CN109053981B - 一种砼活塞材料、高耐磨混凝土泵用砼活塞及其制备方法 - Google Patents

一种砼活塞材料、高耐磨混凝土泵用砼活塞及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种砼活塞材料、高耐磨混凝土泵用砼活塞及其制备方法，砼活塞材料以重量份数计，包括100份聚醚型聚氨酯预聚体；15～20份扩链剂和2～10份硅烷偶联剂改性的碳化物；扩链剂选自二邻氯二苯胺甲烷和/或二甲硫基甲苯二胺；碳化物选自碳化硼或碳化硅。该砼活塞材料在上述用量的组分下制得的高耐磨混凝土泵用砼活塞，具有较高的力学性能和耐磨性。还耐高温和具有较长的使用寿命。砼活塞的断裂伸长率为519～555％；撕裂强度为139～162N/m；邵氏硬度为95A；辊筒磨耗为0.0480～0.0495cm3；砼活塞的使用温度为100℃；使用寿命为350～500h，相比纯聚氨酯型砼活塞的寿命提高30％。

Description

一种砼活塞材料、高耐磨混凝土泵用砼活塞及其制备方法
技术领域
本发明属于砼活塞技术领域，尤其涉及一种砼活塞材料、高耐磨混凝土泵用砼活塞及其制备方法。
背景技术
混凝土泵送设备主要是指泵车、拖泵、车载泵，应用于房屋、桥梁、路面施工等工程建设中。而砼活塞作为其中的关重件，其使用寿命是评价整机性能的关键因素。一直以来，砼活塞平均使用寿命在200～300h，如何有效提高使用寿命成为行业的一大难题。
目前使用最多的两种砼活塞，一种是聚氨酯砼活塞，采用预聚体与扩链剂反应，浇注成型。该工艺较简单，生产效率高。同时，聚氨酯材料耐磨，力学性能优异，价格适中，得到普遍生产应用，三一、中联、徐工都有自制聚氨酯砼活塞；唯一缺点是高温易分解，在80℃以上分子链发生断裂，各项性能急剧下降。第二种是橡胶砼活塞，又可以分为夹布和非夹布两种类型。主要是采用丁腈橡胶，添加炭黑、防老剂、纤维、增塑剂、硫化剂、促进剂等，混炼后，热压成型。该产品耐热性较好、但力学性能和常温耐磨性较聚氨酯低，且夹布橡胶活塞制作工艺较复杂，产品稳定性较差，成本偏高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种砼活塞材料、高耐磨混凝土泵用砼活塞及其制备方法，该砼活塞具有较高的力学性能和耐磨性。
本发明提供了一种砼活塞材料，以重量份数计，包括以下组分：
100份聚醚型聚氨酯预聚体；15～20份扩链剂和2～10份硅烷偶联剂改性的碳化物；
所述扩链剂选自二邻氯二苯胺甲烷和/或二甲硫基甲苯二胺；
所述碳化物选自碳化硼或碳化硅。
优选地，所述聚醚型聚氨酯预聚体中-NCO含量为4～4.5％；工作粘度为970～990CPS。
优选地，所述聚醚型聚氨酯预聚体选自型号TP142、型号TP163和TE240中的一种或多种。
优选地，所述硅烷偶联剂改性的碳化物的粒度为1～2μm。
本发明提供了一种高耐磨混凝土泵用砼活塞，由上述技术方案所述砼活塞材料制得。
本发明提供了一种上述技术方案所述高耐磨混凝土泵用砼活塞的制备方法，包括以下步骤：
将碳化物和硅烷偶联剂混合，球磨，得到表面改性的碳化物；碳化物选自碳化硼和/或碳化硅；
将表面改性的碳化物和扩链剂混合，分散均匀，得到混合物；
将聚醚型聚氨酯预聚体升温至70～80℃后再和所述混合物混合，浇注至模具中，硫化，机械加工，得到高耐磨混凝土泵用砼活塞。
优选地，所述硅烷偶联剂选自γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
优选地，所述硅烷偶联剂占碳化物质量的1～2％。
优选地，所述球磨的时间为25～35min。
优选地，所述硫化的温度为100～110℃；硫化的时间为16～24h。
本发明提供了了一种砼活塞材料，以重量份数计，包括以下组分：100份聚醚型聚氨酯预聚体；15～20份扩链剂和2～10份硅烷偶联剂改性的碳化物；所述扩链剂选自二邻氯二苯胺甲烷和/或二甲硫基甲苯二胺；所述碳化物选自碳化硼或碳化硅。该砼活塞材料在上述用量的组分下制得的高耐磨混凝土泵用砼活塞，具有较高的力学性能和耐磨性。还耐高温和具有较长的使用寿命。实验结果表明：高耐磨混凝土泵用砼活塞的断裂伸长率为519～555％；撕裂强度为139～162N/m；邵氏硬度为95A；辊筒磨耗为0.0480～0.0495cm3；砼活塞的使用温度为100℃；使用寿命为350～500h，相比纯聚氨酯型砼活塞的寿命提高30％。
