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 产品介绍-》慕湖产品


2028 管道内壁用环氧耐磨涂料

一、前言
环氧树脂在工业中已是大量使用的材料,它有较好的耐化学品性,尤其是耐碱性;对各种基材有极好的粘结性,极好的韧性、硬度和柔软性,优良的耐水性。环氧树脂品种多样,应用广泛。由环氧树脂配制的涂料流平性和润湿性好,可在常温或较低温下施工,交联固化成膜后具有优良的防护效能,且涂膜内的化学键、极性基团、有效交联密度和玻璃化温度等结构参数对膜的粘结力、耐化学药品破坏性的改善起了很大作用,因而得到了广泛的应用。
本文以 E - 20 环氧树脂为代表研究低当量环氧树脂在常温固化耐磨涂料领域应用的可行性。
二、试验部分
1 、主要是原料和仪器
( 1 )主要原料:环氧树脂( E - 20 ),二硫化钼( 600 目),刚玉( 600 目),二乙烯三胺(分析纯),二氧六环(分析纯), NDZ - 311 (分析纯)等。
( 2 )主要仪器:天平、烧杯、水浴锅、电子搅拌器、 CM 无釉砖耐磨试验机、 ss16 型液体喷砂机等。
2 、实验方法
( 1 )基材预处理
试验中的低碳钢试样采用喷砂处理。选用棱角多、硬度适中、 80 目的石英砂为磨料,以( 0.5 ~ 0.6 ) Mpa 干燥洁净压缩空气为动力,喷距为 150 ㎜、喷射角为 30 o~ 75 o将磨料高速喷射到试样表面,将表面杂质彻底地清除并使表面粗化,使涂层与基体有良好的附着力。
( 2 )涂料的制备
首先进行填料预处理,将 ND Z - 311 溶解在少量溶剂中,加入颜填料,在 70 ℃ 快速搅拌约 0.5h ,使每个填料颗粒都能包覆在一层偶联剂,增加无机填料与有机聚合物之间亲和力的有机物质。 E - 20 的软化点为( 65 ~ 75 )℃,故将水浴锅加热到 70 ℃ ,加入二氧六环作为溶剂,将装有固液混合物的烧杯放入水浴锅,用玻璃棒充分搅拌 15min 左右,固体完全溶解。然后将处理好的填料加入树脂中,加入固化剂二乙烯三胺进行搅拌,取环氧当量:活泼氢当量 =1:1 ,配置成涂料,然后刷涂在试样表面。
( 3 )涂层性能的测试
根据 GB/T1723-93 进行粘度的测定。采用 CM 无釉砖耐磨试验机测试涂层的耐磨性,耐磨机的主要参数摩擦钢轮硬度: HB203 ~ 245 ;载荷: 3.3 ㎏;旋转圈数: 2500r (转)。将试样与摩擦钢轮进行对磨,在涂层表面产生磨坑,以磨坑的弦长表示耐磨效果。根据 GB/T9286 - 88 划格法测试涂层的附着力;根据 GB/T6739 - 86 测试涂层的硬度;根据 GB/T1763 - 88 测试涂层的耐蚀性。
三、正交实验与结果分析
实验采用四因素三水平 L 9 ( 3 4 )正交设计,通过极差分析筛选出最优配方。
1 、涂料实验与分析
试验中将环氧树脂的量定为 5g ,考察溶剂、固化剂、填料用量对涂层性能的影响。
2 、正交实验与结果分析(见表 1 )

表 1 正交实验设计与极差分析

试验号

二氧六环 /g

二乙烯三胺 /g

刚玉 /g

二硫化钼 /g

性能检测

粘度

耐磨性

附着力

硬度 1

1

1(4)

1(0.3)

1(0.5)

1(0.5)

26.8

6.1

0

40

2

1(4)

2(0.45)

2(1)

2(1)

27.1

5.4

0

180

3

1(4)

3(0.6)

3(1.5)

3(1.5)

27.3

5.2

1

160

4

2(6)

1(0.3)

2(1)

3(1.5)

23.1

5.5

0

140

5

2(6)

2(0.45)

3(1.5)

1(0.5)

22.8

5.5

0

160

6

2(6)

3(0.6)

1(0.5)

2(1)

22.7

5.6

1

140

7

3(8)

1(0.3)

3(1.5)

2(1)

19.7

5.2

0

140

8

3(8)

2(0.45)

1(0.5)

3(1.5)

19.1

5.8

0

160

9

3(8)

3(0.6)

2(1)

1(0.5)

19.1

5.7

0

140

K 11

81.2

69.6

68.6

68.7

∑ =126.5

 

 

 

 

 

