一种高性能耐磨涂层材料、制备方法及其应用与流程

2021-02-02 19:02:02|

525|

起点商标网

本发明属于涂层材料领域，尤其涉及一种高性能耐磨材料、制备方法及其应用。

背景技术：

在有色、冶金、火力发电、洗煤等行业内，有大量的设备或装置在运行中，有一些部位受到各种介质的冲刷、磨损或腐蚀，由于介质的强冲刷、强磨损、强腐蚀，同时还含有大量的硬质颗粒及电化学腐蚀，使这些设备或装置的使用寿命大幅度减少，直接导致设备停机维修次数增多，维修成本高，加大了维修工人的工作强度，同时，设备的运行效率降低，电耗量增大，非正常停机等导致生产成本大幅上升，而废旧备件的产生也导致资源的浪费。要解决上述难题，目前所采用的方法主要有：在易磨损部位粘结瓷片、橡胶、铸石板、喷涂聚氨酯、聚脲等，或采用高铬合金等其它耐磨合金材质。但这些方法都存在不同的缺点，施工难度较大，易脱落；粘结强度低，易脱层鼓泡；耐磨性较差，容易被流体冲蚀磨损，影响整体的耐磨性；或者对表面处理要求苛刻，对环境温度和湿度也要相应要求，施工难度较大，易磨损部件选用高铬合金等耐磨材质时，耐磨性能明显提高，但成本也明显增加，不利于大范围的推广使用。

环氧树脂是一种具有优异性能的热固性树脂，其加工性能优异，固化后又具有一系列优异的性能，如强度高、模量高、制品尺寸稳定性好、粘接性能优良等。因此，常被用作涂料、胶粘剂、复合材料的基体树脂等。但是，由于环氧树脂的交联密度高，其制品脆性很大，对裂纹的抵抗能力差。

为了解决上述问题，本申请提供了一种高性能耐磨涂层材料主要适用于耐磨程度要求较高的场合使用，尤其是矿山矿业处理领域，如渣浆泵、旋流器、搅拌桨、重介旋流器等，涂层致密性好，硬度高，耐磨性强；粘结强度高，稳定性好，具有良好的柔韧性和抗拉强度，耐腐蚀性较强。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种高性能耐磨涂层材料，包括a组分、b组分，所述的a组分包括以下重量份的原料：主料50～90份；辅料1～5份；纤维0.5～2份；增韧剂5～15份；有机硅材料0.1～0.5份；热固性树脂10～20份；所述的b组分包括以下重量份的原料：变定剂5～16份。

作为一种优选的技术方案，所述主料选自第一主料、第二主料、第三主料；所述第一主料、所述第二主料、所述第三主料分别选自陶瓷球、碳化硅、锆刚玉、电熔亚白刚玉、电熔棕刚玉、电熔白刚玉、电熔莫来石中的至少一种；所述第一主料、所述第二主料、所述第三主料的重量比为(2-4)：(2-3)：(1-2)。

所述第一主料粒度为10～60目；所述第二主料粒度为60～150目；所述第三主料粒度为150～240目。

作为一种优选的技术方案，所述增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛，端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛质量比为(3-5)：1。

作为一种优选的技术方案，所述热固性树脂是环氧树脂或改性环氧树脂。

作为一种优选的技术方案，所述增韧剂和热固性树脂质量比为1：(3-4)。

作为一种优选的技术方案，所述有机硅材料为聚硅氧烷、小分子有机硅的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述有机硅材料为含氨基聚硅氧烷、小分子有机硅，含氨基聚硅氧烷、小分子有机硅质量比为(5-8)：1。

本发明的第二方面提供了一种高性能耐磨涂层材料的制备方法；包括以下步骤：

(1)增韧剂、热固性树脂按照上述比例进行搅拌分散，加热，加热温度为90～100℃，时间为1～2小时，得到预聚物；

(2)将步骤(1)中预聚物、辅料、纤维按照上述比例加入进行搅拌分散，搅拌时间5-10分钟；

(3)将60wt％～80wt％有机硅材料、主料按上述比例搅拌5～10分钟，然后再将步骤(2)中的物质加入，搅拌5-10分钟；

(4)将20wt％～40wt％有机硅材料、变定剂搅拌5～10分钟，然后再将步骤(3)中的物质加入，搅拌5-10分钟，得所需的高性能耐磨涂层材料。

有益效果：本发明提供了一种高性能耐磨涂层材料主要适用于耐磨程度要求较高的场合使用，尤其是矿山矿业处理领域，如渣浆泵、旋流器、搅拌桨、重介旋流器等，涂层致密性好，硬度高，耐磨性强；粘结强度高，稳定性好，具有良好的柔韧性和抗拉强度，耐腐蚀性较强。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