具体实施方式
本发明提供了一种砼活塞材料，以重量份数计，包括以下组分：
100份聚醚型聚氨酯预聚体；15～20份扩链剂和2～10份硅烷偶联剂改性的碳化物；
所述扩链剂选自二邻氯二苯胺甲烷和/或二甲硫基甲苯二胺；
所述碳化物选自碳化硼或碳化硅。
该砼活塞材料在上述组分的协同作用下，使其制备的高耐磨混凝土泵用具有较高的力学性能和耐磨性。还耐高温和具有较长的使用寿命。
本发明提供的砼活塞材料包括100重量份聚醚型聚氨酯预聚体。所述聚醚型聚氨酯预聚体中-NCO质量含量优选为4～4.5％；在本发明具体实施例中，所述聚醚型聚氨酯预聚体中-NCO含量为4.2％。所述聚醚型聚氨酯预聚体的工作粘度优选为970～990CPS，更优选为975～985CPS。所述聚醚型聚氨酯预聚体优选选自型号TP142、型号TP163和TE240中的一种或多种，更优选选自型号TP142和/或型号TP163。所述聚醚型聚氨酯预聚体优选由甲苯二异氰酸酯与聚醚多元醇反应制得。
本发明提供的砼活塞材料包括15～20份扩链剂；所述扩链剂选自二邻氯二苯胺甲烷和/或二甲硫基甲苯二胺；在本发明具体实施例中，所述扩链剂选自型号E-300扩链剂或MOCA扩链剂。
本发明提供的砼活塞材料包括2～10份硅烷偶联剂改性的碳化物；其中碳化物选自碳化硼和/或碳化硅。所述硅烷偶联剂改性的碳化物的粒度优选为1～2μm。本发明通过硅烷偶联剂对碳化物进行表面改性，使得碳化物更好的分散于扩链剂中。
本发明提供了一种高耐磨混凝土泵用砼活塞，由上述技术方案所述砼活塞材料制得。
本发明提供了一种上述技术方案所述高耐磨混凝土泵用砼活塞的制备方法，包括以下步骤：
将碳化物和硅烷偶联剂混合，球磨，得到表面改性的碳化物；碳化物选自碳化硼或碳化硅；
将表面改性的碳化物和扩链剂混合，分散均匀，得到混合物；
将聚醚型聚氨酯预聚体升温至70～80℃后再和所述混合物混合，浇铸至模具中，硫化，机械加工，得到高耐磨混凝土泵用砼活塞。
本发明提供的制备方法简单可行，成本低廉，容易实现工业化。该方法制备的产品性能优异，既耐高温，又具有较高的力学性能和耐磨性；还具有较长的使用寿命。
本发明将碳化物和硅烷偶联剂混合，球磨，得到表面改性的碳化物。在本发明中，所述硅烷偶联剂优选占碳化物质量的1～2％。所述碳化物选自碳化硼和/或碳化硅。所述硅烷偶联剂优选选自γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙氧基硅烷；在本发明具体实施例中，所述硅烷偶联剂选自型号KH550和/或KH560硅烷偶联剂。
本发明优选在球磨时加入乙醇；所述乙醇的质量与碳化物的质量比为2:1。所述球磨的时间优选为25～35min；在本发明具体实施例中，所述球磨的时间为30min。球磨后，本发明优选将球磨产物进行干燥；优选在100℃条件下干燥。干燥后本发明优选将表面改性的碳化物碎粉至粒度为1～2μm。
得到表面改性的碳化物后，本发明将表面改性的碳化物和扩链剂混合，分散均匀，得到混合物。本发明优选采用球磨的方式将表面改性的碳化物和扩链剂混合均匀。
得到混合物后，本发明将聚醚型聚氨酯预聚体升温至70～80℃后再和所述混合物混合，浇铸至模具中，硫化，机械加工，得到高耐磨混凝土泵用砼活塞。在本发明中，所述硫化的温度优选为100～110℃；硫化的时间优选为16～24h。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种砼活塞材料、高耐磨混凝土泵用砼活塞及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1)将5g碳化硅中加入0.04gKH550，10g酒精，球磨30min；然后放入100℃烘箱干燥，得到表面改性的碳化硅；
2)将表面改性后的碳化硅碎粉至粒径1～2μm，然后加入15g E-300扩链剂中，球磨分散30min，得到混合物；
