CN106336778B - 一种耐磨叶片螺柱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨叶片螺柱，所述的螺柱包括聚合物涂层以及金属基体；所述聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂20‑40份；包覆改性SiC颗粒50‑70份；有机硅烷偶联剂2‑6；固化剂5‑10份，所述聚合物涂层的制备方法为将上述各组分按质量比混合均匀，机械搅拌20min，再超声分散10min，聚合物涂层。发明使得螺柱具有优异的耐磨性能，同时具有良好的耐腐蚀性能以及耐高温性能。

Description

一种耐磨叶片螺柱
技术领域
本发明涉及一种叶片螺柱，具体涉及一种耐磨叶片螺柱。
背景技术
机械零件的失效约80％是由磨损引起的，磨损不仅消耗能源和材料，而且因磨损引起的零件更换所消耗的人力和物力也大增，严重降低了劳动生产率。目前在企业中应用的耐磨材料种类很多，其中经常用于冲蚀工况的耐磨材料主要以金属材料为主，如白口铸铁、耐磨钢、有色合金等，另外还有陶瓷、塑料、橡胶等。但是由于这些材料各种性能(如硬度、韧性、高温强度、抗氧化腐蚀性、耐酸碱腐蚀性、耐热性等)之间配合往往不尽人意，而且有些性能的提高也非常有限，因此单独选择一种材料用于抗冲蚀磨损效果并不理想。
相对于钢铁材料来说，经耐磨材料掺杂后的聚合物涂层具有良好的抗磨料磨损性能和低的摩擦因数、较高的化学稳定性，使得聚合物材料涂层在工业应用中有巨大前景。环氧树脂由于其对金属基体的附着力强被广泛用作金属表面的涂层材料，但其缺点是韧性差易脆断，耐冲蚀性能还不够理想。SiC是一种性能优良的陶瓷材料，具有高硬度、高弹性模量、耐热、耐磨及耐化学腐蚀等优良特性，在航天、航空、电子、化工等领域有广泛的应用。然而，SiC粉体粒径小、表面能高、易团聚，很难实现均匀分散，使得其对聚合物改性的效果受到限制。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种为了克服上述技术中的缺陷，提供一种耐磨叶片螺柱。该发明使得螺柱具有优异的耐磨性能，同时具有良好的耐腐蚀性能以及耐高温性能。
为了达到此目的，本发明采用以下技术方案：一种耐磨叶片螺柱，所述的螺柱包括聚合物涂层以及金属基体；所述聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂20-40份；包覆改性SiC颗粒50-70份；有机硅烷偶联剂2-6；固化剂5-10份；
优选的，聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂30份；包覆改性SiC颗粒60份；有机硅烷偶联剂4；固化剂6份；
所述有机硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，所述固化剂为二乙烯基三胺；
所述聚合物涂层的制备方法为将上述各组分按质量比混合均匀，机械搅拌20min，再超声分散10min，聚合物涂层。
所述三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂为环氧树脂链段中无规贯穿着聚酰胺酰亚胺链段形成互穿聚合物网络结构，从而明显改善环氧树脂的韧性，提高其耐热性和机械性能。
所述三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂的制备方法为将环氧值为44和环氧值为51的环氧树脂按质量比1∶1混合均匀；然后加入占环氧树脂质量20％的聚酰胺酰亚胺乳液共混，搅拌均匀，静置脱泡，得到三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂；所述聚酰胺酰亚胺乳液为质量分数为40％聚酰胺酰亚胺的二甲苯溶液。
所述三元聚酰胺酰亚胺为一种综合性能优异的改性PI树脂，其主链结构中同时含有具有柔性的酰亚胺基和耐热的芳杂亚胺基团，集聚酰胺PA和PI的优良性能于一体，因此具有良好的尺寸稳定性和耐蠕变性、优良的耐热性、耐辐射性、介电性、机械性能以及化学稳定性，是一种性能卓越的热塑性工程材料。
所述聚酰胺酰亚胺利用“一步法”合成得到。具体合成方法如下：称取定量的偏苯三酸酐和均苯四甲酸二酐，其物质的量的比分别为偏苯三酸酐∶均苯四甲酸二酐＝98∶2，先将N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、偏苯三酸酐和均苯四甲酸二酐加入到三口烧瓶中，在氮气保护下，于90℃下搅拌0.5h，待酸酐完全溶解于N-甲基吡咯烷酮和二甲苯的混合溶剂中后，将与偏苯三酸酐等物质量的4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯加入反应体系中，连续搅拌2.5h，随后升温至140℃，继续搅拌6h，得到黏稠状的聚合物，用去离子水作凝固浴，得到深黄色固体产物，在真空烘箱中干燥48h，聚合得到的聚酰胺酰亚胺。
