本发明涉及一种新型浮力材料的及其制备方法，尤其涉及一种用于全海深范围内的柔性耐压浮力材料及其制备方法。
背景技术：
：海洋占地球总面积的70％以上，蕴藏着丰富的油、气、矿产和生物资源，是人类进行科学探索的重要领域。我国在中长期科学和技术法规纲要中把海洋技术列为8大前沿技术之一给予重点部署。海洋的探索和深海技术的发展离不开浮力材料，目前深海使用的浮力材料有两种，一种是使用合成树脂与添加材料为基体进行发泡，并对材料的外层用玻璃纤维布与环氧树脂进行表面处理得到的固体浮力材料，可以使比重小于0.5，但其表面层一旦破坏后，其吸水率迅速增加，可高达60％。还有一种是使用空心玻璃微珠与聚合物树脂复合制成的固体浮力材料；其具有压缩率小，耐高压不损坏，承压不易变形，也不易吸水的特点，缺点是为硬质材料，加工性能较差，用户无法自主选择需要的形状，价格昂贵，并且由于工艺原因难以去除空心玻璃微珠在填充过程中的大量气泡，降低了浮力材料的抗压缩性能；而在浅海或淡水中使用的浮力材料，硬质和柔性的均有，但多数无法耐受高压环境，在深水环境中压缩变形率大以至于压溃损坏。目前美国、日本、俄罗斯的浮力材料制备技术是领先的，美国海军应用可以研究室研制的用于深海的浮力材料密度可达为0.45-0.48g/cm3，可潜水深度在2000米以上，但是其具有吸水性且耐压强度低，外表面需要包裹其他密度材料，其为固体材料不具有可加工性。我国在深海浮力材料领用研究起步较晚，专利号85106037介绍了一种浮力材料，采用发电厂废弃粉煤灰中提取的空心玻璃微珠为基本原材料，环氧树脂为基体，材料密度为0.6g/cm3，只能潜水深500米，且材料不具有可加工性。专利号为200410030821.6的申请公开了一种化学发泡发制备的固体浮力材料，该材料采用化学发泡材料作为芯材，外表包裹阻水层，材料密度小于0.33g/cm3，抗压强度达到5.5MPa，吸水率低于1％，可满足550米水深要求。对于柔性的浮力材料，国内实验室也有一定的研究，专利CN108314808A公布了一种用于3000米左右海深的深海柔性浮力材料，采用液体硅橡胶为基体，需要增加高温硫化保温的步骤。由于材料配比的原因，难以实现高压情况下的低变形率。同时由于液体硅橡胶流动性较差，以及工艺过程控制的原因，在该材料制作工艺中无法更好的消除在材料制造过程中混入的气泡，该材料在40MPa的水压条件下变形率为10％-15％，使得该材料的最大深度为3000多以上。依然无法承受更高压力，无法在用于3000米以上深海高压环境，没有真正实现柔性浮力材料的全海深范围内使用。为了实现万米深潜器作业需求，需要提供一种全海深、耐压、可根据用户需求定制形状的柔性浮力材料。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，克服以上
背景技术：
中的不足和缺陷，本发明提供一种柔性浮力材料。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种本发明的柔性耐压浮力材料，其特征在于，主要包括下重量份原料制备而成：基体100份；空心微珠30-50份；稀释剂10-20份；所述基体为双组分液体硅胶，其中100份的液体硅胶由A组分50份、B组分50份组成。作为优选，空心微珠为玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠，或其他聚合物空心微珠；所述柔性耐压浮力材料的密度为0.5-0.8g/cm3，耐压强度为40-110Mpa。作为优选，所述柔性耐压浮力材料110MPa下使用，压缩变形率小于1％，吸水率小于0.25％。作为优选，通过选择真实密度、抗压强度不同的空心微珠以及空心微珠的添加配比的调控，来实现浮力耐压材料密度及承压的变化。作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的柔性耐压浮力材料的制备方法，包括以下步骤：(1)材料选择：根据柔性耐压浮力材料使用的目标深度，选择合适密度及抗压强度的空心微珠，并计算空心微珠的添加比例。