CN102504204A - 一种有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料及其制备方法。其特点在于，它包括A、B两个组分，A组分主要包括100份的环氧树脂、2～3份的偶联剂、550～560份的碳化硅；B组分包括25份的端羧基液体橡胶、15～20份的胺类固化剂、2～4份的促进剂、140～150份的碳化硅，A、B两组分按4:1的重量比混合使用。涂覆有该耐磨材料的涂层硬度≥84，耐磨性能是高铬耐磨铸铁合金管件的10倍以上，剥离强度高达53kN/m，能耐酸、碱、盐等强腐蚀性介质，使用寿命是衬胶衬塑寿命的10倍以上，也可用于修复磨损报废的设备、工件。

Description

一种有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种可用于修复设备、管道的由有机高分子与碳化硅复合而成的耐磨材料及其制备方法。

背景技术

两相流体冲蚀磨损是造成设备、管道损坏报废的重要原因之一，目前国内外应用的耐磨材料种类有合金材料、无机材料（如碳化硅、高铝陶瓷等）、有机材料（如聚氨酯、尼龙、橡胶等）。合金材料具有耐高温耐磨性能，但其密度大、成型复杂、造价高、现场施工困难；无机材料虽然具有很高的耐磨性，但随着其硬度的增加，脆性也增大，现场使用容易受冲击而断裂，加工成型过程中废品率高，生产能耗高；有机材料具备一定的耐磨性、重量轻，但其抗固体颗粒划伤能力差。而且上述三类材料均不具备修复磨损部件的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐冲蚀磨损且可用于修复磨损部件的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，本发明的另一目的是提供一种制备该复合耐磨材料的方法。

本发明实现上述目的的技术方案如下：

一种有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，它包括A、B两个组分，其中A组分按重量份数计包含100份的环氧树脂、2～3份的偶联剂、550～560份的碳化硅；B组分按重量份数计含有25份的端羧基液体橡胶、15～20份的胺类固化剂、2～4份的促进剂、140～150份的碳化硅；所述A、B两个组分的重量比为4:1。

进一步，所述的环氧树脂为环氧树脂E44和/或环氧树脂E51。

进一步，所述的端羧基液体橡胶为端羧基液体丁腈橡胶。

进一步，所述的A组分中碳化硅的颗粒大小：粒级为14目、240目和320目的比例为3.5:1:2；B组分中的碳化硅的颗粒大小：粒级为24目和240目的比例为1.8:4.5。

进一步，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

进一步，所述的胺类固化剂为590固化剂。

进一步，所述的促进剂为三聚催化剂。

进一步，所述的A组分还含有二氧化钛、玻璃纤维和减磨剂三者中的任意一种或两种或三种，以100份环氧树脂的重量为基准，其各自用量为2～3份的二氧化钛、5～8份的玻璃纤维和5～6份的减磨剂，所述的减磨剂为二硫化钼。

 一种制备上述有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料的方法，包括如下步骤：

制备A组分：先将环氧树脂、二氧化钛、减磨剂、偶联剂、玻璃纤维、碳化硅预热至70～80℃，在搅拌下，将配比量的环氧树脂、二氧化钛、减磨剂、偶联剂、玻璃纤维、碳化硅加入到预热至70～80℃的反应釜中，混均并搅拌10～15分钟；

制备B组分：先将端羧基液体橡胶、胺类固化剂、碳化硅、促进剂预热至70～80℃，在搅拌下，将配比量的端羧基液体橡胶、胺类固化剂、碳化硅、促进剂加入预热至70～80℃的反应釜中，混均并搅拌10～15分钟。

本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料使用方法是将A、B两个组分加热至80℃左右，等溶化后，按重量比4:1混合搅拌均匀，将其涂覆于经过清洁处理的设备或管道表面，涂覆完成后，置于80～100℃下固化2～3小时。

本发明的作用机理：A组分中的环氧树脂能与B组分中的端羧基液体橡胶在80～100℃下发生聚合反应，通过把柔性链段的端羧基液体橡胶引入到环氧树脂中，形成具有网络海岛结构的物质，其化学惰性高、粘结性好、可塑性强，再填充一定量具有高耐磨性的碳化硅，从而在设备、管道表面形成连续致密的且柔韧抗冲击性、高耐磨的涂覆层，涂覆层与设备、管道表面结合牢固。

在工业上耐磨材料的使用环境经常复杂多变，在极端条件下，可在A组分中添加少量的二氧化钛做调节剂，进一步提高复合耐磨材料的耐候性和耐温性。

当需要涂覆的表面非常大时，可在A组分中加入玻璃纤维，增加涂覆层的抗撕裂性能，防止因面积过大而引起涂覆层断裂。

如果设备、管道中输送的流体含泥沙量非常大时，可在A组分中加入减磨剂，如二硫化钼，进一步增加涂覆层表面的润滑性能，提高耐磨性。

本发明的优点：

（1）使用本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料形成的涂覆层硬度（HRA）≥84，其耐磨性能是高铬耐磨铸铁合金管件的10倍以上，可用于替代价格昂贵的不锈钢管、高铬铸钢管、硬质合金耐磨管，降低工程造价。

（2）本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料可用于修复已磨损报废或易损的设备、管道，节省检修、更换的费用和时间。

（3）本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料可操作性强：可依据现场磨损情况，控制涂覆层的厚度，粘结强度高，其与基体结合后，剥离强度高达53kN/m，是普通衬胶、衬塑的100倍以上，涂覆层的热膨胀系数与钢材的基本相同，不会出现因温度变化引起的涂覆层脱落现象。

