CN112920681A - 一种环氧树脂基高分子修复材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环氧树脂基高分子修复材料，以重量份数计，其包括：环氧树脂50‑70份、不饱和聚酯树脂10‑15份、甲基丙烯酸缩水甘油酯5‑10份、碳化硅5‑10份、碳化钨1‑5份、碳纤维3‑8份、氧化铟1‑2份、过氧化二苯甲酰0.1‑0.5份和环氧树脂固化剂20‑60份。使用本发明的修复材料能够延长所修复的部件的使用寿命，修复材料的流动性好，修复后的部件表面光滑。

Description

一种环氧树脂基高分子修复材料

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂基高分子修复材料。

背景技术

泵体或水轮机在长期使用的过程中会出现泵体或叶轮的损坏，如果不对泵体或叶轮进行修复会导致泵体或叶轮的使用寿命短。目前常用的泵体或叶轮的修复方式是使用环氧树脂进行修复，常用的修复材料中包括环氧树脂、乙二胺、邻苯二甲酸二丁酯、丙酮等，这种修复材料具有使用广泛的特点，但是这种修复材料的抗磨损性能较差，修复后的材料的表面粗糙，在实际使用的过程中仍然存在一些问题。

发明内容

基于现有的环氧树脂修复材料的一些缺陷，本申请的发明人进行深入研究，提供了一种新的环氧树脂基修复材料，这种材料具有良好的抗磨损性能，用其修复后的泵体或叶轮的使用寿命能够大大延长，并且修复后的部件的表面光滑，能够降低介质涡流冲击对部件的损害，减少噪音和降低振动。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种环氧树脂基高分子修复材料，以重量份数计，其包括：环氧树脂50-70份、不饱和聚酯树脂10-15份、甲基丙烯酸缩水甘油酯5-10份、碳化硅5-10份、碳化钨1-5份、碳纤维3-8份、氧化铟1-2份、过氧化二苯甲酰0.1-0.5份和环氧树脂固化剂20-60份。

根据本发明的优选实施方式，所述碳化硅的粒径不超过5mm，例如可以为5mm、4.5mm、4mm、3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1.5mm、1mm、0.5mm、0.1mm、0.01mm以及它们之间的任意值，优选所述碳化硅由粒径不超过1mm的碳化硅、粒径大于1mm且不超过3mm的碳化硅和粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅组成。

根据本发明的优选实施方式，所述粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅占碳化硅总质量的30％以下，例如可以为30％、25％、24％、23％、22％、20％、15％、10％、5％、3％、2％以及它们之间的任意值，优选为20-25％；粒径不超过1mm的碳化硅占碳化硅总质量的40％以上，例如可以为40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％以及它们之间的任意值，优选为45-65％。本申请的发明人发现，选用不同粒径组合的碳化硅颗粒，并且碳化硅颗粒的质量在上述范围内时，所得的修复材料的修复性能更好。

根据本发明的优选实施方式，所述碳纤维的单丝直径为15-30μm，例如可以为15μm、18μm、20μm、23μm、26μm、28μm、30μm以及它们之间的任意值，优选为20-28μm。

根据本发明的优选实施方式，所述碳纤维包括长度为1-2mm的碳纤维(例如碳纤维的长度可以为1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm以及它们之间的任意值)和长度为5-8mm的碳纤维(例如碳纤维的长度可以为5mm、5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6.0mm、6.2mm、6.4mm、6.6mm、6.8mm、7.0mm、7.2mm、7.4mm、7.6mm、7.8mm、8.0mm以及它们之间的任意值)。本发明中选用具有两种长度的碳纤维，长的纤维能够增强材料的抗冲击性能，短的纤维与基体的相容性相比长纤维的相容性更佳，能够综合提高材料的性能，本申请的发明人通过大量的实验发现，使用具有上述两种长度范围的碳纤维的组合，能够获得比单一长度的碳纤维或者具有其他长度的碳纤维显著优异的效果。

