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防护涂层对固体浮力材料耐静水压性能的影响

材料开发与应用 2024年第2期39卷 106-110页

作者：刘志王效军海洋化工研究院有限公司海洋涂料国家重点实验室山东青岛266071

潜器上的浮力材料在涂装防护涂层后,在海洋环境试验中经常会出现凹陷开裂等问题,因此对涂装不同种类涂层的浮力材料的耐全方位静水压性能进行了研究。结果表明:涂层种类对材料的影响较小;包覆涂层后,浮力材料的耐静水压性能下降,使用水... 详细信息

潜器上的浮力材料在涂装防护涂层后,在海洋环境试验中经常会出现凹陷开裂等问题,因此对涂装不同种类涂层的浮力材料的耐全方位静水压性能进行了研究。结果表明:涂层种类对材料的影响较小;包覆涂层后,浮力材料的耐静水压性能下降,使用水深变浅;提出了表面涂装防护涂层的固体浮力材料在静水压作用下的破坏机理。

关键词：固体浮力材料静水压涂层破坏机理

不同高径比固体浮力材料的单轴压缩变形机制和能量耗散特征

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材料研究学报 2018年第8期32卷 591-598页

作者：梅志远周晓松吴梵海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院北京100071

将试验测试与数值模拟相结合,研究了不同高径比固体浮力材料在单轴压缩载荷作用下的变形机制和能量耗散特征。先使用MTS-45型万能材料试验机对五种不同高径比固体浮力材料试件进行单轴压缩试验,分析其力学响应特征和破坏模式;然后基于... 详细信息

将试验测试与数值模拟相结合,研究了不同高径比固体浮力材料在单轴压缩载荷作用下的变形机制和能量耗散特征。先使用MTS-45型万能材料试验机对五种不同高径比固体浮力材料试件进行单轴压缩试验,分析其力学响应特征和破坏模式;然后基于单轴压缩试验结果并使用ABAQUS有限元软件建立反映固体浮力材料宏观力学性能的数值分析模型,对比分析了不同高径比固体浮力材料在单轴压缩载荷作用下的变形演变机制和能量耗散历程。结果表明:固体浮力材料核心承载应力圆的扩展是压缩过程进入塑性平台阶段的一个标志,塑性平台阶段的变形特征以压缩膨胀为主。进入致密压实阶段后,随着高径比的增大试件变形由对称式双凹圆盘变形特征转变为非对称式滑移变形特征。高径比越小的固体浮力材料试件其破坏吸收的能量增加越快、峰值应力后的破坏越呈现出塑性剪切破坏特征。高径比越大,越呈现出压缩断裂破坏特征。

关键词：复合材料固体浮力材料高径比变形机制能量耗散

AFG-90基固体浮力材料的固化动力学与性能研究

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北京理工大学学报 2018年第11期38卷 1205-1210页

作者：于丝竹李晓东邹美帅郭晓燕金信北京理工大学材料学院北京100081

为了确定N,N-二缩水甘油对氨基苯酚缩水甘油醚环氧树脂(AFG-90)/四氢邻苯二甲酸酐(THPA)的固化工艺,采用非等温DSC法研究了固化反应动力学,制备了添加空心玻璃微珠(HGM)的固体浮力材料.结果表明,mAFG-90∶mTHPA=1∶1为最佳配比;Kissinge... 详细信息

为了确定N,N-二缩水甘油对氨基苯酚缩水甘油醚环氧树脂(AFG-90)/四氢邻苯二甲酸酐(THPA)的固化工艺,采用非等温DSC法研究了固化反应动力学,制备了添加空心玻璃微珠(HGM)的固体浮力材料.结果表明,mAFG-90∶mTHPA=1∶1为最佳配比;Kissinger法计算的表观活化能E为67.72kJ·mol-1,指前因子lg A为8.20s-1;最概然机理函数为Avrami-Erofeev方程;固化工艺为100℃,1.0h,125℃,2.5h;添加HGM的固体浮力材料的密度为0.90g·cm-3,压缩强度为113MPa.

