工造孔复合泡沫材料的密度不降反升;人工造孔复合泡沫材料经过45～80MPa，24h的静水压的条件下打压后，当r/d分别为2/3和1/2的人工造孔复合泡沫材料可以承受60MPa静水压强，而r/d为1/3的人工造孔复合泡沫材料可以承受75MPa静水压强，性能较好;通过对人工造单孔的材料性能的分析，我们构造了一个以简单立方点阵排列方式进行人工造孔的设计图，从理论上探索了设计方案的性能，并说明了相对于直接用空心玻璃微珠填充环氧树脂体系制备的复合泡沫材料，人工造孔复合泡沫材料在达到相同的密度可以承受比更高静水压力。

目录

声明

摘要

一 绪论

1．1 研究背景

1．2 固体浮力材料(SBM)

1．2．1 固体浮力材料的分类

1．3 复合材料的简述

1．3．1 复合材料的分类

1．3．2 复合材料的优点

1．3．3 复合材料的应用

1．4 复合泡沫材料

1．4．1 复合泡沫材料的简介

1．4．2 复合泡沫材料的组成

1．4．3 复合泡沫材料的结构

1．4．4 复合泡沫材料的特点

1．4．5 复合泡沫材料的研究进展

1．5 本课题研究的目的、内容及意义

二、模压成型高空心玻璃微珠含量复合泡沫材料的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 实验主要原料

2．2．2 实验样品制备

2．3 材料性能测试

2．3．1 密度测定

2．3．2 压缩性能测试

2．3．3 吸水率和耐静水压性能测试

2．3．4 微观结构表征

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 空心玻璃微珠的含量与材料密度的关系

2．4．2 空心玻璃微珠的含量与材料的压缩强度的关系

2．4．3 空心玻璃微珠的含量与材料的吸水率的影响

2．4．4 空心玻璃微珠的含量与材料的强度保留率的影响

2．4．5 影响复合泡沫材料性能的微观机制分析

2．5 结论

三、人工造孔对复合泡沫材料的性能的影响

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 实验主要原料

3．2．2 实验步骤

3．3 材料性能测试

3．3．1 密度测试

3．3．2 吸水率和耐静水压性能测试

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 造孔对复合泡沫材料的密度影响

3．4．2 造孔对复合泡沫材料的吸水率和耐静水压性能的影响

3．4．3 实际造孔材料的预期性能分析

3．5 本章小结

四、结论

4．1 论文的主要结论

4．2 论文的创新和特色

参考文献

致谢

附录：个人简历及攻读硕士期间发表的学术论文