(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106832588 A(43)申请公布日 2017.06.13
(21)申请号 201710085859.0(22)申请日 2017.02.17
(71)申请人 哈尔滨工程大学
地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南
通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人 乔英杰 王晓东 张晓红 邢志鹏 (51)Int.Cl.
C08L 23/12(2006.01)C08K 3/34(2006.01)C08J 9/12(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图1页
CN 106832588 A(54)发明名称
可加工超轻浮力材料及其超临界CO2微发泡制备方法(57)摘要
本发明提供的是一种可加工超轻浮力材料及其超临界CO2微发泡制备方法。(1)以质量份数计，取100份聚丙烯树脂、2～4份滑石粉，使用双螺杆共混机混合均匀，并挤出造粒，得到滑石粉与聚丙烯复合材料颗粒；(2)放入热压模具中，热压成板材；(3)放入超临界微孔发泡系统的发泡舱室中，在温度为160～165℃，充入CO2气体，压力1980-～2000psi；(4)保持压力和温度6h后，关闭CO2进气阀，迅速打开出气阀并将发泡舱室放入冷水中冷却，得到的发泡后的浮力材料。材料密度在0.15至0.25g/cm3之间，耐压强度在6至10MPa，符合海洋装备通用型材料的要求，质量优异；工艺简单，对环境无污染，成本低。
CN 106832588 A
权 利 要 求 书
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1.一种可加工超轻浮力材料，其特征是由质量份数比为：聚丙烯树脂100份；滑石粉2～4份，经超临界CO2微发泡方法制备而成。
2.根据权利要求1所述的可加工超轻浮力材料，其特征是：所述滑石粉的粒径为800目。3.一种可加工超轻浮力材料的超临界CO2微发泡制备方法，其特征是：(1)以质量份数计，取100份聚丙烯树脂、2～4份滑石粉，使用双螺杆共混机混合均匀，并挤出造粒，得到滑石粉与聚丙烯复合材料颗粒；
(2)将步骤(1)得到的滑石粉与聚丙烯复合材料材料颗粒放入热压模具中，热压成板材；
(3)将步骤(2)得到的板材放入超临界微孔发泡系统的发泡舱室中，在温度为160～165℃，充入CO2气体，压力1980-～2000psi；
(4)保持压力和温度6h后，关闭CO2进气阀，迅速打开出气阀并将发泡舱室放入冷水中冷却，得到的发泡后的浮力材料。
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说 明 书
可加工超轻浮力材料及其超临界CO2微发泡制备方法
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技术领域[0001]本发明涉及的是一种超轻浮力材料。本发明也涉及的是一种超轻浮力材料的制备方法
背景技术[0002]随着人们对海洋开发的不断深入，对海洋开发所需的海洋装备提出了更高的要求。浮力材料自身密度低、浮重比大，浮力材料是海洋开发中的基础材料，能为深海工程装备提供足够的静浮力，如何提高浮力材料的性能已经是海洋工程装备的关键技术。浮力材料是制约深水油田勘探、开发、采油、输油等海洋工程发展各个环节的关键性材料。[0003]目前国内采用发泡法制备的浮力材料大部分采用化学发泡剂发泡成型，密度较高，开孔率高，耐压强度低，吸水率高，使用寿命短，同时使用化学发泡剂制备过程中会污染环境。申请号为CN200910230160.4的专利文件中，介绍了一种化学发泡法制备的固体浮力材料，材料密度为0.12g/cm3，抗压强度小于为2MPa，缺点是使用化学发泡剂容易污染环境，同时需要对制备的材料进行表面处理。另外一种高强度浮力材料采用树脂为基体，填充无机空心微球来降低密度，但无机空心微球的填充有最大填充比列的限制，超过最大填充比后，虽然密度可以继续降低，但是树脂并不能完全包裹无机空心微球，同时树脂同无机空心微球的界面结合性能较差，最终制备的浮力材料耐压强度很低，并有较高的吸水率。申请号为CN201010552911.7和CN201310065622.8的专利文件中，使用玻璃微珠填充不饱和树脂常温制备浮力材料，其制备的浮力材料密度均大于0.45g/cm3，密度较大，不适宜在水深较浅应用。
