CN100365062C - 水机纳米塑料合金零部件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能抗磨损、抗空蚀、且成本降低的水机纳米塑料合金零部件及其制备方法。将一定重量配比的芳纶短纤维、纳米粉料、尼龙粉料、聚四氟乙烯粉料混合后，再与由环氧树脂、固化剂、稀释剂按重量配比1∶0.9～4∶0.3～1.7混合配制而成的环氧树脂浆料混合，倒入安放有炭钢骨架及芳纶网格布筋的零部件模具内，加压固化成型。适用生产各种水机的零部件，所得产品抗磨损、抗空蚀能力较强，使水机的检修周期缩短，延长了使用寿命，工作效率提高，同时也降低了生产的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种水机零部件及其制备方法，特别涉及一种水机纳米塑料合金零部件及其制备方法。
背景技术
在我国可利用的水利资源相当丰富，但是近年来由于严重的水土流失及沙化影响，致使江河水的泥沙含量大，目前各种抽水机和大中型水电站水轮机的纳米塑料合金零部件多为不锈钢制品，都受到不同程度的磨损、空蚀破坏，导致抽水机、水轮机大修周期缩短，工作量增加，抽水和发电能力降低。大、中、小型煤矿、铁矿、铜矿等矿山井下抽水的水泵，受煤渣、铁铜矿渣的磨损、空蚀就更加严重。在没有找到更好材质的零部件之前，对受到磨损、空蚀破坏的零部件都采取修补的方法。如：金属焊修补、火焰喷涂、等离子喷涂等硬涂层方法，以及环氧金刚砂涂层、尼龙涂层、树脂涂层等软涂层方法对被空蚀磨损的部位进行修补。但是硬涂层存在附着母材不牢并且脆，抗磨蚀更差，抗冲击力也不好，而软涂层与母材结合强度低，易脱落，虽然软涂层的抗磨损、抗空蚀性能突出，但与零部件母材结合不好，很难发挥其抗磨损、抗空蚀的作用。
发明内容
本发明的目的是提供了一种抗磨损、抗空蚀的、成本降低的水机纳米塑料合金零部件及其制备方法。技术方案如下：
一种水机纳米塑料合金零部件，其特征是经如下方法制备：
(1)取样按下述原料重量配比关系准确称量：炭钢骨架25～30％，芳纶网格布筋10～15％，芳纶短纤维10～15％，纳米粉料5～8％，尼龙粉料8～12％，聚四氟乙烯粉料5～8％，环氧树脂浆料30～35％；所述环氧树脂浆料是由环氧树脂、固化剂、稀释剂按重量配比1∶0.9～4∶0.3～1.7混合配制而成；其中固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐，稀释剂为单环氧基活性稀释剂；
(2).将芳纶短纤维在80℃～120℃烘箱中烘干，时间为2～4小时；
(3).将纳米粉料、聚四氟乙烯粉料和尼龙粉料放在80℃～120℃烘箱中烘干，时间为2～4小时；
(4).将步骤(2)、(3)所得的烘干物混合，用材料搅拌机搅拌0.5小时，搅拌机的转速为400-600转/分，待用；
(5).调制环氧树脂浆料在常温下将环氧树脂和稀释剂混合搅拌均匀后缓慢加入固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐，然后倒入浆料搅拌机中搅拌5分钟即可，搅拌机的转速为400-600转/分；
(6).将步骤(4)所得物加入到环氧树脂浆料中，充分搅拌混匀，搅拌机的转速为400-600转/分；
(7).将炭钢骨架固定在欲制备的纳米塑料合金零部件的模具内，再将芳纶网格布筋固定在炭钢骨架上；
(8).将步骤(6)所得浆料在2～3小时内缓慢倒入模具并加上盖板同时加压至2MP/CM2，然后放入100℃的恒温箱中1小时，再将温度升高到140℃下保持2小时，完成固化；
(9)撤压脱模，在车铣床、沙袋机上进行切削、抛光精加工，制得成品。
步骤(1)所述尼龙粉料买回来以后要用目筛筛过，使其粒径小于60目筛，当其重量为总重量的10％时，可以达到最佳的增强与自润滑效果，如尼龙6、尼龙66。
步骤(1)所述芳纶网格布筋的经、纬线之间的距离为1～1.5毫米，以确保浆料在模具内各处均能流到。
步骤(1)所述纳米粉料为粒径在1～100纳米的材料，如纳米二氧化硅。
步骤(1)所述聚四氟乙烯粉料粒径为800～1000目。
步骤(1)所述环氧树脂可以选择环氧树脂E-44。
