CN103089880A - 一种具有纳米防腐层的波形弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有纳米防腐层的波形弹簧，其特征在于，其主体为沿圆周方向带有若干个正弦而形成的垫圈式弹簧，在主体结构上覆有一层纳米防腐层，该纳米防腐层中含有聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土，并且相应组分的重量比为：聚氨酯20~80份、聚苯乙烯40~80份、有机粘土1~10份。本发明的具有纳米防腐层的波形弹簧制备工艺简单方便、涂膜性能优异、成本低。

Description

一种具有纳米防腐层的波形弹簧

技术领域

本发明涉及一种弹性元件，尤其涉及一种具有纳米防腐层的波形弹簧。 

 

背景技术

弹簧作为机械设备中的基础件，在现代工业等各个领域均有应用，从普通机床到载人航天，以至于有机械的地方就基本要用到弹簧，随着开放程度的不断深入，然而在引进的机械制造业、汽车、电机、国防、船舶、离合器等液压机械行业不断发展等工业装备在国内得到了大量的应用，弹性元件作为机械零部件，在这些机器里，往往是不可缺少的，由于应用场合的复杂以及使用频率高，弹性元件的磨损和腐蚀也是亟待解决的问题。

涂料是一种涂覆在物体(被保护或被装饰对象)表面、并能形成牢固附着的连续薄膜的配套性工程材料。涂料基质是一种高分子溶液或分散体，添加颜料、填料后调制而成涂料。涂料涂覆于物体表面后通过不同方式固化成“连续薄膜”(涂膜、涂层)才成为成品，起到预期的作用。通常涂料由成膜物、溶剂(有机)或水、颜料、填料以及助剂等成份所组成。其中，成膜物是使涂料牢固附着于被涂物表面上形成连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，对涂膜的物理化学性能起着决定作用;有机溶剂和水的作用是使成膜物分散形成粘稠液体，调整体系黏度，使涂料适合贮存和施工应用：颜料赋予涂料各种颜色，对物体起装饰作用，美化环境，其对涂膜的防锈、耐晒、耐水耐化学药品性起重要作用;填料和助剂则可以改进涂料生产工艺，改善涂料施工和固化条件及涂膜外观，同时可有效提高涂料的贮存稳定性，提升产品质量，赋予涂料特殊功能等等。环顾周围空间，涂料无处不在。在室内，涂料可涂覆在墙壁、冰箱、橱柜和家具上，不大明显的涂料如电动机电线、电视机印刷电路、录音录像带和光盘上；在户外，房屋、汽车以及计算机系统的元件上都用到了涂料。涂料的用途十分广泛，主要包括以下几个方面：(1)保护作用：涂料可在被涂物上形成牢固附着的连续薄膜，可使物体与大气及化学介质隔离，起到保护作用。表面涂装涂料是防腐蚀措施中最有效、最经济的手段。(2)装饰作用：被涂物经过涂料装饰后，因美感增加而升值。由于色彩鲜艳丰富的涂料装点着各种物体，才使得居住环境变得五彩缤纷，人们的生活也变得多姿多彩。(3)标志作用：道路画线，各种交通标志用涂料，以表示警告、危险、安全、前进、停止等信号;化工厂不同物料输送管道外壁涂覆不同颜色的涂料，使化工操作人员工作更加安全。(4)特殊作用：众所周知，目前纳米技术己成为继互联网、基因工程等之后人们关注的又一热点。纳米科技是在20世纪80年代末、90年代初逐步发展起来的前沿、交叉性新兴科学，它的迅猛发展己经成为21世纪科学技术发展的主流。高科技的飞速发展对高性能材料的要求越来越高，在时间上的要求也越来越迫切，而纳米尺寸合成为发展高性能新材料和对现有材料性能进行改善提供了一个新的途径。

最近，在美国材料研究协会举办的秋季会议上己正式提出“纳米材料工程”的概念，目的是加快纳米材料转化为高技术产业的进程，缩短基础研究、应用研究和开发研究的周期，这是当今新材料研究的重要特点，谁在这方面下功夫，谁就能占领21世纪新材料研究的“制高点”，就会在21世纪新材料的研究中处于优势地位。此外，德国，日本等国家也制定了纳米复合材料的研究计划。纳米复合材料研究的热潮已经形成。

纳米复合材料之所以能成为研究的热潮，是因为其与传统材料相比，有着无法比拟的优越性能，而且将纳米技术引入到材料中，可以赋予传统材料新的功能。比如将纳米技术引入到涂层材料中制得的纳米涂料具有高强、高韧、高硬度等特性，因其在材料表面起到保护等作用而有着广阔的应用前景。

