近年来海洋工程、航天航空等各个领域的快速发展,对于轻质树脂基复合材料性能的要求也越来越高。目前国内外通常采用玻璃微珠填充树脂制备轻质复合材料,通过改变填加玻璃微珠的体积分数,调整复合材料的密度与强度,但在约定强度的条件下,密度降低幅度不大。因此,开展球壳结构填充玻璃微珠/环氧树脂复配体系的研究,对进一步提高轻质树脂基复合材料的比强度具有重要工程意义。本文以自行配制的低粘度ES-1环氧树脂为基体,甲基四氢苯酐和2-乙基-4-甲基咪唑为固化剂,玻璃微珠及球壳结构为轻质填料,将质量份数分别为10wt%、15wt%、20wt%和25wt%的玻璃微珠与低粘度环氧树脂固化体系混合,对预制料粘度和固化后浇注体密度及力学性能进行评价,综合其性能变化与制备工艺可行性,优化出预混料中玻璃微珠的最佳配比作为复配基体,并进一步与球壳结构复合,制备球壳结构轻质树脂基复合材料,分析不同球壳直径及壁厚对轻质复合材料性能的影响关系。研究结果表明,在玻璃微珠填充低粘度环氧树脂预混料中,随着玻璃微珠填量的增加,预混料的粘度增加,浇注体的密度、压缩性能、弯曲性能和拉伸性能均呈下降趋势。当玻璃微珠填量为15wt%时,玻璃微珠填充低粘度环氧树脂预混料的粘度适中,粘度为5578mPa·s,密度为0.91g/cm3,比压缩强度为117960N·m/kg,比弯曲强度为55246 N·m/kg,比拉伸强度为31250 N·m/kg,适合作为球壳结构轻质树脂基复合材料的复配体系。通过对压缩断口微观形貌观察表明,玻璃微珠填量的增加导致浇注体内部玻璃微珠之间的低粘度环氧树脂固化体系层变薄,玻璃微珠受剪切破坏或低粘度环氧树脂固化体系与玻璃微珠间的脱粘,使得浇注体的力学性能有所下降。在固定体积的模具中,依据最紧密堆积原则填充球壳结构,将玻璃微珠填充低粘度环氧树脂预混料真空浇筑至含球壳结构的模具中,在一定的固化工艺条件下,得到球壳结构轻质树脂基复合材料。分析不同直径及壁厚的球壳结构对轻质树脂基复合材料密度和压缩性能的影响关系。研究结果表明,填充球壳结构直径为10mm,壁厚为0.38mm的球壳结构轻质树脂基复合材料的性能最佳,其密度为0.572g/cm3,压缩强度为29.36MPa,比压缩强度为59399 N·m/kg。通过对断口宏观形貌分析发现,球壳结构轻质树脂基复合材料在压缩载荷作用下,应力集中在球壳结构上,引起球壳结构损伤并产生裂纹,裂纹在球壳间进一步扩展,致使球壳结构轻质树脂基复合材料失效。