CN114806384B - 一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法 - Google Patents

一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114806384B
CN114806384B CN202210538703.4A CN202210538703A CN114806384B CN 114806384 B CN114806384 B CN 114806384B CN 202210538703 A CN202210538703 A CN 202210538703A CN 114806384 B CN114806384 B CN 114806384B
Authority
CN
China
Prior art keywords
guide vane
wear
resistant waterproof
turbine guide
waterproof coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210538703.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114806384A (zh
Inventor
雷建强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Yongyu Machinery Manufacturing Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Yongyu Machinery Manufacturing Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Yongyu Machinery Manufacturing Co ltd filed Critical Zhejiang Yongyu Machinery Manufacturing Co ltd
Priority to CN202210538703.4A priority Critical patent/CN114806384B/zh
Publication of CN114806384A publication Critical patent/CN114806384A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114806384B publication Critical patent/CN114806384B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D175/04—Polyurethanes
    • C09D175/08—Polyurethanes from polyethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D175/04—Polyurethanes
    • C09D175/06—Polyurethanes from polyesters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/08—Anti-corrosive paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C09D7/62—Additives non-macromolecular inorganic modified by treatment with other compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

本发明公开了一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材；(2)将水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；(3)将水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，固化，养护10‑20天，得到大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ，组分α与组分γ的质量比为1：0.1‑0.6；组分α包括：二异氰酸酯类化合物、低聚物二元醇、颜料、填料；组分γ包括：纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂。

Description

一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及水轮机导叶技术领域，尤其涉及一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法。
背景技术
水轮机作为重要的水电设备，其叶片、导叶及过流部件长期浸没于具有腐蚀性离子的水环境中，极易出现生产事故，若经常更换则具有较高的经济成本。磨蚀是水轮机活动导叶的主要破坏形式。在空蚀、汽蚀和腐蚀的联合作用下，活动导叶表面容易产生针孔、麻点和蜂窝孔洞，甚至形成很深的划痕和沟槽，严重影响水轮机的正常运行，如果不及时检修，可能带来安全隐患，危及整个机组的安全。
随着水轮机单机容量的提高，机组尺寸的增加，比转速的提高，磨蚀问题日益突出。近年来，随着一批国产大型水轮机以及近十年来从国外引进的大型混流式水轮机转轮或水泵水轮机的投产，相继出现不同程度的磨损问题，危及电站安全运行。