根据本发明的优选实施方式，长度为1-2mm的碳纤维和长度为5-8mm的碳纤维的质量比为1:1。

根据本发明的优选实施方式，所述氧化铟的粒径小于90μm，例如可以为90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm以及它们之间的任意值，优选为50-80μm。

根据本发明的优选实施方式，所述碳化钨的粒径为15-35μm，例如可以为15μm、20μm、25μm、30μm、35μm以及它们之间的任意值。

根据本发明的优选实施方式，所述环氧树脂固化剂为脂肪族二胺和/或芳香二胺。在本发明的一些实施方式中，所述环氧树脂固化剂为乙二胺。

根据本发明的优选实施方式，以重量份数计，环氧树脂为50-70份，例如可以为50份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份、70份以及它们之间的任意值，优选为50-60份；不饱和聚酯树脂为10-15份，例如可以为10份、11份、12份、13份、14份、15份以及它们之间的任意值，优选为10-12份；甲基丙烯酸缩水甘油酯为5-10份，例如可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份以及它们之间的任意值，优选为5-8份；碳化硅为5-10份，例如可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份以及它们之间的任意值，优选为6-9份；碳化钨为1-5份，例如可以为1份、2份、3份、4份、5份以及它们之间的任意值，优选为2-5份；碳纤维为3-8份，例如可以为3份、4份、5份、6份、7份、8份以及它们之间的任意值，优选为5-8份；氧化铟为1-2份，例如可以为1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份、2份以及它们之间的任意值；过氧化二苯甲酰为0.1-0.5份，例如可以为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份以及它们之间的任意值，环氧树脂固化剂为20-60份，例如可以为20份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、52份、55份、60份以及它们之间的任意值，优选为20-52份。本发明提供的修复材料中含有甲基丙烯酸缩水甘油酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯中含有双键基团和环氧基团，可以发生开环聚合和双键加成反应，与环氧树脂、不饱和聚酯树脂进行反应，形成的网状结构可以将修复材料中的其他材料紧密包围，增强了材料的性能。修复材料中含有两种长度的碳纤维，在网状结构内部以及网状结构之间穿插，进一步增强材料的性能。

在本发明的一个优选实施方式中，以重量份数计，所述修复材料包括：环氧树脂55份、不饱和聚酯树脂12份、甲基丙烯酸缩水甘油酯8份、碳化硅8份、碳化钨3份、碳纤维7份、氧化铟1份、过氧化二苯甲酰0.3份和环氧树脂固化剂43份。

根据本发明的另一方面，还提供了上述修复材料的使用方法，包括如下步骤：

步骤S1、提供环氧树脂、不饱和聚酯树脂、碳化硅、碳化钨、碳纤维、氧化铟，得到混合物A；

步骤S2、提供甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二苯甲酰、环氧树脂固化剂，得到混合物B；

步骤S3、使混合物A和混合物B接触，得到所述修复材料；

步骤S4、将所述修复材料涂覆于待修复的物体表面，在50-80℃下加热30-60min；

任选地步骤S5、将待修复的物体表面进行修整。

在上述修复材料的使用方法中，所述步骤S1中，提供环氧树脂是根据修复材料中环氧树脂所含的重量份数提供，如以重量份数计，修复材料中包括55份环氧树脂，则在步骤S1中提供重量份数为55份的环氧树脂。对于步骤S1中和步骤S2中的其他组分，则是同样的道理。

根据本发明的优选实施方式，上述步骤S3中，混合物A和混合物B的接触方式可以为搅拌或者以本领域技术人员所了解的可以实现混合物A和混合物B混合的其他方式。例如上述搅拌可以使用搅拌桨进行，转速可以为2000-3000rpm，搅拌时间为10-15min。

本发明提供的环氧树脂基高分子修复材料可以用于修复泵体、水轮机叶轮等。

本发明提供的修复材料中添加了碳化硅、碳化钨、碳纤维、氧化铟等材料，材料的抗磨损性能增强。并且本发明的修复材料中通过添加甲基丙烯酸缩水甘油酯和长度不同的碳纤维，使得材料的抗磨损冲击性能进一步增强，延长了所修复的部件的使用寿命，修复材料的流动性好，修复后的部件表面光滑，能够降低介质涡流冲击对部件的损害。能够有效减少噪音和降低振动，节约成本和维护成本。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。