3)将型号TP163的聚醚型预聚体(-NCO＝4.2％)100g预热至80℃，与混合物充分混合均匀，注入100℃模具固化成型1h，脱模后继续硫化16h，然后按照图纸机械加工，得到高耐磨混凝土泵用砼活塞。
本发明对实施例1制备的高耐磨混凝土泵用砼活塞进行力学性能、耐磨性、使用时间和耐高温性进行测试，结果见表1：
表1本发明实施例1～2和对比例制备的砼活塞的性能测试结果
性能 纯聚氨酯 实施例1 实施例2
拉伸强度MPA 45 43 42
断裂伸长率％ 472 519 555
撕裂强度N/M 130 162 139
硬度邵氏A 92 95 95
辊筒磨耗cm<sup>3</sup> 0.0597 0.0495 0.0480
使用温度℃ 80 100 100
使用寿命h 200～300 350～450 400～500
实施例2
1)将5g碳化硼中加入0.06g KH560，10g酒精，球磨30min；然后放入100℃烘箱干燥，得到表面改性的碳化硼；
2)将表面改性后的碳化硼碎粉至粒径1～2μm，然后加入15g MOCA扩链剂中，球磨分散30min，得到混合物；
3)将型号TP142的聚醚型预聚体(-NCO＝4.2％)100g预热至80℃，与加热至120℃的混合物充分混合均匀，然后注入100℃模具固化成型1h，脱模后继续硫化16h，然后按照图纸机械加工，得到高耐磨混凝土泵用砼活塞。
本发明对实施例2制备的高耐磨混凝土泵用砼活塞进行力学性能、耐磨性、使用时间和耐高温性进行测试，结果见表1。
对比例
将型号TP163的聚醚型预聚体(-NCO＝4.2％)100g预热至80℃，与15g E-300扩链剂充分混合均匀，注入100℃模具固化成型1h，脱模后继续硫化16h，然后按照图纸机械加工，得到混凝土泵用砼活塞。
本发明对对比例制备的砼活塞进行性能测试，结果见表1。
由以上实施例可知，本发明提供了一种砼活塞材料，以重量份数计，包括以下组分：100份聚醚型聚氨酯预聚体；15～20份扩链剂和2～10份硅烷偶联剂改性的碳化物；所述扩链剂选自二邻氯二苯胺甲烷和/或二甲硫基甲苯二胺；所述碳化物选自碳化硼或碳化硅。该砼活塞材料在上述含量的组分下，制得的高耐磨混凝土泵用砼活塞具有较高的力学性能和耐磨性。还耐高温和具有较长的使用寿命。实验结果表明：高耐磨混凝土泵用砼活塞的断裂伸长率为519～555％；撕裂强度为139～162N/m；邵氏硬度为95A；辊筒磨耗为0.0480～0.0495cm3；砼活塞的使用温度为100℃；使用寿命为350～500h，相比纯聚氨酯型砼活塞的寿命提高30％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高耐磨混凝土泵用砼活塞的制备方法，包括以下步骤：
将5g碳化物和0.06g硅烷偶联剂KH560混合，球磨，得到表面改性的碳化物；所述碳化物为碳化硼；所述球磨的时间为30min；所述硅烷偶联剂改性的碳化物的粒度为1～2μm；
将表面改性的碳化物和15g二邻氯二苯胺甲烷扩链剂混合，分散均匀，得到混合物；
将聚醚型聚氨酯预聚体100g升温至80℃后再和加热至120℃的所述混合物混合，浇注至模具中，硫化，机械加工，得到高耐磨混凝土泵用砼活塞；所述聚醚型聚氨酯预聚体为型号TP142，-NCO含量为4.2％；所述硫化的温度为100℃；硫化的时间为16h。
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"改性纳米碳化硅/聚氨酯弹性体复合材料的制备";程清，等;《聚氨酯工业》;20130828;第28卷(第4期);第20-23页 *
"石油钻井泵聚氨酯橡胶活塞和泵阀的磨耗";袁中华;《合成橡胶工业》;19941115;第17卷(第6期);第365-366页 *
"纳米聚氨酯复合材料耐磨性能研究";王秋实;《中国优秀硕士论文学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20131215(第S2期);第B020-81页 *
"聚氨酯混凝土活塞使用性能的试验分析";张剑敏，等;《建设机械技术与管理》;20150730;第18卷(第7期);第88-90页 *

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