CN114410184A - 一种耐高温耐腐蚀涂层材料及其制备方法 - Google Patents
一种耐高温耐腐蚀涂层材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种耐高温耐腐蚀涂层材料及其制备方法，这种涂层材料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：环氧树脂（40‑50）份、碱激发胶凝材料（30‑40）份、聚丙烯/竹纤维复合母料（20‑30）份、分散剂聚羧酸胺盐（5‑7）份、砂矿物（10‑15）份。这种涂层材料将环氧树脂作为涂层基底，通过添加碱激发胶凝材料以提升其耐高温性能和耐腐蚀性能，添加聚丙烯/竹纤维复合母料以提升体系的加工性能，从而制备得到性能优异的耐高温耐腐蚀涂层材料。
Description
技术领域
本发明涉及流体机械设备的防护涂层技术领域，具体涉及一种耐高温耐腐蚀涂层材料及其制备方法。
背景技术
流体机械是指以流体为工质进行能量转换的机械，通常包括水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机、风力机、泵、通风机、压缩机等等。流体机械作为装备制造业的重要组成部分，广泛应用于国民经济各领域和基础设施建设。国内流体机械设备的技术瓶颈主要集中在设备的大型化、运行可靠和高效上。其中流体密封技术是流体机械设备运行可靠和高效的最为关键技术之一，主要通过密封件与叶片的密封接触来实现，其可靠性对于流体机械设备的安全、高效运行及节能环保具有重要意义。
流体机械例如风力机中，高速转动的装置以及快速摩擦都会带来温度的急速上升，导致器械特别是表面温度升高，但是温度过高极易损坏装置，降低流体机械的使用寿命。目前为了提高流体机械外表面的耐高温性能，可以在流体机械表面涂覆耐高温涂层材料，这种涂层材料必须具备优良的耐高温和耐腐蚀性能，可以保护流体机械不会因高温损坏外表面。
现有技术中，流体机械外表面的涂层高温性较差，容易受热软化。特别是机械运行过程中，快速转动带来的温度急速上升，同时，外部颗粒及高压气流会对涂层进行连续冲刷，可能使得涂层表面软化脱落，甚至损坏器械，导致气路间隙扩大，气体泄漏量扩大，流体机械的工作效率降低。
例如申请号为【CN202111211748.2】的一种抗腐蚀的钙钛矿结构涂层材料的制备方法，属于钙钛矿涂层技术领域，包括如下步骤：(1)冷等离子体处理；(2)深冷处理；(3)火焰处理；(4)珠磨处理；(5)煅烧处理；(6)包被、造粒。该申请提供了一种抗腐蚀的钙钛矿结构涂层材料的制备方法，在现有固相法制备钙钛矿结构材料的方法的基础上进行了很大程度的改善，通过在煅烧之前优化原料自身的特性，提高表面活性，细化原料，并与质子辐照处理相互配合协同作用，促进原料充分研磨和煅烧，并且优化成品性能，最后利用流化床将纳米材料均匀包裹到粉体表面，进一步提高钙钛矿结构材料的耐腐蚀特性。
上述方法制备的钙钛矿结构涂层，虽然可以提高钙钛矿结构材料的耐腐蚀特性，但是其耐高温性能较差，容易受热软化，使得气路间隙扩大，气体泄漏量扩大，流体机械的工作效率降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种耐高温耐腐蚀涂层材料及其制备方法，将环氧树脂作为涂层基底，通过添加碱激发胶凝材料以提升其耐高温性能和耐腐蚀性能，添加聚丙烯/竹纤维复合母料以提升体系的加工性能，从而制备得到性能优异的耐高温耐腐蚀涂层材料。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一方面，本发明提供了一种耐高温耐腐蚀涂层材料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：环氧树脂（40-50）份、碱激发胶凝材料（30-40）份、聚丙烯/竹纤维复合母料（20-30）份、分散剂聚羧酸胺盐（5-7）份、砂矿物（10-15）份。
本发明中，环氧树脂是一种高分子聚合物。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构。