关键词：固体浮力材料环氧树脂差示扫描量热法固化动力学

空心玻璃微珠/环氧树脂固体浮力材料模压成型工艺及性能

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复合材料学报 2020年第10期37卷 2401-2408页

作者：吴少惠马荣锋吴平伟戴金辉中国海洋大学材料科学与工程学院青岛266100 泰山玻璃纤维有限公司泰安271000

借鉴陶瓷材料模压成型工艺提出了适用于环氧树脂基固体浮力材料制备的真空辅助模压成型自由固化方法,实现了固体浮力材料制备过程中成型与固化环节的分离,为高性能固体浮力材料的制备提供了新方法。以环氧树脂(E-4221)为基体,空心玻璃微... 详细信息

借鉴陶瓷材料模压成型工艺提出了适用于环氧树脂基固体浮力材料制备的真空辅助模压成型自由固化方法,实现了固体浮力材料制备过程中成型与固化环节的分离,为高性能固体浮力材料的制备提供了新方法。以环氧树脂(E-4221)为基体,空心玻璃微珠(Hollow glass microsphere,HGMS)做填充材料,采用模压成型自由固化方法制备高HGMS体积分数的HGMS/E-4221固体浮力材料,研究了HGMS体积分数、成型压力对HGMS/E-4221固体浮力材料密度、抗压强度、吸水率等性能的影响。结果表明,真空辅助模压成型自由固化方法适用于HGMS体积分数为65%~67%的HGMS/E-4221固体浮力材料制备,所获得的HGMS/E-4221固体浮力材料密度为0.621~0.655 g/cm^3,适用深度可达到8000~10000 m。

关键词：固体浮力材料环氧树脂空心玻璃微珠模压成型复合泡沫材料

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固体浮力材料及其性能研究现状

材料导报 2012年第17期26卷 66-69页

作者：李乐于良民李昌诚赵海洲于晶中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室青岛266100

概述了国内外固体浮力材料的研究进展,并针对我国研制的高强度空心玻璃微珠浮力材料密度偏大这一问题,重点介绍了空心玻璃微珠浮力材料的相关性能研究,分析了空心玻璃微珠和基体对浮力材料性能的影响,最后在此基础上展望了我国固体浮力... 详细信息

概述了国内外固体浮力材料的研究进展,并针对我国研制的高强度空心玻璃微珠浮力材料密度偏大这一问题,重点介绍了空心玻璃微珠浮力材料的相关性能研究,分析了空心玻璃微珠和基体对浮力材料性能的影响,最后在此基础上展望了我国固体浮力材料的发展方向。

关键词：固体浮力材料空心玻璃微珠复合泡沫材料性能

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固体浮力材料的力学性能研究

固体浮力材料的力学性能研究

作者：应枭大连理工大学

学位级别：硕士

固体浮力材料(SBM)是一种在海洋工程装备上广泛采用的结构材料,由于其具备较低的密度、优良的力学性能和低吸水率等优点,因此在海洋资源勘探等工程实践中发挥着不可或缺的作用。SBM使用环境特殊,在位运行工况复杂,因此研究其力学性能无... 详细信息

固体浮力材料(SBM)是一种在海洋工程装备上广泛采用的结构材料,由于其具备较低的密度、优良的力学性能和低吸水率等优点,因此在海洋资源勘探等工程实践中发挥着不可或缺的作用。SBM使用环境特殊,在位运行工况复杂,因此研究其力学性能无论在理论分析还是在工程应用上都具有很大的意义。本文以玻璃微珠/环氧树脂为研究对象,用实验测试和理论计算方法分析空心玻璃微珠(HGM)含量对SBM力学性能的影响;基于细观力学方法,构建SBM代表体积单元模型,通过模拟计算,预测材料的弹性模量、泊松比和屈服应力,并采用内聚力模型对SBM损伤失效过程进行数值模拟。论文得出主要结论如下:(1)SBM的密度随着微珠含量的增加而降低。在HGM含量小于60vol%时,SBM的吸水率随着HGM含量增加而不断减小,但当HGM含量超过60vol%时,材料的吸水率显著增大,而且吸水速率随着时间的延长在降低。(2)随着HGM含量增加,SBM的拉伸强度和抗压强度呈现先增大后下降的趋势,当微珠含量为30vol%时,材料的拉伸强度达到最大值36.48 MPa,当微珠含量为50vol%时,材料的抗压强度达到最大值156.25 MPa。(3)数值模拟了微珠含量、壁厚和粒径分布对SBM力学性能的影响,仿真结果表明,随着HGM含量的增加,SBM的弹性模量和屈服应力不断增加,但泊松比逐渐降低。考虑微珠粒径对数正态分布代表体积单元模型预测的弹性模量比三维随机代表体积单元模型预测结果更为接近实验数据。(4)基于双线性内聚力模型的SBM损伤失效过程可以分为三个阶段:界面线弹性承载阶段、界面损伤初始阶段和界面损伤累积阶段。在界面线弹性承载阶段,微珠和基体有效连接,应力可以充分传递;在界面损伤初始阶段,微珠与基体之间开始发生脱粘,材料出现损伤;在界面损伤累积阶段,界面随位移增加逐步损伤软化,应力不能有效传递。