步骤(1)所述稀释剂是单环氧基活性稀释剂，如丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚。
满足上述条件的各种产品均可以在市场上买得到。
在步骤(8)中，盖板和模具内都要喷洒脱模剂，如硅油、气雾脱模剂。
本发明产品还可用于大、中、小型煤矿、铁矿、铜矿等矿山井下抽水水泵的纳米塑料合金零部件。
本发明有了炭钢金属骨架，具有较高的机械强度，接近不锈钢的水平，且骨架、网格布粘接强度高，并形成表面保护层，具有必备的拉伸强度、韧性、弹性，使磨损和空蚀破坏很难形成。由于表层自润滑性能好，大大减轻了被磨损被空蚀的可能性，从而降低了磨损的破坏程度。环氧树脂起到粘接作用，自身强度高、韧性好，通过粘接将骨架、布筋及其他诸原料粘接固化成一个整体。聚四氟乙烯粉料起到增加机械强度和自润滑作用。用以上材料及制作工艺，可以制造水机的各种纳米塑料合金零部件，如：转轮、顶盖抗磨板、底环抗磨板、转轮叶片、转轮室抗磨套、活动导水叶，大、中、小规格纳米塑料合金抗磨磨损、抗空蚀管道及各种密封环、轴套等零部件，可直接进行组装，以确保水机出于良态运行中。
两种不同材质水轮机零部件性能对比表
注：1.比强度：强度同密度之比
2.使用寿命：因河流不同，故使用寿命有差异。
从上表可以看出，本发明产品各种性能指标均优于不锈钢产品。
本发明的有益效果是：由于本发明产品的抗磨损、抗空蚀能力的提高，在发电企业检修周期缩短，延长使用寿命，在少检修的同时多发电，双倍增加企业效益；在抽水工程上，在用电相同条件下多抽水。同时原材料易购，使用的设备少，均为化工行业的通用设备，常温浇注固化反应定型，易于操作，工艺简单，可加工性强，在普通车铣床上就可以进行精加工；产品重量小，是碳钢或不锈钢的1/3～1/4，减轻了60～70％；使用寿命长，是金属制品的3倍或3倍以上，极大的提高了工作效率；成本低，在使用寿命延长的前提下，成本降低了15％；检修的时间减少40％以上。
具体实施例(共2例)
实施例1 制备直径1400毫米，厚度30毫米的水轮机底环抗磨板
具体步骤如下：
(1).取样总重量为100千克，按下述重量配比关系准确称量：炭钢骨架25千克，芳纶网格布筋10千克，芳纶短纤维12千克，纳米二氧化硅8千克，尼龙6粉料10千克，聚四氟乙烯粉料5千克，环氧树脂浆料30千克，环氧树脂浆料由环氧树脂E-44、固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐、稀释剂(丁基缩水甘油醚)按重量配比1∶2∶1混合配制，即取环氧树脂E-44 10千克，甲基四氢邻苯二甲酸酐20千克，丁基缩水甘油醚10千克，配制好的环氧树脂浆料使用时只用30千克。
(2).将芳纶短纤维在90℃烘箱中烘干，时间为3小时，待用；
(3).将纳米二氧化硅粉料、聚四氟乙烯粉料和尼龙6粉料放在90℃烘箱中烘干，时间为3小时；
(4).将步骤(2)、(3)所得的烘干物混合，用材料搅拌机搅拌0.5小时，搅拌机的转速为600转/分钟，待用；
(5).调制环氧树脂浆料在常温下将环氧树脂E-44和稀释剂丁基缩水甘油醚混合搅拌均匀后缓慢加入甲基四氢邻苯二甲酸酐，然后倒入浆料搅拌机中搅拌5分钟即得，搅拌机的转速为500转/分；
(6).将步骤(4)所得物加入到环氧树脂浆料中，充分搅拌混匀，搅拌机的转速为400转/分；
(7).将炭钢骨架固定在欲制备的纳米塑料合金零部件的模具内，再将芳纶网格布筋固定在炭钢骨架上；
(8).将步骤(6)所得浆料在2小时内缓慢倒入喷洒有脱模剂硅油的模具内并加上喷洒有脱模剂硅油的盖板，接着加压至2MP/CM2，然后放入100℃的恒温箱中1小时，再将温度升高到140℃下保持2小时，完成固化；
(9).撤压脱模，在车铣床、沙袋机上进行切削、抛光精加工，制得水轮机底环抗磨板。
实施例2
制备直径为1248毫米的转轮室抗磨套
具体步骤如下：
(1).取样总重量为70千克，按下述重量配比关系准确称量：炭钢骨架17.5千克，芳纶网格布筋7千克，芳纶短纤维7千克，纳米二氧化硅粉料3.5千克，尼龙66粉料5.6千克，聚四氟乙烯粉料5.6千克，环氧树脂浆料23.8千克，环氧树脂浆料由环氧树脂E-44、固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐、稀释剂(苯基缩水甘油醚)按重量配比1∶1∶1混合配制，即取环氧树脂E-44 9千克，甲基四氢邻苯二甲酸酐9千克，苯基缩水甘油醚9千克，而配制好的环氧树脂浆料使用时只用23.8千克。
