CN104804692A - 一种双组份铝质金属耐腐蚀修补剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双组份铝质金属耐腐蚀修补剂及其制备方法。该修补剂包括以下重量百分比的组分：环氧树脂20-25份，固化剂10-15份，补强填料18-23份，偶联剂10-15份，微粉5-8份，活性剂3-6份，增粘剂1-3份，消泡剂0.1～0.5份，稀释剂30-35份。本发明修补剂在铝合金基材表面制备的膜层能够耐700℃高温，无明显的脱落、起毛等现象，具有良好的耐水、耐酸碱及耐候性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝质金属修补剂。
背景技术
一些需要在高温工况下工作的铝合金设备，如铝合金风叶、铝合金淬火炉等设备，出现破损或断裂时一般需要修补剂来进行修补，金属修补剂是设备维修中表面粘涂与胶接的关键技术，它是由高分子聚合物及金属粉末、陶瓷粉末和纤维组成的双组份( 或多组份) 胶泥状复合材料，广泛用于零件耐磨损、耐腐蚀修复和预保护涂层及用来修补零件各种缺陷( 如裂纹、划伤、尺寸超差、铸造气孔、砂眼) 以及密封堵漏等，其工艺简便易行，只需将双组份按比例混合均匀，涂敷于经除锈、除油的表面，固化后修整即可，是一种省工、省时、经济、耐用、灵活、方便、理想的新型修补材料，是目前发展最快的复合材料之一。
传统的用于高温粘接的无机胶尽管耐高温性较好，但存在内聚强度低，脆性大，耐水性，耐酸碱性差等缺陷，如，专利申请CN1253156A 公布的陶瓷胶黏剂尽管耐温性较好，但高温下材料易发生膨胀，粘接线膨胀系数相差较大的材料时，胶层与粘接界面上将产生较大的热应力，进而损坏粘接效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种耐高温、耐酸碱、且具有强粘度的修补剂。
为了达到上述目的，本发明提供了一种双组份铝质金属耐腐蚀修补剂，包括以下重量百分比的组分：环氧树脂20-25份，固化剂10-15份，补强填料18-23份，偶联剂10-15份，微粉5-8份，活性剂3-6份，增粘剂1-3份，消泡剂0.1～0.5份，稀释剂30-35份。
环氧树脂采用双酚A环氧树脂，为E14、E44、E40中的一种或者几种的混合物。优选E14型双酚A环氧树脂。
固化剂为线型酚醛树脂或线型多氨类聚酰胺树脂，优选线型多氨类聚酰胺树脂。本改进通过采用线型多官能度（官能度大于等于3）树脂为固化剂，有效地提高了修补剂的固化效果，有效地提高了产品的性能，同时还实现了对修补剂的强度、抗老化性能、耐腐蚀性能等进行了改性。
补强填料选用改性凹凸棒石粘土粉末，通过以下步骤制备：（1）称量100g细度为200～400目的凹凸棒石粘土放入800～1000ml蒸馏水中，用50～100ml浓度为lmol/L的盐酸在80～100℃中处理1～3小时，然后搅拌2～4小时制备悬浮液；（2）将悬浮液加入5～10mL的复合活性剂，加入15-20g纳米氧化硅，滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6～8，再搅拌2～4小时制备悬浮液；所述复合活性剂由有机化合物和非离子型表面活性剂以体积比1:1-1:2组成；有机化合物为有机聚硅氧烷或有机羧酸（如硬脂酸，已二酸等），优选环氧基聚硅氧烷或硬脂酸。非离子型表面活性剂选用烷基酚聚氧乙烯醚型活性剂（OP-10）、失水山梨醇脂肪酸酯型活性剂（S80）或吐温-20型活性剂，优选烷基酚聚氧乙烯醚型活性剂；（3）将悬浮液进行3500r/min 转速离心处理5～10min，回收的固体物烘干，研细，即得所述改性凹凸棒石粘土粉末。利用凹凸棒石粘土特殊纤维状晶体形态的层链状结构，在粘结剂形成空间网状结构，通过凹土表面吸附纳米氧化硅粉末的羟基与粘结剂通过氢键结合，提高粘结剂聚合的交联度，提高修补剂固化的强度。
偶联剂选用选用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷，优选十二烷基三甲氧基硅烷。偶联剂表面的官能团与修补剂发生缩合反应，提高修补剂的固化速度，提高修补剂在铝合金表面的粘结强度。
微粉选用纳米氧化锆，提高修补剂的热稳定性，提高修补剂的耐温性，并能够提高修补剂在铝合金表面的剪切强度。
活性剂选择非离子型活性剂，选择聚氧乙烯油醇醚型、乙氧基化甲基葡萄糖苷硬脂酸脂型、吐温20型（聚氧乙烯失水山梨醇酐单月桂酸脂）活性剂，优选聚氧乙烯油醇醚型活性剂。
