一種聚合物耐磨塗層材料的製作方法
2023-04-22 20:50:26
專利名稱：一種聚合物耐磨塗層材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及複合材料領域的一種塗層材料，尤其是一種抵抗含固體顆粒流體衝刷 磨損、抗腐蝕的耐磨塗層材料。
背景技術：
在有色、冶金、火力發電等行業內，大量設備備件的工況條件中存在流體的衝刷、 磨損和腐蝕，由於流體的運行速度高，線速度快，同時還含有大量的硬質顆粒及電化學腐 蝕，設備及備件使用壽命大幅度減少，直接導致設備停機維修次數增多，維修成本高，加大 了維修工人的工作強度，同時，設備的運行效率降低，電耗量增大，非正常停機等導致生產 成本大幅上升，而廢舊備件的產生也導致資源的浪費。
要解決上述難題，目前所採用的方法主要有在易磨損部位粘結瓷片、橡膠、鑄石 板等，或採用高鉻合金等耐磨材質。但這些方法都存在不同的缺點，粘結陶瓷片，施工難度 較大，陶瓷片易在強衝擊條件下脫落；粘結橡膠，由於橡膠屬非極性物質，因此與基體粘結 強度低，易脫層鼓泡；粘結鑄石板，鑄石板耐磨性較差，一般採用的鑄石板厚度均在Icm以 上，因此對於曲面很難施工，而鑄石板之間的縫隙由膠泥填補，膠泥耐磨性能低，縫隙很容 易被流體衝蝕磨損，影響整體的耐磨性；易磨損部件選用高鉻合金等耐磨材質時，耐磨性能 明顯提高，但成本也明顯增加，不利於大範圍的推廣使用。中國專利CN101012121A中公開 的「耐磨陶瓷塗料」，選擇不同粒度的電熔棕剛玉、電熔亞白剛玉、電熔白剛玉、碳化矽、電熔 莫來石中的至少一種作為主料和輔料，採用CA50鋁酸鈣水泥或純鋁酸鈣水泥作結合劑，中 國專利CN1872919中公開的「一種耐磨陶瓷塗料及其製備方法」，骨料選擇剛玉、矽石、碳 化矽、高鋁礬土熟料、莫來石、矽線石、紅柱石、蘭晶石、石榴石中一種或多種，採用矽酸鹽水 泥、高鋁水泥、純鋁酸鈣水泥作為結合劑，以上兩個專利在結合劑的選擇上存在很大缺陷， 由於有水的存在塗料收縮率較大，與基體的粘接強度較低，施工過程中需要在設備要保護 部位焊接鋼筋及增強鋼板網，這些都限制了該塗料的使用範圍，同時降低了塗料的耐磨性 能。發明內容
本發明的目的在於避免現有技術的不足提供一種聚合物耐磨塗層材料，其施工方 便快捷、粘結強度高、使用成本低，具有優異的耐磨性、良好的耐腐蝕性、較高的耐氣蝕性。
為實現上述目的，本發明採取的技術方案為一種聚合物耐磨塗層材料，為A、B雙 組分的塗層材料，其特徵是所述的B組分為固化劑，其重量份為A組分重量份的2 10% ； 所述的A組分的組成及重量份為
主料
粒度為8 20目的碳化矽、鋯剛玉、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉、電熔白剛玉、電熔 莫來石中的至少一種任意比例搭配，10 20份；
粒度為60 120目的碳化矽、鋯剛玉、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉、電熔白剛玉、電熔莫來石中的至少一種任意比例搭配，20 40份；
粒度為150 220目的碳化矽、鋯剛玉、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉、電熔白剛玉、 電熔莫來石中的至少一種任意比例搭配，10 20份；
輔料石棉粉、鑄石粉、鈦白粉、氧化鋁粉、雲母粉中的至少一種任意比例搭配， 1 5份；
增強劑0.5 2份；
粘結劑10 20份。
所述增強劑為聚丙烯纖維、玻璃纖維、碳纖維中的至少一種任意比例搭配。
所述粘結劑是聚氨酯改性環氧樹脂。
所述聚氨酯改性環氧樹脂是如下方法製備的
(1)在反應釜中加入20摩爾聚醚，加熱，當溫度升至110 120°C時抽真空，抽真 空0. 6-1. 2h，停止抽真空和加熱並通入N2,整個反應一直保持通入N2 ；
