浮力材料及其應(yīng)用概述

孫雯悅 廖 斌,2

（1.中科海銳〔廈門〕科技研究院有限公司，福建廈門 361100；2.中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，北京 100190）

引言

我國作為海洋大國，擁有漫長的海岸線、廣闊的管轄海域以及豐富的海洋資源，海洋科學(xué)技術(shù)研究不僅在維護(hù)地球生態(tài)平衡和資源管理中發(fā)揮著核心作用，為全球環(huán)境治理和海洋資源的可持續(xù)利用提供了關(guān)鍵支持，還在國家戰(zhàn)略布局和國際合作中扮演著重要角色[1]。隨著海洋資源開發(fā)和科學(xué)考察活動日益擴(kuò)展至深海區(qū)域，海洋裝備的作業(yè)模式正在經(jīng)歷從短期作業(yè)向長期底部停留和反復(fù)往返的逐漸轉(zhuǎn)變，這一變化對深潛器的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一——浮力材料提出了更專業(yè)化的要求，包括低密度、對高靜水壓力的耐受性以及在長期深水環(huán)境下的穩(wěn)定性等。這些因素直接影響潛水器的性能和安全性，也是設(shè)計和選擇浮力材料時的重要考慮因素。在潛水器設(shè)計中，浮力材料約占到總質(zhì)量的三分之一，不僅為潛水器提供必要浮力，還使其在拋棄壓載鐵后能在水下懸浮定位或?qū)崿F(xiàn)無動力上浮，在減小深潛器外形尺寸和維持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)下潛實(shí)驗(yàn)設(shè)備和探測數(shù)據(jù)的有效回收[2-3]。因此，浮力材料的研究和優(yōu)化是材料學(xué)領(lǐng)域內(nèi)深海技術(shù)研究的一個重要分支，對于深海探索和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。

浮力材料的分類

1.化學(xué)發(fā)泡浮力材料

利用化學(xué)發(fā)泡法制備浮力材料，一種是通過在芯材成型階段添加發(fā)泡劑，使其借助樹脂固化過程中產(chǎn)生的熱量分解產(chǎn)生氣體；另一種則由材料本身的組分間反應(yīng)產(chǎn)生氣體，這些氣體在受熱后膨脹，在材料內(nèi)部形成泡沫結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)發(fā)泡法制備的浮力材料的主要優(yōu)勢在于其低密度，能夠提供較大的浮力，通過調(diào)節(jié)發(fā)泡劑與各組分的比例，實(shí)現(xiàn)超低密度泡沫材料的制備，可達(dá)到0.008 g/cm3。然而，這類材料壓縮強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性較差，在淺水環(huán)境下易破裂和滲水，導(dǎo)致浮力喪失，因而在深潛應(yīng)用中的可靠性較低[4]。由于化學(xué)泡沫復(fù)合材料的這一局限性，在實(shí)際應(yīng)用中局限在水面及水深小于1000m 的范圍內(nèi)，且表面采用涂覆密封防水層的方式以防止過度吸水和浮力喪失。

目前應(yīng)用最廣泛的發(fā)泡浮力材料當(dāng)以聚氨酯泡沫材料為代表，因優(yōu)異的浮力特性、良好的機(jī)械強(qiáng)度、包覆層抗水滲透性好以及出色的耐老化、耐海水和電絕緣性能，目前已在管線電纜、水面水下平臺、浮標(biāo)、船體材料以及系泊浮筒等領(lǐng)域均有應(yīng)用。陳先等人[5]以化學(xué)發(fā)泡法制備了一種浮力材料，其主要由聚氨酯-環(huán)氧樹脂硬質(zhì)泡沫構(gòu)成，并包覆由環(huán)氧樹脂和填料等構(gòu)成的阻水層。這種材料的密度低于0.33g/cm3，抗壓強(qiáng)度達(dá)5.5 MPa，吸水率小于1%，使用的材料與填料均不影響電磁波穿透率，滿足水下攝影、測量、取樣等實(shí)際應(yīng)用。曾大奎[6]等人以環(huán)氧樹脂為基體，偶氮二甲酰胺/二亞硝基五次甲基四胺為發(fā)泡劑，制備了密度0.33～0.55 g/cm3，壓縮強(qiáng)度8.01～14.56 MPa 的化學(xué)發(fā)泡浮力材料，通過控制各組分用量在降低密度的同時，保證了所得材料均滿足800m 水深的力學(xué)性能要求。同時實(shí)驗(yàn)表明70℃預(yù)固化90min 下的體系黏度最為適宜后續(xù)發(fā)泡，既能避免發(fā)泡阻力過大，又能確保發(fā)泡氣體被有效包裹在材料內(nèi)。