增粘剂选用三烷氧硅烃基三聚异氰酸酯、烷亚乙基二胺、环状氨烃基硅烷，优选三烷氧硅烃基三聚异氰酸酯，提高修补剂与铝合金表面的粘结强度。
消泡剂为上海梓意化工有限公司生产的环氧树脂用消泡剂，由聚醚类和脂类经过特定的配方配制而成，外观微黄，在环氧树脂中完全透明，不会使环氧树脂变白，变混，不影响透明度，用来消除环氧树脂在生产和使用过程中产生的泡沫。
稀释剂选用四氢呋喃，具有较强的溶解性。
本发明修补剂组分的最佳配比为：环氧树脂20份，固化剂10份，补强填料20份，偶联剂10份，微粉5份，活性剂3份，增粘剂1.7份，消泡剂0.3份，稀释剂30份。
本发明还提供了上述修补剂的制备方法，包括以下步骤：（1）取稀释剂倒入搅拌器中，向其中加入环氧树脂采用十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500～3000转/分，搅拌时间为30～60分钟；（2）将补强填料、微粉、活性剂以及消泡剂放入到步骤（1）的混合体系中，充分搅拌，搅拌时间为1～2小时，将搅拌后的料浆经真空去泡后制成组分A待用；（3）将固化剂、偶联剂以及增粘剂，放入十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500～3000转/分，搅拌时间为30～60分钟，制成组分B，待用。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明以凹凸棒石粘土、纳米氧化锆为添加剂，采用以改性环氧树脂为基体和酚醛树脂为固化剂，形成强粘度的无机耐高温修补剂，具有优异的耐高温性能，耐酸碱性能，且利用凹凸棒石粘土特殊的棒状晶结构，在固化剂作用形成的网状结构，提高修补剂与粘结界面的粘接效果。本发明修补剂利用各组分的特性及其相互作用，在铝合金基材表面制备的膜层能够耐700℃高温，无明显的脱落、起毛等现象，具有良好的耐水、耐酸碱及耐候性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明
实施例1
本发明修补剂制备及使用过程如下：
（1）补强填料（改性凹土/纳米氧化硅复合粉料）的制备：
（a）称量100g细度为200～400目的凹凸棒石粘土放入800～1000ml蒸馏水中，用浓度为lmol/L的50～100ml盐酸在80～100℃中处理1～3小时，同时搅拌2～4小时制备悬浮液；
（b）将悬浮液加入5～10mL的复合活性剂，加入15g纳米氧化硅，滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6～8，再搅拌2～4小时制备悬浮液；
（c）将悬浮液进行3500r/min 转速离心处理5~10min，回收的固体物烘干，研细，即得所述改性凹土粉料。
（2）取30g四氢呋喃倒入搅拌器中，向其中加入20g E14型双酚A环氧树脂采用十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500转/分，搅拌时间为30分钟；
（3）将20g改性凹凸棒石粘土粉末、5g纳米氧化锆、3g聚氧乙烯油醇醚型活性剂以及0.3g环氧树脂用消泡剂放入到步骤（1）的混合体系中，充分搅拌，搅拌时间为1小时，将搅拌后的料浆经真空去泡后制成组分A待用；
（4）将10g线型多氨类聚酰胺树脂、10g十二烷基三甲氧基硅烷以及1.7g三烷氧硅烃基三聚异氰酸酯，放入十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500转/分，搅拌时间为30分钟，制成组分B，待用；
（5）将待处理的铝质金属件放入30%盐酸溶液浸泡2分钟，然后取出放入丙酮中超声清洗30分钟然后用去离子水进行漂洗去除无机和有机污染物，取出金属件放入70℃烘箱中快速烘干表面水，使得铝质金属彻底除锈，表面达到干净光滑，将铝质金属放入pH值10以内的表面活性液中进行钝化处理，待用；
（6）将组分A与B放入容器中进行搅拌，在电动搅拌机以100转/分速度搅拌30分钟，将搅拌好的修补剂涂于铝质金属表面，可先涂少许，用刮板或胶刀反复按压，使修补剂与铝质金属基体充分浸润灌实，然后再涂剩余的修补剂。
（7）将修补剂涂于铝质金属表面后先在室温下放置2小时，然后加热到60℃，恒温保持2小时，最后缓慢冷却即可。
实施例2
本发明修补剂制备及使用过程如下：
（1）补强填料（改性凹土/纳米氧化硅复合粉料）的制备：