目前由于水轮机过流部件常常是局部位置发生磨损，而其他部位磨损现象并不明显，同时磨损又是在表面发生，因此仅仅对其易磨损部位进行表面修复或者局部强化，可显著提高过流部件的表面性能，延长其使用寿命，且这种方法既经济又适用。
对于水轮机叶片及其部件遭受磨蚀的问题，可以通过采用耐磨蚀涂料进行防护的方法来解决，而在防腐涂料中添加石墨烯，可以有效优化涂料各方面的性能。石墨烯是一种单原子层结构的二维平面纳米型碳基材料，它具有高比表面积，优异的导电性，高强度，高韧性等特点。利用石墨烯改性大型水轮机导叶，一方面石墨烯的片层结构和疏水性会阻止水分子接触导叶表面；另一方面，石墨烯可以替代部分金属填料，节约成本，节能环保。
然而由于石墨烯纳米片层具有较高的比表面能，极容易发生团聚现象，同时与涂料中有机物相容性差，高含量石墨烯不利于充分分散，导致导叶性能提高受限，过多的石墨烯可以降低环氧树脂的耐腐蚀性，当腐蚀介质通过涂层时，涂层便失去对金属的保护作用，亟待解决。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法。
纳米石墨烯接枝树枝状大分子，采用羧基化石墨烯与端氨基树枝状结构大分子通过缩合反应，使石墨烯接枝在树枝状结构大分子的端部。
上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：
S1、将氧化石墨烯、降冰片烯二酸酐分散于四氢呋喃中超声分散，然后采用Co-60辐照，辐照剂量为20-30kGy，过滤，洗涤呈滤液呈中性，干燥后依次置于氢氧化钠水溶液、盐酸中静置水解，取出，洗涤至滤液呈中性，干燥得到羧基化石墨烯；
S2、将乙二胺溶解于甲醇中，氮气保护下冰水浴搅拌过程中滴加三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，40-50℃反应5-10h，再置于冰水浴中，搅拌过程中滴加乙二胺，40-50℃反应5-15h，减压蒸馏去除甲醇，萃取，真空干燥得到端氨基树枝状结构大分子；
S3、将羧基化石墨烯、端氨基树枝状结构大分子、4-N,N-二甲基吡啶加入氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入氮氮二异丙基碳二亚胺，30-40℃反应20-60h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。
本发明采用氧化石墨烯与降冰片烯二酸酐进行接枝，随后降冰片烯二酸酐发生水解，从而在石墨烯表面形成大量活性羧基，得到羧基化石墨烯，同时降冰片烯二酸酐的空间位阻可有效促使氧化石墨烯单层的剥离，并可防止自聚发生；而采用乙二胺为原始核，使用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯与乙二胺交替作为支化单体，加成形成端氨基树枝状结构大分子；然后采用氮氮二异丙基碳二亚胺为缩合剂，端氨基树枝状结构大分子与羧基化石墨烯进行缩合反应，从而将石墨烯接枝在树枝状结构大分子的端部，形成纳米石墨烯接枝树枝状大分子，其分子链缠结极少，不易结晶，与后续组分α复配，可使所得涂料具有良好的成膜性能。
优选地，S1中，氧化石墨烯、降冰片烯二酸酐的质量比为1-2：1-2。
优选地，S1中，氢氧化钠水溶液的浓度为1.2-1.8mmol/L，盐酸的浓度为0.8-1.5mmol/L。
优选地，S2中，乙二胺、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二胺的质量比为2-4：30-50：15-30。
优选地，S2中，采用乙酸乙酯进行萃取。
优选地，S3中，羧基化石墨烯、端氨基树枝状结构大分子、4-N,N-二甲基吡啶、氮氮二异丙基碳二亚胺的质量比为1-5：5-15：0.1-0.2：0.1-0.5。
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ，组分α与组分γ的质量比为1：0.1-0.6；组分α包括：二异氰酸酯类化合物、低聚物二元醇、颜料、填料；二异氰酸酯类化合物、低聚物二元醇的摩尔比0.8-1.2：1，二异氰酸酯类化合物、颜料、填料的重量比为10：1-2：1-2；组分γ包括：上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为10-20：1-5：10-20：1-2。
其中组分α与组分γ的质量比为1：0.1-0.2时，组分γ的分子链结构与组分α缠结少，在基材表面的流动性好，亲和度高；而组分α与组分γ的质量比为1：0.4-0.6时，增加纳米石墨烯接枝树枝状大分子在体系中的添加量，不仅不会出现石墨烯团聚现象，而且树枝状的大分子结构经过固化，在涂层结构中形成有序三维结构，增大其添加量不仅增加高分子链移动的阻力，提高高温耐腐蚀性能，而且使涂层的耐磨蚀性能得到显著提高。
优选地，二异氰酸酯类化合物为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中至少一种。
优选地，低聚物二元醇为聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中至少一种。
优选地，助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、触变剂和硅烷偶联剂的混合物。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，固化，在温度20-30℃，相对湿度50-70％的环境下养护10-20天，得到大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
优选地，步骤(1)中，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm。
