表面积比对固体浮力材料吸水率的影响

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20231028.005

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (10): 32-36.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20231028.005

表面积比对固体浮力材料吸水率的影响

林守强¹, 杨转^1*, 刘刚², 黄辉², 陈妙谋¹, 黄鑫¹, 陈大江³, 郝静¹

1.中海油深圳海洋工程技术服务有限公司,深圳518000;
2.台州中浮新材料科技股份有限公司,临海317005;
3.中海油有限湛江分公司,湛江524000

收稿日期:2023-05-31 出版日期:2023-10-28 发布日期:2023-12-13
通讯作者: 杨转(1991—),女,工程师,硕士,主要从事海洋工程结构方面的工作,yangzhuan@cooec.com.cn。
作者简介:林守强(1971—),男,高级工程师,学士,主要从事水下生产系统安装、维修、拆除方面的工作。
基金资助:
中海油“三新三化”项目(JTKY-SXSH-2021-GC-01)

The effects of surface area to volume ratio on the water absorption rate of solid buoyancy materials

LIN Shouqiang¹, YANG Zhuan^1*, LIU Gang², HUANG Hui², CHEN Miaomou¹, HUANG Xin¹, Chen Dajiang³, HAO Jing¹

1. CNOOC Offshore Engineering Solutions Co., Ltd., Shenzhen 518000, China;
2. Taizhou CBM-Future New Materials Science & Technology Co., Ltd., Linhai 317005, China;
3. China National Offshore Oil Corporation Zhanjiang Branch, Zhanjiang 524000, China

Received:2023-05-31 Online:2023-10-28 Published:2023-12-13

摘要/Abstract

摘要： 不同形状和尺寸的固体浮力材料在相同水压环境下的吸水率不同,其表面积与体积的比值,即表面积比,是影响吸水率的主要因素之一。为研究固体浮力材料表面积比与其吸水率的关系,对不同表面积比的固体浮力材料试样在10 MPa和20 MPa水压环境下进行了累计30 d的水压试验,得到了累计吸水率随表面积比增加而增加的对应趋势。基于菲克定律,推导了水在浮力材料内部扩散的动力学方程,得到了吸水率与组合参数公式的线性关系,并通过与试验数据对比进行了验证。结果表明在相同水压环境和保压时间下,固体浮力材料的吸水率与其表面积比成正比。该结论对工程设计和分析具有指导意义。

关键词: 固体浮力材料, 吸水率, 表面积比, 水压, 复合材料

Abstract: The water absorption rate of solid buoyancy materials under a certain hydrostatic pressure varies with their sizes and shapes. The surface area to volume ratio is one of the major factors that affect the water absorption rate. In order to study this relationship, solid buoyancy material samples of various area to volume ratios were prepared and tested under hydrostatic pressures of 10 MPa and 20 MPa for up to 30 days. The cumulative water absorption rates of the samples are found to increase with the area to volume ratio. A kinetics formula describing the propagation of water in solid buoyancy materials is developed based on Fick’s Law. A linear relationship between the wa-ter absorption rate and a composite parameter (S/V)t has been derived and verified by comparing with the meas-ured data. The findings indicate that the water absorption rate of solid buoyancy materials is proportional to its area to volume ratio under the same hydrostatic pressure and for the same period of time, which offers a meaningful guidance to the engineering design and analysis of such materials.

Key words: solid buoyancy materials, water absorption rate, surface area to volume ratio, hydrostatic pressure, composites

中图分类号:

TB332

林守强, 杨转, 刘刚, 黄辉, 陈妙谋, 黄鑫, 陈大江, 郝静. 表面积比对固体浮力材料吸水率的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 32-36.

LIN Shouqiang, YANG Zhuan, LIU Gang, HUANG Hui, CHEN Miaomou, HUANG Xin, Chen Dajiang, HAO Jing. The effects of surface area to volume ratio on the water absorption rate of solid buoyancy materials[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(10): 32-36.