（a）称量100g细度为200～400目的凹凸棒石粘土放入800～1000ml蒸馏水中，用浓度为lmol/L的50～100ml盐酸在80～100℃中处理1～3小时，同时搅拌2～4小时制备悬浮液；
（b）将悬浮液加入5～10mL的复合活性剂，加入15g纳米氧化硅，滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6～8，再搅拌2～4小时制备悬浮液；
（c）将悬浮液进行3500r/min 转速离心处理5~10min，回收的固体物烘干，研细，即得所述改性凹土粉料。
（2）取30g四氢呋喃倒入搅拌器中，向其中加入25g E14型双酚A环氧树脂采用十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500转/分，搅拌时间为30分钟；
（3）将20g改性凹凸棒石粘土粉末、5g纳米氧化锆、3g聚氧乙烯油醇醚型活性剂以及0.2g环氧树脂用消泡剂放入到步骤（1）的混合体系中，充分搅拌，搅拌时间为1小时，将搅拌后的料浆经真空去泡后制成组分A待用；
（4）将12g线型多氨类聚酰胺树脂、10g十二烷基三甲氧基硅烷以及1g三烷氧硅烃基三聚异氰酸酯，放入十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500转/分，搅拌时间为30分钟，制成组分B，待用；
（5）将待处理的铝质金属件放入30%盐酸溶液浸泡2分钟，然后取出放入丙酮中超声清洗30分钟然后用去离子水进行漂洗去除无机和有机污染物，取出金属件放入70℃烘箱中快速烘干表面水，使得铝质金属彻底除锈，表面达到干净光滑，将铝质金属放入pH值10以内的表面活性液中进行钝化处理，待用；
（6）将组分A与B放入容器中进行搅拌，在电动搅拌机以100转/分速度搅拌30分钟，将搅拌好的修补剂涂于铝质金属表面，可先涂少许，用刮板或胶刀反复按压，使修补剂与铝质金属基体充分浸润灌实，然后再涂剩余的修补剂。
（7）将修补剂涂于铝质金属表面后先在室温下放置2小时，然后加热到60℃，恒温保持2小时，最后缓慢冷却即可。
实施例3
本发明修补剂制备及使用过程如下：
（1）按实施例1的方法制备补强填料。
（2）取35g四氢呋喃倒入搅拌器中，向其中加入20gE44型双酚A环氧树脂采用十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为3000转/分，搅拌时间为60分钟；
（3）将22g改性凹凸棒石粘土粉末、6g纳米氧化锆、6g吐温20型活性剂以及0.5g环氧树脂用消泡剂放入到步骤（1）的混合体系中，充分搅拌，搅拌时间为2小时，将搅拌后的料浆经真空去泡后制成组分A待用；
（4）将15g线型多氨类聚酰胺树脂、15g甲基三乙氧基硅烷以及3g烷亚乙基二胺，放入十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为3000转/分，搅拌时间为60分钟，制成组分B，待用；
（5）将待处理的铝质金属件放入30%盐酸溶液浸泡3分钟，然后取出放入丙酮中超声清洗30分钟然后用去离子水进行漂洗去除无机和有机污染物，取出金属件放入100℃烘箱中快速烘干表面水，使得铝质金属彻底除锈，表面达到干净光滑，将铝质金属放入pH值10以内的表面活性液中进行钝化处理，待用；
（6）将组分A与B放入容器中进行搅拌，在电动搅拌机以300转/分速度搅拌30分钟，将搅拌好的修补剂涂于铝质金属表面，可先涂少许，用刮板或胶刀反复按压，使修补剂与铝质金属基体充分浸润灌实，然后再涂剩余的修补剂。
（7）将修补剂涂于铝质金属表面后先在室温下放置2小时，然后加热到80℃，恒温保持2小时，最后缓慢冷却即可。
效果实施例
取实施例1所制备的无机耐高温修补剂粘附在铝合金表面，测试其性能，如下表所示：
| 项目 | 指标 | 测试方法 |
| 外观 | 淡黄色 | |
| 可操作时间（℃） | 1h | |
| 固化时间 | 150℃×30分钟；120℃×40分钟；80℃×60 分钟； 25℃×24 小时 | |
| 粘度(25±1℃)GB/T2794(mPa·s) | 2000~5000 | NDJ-79型旋转粘度计 |
| 体积电阻率(Ω·cm) | ＜4.2×10-4 | 涂层法150℃固化1小时 |
| 室温剪切强度GB/T7124(Mpa) | ≥32.8 | 150℃固化1小时 |
| 120℃剪切强度GB/T7124(Mpa) | ≥26.1 | |
| 硬 度Shore D | 85 | |
| 抗压强度kg/mm2 | 50 | |
