随着人类海洋探索和开发领域进程的不断加快,深海固体浮力材料在海洋工程应用领域发挥着越来越重要的作用。在深海环境下,固体浮力材料面临着大潜深及高静水压的环境特点,因此,低密度和高强度成为固体浮力材料应具备的材料性能。研究高性能固体浮力材料,使其具备高抗压强度和低密度,同时兼具较高的可靠性,成为目前固体浮力材料的研究热点。而由空心玻璃微珠与环氧树脂复合的纯复合泡沫浮力材料,能在低密度条件下保持足够的强度,具有高压缩强度质量比,能应用于更深的海水深度,因此受到国内外广泛关注和研究。本文通过空心玻璃微珠填充环氧树脂E-54/DDM(4,4′-二氨基二苯基甲烷)体系,制备了密度0.53g/cm3,抗压强度44.25MPa的复合泡沫材料。通过非等温DSC研究了复合泡沫材料的固化过程,分析了复合泡沫材料的固化动力学及玻璃化转变温度;研究了复合泡沫材料的密度及微观结构;系统地分析了空心玻璃微珠改性、固化剂用量、稀释剂添加量及空心玻璃微珠填充量对复合泡沫材料力学性能的影响;并通过Turesanyi公式和ANSYS仿真分析,研究了复合泡沫材料的压缩强度及其破坏机理。研究表明,相比环氧树脂E-54/DDM固化体系,复合泡沫材料固化体系起始温度提前8-10℃,固化峰值温度提前4-6℃,固化反应放热焓变则因填料的吸热而降低,固化体系的玻璃化转变温度也升高10℃。通过n级反应模型和自催化反应模型,计算了复合泡沫材料固化反应动力学参数,得到反应活化能Ea,指前因子A,n级反应模型反应级数n及自催化反应模型独立反应级数m、n。计算结果表明,n级反应模型不能很好地描述复合泡沫材料固化反应动力学,自催化模型则能较好地描述复合泡沫材料固化体系反应动力学,但在固化反应后期,固化反应受扩散控制影响,实验与模型有所偏差。此外,复合泡沫材料体系中存在空气泡。当微珠填充量低于60%时,空气泡含量较低,复合泡沫材料密度与理论值相差较小,当填充量高于60%时,体系内气泡含量增多,材料密度与理论值差值增大。偶联剂的加入,改善了空心玻璃微珠与环氧树脂的浸润效果,增强二者的粘合,有效提高了复合泡沫材料的力学性能,特别是冲击性能提高明显。研究表明,当固化剂配比为0.85时,复合材料体系的压缩性能和弯曲性能最好,但冲击性能较差。而活性稀释剂的加入,增强了复合泡沫材料的韧性,对压缩和弯曲性能也有一定的影响。当活性稀释剂加入量为10%时,体系的力学性能最优。通过数学方程Turesanyi公式对复合泡沫材料强度进行了拟合,当Turesanyi公式能够较好地拟合压缩强度变化趋势时,由公式拟合所得到的拟合系数为2.12。而ANSYS仿真分析则表明,在受到外加压缩载荷后,复合材料体系内存在严重的应力集中现象。空心玻璃微珠薄壁承受的应力大于基体树脂承受的应力,因此空心玻璃微珠薄壁的抗压强度,对复合材料的抗压强度有重要的影响。在压缩破坏实验中,微珠填充量较低时,试样的破坏形式主要为基体树脂的剪切破坏,而微珠填充量较高时,试样的破坏形式则为基体树脂的剪切破坏和微珠破碎的综合作用。