随着陆上以及浅海油气资源的日趋枯竭,海洋油气开采范围的日益扩大,深海油气开发已经成为石油工业的热点和前沿。海洋石油输送存在原油成分复杂(包括浓缩烃气、石蜡液体和水等高温混合物),海水温度低,输送距离长等特点,在海洋石油输送过程中,管道内输送的原油由于温度降低,原油会结蜡或析出冰状的水合物,并沉淀凝结在管壁上,使原油流动性变差,造成输油管道堵塞,直至产生生产事故。因此,海洋输油管道需采用保温处理,传统的管道保温材料,难以满足深海采油输送保温的要求,开发研制适用于深海环境的轻质、耐水等静压、隔热的新型隔热材料成为材料界研究的热点。本文以环氧树脂E-51为基体,甲基四氢苯酐/咪唑为固化剂,空心玻璃微珠为填料,KH550为界面偶联剂,采用热压工艺设计制备出不同玻璃微珠填充量、不同玻璃微珠粒径的16组树脂基轻质隔热复合材料,系统分析了玻璃微珠填充量、玻璃微珠粒径对树脂基轻质隔热复合材料密度、压缩强度、弯曲强度及隔热性能的影响规律,揭示了树脂基轻质隔热复合材料的压缩、弯曲和隔热机理。基于传统材料热传导理论模型,结合树脂基轻质隔热复合材料的结构和材料体系特征,建立了树脂基轻质隔热复合材料隔热性能理论分析模型,基于有限元理论建立了树脂基轻质隔热复合材料隔热性能数值分析模型,计算了树脂基轻质隔热复合材料的导热率并与热导率实验值进行了对比分析。基于树脂基轻质隔热复合材料隔热性能的理论分析和实验研究结果,开展了树脂基轻质隔热复合材料在海洋深水输油管道应用研究,建立了树脂基轻质隔热复合材料在海洋深水输油管道应用的隔热性能设计方法。通过系统的研究,建立了玻璃微珠填充量和玻璃微珠粒径对树脂基轻质隔热复合材料密度、压缩强度、弯曲强度及隔热性能的影响规律。揭示了树脂基轻质隔热复合材料的压缩、弯曲和隔热机理。研究表明,树脂基轻质隔热复合材料的密度、压缩强度、弯曲强度以及热导率均随玻璃微珠填量和粒径的增加而降低,制备的树脂基轻质隔热复合材料密度最低达0.591g/cm~3,对应的比压缩强度为49.25kPa·m~3/kg,弯曲强度为22.34MPa;当环氧树脂体系中填充粒径为55μm玻璃微珠,玻璃微珠填充量为50%的树脂基轻质隔热复合材料样品的导热率最低,达0.121W/(m·K)。基于传统材料热传导理论,建立出适用于树脂基轻质隔热复合材料隔热性能预报的三相热导率理论分析模型,并对树脂基轻质隔热复合材料的热导率进行预报,结果与实验测得的热导率吻合较好,最小误差为0.1%,最大误差也<10%,可以用于预报轻质隔热复合材料的隔热性能,为解决工程实际实际应用问题提供了重要的理论模型。基于ANSYS软件,建立了树脂基轻质隔热复合材料的隔热性能分析的物理模型,计算了玻璃微珠填量和粒径变化对树脂基轻质隔热复合材料的导热率并与热导率实验值进行了对比分析。研究发现,玻璃微珠附近的温度变化较基体树脂的温度变化小;在玻璃微珠填充体积分数不同的的情况下,数值模拟的结果与实验测试得到的结果十分的接近,平均误差小于3%;玻璃微珠粒径对轻质隔热复合材料隔热性能影响研究也与实验研究结果较吻合,特别是当玻璃微珠的粒径为30μm、40μm、50μm时误差均小于10%。将推导的树脂基轻质隔热复合材料隔热性能分析模型与基于有限元建立的复合材料隔热性能分析模型结合,用于海洋输油管线隔热性能设计和隔热性能预报。根据输油管线进出口油温、海水温度、输送距离、管道直径等约束条件,利用模型可设计管道保温层厚度、保温层玻璃微珠填充量和粒径等,为海洋输油管线隔热性能设计提供了有效设计方法。