(2)當溫度降至40 50°C時，加入20摩爾的甲苯二異氰酸酯並在40°C的溫度下 反應lh，然後緩慢升溫至80°C反應2h，最後升溫至90°C，在此條件下反應0. 5h，既得含端 NCO基團的PU預聚體；
(3)在另一個反應釜中加入重量份90份的環氧樹脂，將溫度升至100 120°C，開 始抽真空l_2h，然後通入N2,整個反應一直保持通入N2,當溫度降至90-110°C時，將上將反 應好的預聚體按重量份10份加入到環氧樹脂中，控制反應溫度在100-120°C，反應2h，既得 聚氨酯改性環氧樹脂。
所述的固化劑為二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基碸、間苯二胺、聚醯胺、咪唑中 的至少一種任意比例搭配。
所述的一種聚合物耐磨塗層材料是由下述方法製備而成的
(1)、將粘結劑、主料按上述比例加入強力攪拌機中攪拌5-8分鐘；
(2)、將輔料、增強劑按上述比例加入步驟(1)的強力攪拌機中攪拌5 10分鐘混 合均勻，得所需的聚合物耐磨塗層材料的A組分；
(3)按A組分重量份的2 10%稱取固化劑作為B組分；
即得聚合物耐磨塗層材料。
在上述塗層材料組合物中，主料的選擇主要以高硬度、高強度的硬質顆粒為主，再 通過級配，使塗層內填料的排列更為緊密，塗層緻密性好，硬度高，耐磨性強；聚氨酯改性 環氧樹脂作為粘結劑，以環氧樹脂體系為主作為粘結劑，其優點表現為粘結強度高、粘結面 廣、收縮率低、穩定性好、機械強度高等特點，但環氧樹脂體系也存在明顯的缺陷，就是柔韌 性不足，由於聚氨酯體系存在較好的柔韌性，將其通過互傳網絡技術引入到環氧樹脂體系 中，可明顯改善環氧樹脂的韌性，使塗層在具備環氧樹脂高強度、高粘結性的同時，具有良 好的柔韌性，塗層可吸收介質中顆粒的衝擊，減少對塗層的破壞，環氧體系還具有良好的耐 腐蝕性能，而主輔料也具有優異的耐腐蝕性，塗層在常溫下可耐受腐蝕性較強的介質侵蝕。
本發明的原理是採用互穿網絡技術，就是使環氧樹脂與其它柔性聚合物相互貫 穿成鏈鎖結構，形成交織網絡聚合物，由於互穿網絡結構中存在著永久性不能解脫的纏結， 交聯密度較高，使材料某些力學性能較單一組分大為提高，產生協同效應。因此在具有較高 的抗拉、抗剪切強度的同時，聚合物有較高的剝離強度和良好的柔韌性，聚合物體分子鏈的4柔順性，可吸收固體顆粒反覆衝擊塗層材料表面引起的疲勞破壞，使塗層具有優異的耐磨 耐氣蝕性。
本發明的有益效果是主要針對有色冶金行業內各類磨損及腐蝕問題，可廣泛用 於含固體顆粒、流體衝刷磨損的設備和部件，主要形式有固體顆粒與流體混合產生的衝刷 磨損、固體顆粒和腐蝕性液體混合後產生的衝刷磨損與電化學腐蝕相結合的破壞方式等， 新型聚合物耐磨塗層材料不僅適用於新設備的預塗保護層，更適用於廢舊設備的修復，例 如渣漿泵、膠泵、旋流器、旋風除塵器、浮選機、礦漿管道、球磨機端蓋、榴槽、攪拌漿、閘閥 等，修復後的備件使用壽命是新備件的1 10倍，而修復的成本只佔新備件成本的30% 50%，既降低了企業的經營成本，同時也減輕了工人的勞動強度。
具體實施方式
以下對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限 定本發明的範圍。
下面通過實施例和對比例進一步說明本發明。在以下實施例和對比例中，只是塗 層材料的各組分質量變化，製備耐磨塗層材料的方法不變。為了更直觀的描述不同實施例 中塗層材料的各組分比例變化對塗層材料性能的影響，用萬能材料試驗機按GB71M-86和 GB6329-86標準檢測抗拉及抗剪切強度，用抗磨損試驗機檢測耐磨性，通過指標的變化反映 塗層材料不同組分配比的耐磨塗料性能。抗拉強度越大，說明塗層材料在拉伸斷裂前能夠 承受的拉應力越大，該指標越大越好；抗剪切強度越大，說明塗層材料在剪切面上能夠承受 的剪應力越大，該指標越大越好；耐磨性越小，說明在磨損過程中，單位時間內塗層材料的 體積減量越小，塗料更耐磨，該指標越小越好。詳細數據見表1和表2。
實施例1
