史利利，李 瑞，胡永玲

（1.黑龍江省科學院 石油化學研究院，黑龍江 哈爾濱150040；2.哈爾濱工程大學，黑龍江 哈爾濱 150001；3.黑龍江省科學院 高技術研究院，黑龍江 哈爾濱150020）

前 言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，海洋科技水平的不斷提高，人類已經進入了利用深海的新時代，對深海資源的開發(fā)與探索活動主要依靠深潛器、水下機器人等深潛海洋勘探工具[1，2]。固體浮力材料的研究已經成為發(fā)展現代深潛技術的重要組成部分，對增大深潛器載荷、提高水下運動性能及安全應用方面具有至關重要的意義[3～6]。

目前固體浮力材料主要是由低密度填充劑填充到熱固性樹脂中，空心玻璃微珠是最常用的填充劑，由于環(huán)氧樹脂具有良好的粘結強度和耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性強、吸水率低，因此被首選用來做固體浮力材料的基體?？招牟Ａ⒅?環(huán)氧樹脂基固體浮力材料已成為眾多學者的研究熱點[7～13]，主要研究方向如下：一、提高抗壓強度，以保證設備能夠在深海安全運行；二、降低吸水率，以確保材料強度、穩(wěn)定性和使用壽命；三、降低材料密度，這關系到材料單位體積提供浮力的大小，密度越小，浮力越大。本文主要從以上三個方面，對固體浮力材料的國內研究進展進行綜述。

1 提高壓縮強度

在固體浮力材料力學性能中，壓縮強度是最重要的指標之一，材料的使用范圍決定于壓縮強度的高低。一般情況下，空心玻璃微珠的強度要高于環(huán)氧樹脂，在一定填充范圍內及兩相粘結狀態(tài)良好的前提下，固體浮力材料的強度與空心玻璃微珠的填充量成正比。

陳晨陽[14]在環(huán)氧樹脂E-54/DDM體系和E-54/MeTHPA 體系中分別加入了質量分數為60%和70%的空心玻璃微珠，制備的固體浮力材料密度分別為0.61g/cm3和0.57g/cm3，單軸壓縮強度最高達到76.7MPa 和51.0MPa，通過比較發(fā)現E-54/MeTHPA體系的壓縮強度更高。

劉志等[15]采用真空法制備了低密度、高強度的空心玻璃微珠/環(huán)氧樹脂浮力材料，通過測試，浮力材料密度為（0.58±0.02）g/cm3，66MPa，24h 全方位靜水壓下的吸水率小于0.4%，平均壓縮強度大于69.93MPa。

熊利等[16]選用改性環(huán)氧樹脂作為基質原料，以自制改性固化劑調制成膠液，添加25μm 和50μm混合空心玻璃微珠，采用真空灌注的方法制備了深海用固體浮力材料。制得的材料密度為0.58g/cm3，50MPa 和60MPa 的靜水壓力測試，吸水率均低于0.5%。測得壓縮強度55MPa，壓縮模量1800MPa，拉伸強度25MPa，體積模量2500MPa，熱變形溫度110℃，耐海水30d 增重小于0.5%，靜浮力大于50%。

劉艷等[17]以環(huán)氧樹脂E-44 為基體材料，以改性593 為固化劑，填充大量空心玻璃微珠制備固體浮力材料，實驗結果表明空心玻璃微珠被偶聯劑KH-560 進行表面改性處理后，空心玻璃微珠與基體環(huán)氧樹脂的界面粘結效果被有效改善，在相同空心玻璃微珠填充量時可以有效提高材料的抗壓強度。

2 降低吸水率

影響固體浮力材料吸水率的主要因素有環(huán)氧樹脂的結構、固化工藝及固化程度、空心玻璃微珠及其他填充物的填充量等。

李仙會等[18]以雙酚A型環(huán)氧樹脂、粉末狀DDM、新戊二醇二縮水甘油醚、硅烷偶聯劑KH-550 和空心玻璃微珠為原料，通過將偶聯劑直接加入到環(huán)氧樹脂中再填加空氣玻璃微珠的方法制得兩種固體浮力材料密度為0.625g/cm3和0.542g/cm3，在70MPa和45MPa 靜水壓下的吸收率僅為0.31%。

劉偉[19]研究了在靜水壓下環(huán)氧樹脂不同固化體系的吸水行為，在確定了較好綜合性能的固化體系后，在環(huán)氧樹脂中添加了空心玻璃微珠，制備了高強度、低吸水率、密度范圍為0.55～0.80g/cm3的深潛用固體浮力材料。研究結果表明雙酚A 的環(huán)氧值越低吸水率越高，主鏈和側鏈的柔順性有利于樹脂吸水，同時不含酯基基團的環(huán)氧樹脂吸水率較低。

裴雷振等[20]采用超聲分散和模具澆筑成型法制備環(huán)氧樹脂/多壁碳納米管/空心玻璃微珠固體浮力材料，研究結果表明碳納米管用量為0.1%時，復合材料的壓縮強度最高為44.03MPa，比未添加碳納米管的固體浮力材料提高了12.8%，但是隨著碳納米管用量的增加，固體浮力材料的吸水率提高明顯，結果表明，若要降低固體浮力材料吸水率，要避免因添加填料而引起固體浮力材料內部空隙增多。

3 降低密度

由于空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂基體相比密度低的多，因此為了降低固體浮力材料的密度，通常采用篩選指定一種或幾種粒徑的空心玻璃微珠進行填充或對空心玻璃微珠進行改性后再進行填充。

姜濤等[21]通過滾球法制備了空心玻璃微珠增強環(huán)氧樹脂空心球，并將其作為輕質填料與環(huán)氧樹脂復合，然后再通過模壓法制備了三相復合浮力材料，發(fā)現當空心玻璃微珠增強環(huán)氧樹脂空心球的密度為0.125g/cm3且質量分數為60%時，復合浮力材料的密度為0.387g/cm3，適合于930m 海域中工作。

趙忠賢等[22]制備了二氧化硅氣凝膠超細粉體強化的厘米級輕質環(huán)氧樹脂空心球（SAR-EHS），利用真空攪拌- 模壓成型法將SAR-EHS、空心玻璃微珠和環(huán)氧樹脂復合制備了低密度的浮力材料，研究結果表明SAR-EHS 和空心玻璃微珠能夠在環(huán)氧樹脂中混合使用，并使得基體與微球結合更加緊密，極大地減小了浮力材料密度，制得的材料密度≤0.40 g/cm3，適用于深度為 700～1500m 海域內的較大載荷作業(yè)。

汪杰等[23]先通過十溴二苯醚與三氧化二銻協調使用制備阻燃環(huán)氧樹脂，然后將粒徑為2～30μm和60～120μm 的空心玻璃微珠按照一定的體積比進行均勻混合，使用兩種固化劑復配制備了阻燃固體浮力材料，不僅降低了密度又增加了空心玻璃微珠的填料量，而且氧指數高達27%～29%，屬于難燃材料具備阻燃特性。

4 結 語

隨著研究的深入，固體浮力材料除了要滿足強度高、密度小、吸水率低等要求，不少領域對其韌性、隔熱隔聲、阻燃、對環(huán)境無污染等性能也提出了要求，這些性能的研究將會成為研究趨勢。此外，面對空心玻璃微珠成本較高，為了降低固體浮力材料生產成本，尋找其替代填料也將成為研究重點。