采用环氧树脂作为制备涂层的材料，具有以下优点：
1．漆膜附着力强，特别是对金属，可以强力附着在流体机械表面。
2．具有较好的电绝缘性。
3．漆膜保色性较好。
但是环氧树脂的耐候性差，漆膜在户外易粉化失光又欠丰满，而且单独用环氧树脂制备涂层其耐热性较差，遇到高温环境容易软化，形变甚至脱落。
因此，为了提高涂层材料的耐高温性能，本发明将环氧树脂与碱激发胶凝材料混合复配作为基底，聚羧酸胺盐作为相容剂，以提升材料的分散性。
作为优选的，所述碱激发胶凝材料的制备方法如下：将硅铝质材料和碱性激发剂倒入搅拌机，干拌1min，然后继续搅拌并加入水，搅拌5-6min，混合均匀后出料，即得碱激发胶凝材料。
作为优选的，所述硅铝质材料为矿渣、粉煤灰中的至少一种，所述碱性激发剂为钾水玻璃、NaOH粉末、Na2CO3中的至少一种。
作为优选的，所述硅铝质材料、碱性激发剂、水的质量比为80：（10-20）：30。
本发明中，硅铝质材料如矿渣为玻璃体结构，由多数连续的富钙相和少数不连续的富硅相组成，富硅相被富钙相严密包裹，形成矿渣玻璃体的主要结构特征。富钙相中的Ca-O、Mg-O 键比富硅相中的Si-O 键弱得多，具有较高的热力学不稳定性。矿渣是一种分相玻璃体，富钙相是矿渣玻璃体具有较高水硬活性的根源。
因此，矿渣具有一定的活性，但若直接用于环氧树脂的体系中，反应不充分，得不到所需的稳定性材料，因此，本发明将矿渣与碱性激发剂混合后加入水，经碱激发的矿渣转变为碱激发胶凝材料，不仅具有很高的活性，而且固化成型后具有非常优异的稳定性。
本发明中，碱性激发剂与矿渣的反应原理如下：首先，碱性激发剂如Na2CO3与水作用，释放出OH-离子，其次矿渣表面结构解体，溶液中OH-离子穿透矿渣颗粒的表面，进入玻璃体内孔穴，与Ca2+作用，使玻璃体解体，从而分解游离出Ca2+和[SiO4]4-，因为Ca2+扩散速度较快，Ca2+先进入溶液中，随后与缓慢释放的活性[SiO4]4-发生反应，生成了低碱度的C-S-H凝胶，并相互胶连成网，提升结构强度，随着C-S-H凝胶逐渐形成并填充于原溶液，逐渐占据空间和矿渣灰表面，减慢了离子迁移速度，使得水化产物的结构越来越致密并趋于稳定。
本发明提供的碱激发胶凝材料水化产物为水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、水滑石和水化铝酸四钙等非晶质物相，不含钙矾石和氢氧化钙等高温易分解的晶质物相。因此，本发明提供的碱激发胶凝材料不仅耐高温，强度好，稳定性优异，还具有优良的抗氯离子渗透、抗冻、抗腐蚀等耐久性。同时，碱激发胶凝材料充分利用工业废渣，达到变废为宝、节约资源、保护环境的目的，符合低消耗、污染小、可持续发展的理念。
虽然碱激发胶凝材料具有良好的稳定性，但是其与环氧树脂混合体系的可塑性较差，无法满足机械加工需求。因此，本发明在环氧树脂与碱激发胶凝材料的混合体系中加入了聚丙烯/竹纤维复合母粒。
聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等。因其具有良好的可塑性、接枝和复合功能，将其加入环氧树脂与碱激发胶凝材料的混合体系中，可以有效改善体系的整体加工性能。
但是，聚丙烯呈非极性，而环氧树脂呈弱极性，固化后形成羟基极性较大，这样环氧树脂与聚丙烯的互溶性较差，直接混合会导致体系分散不均匀，固化后材料力学性能很差。因此本发明将聚丙烯与竹纤维复合以提升聚丙烯的极性，进而提升其与环氧树脂的相容性。
作为优选的，所述聚丙烯/竹纤维复合母料的制备方法如下：将聚丙烯在真空干燥箱中90℃下干燥12h，然后将聚丙烯、处理后的竹纤维、增容剂混合，用双螺杆挤出机烙融共混，挤出温度150-210℃，螺杆转速为100rpm，然后水冷却造粒即得聚丙烯/竹纤维复合母粒。
竹纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素构成。