为了保持较薄的涂层，并且具有较高的耐磨性能，在一些优选实施方式中，所述主料选自第一主料、第二主料、第三主料；所述第一主料、所述第二主料、所述第三主料分别选自陶瓷球、碳化硅、锆刚玉、电熔亚白刚玉、电熔棕刚玉、电熔白刚玉、电熔莫来石中的至少一种；所述第一主料、所述第二主料、所述第三主料的重量比为(2-4)：(2-3)：(1-2)。所述第一主料粒度为10～60目；所述第二主料粒度为60～150目；所述第三主料粒度为150～240目。

本申请人发现，在第一主料、第二主料、第三主料的重量比为(2-4)：(2-3)：(1-2)，不仅保持了较薄的涂层，而且具有较好的耐磨效果，推测是因为陶瓷球、碳化硅、电熔莫来石等主料的表面基团不仅与本涂层材料中加入的含氨基聚硅氧烷、小分子有机硅相互作用，而且端羧基液体丁腈橡胶和纳米二氧化钛的相互作用也促进了涂层主料的排列；另外本申请人还意外发现，在加入28～32份第一主料时，效果最好，推测是在该重量份下，端羧基液体丁腈橡胶和纳米二氧化钛的相互作用效果最好，从而保证涂层不仅具有较合适厚度，而且具有较高的硬度，避免了涂层易于起皱和耐磨效果差的问题。

在一些优选的实施方式中，所述辅料为石棉粉、铸石粉、钛白粉、氧化铝粉、云母粉、气相二氧化硅中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述纤维为聚丙烯纤维、玻璃纤维、石墨纤维、金属纤维、合金纤维、聚酯纤维、碳纤维中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的至少一种。

为了提高涂层材料的柔韧性和耐热性，更为优选的，所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛；端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛质量比为(3-5)：1。本申请人发现涂层材料采用多端羧基液体丁腈橡胶和纳米二氧化钛复配，可以增韧环氧树脂，固化前相容，固化后分相，形成“海岛结构”，活性基团可以和环氧树脂反应，使得环氧树脂的分子链上嫁接上柔性的橡胶链，改善了涂层的脆性和易开裂的问题。但是柔性连会使环氧相和端羧基液体丁腈橡胶本身的tg都有所下降，耐高温性降低，加入纳米tio2在环氧树脂和端羧基液体丁腈橡胶分散复合，能够在树脂柔性分子链处内起补强、填充、增加界面作用力的作用,有效地改善复合材料的综合性能，不仅起到增强、增韧、抗老化的作用，而且可以提高玻璃化温度，提高耐热性。另外，本申请人意外发现，在端羧基液体丁腈橡胶和纳米二氧化钛质量比为(3-5)：1时，端羧基液体丁腈橡胶和纳米二氧化钛协同作用效果最好，猜测是因为本体系中选用了有机硅材料为含氨基聚硅氧烷、小分子有机硅，且质量比为(5-8)：1，有助于提高在提高涂层柔性的同时，保持较高的玻璃化转变温度。从而既改善了涂层的脆性和易开裂的问题，也能保持较高的耐热性。

本发明中端羧基液体丁腈橡胶可为市售，例如购自济宁恒泰化工有限公司。

在一些优选的实施方式中，所述热固性树脂是环氧树脂或改性环氧树脂。

为了提高涂层材料的粘结力和强度，在一些优选的实施方式中，热固性树脂为e35、e44，e35、e44质量比为1：(1-3)。e35分子量大、粘合力大、内聚力小，强度大，但脆。e44分子量相对短，粘度低。本申请人发现，在e35、e44质量比为1：(1-3)，能够得到较高粘合力和强度的涂层材料，并且具有很好的耐酸碱耐腐蚀性能。其中，e35、e44为环氧树脂的型号。

