以復合材料為球壁的空心球制造技術

本實用新型專利技術涉及應用于海洋工程（如鉆井立管浮力模塊，分布式浮力模塊，深海采礦，超深水潛水器浮力塊等）的空心球技術領域，具體為一種以復合材料為球壁的空心球以及及用于制造該空心球的逐層包覆法，包括球壁層，所述的球壁層內填充有空心玻璃微珠。本實用新型專利技術結構簡單，實用性強。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及應用于海洋工程（如鉆井立管浮力模塊，分布式浮力模塊，深海采礦，超深水潛水器浮力塊等）的空心球
，具體為一種以復合材料為球壁的空心球及其制造方法。
技術介紹
現有的纖維（如碳纖維、玻璃纖維、針狀硅灰石）增強型復合材料空心球，由于其球壁材料密度較大（1500–3000kg/m3），限制了復合材料空心球本身的強度/密度比，如表1、表2或者表3所示，在同密度情況下，其強度上限為碳纖維復合空心球，下限為玻璃纖維或硅灰石復合空心球。該材料性能區間難以滿足一些海洋工程中要求很高（即要求高強度下更低密度，或低密度下更高強度）的應用（如深海采礦，超深水潛水器浮力塊等）。同時，傳統的空心球制造工藝在成型一個成品后，因其生產過程存在缺陷（其制造過程不存在產品的監控與監管），導致如果空心球的直徑、壁厚、密度和靜水壓強未達到預設的值（客戶所提供的參數指標或者實際生產的參數指標），那么該成品將會報廢，進而導致報廢率不斷提高，工作效率不斷降低。
技術實現思路
針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的一方面提供一種強度/密度比更高、適用范圍更廣以復合材料為球壁的空心球，另一方面提供一種降低報廢率、用于制造空心球的逐層包覆方法。為實現上述目的，本專利技術提供了如下技術方案：一種以復合材料為球壁的空心球，包括球壁層，其特征在于：所述的球壁層內填充有空心玻璃微珠。進一步，所述球壁層由熱固性聚合物制成。進一步，所述的熱固性聚合物是熱固性環氧樹脂、熱固性聚酰亞胺或熱固性聚丙烯。進一步，其直徑為2–60毫米，球壁層厚度為0.1–5毫米，真密度為100–600kg/m3，靜水壓強度為1–60MPa。進一步，所述空心玻璃微珠的真密度為100–500kg/m3，靜水壓強度為3–250MPa，直徑大小為10–100微米。進一步，所述空心玻璃微珠的總體積與球壁層體積的比值為0.05–0.7。進一步，所述球壁層的密度為350–1000kg/m3，彈性模量為2.0–15.0GPa。一種適用于制造上述空心球的逐層包覆法，具體步驟如下：a:在滾筒中加入蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯內球體；設置滾筒轉速為5–100rpm；b:并將滾筒與內球體一起加熱到30–70oC；c:將熱固性聚合物與其固化劑的混合液灑入滾筒，在滾筒的運轉中使混合液均勻包覆在內球體表面；隨后加入對應量的空心玻璃微珠，在滾動過程中使均勻附著于內球體表面；d:經一段時間外層物料固化形成復合材料外殼；e:根據需要重復步驟c直至小球各性能指標達到目標值。進一步，步驟c中每次包覆在內球體表面的厚度為10–100微米。對比現有技術的不足，本專利技術提供的技術方案所帶來的有益效果：1.相同型號的玻璃微珠復合空心球、碳纖維復合空心球以及玻璃纖維/硅灰石復合空心球在相同密度的情況下，玻璃微珠復合空心球的靜水壓強度明顯優于碳纖維復合空心球以及玻璃纖維/硅灰石復合空心球的空心球強度，同時，玻璃微珠復合空心球有更高的強度/密度比，即在同等密度下，玻璃微珠復合空心球的靜水壓強度更高；在同等強度下，玻璃微珠復合空心球的密度更低。由于這樣的優點，玻璃微珠復合空心球可以應用于海洋工程中要求很高的應用，如深海采礦提升介質，超深水潛水器浮力塊等。2.通過玻璃微珠的填充，使得該空心球有更好的絕緣性能，可以應用于隔音、絕熱的輕質建材；有更好的吸能、減震性能，可以應用于防沖擊材料。3.步驟c每次完成后，均對玻璃微珠復合空心球的性能指標（主要包括大小分布、非圓比例、真密度、靜水壓強度等）進行檢測，如未滿足生產所需以及客戶所需，那么根據需要重復步驟c直至小球各性能指標達到目標值，再同時進行檢測，直到滿足生產所需以及客戶所需，對玻璃微珠復合空心球的生產過程進行監控，降低了生產過程中造成的報廢率。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖。具體實施方式參照圖1對本專利技術做進一步說明,以下由特定的具體實施例說明本專利技術的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書揭露的內容輕易的了解本專利技術的其他優點及功效。參照圖1，須知，本說明書所附圖式所繪制的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本專利技術可實施的限定條件，故不具有技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本專利技術所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本專利技術所揭示的
