CN102504672A

CN102504672A - 一种环氧树脂基耐磨防腐材料

Info

Publication number: CN102504672A
Application number: CN2011103339273A
Authority: CN
Inventors: 张哲�; 许剑; 张惠怡; 武战翠; 王忠超; 马国富; 雷自强
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Dongguan bright building materials Co., Ltd.
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102504672B

Abstract

本发明提供了一种环氧树脂基耐磨防腐材料，是以环氧树脂为基体，以纳米坡缕石-氧化铝为填料，采用超声分散及机械共混技术制备而成，属于复合材料技术领域。本发明的环氧树脂基耐磨防腐材料具有优异的耐磨防腐性能，并具有良好的附着力，因此，可作为复合涂层应用在机械零部件材料表面，以改善机械零部件的耐磨防腐性能，从而延长金属零部件的使用寿命。

Description

一种环氧树脂基耐磨防腐材料

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种复合耐磨防腐材料，尤其涉及一种环氧树脂基耐磨防腐材料。

背景技术

目前，耐磨涂层在诸多领域承担者抗磨损、润滑的功能，如航天领域中对高温发动机、气缸等器件的润滑；应用在机床上可提高机床的精度和使用寿命；在铁路***中可提高机车的运行速度和延长使用寿命；该涂层在流体冲蚀磨损方面的优异性能还应用于泥浆泵，选矿机件和水轮机叶片等水利机械部件表面；还可以用作轿车玻璃和建筑玻璃等透明装饰的保护涂层；另外可应用在齿轮、气缸、高抛光的金属及木材和其它平板材料的表面，大幅度提高其耐磨性和使用寿命。

腐蚀一直是材料能源损失的主要原因之一，在发达国家，每年腐蚀所造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%~4%，约有30%的设备因腐蚀而报废。在我国由于腐蚀所造成的经济损失也占国民生产总值的4%左右。长期以来，人们采用多种方法和技术对金属加以保护，防止腐蚀发生，而目前在防止和延缓金属锈蚀的诸多措施中，最便利、最经济的莫过于采用涂料或涂层保护。但是，很多耐磨涂层只具有耐磨性，而不具备防腐蚀性能。

中国专利201010231505.0公开了一种憎水耐磨防腐蚀涂料及制备方法，以环氧树脂为基体，钛白粉，陶瓷粉和硫酸钡为填料，得到耐磨防腐蚀涂料，主要用于平台，码头，桥梁，船舶等海洋结构物的防腐蚀。中国专利200510019468.6提供了一种水性环氧树脂涂料，其中填料选择了碳酸钙，高岭土，滑石粉，硫酸钡等，考察了其涂料的弯曲性能，耐冲击性以及耐水性和耐候性，在该专利中没有考察到涂层的摩擦磨损性能。中国专利200920281466.8和200920029932.3，分别用环氧树脂和尿醛树脂作为涂层，没有其它无机填料，这种涂层的增韧效果可能不是很理想，结果会导致涂层在比较小的载荷下会产生裂痕，使涂层脱落。周元康、张大斌等人在“坡缕石纳米/酚醛树脂的制备及其摩擦材料的性能，《润滑与封闭》，2008 (33) 4:47-50”一文中制备了坡缕石纳米复合的酚醛树脂，用于编织型摩擦材料。孙岩岩等人在“环氧树脂/凹凸棒土纳米复合材料的制备与表征，《塑料工业》，2011(39)1: 22-26”一文中制备了凹凸棒土/环氧树脂复合材料，但该论文不是研究环氧树脂耐磨性能的文章，论文中未提及任何摩擦性能方面的测试。康文韬等人在“环氧树脂/ 凹凸棒土复合材料的分散和力学性能研究，《中国塑料》，2002(16)10: 29-33”一文中制备了凹凸棒土/环氧树脂复合材料，该论文只研究了凹凸棒在环氧树脂中的分散性及力学性能，同样没有提及任何关于摩擦性能方面的研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种环氧树脂基耐磨防腐材料。

本发明的环氧树脂基耐磨防腐材料，是以环氧树脂为基体，以纳米坡缕石-氧化铝复合材料为填料，采用超声分散及机械共混技术制备而成。其具体制备方法如下：

在15~90℃下，将环氧树脂与纳米坡缕石-氧化铝复合填料以1:0.01~1:0.2的质量比混合，在机械搅拌下超声分散，得到胶黏状环氧树脂基耐磨防腐材料。

为了降低固化体系黏度，增加流动性，延长使用寿命，改善操作性能，便于大面积施工，还加入环氧树脂基体质量5~25%的稀释剂。稀释剂采用丙酮，三氯甲烷，二甲苯，正丁醇，669（乙二醇二缩水甘油醚），AGE（C_12-14脂肪水甘油醚）。

