CN107384117A - 一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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杨阳
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Abstract

本发明公开了一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明通过超声辅助剥离法，在表面活性剂水溶液中剥离二硫化钼晶体，制得二维层状结构二硫化钼，并用硅烷水解液改性，再以二异氰酸酯，聚醚二元醇为原料，制得聚氨酯预聚体，最后将环氧树脂，聚氨酯预聚体，碳化硅，二硫化钼等复配，制得环氧树脂基复合耐磨涂层材料。本发明利用制备的二维层状结构二硫化钼在摩擦表面形成低剪切应力膜，以此降低摩擦系数，对摩擦表面起到填补和修复作用，并协同耐磨填料，改善环氧树脂的耐磨性。本发明所制备的环氧树脂基复合耐磨涂层材料抗拉强度与抗剪切强度高，与基层的粘结性能好，可满足国内市场的需求。

Description

一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
化工、水利、电力等工业生产中，液体与气体夹带固体颗粒产生的磨粒对设备的冲刷磨损很严重。为了解决设备磨损问题，延长设备使用寿命，目前主要通过使用昂贵的耐磨合金泵，或内衬陶瓷、橡胶、聚氨酯、超高分子聚乙烯、复合耐磨涂层材料等，但是耐磨合金泵在许多使用条件下磨损依然很严重，内衬陶瓷、橡胶、聚氨酯、超高分子聚乙烯等的耐磨性能也不能令人满意。
复合耐磨涂层材料是近些年发展起来的一类很有应用前景的新型耐磨材料。现有的复合耐磨涂层一般采用普通的环氧树脂为原料，制成的复合耐磨涂层材料的抗拉强度与抗剪切强度较低，仅为30MPa和15MPa，而且材料的韧性不好，抗冲击强度较低，涂层与基体的粘接性能差。
因此，开发一种机械性能优异、与基体粘接性能良好的环氧树脂基复合耐磨涂层材料具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有的复合耐磨涂层材料抗拉强度、抗剪切强度低，与基层的粘结性能和耐磨性能差的问题，提供了一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料及其制备方法。
为解决技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料，它由下述重量份原料制备：
55～60份环氧树脂，5～8份聚氨酯预聚体，10～15份碳化硅，3～5份改性二维层状结构二硫化钼，18～20份固化剂，30～40份无水乙醇。
所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-55、E-51、E-44、E-42、E-35中的一种。
所述聚氨酯预聚体为二异氰酸酯装入反应釜中，抽真空至釜内真空度为1～10Pa后，通入氮气至釜内压力为0.03～0.05MPa，再加入二异氰酸酯体积30～75%的聚醚二元醇N210，加热至50～60℃，保持温度反应1～2h制得。
所述改性二维层状结构二硫化钼为经硅烷偶联剂KH-550水解液改性处理的预处理二维层状结构二硫化钼。
所述预处理二维层状结构二硫化钼为二硫化钼与胆酸钠按质量比2：1～4：1混合后通过超声分散并离心剥离后超声清洗制得。
所述固化剂为聚酰胺固化剂650、651、115中的一种。
一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料的制备方法，具体步骤为：
S1.制备基础原料；
S2.配料；
S3.将原料装入搅拌机中搅拌，以160～200r/min搅拌2～3min，得环氧树脂基复合耐磨涂层材料。
本发明的有益技术效果是：
本发明通过聚氨酯预聚体来改性环氧树脂，使聚氨酯弹性基团分散在环氧树脂的构架中，改善环氧树脂的韧性，从而改变其耐磨性能，并利用二硫化钼、胆酸钠与去离子水混合，通过超声辅助剥离法，在表面活性剂水溶液中剥离二硫化钼晶体，制得二维层状结构二硫化钼，再用硅烷水解液改性，制得改性二维层状结构二硫化钼分散在环氧树脂中，利用二维层状结构二硫化钼在摩擦表面形成低剪切应力膜，以此降低摩擦系数，对摩擦表面起到填补和修复作用，并协同耐磨填料，改善环氧树脂的耐磨性。本发明所制备的环氧树脂基复合耐磨涂层材料抗拉强度与抗剪切强度高，耐磨性能好，与基层的粘结性能好，可满足国内市场的需求。
具体实施方式
称取10～12g过200目筛的二硫化钼，3.0～3.6g胆酸钠，加入2.0～2.4L去离子水中，在40～50℃恒温水浴下，以400W超声波超声分散6～8h，得二硫化钼分散液，将二硫化钼分散液转入离心机中，以3000～4000r/min离心分离20～30min，收集上清液，再将上清液以12000～12500r/min离心分离30～40min，得二维层状结构二硫化钼，将二维层状结构二硫化钼加入500～600mL去离子水中，以300W超声波超声清洗20～30min，再以12000～12500r/min离心分离30～40min，得沉淀物，将沉淀物重复超声清洗2～3次，得预处理二维层状结构二硫化钼，量取30～60mL硅烷偶联剂KH-550，150～300mL无水乙醇，加入0.6～1.2L去离子水中，在30～35℃恒温水浴下，以300～400r/min持续搅拌水解8～10h，得硅烷偶联剂水解液，称取3～5g预处理二维层状结构二硫化钼加入硅烷偶联剂水解液中，在50～60℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌1～2h，过滤得滤渣，得改性二维层状结构二硫化钼，量取80～120mL二异氰酸酯装入0.5L小型反应釜中，抽真空至釜内真空度为1～10Pa后，通入氮气至釜内压力为0.03～0.05MPa，再加入40～60mL聚醚二元醇N210，加热至50～60℃，保持温度反应1～2h，冷却至室温后得聚氨酯预聚体，按重量份数计，取55～60份环氧树脂E-44，5～8份聚氨酯预聚体，10～15份碳化硅，3～5份改性二维层状结构二硫化钼，18～20份聚酰胺固化剂651，30～40份无水乙醇，装入搅拌机中搅拌，以160～200r/min搅拌2～3min，经环氧树脂与聚氨酯交联并掺杂改性二维层状结构二硫化钼，得环氧树脂基复合耐磨涂层材料。
