CN106594413B - 一种层结构耐侵蚀橡胶内衬 - Google Patents
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Abstract
一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，该橡胶内衬包括与管道内表面粘接的橡胶基层和与橡胶基层粘接的表面耐磨层，且表面耐磨层的厚度为橡胶基层厚度的1/4～1/2。本发明通过在表面耐磨层中加入由海泡石绒、纳米锌粉和正硅酸乙酯制成的补强粉，从而使得表面耐磨层具有优良的耐磨、耐冲刷和耐腐蚀性能，在制备补强粉时，由于海泡石绒具有很大的内表面积，在超声波作用下会破坏掉一部分海泡石绒的结构，从而使正硅酸乙酯水解产生的二氧化硅以及醋酸锌直接进入到海泡石绒内部，改善了二氧化硅的表面特性以及海泡石绒的物理性能，这样在作为补强粉与橡胶混炼时，能够充分与橡胶结合，从而大幅度提高橡胶的耐磨和耐侵蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于管道流体输送领域用到的内衬材料，具体的说是一种层结构耐侵蚀橡胶内衬。
背景技术
管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。在输送过程中，管道内的流体会对管道的内壁造成冲刷和磨损，从而在长时间的使用后会导致管道的磨损等问题。在实际的工业生产中，在特殊场合往往会用到具有很高耐磨性的管道，比如高分子耐磨管道、稀土合金管道等，但是现有的这些耐磨管道实际上都是以常规的管道为制成，然后在内部加注耐磨材料，从而增强了管道的耐磨性，但是这种管道在使用过程中仍然存在以下问题：
1管道制作上存在难度，比如管道过长或过细时，就很难向其内部加注耐磨材料，即使向其内安装制作好的耐磨层时也十分不方便；
2管道在使用过程中内部出现一些小问题是不能检修，只能更换，从而增大了后期维护的成本。
发明内容
为解决现有技术中耐磨管道制作困难、出现问题只能更换不能修补的问题，本发明提供了一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，通过在管道内设置该橡胶内衬，从而大大增强了该管道的耐侵蚀性能。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，该橡胶内衬包括与管道内表面粘接的橡胶基层和与橡胶基层粘接的表面耐磨层，且表面耐磨层的厚度为橡胶基层厚度的1/4～1/2；按照重量比，所述橡胶基层由40～50份的芳纶橡胶、10～20份的锦纶纤维、1～3份的硫化剂、3～4份的促进剂、7～9份的炭黑、2～3份的硫酸钡和1～2份的氧化铝微粉在110～130℃条件下混炼而成；所述表面耐磨层由30～40份的锦纶纤维、10～15份的氟橡胶、2～4份的碳纤维、2～3份的硫化剂、5～7份的炭黑、1～2份的氧化铝微粉、1～2份的碳化硅微粉、0.8～1份的二氧化钛粉和4～6份的补强剂在120～140℃条件下混炼而成，所述补强剂由4～5份海泡石绒、1～2份的纳米锌粉、10～15份正硅酸乙酯制成。
所述补强剂的制备方法为：按照重量比，取10～15份正硅酸乙酯与去离子水按照1:8-10的比例混合，再向其中依次加入正硅酸乙酯重量10%的冰醋酸、正硅酸乙酯重量5%的碳粉、4～5份海泡石绒和1～2份的纳米锌粉混合均匀进行反应，反应过程中，每隔20min向反应体系内施加频率350-370kHz的超声波1min，待反应结束后对反应体系进行超滤得到固体粉末，最后将固体粉末在有氧条件下充分灼烧除去碳粉即得到补强剂。
所述海泡石绒在使用前先经过改性处理，所述改性处理是指：将市售的海泡石绒粉与其重量3-5%的表面改性剂Ⅰ混合后静置1-2h后过滤晾干得到，所用表面改性剂Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氢氧化钡按照重量比3-4:80:2-3:1-2的比例混合而成。
所述表面耐磨层中还含有氟橡胶重量10%的复合环氧树脂，按照重量比，所述环氧树脂由3份的双酚A型环氧树脂、1份的脂肪族环氧树脂、0.5份的改性纳米二氧化硅和0.5份的改性硅溶胶制成，所述改性纳米二氧化硅是将市售纳米二氧化硅与其重量3-5%的表面改性剂Ⅱ混合得到，表面改性剂Ⅱ由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成；所述改性硅溶胶是在市售硅溶胶中依次加入硅溶胶重量2-3%的硅微粉、硅溶胶重量1-2%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量0.8-1%的乙酸钠，而后在70-80℃条件下搅拌1-2h得到的混合物。
