本发明涉及一种低密度高强度结构泡沫材料，具体涉及一种低密度高强度结构泡沫材料制备方法。
背景技术：
固体浮力材料目前主要有以下几种类型：化学发泡泡沫材料、共聚物泡沫材料、复合泡沫材料和合成复合泡沫材料。美国于20世纪60年代开始研制固体浮力材料，美国海军应用科学实验室研制的固体浮力材料密度为0.35g/cm³时压缩强度为5.5Mpa。固体浮力材料制备方法报导较多，美国专利US 4829094、US 4843104、US 4902722、US 4916173、US 4595623、US 6166109报导了一些采用不同方法制备的固体浮力材料，其中包括化学发泡泡沫材料、共聚物泡沫材料、复合泡沫材料。
中国专利CN200410030821.6报道了一种化学发泡法制备的固体浮力材料，由芯材和面材组成，该固体浮力材料密度为0.33g/cm³,压缩强度为5.5Mpa。中国专利CN200610043524.4报道了一种深海用可加工固体浮力材料，是一种空心微珠填充环氧树脂制备可加工固体浮力材料的方法。可根据要求加工成不同形状的固体浮力材料，该材料可采用车、锯、刨、钻等加工方法，制备各种不同形状的标准模块，以满足不同场合的需要。中国专利CN200710144488.5报导了一种深水耐压浮力材料，包括由轻质材料制成的球形內坯，外表面布设陶瓷或碳纳米管增强的铝合金或树脂基体的复合材料层，使其在深水环境下承受更好的静水压能力。中国专利CN201010163843.5报道了一种超高强度固体浮力材料，由高强度环氧树脂与经过硅烷偶联剂活化预处理的空心玻璃微珠制得，材料密度0.65—0.83g/cm³压缩强度60—93Mpa。以上专利均未报导按预期要求密度制备高强度浮力材料的方法。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种低密度高强度结构泡沫材料制备方法，所述方法可按预期设定的密度，通过选择高强度环氧树脂及其固化体系，填充不同的浮力调节介质，对标准空心微珠筛选并按其粒径大小进行级配，使制得的固体浮力材料达到预期要求的密度，其密度偏差保持在0.02g/ cm³范围内。以解决固体浮力材料密度难于控制重现性差的难题。使固体浮力材料适用于不同的使用场合，扩大应用范围。
本发明的技术方案为：一种低密度高强度结构泡沫材料制备方法，所述制备方法利用环氧树脂、环氧稀释剂、硅烷偶联剂、经过空心玻璃微珠和空心微球进行预混合，投入捏合机中捏合15分钟，加入固化剂继续捏合25分钟，至物料混合均匀，置于一个模具中，在平板硫化机内热压成型，脱模后，经过后固化制得固体浮力材料毛坯，经机加工修整的毛坯粘结成固体浮力材料块，具体步骤为：
1）按预期设定的密度，对粒径20--140ｕm的空心玻璃微珠和粒径为60—325目空心微球进行筛选，根据空心微珠的粒径进行比例搭配，并适量添加大粒径空心微球进行密度调节；
2) 选择环氧树脂、固化剂及合适的环氧稀释剂和硅烷偶联剂；
3）将级配的空心微珠及空心微球填充于环氧体系中，混合均匀置于模具中，用平板硫化机热压成型，脱模经后固化制得固体浮力材料毛坯，由毛坯粘结而成固体浮力材料块；
所述的环氧树脂包括：双酚A环氧树脂（E—51、E—52、E—44）、双酚S环氧树脂（830S）、脂环族环氧树脂（H—71、6201）或杂环型环氧树脂（TDE—85、712）；
所述的环氧稀释剂包括：正丁基缩水甘油醚（BGE）、苯基缩水甘油醚（PGE）、二缩水甘油醚（DGE）、二缩水甘油基苯胺（DGA）或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚（TMPGE）；
所述的硅烷偶联剂包括：3-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷（KH560）、3-氨丙基三甲氧基硅烷（KH550）或ｒ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）。
固体浮力材料化学组成如下：环氧树脂的质量份45—29，环氧稀释剂 的质量份11—8 ，固化剂的质量份19—13.5，硅烷偶联剂的质量份3—1.5，浮力调节介质 的质量份22—48 。
所述的固化剂包括：聚酰胺（300#、400#、650、651）、酸酐（MeTHPA）、芳香族多元胺（DDM、DDS）、脂肪胺（593）或脂环族多元胺（IPDA）。
所述的浮力调节介质包括：美国三M公司空心玻璃微珠，密度范围0.125—0.60g/cm³、蚌埠玻璃钢工业设计研究院空心玻璃微珠，密度范围0.22—0.51g/ cm³、马鞍山矿山研究院空心玻璃微珠，密度范围0.15—0.60g/ cm³；上海玻璃钢厂空心玻璃球、苏州化工厂酚醛空心球、广州伊高化工有限公司聚合物空心球或美国三M公司空心陶瓷球。
本发明的有益效果为：
本发明采用高强度环氧树脂及其固化体系，填充浮力调节介质，对空心玻璃微珠筛选并按其粒径大小进行级配，适量添加大粒径空心球进行密度调节。使固体浮力材料达到预期要求的密度，其密度偏差保持在0.02g/cm³范围内。制得的固体浮力材料各批次之间密度重现性良好，便于按用户要求的密度生产固体浮力材料。
具体实施方式
下面结合实施例进一步详细描述本发明：
实施例1—6固体浮力材料配方及材料性能指标列于表1中，实施例表明，可根据浮力调节介质中空心玻璃微珠和空心微球筛选与级配，按预期要求的固体浮力材料密度进行调整。
对于潜用固体浮力材料而言，高的压缩强度在水下耐静水压强度提高，从而使材料的可服务水深增加。在相同压缩强度下，材料的密度越低，同体积浮力材料可提供的静浮力越大。但密度低于极限值时，深潜用固体浮力材料的透水率增加。
表1 实施例参数比较表
表1中的实施例1，浮力调节介质由90%密度为0.15g/cm3的空心玻璃微珠和10%的密度为0.065g/cm3空心微球级配而成，占配方质量份数的22%。制得的固体浮力材料密度0.38g/cm3,压缩强度14Mpa。
实施例2，浮力调节介质占配方质量份的24%，由50%密度为0.15g/cm3的空心玻璃微珠，30%密度为0.25g/cm3的空心玻璃微珠和20%密度为0.065g/cm3空心微球级配而成。固体浮力材料密度0.45g/cm3,压缩强度19Mpa。
实施例3,4,5,6四个配方，都是由不同密度的空心玻璃微珠级配而成，所不同的是实施例3浮力调节介质，占配方质量份的31%，由50%密度为0.38g/cm3和50%密度为0.25g/cm3的空心玻璃微珠级配；实施例4浮力调节介质，占配方质量份的44%，由80%密度为0.38g/cm3和20%密度为0.25g/cm3的空心玻璃微珠级配；实施例5浮力调节介质，占配方质量份的47.2%，由60%密度为0.38g/cm3和40%密度为0.60g/cm3的空心玻璃微珠级配；实施例6浮力调节介质，占配方质量份的48%，由30%密度为0.38g/cm3和70%密度为0.60g/cm3的空心玻璃微珠级配而成。随着浮力调节介质在配方中用量的增加，固体浮力材料密度和压缩强度相应提高，如表1所示。