一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法。原料中使用陽離子光引發(fā)劑和多乙烯基輻射敏化劑兩種快速增加環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度和固化速率的助劑，可以使得1cm厚度的浮力材料配方體系在5分鐘之內(nèi)快速固化，且材料性能可以達(dá)到常規(guī)方法所達(dá)到的性能。制得的固體浮力材料分別可以適用于1000米和3000米的海深。
【專利說明】一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法，制備的深海浮力材料可以為海洋石油開采隔水管和水下作業(yè)潛器等海洋開發(fā)用設(shè)備提供浮力。
【背景技術(shù)】
[0002]固體浮力材料技術(shù)是將材料的低密度和高強(qiáng)度特性有機(jī)地結(jié)合在一起，使其在海洋開發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】中得到無可比擬的優(yōu)越性。固體浮力材料以其優(yōu)越的性能已經(jīng)被應(yīng)用于下述領(lǐng)域:(1)深海運(yùn)載和作業(yè)用裝備如中國“蚊龍?zhí)枴?000m深潛器、中國“CR-02”自制水下機(jī)器人。(2)海洋石油開采系統(tǒng)如隔水管、輸油管線。(3)海洋調(diào)查檢測系統(tǒng)如潛標(biāo)系統(tǒng)。(4)海洋采礦系統(tǒng)如海底采礦機(jī)等領(lǐng)域。固體浮力材料主要是為水下作業(yè)用海洋開發(fā)設(shè)備提供浮力，所以密度必須足夠低而且吸水率也要低，另外在深海作業(yè)材料必須具有足夠的抗靜水壓能力，即符合美國軍標(biāo)MIL-S-24154A。Trelleborg Offshore公司、Emerson&Cuming公司等制造的固體浮力材料均符合上述標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]但是深海浮力材料的生產(chǎn)所用的環(huán)氧樹脂配方體系主要為環(huán)氧樹脂及固化劑，固化分為常溫固化和高溫固化。常溫固化耗時太長，往往需要I天以上的時間，性能達(dá)到最佳甚至需要一周以上的時間；而高溫固化卻常常難以控制，這是因為空心玻璃微珠的加入使得浮力材料成為一個隔熱保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)變得很低，這就使得材料內(nèi)外的固化溫度很難達(dá)到一致，使得固化不一致，很容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，材料在使用過程中很容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，另外浮力材料在固化過程中往往會放出大量的熱量，內(nèi)部的熱量如果不及時排除，很容易發(fā)生燒心的現(xiàn)象，從而使得浮力材料報廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是客服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法。本發(fā)明利用利用陽離子光引發(fā)劑對環(huán)氧樹脂進(jìn)行電子束輻射快速固化，另外添加輻射敏化劑使浮力材料形成交叉交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以提高浮力材料的交聯(lián)密度和交聯(lián)速率，I厘米厚的深海浮力材料可以在5分鐘內(nèi)得到快速固化，且得到的浮力材料性能指標(biāo)可以達(dá)到常規(guī)固化方法所需要的指標(biāo)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述。
[0005]一種利用電子加速器快速制備的深海浮力材料，該材料的組份及其質(zhì)量份數(shù)包括:
[0006]環(huán)氧樹脂:100份
[0007]陽離子光引發(fā)劑:0.5-3份
[0008]丙烯碳酸酯:0.5-3份
[0009]多乙烯基輻射敏化劑:5-30份
[0010]空心玻璃微珠:10-100份
[0011] 偶聯(lián)劑:0.5-3份[0012]所述的環(huán)氧樹脂為脂肪族多環(huán)氧基官能團(tuán)環(huán)氧樹脂；所述的陽離子光引發(fā)劑包括重氣鹽、二芳基鵬鐵鹽、二芳基硫鐵鹽、烷基硫鐵鹽、鐵芳經(jīng)鹽、橫酸氧基麗及二芳基娃氧釀等，主要是為了促進(jìn)環(huán)氧樹脂在電子加速器的作用下快速得到固化；所述的丙烯碳酸酯為4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮，目的為溶解陽離子光引發(fā)劑，陽離子光引發(fā)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50% ;所述的多乙烯基輻射敏化劑主要為三烯丙基異三聚氰酸酯、三丙二醇二丙烯醚酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等多乙烯基輻射敏化劑，目的是使浮力材料形成交叉交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以提高浮力材料的交聯(lián)密度和交聯(lián)速率；所述的空心玻璃微珠為抗壓強(qiáng)度大于20MPa的空心玻璃微珠，直徑為10 μ m-120 μ m ;所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH550，目的為改善玻璃微珠與環(huán)氧樹脂基體之間的結(jié)合性。