本发明中的海泡石绒粉先经过改性处理，由于其具有很大的内表面积，是具有微孔结构的微粉，这些微孔结构能够有效削减冲击产生的振动，另一方面是改性过程中使海泡石绒粉的内外表面接枝大量的硅羟基，这些基团通过化学反应将海泡石绒粉与基体连接起来，保证具有良好的界面结合力；
而在制作改性纳米二氧化硅时，利用氢氧化钡和碳酸钠混合作为催化剂让纳米级的 SiO2粒子的表面能够受到羟基的作用，从而含有一定数量的含氧官能团，增加了纳米级SiO2粒子的有关表面相容性，在纳米级SiO2粒子与其余原料充分混合时，因为SiO2颗粒很小，且比表面积大，细微化的结构使得其余物料与其的接触面积增大，使SiO2粒子可以在物料中均匀分散，从而便于SiO2与其余物质发生化学键合或者物理结合，从而大幅度增强了基体的强度和耐侵蚀性能；
本发明中还可以加入复合环氧树脂，复合环氧树脂由双酚A型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、改性纳米二氧化硅和改性硅溶胶制成，提高了材料的韧性，在体系中加入改性硅溶胶微粒和改性纳米二氧化硅，可以大大改善材料的力学性能和热学性能，同时还发现改性硅溶胶微粒的加入对制备过程中的组份混合、产物的拉伸性能的提高以及产品的最终互穿形态均有利。
有益效果：本发明与现有技术相比，具备以下优点：
1）本发明通过在表面耐磨层中加入由海泡石绒、纳米锌粉和正硅酸乙酯制成的补强粉，从而使得表面耐磨层具有优良的耐磨、耐冲刷和耐腐蚀性能，在制备补强粉时，冰醋酸将纳米锌粉溶解生成醋酸锌，而且由于海泡石绒具有很大的内表面积，在超声波作用下会破坏掉一部分海泡石绒的结构，从而使正硅酸乙酯水解产生的二氧化硅以及醋酸锌直接进入到海泡石绒内部，从而改善了二氧化硅的表面特性以及海泡石绒的物理性能，这样在作为补强粉与橡胶混炼时，能够充分与橡胶结合，从而大幅度提高橡胶的耐磨和耐侵蚀性能；
2）本发明中海泡石绒粉先经过改性处理，由于其具有很大的内表面积，是具有微孔结构的微粉，这些微孔结构能够有效削减冲击产生的振动，另一方面是改性过程中使海泡石绒粉的内外表面接枝大量的硅羟基，这些基团通过化学反应将海泡石绒粉与基体连接起来，保证具有良好的界面结合力，进而增强了使用效果；
3）本发明的表面耐磨层中加入了复合环氧树脂，复合环氧树脂由双酚A型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、改性纳米二氧化硅和改性硅溶胶制成，提高了材料的韧性，在体系中加入改性硅溶胶微粒和改性纳米二氧化硅，可以大大改善材料的力学性能和热学性能，同时还发现改性硅溶胶微粒的加入对制备过程中的组份混合、产物的拉伸性能的提高以及产品的最终互穿形态均有利，最终也能增强材料整体的耐侵蚀性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述，以下各实施例中所用的原料均为本领域常规的原料或者是从市面上能够购买得到。
实施例1
一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，该橡胶内衬包括与管道内表面粘接的橡胶基层和与橡胶基层粘接的表面耐磨层，且表面耐磨层的厚度为橡胶基层厚度的1/4；按照重量比，所述橡胶基层由40份的芳纶橡胶、10份的锦纶纤维、1份的硫化剂、3份的促进剂、7份的炭黑、2份的硫酸钡和1份的氧化铝微粉在110℃条件下混炼而成；所述表面耐磨层由30份的锦纶纤维、10份的氟橡胶、2份的碳纤维、2份的硫化剂、5份的炭黑、1份的氧化铝微粉、1份的碳化硅微粉、0.8份的二氧化钛粉和4份的补强剂在120℃条件下混炼而成，所述补强剂由4份海泡石绒、1份的纳米锌粉、10份正硅酸乙酯制成。
以上为本实施例的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定：
如，所述补强剂的制备方法为：按照重量比，取10份正硅酸乙酯与去离子水按照1:8的比例混合，再向其中依次加入正硅酸乙酯重量10%的冰醋酸、正硅酸乙酯重量5%的碳粉、4份海泡石绒和1份的纳米锌粉混合均匀进行反应，反应过程中，每隔20min向反应体系内施加频率350kHz的超声波1min，待反应结束后对反应体系进行超滤得到固体粉末，最后将固体粉末在有氧条件下充分灼烧除去碳粉即得到补强剂；
又如，所述海泡石绒在使用前先经过改性处理，所述改性处理是指：将市售的海泡石绒粉与其重量3%的表面改性剂Ⅰ混合后静置1h后过滤晾干得到，所用表面改性剂Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氢氧化钡按照重量比3:80:2:1的比例混合而成；