近年来纳米涂层材料发展的趋势由单一纳米涂层材料向纳米复合涂层材料发展。芬兰技术研究中心等用磁控溅射法成功地在炭钢表面涂覆纳米复合涂层(MoSi₂/SiC)，在5000C下热处理1h后，涂层硬度可达20.8GPa，较炭钢提高了几十倍，而且具有良好的抗氧化、耐高温性能，同时克服了单层纳米MoSi₂涂层容易开裂的缺点，充分显示了纳米复合涂层的优越性。纳米科技不仅是信息技术、生物技术等领域飞跃发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料这一传统工业的发展提供了新的机遇。

纳米涂料一般由纳米材料与有机涂料复合而成，更严格地讲应称作纳米复合涂料(Nanocomposite coating)。复合涂料必须至少满足两个条件才能称为纳米涂料：一是至少有一种材料的尺度在1-100nm之间，二是由于纳米相的存在而使涂料性能得到显著提高或赋予涂料新的功能，二者缺一不可。

广义地讲，纳米涂层材料还包括：金属纳米涂层材料和无机纳米涂层材料。金属纳米涂层材料主要是指材料中含有纳米晶体，无机纳米涂层材料则是由纳米粒子之间的熔融、烧结复合而得，通常所说的纳米涂料均指有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物(如TiO₂，Fe₂O₃，ZnO等)、纳米金属粉末(如纳米Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等)、无机盐类(如CaCO₃)和层状硅酸盐(如一维的纳米级粘土)在涂料中加入纳米微粒，如纳米TiO₂，Fe₂O₃，ZnO，SiO₂，CaCO₃及炭黑等作为填料或助剂，可以显著提高涂料的机械强度、流变性能、防腐性能、耐光性能和耐候性能等。当纳米粒子在涂料中达到纳米级分散时，涂层是透明的，并且可以屏蔽紫外光(例如对波长400nm以内的紫外线反射率达70%以上)，因此可以显著改善其保光、保色、抗老化性以及隔热性能，可作为优良的罩光漆。

纳米粒子填充涂料因其优良的耐候性、装饰性、抗污染性及抗菌性等而完全符合当代环保要求，可用作特种涂料，受到高度重视，成为21世纪最有前途的涂料之一。专利CN100503754C公开了一种水性环氧复合涂料及其制备方法，该发明所用固化剂分子链段中既含亲水基团，又含亲油基团，因而具有乳化功能，而不用加入乳化剂。但所用纳米二氧化硅等填料的分散性不佳，易沉降。专利CN101280144B公开了一种吸波重防腐纳米涂料，该涂料以环氧改性丙烯酸弹性树脂为基体，加入纳米钛合金、碳纤维、铜粉等无机纳米填料。但欲使纳米技术在涂料中真正得到广泛的应用，还需要解决一些关键性的技术问题，如纳米粒子在涂料中能否稳定分散，纳米粒子加入量等等。纳米粒子在涂料中的稳定分散直接关系到纳米粒子的加入能否使涂料的各种性能得到提高，在弹性元件上应用耐磨防腐纳米涂料也是具有实际需求和亟待解决的。

 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种具有纳米防腐层的波形弹簧。

本发明的技术方案为：一种具有纳米防腐层的波形弹簧，其特征在于，其主体为沿圆周方向带有若干个正弦而形成的垫圈式弹簧，在主体结构上覆有一层纳米防腐层，该纳米防腐层中含有聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土，并且相应组分的重量比为：

聚氨酯 20~80份；

聚苯乙烯 40~80份；

有机粘土 1~10份；

并且该纳米防腐层由以下步骤制得：

（1）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、有机粘土加入到反应釜中混合，并搅拌升温，当温度升至60 ℃时，滴加甲苯二异氰酸酯，40~50min加完；

（2）然后在60 ℃保温搅拌30~50min后，再升温至80 ℃保温搅拌，取样测端基NCO值；

（3）当NCO达到3.0 %后，降温至40℃，向反应体系中加入苯乙烯，搅拌30~50min，在40℃下真空脱气30~40min ，即得A组分--聚氨酯预聚体；其中聚醚二元醇与蓖麻油的质量比为6:1~4:1，甲苯二异氰酸酯的添加量按异氰酸指数（NCO/OH）=1.5:1~2.5:1计算，苯乙烯和有机粘土的添加量按上述聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土组成比加入；

（4）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、偶氮二异丁睛、二月硅酸二丁基锡加入到反应釜中，常温搅拌30~50min后，得到B组分；其中聚醚多元醇与蓖麻油的质量比为1:4~1:5，偶氮二异丁睛的添加量为苯乙烯质量的3.0~4.0 %，二月硅酸二丁基锡的添加量为聚醚二元醇、蓖麻油、甲苯二异氰酸酯总质量的0.3~0.6 %；

