真空振动法制备固体浮力材料工艺与性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20230528.008

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (5): 53-58.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230528.008

真空振动法制备固体浮力材料工艺与性能研究

冀幼平¹, 张作朝², 杨文涛³

1.中铁国际集团有限公司,北京 100039;
2.北京玻钢院复合材料有限公司,北京 102101;
3.京津冀国家技术创新中心,北京 100094

收稿日期:2022-05-05 出版日期:2023-05-28 发布日期:2023-08-22
作者简介:冀幼平(1979—),硕士研究生,主要从事国际工程管理相关工作,jiyouping@crecgi.com。
基金资助:
北京玻钢院复合材料有限公司青年科技创新基金项目(1432)

Study on preparation and properties of solid buoyancy materials by vacuum vibration casting

JI Youping¹, ZHANG Zuochao², YANG Wentao³

1. China Railway International Group Co., Ltd., Beijing 100039, China;
2. Beijing Composite Materials Co., Ltd., Beijing 102101, China;
3. Jingjinji National Center of Technology Innovation, Beijing 100094, China

Received:2022-05-05 Online:2023-05-28 Published:2023-08-22

摘要/Abstract

摘要： 开发了一种真空振动法制备固体浮力材料的工艺方案,制备了以环氧树脂为基体,两种空心玻璃微珠混配为轻质填料的固体浮力材料,研究了在一定振动频率下,振动时间对空心玻璃微珠/环氧树脂物料凝胶温度的影响,以及对固体浮力材料气泡缺陷、密度、吸水率和力学性能的影响,确定了最优工艺参数。结果表明:振动时间是影响固体浮力材料品质和性能的重要因素,振动时间过长,物料中心温度升高快,出现爆聚现象;振动时间短,物料混合不均匀,出现孔隙多、密度分布不均匀等问题;试验确定了最优化的振动时间为90 min,在此条件下制备的固体浮力材料具有密度低(0.51 g/cm³)、吸水率低(0.37%)、力学性能优异(压缩强度为31.6 MPa,冲击强度为5.29 kJ/m²)和分布均匀等特性。该工艺方法适用于大尺寸固体浮力材料的制备,能够满足水下1 000 m内海洋设备及水上平台等基础建设对固体浮力材料的要求。

关键词: 固体浮力材料, 真空振动浇注, 环氧树脂/胺类固化剂, 空心玻璃微珠, 振动时间, 复合材料

Abstract: A novel process by combination of vacuum and vibration was developed for the preparation of solid buoyancy materials (SBM). Epoxy resin is used as the matrix and two kinds of hollow glass microspheres with different sizes were mixed as the lightweight fillers. The influence of the vibration time on the curing temperature of the hollow glass microspheres/epoxy system, as well as on the bubble defects, density, water absorption and mechanical properties of SBM were studied at a certain vibration frequency. The results show that the vibration time is an important factor affecting the quality and performances of the SBM. If the vibration time is too long, the center temperature of the hollow glass microspheres/epoxy system increases too fast, and the accumulation of curing and vibration heat leads to the resin exploding. If the vibration time is too short, the hollow glass microspheres/epoxy system will not uniformly mixed, leading to the unevenly distributed density of SBM, and the resultant SBM will have to many pores defect. The optimal vibration time is 90 min, the SBM sample prepared under this condition has a low density (0.51 g/cm³), low water absorption rate (0.37wt%), and excellent mechanical properties (e.g. the compressive strength of 31.6 MPa and the impact strength of 5.29 kJ/m²) as well as a uniform distribution. This newly developed process is suitable for the preparation of large-sized SBMs, and it can meet the requirements for the application of SBMs for the infrastructure construction of both marine equipment and offshore platforms within 1 000 meters of water.

Key words: solid buoyant material, vacuum vibration casting, epoxy/amine curing agents, hollow glass beads, vibration time, composites

中图分类号:

TB332

冀幼平, 张作朝, 杨文涛. 真空振动法制备固体浮力材料工艺与性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 53-58.

JI Youping, ZHANG Zuochao, YANG Wentao. Study on preparation and properties of solid buoyancy materials by vacuum vibration casting[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(5): 53-58.

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Study on preparation and properties of solid buoyancy materials by vacuum vibration casting

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