纤维素是竹纤维原料的主要化学成分，是D-葡萄糖β-1,4-糖苷键连接而成的线性大分子多糖，起着骨架作用，纤维受力的主要部分。半纤维素是由一些五碳糖和六碳糖等单糖构成的与纤维素相伴生的一种低分子物质，主要位于纤维素细胞的胞间层和细胞壁上，起着填充和粘结作用，并使得纤维具有弹性。木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳-碳键连接的具有三维网状结构的无定型高聚物，与半纤维素相互作用包覆在纤维素表面，粘接着纤维素，并传递水分。
竹纤维作为一种天然高分子材料，具有弱极性，相对于合成纤维具有以下优点：竹纤维来源广；机械性能优良，单根毛竹纤维轴向拉伸强度可达1.43-1.69GPa，最大拉伸模量可达32.0-34.6GPa，比大多数的木质纤维高；密度低，竹纤维密度约1.38g/cm3左右，但是其比强度较大；吸湿性强，由于竹纤维中纤维素、半纤维素和木质素上带有大量的径基，使得竹纤维的亲水性较强；易降解，竹纤维中纤维素大分子由葡萄糖单体构成，高温酸性条件下容易降解，碱性环境中，纤维素、半纤维素、木质素的连接键也容易断裂，对环境无污染。将竹纤维与聚丙烯复合制备母料不仅力学性能优异，还可以降低材料的生产成本。但是，具有一定极性的竹纤维与聚丙烯的界面结合较差，不利于应力的有效传递，直接混合会导致材料综合力学性能明显下降，受热易分解、吸湿率大，限制了天然竹纤维用于增强聚丙烯性能的使用。
因此，本发明还添加了增溶剂以提升竹纤维与聚丙烯的相容性。
作为优选的，所述增容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的制备方法如下：将乙烯-醋酸乙烯在45℃下真空干燥20min，然后将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶于丙酮中，充分溶解后，将溶液喷涂到干燥后的乙烯-醋酸乙烯上，混合均匀在50℃烘箱中干燥30min，最后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒得到马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，挤出温度为140-177℃，螺杆转速为90rpm。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）是一种热塑性弹性体，EVA具有良好柔韧性和耐应力开裂性，其极性VA基团与聚丙烯有一定相容性，但是单独添加EVA会使得材料的加工性能降低，为了进一步提升材料的力学性能，本发明采用过氧化二异丙苯为引发剂来制备马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA-g-MAH）。
EVA上的醋酸乙烯酯基团无规的分布在EVA分子链中，使得EVA带有一定极性。EVA-g-MAH是以EVA为基体接枝马来酸酐（MAH）的一种聚合物，它的极性比EVA强，与聚丙烯共混时可以提升聚丙烯的极性。并且EVA-g-MAH中的酸酐基团与聚丙烯中的末端氨基发生反应，生成EVA-g-MAH嵌段共聚物，起着链接竹纤维与聚丙烯分子链的桥梁作用，降低了复合材料两相界面的张力，提高了界面粘结力，有利于材料中应力的传递，改善材料的力学性能。同时，添加EVA-g-MAH，有利于复合材料中聚丙烯的结晶性能得到改善。添加EVA-g-MAH会降低材料的冷却速率，使聚丙烯分子链段有更长的松弛时间，在聚丙烯的结晶区聚丙烯分子链段有更长时间进行分子链重排，有利于聚丙烯的晶型生长。EVA-g-MAH和聚丙烯的原位增容作用也使得EVA-g-MAH和聚丙烯共混更均匀，可以提高复合材料的结晶性能，进而提高材料的力学性能。
然而，竹纤维的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。其中，半纤维素由大量的单糖构成，它和木质素包覆在纤维素的表面，阻止了聚丙烯对纤维素的浸润，导致EVA-g-MAH无法直接与纤维素接触。
因此，本发明对将竹纤维进行预处理，以去除竹纤维中的半纤维素与木质素，不仅能提高竹纤维的结晶度和力学性能，也能改善竹纤维与聚丙烯的相容性。