（4）本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料形成的涂覆层具有耐酸、碱、盐等强腐蚀性介质，可在-40℃～150℃下使用，其使用寿命是衬胶衬塑寿命的10倍以上。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明特点是将耐磨材料配制成A、B两个组分，待使用时再将A、B两个组分加热溶化按4:1的重量比混合，涂覆于待处理部件的表面。其中，A组分按重量份数计含有100份的环氧树脂、2～3份的调节剂、5～6份的减磨剂、2～3份的偶联剂、5～8份的玻璃纤维、550～560份的碳化硅；B组分按重量份数计含有25份的端羧基液体橡胶、15～20份的胺类固化剂、2～4份的促进剂、140～150份的碳化硅。其中，环氧树脂可选用市售的环氧树脂E44和环氧树脂E51，两者单独或者混合使用均可；碳化硅是由不同粒级（所述粒级是以颗粒过筛的目数计）的颗粒混合而成；而调节剂、减磨剂和玻璃纤维可根据实际使用环境，再决定是否添加。

实施例一

分别将700g的环氧树脂E44、300g的环氧树脂E51、25g的硅烷偶联剂KH560、5550g的碳化硅颗粒、25g的二氧化钛、55g的二氧化钼、65g的玻璃纤维加热到70～80℃，然后在搅拌下将环氧树脂E44、环氧树脂E51、碳化硅颗粒、二氧化钼、二氧化钛、玻璃纤维、硅烷偶联剂KH560加入到已预热至70～80℃的反应釜中，混均并搅拌10～15分钟，得到A组分；

分别将250g的端羧基液体丁腈橡胶（CTBN）、170g的590固化剂、30g的三聚催化剂（DMP-30）、1450g的碳化硅颗粒加热到70～80℃，然后在搅拌下将端羧基液体丁腈橡胶、碳化硅颗粒、590固化剂、三聚催化剂加入到已预热至70～80℃的反应釜中，混均并搅拌10～15分钟，得到B组分。

其中，硅烷偶联剂KH560、CTBN、DMP-30、590固化剂均为市售产品；A组分中使用的碳化硅颗粒是由过14目、240目和320目筛的颗粒按3.5:1:2的重量比例混合；B组分中的碳化硅颗粒是由过24目和240目筛的颗粒按1.8:4.5的重量比例混合。

上述复合耐磨材料的使用方法：（1）先对工件的表面进行物理或化学处理，使工件表面无油、无锈、无水；（2）将工件和本发明的A、B组分分别预热至80±5℃；（3）将本发明的A组分和B组分按重量比为4:1混合均匀，再将其涂覆于工件表面，抹平、压实；（4）涂覆好的工件放置于恒温烘房中，在80～100℃，保温固化2～3小时。

实际使用效果：在××选冶有限责任公司的铁选厂尾矿输送之前采用高分子聚氯乙烯管，其三通使用3个月左右即磨穿报废，换用经本发明复合耐磨材料涂覆的三通，使用5个多月未发现明显磨损。使用本发明的复合耐磨材料对新疆××金矿因磨损而报废的浮选机转子和定子进行修复，经修复后的浮选机转子和定已使用12个月，经检查未见有明显磨损。

（1）使用本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料形成的涂覆层硬度（HRA）≥84，其耐磨性能是高铬耐磨铸铁合金管件的10倍以上。

（2）本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料可用于修复已磨损报废或易损的设备、管道，节省检修、更换的费用和时间。

（3）涂覆层的剥离强度高达53kN/m，是普通衬胶、衬塑的100倍以上，涂覆层的热膨胀系数与钢材的基本相同，不会出现因温度变化引起的涂覆层脱落现象。

（4）本发明的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料形成的涂覆层具有耐酸、碱、盐等强腐蚀性介质，可在-40℃～150℃下使用，其使用寿命是衬胶衬塑寿命的10倍以上。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，它包括A、B两个组分，其中A组分按重量份数计包含100份的环氧树脂、2～3份的偶联剂、550～560份的碳化硅；

B组分按重量份数计含有25份的端羧基液体橡胶、15～20份的胺类固化剂、2～4份的促进剂、140～150份的碳化硅；

所述A、B两个组分的重量比为4:1。

2.根据权利要求1所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，所述的环氧树脂为环氧树脂E44和/或环氧树脂E51。

3.根据权利要求1所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，所述的端羧基液体橡胶为端羧基液体丁腈橡胶。

4.根据权利要求1所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，所述的A组分中碳化硅的颗粒大小：粒级为14目、240目和320目的比例为3.5:1:2；B组分中的碳化硅的颗粒大小：粒级为24目和240目的比例为1.8:4.5。

5.根据权利要求1所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

6.根据权利要求1所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，所述的胺类固化剂为590固化剂。

7.根据权利要求1所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，所述的促进剂为三聚催化剂。

8.根据权利要求1所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料，其特征在于，所述的A组分还含有二氧化钛、玻璃纤维和减磨剂三者中的任意一种或两种或三种，以100份环氧树脂的重量为基准，其各自用量分别为2～3份的二氧化钛、5～8份的玻璃纤维和5～6份的减磨剂，所述的减磨剂为二硫化钼。

9.权利要求1～8所述的有机高分子与碳化硅复合的耐磨材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

制备A组分：先将环氧树脂、二氧化钛、减磨剂、偶联剂、玻璃纤维、碳化硅预热至70～80℃，在搅拌下，将配比量的环氧树脂、二氧化钛、减磨剂、偶联剂、玻璃纤维、碳化硅加入到预热至70～80℃的反应釜中，混均并搅拌10～15分钟；

制备B组分：先将端羧基液体橡胶、胺类固化剂、碳化硅、促进剂预热至70～80℃，在搅拌下，将配比量的端羧基液体橡胶、胺类固化剂、碳化硅、促进剂加入预热至70～80℃的反应釜中，混均并搅拌10～15分钟。