实例1
称取10g过200目筛的二硫化钼，3.0g胆酸钠，加入2.0L去离子水中，在40℃恒温水浴下，以400W超声波超声分散6h，得二硫化钼分散液，将二硫化钼分散液转入离心机中，以3000r/min离心分离20min，收集上清液，再将上清液以12000r/min离心分离30min，得二维层状结构二硫化钼，将二维层状结构二硫化钼加入500mL去离子水中，以300W超声波超声清洗20min，再以12000r/min离心分离30min，得沉淀物，将沉淀物重复超声清洗2次，得预处理二维层状结构二硫化钼，量取30mL硅烷偶联剂KH-550，150mL无水乙醇，加入0.6L去离子水中，在30℃恒温水浴下，以300r/min持续搅拌水解8h，得硅烷偶联剂水解液，称取3g预处理二维层状结构二硫化钼加入硅烷偶联剂水解液中，在50℃恒温水浴下，以300r/min搅拌1h，过滤得滤渣，得改性二维层状结构二硫化钼，量取80mL二异氰酸酯装入0.5L小型反应釜中，抽真空至釜内真空度为1Pa后，通入氮气至釜内压力为0.03MPa，再加入40mL聚醚二元醇N210，加热至50℃，保持温度反应1h，冷却至室温后得聚氨酯预聚体，按重量份数计，取55份环氧树脂E-44，5份聚氨酯预聚体，10份碳化硅，3份改性二维层状结构二硫化钼，18份聚酰胺固化剂651，30份无水乙醇，装入搅拌机中搅拌，以160r/min搅拌2min，经环氧树脂与聚氨酯交联并掺杂改性二维层状结构二硫化钼，得环氧树脂基复合耐磨涂层材料。
实例2
称取11过200目筛的二硫化钼，3.3胆酸钠，加入2.2去离子水中，在45℃恒温水浴下，以400W超声波超声分散7h，得二硫化钼分散液，将二硫化钼分散液转入离心机中，以3500r/min离心分离25min，收集上清液，再将上清液以12250r/min离心分离35min，得二维层状结构二硫化钼，将二维层状结构二硫化钼加入550mL去离子水中，以300W超声波超声清洗25min，再以12250r/min离心分离35min，得沉淀物，将沉淀物重复超声清洗2次，得预处理二维层状结构二硫化钼，量取45mL硅烷偶联剂KH-550，225mL无水乙醇，加入0.9L去离子水中，在33℃恒温水浴下，以350r/min持续搅拌水解9h，得硅烷偶联剂水解液，称取4g预处理二维层状结构二硫化钼加入硅烷偶联剂水解液中，在55℃恒温水浴下，以350r/min搅拌1h，过滤得滤渣，得改性二维层状结构二硫化钼，量取100mL二异氰酸酯装入0.5L小型反应釜中，抽真空至釜内真空度为5Pa后，通入氮气至釜内压力为0.04MPa，再加入50mL聚醚二元醇N210，加热至55℃，保持温度反应1h，冷却至室温后得聚氨酯预聚体，按重量份数计，取58份环氧树脂E-44，7份聚氨酯预聚体，13份碳化硅，4份改性二维层状结构二硫化钼，19份聚酰胺固化剂651，35份无水乙醇，装入搅拌机中搅拌，以180r/min搅拌2min，经环氧树脂与聚氨酯交联并掺杂改性二维层状结构二硫化钼，得环氧树脂基复合耐磨涂层材料。
实例3
称取12g过200目筛的二硫化钼，3.6g胆酸钠，加入2.4L去离子水中，在50℃恒温水浴下，以400W超声波超声分散8h，得二硫化钼分散液，将二硫化钼分散液转入离心机中，以4000r/min离心分离30min，收集上清液，再将上清液以12500r/min离心分离40min，得二维层状结构二硫化钼，将二维层状结构二硫化钼加入600mL去离子水中，以300W超声波超声清洗30min，再以12500r/min离心分离40min，得沉淀物，将沉淀物重复超声清洗3次，得预处理二维层状结构二硫化钼，量取60mL硅烷偶联剂KH-550，300mL无水乙醇，加入1.2L去离子水中，在35℃恒温水浴下，以400r/min持续搅拌水解10h，得硅烷偶联剂水解液，称取5g预处理二维层状结构二硫化钼加入硅烷偶联剂水解液中，在60℃恒温水浴下，以400r/min搅拌2h，过滤得滤渣，得改性二维层状结构二硫化钼，量取120mL二异氰酸酯装入0.5L小型反应釜中，抽真空至釜内真空度为10Pa后，通入氮气至釜内压力为0.05MPa，再加入60mL聚醚二元醇N210，加热至60℃，保持温度反应2h，冷却至室温后得聚氨酯预聚体，按重量份数计，取60份环氧树脂E-44，8份聚氨酯预聚体，15份碳化硅，5份改性二维层状结构二硫化钼，20份聚酰胺固化剂651，40份无水乙醇，装入搅拌机中搅拌，以200r/min搅拌3min，经环氧树脂与聚氨酯交联并掺杂改性二维层状结构二硫化钼，得环氧树脂基复合耐磨涂层材料。
分别将实例1～3制得的环氧树脂基复合耐磨涂层材料与市售环氧树脂复合耐磨涂层材料喷涂在搅拌桨基材表面，控制喷涂厚度为0.8mm，待喷涂完成后，将搅拌桨基材于温度为100℃条件下干燥90min即可。对干燥后的搅拌桨基材表面涂层进行性能检测，其检测结果如下表1所示：
表1：
综上所述，本发明制得的环氧树脂基复合耐磨涂层材料具有较高的抗拉强度、剪切强度及抗冲击性能，同时材料耐磨性能及耐水性能良好，与基材粘接牢固，具有较好的使用前景。

