一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法與流程
2023-10-19 08:01:57
本發明屬於聚氨酯膠層製備技術領域，更具體的說，涉及一種具有防滑耐磨效用的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法。
背景技術：
聚氨酯彈性體具有高強度、高彈性、高伸長率、高耐磨性等許多突出的優點，被廣泛應用於國民經濟的各個領域，其中，澆注型聚氨酯彈性體是應用最廣、產量最大的一種。近年來，隨著國家海洋工程的不斷發展，聚氨酯彈性體在海洋工程中的應用越來越廣泛，同時對其性能的要求也越來越高。
作為海洋工程建造中不可或缺的一部分，海底管線的鋪設及專用裝備的研究，一直是海洋石油工程領域中的重點研究內容之一。s型海洋鋪管船是海底管線鋪設的專用裝備，鋪管船上很多專用設備輔件如張緊器履帶板，輸送滾輪等都是用聚氨酯彈性體製備的。這些專用設備輔件的質量和使用壽命大大影響到整個鋪管工程的進程。
目前，現有s型海洋鋪管船用聚氨酯張緊器履帶板和輸送滾輪在使用過程中容易出現以下問題：(1)過度磨損，使用周期短，增加了備件更換頻率，容易誤工；(2)易打滑，特別在鋪設表面光滑的管線過程中，這些問題將給整個鋪管工程帶來巨大的經濟損失。例如在鋪管過程中，如果出現打滑，整個鋪管工程將停工，停工一天經濟損失高達幾百萬，如果出現已設管道折斷、浸水等連帶事故，損失將更加嚴重。
如，中國專利申請號為200810196268.1，申請日：2008年8月23日的申請案公開了一種聚氨酯滾輪，該申請案的聚氨酯滾輪包括滾輪芯和同心的包覆於滾輪芯外援表面的聚氨酯層，其滾輪芯包括管狀鐵芯和包覆在鐵芯外表面的鑄鋁層。該申請案在一定程度上能夠延長聚氨酯滾輪的使用壽命，但該聚氨酯滾輪的耐磨、防滑性能仍不能夠有效滿足s型海洋鋪管船的使用要求。
又如，中國專利申請號為201310082538.7的申請案公開了一種工程機械履帶板及其製備方法，該申請案的工程機械履帶板的材料以重量百分比的組成成分為：c：0.25～0.30％，si：0.12～0.17％，ti：0.2～0.23％，al：0.07～0.09％，mn：2～2.5％，w：1.7～2.0％，b：≤0.0035％，p：≤0.025％，s：≤0.025％，餘量為fe，上述履帶板的製備方法為：電爐煉鋼、真空脫氣處理，鋼水出爐，澆鑄鑄件，鑄件降溫至1230～1250℃時保溫2～3小時，然後降溫至930～950℃淬火，360℃回火後速冷，待用。該申請案主要通過對工程機械履帶板用材料的組分進行優化設計，從而在一定程度上改善了履帶板的強度、韌性和耐磨性等使用性能，但所得履帶板的防滑性能仍相對較差。
技術實現要素：
1.發明要解決的技術問題
本發明目的在於克服現有s型海洋鋪管船用聚氨酯張緊器履帶板和輸送滾輪在使用過程中易發生過磨損和打滑現象的不足，提供了一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法。採用本發明的方法能夠顯著提高聚氨酯複合膠層的防滑和耐磨性能，從而滿足s型海洋鋪管船對張緊器履帶板和輸送滾輪的使用要求，有利於提高張緊器履帶板和輸送滾輪的使用效能，延長其使用壽命。
2.技術方案
為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：
本發明的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，所述複合膠層包括基體聚氨酯膠層和填充於其內的聚氨酯顆粒，上述基體膠層表面有部分聚氨酯顆粒露出，且膠層整體為平整結構。