优选地，步骤(2)所用水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.1-0.2。
优选地，步骤(3)所用水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.4-0.6。
优选地，步骤(3)中，大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的厚度为0.8-1.2mm。
本发明通过控制组分α与组分γ的质量比为1：0.1-0.2混合均匀，喷涂于预处理导叶基材表面，得到一次涂覆基材，然后控制质量比为1：0.4-0.6混合均匀，喷涂于一次涂覆基材表面，固化后形成双层涂层，不仅相互间粘结性高，而且随着时间的延长，界面间组分流动且相容性好，结合强度进一步提高；同时底层涂料在基材上的延展性好，与基材结合强度高，而表层涂料不仅与底层涂料结合强度高，还具有极好的耐高温腐蚀强度，配合石墨烯较强的拒水性，即使长时间浸泡在高温腐蚀介质中，也可保持较好的涂层稳定性，并且耐冲击磨蚀性能好，即使在10m/s的冲蚀流速下，也可保持极低的磨蚀量。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层，采用上述大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法制得。
本发明的技术效果如下所示：
本发明将纳米石墨烯加入复合涂层中，可显著提高涂层的高温腐蚀性、抗冲击性及耐磨蚀性能，而且与导叶基材的结合强度高，层间结合力强，施工性能好，具有较高的防护能力，可用于多泥沙河流过流部件的表面防护领域，尤其适用于要求具有高耐磨蚀、高防水性能的水轮机活动导叶。
附图说明
图1为实施例5和对比例1-2所得大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的剥离强度对比图。
图2为实施例5和对比例1-2所得大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的腐蚀速率与温度的曲线对比图。
图3为实施例5和对比例1-2所得大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的抗冲蚀效果对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：
S1、将1kg氧化石墨烯、1kg降冰片烯二酸酐分散于30kg四氢呋喃中，超声分散1h，超声频率为10kHz，然后采用Co-60辐照，辐照剂量为20kGy，过滤，洗涤呈滤液呈中性，干燥后依次加入至10kg浓度为1.2mmol/L氢氧化钠水溶液、10kg浓度为0.8mmol/L盐酸中静置水解，取出后洗涤至滤液呈中性，干燥得到羧基化石墨烯；
S2、将2kg乙二胺溶解于30kg甲醇中，氮气保护下冰水浴搅拌过程中滴加30kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，40℃反应5h，再置于冰水浴中，搅拌过程中滴加15kg乙二胺，40℃反应5h，减压蒸馏去除甲醇，采用乙酸乙酯萃取1次，真空干燥得到端氨基树枝状结构大分子；
S3、将1kg羧基化石墨烯、5kg端氨基树枝状结构大分子、0.1kg4-N,N-二甲基吡啶加入50kg氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入0.1kg氮氮二异丙基碳二亚胺，30℃反应20h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ。
组分α包括：甲苯二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、颜料、纳米白炭黑；甲苯二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇的摩尔比0.8：1，甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃二醇的反应温度为70℃，反应时间为3h；甲苯二异氰酸酯、颜料、纳米白炭黑的重量比为10：1：1。
组分γ包括：上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为10：1：10：1。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.1；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.4；固化，在温度20℃，相对湿度50％的环境下养护10天，得到厚度为0.8mm的大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
实施例2
纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：
S1、将2kg氧化石墨烯、2kg降冰片烯二酸酐分散于50kg四氢呋喃中，超声分散2h，超声频率为20kHz，然后采用Co-60辐照，辐照剂量为30kGy，过滤，洗涤呈滤液呈中性，干燥后依次加入至20kg浓度为1.8mmol/L氢氧化钠水溶液、20kg浓度为1.5mmol/L盐酸中静置水解，取出后洗涤至滤液呈中性，干燥得到羧基化石墨烯；
S2、将4kg乙二胺溶解于60kg甲醇中，氮气保护下冰水浴搅拌过程中滴加50kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，50℃反应10h，再置于冰水浴中，搅拌过程中滴加30kg乙二胺，50℃反应15h，减压蒸馏去除甲醇，采用乙酸乙酯萃取3次，真空干燥得到端氨基树枝状结构大分子；