2.復(fù)合泡沫浮力材料

（1）復(fù)合泡沫浮力材料的組成

復(fù)合泡沫浮力材料是將低密度浮力調(diào)節(jié)介質(zhì)填充到高強(qiáng)度基體中，形成的一種具有顯著浮力特性的復(fù)合材料。浮力材料的基體可以是多種材料，如陶瓷、聚合物或金屬，但鑒于浮力材料在應(yīng)用中的作業(yè)環(huán)境，熱固性樹脂因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛選用。這種基體材料不僅提供了所需的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，還能夠在多變的使用環(huán)境中保持其性能不受影響，從而確保浮力材料在其應(yīng)用領(lǐng)域中的長期有效性和可靠性[7]。綜合考慮深海環(huán)境的要求，這些基體樹脂必須具備包括低密度、高抗壓強(qiáng)度、低吸水率以及良好的耐海水腐蝕等性能，常用的基體樹脂包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯樹脂、硅酮和聚酰胺等。環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的機(jī)械性能、良好的黏結(jié)特性、較低的吸水率以及出色的物理和化學(xué)穩(wěn)定性是目前制備浮力材料最常用的基體樹脂[8]。

浮力材料中的密度調(diào)節(jié)劑主要為空心球材料，根據(jù)其材料不同可分為空心無機(jī)質(zhì)微球和有機(jī)質(zhì)微球兩類。無機(jī)空心微球的類型包括玻璃、Al2O3、SiO2、ZrO2、陶瓷、碳素、粉煤灰漂珠、硼酸鹽以及磷酸鹽的聚合體等[9-10]。有機(jī)空心微球可以分為天然有機(jī)物和合成有機(jī)材料兩大類，包含如大豆蛋白、纖維素衍生物、天然膠乳、藻朊酸鹽等天然有機(jī)物，如酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等合成有機(jī)材料。

其中，空心玻璃微珠因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于低密度復(fù)合材料的制備?？招牟Ａ⒅槭且环N無機(jī)非金屬球形粉體材料，主要成分為硼硅酸鹽，由直徑在10～200μm 及以上、真密度0.1～0.7g/cm3的中空薄壁小球組成。這些微珠外觀呈現(xiàn)灰白或白色，表面光滑、球狀且中空，具備低密度、良好的流動性、高抗壓強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、高電阻率、低熱傳導(dǎo)系數(shù)和熱收縮系數(shù)等特性[11]?？招牟Ａ⒅樽鳛樘盍蠒r能顯著降低材料的整體密度，從而制備低密度復(fù)合材料。其光滑圓整的形狀和等向性有助于防止應(yīng)力集中和開裂現(xiàn)象。與其他形狀的填料相比，球形微珠的比表面積最小，在提高填料量時體系的黏度變化較小。空心玻璃微珠的膨脹系數(shù)小，在樹脂中的分散性良好，有助于減少制品的收縮和因殘余應(yīng)變引起的彎曲或翹曲變形，從而提高制品的尺寸穩(wěn)定性?？招牟Ａ⒅榫邆鋬?yōu)異的熱穩(wěn)定性和阻燃特性（熱分解溫度超過1450℃），能夠提高聚合物填充材料的阻燃性能?？招牟Ａ⒅榈碾娊^緣性使其適用于作為電氣開關(guān)設(shè)備、儀表板和電子封裝材料的填料；空心玻璃微珠化學(xué)穩(wěn)定性高、透明性好、耐酸堿、抗輻射，適用于制造半透明制品，能吸收紫外線，提高制品的光穩(wěn)定性和光反射性[12]（空心玻璃微珠如圖1 所示）。

