CN108410135A - 一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陶瓷喷嘴制备技术领域，具体涉及一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法。本发明以双酚A型环氧树脂为基材，改性混合纤维作为改性促进剂，并辅以羧甲基纤维素、过硫酸铵等制备得到改性树脂基陶瓷喷嘴材料，首先利用氰酸酯树脂和二苯基硅二醇对双酚A型环氧树脂进行改性，形成的三嗪环结构增强了环氧树脂的耐高温性能，由氧化锆和氮化硅混合研磨得到的混合粉末进入基材内部后，抑制晶粒生长和晶粒异常长大，同时抑制断裂过程中产生的位错运动，从而提高陶瓷喷嘴的韧性，再将混合粉末纺丝牵引得到混合纤维，利用氧化镁和氧化钇对混合粉末进行表面改性，生成玻璃液相，实现液相烧结，从而提高陶瓷喷嘴的韧性，具有广泛的应用前景。

Description

一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷喷嘴制备技术领域，具体涉及一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法。

背景技术

喷嘴是很多种喷淋，喷雾，喷油，喷砂设备里很关键的一个部件，甚至是主要部件。喷嘴被广泛应用于机械、石油、化工、汽车、船舶、航空航天、冶金、煤炭等各行各业，是表面强化、表面清洗、表面喷涂、表面改性、磨料喷射切割、水射流切割等机械设备上的关键部件之一。通常，喷嘴是急冷快速凝固装置的关键部件，由于非晶合金制造用的喷嘴工作条件苛刻，要求抗瞬时热震，高速气流冲击，高温熔融金属的冲刷，化学腐蚀以及氧化，因而制作喷嘴的材料一定要兼具多种优良的性能。

目前陶瓷喷砂嘴、喷油嘴等喷嘴多采用碳化硅、碳化硼或者氧化铝等陶瓷材料制造，制造技术采用热压法或者无压烧结方法。以往常用的材质为二氧化硅材质和纯氮化硼材质喷嘴，二氧化硅材质的喷嘴由于其硬度较高，加工性能较差，只能适用于宽度较小的窄带材的生产。而纯氮化硼材质的喷嘴，加工性能很好，虽然散热效果较好（导热性能好），但抗热冲击能力以及韧性都较弱，使用一段时间后，很快就会出现喷口变形、喷道被熔融液体冲击成流沟，造成喷射体沉积在基材上的厚度不均匀。

随着高新技术的需求，对于陶瓷喷嘴的各种性能的要求也越来越高。现有技术中的陶瓷喷嘴材料普遍存在韧性不足、耐磨性能差、使用寿命短、耐热震性能差的缺陷，难以满足市场对喷嘴性能日益提高的需求，尤其是耐高温性以及抗开裂性能等有待于提高。

因此，研制出一种能够解决上述问题的陶瓷喷嘴非常有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前常见陶瓷喷嘴存在韧性低、耐高温性差以及抗开裂性差，难以满足市场对喷嘴性能需求的缺陷，提供了一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将氧化锆和氮化硅混合研磨，得到混合粉末，再将混合粉末和去离子水混合搅拌，得到悬浮液，接着将悬浮液、氧化镁和氧化钇混合置于氢气还原炉中还原反应后，继续加热升温，保温出料，得到改性反应物；

（2）将改性反应物倒入纺丝机中纺丝，得到预纺丝，最后将预纺丝放入牵引机中牵引，冷却出料，得到改性混合纤维；

（3）将双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂混合，搅拌，冷却出料，得到混合树脂，再将混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠混合倒入烧杯中搅拌反应，得到反应物，再向反应物中加入反应物质量2%的二苯基硅二醇，继续保温混合搅拌反应，待反应结束后，取出，即为改性环氧树脂；

（4）按重量份数计，分别称取16～20份改性混合纤维、3～5份羧甲基纤维素、1～3份过硫酸铵和2～4份无水乙醇混合置于搅拌机中，在转速为160～180r/min的条件下搅拌，得到混合浆料，再将混合浆料放入热压烧结炉中，在氩气保护的条件下进行烧结处理，得到烧结物，继续向烧结物中添加30～32份改性环氧树脂混合搅拌，冷却出料，即得改性树脂基陶瓷喷嘴材料。

步骤（1）所述的氧化锆和氮化硅的质量比为1：2，研磨时间为18～24min，混合粉末和去离子水的质量比为1：3，搅拌时间为4～6min，悬浮液、氧化镁和氧化钇的质量比为7：2：1，还原反应温度为320～450℃，还原反应时间为3～4h，继续升温温度为1650～1750℃，保温时间为1～2h。

