空心玻璃微珠表面改性對固體浮力材料性能影響研究.pdf

1、隨著科技的進步和社會的發(fā)展，陸地資源的儲備已不能滿足人類的需求，人們將目光瞄向資源儲量豐富的深海中。深海資源的勘探與開發(fā)離不開深海裝備，而作為浮力補償用的固體浮力材料是最重要的通用材料之一。浮力材料的低密度、高強度和低吸水率是目前深海技術(shù)面臨解決的關(guān)鍵問題。影響材料性能的主要因素除了環(huán)氧樹脂和空心玻璃微珠的本身原因外，還有它們之間的界面問題。對于環(huán)氧樹脂基體和空心玻璃微珠的研究已經(jīng)比較全面，本論文主要針對樹脂與玻璃微珠的界面問題展開研究

2、，即研究空心玻璃微珠的表面改性。
　　本論文主要采用硅烷偶聯(lián)劑處理和聚合物接枝兩種空心玻璃微珠的表面改性方法，并通過傅立葉變換紅外光譜（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜（EDS）、熱失重（TGA）表征改性玻璃微珠表面修飾基團、形貌及元素含量等。而后用改性微珠填充環(huán)氧樹脂制備浮力材料，對浮力材料的吸水率、壓縮強度、拉伸強度和彎曲強度進行測試，探討不同改性空心玻璃微珠對固體浮力材料性能的影響。
　　在針對不同端基的硅烷

3、偶聯(lián)劑 KH550、KH560、KH570、KH591的研究中發(fā)現(xiàn)，端基為巰基的KH591的改性效果最好，其改性微珠填充制備的浮力材料的吸水率僅有0.35％，低于純環(huán)氧樹脂的平衡吸水率。同時壓縮強度為62.15 MPa，相比未改性的浮力材料提升了47.6%，拉伸強度為40.15 MPa，提升了近60%，彎曲強度為53.17 MPa，提升了40%。在針對不同主鏈結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑KH553、KH593、KH602、KH792的研究中發(fā)現(xiàn)，主

4、鏈上沒有側(cè)基，無機端是硅醇鍵的KH553的改性效果最好，其改性微珠制備的浮力材料的平衡吸水率同樣低于純樹脂的平衡吸水率，其壓縮強度高達64.15 MPa，拉伸強度為35.47 MPa，彎曲強度為51.99 MPa，KH553同樣具有較為優(yōu)異的改性效果。通過研究硅烷偶聯(lián)劑KH560和KH553的用量對于浮力材料的性能發(fā)現(xiàn)，效果最好的KH560用量為4%，其接枝率為1.41%，制備的浮力材料的平衡吸水率為0.4%，較未改性材料的吸水率降低5

5、0%，壓縮強度為58.90 MPa，相比提高50%，拉伸強度為37.74 MPa，相比提高13%，彎曲強度為54.85 MPa，相比提高67%；不同KH553的用量，也存在不同的影響，通過對制備浮力材料吸水率和力學(xué)性能的測試發(fā)現(xiàn)，在KH553的用量為6%和12%時，其改性效果最好，即當(dāng) KH553在空心玻璃微珠表面的接枝率約為3.2%時，改性效果最好。
　　聚合物接枝的改性方法，通過改變中間反應(yīng)物異氰酸酯的種類和數(shù)量，研究其改性的

6、效果。結(jié)果表明，經(jīng)過異氰酸酯進一步接枝胺類固化劑的玻璃微珠改性效果，比僅使用KH550改性玻璃微珠的效果要好；同時發(fā)現(xiàn)，芳香族的異氰酸酯的改性效果比脂肪族的好，其中含有兩個苯環(huán)的MDI的吸水率及力學(xué)強度更優(yōu)異，其改性后玻璃微珠制備的浮力材料的平衡吸水率為0.41%，壓縮強度為64.98 MPa，拉伸強度為37.78 MPa，彎曲強度為46.53 MPa。對MDI的用量的研究發(fā)現(xiàn)，20%是MDI作為聚合物接枝改性方法中間反應(yīng)物的最佳用量。