作为优选的，所述竹纤维的处理方法如下：将竹渣在95℃下干燥后，在高速混合机内粉碎，将粉碎后的竹粉经100目滤筛过筛后在质量浓度10％的NaOH溶液中浸泡24h，浸泡后的竹粉，用清水洗涤至中性，然后放入电热鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为102-105℃，时间为24-26h，干燥完后用高速粉碎机剪切、分散即得处理后的竹粉。
作为优选的，所述竹粉与NaOH溶液的质量比为20：1。
作为优选的，所述聚丙烯、竹纤维、增容剂的质量比为100：（20-30）：（5-10）。
本发明对竹纤维进行碱处理，能有效溶解竹纤维中的非纤维素成分，提高纤维素分子链取向，使竹纤维结晶度提高，改变竹纤维表面的粗糙度，使得竹纤维沿轴向方向出现许多深浅不一的沟槽，加强竹纤维与聚丙烯的机械互锁，并能提高竹纤维比表面积，使得EVA-g-MAH更容易与竹纤维接触。
虽然碱处理后，竹纤维比表面积增大，表面的结构被破坏，纤维表面的杂质及蜡质等逐渐溶解掉，使得形成的阻隔作用减弱，导致耐热性有所下降。但是EVA-g-MAH作为相容剂，改善了竹纤维和聚丙烯的界面粘附，共混物中的竹纤维重新被聚丙烯充分包覆，竹纤维周围存在的间隙较少，可减少热分解产物的扩散，进而再次提升材料的热稳定性。
因此，本发明中经过碱处理的竹纤维在EVA-g-MAH的作用下可以均匀的分散到聚丙烯的体系中，使得聚丙烯/竹纤维复合母粒机械性能优异，耐热性良好，加工方式灵活、简单。而且复合材料具有一定的极性，可以与环氧树脂很好的融为一体，拥有较好的力学性能、抗老化能力等，还可以降低材料成本，减少环境污染。
最后，砂矿物作为填料加入体系中，不仅可以提升体系的稳定性，还可以降低材料的生产成本。
另一方面，本发明提供了一种耐高温耐腐蚀涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、碱激发胶凝材料、聚丙烯/竹纤维复合母料、聚羧酸胺盐、混合加热搅拌均匀得到混合乳液；
S2、将砂矿物分散到混合乳液中，超声分散10min搅拌均匀即得涂层材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，将环氧树脂作为涂层基底，通过添加碱激发胶凝材料以提升其耐高温性能和耐腐蚀性能，添加聚丙烯/竹纤维复合母料以提升体系的加工性能，从而制备得到性能优异的耐高温耐腐蚀涂层材料。
2、本发明提供的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，经过碱处理的竹纤维在EVA-g-MAH的作用下可以均匀的分散到聚丙烯的体系中，使得聚丙烯/竹纤维复合母粒机械性能优异，耐热性良好，加工方式灵活、简单。而且复合材料具有一定的极性，可以与环氧树脂很好的融为一体，拥有较好的力学性能、抗老化能力等，还可以降低材料成本，减少环境污染。
附图说明
图1是本发明实施例中一种耐高温耐腐蚀涂层材料制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式，本发明并不限制于该实施例。
本发明具体实施例如下：
实施例1
一种耐高温耐腐蚀涂层材料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：环氧树脂40份、碱激发胶凝材料30份、聚丙烯/竹纤维复合母料20份、聚羧酸胺盐5份、砂矿物10份。
该实施例中：
所述碱激发胶凝材料的制备方法如下：将矿渣和钾水玻璃倒入搅拌机，干拌1min，然后继续搅拌并加入水，搅拌5min，混合均匀后出料，即得碱激发胶凝材料。所述矿渣、钾水玻璃、水的质量比为80：10：30。
所述聚丙烯/竹纤维复合母料的制备方法如下：将聚丙烯在真空干燥箱中90℃下干燥12h，然后将聚丙烯、处理后的竹纤维、增容剂混合，用双螺杆挤出机烙融共混，挤出温度150-210℃，螺杆转速为100rpm，然后水冷却造粒即得聚丙烯/竹纤维复合母粒。其中，所述聚丙烯、竹纤维、增容剂的质量比为100：20：5。
所述竹纤维的处理方法如下：将竹渣在95℃下干燥后，在高速混合机内粉碎，将粉碎后的竹粉经100目滤筛过筛后在质量浓度10％的NaOH溶液中浸泡24h，浸泡后的竹粉，用清水洗涤至中性，然后放入电热鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为102℃，时间为24h，干燥完后用高速粉碎机剪切、分散即得处理后的竹粉。其中，所述竹粉与NaOH溶液的质量比为20：1。