[0013]其中，所述的空心玻璃微珠可采用如3M公司的K系列、S系列和頂系列的空心玻璃微珠，如K37，抗壓強(qiáng)度為20MPa ；S38,抗壓強(qiáng)度為27MPa ；K46,抗壓強(qiáng)度為41MPa ；S60,抗壓強(qiáng)度為68MPa ;Iml6K，抗壓強(qiáng)度為113MPa ;Im30K，抗壓強(qiáng)度為192MPa。上述空心玻璃微珠可用于1000米-10000米的各種水深用固體浮力材料。[0014]本發(fā)明的另一目的是提供一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法，具體方法包括如下步驟:把上述除了陽離子光引發(fā)劑和丙烯碳酸酯的原料全部放入雙行星真空攪拌機(jī)中，在60°C-80°C下真空攪拌10-30分鐘；陽離子光引劑在常溫下逐漸溶解于丙烯碳酸酯中；然后前兩者在雙行星真空攪拌機(jī)中再攪拌10-30分鐘?；旌狭献⑷敫邏嚎諝鈬姌屩?，噴射到模具底部，噴射厚度約為I厘米，在2MPa的壓力下壓I分鐘，然后把模具及其材料放在電子加速器傳動車上進(jìn)行傳動輻射，傳動輻射的過程中有大功率吹分機(jī)進(jìn)行散熱。之后重復(fù)噴射-壓制-輻射即可快速得到深海浮力材料。脫模即可得深海浮力材料，材料可以經(jīng)過車加工成為各種形狀的器件。所述電子加速器型號為GJ-2E-EB，2MeV, 10mA。
[0015]本發(fā)明提供的一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法其特點(diǎn)在于:原料中使用陽離子光引發(fā)劑和多乙烯基輻射敏化劑兩種快速增加環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度和固化速率的助劑，可以使得Icm厚度的浮力材料配方體系在5分鐘之內(nèi)快速固化，且材料性能可以達(dá)到常規(guī)方法所達(dá)到的性能。
【具體實施方式】
[0016]下面給出本發(fā)明的較佳的實施例，這些實施例并非限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0017]實施例1
[0018]取雙酚A型環(huán)氧樹脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K37-80份，偶聯(lián)劑KH550-1份，多乙烯基輻射敏化劑三羥甲基丙烷三丙烯酸酯5份，放入真空攪拌機(jī)中，在60°C下真空攪拌10分鐘；陽離子光引劑二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟銻酸鹽1份在常溫下逐漸溶解于1份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前兩者在雙行星真空攪拌機(jī)中再攪拌10-30分鐘。混合料注入高壓空氣噴槍中，噴射到模具底部，噴射厚度約為I厘米，在2MPa的壓力下壓I分鐘，然后把模具及其材料放在電子加速器傳動車上進(jìn)行傳動輻射，傳動輻射的過程中有大功率吹分機(jī)進(jìn)行散熱。之后重復(fù)噴射-壓制-輻射即可快速得到深海浮力材料。脫模即可得深海浮力材料，材料可以經(jīng)過車加工成為各種形狀的器件。得到的材料通過美國軍標(biāo)MIL-S-24154A進(jìn)行測試得到密度為0.46g/cm3，抗靜水壓26.3MPa，除以1.5系數(shù)為17.5MPa，材料可以在1750米以內(nèi)水深使用。[0019]實施例2
[0020]取環(huán)氧樹脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K46-100份，偶聯(lián)劑KH550-0.5份，三丙二醇二丙烯醚酯5份，放入真空攪拌機(jī)中，在60°C下真空攪拌10分鐘；陽離子光引劑4，4’ - 二甲基二苯基碘鎗鹽六氟磷酸鹽1.5份在常溫下逐漸溶解于1.5份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前兩者在雙行星真空攪拌機(jī)中再攪拌10-30分鐘。混合料注入高壓空氣噴槍中，噴射到模具底部，噴射厚度約為I厘米，在2MPa的壓力下壓I分鐘，然后把模具及其材料放在電子加速器傳動車上進(jìn)行傳動輻射，傳動輻射的過程中有大功率吹分機(jī)進(jìn)行散熱。之后重復(fù)噴射-壓制-輻射即可快速得到深海浮力材料。脫模即可得深海浮力材料，材料可以經(jīng)過車加工成為各種形狀的器件。得到的材料通過美國軍標(biāo)MIL-S-24154A進(jìn)行測試得到密度為0.57g/cm3，抗靜水壓52MPa，除以1.5系數(shù)為34.7MPa，材料可以在3470米以內(nèi)水深使用。
[0021]實施例3[0022]取環(huán)氧樹脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K46-100份，偶聯(lián)劑KH550-0.5份，多乙烯基輻射敏化劑三烯丙基異三聚氰酸酯10份，放入真空攪拌機(jī)中，在60°c下真空攪拌10分鐘；陽離子光引劑(硫化-二 _4，1-仲苯基)-雙(二苯基锍)_雙-六氟銻酸鹽0.8份在常溫下逐漸溶解于0.8份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前兩者在雙行星真空攪拌機(jī)中再攪拌10-30分鐘?；旌狭献⑷敫邏嚎諝鈬姌屩?，噴射到模具底部，噴射厚度約為I厘米，在2MPa的壓力下壓I分鐘，然后把模具及其材料放在電子加速器傳動車上進(jìn)行傳動輻射，傳動輻射的過程中有大功率吹分機(jī)進(jìn)行散熱。之后重復(fù)噴射-壓制-輻射即可快速得到深海浮力材料。脫模即可得深海浮力材料，材料可以經(jīng)過車加工成為各種形狀的器件。得到的材料通過美國軍標(biāo)MIL-S-24154A進(jìn)行測試得到密度為0.56g/cm3，抗靜水壓47MPa，除以1.5系數(shù)為31.3MPa，材料可以在3130米以內(nèi)水深使用。
