CN113549279B - 一种耐磨防腐内衬材料及具有其的耐磨防腐泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属构件表面防护层的制备技术，具体地说是涉及一种耐磨防腐内衬材料及具有其的耐磨防腐泵，所述的内衬材料包括开孔型泡沫橡胶体，所述开孔型泡沫橡胶体的孔洞中渗透有耐磨树脂浆料，所述开孔型泡沫橡胶体的孔隙度为35‑42％，所述耐磨树脂浆料在所述开孔型泡沫橡胶体中的渗透量为200‑500g/cm2；本发明提供的技术方案中，利用具有优异韧性和弹性的开孔型泡沫橡胶体作为骨架材料，确保了其与泵体内壁良好的贴合效果，并且，通过在该骨架材料中渗入耐磨树脂浆料，以实现优异的耐磨防腐效果，通过对比现有的泵体内衬材料发现，本发明提供的耐磨防腐内衬材料具有较好的使用效果，能够延长泵的维护周期，显著的降低维护成本。

Description

一种耐磨防腐内衬材料及具有其的耐磨防腐泵
技术领域
本发明涉及金属构件表面防护层的制备技术，具体地说是涉及一种耐磨防腐内衬材料，以及具有该内衬材料的耐磨防腐泵。
背景技术
泵是很多企业不可缺少的重要设备之一，受到工作条件的影响，经常出现腐蚀、气蚀、冲刷、磨损等现象，导致设备失效。企业只能投入大量的资金购入新泵，而报废大量的部件，造成资金的大量浪费。国内泵的设计和制造基本上还是遵守“金属”思想，即采用不锈钢、碳钢材料作为主要的泵体材料，面对高腐蚀、强冲刷的环境，通常采用高镍合金，甚至采用钛、锆、钽等优良的耐腐蚀材料，这些稀有金属材料价格昂贵且价格浮动大，并且制造成本高和制造工艺复杂等原因造成此类泵的价格昂贵，一般几万到几百万不等，也就造成了此类泵的采购成本高。
现有技术中，为了解决泵体材料直接采用上述具有优良耐腐蚀性能的元素带来的成本高昂的技术问题，本领域的技术人员采用了多种的解决方案，其中应用较多的是在泵体的内壁上设置内衬层，通过内衬层实现耐磨防腐的作用。具体如申请号为“CN201210423788.8”的发明专利公开了一种陶瓷高分子材料耐磨防腐泵，其技术方案是在泵的泵体内壁衬有陶瓷高分子材料层，所述陶瓷高分子材料层是由以下方法制备而成的：将顺丁橡胶20-30重量份，尼龙5-15重量份，陶瓷微粒40-70重量份，固化剂2-4重量份混合均匀，浇注模压，加热至60-260℃，保温2小时制成。
又如申请号为“CN201611072441.8”的发明专利公开了一种耐高温耐磨防腐化工泵，所述泵的泵体内壁衬有金属基陶瓷层，其中，金属基陶瓷层由以下重量份的原料制成：煅炉甘石粉25-32、硅灰石8-12、陶瓷微粒28-32、硫化锡5-7、硝化壳聚糖6-10、聚氨酯预聚物8-15、埃洛石15-20、氧化锗2-4、氯铂酸1-4、页岩油1-2、乙烯基三胺1-2、顺丁橡胶22-26；其中，硝化壳聚糖的粘均分子量为35.8×105。
上述现有技术中，发挥耐磨效果的添加物采用内添加的方式设置在内衬层中，因此，其性能的发挥容易受到分散效果的影响；另外，对于复杂构型的泵体来说，内衬材料的尺寸精度不足容易导致其与泵体内壁的贴合性差，导致防护效果差，随着时间的推移，可能发生内衬材料脱落并与叶轮搅在一起导致设备损坏的严重后果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种耐磨防腐内衬材料，其具有优异的耐磨防腐效果，并有效的克服了现有耐磨添加物在衬体材料中容易分布不均的缺陷。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种耐磨防腐内衬材料，包括开孔型泡沫橡胶体，所述开孔型泡沫橡胶体的孔洞中渗透有耐磨树脂浆料，所述开孔型泡沫橡胶体的孔隙度为35-42％，所述耐磨树脂浆料在所述开孔型泡沫橡胶体中的渗透量为200-500g/cm2。
在进一步的技术方案中，所述的开孔型泡沫橡胶体是在橡胶配方中加入化学发泡剂或物理发泡剂进行发泡得到的。
在进一步的技术方案中，所述开孔型泡沫橡胶体的橡胶组分选自三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶或丙烯酸酯橡胶中的一种。
在进一步的技术方案中，所述的耐磨树脂浆料包括以下重量份的原料复配而成：多官能度聚氨酯丙烯酸酯30-55份、氧化铝粉体10-15份、氧化锆粉体5-10份、AAEM单体5-10份、分散剂0.2-1份、光引发剂3-10份、有机溶剂30-55份。
在进一步的技术方案中，所述的多官能度聚氨酯丙烯酸酯选自官能度为2-12的聚氨酯丙烯酸酯；优选官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯与官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯按重量比1：(3-6)的复配物。