將聚氨酯改性環氧樹脂、主料按表1中指定的重量加入強力攪拌機中攪拌5分鐘； 然後將輔料、增強劑按表ι中指定的重量加入上述強力攪拌機中攪拌6分鐘混合均勻得所 需的聚合物耐磨塗層材料的A組分，將A組分裝入鐵桶備用，施工使用時，先將需要塗覆耐 磨塗層材料的渣漿泵表面進行清潔、除鏽，然後按表1中固化劑所列的重量取二氨基二苯 基甲烷作為B組分與A組分攪拌混合均勻，得聚合物耐磨塗層材料。根據所需塗層厚度進 行塗抹，塗抹厚度一般為1 100mm，對於渣漿泵塗抹厚度為3_5mm，一次成型，塗抹時儘量 壓實以避免塗層內部含有過多氣泡，影響塗層使用效果。塗層材料塗抹完成後可以在常溫 Mh，或採用加熱80°C /lh條件下固化，固化後塗層將具有高韌性、高強度、高耐磨性及良好 的耐腐蝕性能。然後測試塗層材料的抗剪切強度、抗拉強度和耐磨性，在表1中列出了測試 結果。
實施例2
製備聚氨酯改性環氧樹脂，製備方法如下
在反應釜中加入20摩爾聚醚，加熱，當溫度升至110 120°C時抽真空，抽真空 0. 6-1. 2h，停止抽真空和加熱並通入N2，為了避免和空氣接觸，整個反應一直保持通入N2, 當溫度降至40 50°C時，加入20摩爾的甲苯二異氰酸酯並在40°C的溫度下反應lh，然後 緩慢升溫至80°C反應池，最後升溫至90°C，在此條件下反應0. 5h，既得含端NCO基團的PU 預聚體；在另一個反應釜中加入重量份90份的環氧樹脂，將溫度升至100 120°C，開始抽5真空l_2h，然後通入N2，整個反應一直保持通入N2，當溫度降至90-110°C時，將上將反應好 的預聚體按重量份10份加入到環氧樹脂中，控制反應溫度在100-120°C，反應2h，既得聚氨 酯改性環氧樹脂。
將聚氨酯改性環氧樹脂、主料按表1中指定的重量加入強力攪拌機中攪拌5分鐘； 然後將輔料、增強劑按表1中指定的重量加入上述強力攪拌機中攪拌6分鐘混合均勻得所 需的聚合物耐磨塗層材料的A組分，將A組分裝入鐵桶備用，施工使用時，先將需要塗覆耐 磨塗層材料的渣漿泵表面進行清潔、除鏽，然後按表1中固化劑所列的重量取二氨基二苯 基碸作為B組分與A組分攪拌混合均勻，得聚合物耐磨塗層材料。根據所需塗層厚度進行 塗抹，塗抹方法同實施例1，然後測試塗層材料的抗剪切強度、抗拉強度和耐磨性，在表1中 列出了測試結果。
實施例3
按表1中指定的各種組分的重量重複實施例1的方法，但固化劑改為間苯二胺，在 表1中列出了測試結果。
實施例4
按表1中指定的各種組分的重量重複實施例1的方法，但固化劑改為聚醯胺，在表 1中列出了測試結果。
實施例5
按表1中指定的各種組分的重量重複實施例1的方法，但固化劑改為咪唑，在表1 中列出了測試結果。
實施例6
按表2中指定的各種組分的重量重複實施例1的方法，固化劑為二氨基二苯基甲 烷，在表2中列出了測試結果。
實施例7
按表2中指定的各種組分的重量重複實施例1的方法，但固化劑改為二氨基二苯 基碸，在表2中列出了測試結果。
對比例1
將聚氨酯改性環氧樹脂、主料按表2中指定的重量加入強力攪拌機中攪拌6分鐘， 然後將輔料、增強劑按表2中指定的重量加入上述強力攪拌機中攪拌7分鐘混合均勻，裝入 鐵桶備用，施工使用時，先將需要塗覆耐磨塗層材料的渣漿泵表面進行清潔、除鏽，然後將 固化劑二氨基二苯基甲烷按表2中指定的重量加入上述鐵桶中攪拌混合至均勻，然後進行 塗抹，塗抹厚度為4mm，一次成型，塗抹時儘量壓實以避免塗層內部含有過多氣泡，影響塗層 使用效果。塗層材料塗抹完成後在常溫24h條件下固化。然後測試塗層材料的抗剪切強度、 抗拉強度和耐磨性，在表2中列出了測試結果。
對比例2
按表2中指定的各種組分的重量重複對比例1的方法，但固化劑改為二氨基二苯 基碸，在表2中列出了測試結果。
對比例3
按表2中指定的各種組分的重量重複對比例1的方法，但固化劑改為間苯二胺，在 表2中列出了測試結果。
下表中各實施例和對比例塗層材料的抗剪切強度、抗拉強度和耐磨性的測試數據 說明，在單一性能上，有的對比例的性能指標比較好，但是在綜合性能上本發明的實施例的 塗層材料都明顯的優於對比例的塗層材料