关键词：固体浮力材料力学性能细观力学内聚力模型数值模拟

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固体浮力材料的制备及性能研究

固体浮力材料的制备及性能研究

作者：黄炳坤大连理工大学

学位级别：硕士

本论文针对固体浮力材料的制备技术与性能进行研究,以环氧树脂E51为基体、空心玻璃微珠S38HS为填充材料、碳纳米管为增强体,制备低密度、高强度的固体浮力材料,本实验在系统分析空心玻璃微珠体积分数对固体浮力材料性能影响的基础上,研... 详细信息

本论文针对固体浮力材料的制备技术与性能进行研究,以环氧树脂E51为基体、空心玻璃微珠S38HS为填充材料、碳纳米管为增强体,制备低密度、高强度的固体浮力材料,本实验在系统分析空心玻璃微珠体积分数对固体浮力材料性能影响的基础上,研究了空心玻璃微珠表面活化处理,超声处理及添加碳纳米管等固体浮力材料的制备工艺,并对实验样品的密度、强度、吸水性等性能进行测算分析。(1)对密度而言,随着空心玻璃微珠体积分数的增加,固体浮力材料的密度降低。在制备空心玻璃微珠/环氧树脂固体浮力材料时会引入空气泡,所以固体浮力材料的实际密度普遍低于材料的计算密度。(2)当空心玻璃微珠含量较低时,树脂基体是固体浮力材料承压主体;当空心玻璃微珠含量较高时,空心玻璃微珠是承压主体。当空心玻璃微珠体积分数大于40%时,随着空心玻璃微珠体积分数的增加,其破碎程度变大,固体浮力材料的抗压强度和压缩功降低。当空心玻璃微珠的体积分数处于40%-60%区间时,固体浮力材料的比压缩强度较高,即材料的抗压强度和密度达到平衡都很理想,比较符合使用条件。(3)对吸水性而言,在一定范围内(空心玻璃微珠体积分数60%以下),随着空心玻璃微珠体积分数的增加,固体浮力材料的吸水率减小。但是当空心玻璃微珠体积分数超过60%时,固体浮力材料的吸水率非常大。随着时间的延长,固体浮力材料的吸水速率不断下降。固体浮力材料在盐水中的吸水率普遍小于在蒸馏水中的吸水率。对空心玻璃微珠进行偶联剂活化处理,可以改善空心玻璃微珠与环氧树脂的结合性,有效提高固体浮力材料的力学性能。尝试向固体浮力材料中加入碳纳米管,并探究其对固体浮力材料力学性能的影响。结果发现,添加碳纳米管能够有效提高固体浮力材料的力学性能。尝试使用超声处理碳纳米管,探究碳纳米管在基体中的分散性。结果发现,对碳纳米管施加超声,可以减小碳纳米管团的尺度,提高碳纳米管在基体中的分散性,从而对固体浮力材料的力学性能起到积极的影响。但是,只有当碳纳米管的含量较高时,碳纳米管才会在基体中出现较为严重的团聚现象,此时,超声波能够有效改善团聚现象,最终体现在材料力学性能的提高。本实验制备的固体浮力材料的密度为0.50～0.89 g/cm3,抗压强度为47.5～98.9 MPa,比压缩强度为79.0～119.8 MPa·cm3/g,压缩功为31.1-98.1 kJ/m2,吸水率普遍小于1%。