发明内容[0004]本发明的目的在于提供一种密度低、强度高的可加工超轻浮力材料。本发明的目的还在于提供一种工艺简单，对环境无污染，成本低的可加工超轻浮力材料的超临界CO2微发泡制备方法。[0005]本发明的可加工超轻浮力材料由质量份数比为：聚丙烯树脂100份；滑石粉2～4份，经超临界CO2微发泡方法制备而成。[0006]所述滑石粉的粒径为800目。[0007]本发明的可加工超轻浮力材料的超临界CO2微发泡制备方法为：[0008](1)以质量份数计，取100份聚丙烯树脂、2～4份滑石粉，使用双螺杆共混机混合均匀，并挤出造粒，得到滑石粉与聚丙烯复合材料颗粒；[0009](2)将步骤(1)得到的滑石粉与聚丙烯复合材料材料颗粒放入热压模具中，热压成板材；[0010](3)将步骤(2)得到的板材放入超临界微孔发泡系统的发泡舱室中，在温度为160～165℃，充入CO2气体，压力1980-～2000psi；[0011](4)保持压力和温度6h后，关闭CO2进气阀，迅速打开出气阀并将发泡舱室放入冷
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说 明 书
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水中冷却，得到的发泡后的浮力材料。[0012]本发明提供了一种为海洋工程中所需的水下设备、装置提供浮力的超轻浮力材料，使用超临界气体发泡技术，提出了一种浮力材料制备方法。其材料配方包括聚丙烯和滑石粉，其制备方法是采用超临界CO2气体作为物理发泡剂，滑石粉作为增强填料，使材料密度在0.15至0.25g/cm3之间，耐压强度在6至10MPa，符合海洋装备通用型材料的要求，质量优异；该成型方法对设备要求较低，成型工艺简单，对环境无污染，成本低。附图说明[0013]图1是可加工超轻浮力材料的超临界CO2微发泡制备方法的流程图。
具体实施方式[0014]结合图1，本发明的可加工超轻浮力材料的超临界CO2微发泡制备方法主要包括聚合物(聚丙烯树脂)与滑石粉的共混过程；制备复合材料颗粒过程；热压成板型材料过程；超临界微孔发泡过程和释放气体得到浮力材料制品的过程。热压成板型材料过程通过超临界微孔发泡系统实现，超临界微孔发泡系统包括气瓶、两个压力表、进气阀1、高压泵、及其发2和高压釜组成。[0015]下面举例进一步说明本发明。[0016]实施例1：[0017]制备超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料，具体制备方法为：[0018](1)以质量份数计，取100份聚丙烯树脂、滑石粉2份、使用双螺杆共混机混合均匀，并挤出造粒，得到滑石粉/聚丙烯复合材料；[0019](2)将上述步骤1中得到的复合材料颗粒放入热压模具中，热压成板材；[0020](3)将上述步骤2得到的板材放入图1超临界微孔发泡系统的发泡舱室中，设置温度为160℃，充入CO2气体，压力2000psi；[0021](4)将上述步骤3中保持压力和温度6h，关闭进气阀和温度，迅速打开出气阀并将舱室放入冷水中冷却；[0022](5)将上述步骤4得到的发泡后的浮力材料取出。[0023]本发明超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料，制备的深水浮力材料密度较低，为0.28g/cm3，耐压强度9MPa，符合浅海通用型材料要求；该成型方法对设备要求较低，成型工艺简单，成本低，无环境污染.[0024]对实施例1成型的材料进行性能检测，抗压强度试件尺寸为30×30×20mm，吸水率试件尺寸为50×50×20mm，试验条件为静水压5MPa，保压24h。[0025]表1实施例1的相关性能
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说 明 书
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[0026]
由表1中可以看出，本发明涉及的超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料密度
较低，密度为0.28g/cm3，耐压强度为9MPa，能够适用于500m以上水深的海洋环境，特别是在等静水压5MPa下，保压24h吸水率小于3％。该超临界气体微发泡制备可加工超轻浮力材料可进行锯、刨、磨、镶嵌等机械加工及相关后续加工处理。并可选用多种柔性防水涂料进行表面涂覆，而且其基材与面漆粘合紧密。[0028]实施例2：[0029]制备超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料，具体制备方法为：[0030](1)以质量份数计，取100份聚丙烯树脂、滑石粉2份、使用双螺杆共混机混合均匀，并挤出造粒，得到滑石粉/聚丙烯复合材料；[0031](2)将上述步骤1中得到的复合材料颗粒放入热压模具中，热压成板材；[0032](3)将上述步骤2得到的板材放入图1超临界微孔发泡系统的发泡舱室中，设置温度为163℃，充入CO2气体，压力1990psi；[0033](4)将上述步骤3中保持压力和温度6h，关闭进气阀和温度，迅速打开出气阀并将舱室放入冷水中冷却；[0034](5)将上述步骤4得到的发泡后的浮力材料取出。[0035]本发明超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料，制备的深水浮力材料密度较低，为0.20g/cm3，耐压强度7MPa，符合浅海通用型材料要求；该成型方法对设备要求较低，成型工艺简单，成本低，无环境污染.[0036]对实施例2成型的材料进行性能检测，抗压强度试件尺寸为30×30×20mm，吸水率试件尺寸为50×50×20mm，试验条件为静水压5MPa，保压24h。[0037]表2实施例3的相关性能