A → C → D → B

K 21

68.6

69

69.3

69.5

K 31

57.9

69.1

69.8

69.5

K 11 平均

27.06667

23.2

22.86667

22.9

K 21 平均

22.86667

23

23.1

23.16667

K 31 平均

19.3

23.03333

23.26667

23.16667

R j1

7.766667

0.2

0.4

0.266667

耐磨性

K 1

16.7

16.8

17.5

17.3

∑ =50

 

 

 

 

 

C → D → B → A

K 2

16.6

16.7

16.6

16.2

K 3

16.7

16.5

15.9

16.5

K 1 平均

5.566667

5.6

5.833333

5.766667

K 2 平均

5.533333

5.566667

5.533333

5.4

K 3 平均

5.566667

5.5

5.3

5.5

R j

0.033333

0.1

0.533333

0.366667

附着力

K 13

1

0

1

0

∑ =2

 

 

 

 

 

D → A 、 B 、 C

K 23

1

1

1

2

K 33

0

1

0

0

K 13 平均

0.333333

0

0.333333

0

K 23 平均

0.333333

0.333333

0.333333

0.666667

K 33 平均

0

0.333333

0

0

R j3

0.333333

0.333333

0.333333

0.666667

硬度

K 1

480

420

440

440

∑ =1360

 

 

 

 

 

B → A → C 、 D

K 2

440

500

460

460

K 3

440

440

460

460

K 1 平均

160

140

146.6667

146.6667

K 2 平均

146.6667

166.6667

153.3333

153.3333

K 3 平均

146.6667

146.6667

153.3333

153.3333

R j

13.33333

26.66667

6.666667

6.666667

综合权衡选取最佳条件,涂料用量及性能指标见表 2 、表 3 。
表 2 涂料最佳配方

组分

质量分数 /%

环氧树脂 E-20

43.67

二硫化钼

8.73

氧化铝

8.73

二乙烯三胺

3.94

二氧六环

34.93

表 3 最佳配方涂层的性能

性能

指标

表干时间 /h

6

实干时间 /d

2 ~ 3

粘度 /s

27.1

硬度

5H

附着力 / 级

0

耐磨性 2500 转弦长 / ㎜

5.40

3 、因素与指标趋势图


图 1 ~图 4 分别为各因素对环氧树脂涂层的粘度、耐磨性、附着力、硬度的影响趋势图。

图 1 各因素对涂层粘度的影响

            
由图 1 可以看出,溶剂对涂料粘度的影响是最明显的,随着溶剂量的增加,涂料不断被稀释,涂料粘度不断不降。

图 2 各因素对涂层耐磨性的影响

           
由图 2 可以看出,由于正交实验中的固化剂使用量都大于理论用量,因此固化剂对涂料的耐磨性影响已经不是很明显。氧化铝对耐磨性的影响很明显,并且随氧化铝含量的加大,弦长呈下降趋势,体现了氧化铝的减磨性。而树脂与二硫化钼的比例超过 5:1 以后,二硫化钼的减磨性能不再提高,当为 1g 时减磨性达到最好。

图 3 各因素对涂层附着力的影响

由图 3 可以看出,固化剂的用量在超过 0.45g 以后附着力基本上没有明显提高,而刚玉和二硫化钼等填料对于附着力的影响。主要表现在含量加大影响树脂与固化剂的交联固化,随着氧化铝的增加交联固化好。

 
图 4 各因素对涂层硬度的影响

由图 4 可以看出,固化剂对硬度的影响是最大的,固化剂用量在 0.45g 时,硬度达到最高,并且随着固化剂用量的继续加大涂层变脆,硬度反而降低。溶剂在这里对硬度的影响也是比较明显的,原因在于,溶剂的挥发量不同,导致最后完全固化时间有差异。氧化铝为硬质颗粒,随着氧化铝量的增加,涂层硬度增加。二硫化钼用量增加,在涂层表面形成一些硬的质点,使涂层硬度增加。

四、结论
1 、环氧树脂基复合材料涂层的磨损,以表层粒子剥落和开裂离为主。加入增强填料及耐磨填料均可提高涂层结合强度,增强涂层的抗冲击磨损能力。
2 、通过四因素三水平正交实验和极差分析得到的涂层由 E - 20 环氧树脂 5 g ,二硫化钼 1g ,氧化铝 1g ,二乙烯三胺 0.5g 、二氧六环 4g 制成。
3 、涂料粘度在 27s 左右,所得涂层在 3.3 ㎏负荷作用下,在 CM 型无釉砖耐磨试验机 150r 的弦长为 3.7 ㎜,硬度为 5H ,附着力达到 0 级。涂层可在室温下固化,使用方便,表干约为 6h 左右、实干约为( 2 ~ 3 ) d 。
4 、该涂层具有优异的润滑耐磨性能与良好的防腐蚀作用,且常温固化时间短、施工方便,适用于要求高耐磨、高耐蚀的环境,可以用作浆泵叶片和管道内壁的表面涂层。

                                             


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