所述包覆改性SiC颗粒为利用聚乙二醇表面改性的SiC颗粒。通过表面改性改善SiC纳米粉体的表面状态，降低表面活性，提高分散性及固相含量和粉体的流动性。
所述包覆改性SiC颗粒的制备方法为将50g纯化后的SiC微粉置于100mL单口烧瓶内，加入50mL无水乙醇，1g聚乙二醇(PEG800)，超声分散0.5h，搅拌回流5h，抽滤，烘干，研磨，制得包覆改性SiC颗粒。
所述叶片螺柱的金属基体为常用不锈钢材料，线材经下料、加工、磁粉探伤、滚丝、清洗、机械研磨、回牙得到粗产品。
所述耐磨叶片螺柱的制备方法为对初加工后的螺柱进行耐磨涂料的喷涂，然后将螺柱置50℃下固化5h，使得聚合物涂层成型。
与现有技术相比，本发明的耐磨叶片螺柱具有如下优点：
本发明制备的螺栓由于其聚合物涂层的存在具有优异的耐磨性、耐热性以及防腐蚀性能。聚合物涂层中环氧树脂的粘结性能优异，使得涂层粘结牢固，同时使得金属基体免于与酸碱以及空气直接接触起到防腐蚀的效果。同时，三元聚酰胺酰亚胺的存在使得环氧树脂基体的耐热性以及力学性能大大加强，也就使得螺栓的力学性能以及耐热性大大提高。此外，包覆改性SiC颗粒由于经过了表面改性良好地分散于聚合物基体中，使得聚合物涂层具有优异的耐磨性能，并且SiC颗粒的存在也加强了聚合物涂层的隔热性能以及表面硬度。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂30份；包覆改性SiC颗粒60份；有机硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷4份；固化剂二乙烯基三胺6份。聚合物涂层的制备方法为将上述各组分按质量比混合均匀，机械搅拌20min，再超声分散10min，聚合物涂层。然后将涂料均匀地涂在螺柱表面，50℃下固化5h，得到耐磨螺柱。
上述三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂的制备方法为将环氧值为44和环氧值为51的环氧树脂按质量比1∶1混合均匀；然后加入占环氧树脂质量20％的聚酰胺酰亚胺乳液共混，搅拌均匀，静置脱泡，得到三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂所述聚酰胺酰亚胺乳液为质量分数为40％聚酰胺酰亚胺的二甲苯溶液。
上述聚酰胺酰亚胺利用“一步法”合成得到。具体合成方法如下：称取定量的偏苯三酸酐和均苯四甲酸二酐，其物质的量的比分别为偏苯三酸酐∶均苯四甲酸二酐＝98∶2，先将N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、偏苯三酸酐和均苯四甲酸二酐加入到三口烧瓶中，在氮气保护下，于90℃下搅拌0.5h，待酸酐完全溶解于N-甲基吡咯烷酮和二甲苯的混合溶剂中后，将与偏苯三酸酐等物质量的4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯加入反应体系中，连续搅拌2.5h，随后升温至140℃，继续搅拌6h，得到黏稠状的聚合物，用去离子水作凝固浴，得到深黄色固体产物，在真空烘箱中干燥48h，聚合得到的聚酰胺酰亚胺。
所述包覆改性SiC颗粒为利用聚乙二醇表面改性的SiC颗粒。通过表面改性改善SiC纳米粉体的表面状态，降低表面活性，提高分散性及固相含量和粉体的流动性。
所述包覆改性SiC颗粒的制备方法为将50g纯化后的SiC微粉置于100mL单口烧瓶内，加入50mL无水乙醇，1g聚乙二醇(PEG800)，超声分散0.5h，搅拌回流5h，抽滤，烘干，研磨，制得包覆改性SiC颗粒。
实施例2
聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂35份；包覆改性SiC颗粒55份；有机硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷4份；固化剂二乙烯基三胺6份。然后将涂料均匀地涂在螺柱表面，50℃下固化5h，得到耐磨螺柱。其余各组分及其制备方法与实施例1一致。
实施例3
聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂25份；包覆改性SiC颗粒65份；有机硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷4份；固化剂二乙烯基三胺6份。然后将涂料均匀地涂在螺柱表面，50℃下固化5h，得到耐磨螺柱。其余各组分及其制备方法与实施例1一致。
对比例1
聚合物涂层按重量计由以下组分构成：未经改性的环氧树脂30份；包覆改性SiC颗粒60份；有机硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷4份；固化剂二乙烯基三胺6份。然后将涂料均匀地涂在螺柱表面，50℃下固化5h，得到耐磨螺柱。其余各组分及其制备方法与实施例1一致。
对比例2
聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂90份；有机硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷4份；固化剂二乙烯基三胺6份。然后将涂料均匀地涂在螺柱表面，50℃下固化5h，得到耐磨螺柱。其余各组分及其制备方法与实施例1一致。
对比例3
聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂30份；未经改性SiC颗粒60份；有机硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷4份；固化剂二乙烯基三胺6份。然后将涂料均匀地涂在螺柱表面，50℃下固化5h，得到耐磨螺柱。其余各组分及其制备方法与实施例1一致。
对实施例1-3制备的耐磨螺柱进行检测，结果如下表1所示：
表1实施例1-3制备的耐磨螺柱性能检测结果
以上结果表明，本发明制备的耐磨螺柱在邵尔A硬度、附着力测试、耐磨性、热稳定性显示了优异的性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种耐磨叶片螺柱，所述的螺柱包括聚合物涂层以及金属基体；所述聚合物涂层按重量计由以下组分构成：三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂20-40份；包覆改性SiC颗粒50-70份；有机硅烷偶联剂2-6份 ；固化剂5-10份，所述聚合物涂层的制备方法为将上述各组分按质量比混合均匀，机械搅拌20min，再超声分散10min，得到聚合物涂层；所述有机硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，所述固化剂为二乙烯基三胺；
所述三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂的制备方法为将环氧值为44和环氧值为51的环氧树脂按质量比1∶1混合均匀；然后加入占环氧树脂质量20％的聚酰胺酰亚胺乳液共混，搅拌均匀，静置脱泡，得到三元聚酰胺酰亚胺改性环氧树脂，所述聚酰胺酰亚胺乳液为质量分数为40％聚酰胺酰亚胺的二甲苯溶液；
聚酰胺酰亚胺由以下方法制备：称取定量的偏苯三酸酐和均苯四甲酸二酐，其物质的量的比分别为偏苯三酸酐∶均苯四甲酸二酐＝98∶2，先将N-甲基吡咯烷酮、二甲苯、偏苯三酸酐和均苯四甲酸二酐加入到三口烧瓶中，在氮气保护下，于90℃下搅拌0.5h，待酸酐完全溶解于N-甲基吡咯烷酮和二甲苯的混合溶剂中后，将与偏苯三酸酐等物质量的4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯加入反应体系中，连续搅拌2.5h，随后升温至140℃，继续搅拌6h，得到黏稠状的聚合物，用去离子水作凝固浴，得到深黄色固体产物，在真空烘箱中干燥48h，聚合得到聚酰胺酰亚胺。
2.根据权利要求1所述的耐磨叶片螺柱，其特征在于：所述包覆改性SiC颗粒为利用聚乙二醇表面改性的SiC颗粒。
3.根据权利要求2所述的耐磨叶片螺柱，其特征在于：所述包覆改性SiC颗粒的制备方法为将50g纯化后的SiC微粉置于100mL单口烧瓶内，加入50mL无水乙醇，1g聚乙二醇800，超声分散0.5h，搅拌回流5h，抽滤，烘干，研磨，制得包覆改性SiC颗粒。
4.根据权利要求1所述的耐磨叶片螺柱，其特征在于：所述叶片螺柱的金属基体为不锈钢材料，线材经下料、加工、磁粉探伤、滚丝、清洗、机械研磨、回牙得初加工螺柱。
5.根据权利要求1所述的耐磨叶片螺柱，所述耐磨叶片螺柱的制备方法为对初加工后的螺柱进行聚合物涂层的喷涂，然后将螺柱置50℃下固化5h，使得聚合物涂层成型。
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