圖1 中科海銳生產(chǎn)的空心玻璃微珠實(shí)物照片

圖2 三相復(fù)合泡沫浮力材料結(jié)構(gòu)與兩相復(fù)合泡沫材料切面圖對比[18]

在浮力材料的構(gòu)成中，空心玻璃微珠占據(jù)超過60%的體積比例，對材料整體性能有著決定性影響，使得空心玻璃微珠在浮力材料的研究與應(yīng)用中展現(xiàn)出不可替代的關(guān)鍵地位?？招牟Ａ⒅榈纳a(chǎn)在全球范圍內(nèi)都是一個技術(shù)上的挑戰(zhàn)，只有少數(shù)國家真正掌握這一技術(shù)。目前，主要的空心玻璃微珠制造商有3M、Trelleborg、AkzoNobel 和Glaverbel等公司[13]?？招牟Ａ⒅榈闹饕a(chǎn)方法可分為2種技術(shù)路線：固相粉末法和軟化學(xué)法。固相粉末法是一種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，以3M 公司為代表，是將玻璃粉末與發(fā)泡劑混合后經(jīng)過高溫處理促使玻璃粉末軟化并膨脹，從而形成空心結(jié)構(gòu)得到空心球體。這種方法的優(yōu)勢在于其相對簡單和成本效益，但可能面臨發(fā)泡和粉末顆粒分布不均、成珠率低的問題；軟化學(xué)法將漿液體系經(jīng)過噴霧干燥制作出前驅(qū)體，接著通過燒結(jié)處理使制備好的前驅(qū)體發(fā)泡，進(jìn)而形成中空微球結(jié)構(gòu)，這一工藝燒結(jié)溫度遠(yuǎn)低于固相粉末法，能夠靈活調(diào)整組成成分，以便制備具有不同性能的空心玻璃微珠，提供了更大的靈活性和更優(yōu)的產(chǎn)品性能[14]。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所張敬杰和她的團(tuán)隊(duì)[15]利用自主研發(fā)的“軟化學(xué)”法成功制造出具備高抗等靜壓強(qiáng)度、高球形度和小粒度分布等優(yōu)異性能的空心玻璃微珠，開發(fā)的TG 系列空心玻璃微珠與3M 公司制造的高強(qiáng)度系列在性能上基本持平，這標(biāo)志著我國在浮力材料研究領(lǐng)域取得了重要的核心技術(shù)進(jìn)展。

（2）復(fù)合泡沫浮力材料的分類與對比

復(fù)合泡沫浮力材料按照結(jié)構(gòu)組成的不同可以分為兩相復(fù)合浮力材料與三相復(fù)合浮力材料。

兩相復(fù)合浮力材料主要由基體樹脂和填料空心玻璃微球組成，在這種材料中樹脂和微球填充了整個體積，沒有分散的氣體空穴，材料的密度主要由樹脂的密度、微球的密度和堆積因素決定，理論上兩相復(fù)合泡沫材料的最低密度極限是由輕質(zhì)微球的緊密堆積因素決定；材料的壓縮強(qiáng)度主要取決于空心玻璃微球的填充的體積量和樹脂的性能。Gupta 和Woldesenbet[16]選擇5 種尺寸相同平均粒徑都在40mm，但內(nèi)徑不同的空心玻璃微珠，在改變合成泡沫密度的同時，保持制備的復(fù)合浮力材料中微球的體積分?jǐn)?shù)和界面面積恒定，通過抗壓性能測試，表明復(fù)合泡沫材料的壓縮性能與斷裂特性同微球的壁厚密切相關(guān)。Kim 和Plubrai[17]對由玻璃空心微球和環(huán)氧樹脂制成復(fù)合浮力材料在壓縮下的斷裂韌性、斷口形貌、彎曲性能和沖擊力進(jìn)行了研究。縱向分裂和分層破碎是2 種失效模式，在泡沫材料密度較低時，縱向破壞占主導(dǎo)地位，但在泡沫材料密度相對較高時，分層破壞占主導(dǎo)地位。