(2).将芳纶短纤维在120℃烘箱中烘干，时间为3小时；
(3).将纳米粉二氧化硅料、聚四氟乙烯粉料和尼龙66粉料放在120℃烘箱中烘干，时间为3小时；
(4).将步骤(2)、(3)所得的烘干物混合，用材料搅拌机搅拌0.5小时，搅拌机的转速为500转/分钟，待用；
(5).调制环氧树脂浆料在常温下将环氧树脂E-44和稀释剂苯基缩水甘油醚混合搅拌均匀后缓慢加入甲基四氢邻苯二甲酸酐，然后倒入浆料搅拌机中搅拌5分钟即得，搅拌机的转速为450转/分；
(6).将步骤(4)所得物加入到环氧树脂浆料中，充分搅拌混匀，搅拌机的转速为600转/分；
(7).将炭钢骨架固定在欲制备的纳米塑料合金零部件的模具内，再将芳纶网格布筋固定在炭钢骨架上；
(8).将步骤(6)所得浆料在3小时内缓慢倒入喷洒有气雾脱模剂的模具内并加上喷洒有气雾脱模剂的盖板，接着加压至2MP/CM2，然后放入100℃的恒温箱中1小时，再将温度升高到140℃下保持2小时，完成固化；
(9).撤压脱模，在车铣床、沙袋机上进行切削、抛光精加工，制得成品转轮室抗磨套。
水机的其它纳米塑料合金零部件，如：转轮、顶盖抗磨板、转轮叶片、活动导水叶，大、中、小规格纳米塑料合金抗磨磨损、抗空蚀管道及各种密封环、轴套等，与上述加工方法相同，只是原料的配比有差异，模具的具体结构有区别。
Claims (8)
1.一种水机纳米塑料合金零部件，其特征是经如下方法制备：
(1)取样按下述原料重量配比关系准确称量：炭钢骨架25～30％，芳纶网格布筋10～15％，芳纶短纤维10～15％，纳米粉料5～8％，尼龙粉料8～12％，聚四氟乙烯粉料5～8％，环氧树脂浆料30～35％；所述环氧树脂浆料是由环氧树脂、固化剂、稀释剂按重量配比1∶0.9～4∶0.3～1.7混合配制而成；其中固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐，稀释剂为单环氧基活性稀释剂；
(2).将芳纶短纤维在80℃～120℃烘箱中烘干，时间为2～4小时；
(3).将纳米粉料、聚四氟乙烯粉料和尼龙粉料放在80℃～120℃烘箱中烘干，时间为2～4小时；
(4).将步骤(2)、(3)所得的烘干物混合，用材料搅拌机搅拌0.5小时，搅拌机的转速为400-600转/分，待用；
(5).调制环氧树脂浆料在常温下将环氧树脂和稀释剂混合搅拌均匀后缓慢加入固化剂甲基四氢邻苯二甲酸酐，然后倒入浆料搅拌机中搅拌5分钟即可，搅拌机的转速为400-600转/分；
(6).将步骤(4)所得物加入到环氧树脂浆料中，充分搅拌混匀，搅拌机的转速为400-600转/分；
(7).将炭钢骨架固定在欲制备的纳米塑料合金零部件的模具内，再将芳纶网格布筋固定在炭钢骨架上；
(8).将步骤(6)所得浆料在2～3小时内缓慢倒入模具并加上盖板同时加压至2MP/CM2，然后放入100℃的恒温箱中1小时，再将温度升高到140℃下保持2小时，完成固化；
(9)撤压脱模，在车铣床、沙袋机上进行切削、抛光精加工，制得成品。
2.如权利要求1所述的水机纳米塑料合金零部件，其中步骤(1)中所述单环氧基活性稀释剂为丁基缩水甘油醚。
3.如权利要求1所述的水机纳米塑料合金零部件，其中步骤(1)中所述所述尼龙粉料粒径小于60目筛。
4.如权利要求3所述的水机纳米塑料合金零部件，其中步骤(1)中所述所述尼龙粉料为尼龙6。
5.如权利要求1所述的水机纳米塑料合金零部件，其中步骤(1)中所述尼龙粉料为总重量的10％。
6.如权利要求1所述的水机纳米塑料合金零部件，其中步骤(1)中所述芳纶网格布筋的经、纬线之间的距离为1～1.5毫米。
7.如权利要求1所述的水机纳米塑料合金零部件，其中步骤(1)中所述聚四氟乙烯粉料粒径为800～1000目。
8.如权利要求1所述的水机纳米塑料合金零部件，步骤(8)中所述的盖板和模具内都喷洒有脱模剂。
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