CN101367637B - 一种复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合材料的制备方法，其特征在于该复合材料采用特定的纤维作为增强材料，采用特定的粘接剂、耐酸粉料、改性剂和固化剂组成的胶料作为胶结材料，并经配胶、涂抹底胶、铺增强层、涂抹面胶、固化养护、酸化处理等工序而成型，本发明具有制作施工方便、造价低廉、可修复性好，耐常温或高温浓酸和酸性烟气腐蚀的优点，其耐浓酸的温度可达350℃，耐酸性烟气的温度可达600℃～800℃。

Description

一种复合材料的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其是一种耐常温或高温浓酸和酸性烟气腐蚀的复合材料的制备方法。

背景技术：

目前，一般的合成树脂基复合材料如环氧玻璃钢、不饱和聚酯玻璃钢、酚醛玻璃钢和呋喃玻璃钢以及无机玻璃钢如菱镁玻璃钢等，均不能耐浓酸尤其是高温浓酸(如100℃的98％硫酸、100℃的97％硝酸)的腐蚀；而浓酸介质下的防腐方法目前主要还是采用瓷砖衬里、铅板衬里、耐酸砂浆衬里等厚重并且施工困难、造价较高的方式，或是采用低碳不锈钢、双相不锈钢、钛合金、镍合金等昂贵的合金材料来制作设备或管道本体或其衬里来达到防腐要求。

发明内容：

本发明目的在于：提供一种制作施工方便、造价低廉，并能耐常温或高温浓酸和酸性烟气腐蚀的复合材料的制备方法。

本发明为达到该目的所采用的技术方案是：

一种复合材料，其特征在于该复合材料采用特定的纤维作为增强材料，采用特定的粘接剂、耐酸粉料、改性剂和固化剂组成的胶料作为胶结材料，并经配胶、涂抹底胶、铺增强层、涂抹面胶、固化养护、酸化处理等工序而成型。其中，涂胶可以采用摊涂或刮涂、刷涂和喷涂等方式，最好是摊涂或刮涂；铺增强层，对于衬里施工可以采用手糊成型或喷射成型等方式，对于管道制作可以采用手糊成型、连续缠绕成型或离心浇铸成型工艺，对于槽罐容器制作可以采用手糊成型、分片模压成型、分片袋压成型、分片模塑料成型或连续缠绕成型，对于板材制作可以采用手糊成型、模压成型、模塑料成型、胶料浇铸及注射成型或胶料传递模塑注射成型工艺；固化可以是常温固化或加温固化。

上述特定的纤维可以是玻璃纤维、陶瓷纤维、石棉纤维、硅酸铝纤维、不锈钢纤维、碳纤维或石墨纤维以及它们的纱和织物，可以单独使用，也可以配合使用；而织物厚度可以是0.10～0.56毫米，最好是0.12～0.4毫米。

上述特定的粘接剂采用的是无机高分子R_iO·nSiO₂(其中的R为碱金属例如钠、钾、锂、钙等)的水溶液，可以单独使用，也可以配合使用。其比重在1.13～1.56，最好是1.18～1.45，n为2.2～6，最好是2.4～4.8之间，i＝1、2。

上述的耐酸粉料可以采用玻璃粉、空心玻璃微珠、玻璃鳞片或铸石粉、重晶石粉、石英粉、硅酸铝粉、云母粉、硅石粉、硅藻土、辉绿岩粉、花岗岩粉、耐酸陶瓷粉、石墨粉、石墨鳞片中的一种或几种匹配使用。其粒度10～400目，最好是40～250目，耐酸度≥95％，水分≤0.5％。粘接剂与耐酸粉料的重量比可以是100：0～350，最好是100：0～260。

上述的固化剂采用缩合磷酸铝、三聚磷酸铝、缩合磷酸锌等聚合磷酸盐或氟硅酸钠、氟硅酸锌、氟硅酸钙等氟硅酸盐或一氧化铅、氧化铝、氧化锌等金属氧化物或磷酸铵、磷酸铝、磷酸二氢铝等磷酸盐中的一种，或几种复配使用。

上述的改性剂包括表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠和三聚磷酸钠等0.01～80％，塑性剂如膨润土等0.01～55％，触变剂如陶土和气相二氧化硅0.01～50％，增粘抗渗剂如水溶性环氧树脂、呋喃单体和呋喃树脂0.1～45％。可以单独使用，也可以配合使用。