技術實現思路
所能涵蓋的范圍內；同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”等用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本專利技術可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更
技術實現思路
下，當亦視為本專利技術的可實施的范疇。以下將通過具體實施例來對本專利技術的以復合材料為球壁的空心球及用于制造該空心球的逐層包覆法進行詳細的說明。實施例1如圖1所示：一種以復合材料為球壁的空心球，包括球壁層1，所述的球壁層1內填充有空心玻璃微珠3。進一步，所述的球壁層1由熱固性聚合物制成。進一步，所述的熱固性聚合物可以是熱固性環氧樹脂、熱固性聚酰亞胺或熱固性聚丙烯。進一步，該空心球的直徑為2毫米，球壁層厚度為0.1毫米，真密度為100kg/m3，靜水壓強度為1MPa。進一步，所述空心玻璃微珠3的真密度為100kg/m3，靜水壓強度為3MPa，直徑大小為10微米。進一步，所述空心玻璃微珠3的總體積與球壁層1體積的比值為0.05。進一步，所述球壁層1的密度為350kg/m3，彈性模量為2.0GPa。由表1得出：相同型號的玻璃微珠復合空心球、碳纖維復合空心球以及玻璃纖維/硅灰石復合空心球在相同密度的情況下，玻璃微珠復合空心球的靜水壓強度明顯優于碳纖維復合空心球以及玻璃纖維/硅灰石復合空心球的空心球強度，同時，玻璃微珠復合空心球有更高的強度/密度比，即在同等密度下，玻璃微珠復合空心球的靜水壓強度更高；在同等強度下，玻璃微珠復合空心球的密度更低。由于這樣的優點，玻璃微珠復合空心球可以應用于海洋工程中要求很高的應用，如深海采礦提升介質，超深水潛水器浮力塊等；通過玻璃微珠的填充，使得該空心球有更好的絕緣性能，可以應用于隔音、絕熱的輕質建材；有更好的吸能、減震性能，可以應用于防沖擊材料。玻璃微珠復合空心球密度低、強度高、耐腐蝕，在海洋工程中有廣泛應用，如浮力材料，海底采礦提升介質，輕質耐壓填充物等。表1：為實施例1所得的玻璃微珠復合空心球與相同型號的碳纖維復合空心球以及玻璃纖維/硅灰石復合空心球的對比表1一種適用于制造上述空心球的逐層包覆法，具體步驟如下：a:在滾筒中加入蒸汽膨脹發泡的聚苯乙烯內球體（相當于模具，當加熱溫度大于70攝氏度，內球體消失）；設置滾筒轉速為5rpm；b:并將滾筒與內球體一起加熱到30oC；c:將熱固性聚合物與其固化劑的混合液灑入滾筒，在滾筒的運轉中使混合液均勻包覆在內球體表面；隨后加入對應量的空心玻璃微珠3，在滾動過程中使均勻附著于內球體表面；d:經一段時間外層物料固化形成復合材料外殼；e:根據需要重復步驟c直至小球達到目標值。進一步，步驟c中每次包覆在內球體表面的厚度為10微米。步驟c每次完成后，均對玻璃微珠復合空心球的性能指標（主要包括大小分布、非圓比例、真密度、靜水壓強度等）進行檢測，如未滿足生產所需以及客戶所需，那么根據需要重復步驟c直至小球達到目標值本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以復合材料為球壁的空心球，其特征在于：包括球壁層，所述的球壁層內填充有空心玻璃微珠。

【技術特征摘要】
1.一種以復合材料為球壁的空心球，其特征在于：包括球壁層，所述的球壁層內填充有空心玻璃微珠。2.根據權利要求1所述的一種以復合材料為球壁的空心球，其特征在于：所述球壁層由熱固性聚合物制成。3.根據權利要求2所述的一種以復合材料為球壁的空心球，其特征在于：所述的熱固性聚合物可以是熱固性環氧樹脂、熱固性聚酰亞胺或熱固性聚丙烯。4.根據權利要求1所述的一種以復合材料為球壁的空心球，其特征在于：其直徑為2–60毫米，球壁層厚度為0.1–5毫米，真密度為100–600kg/m3，靜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃輝，
申請(專利權)人：臺州中浮新材料科技股份有限公司，
類型：新型
國別省市：浙江;33