为了降低树脂硬化后的脆性，提高其冲击强度和延伸率，加入环氧树脂基体质量0.5~5%的增韧剂，增韧剂采用DBP（邻苯二甲酸丁酯），DOP（邻苯二甲酸二辛酯）等。

为了抑制在制备涂层过程中产生气泡和消除产生的气泡，加入环氧树脂基体质量0.1~1.5%的消泡剂。消泡剂采用EFKA-2721（丙烯酸-2-乙基乙酯），EFKA-2035（二异丁酮），聚醚改性有机硅类，改性聚有机硅氧烷类。

所述纳米坡缕石-氧化铝复合填料的制备过程为：将坡缕石黏土与氧化铝按1:0.2~1:5的质量比分散到水中，充分超声分散，过滤，干燥；再将干燥的混合物置于管式炉中，氮气气氛下，于100~400 ℃下煅烧3~10h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝复合填料。

下面通过具体实验对本发明环氧树脂基耐磨防腐材料的性能进行做具体说明。

1、外观性能

图1为本发明环氧树脂复合材料的宏观照片。A是纯环氧树脂涂覆在钢材基体上的照片，B是本发明环氧树脂基耐磨防腐材料涂覆在钢材基体上的照片。从图1可以看出，本发明环氧树脂基耐磨防腐材料涂覆在钢材表面，涂层表面光滑，在实际应用中颜色可调。

2、热性能分析

图2为不同填料的环氧树脂基耐磨防腐材料的热重图。（1）为以坡缕石为填料制备的环氧树脂基复合材料；（2）是没有填料的纯环氧树脂；（3）为以纳米三氧化二铝为填料制备的环氧树脂基耐磨防腐材料；（4）是本发明以坡缕石-纳米三氧化二铝复合填料制备的环氧树脂基耐磨防腐材料。从图3中可以看出，（1）（3）（4）在550℃的热稳定性均比（2）高，尤其在400℃~600℃之间，（4）的热稳定性最好，说明本发明制备的环氧树脂复合材料的热稳定性明显增加。

3、耐磨性能

将本发明制备的环氧树脂基耐磨防腐材料涂覆在钢材基体上，采用UMT-3摩擦磨损试验机进行耐磨实验：测试条件：加载50N，转子直径是12.7mm，转子试样接触滑动时间是10min，频率是3.3Hz，（约200rpm），室温25℃，湿度35。

图3为纯环氧树脂基体摩擦系数随时间变化关系曲线，图4为复合材料摩擦系数随时间变化关系曲线。由图3、4的比较可以发现，本发明制备的环氧树脂复合涂层在200s之后其摩擦系数的稳定性明显增加，并且平均摩擦系数由原来的0.767下降到0.681。

图5为环氧树脂基耐磨防腐材料涂层复合材料经UMT-3摩擦磨损试验机摩擦之后磨痕的SEM图。其中A为纯环氧树脂摩擦后磨痕SEM照片；B为复合材料摩擦后磨痕SEM照片。从图5可以看出，在相同的条件下摩擦后，纯环氧树脂涂层表面比复合材料涂层表面更加粗糙，说明本发明制备的环氧树脂复合材料较纯环氧树脂涂层的耐磨性能增强。

4、防腐性能

将本发明制备的环氧树脂基耐磨防腐材料涂覆在钢材基体上，按照GB/T1763-79（89）规定进行防腐性能测试。

实验结果：涂覆有本发明环氧树脂复合材料得钢材基体，在酸、碱、盐溶液中浸泡72h后，涂层不起泡、不生锈、不剥落；精细称量浸泡前后质量没有细微变化，说明将本发明的环氧树脂复合材料具有很好的防腐性能。

综上所述，本发明环氧树脂基耐磨防腐材料具有优异的耐磨防腐性能，并具有良好的附着力，因此，可作为复合涂层应用在机械零部件材料表面，以改善机械零部件的耐磨防腐性能，从而延长金属零部件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明环氧树脂复合材料的宏观照片。

图2为填料含量不同的涂层材料的热重图。

图3为纯环氧树脂基体摩擦系数随时间变化关系曲线。

图4为本发明复合材料摩擦系数随时间变化关系曲线。

图5 涂层复合材料经UMT-3摩擦磨损试验机摩擦之后磨痕的SEM图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明环氧树脂基耐磨防腐材料的制备及应用作进一步说明。

实施例1

坡缕石-氧化铝无机复合填料的制备：将提纯的坡缕石黏土与氧化铝按照5:1的质量比混合，并加入到蒸馏水中，超声分散10 min，过滤，干燥。将干燥的混合物放置于管式炉中，氮气气氛下，100 ℃下煅烧10h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝无机复合填料。