在进一步的技术方案中，所述氧化铝粉体的粒径为0.1-0.5μm，所述氧化锆粉体的粒径为10-30μm。
在进一步的技术方案中，所述的分散剂选自聚丙烯酸钠、木质素磺酸盐、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。
在进一步的技术方案中，所述的光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯甲酮、(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、异丙基硫杂蒽酮和二苯甲酮中的一种或一种以上的复配物；
优选为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮与(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦按重量比(3-5)：1的复配物。
在进一步的技术方案中，所述的有机溶剂选自乙醇、乙酸乙酯、异丙醇、正丁醇、乙二醇单丁醚、丁酮、乙酸丁酯中的至少一种。
本发明第二方面提供了一种耐磨防腐泵，该耐磨防腐泵具有上述的耐磨防腐内衬材料。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的技术方案中，利用具有优异韧性和弹性的开孔型泡沫橡胶体作为骨架材料，确保了其与泵体内壁良好的贴合效果，并且，通过在该骨架材料中渗入耐磨树脂浆料，以实现优异的耐磨防腐效果，通过对比现有的泵体内衬材料发现，本发明提供的耐磨防腐内衬材料具有较好的使用效果，能够延长泵的维护周期，显著的降低维护成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明中未提及来源的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本发明中未提及来源的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
本发明提供了一种耐磨防腐内衬材料，包括开孔型泡沫橡胶体，所述开孔型泡沫橡胶体的孔洞中渗透有耐磨树脂浆料，所述开孔型泡沫橡胶体的孔隙度为35-42％，所述耐磨树脂浆料在所述开孔型泡沫橡胶体中的渗透量为200-500g/cm2。
基于本申请发明人提供的一种技术构思，先制备得到一种开孔型泡沫橡胶体，并利用该开孔型泡沫橡胶体作为骨架结构，将耐磨树脂浆料渗透到骨架结构的孔洞中去，得到一种兼顾柔韧性和耐磨防腐性能的复合型衬体材料，该衬体材料具有较好的成型能力，即便针对较为复杂的泵体构型也能成型出贴合效果好的内衬材料；相比于现有技术直接在衬体材料中采用内添加的方式加入耐磨成分，本发明提供的方案有效的避免了耐磨成分在衬体材料中分散不均的问题；而且，得益于本申请发明人提供的耐磨树脂浆料，使得该内衬材料具备优异的耐磨防腐性能，从而提高泵在输送各种复杂介质时的寿命，延长泵体的维护周期，降低运行维护的成本。
本发明中，所述的耐磨树脂浆料可根据泡沫橡胶体的具体材质、孔隙度以及加工参数的不同而渗透至不同的深度，最终形成芯层泡沫橡胶、表层硬质耐磨涂层的复合型结构，从而得到兼顾柔韧性和耐磨防腐性能的内衬材料。
根据本发明，本发明中，所述的开孔型泡沫橡胶体是在橡胶配方中加入化学发泡剂或物理发泡剂进行发泡得到的。
进一步的，所述开孔型泡沫橡胶体的橡胶组分选自三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶或丙烯酸酯橡胶中的一种。
作为本发明中开孔型泡沫橡胶体的一种具体的实施方式，所述开孔型泡沫橡胶体的橡胶组分是三元乙丙橡胶，其具体的制备原料为三元乙丙橡胶(EPDM)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)，发泡剂，纳米级SiO2和石蜡油；更为具体的，所述三元乙丙橡胶(EPDM)的乙烯含量为48wt％；
所述的发泡剂优选为AC5000，进一步优选粒径为5μm。
所述纳米级SiO2的粒径为5-30nm，进一步优选为10-20nm，更优选为15nm。
在上述的具体实施方式中，用于制备开孔型泡沫橡胶体的原料组分的用量可以在较宽的范围内进行选择，作为优选的，本发明中，相对于100重量份的三元乙丙橡胶(EPDM)，所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)的用量为2重量份，发泡剂的用量为8重量份，纳米级SiO2的用量为30重量份，石蜡油的用量为3重量份。