关键词：固体浮力材料力学性能碳纳米管超声处理显微组织

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固体浮力材料吸水性研究

固体浮力材料吸水性研究

作者：陈晨阳机械科学研究总院

学位级别：硕士

固体浮力材料作为现代深潜技术的重要部分之一,在海洋工程中发挥着越来越重要的作用。随着人们对海洋探索与开发进程的不断深入,对固体浮力材料的密度,吸水性,强度等性能提出了越来越高的要求。由空心玻璃微珠填充至环氧树脂固化体系中... 详细信息

固体浮力材料作为现代深潜技术的重要部分之一,在海洋工程中发挥着越来越重要的作用。随着人们对海洋探索与开发进程的不断深入,对固体浮力材料的密度,吸水性,强度等性能提出了越来越高的要求。由空心玻璃微珠填充至环氧树脂固化体系中复合而成的固体浮力材料,在以上几点性能上比较优秀,成为目前国内外研究的重点。本文通过将60%质量分数的空心玻璃微珠S38HS填充至环氧树脂E-54/DDM(二氨基二苯基甲烷)体系与E-54/MeTHPA(甲基四氢邻苯二甲酸酐)体系中,制备了密度0.61g/cm3,单轴压缩强度最高可达76.7MPa的固体浮力材料。另外,填充70%质量分数的微珠制备了密度0.57g/cm3,单轴压缩强度最高可达51.0MPa的固体浮力材料。通过调节偶联剂的用量,并模拟深海高静水压环境,研究了偶联剂对固体浮力材料性能的影响。结果表明,EM(E-54/MeTHPA)体系固体浮力材料压缩强度高于相对于ED(E-54/DDM)体系固体浮力材料,。通过Turesanyi方程建立模型排除空气泡的影响因素,研究基体与填充相之间的粘结程度,发现这是由于EM体系固体浮力材料两相间粘结程度更好,且随着偶联剂添加量的增加,两相之间的结合更紧密,材料的压缩强度增加;两体系固体浮力材料的最大压缩强度都出现在6%偶联剂添加量的情况下,压缩强度最大增幅可高达26%。偶联剂的添加量超过6%的情况下,材料的压缩强度开始下降。未添加偶联剂,材料在45MPa静水压下吸水后与烘干后强度均有5%的下降。添加偶联剂后,材料吸水后强度基本保持不变;随着偶联剂的添加,烘干后强度下降幅度先减小后增大。ED体系与EM体系环氧树脂固化物受静水压影响,吸水率都有升高。其中EM体系环氧树脂固化物的吸水率较高。通过固体浮力材料中玻璃微珠的填充量算得45MPa静水压下理想吸水率,60%微珠填充量ED体系固体浮力材料45MPa静水压下15天理想吸水率为0.25%,实际吸水率为0.89%,添加4%偶联剂的情况下吸水率降到最低为0.48%。60%微珠填充量EM体系固体浮力材料理想吸水率为0.38%,实际吸水率为0.97%,添加6%偶联剂的情况下吸水率降到最低为0.42%。根据Fick第二扩散定律计算在不同偶联剂材料的吸水系数k,ED体系与EM体系材料的最佳吸水系数k分别为0.122与0.114。说明经过偶联剂处理后的EM体系耐水性更好,这也反映了 EM体系固体浮力材料两相之间的粘结程度更好。

关键词：固体浮力材料静水压偶联剂压缩强度吸水性

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固体浮力材料在船闸闸门上的应用

水运工程 2018年第1期 142-146页

作者：李树海陶书东刘成鑫中交水运规划设计院有限公司北京100007

介绍了一种新的方案,将浮力材料安装在闸门底部主梁区隔内,抵消闸门的部分自重。对浮力材料的分类、行业应用、材料特性进行介绍。对浮力材料与钢浮箱进行比较,证明浮力材料在船闸钢闸门上应用的可行性,可以在新建大型闸门、老旧船闸改... 详细信息

介绍了一种新的方案,将浮力材料安装在闸门底部主梁区隔内,抵消闸门的部分自重。对浮力材料的分类、行业应用、材料特性进行介绍。对浮力材料与钢浮箱进行比较,证明浮力材料在船闸钢闸门上应用的可行性,可以在新建大型闸门、老旧船闸改造中推广应用。

关键词：闸门固体浮力材料钢浮箱