环氧树脂基耐磨防腐涂层制备：称取5.0g 环氧树脂置于三颈烧瓶中，升温至70℃，机械搅拌下，加入混合稀释剂（二甲苯 : 正丁醇（体积比）=1:2）0.25 g，增韧剂DBP（邻苯二甲酸二丁酯）0.025 g，纳米坡缕石-氧化铝复合填料0.05 g，搅拌20 min，之后超声分散处理20 min，接着搅拌40 min；再加入消泡剂EFKA-2721（丙烯酸-2-乙基乙酯）0.005 g，敞开体系下搅拌10 min，然后抽真空，继续搅拌并加入固化剂（T-31) 0.80g ，继续抽真空一段时间，得到胶黏状液态环氧树脂复合材料。将该胶黏状复合材料涂覆到钢材质底的模具上，于50℃干燥10 h。

性能指标：耐磨性能良好，摩擦系数0.763，防腐性能测试合格。

实施例2

坡缕石-氧化铝无机复合填料的制备：将提纯的坡缕石黏土与氧化铝按照4:1的质量比混合，并加入到蒸馏水中，超声分散30 min，过滤，干燥。将干燥的混合物放置于管式炉中，氮气气氛下，350 ℃下煅烧5h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝无机复合填料。

环氧树脂基耐磨防腐涂层制备：称取5.0g 环氧树脂置于三颈烧瓶中，升温至50℃，机械搅拌下，加入稀释剂（三氯甲烷 : 正丁醇（体积比）=1:2）0.50 g，增韧剂DOP（邻苯二甲酸二辛酯）0.15 g，纳米坡缕石-氧化铝复合填料0.3g，搅拌20 min，之后超声分散处理20 min，接着搅拌40 min；再加入消泡剂（EFKA-2035（二异丁酮））0.02g，敞开体系下搅拌10 min，然后抽真空，继续搅拌并加入固化剂（T-31）0.50 g，继续抽真空一段时间，得到胶黏状液态环氧树脂复合材料。将该胶黏状复合材料涂覆到钢材质底的模具上，于60℃干燥8 h。

性能指标：耐磨性能良好，摩擦系数0.7001，防腐性能测试合格。

实施例3

坡缕石-氧化铝无机复合填料的制备：将提纯的坡缕石黏土与氧化铝按照3:1的质量比混合，并加入到蒸馏水中，超声分散30 min，过滤，干燥。将干燥的混合物放置于管式炉中，氮气气氛下，250 ℃下煅烧7h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝无机复合填料。

环氧树脂基耐磨防腐涂层制备：称取5.0g 环氧树脂置于三颈烧瓶中，升温至60℃，机械搅拌下，加入稀释剂（669（乙二醇二缩水甘油醚））0.4g，增韧剂 DBP（邻苯二甲酸丁酯）0.04 g，纳米坡缕石-氧化铝复合填料0.1g，搅拌20 min，之后超声分散处理20 min，接着搅拌40 min；再加入消泡剂（EFKA-2035（二异丁酮））0.03 g，敞开体系下搅拌10 min，然后抽真空，继续搅拌并加入固化剂（T-31）1.0 g，继续抽真空一段时间，得到胶黏状液态环氧树脂复合材料。将该胶黏状复合材料涂覆到钢材质底的模具上，70℃干燥10 h。

性能指标：耐磨性能良好，摩擦系数0.697，防腐性能测试合格。

实施例4

坡缕石-氧化铝无机复合填料的制备：将提纯的坡缕石黏土与氧化铝按照1:1的质量比混合，并加入到蒸馏水中，超声分散30 min，过滤，干燥。将干燥的混合物放置于管式炉中，氮气气氛下，350 ℃下煅烧 8h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝无机复合填料。

环氧树脂基耐磨防腐涂层制备：称取 5.0g 环氧树脂置于三颈烧瓶中，升温至 50℃，机械搅拌下，加入稀释剂（AGE（C_12-14脂肪水甘油醚））1.0 g，增韧剂 DBP（邻苯二甲酸丁酯）0.10 g，纳米坡缕石-氧化铝复合填料0.47 g，搅拌20 min，之后超声分散处理20 min，接着搅拌40 min；再加入消泡剂（改性聚有机硅氧烷类）0.04g，敞开体系下搅拌10 min，然后抽真空，继续搅拌并加入固化剂（T-31）1.25 g，继续抽真空一段时间，得到胶黏状液态环氧树脂复合材料。将该胶黏状复合材料涂覆到钢材质底的模具上，60℃干燥14 h。

性能指标：耐磨性能良好，摩擦系数0.689，防腐性能测试合格。

实施例5

坡缕石-氧化铝无机复合填料的制备：将提纯的坡缕石黏土与氧化铝按照1:2的质量比混合，并加入到蒸馏水中，超声分散30 min，过滤，干燥。将干燥的混合物放置于管式炉中，氮气气氛下，300 ℃下煅烧 6h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝无机复合填料。

