耐磨耐腐蚀复合材料及其制备过流部件或内部复合层方法与流程

1.本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种耐磨耐腐蚀复合材料及其制备过流部件或内部复合层的方法。


背景技术：

2.二十世纪八十年代初，德国d
ü
chting公司生产了一种耐磨耐腐蚀碳化硅浇注料，该技术将传统的有机坯体注模成型技术与高分子化学理论相结合，将可形成凝胶体的有机热固型高分子树脂和交联剂与有机溶剂置成预混液，与陶瓷粉体混合后配制成陶瓷浆料，浇注入无渗透的模具中并在一定条件下使之原位聚合，形成交叉键结构的凝胶体。该工艺技术适用于厚壁陶瓷颗粒增强高分子材料的精密浇注成型，但该工艺方法因浆料粘度太高，不适用于薄壁为0.01cm-2cm的耐磨部件的浇注，另外，浇注所用模具制造费用较高，模具损耗也较大，导致制造成本很高。此外，德国d
ü
chting公司在复杂形状耐磨部件制造时，因脱模难度太高，而无能为力。


技术实现要素：

3.本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种耐磨耐腐蚀复合材料及其制备过流部件或内部复合层的方法，具体的技术方案如下：
4.本发明的第一个目的在于提供一种耐磨耐腐蚀复合材料，包括陶瓷粉体、高分子树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、消泡剂；
5.所述高分子树脂的重量为陶瓷粉体重量的5-50％；所述固化剂的重量为高分子树脂重量的1％-35％；所述稀释剂的重量为高分子树脂重量的0％-40％，所述增塑剂的重量为高分子树脂的0％-40％；所述增韧剂的重量为高分子树脂的0％-40％，所述消泡剂的重量为树脂重量的0％-10％。
6.进一步地，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、莫来石、石英、碳化钨、金刚石中的一种或两种及以上的混合物。
7.进一步地，所述陶瓷粉体的粒径分布在1μm-2000μm范围内。
8.进一步地，所述高分子树脂为酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、环氧脂树脂、双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、氟树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或两种及以上的混合物。
9.进一步地，所述固化剂为三乙烯四胺，二乙烯三胺、多乙烯多胺、乙二胺、酚醛胺、聚醚胺、过氧化苯甲酸叔丁脂、过氧化甲乙酮、双氰胺、环氧树脂、三乙胺、苯并噁嗪树脂中的一种或两种及以上的混合物。
10.进一步地，所述稀释剂为甲醇、h2o、丙酮、四氢呋喃、松香水、烷基缩水甘油醚、汽油、乙醇、二甲苯、正丁醇、醇酯12中的一种或两种及以上的混合物。
11.进一步地，所述增塑剂为丁腈橡胶、酚酞聚芳醚酮、聚醚砜中的一种或两种及以上的混合物。
12.进一步地，所述增韧剂为纳米氧化硅、钛酸酯、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三硅烷、4，4-二氨基二苯砜中的一种或两种及以上的混合物。
13.进一步地，所述消泡剂为炔二醇、聚硅氧烷、聚醚酮、聚醚改性聚硅氧烷中的一种或两种及以上的混合物。
14.本发明的第二个目的在于提供一种制备过流部件或内部复合层的方法，包括如下步骤：
15.(1)陶瓷浆料配置混合：将上述组份原料进行加热搅拌混合形成陶瓷浆料，混合均匀出料后，将陶瓷浆料在真空搅拌条件下除气泡，至无气泡逸出为止；
16.(2)复合材料预制件制备：将除气泡后的陶瓷浆料涂敷于一层或多层纤维布表面，制成复合材料预制件；