更進一步的，所述聚氨酯複合膠層的硬度為邵a80-90度，聚氨酯顆粒的粒徑為12-18目。
更進一步的，將基體膠層用聚氨酯預聚體與填充用聚氨酯顆粒按質量比為4:1-5:1混合，然後經澆注、硫化、脫模處理形成聚氨酯複合膠層。
更進一步的，基體膠層用聚氨酯預聚體與填充用聚氨酯顆粒混合後先使用澆注機進行預熱、脫泡處理，然後加入交聯劑進行澆注，經澆注、硫化、脫模處理後再進行後處理和車磨加工，即得到本發明的聚氨酯複合膠層。
更進一步的，所述的基體膠層用聚氨酯預聚體由聚酯多元醇和二苯基甲烷二異氰酸酯組成，且聚酯多元醇與二苯基甲烷二異氰酸酯的混合比例為4:1-5:1。
更進一步的，所述填充用聚氨酯顆粒是以聚醚多元醇、二異氰酸酯和填料按照混合比例為100：(30-40)：(15-20)製成的。
更進一步的，所述填充用聚氨酯顆粒的具體製備過程如下：
1)聚氨酯顆粒用預聚體的合成：以聚醚多元醇、二異氰酸酯和填料為原料合成預聚體；
2)加入交聯劑，澆注成輥，經膠輥後處理後車加工成膠條；
3)將膠條進行破碎造粒處理，然後過篩選取規定粒徑的顆粒，並進行清洗，乾燥，即得填充用聚氨酯顆粒。
更進一步的，所述的二異氰酸酯採用甲苯二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯，所述的填料選用二氧化矽、碳酸鈣、白炭黑、滑石粉或碳化矽。
更進一步的，所述聚氨酯顆粒澆注過程中所用交聯劑選用4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷、二甲硫基甲苯二胺、1,4-丁二醇或氫醌-雙(β-羥乙基)醚；所述膠條的邵a硬度為85-95度，密度為1.22-1.25g/cm3，厚度為2-3mm。
3.有益效果
採用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下顯著效果：
(1)本發明的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層，包括基體聚氨酯膠層和填充於其內的聚氨酯顆粒，上述基體膠層表面有部分聚氨酯顆粒露出，且膠層整體為平整結構，該複合膠層的防滑和耐磨性能較好，能夠滿足海洋鋪管船用張緊器履帶板、輸送滾輪等產品對防滑與耐磨性能的要求，延長其使用壽命。
(2)本發明的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，採用本發明的製備方法能夠顯著改善複合膠層的結構分布，所得複合膠層具有比較好的耐磨性和高表面摩擦係數，可以增加與管線表面的摩擦，避免鋪管過程中的打滑現象，並且膠層不會隨著使用磨損而防滑性能受損，從而增加產品的使用壽命。此複合膠層應用於海洋鋪管船用的張緊器履帶板、輸送滾輪等產品，在實際鋪管作業中達到了節能高效的實用效果。
(3)本發明的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，通過對基體聚氨酯膠層及聚氨酯顆粒用預聚體的組分、基體聚氨酯膠層用預聚體與聚氨酯顆粒的混合比例及其他製備工藝參數進行優化設計，從而進一步提高了所得聚氨酯複合膠層的綜合使用性能，使其使用性能達到最佳配合。
附圖說明
圖1為本發明的防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的剖面結構示意圖；
圖2為現有齒輪泵的結構示意圖；
圖3為螺杆泵轉子的結構示意圖；
圖4為圖3中轉子的左視示意圖；
圖5為螺杆泵定子的結構示意圖；