步骤（2）所述的纺丝温度为280～300℃，纺丝速度为750～770m/min，纺丝时间为1～2h，牵引倍数为2.7～3.0倍，牵伸速度为520～560m/min，牵引时间为45～60min。

步骤（3）所述的双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂的质量比为4：1，搅拌温度为127～130℃，搅拌时间为8～9min，混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠的质量比为5：2：1，搅拌反应温度为95～110℃，搅拌反应时间为21～24min，继续搅拌反应时间为1～2h。

步骤（4）所述的烧结处理压力为40～45Mpa，烧结处理温度为1850～1880℃，烧结处理时间为2～4h，搅拌温度为80～100℃，搅拌时间为10～12min。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以双酚A型环氧树脂为基材，改性混合纤维作为改性促进剂，并辅以羧甲基纤维素、过硫酸铵等制备得到改性树脂基陶瓷喷嘴材料，首先利用氰酸酯树脂和二苯基硅二醇对双酚A型环氧树脂进行改性，由于氰酸酯树脂具有耐热性，这种树脂在受热或催化剂作用下，容易在基体表面固化形成三嗪环结构，三嗪环结构增强了环氧树脂的耐高温性能，由环氧树脂制成的陶瓷喷嘴耐高温性也得到提高，另外在一定温度下，二苯基硅二醇的活性基团未与环氧树脂的环氧基发生反应，使环氧树脂保留了环氧基，只是与环氧树脂侧链羟基发生脱水反应，增大了高聚物的交联密度，有利于陶瓷喷嘴的耐高温性得到提高；

（2）本发明中将氧化锆和氮化硅混合研磨得到混合粉末，将混合粉末添加到基材中，形成微细化“内晶型”结构，抑制晶粒生长和晶粒异常长大，同时可以抑制断裂过程中产生的位错运动，在晶粒内产生亚晶界，使基材再细化，对基材产生增强、增韧作用，从而提高陶瓷喷嘴的韧性，另外氧化锆和氮化硅都具有耐热性，使得陶瓷喷嘴的耐高温性得到提高，再将混合粉末纺丝牵引得到混合纤维，其中交错的基材分子链连接在混合纤维之间，相当于将基材交联，在受到弯曲、拉伸、压缩等载荷作用时，基材在混合纤维之间传递应力，使混合纤维与基材共同承载，将其作为填料对陶瓷喷嘴进行改性，有利于陶瓷喷嘴的抗开裂性得到提高；

（3）本发明利用氧化镁和氧化钇对混合粉末进行表面改性，由于添加的氧化镁和氧化钇能与其氮化硅表面的二氧化硅在高温烧结作用下产生反应，并生成玻璃液相，促使α-氮化硅溶解后析出晶须长条状β-氮化硅，从而增强陶瓷喷嘴的韧性，最终高温生成的玻璃相及材料中的金属相在烧结过程中均转变为液相，实现液相烧结，有利于得到均匀致密的烧结体，进一步增强、韧化氮化硅陶瓷，从而提高陶瓷喷嘴的韧性，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

按质量比为1：2将氧化锆和氮化硅混合研磨18～24min，得到混合粉末，再将混合粉末和去离子水按质量比为1：3混合搅拌4～6min，得到悬浮液，接着将悬浮液、氧化镁和氧化钇按质量比为7：2：1混合置于氢气还原炉中，在温度为320～450℃下还原反应3～4h后，继续加热升温至1650～1750℃，保温1～2h，出料，得到改性反应物；将改性反应物倒入纺丝机中，在温度为280～300℃、纺丝速度为750～770m/min的条件下纺丝1～2h，得到预纺丝，最后将预纺丝放入牵引机中，在牵引倍数为2.7～3.0倍、牵伸速度为520～560m/min的条件下牵引45～60min，冷却出料，得到改性混合纤维；按质量比为4：1将双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂混合，在温度为127～130℃下搅拌8～9min，冷却出料，得到混合树脂，再按质量比为5：2：1将混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠混合倒入烧杯中，在温度为95～110℃下搅拌反应21～24min，得到反应物，再向反应物中加入反应物质量2%的二苯基硅二醇，继续保温混合搅拌反应1～2h，待反应结束后，取出，即为改性环氧树脂；按重量份数计，分别称取16～20份改性混合纤维、3～5份羧甲基纤维素、1～3份过硫酸铵和2～4份无水乙醇混合置于搅拌机中，在转速为160～180r/min的条件下搅拌1～2h，得到混合浆料，再将混合浆料放入热压烧结炉中，在压力为40～45Mpa、温度为1850～1880℃和氩气保护的条件下进行烧结处理2～4h，得到烧结物，继续向烧结物中添加30～32份改性环氧树脂，在温度为80～100℃的条件下混合搅拌10～12min，冷却出料，即得改性树脂基陶瓷喷嘴材料。