S3、将5kg羧基化石墨烯、15kg端氨基树枝状结构大分子、0.2kg4-N,N-二甲基吡啶加入100kg氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入0.5kg氮氮二异丙基碳二亚胺，40℃反应60h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ。
组分α包括：二环己基甲烷二异氰酸酯、聚氧化丙烯二醇、颜料、纳米白炭黑；二环己基甲烷二异氰酸酯、聚氧化丙烯二醇的摩尔比1.2：1，二环己基甲烷二异氰酸酯和聚氧化丙烯二醇的反应温度为90℃，反应时间为6h；二环己基甲烷二异氰酸酯、颜料、纳米白炭黑的重量比为10：2：2。
组分γ包括：上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为20：5：20：2。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.2；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.6；固化，在温度30℃，相对湿度70％的环境下养护20天，得到厚度为1.2mm的大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
实施例3
纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：
S1、将1.2kg氧化石墨烯、1.7kg降冰片烯二酸酐分散于35kg四氢呋喃中，超声分散1.7h，超声频率为13kHz，然后采用Co-60辐照，辐照剂量为28kGy，过滤，洗涤呈滤液呈中性，干燥后依次加入至13kg浓度为1.6mmol/L氢氧化钠水溶液、12kg浓度为1.4mmol/L盐酸中静置水解，取出后洗涤至滤液呈中性，干燥得到羧基化石墨烯；
S2、将2.5kg乙二胺溶解于50kg甲醇中，氮气保护下冰水浴搅拌过程中滴加35kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，48℃反应6h，再置于冰水浴中，搅拌过程中滴加26kg乙二胺，42℃反应12h，减压蒸馏去除甲醇，采用乙酸乙酯萃取3次，真空干燥得到端氨基树枝状结构大分子；
S3、将2kg羧基化石墨烯、12kg端氨基树枝状结构大分子、0.13kg4-N,N-二甲基吡啶加入90kg氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入0.2kg氮氮二异丙基碳二亚胺，37℃反应30h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ。
组分α包括：六亚甲基二异氰酸酯、聚己内酯二醇、颜料、纳米白炭黑；六亚甲基二异氰酸酯、聚己内酯二醇的摩尔比1.1：1，六亚甲基二异氰酸酯和聚己内酯二醇的反应温度为75℃，反应时间为5h；六亚甲基二异氰酸酯、颜料、纳米白炭黑的重量比为10：1.3：1.8。
组分γ包括：上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为12：4：13：1.7。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.12；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.55；固化，在温度22℃，相对湿度65％的环境下养护12天，得到厚度为1mm的大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
实施例4
纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：
将1.8kg氧化石墨烯、1.3kg降冰片烯二酸酐分散于45kg四氢呋喃中，超声分散1.3h，超声频率为17kHz，然后采用Co-60辐照，辐照剂量为22kGy，过滤，洗涤呈滤液呈中性，干燥后依次加入至17kg浓度为1.4mmol/L氢氧化钠水溶液、18kg浓度为1mmol/L盐酸中静置水解，取出后洗涤至滤液呈中性，干燥得到羧基化石墨烯；
将3.5kg乙二胺溶解于40kg甲醇中，氮气保护下冰水浴搅拌过程中滴加45kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，42℃反应8h，再置于冰水浴中，搅拌过程中滴加20kg乙二胺，48℃反应8h，减压蒸馏去除甲醇，采用乙酸乙酯萃取3次，真空干燥得到端氨基树枝状结构大分子；
将4kg羧基化石墨烯、8kg端氨基树枝状结构大分子、0.17kg4-N,N-二甲基吡啶加入70kg氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入0.4kg氮氮二异丙基碳二亚胺，33℃反应50h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ。
组分α包括：异佛尔酮二异氰酸酯、聚己内酯二醇、颜料、纳米白炭黑；异佛尔酮二异氰酸酯、聚己内酯二醇的摩尔比0.9：1，异佛尔酮二异氰酸酯和聚己内酯二醇的反应温度为85℃，反应时间为4h；异佛尔酮二异氰酸酯、颜料、纳米白炭黑的重量比为10：1.7：1.2。