圖6為圖5中定子的左視示意圖。
圖中：1、基體聚氨酯膠層；2、聚氨酯顆粒；3、主動輪；4、從動輪；5、轉子；6、定子。
具體實施方式
為進一步了解本發明的內容，現結合附圖和具體實施例對本發明作詳細描述。
實施例1
本實施例的上述防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，其具體步驟如下：
(1)聚氨酯顆粒的製備：採用聚醚多元醇n-204、n-210(鐘山化工)，白炭黑zq356(株洲興隆化工)與甲苯二異氰酸酯(tdi-100，法國利安德)按照混合比例為100：40：20合成聚氨酯預聚體，加入當量95％(即交聯劑的加入量為預聚體質量的95％)的交聯劑4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷moca(杭州崇順)，經澆注機澆注成輥，膠輥後處理後車加工成厚度為3mm的膠條，所得膠條硬度為邵a95度，密度為1.25g/cm3。膠條經過破碎機破碎和造粒處理，通過三級篩分即得12-18目的無規顆粒，然後進行清洗，乾燥，備用。
(2)聚氨酯複合膠層的製備：將聚酯多元醇218(青島新宇田化工)與二苯基甲烷二異氰酸酯mdi(拜耳)合成的預聚體與製備好的聚氨酯顆粒按照5：1的比例混合投入專用澆注機中，經預熱、脫泡處理後加入交聯劑1,4-丁二醇bdo(隴西化工)，採用常規工藝澆注，脫模，後處理，車磨加工，即得複合聚氨酯層。
上述專用澆注機不同於常規的聚氨酯澆注機，其輸送泵和混合頭經過改造，可以通過大粒徑顆粒並準確計量。常規的澆注機採用的是齒輪泵(如圖2所示，包括主動輪3和從動輪4)，能夠運送並準確計量高粘度的液體，但對於本發明中的帶固體顆粒的膠料就不能使用了。因此將螺杆泵(如圖3-圖6所示，包括轉子5和定子6)的理論用於澆注機輸送泵改造，從而能夠準確計量帶固體顆粒的膠料。
如圖1所示，本實施例所得聚氨酯複合膠層包括基體聚氨酯膠層1和填充於其內的聚氨酯顆粒2，膠層整體為平整結構，且基體膠層表面有部分聚氨酯顆粒露出，從而可以顯著提高複合膠層的耐磨和防滑性能，將其用於製作大型鋪管船用聚氨酯張緊器履帶板，可以有效克服現有聚氨酯張緊器履帶板易發生過度磨損和打滑現象的不足，大大延長了張緊器履帶板的使用壽命，降低了經濟損失。本實施例所得聚氨酯複合膠層的硬度為邵a90度，厚度為35mm。
實施例2
本實施例的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，其具體步驟如下：
(1)聚氨酯顆粒的製備：採用聚醚多元醇n-204、n-210(鐘山化工)，碳酸鈣bz-2600(佛山勃震化工)與mdi(拜耳)按照混合比例為100：30：15合成聚氨酯預聚體，加入當量93％的交聯劑1,4-丁二醇bdo(隴西化工)，經澆注機澆注成輥，膠輥後處理後車加工成厚度為2mm的膠條，所得膠條硬度為邵a90度，密度為1.24g/cm3。膠條經過破碎機破碎，通過三級篩分，即得12-18目的無規顆粒，然後進行清洗，乾燥，備用。
(2)聚氨酯複合膠層的製備：將聚酯多元醇218(青島新宇田化工)與mdi(煙臺萬華)合成的預聚體與製備好的聚氨酯顆粒按照4：1的比例投入專用澆注機中，經預熱、脫泡處理後加入交聯劑1,4-丁二醇bdo(隴西化工)，採用常規工藝澆注，脫模，後處理，車磨加工，即得聚氨酯複合膠層，本實施例所得聚氨酯複合膠層的防滑和耐磨性能較好，能夠滿足大型鋪管船用聚氨酯輸送滾輪的使用要求，其硬度為邵a85度，厚度為25mm，膠層表面平整。
實施例3
本實施例的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，具體過程如下：