（5）按B组分重量为A组分重量的8~15 %的比例，将A组分与B组分在反应器中搅拌混合均匀，升温至100 ℃反应3~4 h，在100 ℃下真空脱气，冷却至室温，即得有机粘土-聚氨酯/聚苯乙烯三元纳米复合防腐涂料；

（6）用刷子将步骤（5）制得的涂料均匀涂刷在波形弹簧主体上。

本发明的有益效果在于，所提供的具有防腐耐磨层波形弹簧，其防腐耐磨层结合了聚氨酯与聚苯乙烯各自优异的性能一步合成聚氨酯/聚苯乙烯互穿网络结构。并且将片层结构的有机粘土在聚合的过程中高效剥离，并均匀分散于有机基体中，克服了现有技术中纳米粒子易团聚，与有机基体结合力较弱的缺点，制备工艺简单方便、涂膜性能优异、成本低。

 

附图说明

图1为本发明的具有防腐耐磨层的波形弹簧。

 

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。 

实施例1：

首先，通过机械加工手段，制得如图1所示的主体为沿圆周方向带有若干个正弦而形成的垫圈式弹簧的波形弹簧；

然后，在主体结构上覆一层纳米防腐层，并且该纳米防腐层由以下步骤制得：

（1）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、有机粘土加入到反应釜中混合，并搅拌升温，当温度升至60 ℃时，滴加甲苯二异氰酸酯，40min加完；

（2）然后在60 ℃保温搅拌30min后，再升温至80 ℃保温搅拌，取样测端基NCO值；

（3）当NCO达到3.0 %后，降温至40℃，向反应体系中加入苯乙烯，搅拌30min，在40℃下真空脱气30min ，即得A组分--聚氨酯预聚体；其中聚醚二元醇与蓖麻油的质量比为6:1，甲苯二异氰酸酯的添加量按异氰酸指数（NCO/OH）=1.5:1计算，苯乙烯和有机粘土的添加量按聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土组成比为聚氨酯 20份、聚苯乙烯 80份、有机粘土 1份加入；

（4）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、偶氮二异丁睛、二月硅酸二丁基锡加入到反应釜中，常温搅拌30min后，得到B组分；其中聚醚多元醇与蓖麻油的质量比为1:4~1:5，偶氮二异丁睛的添加量为苯乙烯质量的3.0 %，二月硅酸二丁基锡的添加量为聚醚二元醇、蓖麻油、甲苯二异氰酸酯总质量的0.3%；

（5）按B组分重量为A组分重量的8 %的比例，将A组分与B组分在反应器中搅拌混合均匀，升温至100 ℃反应3 h，在100 ℃下真空脱气，冷却至室温，即得有机粘土-聚氨酯/聚苯乙烯三元纳米复合防腐涂料；

（6）用刷子将步骤（5）制得的涂料均匀涂刷在波形弹簧主体上。

本实施例制得的具有纳米防腐层的波形弹簧，其防腐性能良好，并且经过5000次压缩试验后涂层完好。

 

实施例2：

首先，通过机械加工手段，制得如图1所示的主体为沿圆周方向带有若干个正弦而形成的垫圈式弹簧的波形弹簧；

然后，在主体结构上覆一层纳米防腐层，并且该纳米防腐层由以下步骤制得：

（1）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、有机粘土加入到反应釜中混合，并搅拌升温，当温度升至60 ℃时，滴加甲苯二异氰酸酯，45min加完；

（2）然后在60 ℃保温搅拌40min后，再升温至80 ℃保温搅拌，取样测端基NCO值；

（3）当NCO达到3.0 %后，降温至40℃，向反应体系中加入苯乙烯，搅拌40min，在40℃下真空脱气35min ，即得A组分--聚氨酯预聚体；其中聚醚二元醇与蓖麻油的质量比为5:1，甲苯二异氰酸酯的添加量按异氰酸指数（NCO/OH）=2:1计算，苯乙烯和有机粘土的添加量按聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土组成比为聚氨酯 40份、聚苯乙烯 60份、有机粘土 5份加入；

（4）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、偶氮二异丁睛、二月硅酸二丁基锡加入到反应釜中，常温搅拌30~50min后，得到B组分；其中聚醚多元醇与蓖麻油的质量比为1:4.5，偶氮二异丁睛的添加量为苯乙烯质量的3.5 %，二月硅酸二丁基锡的添加量为聚醚二元醇、蓖麻油、甲苯二异氰酸酯总质量的0.4 %；