三相復(fù)合泡沫材料則包含基體樹脂、填料空心微球和空氣穴，通常把密度很小的塑料大球與無機(jī)微珠制成的復(fù)合泡沫材料也歸屬于三相復(fù)合泡沫類。三相復(fù)合泡沫材料的密度主要受空氣穴含量和微球含量的影響；三相復(fù)合泡沫材料的壓縮強(qiáng)度則主要取決于微球的性能，例如微球填充的體積量、微球密度，以及微球間結(jié)合的鍵能大小等。

Qiao 等人[19]以環(huán)氧樹脂為基體，采用模板法制得環(huán)氧空心大球，再由模壓法制備出具有宏觀中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合泡沫浮力材料。通過調(diào)節(jié)殼層厚度，制備的空心球的密度在0.14～0.27 g/cm3，單軸壓縮性能在（0.30±0.01）～（2.39±0.17）MPa。研究了材料的彎曲和壓縮性能，并分析了其失效機(jī)理，所得環(huán)氧泡沫的最高比彎曲強(qiáng)度、比彎曲模量、比壓縮強(qiáng)度和比壓縮模量分別為30.77±3.04 MPa cm3/g、2.66±0.19GPa cm3/g、45.78 ±1.58MPa cm3/g 和 1.60 ±0.26GPa cm3/g。研究表明大尺寸空心球的排列結(jié)構(gòu)設(shè)計可以在保持一定的強(qiáng)度的同時有效地降低復(fù)合泡沫材料的密度，所得復(fù)合泡沫材料在重量受限、強(qiáng)度要求高的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Wu 等人[20]使用氣凝膠材料、環(huán)氧樹脂體系和發(fā)泡聚苯乙烯珠制備氣凝膠增強(qiáng)空心環(huán)氧大球，再通過壓縮成型法制造了三相環(huán)氧復(fù)合泡沫材料。在實(shí)驗(yàn)中添加了不同種類的碳纖維增強(qiáng)體系強(qiáng)度，研究了氣凝膠增強(qiáng)環(huán)氧空心大球的體積堆積分?jǐn)?shù)、 內(nèi)徑和層數(shù)以及體系中碳纖維的含量和類型對復(fù)合浮力材料抗壓強(qiáng)度的影響。當(dāng)堆積體積分?jǐn)?shù)為90%、內(nèi)徑9～10mm、碳纖維含量1.5wt%時，材料具有較低的密度 （0.428g/cm3） 和較好的抗壓強(qiáng)度（20.76MPa），可用于2076m 深的海底。

Engineered Syntactic Systems 公司生產(chǎn)的MacroFoam 系列復(fù)合浮力材料通過在其標(biāo)準(zhǔn)合成結(jié)構(gòu)中加入纖維增強(qiáng)球體，降低了材料的密度使其控制在0.29±0.03 g/cm3至0.39±0.02 g/cm3范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度8～14MPa，適用水深300～1000m，可應(yīng)用于浮標(biāo)、電纜浮體、潛水浮力裝置和儀器支撐等[21]。

與基于化學(xué)發(fā)泡法的浮力材料相比，復(fù)合泡沫材料的密度通常較高、具備更強(qiáng)的抗壓縮能力、較好的穩(wěn)定性和抗吸水性能，使其成為全海深應(yīng)用的理想選擇。這類材料的另一個關(guān)鍵優(yōu)勢還在于其密度和抗壓強(qiáng)度可以通過調(diào)控體系中各組分的含量、類型及分布來優(yōu)化，因此在深海浮力材料的開發(fā)中，復(fù)合泡沫浮力材料扮演著主導(dǎo)角色，其性能調(diào)整的靈活性和在極端海洋環(huán)境中的穩(wěn)定性為深海探索提供了可靠的材料解決方案[22]（具體性能對比如表1 所示）。

