一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料空心球技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人工復(fù)合泡沫樹脂作為浮力板材應(yīng)用于水下設(shè)備(如ROV和AUV等)已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。然而它的密度和比強(qiáng)度(強(qiáng)度除以密度)等性能不能滿足深海石油鉆井和生產(chǎn)設(shè)備的要求。在合成泡沫塑料中加入復(fù)合空心球可以大幅度降低材料的密度并有效保持其強(qiáng)度，使其適合于鉆井立管浮力材料，分布式浮力材料，絕熱和抗沖擊材料等應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球及其制備方法。
[0004]所述的一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球，其特征在于以蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球?yàn)閺?fù)合空心球的球形內(nèi)核，在該球形內(nèi)核外表面從里到外均勻包覆多層纖維增強(qiáng)樹脂混合物，至小球達(dá)到目標(biāo)密度，所述纖維增強(qiáng)樹脂混合物由液態(tài)環(huán)氧樹脂、胺類固化劑及增強(qiáng)纖維混合構(gòu)成，所述復(fù)合空心小球的公稱直徑為2.0-50.0mm，壁厚為0.5-2.5mm，密度為 100 - 600 kg/m3。
[0005]所述的一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球，其特征在于每層纖維增強(qiáng)樹脂混合物的厚度為5 - 40 Pm。
[0006]所述的一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球，其特征在于每層的纖維增強(qiáng)樹脂混合物中，液態(tài)環(huán)氧樹脂與胺類固化劑的比投料質(zhì)量比為5-10:1，混合后能在30-70° C溫度下在15-40分鐘內(nèi)固化。
[0007]所述的一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球，其特征在于所述胺類固化劑包括TETA、TEPA 或 IPD。
[0008]所述的一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球，其特征在于所述增強(qiáng)纖維為碳纖維，碳纖維在纖維增強(qiáng)樹脂混合物中的體積分?jǐn)?shù)為0.1 - 0.5。
[0009]所述的一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球，其特征在于所述增強(qiáng)纖維為硅灰石纖維或玻璃纖維，硅灰石纖維或玻璃纖維在纖維增強(qiáng)樹脂混合物中的體積分?jǐn)?shù)為0.2 -
0.6ο
[0010]所述的纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
1)將滾筒升溫至30- 70° C，蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球傳輸?shù)綕L筒內(nèi)，其轉(zhuǎn)速控制為 5-100 rpm ；
2)按投料比將液態(tài)環(huán)氧樹脂與胺類固化劑預(yù)先混合均勻得到混合液，再將該混合液加入步驟I)的滾筒內(nèi)，在滾筒的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中均勻在包覆在聚苯乙烯小球表面，隨后加入對(duì)應(yīng)量的增強(qiáng)纖維，使其均勻附著于小球表面，進(jìn)行固化； 3)重復(fù)步驟2)，直至聚苯乙烯小球達(dá)到目標(biāo)密度100 - 600 kg/m3。
[0011]所述的纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球的制備方法，其特征在于所述滾筒與地面的傾斜角度為15-30°。
[0012]所述的纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球的制備方法，其特征在于步驟2)中在混合液加完后ι-?ο分鐘，再加增強(qiáng)纖維。
[0013]所述的纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球的制備方法，其特征在于步驟2)固化溫度為30-70° C，固化時(shí)間為15-40分鐘。
[0014]通過(guò)采用上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
1)本發(fā)明的空心小球選用蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球作用球形內(nèi)核，通過(guò)在聚苯乙烯小球外表面包覆若干層由液態(tài)環(huán)氧樹脂、胺類固化劑及增加纖維材料得到，其原料組份簡(jiǎn)單、而且液態(tài)環(huán)氧樹脂和胺類固化劑按限定的比例，能保證其在30-70° C溫度下在15-40分鐘完成固化；