（5）按B组分重量为A组分重量的12 %的比例，将A组分与B组分在反应器中搅拌混合均匀，升温至100 ℃反应3 h，在100 ℃下真空脱气，冷却至室温，即得有机粘土-聚氨酯/聚苯乙烯三元纳米复合防腐涂料；

（6）用刷子将步骤（5）制得的涂料均匀涂刷在波形弹簧主体上。

本实施例制得的具有纳米防腐层的波形弹簧，其防腐性能良好，并且经过5000次压缩试验后涂层完好。

 

实施例3：

首先，通过机械加工手段，制得如图1所示的主体为沿圆周方向带有若干个正弦而形成的垫圈式弹簧的波形弹簧；

然后，在主体结构上覆一层纳米防腐层，并且该纳米防腐层由以下步骤制得：

（1）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、有机粘土加入到反应釜中混合，并搅拌升温，当温度升至60 ℃时，滴加甲苯二异氰酸酯， 50min加完；

（2）然后在60 ℃保温搅拌50min后，再升温至80 ℃保温搅拌，取样测端基NCO值；

（3）当NCO达到3.0 %后，降温至40℃，向反应体系中加入苯乙烯，搅拌50min，在40℃下真空脱气40min ，即得A组分--聚氨酯预聚体；其中聚醚二元醇与蓖麻油的质量比为4:1，甲苯二异氰酸酯的添加量按异氰酸指数（NCO/OH）=2.5:1计算，苯乙烯和有机粘土的添加量按聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土组成比为聚氨酯 80份、聚苯乙烯 40份、有机粘土 10份加入；

（4）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、偶氮二异丁睛、二月硅酸二丁基锡加入到反应釜中，常温搅拌50min后，得到B组分；其中聚醚多元醇与蓖麻油的质量比为1:5，偶氮二异丁睛的添加量为苯乙烯质量的4.0 %，二月硅酸二丁基锡的添加量为聚醚二元醇、蓖麻油、甲苯二异氰酸酯总质量的0.6 %；

（5）按B组分重量为A组分重量的15 %的比例，将A组分与B组分在反应器中搅拌混合均匀，升温至100 ℃反应4 h，在100 ℃下真空脱气，冷却至室温，即得有机粘土-聚氨酯/聚苯乙烯三元纳米复合防腐涂料；

（6）用刷子将步骤（5）制得的涂料均匀涂刷在波形弹簧主体上。

本实施例制得的具有纳米防腐层的波形弹簧，其防腐性能良好，并且经过5000次压缩试验后涂层完好。

Claims (2)

1.一种具有纳米防腐层的波形弹簧，其特征在于，其主体为沿圆周方向带有若干个正弦而形成的垫圈式弹簧，在主体结构上覆有一层纳米防腐层，该纳米防腐层中含有聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土，并且相应组分的重量比为：

聚氨酯 20~80份；

聚苯乙烯 40~80份；

有机粘土 1~10份。

2.根据权利要求1所述的具有纳米防腐层的波形弹簧，其特征在于，该纳米防腐层由以下步骤制得：

（1）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、有机粘土加入到反应釜中混合，并搅拌升温，当温度升至60 ℃时，滴加甲苯二异氰酸酯，40~50min加完；

（2）然后在60 ℃保温搅拌30~50min后，再升温至80 ℃保温搅拌，取样测端基NCO值；

（3）当NCO达到3.0 %后，降温至40℃，向反应体系中加入苯乙烯，搅拌30~50min，在40℃下真空脱气30~40min ，即得A组分--聚氨酯预聚体；其中聚醚二元醇与蓖麻油的质量比为6:1~4:1，甲苯二异氰酸酯的添加量按异氰酸指数（NCO/OH）=1.5:1~2.5:1计算，苯乙烯和有机粘土的添加量按上述聚氨酯、聚苯乙烯、有机粘土组成比加入；

（4）将分子量3000的聚醚二元醇、蓖麻油、偶氮二异丁睛、二月硅酸二丁基锡加入到反应釜中，常温搅拌30~50min后，得到B组分；其中聚醚多元醇与蓖麻油的质量比为1:4~1:5，偶氮二异丁睛的添加量为苯乙烯质量的3.0~4.0 %，二月硅酸二丁基锡的添加量为聚醚二元醇、蓖麻油、甲苯二异氰酸酯总质量的0.3~0.6 %；

（5）按B组分重量为A组分重量的8~15 %的比例，将A组分与B组分在反应器中搅拌混合均匀，升温至100 ℃反应3~4 h，在100 ℃下真空脱气，冷却至室温，即得有机粘土-聚氨酯/聚苯乙烯三元纳米复合防腐涂料；

（6）用刷子将步骤（5）制得的涂料均匀涂刷在波形弹簧主体上。

Images