参考文献

[1] 高昂, 胡明皓, 王勇智, 等. 深海高强浮力材料的研究现状[J]. 材料导报, 2016, 30(S2): 80-83, 91.
[2] 陈晨阳. 固体浮力材料吸水性研究[D]. 北京: 机械科学研究总院, 2018.
[3] 李仙会, 张兆峰, 柯贤朝, 等. 深水固体浮力材料的性能[J]. 工程塑料应用, 2019, 47(4): 19-23.
[4] 何成贵, 张培志, 郭方全, 等. 全海深浮力材料发展综述[J]. 机械工程材料, 2017, 41(9): 14-18.
[5] 屈少鹏, 尹衍升. 深海极端环境服役材料的研究现状与研发趋势[J]. 材料科学与工艺, 2019, 27(1): 1-8.
[6] 高新华, 刘伟, 王鹏, 等. 深海环境下环氧树脂吸水机理研究[J]. 中国涂料, 2013, 28(11): 25-29.
[7] 曹成昊, 郭安然, 刘家臣, 等. 复合树脂/空心微珠耐高温浮力材料的制备及性能[J]. 材料导报, 2021, 35(2): 2185-2190.
[8] 曹成昊. 有机耐高温固体浮力材料的制备及其性能研究[D]. 天津: 天津大学, 2020.
[9] 龙宇飞, 王鹏, 李瑞, 等. 硅烷偶联剂改性空心玻璃微珠/环氧树脂固体浮力材料的制备及性能研究[J]. 全面腐蚀控制, 2016, 30(10): 17-22.
[10] 马志超, 郑劲东, 徐姗姗, 等. 空心玻璃微珠对固体浮力材料性能的影响[J]. 材料开发与应用, 2020, 35(3): 62-66.
[11] 王鹏. 空心玻璃微珠表面改性对固体浮力材料性能影响研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2016.
[12] GIMENEZ N, SAUVANT-MOYNOT V, SAUTEREAU H. Wet ageing of syntactic foams under high pressure/high temperature in deionized water[C]//ASME 2005 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. Halkidiki, Greece: Ocean, Offshore and Arctic Engineering Division, 2005: 205-210.
[13] CHOQUEUSE D, DAVIES P, PERREUX D, et al. Mechanical behavior of syntactic foams for deep sea thermally insulated pipeline[J]. Applied Mechanics and Materials, 2010, 24: 97-102.
[14] BRINI A, PRADEL F, BENHAMIDA A, et al. Ageing damage of immersed syntactic foams under coupled effects of pressure and aqueous corrosion[C]//Proceedings of the 2003 International Conference on Composite Materials. San Diego, USA: 2003: 1211-1220.
[15] CRANK J, PARK G S. Diffusion in polymers[M]. London: Academic Press, 1968.
[16] ZOUARI R, BENHAMIDA A, DUMONTET H. A micromechanical iterative approach for the behavior of polydispersed composites[J]. International Journal of Solids and Structures, 2008, 45(11-12): 3139-3152.

表面积比对固体浮力材料吸水率的影响

The effects of surface area to volume ratio on the water absorption rate of solid buoyancy materials

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王孟, 刘程, 张玉, 贾航, 乔越, 蹇锡高. 成型温度对CF/PPEK复合材料的缺陷和力学性能影响[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 5-12.
[2]	史洪源, 任文坚, 党杰, 周鹏. 玻璃纤维增强复合材料超声检测声场的CIVA仿真与试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 20-24.
[3]	杨思鑫, 曹忠亮, 顾付伟. 双三角点阵夹芯结构低速冲击下的动态响应与失效机制[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 25-34.
[4]	张斌, 赵晶, 王世杰. Kagome点阵结构参数对其压缩特性的影响及轻质化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 35-42.
[5]	王宇轩, 曹东风, 胡海晓, 李书欣. 计及层内和层间的L形层合板失效的数值研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 43-53.
[6]	耿健, 董九志, 梅宝龙, 蒋秀明. 三维四向碳/碳复合材料力学性能预测与试验验证[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 54-60.
[7]	高坤, 张兆恒, 邢亚娟, 左小彪, 王博尧, 赵泽华. 含磷POSS阻燃乙烯基酯树脂性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 61-64.
[8]	郑子君, 乔英, 邵家儒. 基于机器视觉的短纤维复合材料的取向度提取方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 65-72.
[9]	许晓婷, 郝恩全, 邵慧奇, 邵光伟, 毕思伊, 陈南梁, 蒋金华. 三维大隔距机织间隔织物柔性复合材料的服役性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 73-78.
[10]	苏桐, 胡果馨, 刘振. 全碳纤维复合材料太阳能无人机机翼结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 79-83.
[11]	伍强, 赵凯, 刘鹏飞, 张涛涛, 朱德勇. Z形纤维增强复合材料层压板固化变形分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 84-90.
[12]	宋贵宾, 黄光启, 杨胜春. 复合材料层压板胶接挖补修理分析方法及影响因素研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 91-96.
[13]	王耀, 邵丹丹, 雷炳育. 共沉淀析出-热压技术制备高储能性能复合材料薄膜[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 97-102.
[14]	张仲香, 刘宝锋, 方晨鑫, 陈文光, 顾育慧, 李军向. 沙戈荒环境下风电叶片中复合材料耐高温性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 103-107.
[15]	邓忠, 支亚非, 程家林, 杨文. 太阳能无人机机翼复合材料主梁铺层优化[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 108-112.