2)本發(fā)明采用滾筒法制備，其可以采用包衣機(jī)或混凝土攪拌機(jī)制備，對(duì)設(shè)備要求低，將滾筒內(nèi)的溫度設(shè)在30-70° C，能避免溫度過(guò)高使聚苯乙烯泡沫小球軟化收縮；
3)本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、操作方便，直接在聚苯乙烯小球外依次分層加入液態(tài)環(huán)氧樹脂和胺類固化劑的混合液，間隔一定時(shí)間后加入增加纖維，使其固化即可，重復(fù)多次，在多層固化結(jié)束后，取出測(cè)試其密度，密度達(dá)到目標(biāo)密度時(shí)即可，本發(fā)明的轉(zhuǎn)速低、制備工藝簡(jiǎn)單，得到的空心小球可與合成泡沫塑料結(jié)合制成復(fù)合浮力材料應(yīng)用于水下設(shè)備，特別是立管浮力模塊。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的復(fù)合材料空心球的橫截面示意圖；
圖2為本發(fā)明的玻璃纖維空心球與碳纖維空心球的靜水壓強(qiáng)度性能曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
本發(fā)明的一種纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球，以蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球?yàn)閺?fù)合空心球的球形內(nèi)核，在該球形內(nèi)核外表面從里到外均勻包覆多層纖維增強(qiáng)樹脂混合物，至小球達(dá)到目標(biāo)密度，所述纖維增強(qiáng)樹脂混合物由液態(tài)環(huán)氧樹脂、胺類固化劑及增強(qiáng)纖維混合構(gòu)成，所述胺類固化劑可以選用TETA、TEPA或IPD，所述增強(qiáng)纖維可以選用碳纖維、硅灰石纖維或玻璃纖維，得到的復(fù)合材料空心球的公稱直徑為2.0-50.0mm，壁厚為0.5-2.5mm，密度為100 - 600kg/m3，其特征在于每層纖維增強(qiáng)樹脂混合物的厚度為5 - 40 Pm，液態(tài)環(huán)氧樹脂與胺類固化劑的比投料質(zhì)量比為5-10:1，所述增強(qiáng)纖維為碳纖維，碳纖維在纖維增強(qiáng)樹脂混合物中的體積分?jǐn)?shù)為0.1 - 0.5，所述增強(qiáng)纖維為硅灰石纖維或玻璃纖維，硅灰石纖維或玻璃纖維在纖維增強(qiáng)樹脂混合物中的體積分?jǐn)?shù)為0.2 - 0.6。
[0017]實(shí)施例1:纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球的制備
以I立方米蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球?yàn)榍蛐蝺?nèi)核，每層液態(tài)環(huán)氧樹脂重量為2KG，TETA為0.4KG，碳纖維3KG，其制備過(guò)程如下:
將與地面的傾斜角度為15°的滾筒升溫至35° C，蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球傳輸?shù)綕L筒內(nèi)，其轉(zhuǎn)速控制為100 rpm，再將預(yù)先混合好的液態(tài)環(huán)氧樹脂與TETA混合液加入滾筒內(nèi)均勻在包覆在聚苯乙烯小球表面，I分鐘后加入碳纖維，使其均勻附著于小球表面，在35°進(jìn)行固化45分鐘；重復(fù)該包覆步驟多次，每固化3-5層后，將其取出，測(cè)其密度，直至測(cè)得的聚苯乙烯小球在目標(biāo)密度100 - 600kg/m3范圍之內(nèi)，其公稱直徑為35mm，壁厚為
0.5mmο
[0018]實(shí)施例2:纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球的制備
以I立方米蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球?yàn)榍蛐蝺?nèi)核，每層液態(tài)環(huán)氧樹脂重量為5KG，TEPA為0.5KG，硅灰石纖維5KG，其制備過(guò)程如下:
將與地面的傾斜角度為30°的滾筒升溫至70° C，蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球傳輸?shù)綕L筒內(nèi)，其轉(zhuǎn)速控制為10 rpm，再將預(yù)先混合好的液態(tài)環(huán)氧樹脂與TEPA混合液加入滾筒內(nèi)均勾在包覆在聚苯乙稀小球表面，5分鐘后加入娃灰石纖維，使其均勾附著于小球表面，在70°進(jìn)行固化15分鐘；重復(fù)該包覆步驟多次，每固化3-5層后，將其取出，測(cè)其密度，直至測(cè)得的聚苯乙烯小球在目標(biāo)密度100 - 600 kg/m3范圍之內(nèi)，公稱直徑為50.0mm，壁厚為 2.5mmο
[0019]實(shí)施例3:纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料空心球的制備
以I立方米蒸汽膨脹發(fā)泡的聚苯乙烯小球