该开孔型泡沫橡胶体的制备方法为：将EDPM在开炼机上薄通若干次，然后依次加入三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、发泡剂、纳米级SiO2和石蜡油，然后再薄通至色泽均匀后下料；前辊温度为85℃，后辊温度为90℃，整个混炼的时间为30min；将胶料转移至电动加硫成型机上热压成样片，然后对样片进行辐射硫化，所述辐射硫化的条件至少包括，采用剂量率在30-60Gy/min的γ射线辐照样片1-2min，将经过γ射线辐照的样片放入模具中，在175℃、5.0MPa的条件下模压发泡3-5min，得到发泡橡胶体，随后对该发泡橡胶体再进行辐射交联，控制吸收剂量在30kGy。
根据本发明，本发明中，所述的耐磨树脂浆料中，各原料组分的用量可以在较宽的范围内选择，作为优选的，所述的耐磨树脂浆料包括以下重量份的原料复配而成：多官能度聚氨酯丙烯酸酯30-55份、氧化铝粉体10-15份、氧化锆粉体5-10份、AAEM单体5-10份、分散剂0.2-1份、光引发剂3-10份、有机溶剂30-55份。
本发明提供的耐磨树脂浆料中，所述多官能度聚氨酯丙烯酸酯的分子链中含有碳碳双键和氨酯键，在分子链间形成多种氢键结构，显著的提高了树脂的交联密度，结合填充在体系中的一定粒径范围内的氧化铝粉体和氧化锆粉体，确保了耐磨树脂浆料的耐磨性能；同时，由于多官能度聚氨酯丙烯酸酯中含有低官能度的聚氨酯丙烯酸酯，可确保其柔韧性；本发明提供的耐磨树脂浆料配方体系中还含有AAEM单体，由于其分子结构中含有的端基乙酰乙酰基团所具有的共轭效应，进一步的增强了树脂的交联程度，提高了耐磨性。
本发明中，所述的多官能度聚氨酯丙烯酸酯选自官能度为2-12的聚氨酯丙烯酸酯；且进一步优选的，为了兼顾耐磨树脂体系的耐磨性和柔韧性，所述的多官能度聚氨酯丙烯酸酯优选官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯与官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯按重量比1：(3-6)的复配物。
本发明中，为了进一步确保制备得到的耐磨树脂体系具有优异的耐磨防腐性能，所述氧化铝粉体的粒径为0.1-0.5μm，所述氧化锆粉体的粒径为10-30μm。
本发明中，为了确保填料组分在耐磨树脂体系中的分散效果，所述的耐磨树脂浆料配方中含有分散剂，且进一步优选的，所述的分散剂选自聚丙烯酸钠、木质素磺酸盐、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。
本发明中，所述光引发剂的作用主要是吸收紫外光并引发固化，该引发剂种类可具体选择本领域技术人员所常用的，具体的，所述的光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯甲酮、(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、异丙基硫杂蒽酮和二苯甲酮中的一种或一种以上的复配物；进一步优选的，本发明中，为了确保耐磨树脂浆料体系中表层和深层的固化效果，所述的光引发剂优选为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮与(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦按重量比(3-5)：1的复配物。
本发明中，所述的有机溶剂选自乙醇、乙酸乙酯、异丙醇、正丁醇、乙二醇单丁醚、丁酮、乙酸丁酯中的至少一种。
以下通过具体的实施例对本发明提供的耐磨防腐内衬材料及其在耐磨防腐泵中的应用。
实施例1
一种内衬材料，包括开孔型泡沫橡胶体，所述开孔型泡沫橡胶体是由以下重量份的原料制备而成：三元乙丙橡胶(EPDM，乙烯含量为48wt％，购自荷兰DSM公司)100重量份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA，购自上海邦成化工有限公司)2重量份，发泡剂AC5000(杭州海虹精细化工有限公司)8重量份，纳米级SiO2(粒径为15nm，购自德国Wacker公司)30重量份和石蜡油(购自汕头市西沱化工厂有限公司)3重量份；
该开孔型泡沫橡胶体的制备方法为：将EDPM在开炼机上薄通若干次，然后依次加入三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、发泡剂、纳米级SiO2和石蜡油，然后再薄通至色泽均匀后下料；前辊温度为85℃，后辊温度为90℃，整个混炼的时间为30min；将胶料转移至电动加硫成型机上热压成样片，然后对样片进行辐射硫化，所述辐射硫化的条件至少包括，采用剂量率在40Gy/min的γ射线辐照样片2min，将经过γ射线辐照的样片放入模具中，在175℃、5.0MPa的条件下模压发泡5min，得到发泡橡胶体，随后对该发泡橡胶体再进行辐射交联，控制吸收剂量在30kGy。经测试，该泡沫橡胶体的孔隙度38.3％。