[0023]實施例4
[0024]取環(huán)氧樹脂TDE-85-100份，空心玻璃微珠K46-100份，偶聯(lián)劑KH550-0.5份，多乙烯基輻射敏化劑三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯15份，放入真空攪拌機(jī)中，在60°C下真空攪拌10分鐘；陽離子光引劑二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸鹽0.6份在常溫下逐漸溶解于0.6份4-甲基-1，3- 二氧戊-2-酮中；然后前兩者在雙行星真空攪拌機(jī)中再攪拌10-30分鐘?；旌狭献⑷敫邏嚎諝鈬姌屩?，噴射到模具底部，噴射厚度約為I厘米，在2MPa的壓力下壓I分鐘，然后把模具及其材料放在電子加速器傳動車上進(jìn)行傳動輻射，傳動輻射的過程中有大功率吹分機(jī)進(jìn)行散熱。之后重復(fù)噴射-壓制-輻射即可快速得到深海浮力材料。脫模即可得深海浮力材料，材料可以經(jīng)過車加工成為各種形狀的器件。得到的材料通過美國軍標(biāo)MIL-S-24154A進(jìn)行測試得到密度為0.55g/cm3，抗靜水壓45MPa，除以1.5系數(shù)為30MPa，材料可以在3000米以內(nèi)水深使用。
[0025]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法，其特征在于深海浮力材料包括以下組份及其質(zhì)量份數(shù): 環(huán)氧樹脂:100份 陽離子光引發(fā)劑:0.5-3份 丙烯碳酸酯:0.5-3份 多乙烯基輻射敏化劑:5-30份 空心玻璃微珠:10-100份 偶聯(lián)劑:0.5-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，環(huán)氧樹脂為脂肪族多環(huán)氧基官能團(tuán)環(huán)氧樹脂，如1，2環(huán)氧己烷-4，5 二甲酸二縮水甘油酯，即TDE-85，份數(shù)為100份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，陽離子光引發(fā)劑主要包括重氮鹽、二芳基鵬鐵鹽、二芳基硫鐵鹽、烷基硫鐵鹽、鐵芳經(jīng)鹽、橫酸氧基麗及二芳基娃氧釀，如二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟銻酸鹽、(硫化-二_4，1-仲苯基)-雙(二苯基锍)_雙-六氟銻酸鹽、二苯基-(4-苯基硫)苯基锍六氟磷酸鹽、(硫化-二 _4，1-仲苯基)-雙(二苯基锍)_雙-六氟磷酸鹽、4，4’-二甲基二苯基碘鎗鹽六氟磷酸鹽，陽離子光引發(fā)劑也可以為以上多種不同的光引發(fā)劑按照一定的比例如1:1進(jìn)行復(fù)配使用，份數(shù)為0.5-3份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，丙烯碳酸酯為4-甲基-1，3-二氧戊-2-酮，目的為溶解陽離子光引發(fā)劑，陽離子光引發(fā)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，丙烯碳酸酯的份數(shù)為0.5-3份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，多乙烯基輻射敏化劑包括三烯丙基異三聚氰酸酯、三丙二醇二丙烯醚酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等，份數(shù)為5-30份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，空心玻璃微珠為抗壓強(qiáng)度大于20MPa的空心玻璃微珠，直徑為10 μ m-120 μ m。其份數(shù)為10-100份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海浮力材料，其特征在于，偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH550，目的為改善玻璃微珠與環(huán)氧樹脂基體之間的結(jié)合性。其份數(shù)為0.5-3份。
8.一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法，其特征為，把上述除了陽離子光引發(fā)劑和丙烯碳酸酯的原料全部放入雙行星真空攪拌機(jī)中，在60°C -80°C下真空攪拌10-30分鐘；陽離子光引劑在常溫下逐漸溶解于丙烯碳酸酯中；然后前兩者在雙行星真空攪拌機(jī)中再攪拌10-30分鐘。混合料注入高壓空氣噴槍中，噴射到模具底部，噴射厚度約為1厘米，在2MPa的壓力下壓I分鐘，然后把模具及其材料放在電子加速器傳動車上進(jìn)行傳動輻射，傳動輻射的過程中有大功率吹分機(jī)進(jìn)行散熱。之后重復(fù)噴射-壓制-輻射即可快速得到深海浮力材料。脫模即可得深海浮力材料，材料可以經(jīng)過車加工成為各種形狀的器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種利用電子加速器快速制備深海浮力材料的方法，其特征在于，所述電子加速器型號為GJ-2E-EB，2MeV, 10mA。
【文檔編號】C08L63/00GK103910975SQ201410169519
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】吳新鋒, 董麗華, 尹衍升, 張福華, 吳婧 申請人:上海海事大學(xué)