组分γ包括：上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为18：2：17：1.3。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.18；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.45；固化，在温度28℃，相对湿度55％的环境下养护18天，得到厚度为1mm的大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
实施例5
纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：
S1、将1.5kg氧化石墨烯、1.5kg降冰片烯二酸酐分散于40kg四氢呋喃中，超声分散1.5h，超声频率为15kHz，然后采用Co-60辐照，辐照剂量为25kGy，过滤，洗涤呈滤液呈中性，干燥后依次加入至15kg浓度为1.5mmol/L氢氧化钠水溶液、15kg浓度为1.2mmol/L盐酸中静置水解，取出后洗涤至滤液呈中性，干燥得到羧基化石墨烯；
S2、将3kg乙二胺溶解于45kg甲醇中，氮气保护下冰水浴搅拌过程中滴加40kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，45℃反应7h，再置于冰水浴中，搅拌过程中滴加23kg乙二胺，45℃反应10h，减压蒸馏去除甲醇，采用乙酸乙酯萃取3次，真空干燥得到端氨基树枝状结构大分子；
S3、将3kg羧基化石墨烯、10kg端氨基树枝状结构大分子、0.15kg4-N,N-二甲基吡啶加入80kg氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入0.3kg氮氮二异丙基碳二亚胺，35℃反应40h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ。
组分α包括：赖氨酸二异氰酸酯、聚碳酸酯二醇、颜料、纳米白炭黑；赖氨酸二异氰酸酯、聚碳酸酯二醇的摩尔比1：1，赖氨酸二异氰酸酯和聚碳酸酯二醇的反应温度为80℃，反应时间为4.5h；赖氨酸二异氰酸酯、颜料、纳米白炭黑的重量比为10：1.5：1.5。
组分γ包括：上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为15：3：15：1.5。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.15；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.5；固化，在温度25℃，相对湿度60％的环境下养护15天，得到厚度为1mm的大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
对比例1
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ。
组分α包括：赖氨酸二异氰酸酯、聚碳酸酯二醇、颜料、纳米白炭黑；赖氨酸二异氰酸酯、聚碳酸酯二醇的摩尔比1：1，赖氨酸二异氰酸酯和聚碳酸酯二醇的反应温度为80℃，反应时间为4.5h；赖氨酸二异氰酸酯、颜料、纳米白炭黑的重量比为10：1.5：1.5。
组分γ包括：氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为3：15：1.5。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.15；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.5；固化，在温度25℃，相对湿度60％的环境下养护15天，得到厚度为1mm的大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
对比例2
纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：
将3kg纳米石墨烯、10kg树枝状结构大分子、0.15kg 4-N,N-二甲基吡啶加入80kg氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入0.3kg氮氮二异丙基碳二亚胺，35℃反应40h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。
一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ。
组分α包括：赖氨酸二异氰酸酯、聚碳酸酯二醇、颜料、纳米白炭黑；赖氨酸二异氰酸酯、聚碳酸酯二醇的摩尔比1：1，赖氨酸二异氰酸酯和聚碳酸酯二醇的反应温度为80℃，反应时间为4.5h；赖氨酸二异氰酸酯、颜料、纳米白炭黑的重量比为10：1.5：1.5。
组分γ包括：上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为15：3：15：1.5。
一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材，表面除锈达到Sa2.5级，表面粗糙度为80μm；
(2)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.15；
(3)将上述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，水轮机导叶用耐磨防水涂料中，组分α与组分γ的质量比为1：0.5；固化，在温度25℃，相对湿度60％的环境下养护15天，得到厚度为1mm的大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
参照《ASTM D4541-2017用便携式附着力测试仪测定涂层拉脱强度的标准试》对实施例5和对比例1-2所得大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层进行剥离强度测试，速度为1Mpa/s。