所述增容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的制备方法如下：将乙烯-醋酸乙烯在45℃下真空干燥20min，然后将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶于丙酮中，充分溶解后，将溶液喷涂到干燥后的乙烯-醋酸乙烯上，混合均匀在50℃烘箱中干燥30min，最后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒得到马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，挤出温度为140-177℃，螺杆转速为90rpm。
按照上述各组分对应的条件制备一种耐高温耐腐蚀涂层材料，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、碱激发胶凝材料、聚丙烯/竹纤维复合母料、聚羧酸胺盐、混合加热搅拌均匀得到混合乳液；
S2、将砂矿物分散到混合乳液中，超声分散10min搅拌均匀即得涂层材料。
实施例2
一种耐高温耐腐蚀涂层材料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：环氧树脂45份、碱激发胶凝材料35份、聚丙烯/竹纤维复合母料25份、聚羧酸胺盐6份、砂矿物13份。
该实施例中：
所述碱激发胶凝材料的制备方法如下：将粉煤灰和NaOH粉末倒入搅拌机，干拌1min，然后继续搅拌并加入水，搅拌5min，混合均匀后出料，即得碱激发胶凝材料。所述粉煤灰、NaOH粉末、水的质量比为80：15：30。
所述聚丙烯/竹纤维复合母料的制备方法如下：将聚丙烯在真空干燥箱中90℃下干燥12h，然后将聚丙烯、处理后的竹纤维、增容剂混合，用双螺杆挤出机烙融共混，挤出温度150-210℃，螺杆转速为100rpm，然后水冷却造粒即得聚丙烯/竹纤维复合母粒。其中，所述聚丙烯、竹纤维、增容剂的质量比为100：25：8。
所述竹纤维的处理方法如下：将竹渣在95℃下干燥后，在高速混合机内粉碎，将粉碎后的竹粉经100目滤筛过筛后在质量浓度10％的NaOH溶液中浸泡24h，浸泡后的竹粉，用清水洗涤至中性，然后放入电热鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为103℃，时间为25h，干燥完后用高速粉碎机剪切、分散即得处理后的竹粉。其中，所述竹粉与NaOH溶液的质量比为20：1。
所述增容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的制备方法如下：将乙烯-醋酸乙烯在45℃下真空干燥20min，然后将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶于丙酮中，充分溶解后，将溶液喷涂到干燥后的乙烯-醋酸乙烯上，混合均匀在50℃烘箱中干燥30min，最后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒得到马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，挤出温度为140-177℃，螺杆转速为90rpm。
按照上述各组分对应的条件制备一种耐高温耐腐蚀涂层材料，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、碱激发胶凝材料、聚丙烯/竹纤维复合母料、聚羧酸胺盐、混合加热搅拌均匀得到混合乳液；
S2、将砂矿物分散到混合乳液中，超声分散10min搅拌均匀即得涂层材料。
实施例3
一种耐高温耐腐蚀涂层材料，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：环氧树脂50份、碱激发胶凝材料40份、聚丙烯/竹纤维复合母料30份、聚羧酸胺盐7份、砂矿物15份。