17.(3)过流部件或内部耐磨层制备：将复合材料预制件制成过流部件；或将所复合材料预制件铺在过流部件部分内表面或全部内表面，并通过加热的方式使复合材料预制件形变与过流部件贴合形成内部耐磨层；最后采用气囊持续加压的方式将过流部件或内部耐磨层进行定型处理；
18.(4)热成型：过流部件在持续加压的方式下，经热处理后得到过流部件或复合层。
19.进一步地，所述步骤(1)中，加热温度为20-120℃，搅拌混合的时间为0.01h-3-h。
20.进一步地，所述步骤(2)中，所述纤维布为聚酯布、玻璃纤维布、石英纤维布、碳纤维布或尼龙纤维布中的一种。
21.进一步地，所述纤维布厚度0.1-2mm。
22.进一步地，所述步骤(2)中，涂敷的方法为毛刷涂刷、喷枪喷涂或复合材料预浸机进行涂敷。
23.进一步地，所述步骤(3)中，加热温度为20-120℃；定型处理，使真空袋内外压力差》0.05mpa。
24.进一步地，所述步骤(3)中，所述气囊为橡胶气囊、硅胶气囊或聚氨酯气囊、以丁基橡胶结合高分子膜气囊；加压方式为柔性模具外正压、柔性模具内负压或两者结合加压。
25.进一步地，所述步骤(4)中，热处理的温度为10℃-200℃，热处理，使真空袋内外压力差》0.05mpa的状态，热处理的时间为0.5h-100h。
26.进一步地，所述步骤(4)中，热处理的温度通过烤灯、测温仪或鼓风(或感应)烘箱控制。
27.本发明的有益效果为：
28.本发明以纤维布为载体，采用具有优良的耐磨、耐腐蚀、耐酸碱等特性的复合材料及复合材料预浸料制备技术，制备厚度可控的陶瓷骨料增强高分子耐磨材料预制件，将预制件制成过流部件，或通过控制温度调整预制件形变，将复合材料预制件贴合到过流部件内表面，最终通过控制柔性阳模内外压力差，实现耐磨耐腐蚀复合材料与金属部件粘接定型，及复合材料致密化。
29.本发明制造装备简单、操作方便，可实现0.01cm-10cm范围耐磨材料的制造，采用柔性气囊模具，大大降低模具成本，且在复杂形状耐磨部件制造时，脱模过程更具优势；即本发明的方法易实现形状复杂且厚度可控耐磨复合材料的制备。综合考虑停产、漏水、维修等其它成本因素，本发明具有极大的实用价值，尤其在矿山设备过流部件的应用上。
具体实施方式
30.以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
31.实施例1：
32.一种制备具有耐磨耐腐蚀弯头复合层的方法，包括如下步骤：
33.(1)陶瓷浆料配置混合：称取1kg平均粒径为220目碳化钨陶瓷粉，3kg平均粒径为80目碳化硅陶瓷粉体，3kg平均粒径为46目碳化硅陶瓷粉，3kg平均粒径为24目碳化硅陶瓷粉，称取1.4kg苯并恶嗪树脂粉料，称取0.6kg环氧树脂，称取5g乙烯基三乙氧基硅烷，称取1g聚醚砜。其中，苯并恶嗪树脂与环氧树脂互为固化剂。
34.将苯并恶嗪树脂粉料、环氧树脂、乙烯基三乙氧基硅烷混合后，放置到100℃烘箱进行热加工处理，直到树脂完全融化，将混合树脂取出后，进行搅拌混合，直到环氧树脂与苯并恶嗪树脂混合均匀。将陶瓷粉料与混合均匀的树脂体系进行热加工混合，混合温度100℃，混合工序完成后，进行真空脱泡处理；
35.(2)复合材料预制件制备：将除气泡后的浆料体系涂覆到单层厚度为0.2mm的碳纤维布的表面，得到单层厚度为0.5cm的耐磨蚀预浸料，放置到室温冷却，得耐磨蚀复合材料预浸料；
36.(3)弯头内部耐磨层制备：用电熨斗将准备好的复合材料预制件，熨烫到金属弯头内表面；将真空袋铺在复合材料表面，并用腻子条，将真空袋与金属弯头进行连接，真空袋与真空管连接，形成密闭空间；真空袋持续加压将复合材料预制件进行定型处理；
37.(4)热成型：将待加工复合材料试样，放置到烘箱内，并打开真空泵，真空袋内处于-0.1mpa的状态；设置烘箱，使其温度达到180℃；3小时后，取出具有耐磨耐腐蚀复合层的弯头。
