“蛟龙”号载人潜水器下潜 聚氨酯材料都做了哪些贡献?

“蛟龙”号载人潜水器2月28日在西北印度洋开展中国大洋38航次首次下潜,这也是我国首次对西北印度洋开展深潜调查。

相关人员表示,本次下潜验证了大洋28航次在该区域的调查结果,对了解该区域的硫化物规模和成矿机制具有重要意义,在接下来的潜次中还将进一步评估该区域的资源潜力、提高相关科学研究的认识水平。

据了解,本次下潜对潜水器的航行控制、均衡调节、水声通信与定位、取样作业等功能进行了系统全面测试,完成了潜水器技术状态确认,并开展了实习潜航员主驾驶实艇训练。潜水器按计划开展抵近勘查和取样作业,共获取硫化物样品4块,共计4.2公斤;玄武岩1块,重18.7公斤;短柱状沉积物插管3管,其中热液沉积物1管;近底海水16升。本次下潜进行了环境参数测量并布放了微生物富集装置,开展了测深侧扫微地形测量,观察到枕状玄武岩和灰白色有孔虫砂,初步估计了西北印度洋卡尔斯伯格脊卧蚕2号热液区范围直径约100米,烟囱体的高度达10米左右。

大洋38航次分三个航段,将在西北印度洋、南海、雅浦海沟、马里亚纳海沟开展大洋资源和深海前沿科学调查,时间为124天。这是一个海上连续作业时间最长、调查区跨度最大的“蛟龙”号试验性应用航次,也是潜次任务安排最多的一个航次。

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说起蛟龙号与粉体,除了钛合金骨架外,最值得一提的就是蛟龙号所采用的固体浮力材料了。固体浮力材料的基体树脂主要包括环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂等,填充的低密度调节剂主要为空心球材料。

固体浮力材料中的密度调节剂为空心球材料,主要分为无机微球和有机微球两类。无机空心微球主要有玻璃、Al2O3、SiO2、陶瓷、碳、硼酸盐、粉煤灰漂珠等;有机空心微球有环氧、酚醛、Saran以及可发性聚苯乙烯球等。

为了保证固体浮力材料能够耐受深海的高压,目前用于深海的高强度固体浮力材料是由高性能空心玻璃微珠填充到高强度环氧树脂基体中制备的。

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空心玻璃微珠是一种新型无机非金属球形粉体材料,外观为白色或灰白色,内含惰性气体,密度一般为0.1~0.7g/cm3,由直径10-200μm及其以上的球形薄壁(0.5-2.0μm )玻璃微粒组成。具有重量轻,体积大,导热系数低,抗压强度高,分散性、流动性、稳定性好的特点,还具有低吸油、绝缘、自润滑、隔音、不吸水、耐火、耐腐蚀、防辐射、无毒等一些普通填充材料不具备的优异性能。被誉为“空间时代材料”。

目前应用于工业化生产空心玻璃微珠的技术主要有固相粉末法、液相雾化法和新型软化学法。

固相粉末法是将玻璃粉末与发泡剂混合均匀后经过高温处理,使玻璃粉末软化并膨胀发泡得到空心玻璃微珠。

液相雾化法是将溶液在雾化器中雾化,高温下水分蒸发使雾滴发泡形成空心泡状结构,泡壁干燥后形成空心玻璃微珠。

固相粉末法为粉体的固相反应,存在原材料粉体颗粒分布不均的问题,导致发泡不均匀使得产率极低。液相雾化法则可以使产品组分均一,但由于缺少高温玻璃化反应,使得产品的强度和耐水性较差。

软化学法结合了固相粉末法和液相雾化法的优点,其核心是利用浆液体系经喷雾干燥制备前驱体,然后经过喷烧使前驱体发泡形成中空微球,该工艺可以方便地调整组分来制备不同性能的空心玻璃微珠。

质量优异的空心玻璃微珠有均一的显微形貌,质量轻,表面光滑,球形度高,强度高。在深海探测、航空航天等方面具有重要的应用前景。空心玻璃微珠在浮力材料中的体积含量高达60%-70%,是关键材料之一,直接影响着浮力材料的最终性能。

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