固体浮力材料概述

  固体浮力材料概述

  随着陆地资源的日渐短缺,海洋开发的热潮逐步兴起,人类对海洋生物、海洋环境及海洋资源的探索活动日益频繁,利用载人或无人潜水设备在深海中进行观察、摄影、探测、开采、水下作业等。

  然而,海洋探索也面临着巨大的困难:随下潜深度的增加,所承受的压力也不断增大,且海底能见度很低,环境恶劣,设备很难在这种条件下完成沉船打榜、光缆铺设、资源勘探等作业。固体浮力材料能为深海水下作业提供尽可能大的净浮力,在水下起到浮力补偿的作用,是深海开发装置的重要配重材料。传统的浮力材料一般由低密度油、氨、硅油等液体浮筒、泡沫塑料、泡沫铝、木材、聚烯烃材料等制成。封装的液体浮桶易漏,容易污染海域,泡沫塑料、泡沫铝和木材的模量、强度较小,不能满足深海下使用。为了解决深潜拖体、深潜器和水下机器人等的耐压性、结构稳定性以及提供足够的静浮力,人们开始研制低密度、高强度固体浮力材料以替代传统浮力材料。

  固体浮力材料分类

  固体浮力材料是一种以环氧树脂等高强度树脂为基体,以气体空穴为浮力调节介质制备的的低密度、高强度、高模量复合材料。根据气体空穴种类的不同,固体浮力材料可以分为三大类:化学发泡浮力材料、纯复合泡沫浮力材料和合成复合泡沫浮力材料。化学发泡浮力材料是利用化学发泡法制备的泡沫复合材料;纯复合泡沫浮力材料是由空心玻璃微球混杂在树脂中,固化成型得到的扶梯浮力材料。合成复合泡沫浮力材料是由复合泡沫与低密度填料组合改性而成。不同材料的由于自身特性的不同,适用的水深不同。其中化学发泡浮力材料主要应用于浅水区域,合成复合泡沫浮力材料主要应用于水下4000m以内的区域,纯复合泡沫浮力材料可应用于全海深。

  固体浮力材料最新研究进展

  轻质高强固体浮力材料作为现代深潜技术的重要组成部分之一,先进的核心工艺主要在美国、俄罗斯、日本等国家掌握。相对与国外,我国固体浮力材料的研发起步较晚,开发周期短,技术积累相对不足,但是响应国家针对海洋的发展战略,我国近年来在固体浮力材料领域已经取得了部分进展。

  众所周知,在海洋环境中,随着下潜深度的不断加大,海水的密度和温度等并非均匀稳定,其随着下潜深度的增加而不断变化,同时随着深度的增加,浮力材料受到的压力不断增大,以10000m水深为例,浮力材料承受水压为100MPa,相当于在一平方米的面积上放置一万吨的重物。在这样的静水压载荷下,要确保浮力材料的安全性至关重要。