该实施例中：
所述碱激发胶凝材料的制备方法如下：将矿渣和Na2CO3倒入搅拌机，干拌1min，然后继续搅拌并加入水，搅拌6min，混合均匀后出料，即得碱激发胶凝材料。所述矿渣、Na2CO3、水的质量比为80：20：30。
所述聚丙烯/竹纤维复合母料的制备方法如下：将聚丙烯在真空干燥箱中90℃下干燥12h，然后将聚丙烯、处理后的竹纤维、增容剂混合，用双螺杆挤出机烙融共混，挤出温度150-210℃，螺杆转速为100rpm，然后水冷却造粒即得聚丙烯/竹纤维复合母粒。所述聚丙烯、竹纤维、增容剂的质量比为100：30：10。
所述竹纤维的处理方法如下：将竹渣在95℃下干燥后，在高速混合机内粉碎，将粉碎后的竹粉经100目滤筛过筛后在质量浓度10％的NaOH溶液中浸泡24h，浸泡后的竹粉，用清水洗涤至中性，然后放入电热鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为105℃，时间为26h，干燥完后用高速粉碎机剪切、分散即得处理后的竹粉。其中，所述竹粉与NaOH溶液的质量比为20：1。
所述增容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的制备方法如下：将乙烯-醋酸乙烯在45℃下真空干燥20min，然后将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶于丙酮中，充分溶解后，将溶液喷涂到干燥后的乙烯-醋酸乙烯上，混合均匀在50℃烘箱中干燥30min，最后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒得到马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，挤出温度为140-177℃，螺杆转速为90rpm。
按照上述各组分对应的条件制备一种耐高温耐腐蚀涂层材料，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、碱激发胶凝材料、聚丙烯/竹纤维复合母料、聚羧酸胺盐、混合加热搅拌均匀得到混合乳液；
S2、将砂矿物分散到混合乳液中，超声分散10min搅拌均匀即得涂层材料。
对比例1
在实施例1的基础上，不添加碱激发胶凝材料，以此作为对比例1的条件，并制备得到对比例1的耐高温耐腐蚀涂层材料。
对比例2
在实施例1的基础上，采用纯聚丙烯替代聚丙烯/竹纤维复合母料，以此作为对比例2的条件，并制备得到对比例2的耐高温耐腐蚀涂层材料。
将实施例1-3和对比例1-2制得的耐高温耐腐蚀涂层材料进行等离子喷涂工艺制成涂层，并对各涂层按实施例和对比例编号。
本发明实施例中，等离子喷涂是采用刚性等离子弧为热源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂方法。等离子弧是等离子体弧的简称。等离子体是指气体在超高温状态下被部分或全部电离，形成正负离子（电子）数量相等而整体呈电中性的导电体。电弧本身是等离子体，但只有当电弧通过热收缩效应、自磁压缩效应、机械压缩效应被压缩，成为具有更高温度的压缩电弧时，才称为等离子体弧，其中心温度可达10000-50000℃，这样高的温度，使所有的涂层材料都能够得以喷涂。等离子喷涂参数初始值设置为：电离气55 标准升/分钟，电流650A，送粉量0.3g/s(2rpm)。
试验例1
将上述实施例1-3和对比例1-2制得的涂层材料通过等离子喷涂制得涂层，并进行液氮冷冲击实验，具体过程如下：
取20mm×20mm×10mm的涂层试样，并将涂层面朝下浸泡于液氮中5分钟，然后取出，放置于室温下5分钟，记为冷冲击–循环1；再次放入液氮中5分钟，取出，放置于室温下5分钟，记为冷冲击–循环2。如此循环，直到目视可以观察到涂层出现微裂纹等缺陷，或冷冲击循环满10轮。观察涂层表面现象并记录，结果如下表1所示。
表1实施例1-4和对比例1-2制备的材料通过等离子喷涂得到的涂层表面冷冲击现象