在本发明的实施例中，如无特别说明，所使用的各种组分如下：

不饱和聚酯树脂为UPR191，购自济南晴天化工科技有限公司；

环氧树脂为E44，购自广东俊晟化工有限公司；

环氧树脂固化剂为乙二胺，

其余各组分为市面上商购获得。

下面的各实施例和对比例中使用的叶轮切片为用相同方式处理的具有相同裂缝和表面损伤的叶轮切片，即各实施例中叶轮切片的损伤相同。

实施例1

修复材料以重量份计，含有以下组分：环氧树脂55份、不饱和聚酯树脂10份、甲基丙烯酸缩水甘油酯8份、碳化硅8份、碳化钨3份、碳纤维7份、氧化铟1份、过氧化二苯甲酰0.3份和环氧树脂固化剂43份。其中碳化硅中粒径不超过1mm的碳化硅的质量分数为50％，粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅的质量分数为20％，粒径大于1mm且不超过3mm的碳化硅的质量分数为30％。碳化钨的粒径为20μm；氧化铟的粒径为40μm；碳纤维的单丝直径为25μm，碳纤维包括长度为1.5mm的碳纤维和长度为7mm的碳纤维，两种长度的纤维的质量比为1：1。

将上述修复材料用于修复叶轮切片，修复步骤如下：

步骤S1、按照修复材料中各组分的用量，提供环氧树脂、不饱和聚酯树脂、碳化硅、碳化钨、碳纤维、氧化铟，得到混合物A；

步骤S2、按照修复材料中各组分的用量，提供甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二苯甲酰、环氧树脂固化剂，得到混合物B；

步骤S3、使混合物A和混合物B接触，得到所述修复材料；

步骤S4、将所述修复材料涂覆于带修复的叶轮切片上，在60℃下加热30min；

步骤S5、用锉刀将叶轮切片轮廓线以及面层上的凸起进行修整。

将修复后的叶轮切片进行连续疲劳试验和冲击试验，试验结果如下：疲劳次数356，冲击功为136J。

实施例2

实施例2与实施例1的区别仅在于，修复材料中不饱和聚酯树脂为12份。疲劳次数401，冲击功为148J。

实施例3

实施例3与实施例1的区别仅在于，修复材料中不饱和聚酯树脂为14份。疲劳次数342，冲击功为130J。

实施例4

实施例4与实施例1的区别仅在于，修复材料中不饱和聚酯树脂为15份。疲劳次数329，冲击功为114J。

实施例5

实施例5与实施例1的区别仅在于，修复材料中所使用的碳纤维仅有长度为1.5mm的碳纤维。疲劳次数298，冲击功为89J。

实施例6

实施例6与实施例1的区别仅在于，修复材料中所使用的碳纤维仅有长度为7mm的碳纤维。疲劳次数308，冲击功为93J。

实施例7

实施例7与实施例1的区别仅在于，修复材料中所使用的碳纤维的单丝直径为45μm。疲劳次数283，冲击功为96J。

实施例8

实施例8与实施例1的区别仅在于，修复材料中所使用的碳纤维为长度为2mm的碳纤维和长度为10mm的碳纤维，两种长度的碳纤维的质量比为1:1。疲劳次数312，冲击功为103J。

实施例9

实施例9与实施例1的区别仅在于，修复材料中甲基丙烯酸缩水甘油酯为5份。疲劳次数319，冲击功为109J。

实施例10

实施例10与实施例1的区别仅在于，修复材料中甲基丙烯酸缩水甘油酯为10份。疲劳次数320，冲击功为107J。

实施例11

实施例11与实施例1的区别仅在于，修复材料中碳化硅均为粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅，即粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅为碳化硅总质量的100％。疲劳次数301，冲击功为102J。

