论文部分内容阅读
固体浮力材料是现代深潜技术的重要组成部分之一。随着海洋开发科学的兴起,潜水深度的增加以及使用环境的恶化,对固体浮力材料的密度、耐水、耐压以及耐海水腐蚀等性能提出了更高的要求。因此,对固体浮力材料的研究和开发具有重要意义。本文采用空心玻璃微球填充环氧树脂制备了轻质、高强、耐水的固体浮力材料。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、压缩试验、吸水率测试、耐海水腐蚀测试等实验方法和检测手段,系统地研究了环氧树脂、固化剂以及端环氧基硅氧烷改性对基体树脂固化物力学性能和耐水性能的影响,探讨了空心玻璃微球的粒径、填充量以及表面活化处理对固体浮力材料密度、空气泡含量、力学性能以及耐水性能的影响,同时还分析了固体浮力材料的断裂形态及破坏机理。研究结果表明：①空心玻璃微球的表面活化处理改善了空心玻璃微球与环氧树脂间的相容性和界面结合力,有效地改善了固体浮力材料的力学性能,耐水性能和耐海水性能。在空心玻璃微球填充量较大的情况下,固体浮力材料的力学性能和耐水性能改善效果明显。当微球S38填充量为60%时,固体浮力材料的压缩强度为114.7MPa,吸水率为1.36%,较未改性微球填充制备的固体浮力材料压缩强度提高了6.1%,吸水率降低了73.8%。②固体浮力材料的密度随空心玻璃微球填充量的增加而下降,填充量越大,空气泡含量越高,与理论值差值越大。当S38填充量为10%-60%时,材料的密度从1.15g/cm3下降至0.68g/cm3。③对比不同粒径的微球填充制备的固体浮力材料,在相同填充量的前提下,粒径小的空心玻璃微球填充制备的固体浮力材料密度和力学性能均要高。填充量对固体浮力材料的影响规律随粒径的不同而有所不同。由大粒径的S38制备的固体浮力材料,当填充量为10%-30%时,固体浮力材料的压缩强度随着填充量的增加变化并不明显,当填充量大于30%时,随着填充量的增加,固体浮力材料的压缩强度,呈现下降趋势。而由小粒径S60HS制备的固体浮力材料中,随着填充量的增加,固体浮力材料的压缩强度呈现增加趋势,当填充量达到50%后,强度下降。④当空心玻璃微球填充量小于40%时,试样的破坏主要表现为基体树脂的剪切破坏。当填充量为50%时,试样的破坏表现为基体树脂的剪切破坏和空心玻璃微球压碎引起的坍塌破坏的综合破坏形式。当填充量大于50%时,试样的破坏表现为空心玻璃微球压碎引起的坍塌破坏。⑤纯环氧树脂固化物在蒸馏水中的吸水规律表现出典型的Fick扩散特征,对比基体树脂TDE-85、CYD-128和固化剂m-PDA、MeTHPA,由MeTHPA固化TDE-85的固化物耐水性最好。端环氧基硅氧烷预反应物有效地改善了材料的耐水性能,当材料中端环氧基硅氧烷预反应物添加量为8%时,材料的吸水率为0.62%,较未改性降低了74.38%。