| 冷冲击 | 循环1 | 循环5 | 循环6 | 循环8 | 循环9 | 循环10 |
| 实施例1 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 |
| 实施例2 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 |
| 实施例3 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 |
| 对比例1 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 表面无变化 | 出现裂缝 |
| 对比例2 | 表面无变化 | 出现裂缝 | 出现裂缝 | 出现裂缝 | 出现裂缝 | 出现裂缝 |
由上述表1的结果可知，实施例1-3制备的材料经过喷涂制成涂层后，冷冲击循环满10轮依然没有出现裂纹，表面完好，说明其耐腐蚀性能优异，涂层致密性完好。
而对比例1制备的涂层在循环后期会出现裂缝，说明有液氮进入涂层内部，涂层致密性较差，涂层体系中存在较少空隙，这可能是由于对比例1中没有添加碱激发胶凝材料。而碱激发胶凝材料水化产物为水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、水滑石和水化铝酸四钙等非晶质物相，不仅稳定性优异，还具有优良的抗氯离子渗透、抗冻、抗腐蚀等耐久性。
而对比例2制备的涂层在循环中期就出现裂纹，说明其涂层致密性非常差，涂层体系中存在较多空隙，液氮容易进入涂层内部，这可能是由于对比例2采用纯聚丙烯替代聚丙烯/竹纤维复合母料。而纯聚丙烯与环氧树脂极性不同，相容性较差，体系分散不均匀，孔隙率较高。反之，聚丙烯/竹纤维复合母料中，碱处理的竹纤维在EVA-g-MAH的作用下可以均匀的分散到聚丙烯的体系中，使得聚丙烯/竹纤维复合母粒具有一定的极性，可以与环氧树脂很好的融为一体，体系分散均匀，致密性优良。
试验例2
将上述实施例1-3和对比例1-2制得的涂层材料通过等离子喷涂制得涂层，进行结合强度的测试，具体过程如下：
取厚度为0.3mm和0.5mm的涂层分别进行测试，依据国标热喷涂抗拉结合强度的测定标准：GB/T8642-2002，将试样在室温下进行常规拉伸，根据拉伸测试结果计算可得室温下的涂层结合强度，结果如下表2所示。
表2实施例1-3和对比例1-2制备的材料通过等离子喷涂得到的涂层结合强度
由表2的结果可知，试样实施例1-3制备的材料经过喷涂制成涂层后其结合强度明显优于试样对比例1和2。
对比例1制备的涂层结合强度较低，这可能是由于对比例1的涂层材料中没有添加碱激发胶凝材料，而碱激发胶凝材料水化产物为水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、水滑石和水化铝酸四钙等非晶质物相，其强度高，稳定性好，将其加入涂层中对结合强度有明显提升。
对比例2制备的涂层结合强度最低，这可能是由于对比例2采用纯聚丙烯替代聚丙烯/竹纤维复合母料，纯聚丙烯与环氧树脂极性不同，相容性较差，体系混合不均匀，强度低。
试验例3
将上述实施例1-3和对比例1-2制得的涂层材料通过等离子喷涂制得涂层，进行耐高温性能测试，具体过程如下：
取厚度为0.3mm和0.5mm的涂层分别进行高温处理：在500℃烘箱中恒温20min，然后取出，依据国标热喷涂抗拉结合强度的测定标准：GB/T8642-2002，将试样迅速进行拉伸，根据拉伸测试结果计算可得高温下的涂层结合强度，结果如下表3所示。
表3实施例1-3和对比例1-2制备的材料通过等离子喷涂得到的涂层高温下的结合强度
由上述表3结果可知，试样实施例1-3制备的材料经过喷涂制成涂层后，其高温下的结合强度明显优于试样对比例1和2。
对比例1制备的涂层高温下结合强度最低，相比于室温下的结合强度下降明显，这可能是由于对比例1的涂层材料中没有添加碱激发胶凝材料，而碱激发胶凝材料水化产物为水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、水滑石和水化铝酸四钙等非晶质物相，不含钙矾石和氢氧化钙等易分解的晶质物相，其耐高温性能优良。