表 權利要求
1.一種聚合物耐磨塗層材料，為A、B雙組分的塗層材料，其特徵在於所述的B組分為 固化劑，其重量份為A組分重量份的2 10% ；所述的A組分的組成及重量份為主料粒度為8 20目的碳化矽、鋯剛玉、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉、電熔白剛玉、電熔莫來 石中的至少一種任意比例搭配，10 20份；粒度為60 120目的碳化矽、鋯剛玉、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉、電熔白剛玉、電熔莫 來石中的至少一種任意比例搭配，20 40份；粒度為150 220目的碳化矽、鋯剛玉、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉、電熔白剛玉、電熔 莫來石中的至少一種任意比例搭配，10 20份；輔料石棉粉、鑄石粉、鈦白粉、氧化鋁粉、雲母粉中的至少一種任意比例搭配，1 5份；增強劑0. 5 2份；粘結劑10 20份。
2.如權利要求1所述的一種聚合物耐磨塗層材料，其特徵在於所述增強劑為聚丙烯纖 維、玻璃纖維、碳纖維中的至少一種任意比例搭配。
3.如權利要求1所述的一種聚合物耐磨塗層材料，其特徵在於所述粘結劑是聚氨酯改 性環氧樹脂。
4.如權利要求3所述的一種聚合物耐磨塗層材料，其特徵在於所述聚氨酯改性環氧樹 脂是如下方法製備的(1)在反應釜中加入20摩爾聚醚，加熱，當溫度升至110 120°C時抽真空，抽真空 0. 6-1. 2h，停止抽真空和加熱並通入N2,整個反應一直保持通入N2 ；(2)當溫度降至40 50°C時，加入20摩爾的甲苯二異氰酸酯並在40°C的溫度下反應 Ih,然後緩慢升溫至80°C反應池，最後升溫至90°C，在此條件下反應0. 5h，既得含端NCO基 團的PU預聚體；(3)在另一個反應釜中加入重量份90份的環氧樹脂，將溫度升至100 120°C，開始抽 真空l-2h，然後通入N2,整個反應一直保持通入N2,當溫度降至90-110°C時，將上將反應好 的預聚體按重量份10份加入到環氧樹脂中，控制反應溫度在100-120°C，反應2h，既得聚氨 酯改性環氧樹脂。
5.如權利要求1所述的一種聚合物耐磨塗層材料，其特徵在於所述的固化劑為二氨基 二苯基甲烷、二氨基二苯基碸、間苯二胺、聚醯胺、咪唑中的至少一種任意比例搭配。
6.如權利要求1所述的一種聚合物耐磨塗層材料，其特徵在於它是由下述方法製備而 成的(1)、將粘結劑、主料按上述比例加入強力攪拌機中攪拌5-8分鐘；(2)、將輔料、增強劑按上述比例加入步驟(1)的強力攪拌機中攪拌5 10分鐘混合均 勻，得所需的聚合物耐磨塗層材料的A組分；(3)按A組分重量份的2 10%稱取固化劑作為B組分；即得聚合物耐磨塗層材料。
全文摘要
本發明涉及一種聚合物耐磨塗層材料。其特點是為A、B雙組分的塗層材料，B組分為固化劑，其重量份為A組分重量份的2～10％；A組分的組成及重量份為主料為不同粒度的碳化矽、鋯剛玉、電熔亞白剛玉、電熔棕剛玉、電熔白剛玉、電熔莫來石中的至少一種任意比例搭配40～80份；輔料為石棉粉、鑄石粉、鈦白粉、氧化鋁粉、雲母粉中的至少一種任意比例搭配，1～5份；增強劑為聚丙烯纖維、玻璃纖維、碳纖維中的至少一種任意比例搭配，0.5～2份；粘結劑為聚氨酯改性環氧樹脂10～20份。該塗層材料施工使用方便快捷、粘結強度高、使用成本低，具有優異的耐磨性、良好的耐腐蝕性、較高的耐氣蝕性。
文檔編號C09D7/12GK102040901SQ201010543698
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者餘江鴻, 吳斌, 周濤, 李振宇, 李瓛, 王進龍, 符嵩濤, 藺學勇 申請人:西北礦冶研究院