如图1所示，实施例5大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的剥离强度最高。
本申请人认为：这是由于本发明通过控制组分α与组分γ的质量比为1：0.1-0.2混合均匀，喷涂于预处理导叶基材表面，得到一次涂覆基材，然后控制质量比为1：0.4-0.6混合均匀，喷涂于一次涂覆基材表面，固化后形成双层涂层，不仅相互间粘结性高，而且随着时间的延长，界面间组分流动且相容性好，结合强度进一步提高；底层涂料既在基材上的延展性好，与基材结合强度高，又与表层涂料的结合强度高。
对实施例5和对比例1-2所得大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层进行模拟浸泡测试，采用复合盐溶液模拟水轮机服役期间所处的阴离子环境，配制如下：称取2g NaCl、2gNaHCO3和0.4gNa2SO4溶于500mL去离子水中，加入标定至1000mL。
将各组试样置于不同温度的复合盐溶液中浸泡3d，如图2所示。随着复合盐溶液温度的升高，腐蚀介质通过液体的溶胀作用穿透涂层，到达涂层内表面，破坏涂层与下层的结合力，产生涂层局部失联、气泡，同时对导叶发生局部腐蚀，这是由于一方面随着温度的升高，溶液中腐蚀性阴离子活性增强，另一方面温度的升高会导致高聚物的分子稳定性下降。
本申请人认为：本发明通过增加纳米石墨烯接枝树枝状大分子在体系中的添加量，不仅不会出现石墨烯团聚现象，而且树枝状的大分子结构经过固化，在涂层结构中形成有序三维结构，增大其添加量增加高分子链移动的阻力，提高高温耐腐蚀性能。同时通过在基材表面固化后形成双层涂层，不仅相互间粘结性高，而且随着时间的延长，界面间组分流动且相容性好，结合强度进一步提高，还具有极好的耐高温腐蚀强度，配合石墨烯较强的拒水性，即使长时间浸泡在高温腐蚀介质中，也可保持较好的涂层稳定性。
对实施例5和对比例1-2所得大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层进行模拟冲蚀测试，实验台由动力系统、冷却系统、泥沙水混合系统组成。本实验的动力系统最大动力630kW，实验中用水泵冲击搅拌实现对泥沙的均匀混合，再用蛇形管抽取地下水进行冷却。在含沙量为4.5kg/m3，冲蚀速度在10.0m/s，对涂层质量损失进行记录。
如图3所示，各组试样在冲蚀前期(0-30min)的质量损失快速增加，水平切应力起主导作用，泥沙颗粒受扰流影响与涂层表面发生相对切削接触，磨蚀量快速增加；冲蚀中后期(30-60min)，各组试样的质量损失随着冲蚀时间缓慢增加，主要是正向冲应力起主导作用，含沙水流对涂层的不断冲刷，涂层表面发生弹性变形，形成冲击坑，涂层磨蚀量并没有大量增加。
本申请人认为：本发明组分γ的分子链结构与组分α缠结少，在基材表面的流动性好，亲和度高；通过增加纳米石墨烯接枝树枝状大分子在体系中的添加量，不仅不会出现石墨烯团聚现象，而且树枝状的大分子结构经过固化，在涂层结构中形成有序三维结构，增大其添加量增加高分子链移动的阻力，使涂层的耐磨蚀性能得到显著提高，即使在10m/s的冲蚀流速下，也可保持极低的磨蚀量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水轮机导叶用耐磨防水涂料，其特征在于，包括组分α与组分γ，组分α与组分γ的质量比为1：0.1-0.6；
组分α包括：二异氰酸酯类化合物、低聚物二元醇、颜料、填料；二异氰酸酯类化合物、低聚物二元醇的摩尔比0.8-1.2：1，二异氰酸酯类化合物、颜料、填料的重量比为10：1-2：1-2；
组分γ包括：纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂；纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯、助剂的质量比为10-20：1-5：10-20：1-2；
纳米石墨烯接枝树枝状大分子为采用羧基化石墨烯与端氨基树枝状结构大分子通过缩合反应，使石墨烯接枝在树枝状结构大分子的端部；
纳米石墨烯接枝树枝状大分子中，首先以氧化石墨烯与降冰片烯二酸酐为原料，依次经过辐照、水解，制备羧基化石墨烯；然后以乙二胺为原始核，使用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯与乙二胺交替作为支化单体，加成形成端氨基树枝状结构大分子；然后将羧基化石墨烯与端氨基树枝状结构大分子缩合制备而成。
2.根据权利要求1所述水轮机导叶用耐磨防水涂料，其特征在于，氧化石墨烯、降冰片烯二酸酐的质量比为1-2：1-2。
3.根据权利要求1所述水轮机导叶用耐磨防水涂料，其特征在于，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二胺的质量比为30-50：17-34。
4.根据权利要求1所述水轮机导叶用耐磨防水涂料，其特征在于，羧基化石墨烯、端氨基树枝状结构大分子的质量比为1-5：5-15。
5.根据权利要求1所述水轮机导叶用耐磨防水涂料，其特征在于，二异氰酸酯类化合物为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中至少一种。
6.根据权利要求1所述水轮机导叶用耐磨防水涂料，其特征在于，低聚物二元醇为聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中至少一种。
7.一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材；