环氧树脂基耐磨防腐涂层制备：称取5.0g 环氧树脂置于三颈烧瓶中，升温至40℃，机械搅拌下，加入稀释剂（二甲苯:正丁醇=1: 2）0.75g，增韧剂 DOP（邻苯二甲酸二辛酯）0.08 g，纳米坡缕石-氧化铝复合填料0.8 g，搅拌20 min，之后超声分散处理20 min，接着搅拌40 min；再加入消泡剂（EFKA-2035（二异丁酮））0.05g，敞开体系下搅拌10 min，然后抽真空，继续搅拌并加入固化剂（T-31）0.25 g，继续抽真空一段时间，得到胶黏状液态环氧树脂复合材料。将该胶黏状符合材料涂覆到钢材质底的模具上，50℃干燥24 h。

性能指标：耐磨性能良好，摩擦系数0.692，防腐性能测试合格。

实施例6

坡缕石-氧化铝无机复合填料的制备：将提纯的坡缕石黏土与氧化铝按照1:4的质量比混合，并加入到蒸馏水中，超声分散30 min，过滤，干燥。将干燥的混合物放置于管式炉中，氮气气氛下，400 ℃下煅烧 5 h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝无机复合填料。

环氧树脂基耐磨防腐涂层制备：称取5.0g 环氧树脂置于三颈烧瓶中，升温至50℃，机械搅拌下，加入稀释剂（二甲苯:丙酮（体积比）=1:1）1.15g，增韧剂（邻苯二甲酸二辛酯）0.20 g，纳米坡缕石-氧化铝复合填料1g，搅拌20 min，之后超声分散处理20 min，接着搅拌40 min；再加入消泡剂（聚醚改性有机硅类）0.065g，敞开体系下搅拌10 min，然后抽真空，继续搅拌并加入固化剂（T-31）1.40 g，继续抽真空一段时间，得到胶黏状液态环氧树脂复合材料。将该胶黏状复合材料涂覆到钢材质底的模具上，50℃干燥24 h。

性能指标：耐磨性能良好，摩擦系数0.685，防腐性能测试合格。

实施例7

坡缕石-氧化铝无机复合填料的制备：将提纯的坡缕石黏土与氧化铝按照1:5的质量比混合，并加入到蒸馏水中，超声分散 30 min，过滤，干燥。将干燥的混合物放置于管式炉中，氮气气氛下，300 ℃下煅烧 10 h，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝无机复合填料。

环氧树脂基耐磨防腐涂层制备：称取 5.0g 环氧树脂置于三颈烧瓶中，恒温至30℃，机械搅拌下，加入稀释剂（二甲苯:正丁醇（体积比） =1:1）1.25g，增韧剂（邻苯二甲酸二丁酯）0.25 g，纳米坡缕石-氧化铝复合填料0.5g，搅拌20 min，之后超声分散处理20 min，接着搅拌40 min；再加入消泡剂（聚醚改性有机硅类）0.06g，敞开体系下搅拌10 min，然后抽真空，继续搅拌并加入固化剂（T-31）1.5 g，继续抽真空一段时间，得到胶黏状液态环氧树脂复合材料。将该复合材料涂覆到钢材质底的模具上，25℃干燥24 h。

性能指标：耐磨性能良好，摩擦系数0.681，防腐性能测试合格。

Claims

1.一种环氧树脂基耐磨防腐材料，是在15~90℃下，将环氧树脂与纳米坡缕石-氧化铝复合填料以1:0.01~1:0.2的质量比混合，在机械搅拌下超声分散，得到胶黏状环氧树脂基耐磨防腐材料。

2.如权利要求1所述环氧树脂基耐磨防腐材料，其特征在于：所述纳米坡缕石-氧化铝复合填料的制备为：将坡缕石黏土与氧化铝按1:0.2~1:5的质量比分散到水中，充分超声，过滤，干燥；再将干燥的混合物置于管式炉中，氮气气氛下，于100~400 ℃下煅烧3~10小时，研磨即得纳米坡缕石-氧化铝复合填料。

3.如权利要求1或2所述环氧树脂基耐磨防腐材料，其特征在于：加入环氧树脂基体质量5~25%的稀释剂。

4.如权利要求1或2所述环氧树脂基耐磨防腐材料，其特征在于：加入环氧树脂基体质量0.5~5%的增韧剂。

5.如权利要求1或2所述环氧树脂基耐磨防腐材料，其特征在于：加入环氧树脂基体质量0.1~1.5%的消泡剂。

6.如权利要求1或2所述环氧树脂基耐磨防腐材料，其特征在于：加入环氧树脂基体质量5~30%的固化剂。