(2)单组分混合：将重量的液体硅橡胶A组分50份、混合稀释剂5-10份，空心微珠15-25份，混合搅拌均匀，其中空心微珠的具体比例为步骤(1)中，确定添加比例的1/2；将重量的液体硅橡胶B组分50份、混合稀释剂5-10份，空心微珠15-25份，混合搅拌均匀，其中空心微珠的具体比例为步骤(1)中，确定添加比例的1/2；(3)双组分混合：然后将两份搅拌均匀的液体硅胶A组分混合液与液体硅胶B组分混合液进行混合得到混合物料，并在真空设备中充分搅拌均匀；搅拌过程中，确保真空设备密闭严实，然后通过空气阀门进行抽真空，确保真空度保持在-0.1Mpa左右，持续搅拌20分钟。(4)注入模具：根据浮力材料形状需求选择模具，并在模具内表面喷涂脱模剂，将搅拌均匀的混合物料导入事先准备好的模具中，以便制成各种需要的形状。(5)真空低温消泡：将装有均匀混合物料的模具放入真空设备中，同时进行降温速冻消泡。(6)阶梯加压固化：将混合物料与模具一起放入压力罐中，进行从低到高，逐渐加压，每次压力增加后保持一段时间。(7)脱膜：取出压力罐中的混合物料及模具，室温静置48小时，待物料彻底固化后脱模，即得到所需形状的柔性耐压浮力材料。作为优选，在步骤(5)真空低温消泡阶段，将装有均匀混合物料的模具放入真空设备中，保持真空度-0.1MPa，同时保持在-18℃环境中降温速冻，消泡10分钟。作为优选，在步骤(6)阶梯加压固化阶段，将混合物料与模具一起放入压力罐中，将气压加至0.7-0.8MPa，保持压力6小时；加压到1MPa-1.2MPa，保持压力6小时；继续加压到1.5MPa，保持压力12小时。作为优选，其特征在于，上述方法制备的柔性耐压浮力材料，材质均匀密实，气泡基本小于2mm，能实现在110Mpa下，压缩变形率小于1％，吸水率小于0.25％。与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明采用液体硅胶与空心微珠混合而制备的柔性浮力材料，具有良好的弹性与韧性，不易在碰撞中被破坏。另外，本材料的浇铸性能良好，脱模轻松简便，可根据需要一次性浇注成型，无需后续加工，降低成本。(2)本发明的通过微珠选型与配比调控，实现柔性浮力材料的密度为0.5-0.8g/cm3，耐压强度为40-110Mpa。能够适应从两千米到万米的真正全海深使用。(3)本发明的制备方法能够大大降低柔性材料内部的气泡，从而提高其耐压强度并降低吸水率。在低温环境真空脱泡处理后，在进行阶梯性加压固化，从而进一步减小柔性材料内部的气泡。在72小时110MPa静水压中，压缩变形率小于1％，吸水率小于0.25％。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。一种本发明的柔性耐压浮力材料，主要包括以下重量份原料制备而成：基体100份；空心微珠30-50份；稀释剂10-20份。所述基体为双组分液体硅胶，其中100份的液体硅胶由A组分50份、B组分50份组成。双组份液体硅胶为RTV-2硅胶，具有流动性好，硫化快的特点，在后期制作搅拌过程，能减少气泡的存在，提升整体材料的耐压性。其中，B组分中含有固化剂。所述空心微珠为玻璃空心微珠、陶瓷空心微珠，或其他聚合物空心微珠。所述柔性耐压浮力材料的密度为0.5-0.8g/cm3，耐压强度为40-110Mpa。所述柔性耐压浮力材料110MPa静水压下，保持72小时，压缩变形率小于1％，吸水率小于0.25％。在一个具体实施例中，为了实现能够在全海深实现耐压浮力材料的使用，根据所使用的水深，对柔性耐压浮力材料的密度以及承压能力进行控制。本发明中，可以通过选择真实密度、抗压强度不同的空心微珠以及空心微珠的添加配比的调控，来实现耐压浮力材料密度及承压的变化。实施例1：柔性耐压浮力材料在8000-11000米水深使用，采用抗压强度14400PSI-17600PSI真实密度0.45-0.458g/cc的空心微珠。可选地，可以采用3M公司的IM16K型号玻璃微珠。通过调节空心微球的不同的混合比例可以得到不同浮力材料密度，如下表所示，以下单位为重量份比例。实施例2：柔性耐压浮力材料在8000-4000米水深使用，采用抗压强度9500PSI-11500PSI，真实密度在0.42-0.46g/cc之间空心微珠。可选地，可以采用3M公司S60型号的玻璃微珠。通过调节空心微球的不同的混合比例可以得到不同浮力材料密度，如下表所示，以下单位为重量份比例。实施例3：柔性耐压浮力材料在4000-2000米水深使用，采用抗压强度5400PSI-6400PSI，真实密度在0.26-0.32g/cc之间空心微珠。可选地，可以采用3M公司XLD6000型号的玻璃微珠。