一种轻质耐高温老化三相浮力材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，特别涉及一种轻质耐高温老化三相浮力材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着海洋资源开发及科考向深海的挺进，在海洋石油天然气开采中，浮力材料是天然气管道的重要配件，不仅为管道提供浮力，还具有对管道进行保温隔热的作用。然而，在海洋石油天然气管道中，通常海水温度(约1℃)与管道温度(>130℃)之间存在较大的温度梯度，对浮力材料在高温下的耐久性有着较高需求。同时，管路在海水中的水深和质量决定了它在不同的地方需配备不同密度的浮力材料。因此，需要一种轻质耐高温老化的浮力材料，满足在海水中高温条件下长期使用的需求。

2、现有的浮力材料往往主要由环氧树脂、固化剂、空心玻璃微珠组成，环氧树脂随着使用温度升高，材料容易发生高温老化，因此目前市场上大部分的环氧树脂基固体浮力材料无法在高温环境下长期使用。

3、例如，专利cn201811603980.9公开了一种超低密度高强度浮力材料及其制备方法，密度0.28～0.46g/cm3之间，强度保持在10～20mpa，使用环氧树脂作为浮力材料基体，环氧树脂在高于80℃的水中老化速度较快，使得在长期高温环境的使用过程中浮力材料的性能会发生较大损失。同样的，专利cn201410321590.8公开了一种三相复合固体浮力材料的制备方法，也是使用环氧树脂作为浮力材料基体，其制得的浮力材料也同样难以适用于长期高温环境。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种轻质耐高温老化三相浮力材料及其制备方法，以解决现有技术中浮力材料的耐高温老化较差，难以在海水中高温条件下长期使用的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种轻质耐高温老化三相浮力材料，包括以下质量份数的成分：环氧树脂60-100份，酚醛树脂10-50份，稀释剂10-30份，固化剂10-40份，空心玻璃微珠10-100份，厘米级轻质复合空心球10-70份，增韧剂1-5份，偶联剂1-5份，所述厘米级轻质复合空心球的外层为酚醛树脂复合层。

4、进一步的，所述厘米级轻质复合空心球是以聚苯乙烯泡沫球为复合空心球的载体，先在载体表面包覆一层二氧化硅形成球形内核，然后在球形内核表面均匀包覆多层纤维增强酚醛树脂混合浆料，直至复合空心球达到目标密度。

5、进一步的，所述纤维包括玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维中的至少一种。

6、进一步的，所述复合空心球的密度为0.1-0.5g/cm3，静水压强度为1-30mpa。

7、进一步的，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂或双酚f型环氧树脂，所述酚醛树脂为热固型酚醛树脂。

8、进一步的，所述稀释剂为烷基缩水甘油醚，所述固化剂为酚醛胺环氧固化剂，所述空心玻璃微珠为密度0.2-0.6g/cm3、耐压强度10-100mpa的空心玻璃微球，所述偶联剂为硅烷类偶联剂。

9、进一步的，所述增韧剂为端羧酸丁腈橡胶(ctbn)。

10、进一步的，所述三相浮力材料的密度为0.3-0.5g/cm3，强度为10-20mpa，在温度≥80℃的高温海水条件下使用30天的强度保留率≥95％，吸水率≤1％，在温度≥80℃的高温海水条件下使用60天的强度保留率≥90％，吸水率≤2％。

11、一种轻质耐高温老化三相浮力材料的制备方法，包括：s1、将环氧树脂加入到酚醛树脂中，并加入稀释剂混合均匀，形成树脂混合物；s2、将空心玻璃微珠、固化剂、增韧剂、偶联剂加入树脂混合物中，进行混合搅拌，形成混合料；s3、向密闭模具中填充厘米级轻质复合空心球；s4、将步骤s2中搅拌均匀后的混合料以真空灌注的方式填充进密闭模具中，保证混合料充满密闭模具的内部空间；s5、灌注结束后，关闭密闭模具的真空管路阀门，将密闭模具整体移动到烘箱内进行加热固化；s6、固化结束后进行脱模，即制得成型的三相浮力材料。