配胶时，首先将耐酸粉料与固化剂、固态改性剂干拌均匀，粘接剂与液态改性剂搅拌均匀，再将拌匀的粉料边均匀加入拌匀的粘接剂中，边机械搅拌均匀。按粉料与胶液的配比用量不同，可分别制成胶泥和液态的胶液，胶泥和胶液均可用作复合材料的底胶层和面胶层，液态的胶液用来浸透纤维增强材料糊制增强层。制作或施工时，在模具或衬里底材上涂底胶层，再在底胶泥层上铺增强层，然后在增强层上涂面胶层。接着进入固化养护期，室温固化养护可在20℃～30℃时进行6～15天，最好是30℃～35℃进行3～7天；加温固化可以是35～60℃下保温24小时或70～85℃下保温24小时或100～120℃下保温24小时或200～250℃下保温6小时，自然冷却。其后制作件可以进行脱模作业。最后，制作件和衬里的表面，再进行酸化处理，酸化处理可以采用硫酸、盐酸、硝酸或磷酸等，常用40％硫酸进行酸化处理，每8～12小时处理一次，共进行3～4次。酸化处理完毕后即可交付使用。

本发明的益处：

本发明与现有技术相比，具有制作施工方便、造价低廉、可修复性好，耐常温或高温浓酸和酸性烟气腐蚀的优点。其耐浓酸的温度可达350℃，耐酸性烟气的温度可达600℃～800℃，采用陶瓷纤维、石棉纤维、硅酸铝纤维以及铸石粉、硅酸铝粉等耐高温材料时，使用温度甚至可达1000℃。

本发明复合材料的耐蚀性能

本发明的用处：

可应用石油、化工、冶金、有色、电力、汽车、制造、造纸、制糖、农药等工业中耐浓的硫酸、盐酸、硝酸、次氯酸、氯磺酸、甲酸、乙酸、硼酸、铬酸、电镀液、电解液等介质及其混合物侵蚀的生产设备、贮槽、容器、酸洗池、电解槽等中，作为防腐衬里以及瓷砖衬里的隔离层使用，含氯气、二氧化硫、三氧化硫、五氧化二氮等腐蚀气体的管道、烟道、烟囱中作为防腐衬里使用，以及含氯气、二氧化硫、三氧化硫、五氧化二氮等腐蚀气体及其高温烟气的工业厂房中制成防腐耐温墙板、屋面板和波形瓦使用，还可以在其缠绕制成的管道外表再缠绕上一定厚度的树脂玻璃钢增强制成复合管道，用作浓酸输送的管道。

具体实施方式

实施例一：用于瓷砖等衬里的隔离层，其增强层采用玻璃布、玻璃毡

1、胶泥配方

材料                                重量(份)

Na₂O·nSiO₂                          100

氟硅酸钠                             8

铸石粉                               50

石英粉                               32

一氧化铅                              5

气相二氧化硅                         2

硅石粉                               20

2、胶液配方

材料                                重量(份)

Na₂O·nSiO₂                          100

氟硅酸钠                             8

铸石粉　　　　　　　　　　　　　　　　　8

石英粉　　　　　　　　　　　　　　　　　5

硅石粉　　　　　　　　　　　　　　　　　2

一氧化铅　　　　　　　　　　　　　　　　 5

3、增强材料：采用玻璃纤维布、玻璃纤维毡。

配胶时，首先将铸石粉、石英粉、硅石粉、气相二氧化硅与氟硅酸钠、一氧化铅拌合均匀，再将拌匀的粉料边加入Na₂O·nSiO₂中，边机械湿拌均匀，分别制成胶泥和液态的胶液。胶泥用作复合材料的底胶层和面胶层，液态的胶液用来浸透纤维增强材料糊制增强层。如附图1，施工时，在衬里底材1上涂底胶层2，再在底胶泥层上以手糊法铺贴增强层3达2～4mm厚，然后在增强层上涂面胶层4。接着进入固化养护期，30℃～35℃固化养护3～4天；其后可以进行瓷砖等衬里的施工。

这种隔离层的耐酸性和抗渗性远强于传统的耐酸胶泥贴石棉板隔离层，从而在瓷砖衬里失效故障时仍能有效地保护设备或建筑基体。

实施例二：用作烟气管道的衬里，其表面胶泥层采用玻璃鳞片耐酸粉料

1、底层胶泥配方

材料　　　　　　　　　　　　　　重量(份)