(2)将如权利要求1-6任一项所述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；
(3)将如权利要求1-6任一项所述水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，固化，在温度20-30℃，相对湿度50-70％的环境下养护10-20天，得到大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。
CN202210538703.4A 2022-05-18 2022-05-18 一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法 Active CN114806384B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210538703.4A CN114806384B (zh) 2022-05-18 2022-05-18 一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210538703.4A CN114806384B (zh) 2022-05-18 2022-05-18 一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114806384A CN114806384A (zh) 2022-07-29
CN114806384B true CN114806384B (zh) 2023-06-09

Family

ID=82516114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210538703.4A Active CN114806384B (zh) 2022-05-18 2022-05-18 一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114806384B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116102970B (zh) * 2022-12-16 2023-12-05 山东高速集团有限公司 一种紫外光固化双组分道路标线涂料

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103112225A (zh) * 2013-02-05 2013-05-22 华北水利水电学院 水轮机活动导叶纳米改性聚脲复合涂层材料
CN109627449B (zh) * 2018-12-26 2021-08-24 惠州卫生职业技术学院 Peg化树枝状大分子药物载体及其制备方法
CN110128922B (zh) * 2019-03-27 2021-03-05 浙江中科应化科技有限公司 一种改性聚脲涂料

Also Published As

Publication number Publication date
CN114806384A (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110564274B (zh) 一种耐磨聚脲涂料及其制备方法和应用
CN108997916B (zh) 一种金属基材长效防腐中涂漆及其制备方法
CN110172288B (zh) 一种水下复合防腐涂层及其制备方法
CN101284969B (zh) 无溶剂环氧煤焦油重防腐蚀涂料及其制造工艺
CN114806384B (zh) 一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法
CN110317522B (zh) 一种无溶剂环氧涂料及其制备方法和在油气管道内防腐中的应用
CN112143301B (zh) 一种热固性耐腐蚀耐磨涂层材料及其制备、使用方法
CN108610847B (zh) 一种高耐盐雾的石墨烯锈固化涂料及其制备方法
CN111154377A (zh) 一种陶瓷基亚微米高温防腐耐磨复合涂料及其制备方法和应用
CN111117470A (zh) 一种高分子陶瓷颗粒耐磨涂料及其制备方法
CN103952057A (zh) 一种超韧可急速弯曲钢筋防腐粉末涂料组合物及其制备方法和应用
CN110713785A (zh) 一种金属耐磨耐腐蚀修复方法
CN113278338A (zh) 一种高韧性低能耗石墨烯生物基重防腐涂料及其制备方法
CN115160915B (zh) 一种高固体可全船使用的防腐底漆
CN110982373A (zh) 一种用于金属基材的水性重防腐阻燃涂料及其制备方法
AU2021105527A4 (en) Anti corrosion coating material
CN115386255A (zh) 一种二维材料改性生漆海洋防腐涂料及其制备方法
CN115011213A (zh) 一种无溶剂可带水带锈涂装的重防腐涂料及制备方法
CN113150243A (zh) 一种动态自愈合防锈环氧树脂及其制备方法
CN112409885A (zh) 一种耐腐蚀水性环氧地坪漆及其制备方法
CN110157325A (zh) 一种水性热光双重固化涂料
CN117363164B (zh) 一种聚氟陶瓷耐磨防腐涂层及其制备方法、应用
CN115820081B (zh) 一种水性超疏水环氧树脂的制备方法及在海洋防腐中的应用
CN117125953B (zh) 一种海工钢结构水下快速修补材料及其制备方法
CN110845955A (zh) 一种工程机械用耐高温环保涂料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant