一種水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料及其制備方法，按重量百分含量計(jì)，該涂料由以下組分組成：四氟氯乙烯-乙烯基醚聚合物35%~70%、固化劑5.5%~12%、硅烷偶聯(lián)劑和氟硅烷偶聯(lián)劑2%~10%、碳化硅15%~30%、納米復(fù)合顆粒1~10%、助劑0.03%~3%、甲基異丁基酮和乙酸丁酯20%~40%、催干劑0.001%~1%；所述納米復(fù)合顆粒為三氧化二鉻、氧化鋯和氣相二氧化硅的混合物；所述助劑為流平劑、消泡劑、分散劑和防沉劑。本發(fā)明專利技術(shù)采用特定的涂料配方，制備的涂層表面平整光滑，附著力達(dá)到0級，涂膜硬度達(dá)到9H，耐水性達(dá)到3000h，耐鹽霧性能達(dá)到2500h，耐磨性是20碳鋼的5倍。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料及其制備方法
本專利技術(shù)屬于涂料工業(yè)，具體地說，本專利技術(shù)涉及一種水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料。
技術(shù)介紹
水泵作為一種常見的動力機(jī)械，廣泛的應(yīng)用于電力、水立等領(lǐng)域，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和工作壽命很大程度上取決于其葉片是否可靠。葉輪長時間承受高速氣流和液滴的沖擊，在汽蝕和疲勞的共同作用下，到一定程度后整個葉輪報(bào)廢，需及時進(jìn)行更換。在水泵抗汽蝕磨損表面保護(hù)技術(shù)中主要有兩種：采用金屬表面保護(hù)和涂層保護(hù)。金屬表面保護(hù)層使用最多的是焊條堆焊和線材噴涂。利用不銹鋼焊條的堆焊法可保證焊層與基體有很高的結(jié)合強(qiáng)度，但堆焊法沖淡率大，焊層厚而不勻且加工余量大，對工作基體材料的可焊性要求高。經(jīng)堆焊法處理的水泵葉片表面，一般在堆焊處未發(fā)生汽蝕破壞前，在堆焊點(diǎn)周圍又迅速發(fā)生新的汽蝕破壞，直至堆焊層底部。線材噴涂所形成的不銹鋼霧狀顆粒涂層以機(jī)械結(jié)合為主，不太適用于水泵沖擊載荷和抗汽蝕的修復(fù)。對于一些大型的水泵工件，如大口徑(直徑3m以上)軸流泵葉輪室，可以在表面鑲嵌一層不銹鋼板來增加抗磨蝕能力。但這種方法需將工件送至大型水泵廠專門加工、車削、鑲嵌、焊接，費(fèi)用貴，周期長，非一般泵站所能實(shí)施。合金粉末噴涂是在線材噴涂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與堆焊法相比，成型美觀平整，厚度易于控制，沖淡率小，方法簡便，熱源易得．加工不受氣候、場地的限制。但由于噴涂層是由高速噴射到基體表面、半熔融狀態(tài)的合金粉末微粒一層一層地有規(guī)則地疊加形成的，屬于層狀結(jié)構(gòu)，其物理特性具有方向性；而且在噴涂過程中，由于每顆粉末微粒均出現(xiàn)凝結(jié)、收縮、變形等現(xiàn)象致使在涂層中產(chǎn)生一種內(nèi)應(yīng)力，因此，合金粉末噴涂一般只用于汽蝕和磨蝕不太嚴(yán)重的中小型水泵的表面保護(hù)。我國非金屬涂層的研究起始于20世紀(jì)60、70年代，那時就開始將環(huán)氧樹脂及其復(fù)合物應(yīng)用于水泵進(jìn)行抗磨蝕保護(hù)。在20世紀(jì)80年代又相繼開發(fā)了復(fù)合龍涂層、聚氨酯類涂層、仿陶瓷涂層以及橡膠涂層等非金屬涂層。另外有一些用速鈦膠、橡膠、搪瓷、陶瓷、玻璃等材料制成的非金屬涂層，但由于其加工工藝復(fù)雜等原因這些涂層使用較少。20世紀(jì)90年代，在工業(yè)領(lǐng)域還引進(jìn)了美國DEV—CON修復(fù)劑、ARC復(fù)合涂料、人造橡膠等高分子聚合物材料。這些非金屬涂層材料在泵站惡劣的使用環(huán)境下，往往因涂層與金屬基體結(jié)合能力差以及材料本身硬度不夠，很難達(dá)到預(yù)期的抗汽蝕、磨蝕效果。目前應(yīng)用最多的是環(huán)氧樹脂耐磨材料。但未改性的環(huán)氧樹脂由于交聯(lián)密度大等原因，其同化物存在脆性大、內(nèi)應(yīng)力較大、易開裂、沖擊強(qiáng)度低等不足，在一定程度上限制了環(huán)氧樹脂在工程上的應(yīng)用。環(huán)氧樹脂增韌的經(jīng)典方法有：通過加入彈性體改性；用具有柔軟分子結(jié)構(gòu)的材料改性環(huán)氧樹脂；合成環(huán)氧固化劑等，這些方法在提高環(huán)氧樹脂韌性的同時．往往會降低固化物的機(jī)械模量和耐熱性。近來被重點(diǎn)研究的環(huán)氧增韌改性技術(shù)包括：互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)結(jié)構(gòu)增韌技術(shù)、熱敏液晶聚合物(TI，CP)結(jié)構(gòu)增韌技術(shù)、無機(jī)納米粒子或高分子彈性納米粒子改性技術(shù)等。由于無機(jī)納米粒子改性的環(huán)氧樹脂能有效地將無機(jī)物的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與聚合物的韌性、加工性及介電性結(jié)合在一起，因此無機(jī)納米粒子改性環(huán)氧樹脂的研究日益成為眾多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。無機(jī)納米粒子增韌改性的環(huán)氧樹脂技術(shù)將會在特種浸漬樹脂、塑封樹脂、灌封澆注樹脂、云母纖維復(fù)合材料、電工塑料等絕緣材料產(chǎn)品的研究開發(fā)中得到積極的應(yīng)用。無機(jī)納米粒子增韌的一個關(guān)鍵問題是納米粒子易團(tuán)聚，影響其在環(huán)氧樹脂中的均勻分散。因此，無機(jī)納米粒子的表面改性也是環(huán)氧樹脂增韌改性研究的重要內(nèi)容之一。無機(jī)納米粒子對樹脂的增強(qiáng)增韌作用可歸結(jié)為3個方面：①無機(jī)納米粒子在變形中產(chǎn)生應(yīng)力集中，引發(fā)粒子周圍的樹脂基體屈服，從而吸收大量變形功，阻礙和鈍化銀紋在樹脂中的擴(kuò)展，起到防止破壞性開裂的作用；②剛性無機(jī)納米粒子在拉應(yīng)力作用下的仲長變形很小，導(dǎo)致基體和無機(jī)粒子的界面部分脫粘而產(chǎn)生空穴，進(jìn)而使裂紋鈍化，阻礙裂紋擴(kuò)展成破壞性裂縫而產(chǎn)生增韌作用；③無機(jī)納米粒子表面存在大量的不飽和殘鍵及活性基團(tuán)，表面活性高，能夠與高分子鏈發(fā)生物理或化學(xué)交聯(lián)，而且經(jīng)有機(jī)改性的無機(jī)納米粒子的化學(xué)交聯(lián)作用更為顯著，因此導(dǎo)致材料在沖擊作用下產(chǎn)生更多微裂紋，吸收更多沖擊能。含氟樹脂是目前一種非常熱門樹脂，因其特有的結(jié)構(gòu)特性，穩(wěn)定性比所有其他的樹脂性能都要好。含氟聚合物與眾不同的性質(zhì)與氟原子的特性密切相關(guān)。氟原子位于元素周期表的第VII主族，原子序號為9，核外電子分布ls22s22p5，氟原子核外電子全部分布在第一、第二層原子軌道上，離原子核比較近，原子核內(nèi)的9個正電荷牢固地將核外電子吸引在其周圍，這就決定了氟原子的原子半徑比較小，吸引電子能力強(qiáng)，即電負(fù)性大。氟原子與碳原子組成共價鍵時，由碳原子提供的共享電子也進(jìn)入第二軌道上，所以C-F鍵的鍵長（0.142nm）比C-Cl鍵長（0.177nm）和一般的C-C鍵的鍵長（0.154nm）短很多。C-F鍵能較大，電負(fù)性大，這一特性就決定了含氟高聚合物的化學(xué)穩(wěn)定性高。聚合物中所含氟原子越多，C-F鍵長越短，鍵能越大。CH3F的C-F鍵長為0.142nm鍵能為389.3KJ/mol，而CF4的C-F的鍵長，鍵能為543.6KJ/mol。后者比前者的鍵能大許多，由其組成的含氟高聚物化學(xué)穩(wěn)定性則更高些。含氟高聚物中氟原子的增加，相應(yīng)的C-C鍵的鍵長也隨之縮短。全氟烯烴分子中的C-C鍵的鍵長0.147nm，比在一般烴分子中的C-C鍵的鍵長0.154nm。因此，含氟聚合物分子中的化學(xué)鍵不容易發(fā)生斷裂，宏觀上則表現(xiàn)為其耐腐蝕性、耐化學(xué)性及熱穩(wěn)定性。同時氟原子還具有屏蔽效應(yīng)。一般聚烯烴分子的碳鍵呈鋸齒狀，氫原子分布在四條直線上。如果將氫原子換成氟原子，由于氟原子的電負(fù)性大，氟原子帶有較多負(fù)電荷，相鄰氟原子之間相斥，使含氟烷烴中的氟原子不在四條線上，使分子鍵中的C-C鍵角112o變?yōu)?07o，而沿著碳鍵作螺線形分布，中間的一條碳鏈四周被一系列帶負(fù)電氟原子包圍。由于是對稱分布，整個分子是非極性的，又由于氟的極化率小，所以F-C高聚物高度絕緣，在化學(xué)上突出地表現(xiàn)在它的高度熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。這種F-C長鏈上的F的相斥作用，和螺旋狀的F-C鍵，使F-C長鏈非常容易滑動，表現(xiàn)為耐磨性非常好。FEVE氟碳樹脂涂料與其他樹脂涂料相比，具有以下特點(diǎn)。（1）FEVE氟碳涂料有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性能。在常溫下，F(xiàn)EVE氟碳樹脂涂料耐10%的硫酸、10%的氫氧化鈉、10%鹽酸的性能皆優(yōu)于灰鋁粉石墨醉酸面漆和丙烯酸聚氨酯面漆。醇酸樹脂漆耐酸性較好，但極不耐堿；丙烯酸聚氨酷樹脂漆耐堿性稍好，但又不耐酸；只有FEVE氟碳涂料既有良好的耐堿性又有優(yōu)良的耐酸性。FEVE氟碳涂料與丙烯酸聚氨酯涂料耐SO2氣體的腐蝕性想當(dāng)，但是耐NO和HCl氣體要優(yōu)于丙烯酸聚氨酯樹脂涂料。（2）FEVE氟碳涂料有良好的抗污性和防粘性。涂膜具有憎水僧油性，可以防止污染物在表面附著，摩擦系數(shù)小。（3）FEVE氟碳涂料還具有優(yōu)異的綜合性能。涂膜柔和和典雅，手感滑爽；涂膜附著力強(qiáng)，對鋼材、不銹鋼、鋁材、無機(jī)建材、木材和塑料表面都有很好的附著力；對溫度的適應(yīng)性好；涂膜在0~160℃的范圍內(nèi)皆可以正常使用，能抵御嚴(yán)寒酷暑、干濕交替的環(huán)境；阻燃防霉，涂膜不易燃燒，極限氧指數(shù)高達(dá)95%，阻燃溫度高本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料及其制備方法，其特征在于：所述涂料為有底漆涂料，按重量百分含量計(jì)，該面漆涂料包括以下組分：四氟乙烯?乙烯基醚聚合物?????35~70%固化劑??????????????????????5.5~12%硅烷偶聯(lián)劑和氟硅烷偶聯(lián)劑????2~10%碳化硅??????????????????????15~30%納米復(fù)合顆粒????????????????1~10%助劑????????????????????????0.03~3%甲基異丁基酮和乙酸丁酯??????20~40%催干劑??????????????????????0.001~1%；所述納米復(fù)合顆粒為三氧化二鉻、氧化鋯和氣相二氧化硅的混合物；所述助劑為流平劑、消泡劑、分散劑和防沉劑。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料，其特征在于：所述涂料為有底漆涂料，該耐磨涂料包括以下組分，按重量百分含量計(jì)，各組分的百分含量之和為100％：所述助劑為流平劑、消泡劑、分散劑和防沉劑；按重量百分含量計(jì)，所述納米復(fù)合顆粒為納米三氧化二鉻、納米氧化鋯和氣相二氧化硅的的混合物，其重量比例為4:1：8～2:1:8之間；所述甲基異丁基酮和乙酸丁酯的質(zhì)量比為1:5～1:8。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料，其特征在于，所述流平劑為BYK-310，所述消泡劑為BYK-A530，所述分散劑為BYK-163，所述防沉劑為BYK-431。3.一種制備權(quán)利要求1所述的水泵葉輪抗汽蝕耐磨涂料的方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步，制備固化劑體系，即向固化劑中加入部分溶劑，攪拌均勻；第二步制備涂料體系，即將碳化硅、納米復(fù)合顆粒、防沉劑、分散劑、偶聯(lián)劑、剩余溶劑混合，攪拌均勻，超聲波粉碎0.5～1h...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱志平，代陳林，銀朝暉，柳森，
申請(專利權(quán))人：長沙理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南;43