CN111086849A - 一种耐腐蚀耐磨托辊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀耐磨托辊，包括钢质托辊基体和包覆的表层，表层由内而外为内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层；表层由耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉和环氧树脂组成，且耐磨陶瓷颗粒在内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层中的含量依次增加，耐磨陶瓷粉体的含量依次减小。本发明还公开了上述托辊的制备方法，通过涂履和转动固化进行表层包履。本发明的耐腐蚀耐磨托辊，通过表层中耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体和环氧树脂的含量呈梯度地分布，使得表层与钢质托辊基体结合更紧密且更耐腐蚀；增大了托辊与皮带之间的静摩擦力，使之不易相互滑动；大粒度的耐磨陶瓷颗粒与皮带直接接触，更加耐磨；还减小了皮带输送机的运行阻力。
Description
技术领域
本发明属于皮带输送机的托辊领域，尤其涉及一种耐腐蚀耐磨托辊及其制备方法。
背景技术
带式输送机是工程上常用的一种输送机械设备，在带式输送机中托辊的作用是支撑输送带和重物，减少输送带的重磨和运行中的摆动，以保证输送带沿预定方向平稳运行，是输送机中的重要的零件之一。传统的无缝钢管制成的托辊，在使用中很容易化学腐蚀且运行过程中极易产生静电，且不耐磨。由耐磨陶瓷制成的托辊，虽然具有耐磨、耐酸碱、抗氧化等优点，但具有质量重、韧性差、性脆等缺点。通过挤塑或注塑成型的聚乙烯托辊管体，虽然成型比较容易，但是其托辊管体耐磨性和强度并不高，寿命较低，无法满足实际所需要求。采用尼龙材料注塑成型托辊管体，虽然管体耐磨性和强度较高，但是无论手工铸塑还是机械注塑，都需要采用模具一件一件的生产，成本较高且生产效率低下。
现有技术的托辊在使用过程中，由于水、尘埃及各种有害物质，如酸、碱、盐等的侵蚀易造成腐蚀，且不耐磨，致使托辊寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀且耐磨的托辊，且制备方法简单。
本发明的技术方案为：
一种耐腐蚀耐磨托辊，包括钢质托辊基体和包覆于所述钢质托辊基体外的表层，所述表层由内而外分为：内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层；所述表层由耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉和环氧树脂组成，其中，所述耐磨陶瓷颗粒在所述内部层、所述外部耐磨层和所述耐磨颗粒层中的含量依次增加，所述耐磨陶瓷粉体在所述内部层、所述外部耐磨层和所述耐磨颗粒层中的含量依次减小。
本发明的耐腐蚀耐磨托辊，在钢质托辊基体外包覆由耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉和环氧树脂组成的表层，有效地将钢质托辊基体与外界环境隔离，避免了各种有害物质的侵蚀；同时，该表层内含有耐磨颗粒、耐磨粉，其中耐磨颗粒在托辊的表层中主要起到耐磨骨料的作用，而耐磨粉体则在托辊的表层与耐磨颗粒相互搭配，两者均匀分散与环氧树脂之中，共同形成了致密的耐磨体系。在具有这样的表层的耐磨体系之中，耐磨陶瓷颗粒在内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层中的含量依次增加，耐磨陶瓷粉体在内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层中的含量依次减小，从而在表层的耐磨体系中形成了有梯度的耐磨层分布。在这种梯度分布中，大粒度的耐磨陶瓷颗粒在远离钢质托辊基体的位置分布较多而在靠近钢质托辊基体的位置分布较少，小粒度的耐磨陶瓷粉体在靠近钢质托辊基体的位置分布较多而在远离钢质托辊基体的位置较少，这样的分布，一方面，靠近钢质托辊基体的颗粒粒度小，有利于表层与钢质托辊基体的紧密结合不易剥离，且使得表层和钢质托辊基体之间更加无缝隙贴合，不易进入外界腐蚀介质；另一方面，表层外部的颗粒粒度大，大粒度的耐磨陶瓷颗粒与皮带输送物体之间接触，从而使得托辊更加地耐磨。在本发明的耐腐蚀耐磨托辊表层中还添加了石墨粉，石墨粉可以起到润滑作用，减小皮带与托辊之间的滑动摩擦阻力，减小皮带输送机的运行阻力。
优选地，所述耐磨陶瓷颗粒为氧化铝陶瓷颗粒。当然可以做为耐磨陶瓷颗粒的耐磨陶瓷有很多，比如：碳化硅、氧化锆等。