本发明中e44、e51可为市售，例如购自上海树脂厂有限公司。

在一些优选的实施方式中，所述增韧剂和热固性树脂质量比为1：(3-4)。本申请人发现，耐磨涂层材料中增韧剂和热固性树脂质量比为1：(3-4)时，涂层材料不仅具有较好的韧性，而且抗冲击强度和断裂伸长率也能维持在较好的效果，本申请人意外发现，推测原因可能是在加入端羧基液体丁腈橡胶的耐磨涂层材料中，添加了聚丙烯纤维、聚酯纤维，可以与端羧基液体丁腈橡胶相互作用，而且当加入含氨基聚硅氧烷、小分子有机硅，且质量比为(5-8)：1时，端羧基液体丁腈橡胶、含氨基聚硅氧烷、环氧树脂协同效果最佳，形成交织网络聚合物，从而不仅提高了韧性，而且具有较稳定的弹性模量和断裂伸长率。

在一些优选的实施方式中，所述有机硅材料为聚硅氧烷、小分子有机硅的至少一种。

为了提高涂层材料的粘合度及稳定性，在一些优选的实施方式中，所述有机硅材料为含氨基聚硅氧烷、小分子有机硅，含氨基聚硅氧烷、小分子有机硅协同作用可以提高环氧树脂与填料之间的粘结性，还可以提高填料在环氧树脂的分散和改性效果。含氨基聚硅氧烷一方面能与主料填充材料表面的基团相互作用，又能与环氧树脂相互作用，在主料填充材料与环氧树脂之间形成一个界面层，不仅增强了涂层的粘合强度，提高了材料的力学性能。而且，还与增韧剂的表面基团相互作用，从而提高涂层的相容性和稳定性。但是含有一定分子量的硅氧烷连段通常由于与环氧树脂的相容性不好而形成分相结构，加入小分子有机硅链段，小分子有机硅链段均匀的分散在环氧网络中，从而进行分子水平的改性，避免不可控的相分离发生，进一步提高涂层的稳定性。

更为优选的，氨基聚硅氧烷、小分子有机硅质量比为(5-8)：1；本申请人意外发现，含氨基聚氧硅烷、小分子有机硅质量比为(5-8)：1时，能够最大程度的提高涂层的粘合程度，并且保证力学性能和稳定性。如果含氨基聚氧硅烷含量高，则容易导致涂层相容性不好而出现分相结构；如果小分子有机硅含量过高，则会降低涂层的粘结性，容易脱落，从而降低耐摩擦性能。

在一些优选的实施方式中，所述含氨基聚硅氧烷选自hd-m8173，hd-e8253，hd-e8132中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述小分子有机硅选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述变定剂选自间苯二胺、间苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、联苯胺、苯二甲胺三聚体、咪唑、苯二甲胺三聚体衍生物、亚甲基双苯二胺、二氨基二苯基砜、聚酰胺中的至少一种。

本发明的第二方面提供了一种高性能耐磨涂层材料的制备方法；包括以下步骤：

(1)增韧剂、热固性树脂按照上述比例进行搅拌分散，加热，加热温度为90～100℃，时间为1～2小时，得到预聚物；

(2)将步骤(1)中预聚物、辅料、纤维按照上述比例加入进行搅拌分散，搅拌时间5-10分钟；

(3)将60wt％～80wt％有机硅材料、主料按上述比例搅拌5～10分钟，然后再将步骤(2)中的物质加入，搅拌5-10分钟；

(4)将20wt％～40wt％有机硅材料、变定剂搅拌5～10分钟，然后再将步骤(3)中的物质加入，搅拌5-10分钟，得所需的高性能耐磨涂层材料。

实施例

以下将结合实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。如无特别说明，本发明中的原料均为市售。

实施例1

一种高性能耐磨涂层材料，为a、b双组分的涂层材料，所述的a组分的组成及重量份为：主料；60份；辅料：4.5份；纤维1份；增韧剂5份；有机硅材料0.3份；热固性树脂15份；b组分：变定剂10份。

所述主料包括第一主料、第二主料、第三主料；所述第一主料为平均粒度为30目的陶瓷球30份、所述第二主料为平均粒度为100目的锆刚玉20份、所述第三主料为平均粒度为200目的电熔白刚玉10份；

所述辅料为氧化铝粉、云母粉，氧化铝粉、云母粉质量比为2：2.5；

所述纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维；聚丙烯纤维、聚酯纤维质量比为1：1；

所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛；端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛质量比为4：1；