Li₂O·nSiO₂ 　　　　　　　　　　　100

缩合磷酸铝　　　　　　　　　　　　8

铸石粉　　　　　　　　　　　　　　72

空心玻璃微珠　　　　　　　　　　　10

气相二氧化硅　　　　　　　　　　　2

氧化锌　　　　　　　　　　　　　　2

硅藻土　　　　　　　　　　　　　　16

2、面层胶泥配方

材料                        重量(份)

Li₂O·nSiO₂                   100

缩合磷酸铝                    8

玻璃鳞片                      138

空心玻璃微珠                  20

铸石粉                        60

氧化锌                        2

气相二氧化硅                  1

三聚磷酸钠溶液                1

3、胶液配方

材料                        重量(份)

Li₂O·nSiO₂                  100

缩合磷酸铝                   8

铸石粉                       14

空心玻璃微珠                 2.4

硅藻土                       3.7

氧化锌                       2

4、增强材料采用玻璃纤维布。

配胶时，首先将铸石粉、空心玻璃微珠、硅藻土、气相二氧化硅与缩合磷酸铝、氧化锌等拌合均匀，再将拌匀的粉料边加入事先调好的三聚磷酸钠溶液和Li₂O·nSiO₂的混合液中，边机械湿拌均匀，分别制成胶泥和液态的胶液。胶泥用作复合材料的底胶层和面胶层，液态的胶液用来浸透纤维增强材料糊制增强层。如附图1，施工时，在衬里底材1上涂底胶层2，再在底胶泥层上以手糊法铺贴增强层3达3～6mm，然后在增强层上单方向刮涂面胶层4，厚度为1～3mm。接着进入固化养护期，20℃～30℃时固化养护6～8天；最后进行酸化处理，用40％硫酸进行酸化处理，每12小时处理一次，共进行3次。酸化处理完毕后即可交付使用。

本复合材料适于在含氯气、二氧化硫、三氧化硫、五氧化二氮等腐蚀气体的管道、烟道、烟囱中作为防腐衬里使用。这种衬里其耐温性能远远优于环氧等树脂基鳞片衬里和玻璃钢衬里，成本则只有树脂基鳞片衬里和玻璃钢衬里的26％～46％；而其强度、整体性、耐磨、抗渗性能和抗热冲击性能又优于传统的耐酸耐热胶泥衬里。

实施例三：用作耐酸管道制作，表面胶泥层采用玻璃鳞片耐酸粉料

1、面层胶泥配方

材料　　　　　　　　　　　　重量(份)

K₂O·nSiO₂                  100

三聚磷酸铝                  10

铸石粉                      40

石英粉                      40

氧化铝                      2

陶土                        8

硅藻土                      15

水溶性环氧树脂              4

化学试剂(K)                 1

2、底层胶泥配方

材料　　　　　　　　　　　　重量(份)

K₂O·nSiO₂                     100

三聚磷酸铝                     10

玻璃鳞片                       130

铸石粉                         82

氧化铝                     2

陶土                       8

硅藻土                     15

三聚磷酸钠溶液             1

3、胶液配方

材料                     重量(份)

K₂O·nSiO₂                 100

三聚磷酸铝                 10

铸石粉                     12

石英粉                     12

硅藻土                     5

氧化铝                     2

三聚磷酸钠溶液             1

4、增强材料采用玻璃纤维纱

配胶时，首先将铸石粉、玻璃鳞片、硅藻土、石英粉与三聚磷酸铝、氧化铝等拌合均匀，再将拌匀的粉料边加入事先调好的水溶性环氧树脂、三聚磷酸钠溶液和K₂O·nSiO₂的混合液中，边机械湿拌均匀，分别制成胶泥和液态的胶液。胶泥用作复合材料的底胶层和面胶层，液态的胶液用来浸透纤维增强材料糊制增强层。如附图1，施工时，在模具1上沿轴向单方向刮涂底胶层2，再在底胶泥层上以缠绕法缠绕浸透了胶液的增强材料3达3～10mm，然后在增强层上涂抹面胶层4，厚度为1～3mm。接着进入固化养护期，20℃～30℃时固化养护6～8天，然后脱模；最后进行酸化处理，用40％硫酸进行内外表面酸化处理，每12小时处理一次，共进行3次。酸化处理完毕后，进行切割、清洗、干燥处理，即可交付使用。