表1 化學(xué)發(fā)泡浮力材料與復(fù)合泡沫浮力材料物理性能對比[23]

表2 國外公司全海深浮力材料數(shù)據(jù)[31-33]

浮力材料的成型工藝

經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，浮力材料的成型工藝已逐漸成熟，主要包括澆注法、真空浸漬法、液體傳遞模塑法和模壓成型法等。

1.澆注法

這種方法是將構(gòu)成浮力材料的空心玻璃微珠、樹脂等組分直接混合后澆注到模具內(nèi)，由流體交聯(lián)固化成熱固性制品的過程。澆注法的優(yōu)點(diǎn)為低壓下成型產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力小、模具要求較低、對產(chǎn)品尺寸限制小等，適宜生產(chǎn)大型或形狀尺寸要求不高的制品。然而，當(dāng)混合物黏度較大時，材料內(nèi)部的氣體難以排除，易形成氣孔缺陷。

真空澆注工藝與自動壓力凝膠工藝是目前澆注法中應(yīng)用較為廣泛、 工藝條件較為成熟的工藝方法[24]。真空澆注工藝的技術(shù)核心在于各組分混合和轉(zhuǎn)移至模具時實(shí)施真空脫氣、真空澆注，確保澆注材料在固化過程中不受氣體夾雜的影響，最大限度地減少澆注制品內(nèi)部和表面的氣隙和氣泡，減少內(nèi)部應(yīng)力，從而提高制品的整體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)完整性[25]。自動壓力凝膠工藝的特點(diǎn)是使用密封模具，通常在大氣壓力下進(jìn)行鑄造，但也可以在真空或特殊氣體環(huán)境下進(jìn)行。在凝膠化階段樹脂會在壓力下持續(xù)注入模具中，消除空隙并補(bǔ)償材料的收縮，保持產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，適合自動化大規(guī)模生產(chǎn)。

2.真空浸漬法

該方法是將空心玻璃微珠裝填至成型模具內(nèi)，經(jīng)干燥真空處理，以移除微觀孔隙中的空氣，利用模具內(nèi)的壓力差將液態(tài)基體樹脂注入模具中，對空心玻璃微珠進(jìn)行浸漬，完全浸滲后經(jīng)過固化過程形成復(fù)合材料的工藝技術(shù)。真空浸漬技術(shù)基于潤濕機(jī)制、毛細(xì)作用和吸附作用的綜合效果[26]，其優(yōu)勢在于工藝條件易于控制、設(shè)備簡單、復(fù)合材料中微球的體積填充率高，但在基體樹脂的選擇上有一定要求。

3.模壓成型法

模壓成型法是一種將預(yù)熱的樹脂體系與空心玻璃微珠混合加入模具腔中，在液壓機(jī)的壓力下混合物充滿模具，材料固化、脫模后即得制品的方法。其優(yōu)點(diǎn)包括良好的表面光潔度、較小的材料浪費(fèi)、成型機(jī)和模具比較簡單、低初始設(shè)置成本，適合于制造大批量部件。然而，這種方法的缺點(diǎn)包括模具容易損壞、 不適合制造復(fù)雜和精度要求高的部件、較高的勞動成本等[27-28]。

浮力材料的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

在2022 年，全球浮力材料的市場規(guī)模預(yù)估達(dá)到了6.441 億美元的顯著水平?；谛袠I(yè)趨勢的綜合預(yù)測，預(yù)計到2028 年，這一數(shù)字有望擴(kuò)大至7.735 億美元，以平均3.1%的年增長率穩(wěn)步增長。這一市場的主要份額集中在一些國際知名的商業(yè)化公司。例如，瑞典的Trelleborg，法國的Alseamar，澳大利亞的Ron Allum Deepsea Services，美國的Matrix、Engineered Syntactic Systems 和DeepWater Buoyancy，瑞士的Gurit 以及意大利的Floatex 等。