对比例2制备的涂层高温下结合强度也非常低，这可能是由于对比例2采用纯聚丙烯替代聚丙烯/竹纤维复合母料。而聚丙烯/竹纤维复合母料中，EVA-g-MAH作为相容剂，改善了竹纤维和聚丙烯的界面粘附，共混物中的竹纤维重新被聚丙烯充分包覆，竹纤维周围存在的间隙较少，可减少热分解产物的扩散，进而提升了材料的热稳定性。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，按重量份数计，由包含以下组分的原料制备而成：环氧树脂（40-50）份、碱激发胶凝材料（30-40）份、聚丙烯/竹纤维复合母料（20-30）份、聚羧酸胺盐（5-7）份、砂矿物（10-15）份。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述碱激发胶凝材料的制备方法如下：将硅铝质材料和碱性激发剂倒入搅拌机，干拌1min，然后继续搅拌并加入水，搅拌5-6min，混合均匀后出料，即得碱激发胶凝材料。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述硅铝质材料为矿渣、粉煤灰中的至少一种，所述碱性激发剂为钾水玻璃、NaOH粉末、Na2CO3中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述硅铝质材料、碱性激发剂、水的质量比为80：（10-20）：30。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述聚丙烯/竹纤维复合母料的制备方法如下：将聚丙烯在真空干燥箱中90℃下干燥12h，然后将聚丙烯、处理后的竹纤维、增容剂混合，用双螺杆挤出机烙融共混，挤出温度150-210℃，螺杆转速为100rpm，然后水冷却造粒即得聚丙烯/竹纤维复合母粒。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述竹纤维的处理方法如下：将竹渣在95℃下干燥后，在高速混合机内粉碎，将粉碎后的竹粉经100目滤筛过筛后在质量浓度10％的NaOH溶液中浸泡24h，浸泡后的竹粉，用清水洗涤至中性，然后放入电热鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为102-105℃，时间为24-26h，干燥完后用高速粉碎机剪切、分散即得处理后的竹粉。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述竹粉与NaOH溶液的质量比为20：1。
8.根据权利要求5所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述聚丙烯、竹纤维、增容剂的质量比为100：（20-30）：（5-10）。
9.根据权利要求5所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的制备方法如下：将乙烯-醋酸乙烯在45℃下真空干燥20min，然后将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶于丙酮中，充分溶解后，将溶液喷涂到干燥后的乙烯-醋酸乙烯上，混合均匀在50℃烘箱中干燥30min，最后在同向双螺杆挤出机中挤出造粒得到马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，挤出温度为140-177℃，螺杆转速为90rpm。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的一种耐高温耐腐蚀涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将环氧树脂、碱激发胶凝材料、聚丙烯/竹纤维复合母料、聚羧酸胺盐、混合加热搅拌均匀得到混合乳液；
S2、将砂矿物分散到混合乳液中，超声分散10min搅拌均匀即得涂层材料。
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