优选地，所述氧化铝陶瓷颗粒的粒度为0.5毫米－5毫米，所述氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量为60-95％。氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量在60-95％，可以更好的起到耐磨作用，含量如果小于60％，耐磨效果下降。
优选地，所述氧化铝陶瓷颗粒的质量占所述表层总质量的15-45％。
优选地，所述耐磨陶瓷粉体的粒度为10微米－1毫米。
优选地，所述耐磨陶瓷粉体的质量占所述表层总质量的10-50％。
优选地，所述耐磨陶瓷粉体为白刚玉粉、棕刚玉粉或碳化硅粉。
优选地，所述石墨粉的粒度为10微米－100微米。
优选地，所述石墨粉的质量占所述表层总质量的1-5％。
本发明的另一个目的是提供上述耐腐蚀且耐磨的托辊的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：表面处理：将所述钢质托辊基体表面除油、除锈并粗糙化；
步骤二：混料：将耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉、环氧树脂和偶联剂混匀；
其中，以耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉、环氧树脂和偶联剂总量为基准，所述耐磨陶瓷颗粒质量百分含量为15-45％，所述耐磨陶瓷粉体质量百分含量为10-50％，所述石墨粉质量百分含量为1-5％，所述偶联剂的质量百分含量为0.5-5％，余量为环氧树脂；
步骤三：加入固化剂乙二胺，混匀成糊料；
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在所述表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度4-8mm；
步骤五：固化：在20-45℃下，将上述涂履后的托辊以5-30rpm的速度转动至固化。
在本发明的上述制备方法中，涂履在钢质托辊基体表面的糊料在以5-30rpm的速度转动的同时进行固化，在这个过程中，糊料中密度较大的大粒度的耐磨陶瓷颗粒在转动时被甩向托辊的圆周外侧，而具有较小密度的较小粒度的耐磨陶瓷粉体则留滞在钢质托辊基体外圆周的内侧，由此就形成了不同粒径的耐磨材料的梯度分布：表层由内而外耐磨陶瓷颗粒的含量依次增加，而耐磨陶瓷粉体的含量依次减小。这样，在固化后就形成了由内而外的内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层构成的表层。
本发明的有益效果为：
本发明的耐腐蚀耐磨托辊，通过内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层中耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉和环氧树脂的含量呈梯度地分布，一方面使得表层与钢质托辊基体的紧密结合不易剥离；同时，使得表层和钢质托辊基体之间更加无缝隙而不易进入外界腐蚀介质，更耐腐蚀。另一方面，增大了托辊与皮带之间的静摩擦力，使之不易相互滑动；大粒度的耐磨陶瓷颗粒与皮带之间直接接触，更加地耐磨；同时，石墨粉减小了皮带与托辊之间的滑动摩擦，减小了皮带输送机的运行阻力。本发明还通过涂履后转动固化的方法制备耐腐蚀耐磨托辊，方法简单。
附图说明
图1为本发明的耐腐蚀耐磨托辊截面示意图。
图2为本发明的耐腐蚀耐磨托辊耐磨测试示意图。
图中：1、钢质托辊基体；2、内部层；3、外部耐磨层；4、耐磨颗粒层；41、耐磨颗粒；5、耐腐蚀耐磨托辊；6、焦炭颗粒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
如图1为本发明的一种耐腐蚀耐磨托辊，包括钢质托辊基体1和包覆于所述钢质托辊基体外的表层，所述表层由内而外分为：内部层2、外部耐磨层3和耐磨颗粒层4；所述表层由耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉和环氧树脂组成，其中，所述耐磨陶瓷颗粒在所述内部层2、所述外部耐磨层3和所述耐磨颗粒层4中的含量依次增加，所述耐磨陶瓷粉体在所述内部层2、所述外部耐磨层3和所述耐磨颗粒层4中的含量依次减小。
本发明的耐腐蚀耐磨托辊可以用以下方法制备：
步骤一：表面处理：将所述钢质托辊基体表面除油、除锈并粗糙化；
步骤二：混料：将耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉、环氧树脂和偶联剂混匀；