在全海深載人潛水器領(lǐng)域，使用的浮力材料是其關(guān)鍵技術(shù)的集大成者。2012 年3 月26 日，詹姆斯·卡梅隆導(dǎo)演完成了一次劃時代的深海探險，他乘坐Deepsea Challenge 號潛水艇，成功抵達(dá)了太平洋深處10898.4m 的馬里亞納海溝。這項(xiàng)壯舉的背后是Ron Allum Deepsea Systems 公司專門研發(fā)的新一代浮力材料，支持了卡梅隆維持3 小時的歷史性深海探索[29]。2019 年，維克多·維斯科沃使用Triton 36000/2 全海深載人潛水器，成為第一個到達(dá)五大洋最深處的人，Trelleborg 公司專門為Triton 36000/2 全海深潛水器開發(fā)了密度為0.639g/cm3的浮力材料EccofloatTG11500，為可靠且可重復(fù)的全海洋深度探索提供了機(jī)會[30]。

中國在浮力材料領(lǐng)域起步較晚，尤其是相較于國外技術(shù)發(fā)達(dá)國家。我國在這一領(lǐng)域的研究可以追溯到20 世紀(jì)80 年代，由哈爾濱船舶工程學(xué)院（今哈爾濱工程大學(xué)） 與航天部673 所等機(jī)構(gòu)進(jìn)行。1984年，哈爾濱船舶工程學(xué)院開發(fā)了中國第一代浮力材料，主要由空心玻璃微珠、空心樹脂球和環(huán)氧樹脂構(gòu)成，密度＜0.5g/cm3，抗壓強(qiáng)度為28.87 MPa[34]，但限于高強(qiáng)空心玻璃微珠的生產(chǎn)難度和成本問題，這種材料未能達(dá)成工業(yè)化批量生產(chǎn)。近年來，國內(nèi)多家單位積極開展浮力材料的研發(fā)，并已將其投入多種海洋裝備的應(yīng)用中，包括：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、海洋化工研究院有限公司、臺州中浮新材料科技股份有限公司、 山東中洋新創(chuàng)復(fù)合材料有限公司、青島海洋新材料科技有限公司、日照東方海洋科技有限公司等（部分國內(nèi)外浮力材料性能比較如圖3 所示）。

圖3 國內(nèi)外浮力材料性能比較

圖4 中科海銳浮力材料產(chǎn)品

國內(nèi)浮力材料企業(yè)分布及代表性企業(yè)研究進(jìn)展

國內(nèi)浮力材料制造企業(yè)分布情況如表3 所示，體現(xiàn)了浮力材料領(lǐng)域企業(yè)的地理分布特點(diǎn)，主要集中在沿海省份和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

表3 浮力材料企業(yè)分布情況

表4 中科海銳空心玻璃微珠產(chǎn)品系列及經(jīng)典參數(shù)

表5 中科海銳浮力材料產(chǎn)品系列及經(jīng)典參數(shù)

下文以中科海銳（廈門）科技研究院有限公司（簡稱中科海銳） 為例窺見國內(nèi)浮力材料企業(yè)現(xiàn)狀。中科海銳是由中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所微球技術(shù)團(tuán)隊(duì)發(fā)起創(chuàng)建的集技術(shù)攻關(guān)、成果轉(zhuǎn)化、企業(yè)孵化、人才培養(yǎng)、科技服務(wù)、新材料制造于一體的新型高科技企業(yè)，于2023 年3 月簽約落地廈門科學(xué)城。中科海銳建立的自主創(chuàng)新“軟化學(xué)”法微珠制備技術(shù)，核心專利榮獲2018 年中國專利銀獎。該產(chǎn)品是諸多先進(jìn)復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)輕量化和功能化的關(guān)鍵低密度調(diào)節(jié)劑，可廣泛應(yīng)用于航空航天、深海探測、石油開采、氫能儲運(yùn)、電子產(chǎn)品和交通工具等領(lǐng)域。