实施例12

实施例12与实施例1的区别仅在于，修复材料中碳化硅中粒径不超过1mm的碳化硅的质量分数为40％，粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅的质量分数为30％，粒径大于1mm且不超过3mm的碳化硅的质量分数为30％。疲劳次数372，冲击功为141J。

实施例13

实施例13与实施例1的区别仅在于，修复材料中碳化硅中粒径不超过1mm的碳化硅的质量分数为20％，粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅的质量分数为50％，粒径大于1mm且不超过3mm的碳化硅的质量分数为30％。疲劳次数355，冲击功为121J。

实施例14

实施例14与实施例1的区别仅在于，修复材料中碳化硅中粒径不超过1mm的碳化硅的质量分数为55％，粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅的质量分数为20％，粒径大于1mm且不超过3mm的碳化硅的质量分数为25％。疲劳次数389，冲击功为140J。

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅在于，修复材料中不含有甲基丙烯酸缩水甘油酯。疲劳次数130，冲击功为76J。

对比例2

对比例2与实施例1的区别仅在于，修复材料中不含有碳化钨与氧化铟。疲劳次数162，冲击功为50J。

对比例3

对比例3与实施例1的区别仅在于，修复材料中不含有不饱和聚酯树脂。疲劳次数110，冲击功为68J。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种环氧树脂基高分子修复材料，以重量份数计，其包括：环氧树脂50-70份、不饱和聚酯树脂10-15份、甲基丙烯酸缩水甘油酯5-10份、碳化硅5-10份、碳化钨1-5份、碳纤维3-8份、氧化铟1-2份、过氧化二苯甲酰0.1-0.5份和环氧树脂固化剂20-60份。

2.根据权利要求1所述的修复材料，其特征在于，所述碳化硅的粒径不超过5mm，优选所述碳化硅由粒径不超过1mm的碳化硅、粒径大于1mm且不超过3mm的碳化硅和粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅组成。

3.根据权利要求2所述的修复材料，其特征在于，所述粒径大于3mm且不超过5mm的碳化硅占碳化硅总质量的30％以下，优选为20-25％；粒径不超过1mm的碳化硅占碳化硅总质量的40％以上，优选为45-65％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的修复材料，其特征在于，所述碳纤维的单丝直径为15-30μm；所述碳纤维包括长度为1-2mm的碳纤维和长度为5-8mm的碳纤维。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的修复材料，其特征在于，所述氧化铟的粒径小于90μm，和/或，所述碳化钨的粒径为15-35μm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的修复材料，其特征在于，所述环氧树脂固化剂为脂肪族二胺和/或芳香二胺。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的修复材料，其特征在于，以重量份数计，所述修复材料包括：环氧树脂50-60份、不饱和聚酯树脂10-12份、甲基丙烯酸缩水甘油酯5-8份、碳化硅6-9份、碳化钨2-5份、碳纤维5-8份、氧化铟1-2份、过氧化二苯甲酰0.1-0.5份和环氧树脂固化剂20-52份。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的修复材料，其特征在于，以重量份数计，所述修复材料包括：环氧树脂55份、不饱和聚酯树脂12份、甲基丙烯酸缩水甘油酯8份、碳化硅8份、碳化钨3份、碳纤维7份、氧化铟1份、过氧化二苯甲酰0.3份和环氧树脂固化剂43份。

9.权利要求1-8中任一项所述的修复材料的使用方法，包括如下步骤：

步骤S1、提供环氧树脂、不饱和聚酯树脂、碳化硅、碳化钨、碳纤维、氧化铟，得到混合物A；

步骤S2、提供甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二苯甲酰、环氧树脂固化剂，得到混合物B；

步骤S3、使混合物A和混合物B接触，得到所述修复材料；

步骤S4、将所述修复材料涂覆于待修复的物体表面，在50-80℃下加热30-60min；

任选地步骤S5、将待修复的物体表面进行修整。

10.权利要求1-8中任一项所述的修复材料在泵体和叶轮修复中的应用。