Claims (7)

1.一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料，其特征在于，它由下述重量份原料制备：
55～60份环氧树脂，5～8份聚氨酯预聚体，10～15份碳化硅，3～5份改性二维层状结构二硫化钼，18～20份固化剂，30～40份无水乙醇。
2.如权利要求1所述的一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-55、E-51、E-44、E-42、E-35 中的一种。
3.如权利要求1所述的一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料，其特征在于，所述聚氨酯预聚体为二异氰酸酯装入反应釜中，抽真空至釜内真空度为1～10Pa后，通入氮气至釜内压力为0.03～0.05MPa，再加入二异氰酸酯体积30～75%的聚醚二元醇N210，加热至50～60℃，保持温度反应1～2h制得。
4.如权利要求1所述的一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料，其特征在于，所述改性二维层状结构二硫化钼为经硅烷偶联剂KH-550水解液改性处理的预处理二维层状结构二硫化钼。
5.如权利要求1所述的一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料，其特征在于，所述预处理二维层状结构二硫化钼为二硫化钼与胆酸钠按质量比2：1～4：1混合后通过超声分散并离心剥离后超声清洗制得。
6.如权利要求1所述的一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料，其特征在于，所述固化剂为聚酰胺固化剂650、651、115中的一种。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种环氧树脂基复合耐磨涂层材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
S1.制备基础原料；
S2.配料；
S3.将原料装入搅拌机中搅拌，以160～200r/min搅拌2～3min，得环氧树脂基复合耐磨涂层材料。
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