实例1

按质量比为1：2将氧化锆和氮化硅混合研磨18min，得到混合粉末，再将混合粉末和去离子水按质量比为1：3混合搅拌4min，得到悬浮液，接着将悬浮液、氧化镁和氧化钇按质量比为7：2：1混合置于氢气还原炉中，在温度为320℃下还原反应3h后，继续加热升温至1650℃，保温1h，出料，得到改性反应物；将改性反应物倒入纺丝机中，在温度为280℃、纺丝速度为750m/min的条件下纺丝1h，得到预纺丝，最后将预纺丝放入牵引机中，在牵引倍数为2.7倍、牵伸速度为520m/min的条件下牵引45min，冷却出料，得到改性混合纤维；按质量比为4：1将双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂混合，在温度为127℃下搅拌8min，冷却出料，得到混合树脂，再按质量比为5：2：1将混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠混合倒入烧杯中，在温度为95℃下搅拌反应21min，得到反应物，再向反应物中加入反应物质量2%的二苯基硅二醇，继续保温混合搅拌反应1h，待反应结束后，取出，即为改性环氧树脂；按重量份数计，分别称取16份改性混合纤维、3份羧甲基纤维素、1份过硫酸铵和2份无水乙醇混合置于搅拌机中，在转速为160r/min的条件下搅拌1h，得到混合浆料，再将混合浆料放入热压烧结炉中，在压力为40Mpa、温度为1850℃和氩气保护的条件下进行烧结处理2h，得到烧结物，继续向烧结物中添加30份改性环氧树脂，在温度为80℃的条件下混合搅拌10min，冷却出料，即得改性树脂基陶瓷喷嘴材料。

实例2

按质量比为1：2将氧化锆和氮化硅混合研磨20min，得到混合粉末，再将混合粉末和去离子水按质量比为1：3混合搅拌5min，得到悬浮液，接着将悬浮液、氧化镁和氧化钇按质量比为7：2：1混合置于氢气还原炉中，在温度为380℃下还原反应3.5h后，继续加热升温至1700℃，保温1.5h，出料，得到改性反应物；将改性反应物倒入纺丝机中，在温度为290℃、纺丝速度为760m/min的条件下纺丝1.5h，得到预纺丝，最后将预纺丝放入牵引机中，在牵引倍数为2.9倍、牵伸速度为540m/min的条件下牵引53min，冷却出料，得到改性混合纤维；按质量比为4：1将双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂混合，在温度为128℃下搅拌8.5min，冷却出料，得到混合树脂，再按质量比为5：2：1将混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠混合倒入烧杯中，在温度为100℃下搅拌反应23min，得到反应物，再向反应物中加入反应物质量2%的二苯基硅二醇，继续保温混合搅拌反应1.5h，待反应结束后，取出，即为改性环氧树脂；按重量份数计，分别称取18份改性混合纤维、4份羧甲基纤维素、2份过硫酸铵和3份无水乙醇混合置于搅拌机中，在转速为170r/min的条件下搅拌1.5h，得到混合浆料，再将混合浆料放入热压烧结炉中，在压力为43Mpa、温度为1865℃和氩气保护的条件下进行烧结处理3h，得到烧结物，继续向烧结物中添加31份改性环氧树脂，在温度为90℃的条件下混合搅拌11min，冷却出料，即得改性树脂基陶瓷喷嘴材料。