所述有机硅材料为hd-m8173、乙烯基三甲氧基硅烷(cas号：2768-02-7)；hd-m8173、乙烯基三甲氧基硅烷重量比为6：1；

所述热固性树脂为e35、e44；e35、e44重量比为1：2；

所述变定剂为二氨基二苯基甲烷(cas号：19430-83-2)。

一种高性能耐磨涂层材料的制备方法；包括以下步骤：

(1)增韧剂、热固性树脂按照上述比例进行搅拌分散，加热，加热温度为100℃，时间为1.5小时，得到预聚物；

(2)将步骤(1)中预聚物、辅料、纤维按照上述比例加入进行搅拌分散，搅拌时间10分钟；

(3)将70wt％有机硅材料、主料按上述重量比搅拌5～10分钟，然后再将步骤(2)中的物质加入，搅拌10分钟；

(4)将30wt％有机硅材料、变定剂搅拌10分钟，然后再将步骤(3)中的物质加入，搅拌10分钟，得所需的高性能耐磨涂层材料。

本实施例中端羧基液体丁腈橡胶为市售，购自济宁恒泰化工有限公司。

本实施例中所述hd-m8173为市售，购自青岛恒达众诚科技有限公司。

本实施例中所述e35、e44为市售，购自上海树脂厂有限公司。

实施例2

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，所述的a组分的组成中主料包括第一主料、第二主料、第三主料，所述第一主料为陶瓷球10份、碳化硅10份、电熔棕刚玉10份；所述第二主料为电熔莫来石20份；所述第三主料为电熔亚白刚玉10份；

所述辅料为氧化铝粉、云母粉；氧化铝粉、云母粉质量比为1：1。

实施例3

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，所述的a组分的组成中主料包括第一主料、第二主料、第三主料，所述第一主料为陶瓷球10份；所述第二主料为电熔莫来石30份；所述第三主料为电熔亚白刚玉20份；所述辅料为氧化铝粉、云母粉；氧化铝粉、云母粉质量比为2：2.5。

实施例4

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛；端羧基液体丁腈橡胶、纳米二氧化钛质量比为2：1。

实施例5

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，增韧剂为纳米二氧化钛。

实施例6

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶。

实施例7

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，增韧剂5份，热固性树脂10份。

实施例8

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，增韧剂5份，热固性树脂20份。

实施例9

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，增韧剂10份，热固性树脂10份。

实施例10

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，有机硅材料为hd-m8173、乙烯基三甲氧基硅烷；hd-m8173、乙烯基三甲氧基硅烷重量比为10：1。

实施例11

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，有机硅材料为hd-m8173、乙烯基三甲氧基硅烷；hd-m8173、乙烯基三甲氧基硅烷重量比为3：1。

实施例12

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，有机硅材料为hd-m8173。

实施例13

一种高性能耐磨涂层材料，具体实施方式同实施例1，所不同的是，有机硅材料为乙烯基三甲氧基硅烷。

性能评价

根据所需涂层厚度进行涂抹，涂抹厚度一般为10mm，对于渣浆泵涂抹厚度为5mm，一次成型，涂抹时尽量压实以避免涂层内部含有过多气泡，影响涂层使用效果。涂层材料涂抹完成后，采用加热80℃/lh条件下固化，在表1中列出了测试结果。

(1)抗拉强度

用万能材料试验机按gb7124-86标准检测抗拉强度，抗拉强度越大，说明涂层材料在拉伸断裂前能够承受的拉应力越大，该指标越大越好；详细数据见表1。

(2)抗剪切强度

用万能材料试验机按gb6329-86标准检测抗剪切强度，抗剪切强度越大，说明涂层材料在剪切面上能够承受的剪应力越大，该指标越大越好，详细数据见表1。

(3)耐磨性

用抗磨损试验机检测耐磨性，耐磨性越小，说明在磨损过程中，单位时间内涂层材料的体积减量越小，涂料更耐磨，该指标越小越好，详细数据见表1。

表1

通过实施例1-13可以得知，本发明提供一种高性能耐磨涂层材料涂层致密性好，硬度高，耐磨性强；粘结强度高，稳定性好，具有良好的柔韧性和抗拉强度，耐腐蚀性较强。最后指出，以上所述为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围以内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击【在线咨询】或添加微信【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。