配制耐磨树脂浆料：
按如下配方准备各原料：官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯6份，官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯30份，氧化铝粉体(粒径为0.3μm)12份，氧化锆粉体(粒径为20μm)8份，AAEM单体8份，分散剂聚丙烯酸钠0.5份，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)6.4份，光引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦(光引发剂TPO)1.6份，有机溶剂乙酸乙酯50份。
先将氧化铝粉体、氧化锆粉体、分散剂和光引发剂混合搅拌，然后依次加入AAEM单体、官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯、官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯和有机溶剂，搅拌混匀即得所述的耐磨树脂浆料。
将上述制备得到的发泡橡胶体浸没到所述的耐磨树脂浆料中，按压发泡橡胶体若干次，拿出沥去多余浆料，经固化成型，即得所述的内衬材料，该耐磨树脂浆料在开孔型泡沫橡胶体上的渗透量为300g/cm2。
实施例2
本实施例与实施例1中内衬材料的制备方法基本相同，不同的是耐磨树脂浆料的配方更换为：
官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯6份，官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯24份，氧化铝粉体(粒径为0.3μm)10份，氧化锆粉体(粒径为20μm)5份，AAEM单体5份，分散剂聚丙烯酸钠0.2份，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)2.4份，光引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦(光引发剂TPO)0.6份，有机溶剂乙酸乙酯30份。
实施例3
本实施例与实施例1中内衬材料的制备方法基本相同，不同的是耐磨树脂浆料的配方更换为：
官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯11份，官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯44份，氧化铝粉体(粒径为0.3μm)15份，氧化锆粉体(粒径为20μm)10份，AAEM单体10份，分散剂聚丙烯酸钠1份，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)8份，光引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦(光引发剂TPO)2份，有机溶剂乙酸乙酯55份。
对比例1
本对比例与实施例1中内衬材料的制备方法基本相同，不同的是耐磨树脂浆料的配方更换为：
官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯40份，氧化铝粉体(粒径为0.3μm)12份，氧化锆粉体(粒径为20μm)8份，AAEM单体8份，分散剂聚丙烯酸钠0.5份，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)6.4份，光引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦(光引发剂TPO)1.6份，有机溶剂乙酸乙酯40份。
对比例2
本对比例与实施例1中内衬材料的制备方法基本相同，不同的是耐磨树脂浆料的配方更换为：
官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯40份，氧化铝粉体(粒径为0.3μm)12份，氧化锆粉体(粒径为20μm)8份，AAEM单体8份，分散剂聚丙烯酸钠0.5份，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)6.4份，光引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰氯)二苯基氧化膦(光引发剂TPO)1.6份，有机溶剂乙酸乙酯40份。
对上述实施例1-3、对比例1-2制备得到的内衬材料进行测试，其中，按照GB/T531.1-2008检测邵尔A型邵氏硬度；耐磨性能按照GB/T 1689-2014的规定进行检测；根据GB/T1690-2006测试耐油性能；具体测试数据如表1所示。
表1：
Figure BDA0003187380610000081
基于上述表1中的测试数据可以看出，当完全采用官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯时，内衬材料展现出了优异的硬度和耐磨表现，但是，经实际的使用发现，完全采用官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯加工得到的内衬材料在长时间使用后，耐磨树脂浆体与泡沫橡胶之间产生缝隙，导致耐磨树脂浆体发生脱落的问题。因此，本发明优选的方案应当是实施例1-3中采用的高低官能度搭配的聚氨酯丙烯酸酯，从而确保耐磨树脂浆体本身具有一定的柔韧性，与泡沫橡胶体之间具有较好的配合效果。
应用实践：
与目前市售的EHR系列耐腐蚀衬胶渣浆泵-橡胶渣浆泵(购自石家庄开发区石泵泵业有限公司)进行对比，具体的，以型号为HER-8ST橡胶渣浆泵作为试验对象，将同一批次的3台HER-8ST橡胶渣浆泵中的前壳体与后壳体内侧面的衬胶更换为本申请实施例1中的内衬材料，与同一批次另外3台不做更改的HER-8ST橡胶渣浆泵放入到同样的水质条件工作，具体水质条件经测量：pH值在4.5-5.0之间，含固量为500g/L，渣浆泵的工作流量均为900m3/h，在工作1000h后，经拆卸观察，本申请实施例1中的内衬材料的外观磨损情况优于HER-8ST橡胶渣浆泵。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种耐磨防腐内衬材料，其特征在于，包括开孔型泡沫橡胶体，所述开孔型泡沫橡胶体的孔洞中渗透有耐磨树脂浆料，所述开孔型泡沫橡胶体的孔隙度为35-42%，所述耐磨树脂浆料在所述开孔型泡沫橡胶体中的渗透量为200-500g/cm2；
所述的耐磨树脂浆料包括以下重量份的原料复配而成：多官能度聚氨酯丙烯酸酯 30-55份、氧化铝粉体 10-15份、氧化锆粉体 5-10份、AAEM单体 5-10份、分散剂 0.2-1份、光引发剂 3-10份、有机溶剂 30-55份；
所述的多官能度聚氨酯丙烯酸酯为官能度为2的聚氨酯丙烯酸酯与官能度为12的聚氨酯丙烯酸酯按重量比1：（3-6）的复配物。
2.根据权利要求1所述的耐磨防腐内衬材料，其特征在于，所述的开孔型泡沫橡胶体是在橡胶配方中加入化学发泡剂或物理发泡剂进行发泡得到的。
3.根据权利要求1所述的耐磨防腐内衬材料，其特征在于，所述开孔型泡沫橡胶体的橡胶组分选自三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶或丙烯酸酯橡胶中的一种。
4.根据权利要求1所述的耐磨防腐内衬材料，其特征在于，所述氧化铝粉体的粒径为0.1-0.5μm，所述氧化锆粉体的粒径为10-30μm。
5.根据权利要求1所述的耐磨防腐内衬材料，其特征在于，所述的分散剂选自聚丙烯酸钠、木质素磺酸盐、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的耐磨防腐内衬材料，其特征在于，所述的光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯甲酮、（2,4,6-三甲基苯甲酰氯）二苯基氧化膦、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、异丙基硫杂蒽酮和二苯甲酮中的一种或一种以上的复配物。
7.根据权利要求6所述的耐磨防腐内衬材料，其特征在于，所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮与（2,4,6-三甲基苯甲酰氯）二苯基氧化膦按重量比（3-5）：1的复配物。
8.根据权利要求1所述的耐磨防腐内衬材料，其特征在于，所述的有机溶剂选自乙醇、乙酸乙酯、异丙醇、正丁醇、乙二醇单丁醚、丁酮、乙酸丁酯中的至少一种。
9.一种耐磨防腐泵，其特征在于，该耐磨防腐泵的泵体内壁上设有权利要求1-8任意一项所述的耐磨防腐内衬材料。
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