38.将所述具有耐磨耐腐蚀复合层的弯头应用于某金矿浮选厂尾砂处理系统管道系统，替代其车间金属内衬胶弯头。相较之前使用的衬胶弯头，使用寿命上对比，本发明提供的具有仅为0.5cm耐磨耐腐蚀复合层的弯头，使用寿命》1.5年，而之前所使用的衬胶弯头厚度为2cm，使用寿命仅1年。另外，同等外管径情况对比，本发明提供的具有耐磨耐腐蚀复合层的弯头的内管径比衬胶弯头内径大3cm，过流率和过流内压更具优势。此外，长期使用磨蚀后，衬胶弯头容易脱落，造成管道堵塞，漏水等严重问题，需要提前更换及定期拆装检查，而本发明提供的具有耐磨耐腐蚀复合层的弯头，仅仅以粉料的方式逐渐磨蚀，不会造成脱落及堵塞管道。因此，本发明提供的复合材料弯头具有使用安全、使用寿命长和过流率高等优势。
39.实施例2：
40.一种制备具有耐磨耐腐蚀叶片的方法，包括如下步骤：
41.(1)陶瓷浆料配置混合：称取1kg平均粒径为220目氮化硅陶瓷粉，3kg平均粒径为80目氧化铝陶瓷粉体，3kg平均粒径为40目碳化钨陶瓷粉，3kg平均粒径为24目碳化硅陶瓷粉，称取1.8kg环氧树脂粉料，称取0.2kg聚醚胺，称取5g乙烯基三乙氧基硅烷。
42.将环氧树脂、聚醚胺和乙烯基三乙氧基硅烷混合后，将陶瓷粉料与混合均匀的树脂体系进行热加工混合，混合温度为100℃，混合工序完成后，进行真空脱泡处理；
43.(2)复合材料预制件制备：将单层厚度为0.8mm玻璃纤维依据叶片形状进行裁剪，
并铺层至厚度为0.8cm，将除气泡后的浆料体系涂覆到玻璃纤维布上下表面，得厚度为1.5cm复合材料预制件；
44.(3)叶片的制备：将真空袋铺在复合材料预制件表面，并用腻子条，将真空袋与金属模具进行连接，真空袋与真空管连接，形成密闭空间；真空袋持续加压将复合材料预制件进行定型处理；
45.(4)热成型：将待加工复合材料试样，放置到烘箱内，并打开真空泵，使真空袋内处于-0.1mpa的状态；设置烘箱，使其温度达到70℃；1小时后，取出具有耐磨耐腐蚀的叶片。
46.将所述具有耐磨耐腐蚀的叶片应用于火电厂脱硫系统搅拌叶片，用以实现碳酸钙与液浆混合均匀。相较于行业内普遍认可，由德国伊卡托生产的金属材料搅拌叶片，使用寿命更长。相同使用环境，均采用德国伊卡托生产的搅拌机，德国伊卡托所生产的搅拌叶片在使用一年后，叶片边缘磨损严重，机械效率逐渐下降，基本失去继续使用价值。而本发明制作的搅拌叶片使用一年后，厚度下降1mm，即使连续使用三年后，本发明所提供的耐磨蚀复合材料搅拌叶片，厚度下降3mm，叶片边缘无明显磨损，电机电流没有显著变化，仍正常使用；重量方面，本发明提供的耐磨蚀复合材料叶片的密度为2.2g/cm3，而德国伊卡托所生产的搅拌叶片密度》8g/cm3，作为连续运转动力部件该复合材料叶片能耗更低。此外，本发明还大大降低了制造成本，具备明显的成本优势。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
200℃，热处理，要求真空袋内外压力差>0.05mpa的状态，热处理的时间为0.5h-100h。

技术总结
本发明属于复合材料技术领域，涉及耐磨耐腐蚀复合材料及其制备过流部件或内部复合层的方法，所述耐磨耐腐蚀复合材料包括陶瓷粉体、高分子树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、消泡剂。本发明以纤维布为载体，采用具有优良的耐磨、耐腐蚀、耐酸碱等特性复合材料及复合材料预浸料制备技术，制备厚度可控的陶瓷骨料增强高分子耐磨材料预制件，将预制件制成过流部件，或通过控制温度调整预制件形变，将复合材料预制件贴合到过流部件内表面，最终通过控制柔性阳模内外压力差，实现耐磨耐腐蚀复合材料与金属部件粘接定型，及复合材料致密化。及复合材料致密化。


技术研发人员：吴圣贤 刘志文 吴奕鑫 刘利波 吴建勇 赵鹏 王盛 于洪彬 张福敏 杨根泉 毛栋生 秦磊 李宝伟
受保护的技术使用者：烟台富和特种陶瓷有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/22