其中，以耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉、环氧树脂和偶联剂总量为基准，所述耐磨陶瓷颗粒质量百分含量为15％-45％，所述耐磨陶瓷粉体质量百分含量为10-50％，所述石墨粉质量百分含量为1-5％，所述偶联剂的质量百分含量为0.5-5％，余量为环氧树脂；
步骤三：加入固化剂乙二胺，混匀成糊料；
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在所述表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度4-8mm；
步骤五：固化：在20-45℃下，将上述涂履后的托辊以5-30rpm的速度转动至固化。
实施例1：
制备一种耐腐蚀耐磨托辊。
步骤一：表面处理：将直径为100mm的钢质托辊基体表面除油、除锈，并用打毛机将钢质托辊基体表面打毛，使之表面更加粗糙，这样更有利于表层的涂履和粘结。
步骤二：混料：将氧化铝陶瓷颗粒、白刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂混匀；
其中，氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量为60％，氧化铝陶瓷颗粒粒度为0.5mm；白刚玉粉的粒度为10μm。石墨粉的粒度为100μm。刚体陶瓷5均匀涂履在所述体、所述所述辊之间的摩擦，减小运行阻力；
以氧化铝陶瓷颗粒、白刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂总量为基准，氧化铝陶瓷颗粒质量百分含量为15％，白刚玉粉质量百分含量为10％，石墨粉质量百分含量为1％，201钛酸酯偶联剂的质量百分含量为0.5％，环氧树脂的质量百分含量为73.5％。
步骤三：加入固化剂乙二胺，乙二胺的加入量为环氧树脂质量的10％，混匀成糊料。
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在步骤一表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度6mm；
步骤五：固化：在20℃下，将上述涂履后的托辊以5rpm的速度转动至固化。
实施例2：
制备一种耐腐蚀耐磨托辊。
步骤一：表面处理：将直径为100mm的钢质托辊基体表面除油、除锈，并用打毛机将钢质托辊基体表面打毛，使之表面更加粗糙，这样更有利于表层的涂履和粘结。
步骤二：混料：将氧化铝陶瓷颗粒、棕刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂混匀；
其中，氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量为90％，氧化铝陶瓷颗粒粒度为1.0mm；棕刚玉粉的粒度为100μm。石墨粉的粒度为10μm。刚体陶瓷5均匀涂履在所述体、所述所述辊之间的摩擦，减小运行阻力；
以氧化铝陶瓷颗粒、棕刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂总量为基准，氧化铝陶瓷颗粒质量百分含量为45％，棕刚玉粉质量百分含量为20％，石墨粉质量百分含量为2％，201钛酸酯偶联剂的质量百分含量为1.0％，环氧树脂的质量百分含量为32.0％。
步骤三：加入固化剂乙二胺，乙二胺的加入量为环氧树脂质量的10％，混匀成糊料。
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在步骤一表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度8mm；
步骤五：固化：在30℃下，将上述涂履后的托辊以10rpm的速度转动至固化。
实施例3：
制备一种耐腐蚀耐磨托辊。
步骤一：表面处理：将直径为100mm的钢质托辊基体表面除油、除锈，并用打毛机将钢质托辊基体表面打毛，使之更加粗糙，这样更有利于表层的涂履和粘结。
步骤二：混料：将氧化铝陶瓷颗粒、碳化硅粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂混匀；
其中，氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量为95％，氧化铝陶瓷颗粒粒度为3.0mm；碳化硅粉的粒度为1.0mm。石墨粉的粒度为50μm。刚体陶瓷5均匀涂履在所述体、所述所述辊之间的摩擦，减小运行阻力；
以氧化铝陶瓷颗粒、碳化硅粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂总量为基准，氧化铝陶瓷颗粒质量百分含量为30％，碳化硅粉质量百分含量为20％，石墨粉质量百分含量为5％，201钛酸酯偶联剂的质量百分含量为5.0％，环氧树脂的质量百分含量为40.0％。
