浮力材料研究现状

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1、深海浮力材料研究现状1.概述随着各国经济的飞速发展和世界人口的不断增加，人类消耗的自然资源越来越多，陆地及近海资源正日益减少。与此同时，人们把更多的目光转向了海洋尤其是深海。在世界各个大洋4000—6000m深的海底深处，广泛分布着含有锰、铜、钴、镍、铁等70多种元素的大洋多金属结核，还有富钴结壳资源、热液硫化物资源、天然气水合物和深海生物基因资源等丰富的资源，具有很好的科研与商业应用前景。最为现实的是深海石油资源，海底石油和天然气储量约占世界总量的45％。为了开发深海这个人类生存的最后的资源宝库，深海勘探开发已成为21世纪世界海洋科技发展的重要前

2、沿和关注的重点。我国地处亚洲大陆，面临太平洋。在长达1．8万公里海岸线外有五千多个岛屿和一个世界最大的陆棚地带(约450万平方公里，相当于我国面积的二分之一，浩瀚的海洋，尤其是深海，正越来越受到我国海洋科技人员的关注。我国“十一五”大洋工作的主要目标就是以寻求和占有战略资源为核心，大力发展深海技术，持续开展深海勘查，适时建立深海产业，增强我国发现、圈定和开发深海资源的国际竞争力。深海海洋开发离不开深海装备，对于深海装备来讲，最重要的通用性材料有两类，一是耐压性好的结构材料，一是深潜器上大量使用的作为浮力补偿用的浮力材料。浮力材料实际使用时需长期浸泡

3、在水中，要求其耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。尤其是在海洋中每增加100m深度，物体受到的压强就将增加约10个大气压，即1MPa。因此，深海中使用的浮力材料要求既具有极高的强度又要有很低的密度。近年来世界上许多国家都对深海浮力材料开展了广泛的研究工作。已研制出一些深海装备上使用的浮力材料，这些高强度的浮力材料已在民用、商业及军事领域广泛应用，如在水中设备的配重，漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标、海底埋缆机械及声多卜勒流速剖面仪(AD—CP)平台、零浮力拖体和无人遥控潜水器(ROV)等上使用。使用条件不同，对其性能要求也不一样。随着海洋技术的发展，深海

4、资源探测开发的需求，高强轻质浮力材料的应用前景极为广阔。112.浮力材料的性能要求根据设备的性能及使用条件，浮力材料必须满足如下要求：(1)能承受所要求的静水压力(每潜深100m，水压增加1MPa)，不会在规定的使用深度以内造成破坏。(2)浮力材料的密度尽可能的小，使其单位体积提供尽可能大的浮力，从而提高设备的工作性能。(3)低的吸水率和体积弹性模量，使它在较大的水压下能提供稳定的浮力，保证安全可靠的工作。浮力材料的密度与抗压强度指标是相对立的，是矛盾的统一体。凡是密度小的材料，其抗压强度一般都低；而强度高的材料，其密度又较大。如何把这对矛盾统一到

5、一个新的水平上是研究制造浮力材料的关键。总之，深海装备使用的固体浮力材料应具有耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击的特性。对于在不同深度使用的固体浮力材料的强度要求不同，水深增加，浮力材料的强度相应增加，密度随之增大，但浮力系数减小。此外，深海装备上使用的高强度浮力材料还应具有吸水率低、吸水平衡的时间短等特点。3.浮力材料用主要原材料及其制备工艺3.1浮力材料用主要原材料制备浮力材料的原材料有环氧树脂配方体系和空心玻璃微珠。3.1.1环氧树脂环氧树脂在浮力材料中不仅起粘接、支撑玻璃微珠的作用，而且也决定了浮力材料的电性能、热性能和化学稳定性。其主要有以下特性

6、：(1)粘结强度高，粘结面广环氧树脂的结构中具有羟基、醚键和活性极大的环氧基，它们使环氧树脂的分子和相邻界面产生电磁吸附或化学键，尤其是环氧基又能在固化剂作用下发生交联聚合反应生成三维网状结构的大分子，分子本身有一定的内聚力。因此环氧树脂与绝大多数的金属和非金属都具有良好的粘接性，它与许多非金属材料(玻璃、陶瓷等)的粘接强度往往超过材料本身的强度。因此，它是一种较理想的复合材料基体。11(2)收缩率低环氧树脂的固化主要是依靠环氧基的丌环加成聚合，因此固化过程中不产生低分子物质；环氧树脂本身具有仲羟基，再加上环氧基固化时派生的部分残留羟基，它们的氢键

7、缔合作用使分子排列紧密，因此环氧树脂的固化收缩率是热固性树脂中最低的品种之一，一般为1％～2％，如果选用适当的填料可使收缩率降至O．2％左右。(3)稳定性好固化后的环氧树脂主链是醚键和苯环，三维交联结构致密又封闭，因此它既耐酸又耐碱，耐腐蚀性能优于酚醛树脂和聚酯树脂。在20～40。C的海水中使用24个月，材料不受破坏。(4)优良的电绝缘性固化后的环氧树脂吸水率低，不再具有活性基团和游离的离子，因此具有优异的电绝缘性。(5)机械强度高固化后的环氧树脂具有很强的内聚力，而分子结构致密，所以它的机械强度相对高于酚醛树脂和聚酯树脂。(6)良好的加工性能环氧

8、树脂配方的灵活性、加工工艺和制品性能的多样性是高分子材料中罕见的。由于环氧树脂具有优良的特性，因此在各个领域内都被广泛应用