12、相对于现有技术，本发明所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料及其制备方法具有以下优势：

13、本发明所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料及其制备方法，与现有技术中仅以环氧树脂作为基材的浮力材料相比，本申请针对环氧树脂材料热稳定性差的问题，额外加入了耐高温性能优良的酚醛树脂，通过将环氧树脂与酚醛树脂复配作为基体，一方面能够有效地提高浮力材料的耐高温老化性能，使得浮力材料在天然气管道等高温条件下不易发生老化，有利于增加浮力材料的使用寿命，另一方面使得浮力材料具有良好的力学性能、粘接强度和耐水性。

14、此外，与传统的两相浮力材料相比，本申请中通过加入厘米级轻质复合空心球来代替部分空心玻璃微珠，一方面由于空心球本身就具有较好的耐热稳定性，另一方面复合空心球的外层与主体树脂同样为酚醛树脂，使得复合空心球与浮力材料基体之间的表面结合性优于传统两相浮力材料中的空心玻璃微珠与环氧树脂，能有效减少两者界面吸水，使浮力材料不会在水中由于长期高温导致界面结合力变差产生吸水；从而在这两方面综合作用下，使得本申请的三相浮力材料在满足轻质低密度需求的同时，还具有良好的长期稳定性、耐高温老化性，能够满足在海水中高温条件下长期使用的需求。

技术特征：

1.一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述三相浮力材料包括以下质量份数的成分：环氧树脂60-100份，酚醛树脂10-50份，稀释剂10-30份，固化剂10-40份，空心玻璃微珠10-100份，厘米级轻质复合空心球10-70份，增韧剂1-5份，偶联剂1-5份，所述厘米级轻质复合空心球的外层为酚醛树脂复合层。

2.根据权利要求1所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述厘米级轻质复合空心球是以聚苯乙烯泡沫球为复合空心球的载体，先在载体表面包覆一层二氧化硅形成球形内核，然后在球形内核表面均匀包覆多层纤维增强酚醛树脂混合浆料，直至复合空心球达到目标密度。

3.根据权利要求2所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述纤维包括玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述复合空心球的密度为0.1-0.5g/cm3，静水压强度为1-30mpa。

5.根据权利要求1所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂或双酚f型环氧树脂，所述酚醛树脂为热固型酚醛树脂。

6.根据权利要求1所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述稀释剂为烷基缩水甘油醚，所述固化剂为酚醛胺环氧固化剂，所述空心玻璃微珠为密度0.2-0.6g/cm3、耐压强度10-100mpa的空心玻璃微球，所述偶联剂为硅烷类偶联剂。

7.根据权利要求1所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述增韧剂为端羧酸丁腈橡胶(ctbn)。

8.根据权利要求1所述的一种轻质耐高温老化三相浮力材料，其特征在于，所述三相浮力材料的密度为0.3-0.5g/cm3，强度为10-20mpa，在温度≥80℃的高温海水条件下使用30天的强度保留率≥95％，吸水率≤1％，在温度≥80℃的高温海水条件下使用60天的强度保留率≥90％，吸水率≤2％。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的轻质耐高温老化三相浮力材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

技术总结
本发明提供了一种轻质耐高温老化三相浮力材料及其制备方法，包括以下质量份数的成分：环氧树脂60‑100份，酚醛树脂10‑50份，稀释剂10‑30份，固化剂10‑40份，空心玻璃微珠10‑100份，厘米级轻质复合空心球10‑70份，增韧剂1‑5份，偶联剂1‑5份，所述厘米级轻质复合空心球的外层为酚醛树脂复合层；本发明所制得的轻质耐高温老化三相浮力材料，在满足轻质低密度需求的同时，还具有良好的长期稳定性、耐高温老化性，能够满足在海水中高温条件下长期使用的需求。

技术研发人员：白师豪,李果,郑志毅,刘文慧,马志超,苏孟兴
受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23