步骤三：加入固化剂乙二胺，乙二胺的加入量为环氧树脂质量的10％，混匀成糊料。
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在步骤一表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度4mm；
步骤五：固化：在25℃下，将上述涂履后的托辊以30rpm的速度转动至固化。
实施例4：
制备一种耐腐蚀耐磨托辊。
步骤一：表面处理：将直径为100mm的钢质托辊基体表面除油、除锈，并用打毛机将钢质托辊基体表面打毛，使之更加粗糙，这样更有利于表层的涂履和粘结。
步骤二：混料：将氧化铝陶瓷颗粒、白刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂混匀；
其中，氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量为80％，氧化铝陶瓷颗粒粒度为5.0mm；白刚玉粉的粒度为500μm。石墨粉的粒度为30μm。刚体陶瓷5均匀涂履在所述体、所述所述辊之间的摩擦，减小运行阻力；
以氧化铝陶瓷颗粒、白刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂总量为基准，氧化铝陶瓷颗粒质量百分含量为20％，白刚玉粉质量百分含量为50％，石墨粉质量百分含量为3.0％，201钛酸酯偶联剂的质量百分含量为3.0％，环氧树脂的质量百分含量为24.0％。
步骤三：加入固化剂乙二胺，乙二胺的加入量为环氧树脂质量的10％，混匀成糊料。
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在步骤一表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度7.5mm；
步骤五：固化：在40℃下，将上述涂履后的托辊以25rpm的速度转动至固化。
实施例5：
制备一种耐腐蚀耐磨托辊。
步骤一：表面处理：将直径为100mm的钢质托辊基体表面除油、除锈，并用打毛机将钢质托辊基体表面打毛，使之更加粗糙，这样更有利于表层的涂履和粘结。
步骤二：混料：将氧化铝陶瓷颗粒、棕刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂混匀；
其中，氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量70％，氧化铝陶瓷颗粒粒度为2.0mm；棕刚玉粉的粒度为800μm。石墨粉的粒度为80μm。刚体陶瓷5均匀涂履在所述体、所述所述辊之间的摩擦，减小运行阻力；
以氧化铝陶瓷颗粒、棕刚玉粉、石墨粉、环氧树脂和201钛酸酯偶联剂总量为基准，氧化铝陶瓷颗粒质量百分含量为30％，棕刚玉粉质量百分含量为40％，石墨粉质量百分含量为4％，201钛酸酯偶联剂的质量百分含量为2.0％，环氧树脂的质量百分含量为24.0％。
步骤三：加入固化剂乙二胺，乙二胺的加入量为环氧树脂质量的10％，混匀成糊料。
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在步骤一表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度6mm；
步骤五：固化：在45℃下，将上述涂履后的托辊以15rpm的速度转动至固化。
对比例：
表面处理：将直径为110mm的钢质托辊基体表面除油、除锈，做为对比托辊。
托辊耐磨性能测试：
1、将以上各实施例和对比例制备的托辊测试平均直径。
在托辊表面随机均匀取10个点，测试直径，并算出平均值为磨前直径，结果见表1。
2、将上述各实施例和对比例制备的托辊分别置于盛有直径30mm的一级焦炭颗粒容器中，以120转/分钟的转速转动：先顺时针转动10分钟，再逆时针转动10分钟，如此反复转动24小时。取出托辊，在托辊表面随机均匀取10个点，测试托辊直径，并算出平均值为磨后直径，结果见表1。
表1
在以上的耐磨性能测试过程中，各实施例中制备的托辊均未出现涂履层剥离的现象。
由表1中结果可以看出，本发明的耐腐蚀耐磨托辊，由于表层中具有耐磨陶瓷颗粒和耐磨陶瓷粉体，其耐磨性远好于对比例中的钢质托辊；并且，由于本发明的托辊，在钢质托辊基体的表面涂履了由环氧树脂为基料的耐磨表层，环氧树脂隔绝钢质托辊基体与环境之间的接触，使得磨蚀介质不易对托辊的钢基体侵蚀，更进一步延长了托辊的使用寿命。本发明的耐腐蚀耐磨托辊在实际使用中较纯钢质托辊在同等条件下，其寿命可以提高100％以上。