| 拉伸强度kg/mm2 | 25 | GB/T1040.3-2006 |
| 不挥发份(GB/T2794) | ≥93% | |
| 吸水率（25℃×24小时） | ﹤0.15 | |
| 耐酸性 | 酸洗后，无腐蚀、无脱落、无渗透 | 将40wt% 的硫酸滴2ml 在样品的表面胶合层上，25℃条件下保持24h，观察膜层表面有起泡腐蚀现象。 |
| 耐碱性 | 碱洗后，无腐蚀、无脱落、无渗透 | 将0.1 标准浓度的氢氧化钠滴在样品的表面胶合层上，25℃条件下保持24h，观察膜层表面有起泡腐蚀现象。 |
| 温度范围（℃） | -60~+600 |
Claims (7)
1.一种双组份铝质金属耐腐蚀修补剂,其特征在于,包括以下重量配比的组分：环氧树脂20-25份，固化剂10-15份，补强填料18-23份，偶联剂10-15份，微粉5-8份，活性剂3-6份，增粘剂1-3份，消泡剂0.1～0.5份，稀释剂30-35份。
2.根据权利要求1所述的修补剂，其特征在于，所述环氧树脂采用双酚A环氧树脂，所述环氧树脂选自E14、E44、E40中的一种或多种混合；所述固化剂选自线型酚醛树脂或线型多氨类聚酰胺树脂；所述偶联剂选用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷；所述微粉选用纳米氧化锆；所述活性剂选用非离子型活性剂，为聚氧乙烯油醇醚型、乙氧基化甲基葡萄糖苷硬脂酸脂型或吐温20型活性剂；所述增粘剂选自三烷氧硅烃基三聚异氰酸酯、烷亚乙基二胺、环状氨烃基硅烷。
3.根据权利要求1所述的修补剂，其特征在于，所述修补剂包括以下重量份数的组分：环氧树脂20份，固化剂10份，补强填料20份，偶联剂10份，微粉5份，活性剂3份，增粘剂1.7份，消泡剂0.3份，稀释剂30份；所述环氧树脂为E14型双酚A环氧树脂；所述固化剂为线型多氨类聚酰胺树脂；所述补强填料为改性凹凸棒石粘土粉末；所述偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷；所述微粉为纳米氧化锆；所述活性剂为聚氧乙烯油醇醚型活性剂；所述增粘剂为三烷氧硅烃基三聚异氰酸酯；所述消泡剂为上海梓意化工有限公司生产的环氧树脂用消泡剂；所述稀释剂为四氢呋喃。
4.根据权利要求1所述的修补剂，其特征在于，所述补强填料选用改性凹凸棒石粘土粉末；所述改性凹凸棒石粘土粉末通过以下步骤制备：（1）称量100g细度为200～400目的凹凸棒石粘土放入800～1000ml蒸馏水中，用50～100ml浓度为lmol/L的盐酸在80～100℃中浸泡处理1～3小时，然后搅拌2～4小时制备悬浮液；（2）将悬浮液加入5～10mL的复合活性剂，加入15-20g纳米氧化硅，滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6～8，再搅拌2～4小时制备悬浮液；所述复合活性剂由有机化合物和非离子型表面活性剂以体积比1:1-1:2组成；（3）将悬浮液进行3500r/min 转速离心处理5～10min，回收的固体物烘干，研细，即得所述改性凹凸棒石粘土粉末。
5.根据权利要求4所述的修补剂，其特征在于，所述步骤（2）中有机化合物为有机聚硅氧烷或有机羧酸，非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚型活性剂、失水山梨醇脂肪酸酯型活性剂或吐温-20型活性剂。
6.根据权利要求5所述的修补剂，其特征在于，所述有机化合物为环氧基聚硅氧烷或硬脂酸；所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚型活性剂。
7.权利要求1至6任一所述修补的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）取稀释剂倒入搅拌器中，向其中加入环氧树脂采用十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500～3000转/分，搅拌时间为30～60分钟；（2）将补强填料、微粉、活性剂以及消泡剂放入到步骤（1）的混合体系中，充分搅拌，搅拌时间为1～2小时，将搅拌后的料浆经真空去泡后制成组分A待用；（3）将固化剂、偶联剂以及增粘剂，放入十字搅刀搅拌器充分搅拌，搅拌速度为1500～3000转/分，搅拌时间为30～60分钟，制成组分B，待用。
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