中科海銳研制的浮力材料主要由空心玻璃微珠和樹脂基材復(fù)合而成，密度為0.36～0.70g/cm3，應(yīng)用水深0～11500m，應(yīng)用領(lǐng)域包括載人/無人潛水器、水下線纜、水上平臺、采礦車和隔水管等。

中科海銳技術(shù)團(tuán)隊(duì)研制的浮力材料已應(yīng)用于“奮斗者”號、“深海勇士”號、“悟空”號、“海斗一號”、“思源”號、“曼塔”號、“開拓者”號、“原位科學(xué)實(shí)驗(yàn)站”、“滄海”號、“萬泉”號等水下裝備。

“萬泉”號是我國首個采用全國產(chǎn)浮力材料的萬米深淵著陸器，在科考任務(wù)期間，7 次挺進(jìn)萬米深淵，最大下潛深度達(dá)到10901m，坐底時間達(dá)到99 小時，單次坐底時間最長超過30 小時，獲取大量海底生物、 海底沉積物和海水樣品。2020 年11月10 日，“奮斗者”號成功下潛10909 m，創(chuàng)造了我國載人深潛的新紀(jì)錄。截至2023 年7 月，“奮斗者”號已完成了193 次下潛任務(wù)，突破性地實(shí)現(xiàn)了25次超過萬米的深潛。據(jù)統(tǒng)計，共有32 名研究人員搭乘“奮斗者” 號成功到達(dá)1 萬米以下的深海環(huán)境，萬米級深潛次數(shù)和搭乘人數(shù)均位居世界首位。為了探究長期海底作業(yè)背景下浮力材料的吸水性，中科海銳的科學(xué)家們采用空心玻璃微球增強(qiáng)技術(shù)、 樹脂組合物改性技術(shù)和固化應(yīng)力釋放技術(shù)協(xié)同作用，于2021 年10 月制造出一塊密度為0.57g/cm3、重量為50kg 的浮力構(gòu)件，隨后將其安裝至中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所的深海裝備上，進(jìn)行長達(dá)20 個月、深度6000m 的長期海底駐留試驗(yàn)。2023 年8 月這一構(gòu)件被成功回收，測試顯示該浮力構(gòu)件的外觀完好，無破裂、變形，吸水率僅為0.28%。本次海試成功驗(yàn)證了中科海銳所研發(fā)的浮力材料在大深度環(huán)境下的長期服役穩(wěn)定性，確保其在極端海洋環(huán)境中的安全穩(wěn)定運(yùn)作，為深海長期駐留設(shè)備提供可靠的核心支持。

中科海銳面向深遠(yuǎn)海探索、航空航天、油氣開發(fā)、建筑工程等應(yīng)用場景，聚焦于空心玻璃微珠、浮力材料和保溫材料等新材料的技術(shù)服務(wù)、 產(chǎn)品開發(fā)和材料供應(yīng)，已初步完成“123”戰(zhàn)略布局，不斷為中國及全球用戶提供創(chuàng)新、高效、可靠的定制化產(chǎn)品和應(yīng)用解決方案。

下一步中科海銳計劃針對不同海域特征和工程需求的多樣性，通過深挖空心玻璃微球這一關(guān)鍵核心技術(shù)，在浮力材料密度與強(qiáng)度之間找尋適宜的平衡點(diǎn)； 探索浮力材料性能穩(wěn)定性的影響規(guī)律，優(yōu)化浮力材料與空心玻璃微球界面強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)譜系化和長壽命的浮力材料研制與浮力材料低成本生產(chǎn)制造。同時，浮力材料在海底作業(yè)環(huán)境中通常需要長期駐留服役，因此研究浮力材料在高靜水壓及復(fù)雜海洋環(huán)境中的長期穩(wěn)定性，構(gòu)建浮力材料使用壽命預(yù)估模型，在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)的檢查、維護(hù)策略，對確保浮力材料在水下長期作業(yè)中安全有效地發(fā)揮作用至關(guān)重要。