[0038]
[0027]
[0039]
由表2中可以看出，本发明涉及的超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料密度较低，密度为0.20g/cm3，耐压强度为7MPa，能够适用于500m以上水深的海洋环境，特别是在等静水压5MPa下，保压24h吸水率小于3％。该超临界气体微发泡制备可加工超轻浮力材料
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[0040]
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说 明 书
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可进行锯、刨、磨、镶嵌等机械加工及相关后续加工处理。并可选用多种柔性防水涂料进行表面涂覆，而且其基材与面漆粘合紧密。[0041]实施例3：[0042]制备超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料，具体制备方法为：[0043](1)以质量份数计，取100份聚丙烯树脂、滑石粉2份、使用双螺杆共混机混合均匀，并挤出造粒，得到滑石粉/聚丙烯复合材料；[0044](2)将上述步骤1中得到的复合材料颗粒放入热压模具中，热压成板材；[0045](3)将上述步骤2得到的板材放入图1超临界微孔发泡系统的发泡舱室中，设置温度为165℃，充入CO2气体，压力1980psi；[0046](4)将上述步骤3中保持压力和温度6h，关闭进气阀和温度，迅速打开出气阀并将舱室放入冷水中冷却；[0047](5)将上述步骤4得到的发泡后的浮力材料取出。[0048]本发明超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料，制备的深水浮力材料密度较低，为0.16g/cm3，耐压强度6MPa，符合浅海通用型材料要求；该成型方法对设备要求较低，成型工艺简单，成本低，无环境污染.[0049]对实施例3成型的材料进行性能检测，抗压强度试件尺寸为30×30×20mm，吸水率试件尺寸为50×50×20mm，试验条件为静水压5MPa，保压24h。[0050]表3实施例3的相关性能
[0051]
由表3中可以看出，本发明涉及的超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料密度较低，密度为0.16g/cm3，耐压强度为6MPa，能够适用于500m以上水深的海洋环境，特别是在等静水压5MPa下，保压24h吸水率小于3％。该超临界气体微发泡制备可加工超轻浮力材料可进行锯、刨、磨、镶嵌等机械加工及相关后续加工处理。并可选用多种柔性防水涂料进行表面涂覆，而且其基材与面漆粘合紧密。[0053]本发明超临界CO2微发泡制备可加工超轻浮力材料，其中充入CO2的压力和温度控制，使CO2达到超临界态是技术关键。[0054]本实施例中未进行说明的内容为现有技术，故不再详细赘述。[0055]本发明制备可加工超轻浮力材料的优点：材料配方灵活，可以根据产品使用水深在调整CO2气体温度和压力进行调控，达到与使用深度匹配的轻质材料；通过使用超临界气体，极大地降低了浮力材料的密度，同时具有较高强度；密度为0.15至0.25g/cm3，耐压强度6至10MPa，符合深海通用型材料要求，质量优异，且该成型方法对设备要求较低，成型工艺简单，成本低。[0056]本发明所述的基体树脂为聚丙烯树脂，具有成本低、强度高特性。
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[0052]
CN 106832588 A[0057]
说 明 书
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本发明使用的无机填料为滑石粉，选用的粒径为800目。
[0058]本发明将CO2气体在一定温度和压力下达到超临界态，使聚合物的气体吸收饱和度提高，得到泡孔结构完好的毕孔轻质复合材料，确保浮力材料质量。[0059]本发明制备出的浮力材料具有轻质、高强和致密性好的性能特点，且制备方法简单高效，便于操作，同时无任何污染产生。[0060]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
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说 明 书 附 图
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