本复合材料适合用作含氯气、二氧化硫、三氧化硫、五氧化二氮等腐蚀气体的管道、烟道和烟囱，或者用作硫酸、盐酸、硝酸、次氯酸、氯磺酸、甲酸、乙酸、硼酸、铬酸、电镀液、电解液等介质及其混合物等介质(尤其是它们的高温高浓介质)作用下的输送管道。其耐高温酸液和酸气的性能远远优于玻璃钢管、PVC管和不锈钢管等，而且成本低廉；而其强度还可以通过在其外表再缠绕上一定厚度的树脂玻璃钢进一步增强，而制成无机——有机复合管道来使用。

Claims (1)

1.一种复合材料的制备方法，其特征在于该复合材料采用特定的纤维作为增强材料，采用特定的粘接剂、耐酸粉料、改性剂和固化剂组成的胶料作为胶结材料，并经配胶、涂抹底胶、铺增强层、涂抹面胶、固化养护、酸化处理工序而成型，其中，涂胶采用摊涂或刮涂、刷涂和喷涂方式；铺增强层，对于衬里施工采用手糊成型或喷射成型方式，对于管道制作采用手糊成型、连续缠绕成型或离心浇铸成型工艺，对于槽罐容器制作采用手糊成型、分片模压成型、分片袋压成型、分片模塑料成型或连续缠绕成型，对于板材制作采用手糊成型、模压成型、模塑料成型、胶料浇铸及注射成型或胶料传递模塑注射成型工艺；固化是常温固化或加温固化；

上述特定的纤维是玻璃纤维、陶瓷纤维、石棉纤维、硅酸铝纤维、不锈钢纤维、碳纤维或石墨纤维以及它们的纱和织物，或单独使用，或配合使用；而织物厚度是0.10～0.56毫米；

上述特定的粘接剂采用的是无机高分子R_iO·nSiO₂，其中的R为碱金属钠、钾、锂、钙的水溶液，或单独使用，或配合使用，其比重在1.13～1.56，n为2.2～6，i＝1、2；

上述的耐酸粉料采用玻璃粉、空心玻璃微珠、玻璃鳞片或铸石粉、重晶石粉、石英粉、硅酸铝粉、云母粉、硅石粉、硅藻土、辉绿岩粉、花岗岩粉、耐酸陶瓷粉、石墨粉、石墨鳞片中的一种或几种匹配使用，其粒度10～400目，耐酸度≥95％，水分≤0.5％，粘接剂与耐酸粉料的重量比是100∶0～350；

上述的固化剂采用缩合磷酸铝、三聚磷酸铝、缩合磷酸锌或氟硅酸钠、氟硅酸锌、氟硅酸钙或一氧化铅、氧化铝、氧化锌金属氧化物或磷酸铵、磷酸铝、磷酸二氢铝中的一种，或上述几种复配使用；

上述的改性剂包括表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和三聚磷酸钠0.01～80％，塑性剂膨润土0.01～55％，触变剂陶土和气相二氧化硅0.01～50％，增粘抗渗剂水溶性环氧树脂、呋喃单体和呋喃树脂0.1～45％，或单独使用，或配合使用；

配胶时，首先将耐酸粉料与固化剂、固态改性剂干拌均匀，粘接剂与液态改性剂搅拌均匀，再将拌匀的粉料边均匀加入拌匀的粘接剂中，边机械搅拌均匀，按粉料与胶液的配比用量不同，分别制成胶泥和液态的胶液，胶泥和胶液均用作复合材料的底胶层和面胶层，液态的胶液用来浸透纤维增强材料糊制增强层，制作或施工时，在模具或衬里底材上涂底胶层，再在底胶泥层上铺增强层，然后在增强层上涂面胶层，接着进入固化养护期，室温固化养护在20℃～30℃时进行6～15天；加温固化是35～60℃下保温24小时或70～85℃下保温24小时或100～120℃下保温24小时或200～250℃下保温6小时，自然冷却，其后制作件进行脱模作业，最后，制作件和衬里的表面，再进行酸化处理，酸化处理采用硫酸、盐酸、硝酸或磷酸，常用40％硫酸进行酸化处理，每8～12小时处理一次，共进行3～4次，酸化处理完毕后即交付使用。