通过调节空心微球的不同的混合比例可以得到不同浮力材料密度，如下表所示，以下单位为重量份比例。实施例4：柔性耐压浮力材料在小于2000米水深使用，采用抗压强度2500PSI-3150PSI，真实密度在0.2-0.24g/cc之间空心微珠。可选地，可以采用3M公司XLD3000型号的玻璃微珠。通过调节空心微球的不同的混合比例可以得到不同浮力材料密度，如下表所示，以下单位为重量份比例。作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的柔性耐压浮力材料的制备方法，包括以下步骤：(8)材料选择：根据柔性耐压浮力材料使用的目标深度，选择合适密度及抗压强度的空心微珠，并计算空心微珠的添加比例。(9)单组分混合：将重量的液体硅橡胶A组分50份、混合稀释剂5-10份，空心微珠15-25份，混合搅拌均匀，其中空心微珠的具体比例为步骤(1)中，确定添加比例的1/2；将重量的液体硅橡胶B组分50份、混合稀释剂5-10份，空心微珠15-25份，混合搅拌均匀，其中空心微珠的具体比例为步骤(1)中，确定添加比例的1/2；(10)双组分混合：然后将两份搅拌均匀的液体硅胶A组分混合液与液体硅胶B组分混合液进行混合得到混合物料，并在真空设备中充分搅拌均匀；搅拌过程中，确保真空设备密闭严实，然后通过空气阀门进行抽真空，确保真空度保持在-0.1Mpa左右，持续搅拌20分钟。(11)注入模具：根据浮力材料形状需求选择模具，并在模具内表面喷涂脱模剂，将搅拌均匀的混合物料导入事先准备好的模具中，以便制成各种需要的形状。(12)真空低温消泡：将装有均匀混合物料的模具放入真空设备中，将装有均匀混合物料的模具放入真空设备中，同时进行降温速冻消泡。(13)阶梯加压固化：将混合物料与模具一起放入压力罐中，进行从低到高，逐渐加压，每次压力增加后保持一段时间。(14)脱膜：取出压力罐中的混合物料及模具，室温静置48小时，待物料彻底固化后脱模，即得到所需形状的柔性耐压浮力材料。在一个具体实施例中，在步骤(5)真空低温消泡阶段，将装有均匀混合物料的模具放入真空设备中，保持真空度-0.1MPa，同时保持在-18℃环境中降温速冻，消泡10分钟。在一个具体实施例中，在步骤(6)阶梯加压固化阶段，将混合物料与模具一起放入压力罐中，将气压加至0.7-0.8MPa，保持压力6小时；加压到1MPa-1.2MPa，保持压力6小时；继续加压到1.5MPa，保持压力12小时。柔性耐压浮力材料具有良好的弹性与韧性，不易在碰撞中被破坏，并且能根据附着物体的形状，通过一次浇铸成型，无需后期加工。为了适应在全海深领域使用，必须通过对选择合适密度及抗压强度的空心微珠，且通过空心微珠比例调节合适的浮力材料密度。为了在110MPa压力状态下使用，减少压缩变形率，该浮力材料在制备过程中必须保持流动性，消除气泡。由于硅胶A组分与B组分混合后，硅胶即进入固化状态，而空心微珠加入后，混合物会变得极其粘稠，不易搅拌均匀，影响硅胶固化，并且在硅胶AB组分混合后，硅胶进入固化状态，流动性会逐步变差，影响后续的气泡消除，因此必须将硅胶A组分与硅胶B组分，分别分开与玻璃微珠进行混合搅拌均匀，并加入一定量的稀释剂，增加流动性，待玻璃微珠与硅胶组分混合均匀后，再将两种混合了空心微珠的硅胶A组分与硅胶B组分混合液，放在一起搅拌均匀。为了减少混合物料中的气泡，需要在在真空条件下搅拌。混合物料入模具后，在硅胶仍然保持有流动性的时候，需要立即进行真空、降温速冻处理，使其尽可能的保持流动性，以便将气泡比率控制到最小。最后进行阶梯型加压固话处理，在阶段性增压的过程中，使得气泡体积最小，浮力材料更加致密，实现高压状态下的低压缩变形率和吸水率。将得到的浮力材料放入压力罐中，保持对应静水压72小时，得到以下试验结果：实施例1实施例2实施例3实施例4空心微珠选型IM16KS60IXLD6000IXLD3000浮力材料密度(g/cm3)0.810.700.600.49测试静水压(MPa)110MPa90MPa50MPa40MPa压缩变形率<1％<0.8％<0.7％<0.4％吸水率<0.25％<0.2％<0.2％<0.1％实验表明，采用该方法处理的柔性浮力材料，材质均匀密实，气泡基本小于2mm，能实现在110Mpa下，压缩变形率小于1％，吸水率小于0.25％。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页1 2 3