(1)聚氨酯顆粒的製備：採用聚醚多元醇n-210(鐘山化工)，超細滑石粉(石家莊巖峰)與tdi-100(拜耳)按照混合比例為100：37：18合成聚氨酯預聚體，加入當量96％的交聯劑二甲硫基甲苯二胺e300(淄博正大節能材料)，經澆注機澆注成輥，膠輥後處理後車加工成厚度為2.5mm的膠條，所得膠條硬度為邵a85度，密度為1.22g/cm3。膠條經過破碎機破碎，通過三級篩分，即得12-18目的無規顆粒，然後進行清洗，乾燥，備用。
(2)聚氨酯複合層的製備：將聚酯多元醇218(青島新宇田化工)與mdi(拜耳)合成的預聚體與製備好的聚氨酯顆粒按照4：1的比例投入專用澆注機中，經預熱、脫泡處理後加入交聯劑1,4-丁二醇bdo(隴西化工)，採用常規工藝澆注，脫模，後處理，車磨加工，即得聚氨酯防滑層，硬度為邵a80度，厚度為45mm，膠層表面平整。
實施例4
本實施例的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，具體過程如下：
(1)聚氨酯顆粒的製備：採用聚醚多元醇n-210(鐘山化工)，二氧化矽與tdi-100(拜耳)按照混合比例為100：40：15合成聚氨酯預聚體，加入當量94％的交聯劑二甲硫基甲苯二胺e300(淄博正大節能材料)，經澆注機澆注成輥，膠輥後處理後車加工成厚度為2.7mm的膠條，所得膠條硬度為邵a88度，密度為1.23g/cm3。膠條經過破碎機破碎，通過三級篩分，即得12-18目的無規顆粒，然後進行清洗，乾燥，備用。
(2)聚氨酯複合層的製備：將聚酯多元醇218(青島新宇田化工)與mdi(拜耳)合成的預聚體與製備好的聚氨酯顆粒按照5：1的比例投入專用澆注機中，經預熱、脫泡處理後加入交聯劑1,4-丁二醇bdo(隴西化工)，採用常規工藝澆注，脫模，後處理，車磨加工，即得聚氨酯防滑層，硬度為邵a85度，厚度為43mm，膠層表面平整。
實施例5
本實施例的一種防滑耐磨的澆注型聚氨酯複合膠層的製備方法，具體過程如下：
(1)聚氨酯顆粒的製備：採用聚醚多元醇n-210(鐘山化工)，碳化矽與mdi按照混合比例為100：30：20合成聚氨酯預聚體，加入當量95％的交聯劑氫醌-雙(β-羥乙基)醚(hqee)，經澆注機澆注成輥，膠輥後處理後車加工成厚度為2.5mm的膠條，所得膠條硬度為邵a92度，密度為1.22g/cm3。膠條經過破碎機破碎，通過三級篩分，即得12-18目的無規顆粒，然後進行清洗，乾燥，備用。
(2)聚氨酯複合層的製備：將聚酯多元醇218(青島新宇田化工)與mdi(拜耳)合成的預聚體與製備好的聚氨酯顆粒按照4：1的比例投入專用澆注機中，經預熱、脫泡處理後加入交聯劑1,4-丁二醇bdo(隴西化工)，採用常規工藝澆注，脫模，後處理，車磨加工，即得聚氨酯防滑層，硬度為邵a87度，厚度為40mm，膠層表面平整。
綜上所述，採用本發明的方法製備所得聚氨酯複合膠層包括基體聚氨酯膠層和填充於其內的聚氨酯顆粒，其內部聚氨酯顆粒分布均勻，且基體膠層表面有部分聚氨酯顆粒露出，從而可以顯著提高聚氨酯複合膠層的耐磨性能和防滑性能，複合膠層的表面摩擦係數較高，適於用於製作海洋鋪管船用的張緊器履帶板、輸送滾輪等產品，且製作所得張緊器履帶板、滾輪安裝在不同的海洋鋪管船上，使用壽命長，防滑效果良好，獲得了廠家非常好的評價。此外，發明人還通過大量實驗研究，對基體聚氨酯膠層及聚氨酯顆粒用預聚體的組分、基體聚氨酯膠層用預聚體與聚氨酯顆粒的混合比例及其他製備工藝參數進行優化設計，從而進一步提高了所得聚氨酯複合膠層的綜合使用性能，使其使用性能達到最佳配合。