另外，本发明的制备耐腐蚀耐磨托辊的方法还可以用于表面破损的钢质托辊的修补：将表面有锈蚀或是损坏有坑的钢质托辊经表面处理、除油除锈后打毛，然后在其表面包履本发明中的表层，制成耐腐蚀耐磨托辊。这种托辊同样具有较好的耐腐蚀、耐磨性能。这种修补钢质托辊的方法，可以反复使用，在表层磨损影响使用时，可以再次用本发明的方法在其表面包覆表层，如此反复修复，可以大大提高托辊的使用寿命，并且方法简单，成本低。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。比如，对于本发明的耐腐蚀耐磨托辊还可以采用分层涂履的方法依次涂履内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层。在配料时，使得耐磨陶瓷颗粒在内部层2、外部耐磨层3和耐磨颗粒层4混合糊料中的含量依次增加，耐磨陶瓷粉体在内部层2、外部耐磨层3和耐磨颗粒层4混合糊料中的含量依次减小。在涂覆时，先在表面处理过的钢质托辊表面涂履内部层，待内部层固化后再涂履外部耐磨层，待外部耐磨层固化后再涂履耐磨颗粒层，然后固化。
此外，上面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。另外以上仅为本发明的部分实施例，而不是全部实施例，比如，以上各实施例制备耐腐蚀耐磨托辊时使用乙二胺做固化剂，而做为固化剂还可以为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等；以上各实施例偶联剂使用偶联剂为201钛酸酯，其它的钛酸酯类偶联剂也可以使用，比如异丙基-三钛酸酯等。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种耐腐蚀耐磨托辊，包括钢质托辊基体和包覆于所述钢质托辊基体外的表层，其特征在于，所述表层由内而外分为：内部层、外部耐磨层和耐磨颗粒层；所述表层由耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉和环氧树脂组成，其中，所述耐磨陶瓷颗粒在所述内部层、所述外部耐磨层和所述耐磨颗粒层中的含量依次增加，所述耐磨陶瓷粉体在所述内部层、所述外部耐磨层和所述耐磨颗粒层中的含量依次减小。
2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述耐磨陶瓷颗粒为氧化铝陶瓷颗粒。
3.如权利要求2所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述氧化铝陶瓷颗粒的粒度为0.5毫米－5毫米，所述氧化铝陶瓷颗粒中氧化铝的含量为60-95％。
4.如权利要求2所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述氧化铝陶瓷颗粒的质量占所述表层总质量的15-45％。
5.如权利要求1所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述耐磨陶瓷粉体的粒度为10微米－1毫米。
6.如权利要求5所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述耐磨陶瓷粉体的质量占所述表层总质量的10-50％。
7.如权利要求1所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述耐磨陶瓷粉体为白刚玉粉、棕刚玉粉或碳化硅粉。
8.如权利要求1所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述石墨粉的粒度为10微米－100微米。
9.如权利要求8所述的一种耐腐蚀耐磨托辊，其特征在于，所述石墨粉的质量占所述表层总质量的1-5％。
10.如权利要求1至9之一所述的耐腐蚀耐磨托辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：表面处理：将所述钢质托辊基体表面除油、除锈并粗糙化；
步骤二：混料：将耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉、环氧树脂和偶联剂混匀；
其中，以耐磨陶瓷颗粒、耐磨陶瓷粉体、石墨粉、环氧树脂和偶联剂总量为基准，所述耐磨陶瓷颗粒质量百分含量为15％-45％，所述耐磨陶瓷粉体质量百分含量为10-50％，所述石墨粉质量百分含量为1-5％，所述偶联剂的质量百分含量为0.5-5％，余量为环氧树脂；
步骤三：加入固化剂乙二胺，混匀成糊料；
步骤四：涂履：将上述糊料均匀涂履在所述表面处理过的钢质托辊基体表面，涂履厚度4-8mm；
步骤五：固化：在20-45℃下，将上述涂履后的托辊以5-30rpm的速度转动至固化。
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