实例3

按质量比为1：2将氧化锆和氮化硅混合研磨24min，得到混合粉末，再将混合粉末和去离子水按质量比为1：3混合搅拌6min，得到悬浮液，接着将悬浮液、氧化镁和氧化钇按质量比为7：2：1混合置于氢气还原炉中，在温度为450℃下还原反应4h后，继续加热升温至1750℃，保温2h，出料，得到改性反应物；将改性反应物倒入纺丝机中，在温度为300℃、纺丝速度为770m/min的条件下纺丝2h，得到预纺丝，最后将预纺丝放入牵引机中，在牵引倍数为3.0倍、牵伸速度为560m/min的条件下牵引60min，冷却出料，得到改性混合纤维；按质量比为4：1将双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂混合，在温度为130℃下搅拌9min，冷却出料，得到混合树脂，再按质量比为5：2：1将混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠混合倒入烧杯中，在温度为110℃下搅拌反应24min，得到反应物，再向反应物中加入反应物质量2%的二苯基硅二醇，继续保温混合搅拌反应2h，待反应结束后，取出，即为改性环氧树脂；按重量份数计，分别称取20份改性混合纤维、5份羧甲基纤维素、3份过硫酸铵和4份无水乙醇混合置于搅拌机中，在转速为180r/min的条件下搅拌2h，得到混合浆料，再将混合浆料放入热压烧结炉中，在压力为45Mpa、温度为1880℃和氩气保护的条件下进行烧结处理4h，得到烧结物，继续向烧结物中添加32份改性环氧树脂，在温度为100℃的条件下混合搅拌12min，冷却出料，即得改性树脂基陶瓷喷嘴材料。

对比例

以成都市某公司生产的陶瓷喷嘴材料作为对比例

对本发明制得的改性树脂基陶瓷喷嘴材料和对比例中的陶瓷喷嘴材料进行检测，检测结果如表1所示：

耐高温性测试

将本发明制得的改性树脂基陶瓷喷嘴材料和对比例中的陶瓷喷嘴材料加热到850℃后，投入20℃水中，喷嘴不破裂，所能承受激冷的次数。

表1性能测定结果

由表1数据可知，本发明制得的改性树脂基陶瓷喷嘴材料，具有强度高、韧性好、致密度高等特点，能够大大提高陶瓷喷嘴的抗变形能力和耐冲刷性能，增加了喷嘴对高温金属的耐腐蚀性能，减少喷嘴的堵包现象，延长了喷嘴的使用寿命，明显优于对比例产品。因此，具有广阔的使用前景。

Claims (5)

1.一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将氧化锆和氮化硅混合研磨，得到混合粉末，再将混合粉末和去离子水混合搅拌，得到悬浮液，接着将悬浮液、氧化镁和氧化钇混合置于氢气还原炉中还原反应后，继续加热升温，保温出料，得到改性反应物；

（2）将改性反应物倒入纺丝机中纺丝，得到预纺丝，最后将预纺丝放入牵引机中牵引，冷却出料，得到改性混合纤维；

（3）将双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂混合，搅拌，冷却出料，得到混合树脂，再将混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠混合倒入烧杯中搅拌反应，得到反应物，再向反应物中加入反应物质量2%的二苯基硅二醇，继续保温混合搅拌反应，待反应结束后，取出，即为改性环氧树脂；

（4）按重量份数计，分别称取16～20份改性混合纤维、3～5份羧甲基纤维素、1～3份过硫酸铵和2～4份无水乙醇混合置于搅拌机中，在转速为160～180r/min的条件下搅拌，得到混合浆料，再将混合浆料放入热压烧结炉中，在氩气保护的条件下进行烧结处理，得到烧结物，继续向烧结物中添加30～32份改性环氧树脂混合搅拌，冷却出料，即得改性树脂基陶瓷喷嘴材料。

2.根据权利要求1所述的一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的氧化锆和氮化硅的质量比为1：2，研磨时间为18～24min，混合粉末和去离子水的质量比为1：3，搅拌时间为4～6min，悬浮液、氧化镁和氧化钇的质量比为7：2：1，还原反应温度为320～450℃，还原反应时间为3～4h，继续升温温度为1650～1750℃，保温时间为1～2h。

3.根据权利要求1所述的一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的纺丝温度为280～300℃，纺丝速度为750～770m/min，纺丝时间为1～2h，牵引倍数为2.7～3.0倍，牵伸速度为520～560m/min，牵引时间为45～60min。

4.根据权利要求1所述的一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的双酚A型环氧树脂和氰酸酯树脂的质量比为4：1，搅拌温度为127～130℃，搅拌时间为8～9min，混合树脂、二丁基锡二月桂酸酯和十二烷基硫酸钠的质量比为5：2：1，搅拌反应温度为95～110℃，搅拌反应时间为21～24min，继续搅拌反应时间为1～2h。

5.根据权利要求1所述的一种改性树脂基陶瓷喷嘴材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的烧结处理压力为40～45Mpa，烧结处理温度为1850～1880℃，烧结处理时间为2～4h，搅拌温度为80～100℃，搅拌时间为10～12min。