再如，所述表面耐磨层中还含有氟橡胶重量10%的复合环氧树脂，按照重量比，所述环氧树脂由3份的双酚A型环氧树脂、1份的脂肪族环氧树脂、0.5份的改性纳米二氧化硅和0.5份的改性硅溶胶制成，所述改性纳米二氧化硅是将市售纳米二氧化硅与其重量3%的表面改性剂Ⅱ混合得到，表面改性剂Ⅱ由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3:1:30的比例混合而成；所述改性硅溶胶是在市售硅溶胶中依次加入硅溶胶重量2%的硅微粉、硅溶胶重量1%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量0.8%的乙酸钠，而后在70℃条件下搅拌1h得到的混合物。
实施例2
一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，该橡胶内衬包括与管道内表面粘接的橡胶基层和与橡胶基层粘接的表面耐磨层，且表面耐磨层的厚度为橡胶基层厚度的1/2；按照重量比，所述橡胶基层由50份的芳纶橡胶、20份的锦纶纤维、3份的硫化剂、4份的促进剂、9份的炭黑、3份的硫酸钡和2份的氧化铝微粉在130℃条件下混炼而成；所述表面耐磨层由40份的锦纶纤维、15份的氟橡胶、4份的碳纤维、3份的硫化剂、7份的炭黑、2份的氧化铝微粉、2份的碳化硅微粉、1份的二氧化钛粉和6份的补强剂在140℃条件下混炼而成，所述补强剂由5份海泡石绒、2份的纳米锌粉、15份正硅酸乙酯制成。
以上为本实施例的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定：
如，所述补强剂的制备方法为：按照重量比，取15份正硅酸乙酯与去离子水按照1:10的比例混合，再向其中依次加入正硅酸乙酯重量10%的冰醋酸、正硅酸乙酯重量5%的碳粉、5份海泡石绒和2份的纳米锌粉混合均匀进行反应，反应过程中，每隔20min向反应体系内施加频率370kHz的超声波1min，待反应结束后对反应体系进行超滤得到固体粉末，最后将固体粉末在有氧条件下充分灼烧除去碳粉即得到补强剂；
又如，所述海泡石绒在使用前先经过改性处理，所述改性处理是指：将市售的海泡石绒粉与其重量5%的表面改性剂Ⅰ混合后静置2h后过滤晾干得到，所用表面改性剂Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氢氧化钡按照重量比4:80:3:2的比例混合而成；
再如，所述表面耐磨层中还含有氟橡胶重量10%的复合环氧树脂，按照重量比，所述环氧树脂由3份的双酚A型环氧树脂、1份的脂肪族环氧树脂、0.5份的改性纳米二氧化硅和0.5份的改性硅溶胶制成，所述改性纳米二氧化硅是将市售纳米二氧化硅与其重量5%的表面改性剂Ⅱ混合得到，表面改性剂Ⅱ由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比4:2:30的比例混合而成；所述改性硅溶胶是在市售硅溶胶中依次加入硅溶胶重量3%的硅微粉、硅溶胶重量2%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量1%的乙酸钠，而后在80℃条件下搅拌2h得到的混合物。
实施例3
一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，该橡胶内衬包括与管道内表面粘接的橡胶基层和与橡胶基层粘接的表面耐磨层，且表面耐磨层的厚度为橡胶基层厚度的1/3；按照重量比，所述橡胶基层由45份的芳纶橡胶、15份的锦纶纤维、2份的硫化剂、3.5份的促进剂、8份的炭黑、2.5份的硫酸钡和1.5份的氧化铝微粉在120℃条件下混炼而成；所述表面耐磨层由35份的锦纶纤维、12.5份的氟橡胶、3份的碳纤维、2.5份的硫化剂、6份的炭黑、1.5份的氧化铝微粉、1.5份的碳化硅微粉、0.9份的二氧化钛粉和5份的补强剂在130℃条件下混炼而成，所述补强剂由4.5份海泡石绒、1.5份的纳米锌粉、12.5份正硅酸乙酯制成。
以上为本实施例的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定：
如，所述补强剂的制备方法为：按照重量比，取12.5份正硅酸乙酯与去离子水按照1:9的比例混合，再向其中依次加入正硅酸乙酯重量10%的冰醋酸、正硅酸乙酯重量5%的碳粉、4.5份海泡石绒和1.5份的纳米锌粉混合均匀进行反应，反应过程中，每隔20min向反应体系内施加频率360kHz的超声波1min，待反应结束后对反应体系进行超滤得到固体粉末，最后将固体粉末在有氧条件下充分灼烧除去碳粉即得到补强剂；
又如，所述海泡石绒在使用前先经过改性处理，所述改性处理是指：将市售的海泡石绒粉与其重量4%的表面改性剂Ⅰ混合后静置1.5h后过滤晾干得到，所用表面改性剂Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氢氧化钡按照重量比3.5:80:2.5:1.5的比例混合而成；
再如，所述表面耐磨层中还含有氟橡胶重量10%的复合环氧树脂，按照重量比，所述环氧树脂由3份的双酚A型环氧树脂、1份的脂肪族环氧树脂、0.5份的改性纳米二氧化硅和0.5份的改性硅溶胶制成，所述改性纳米二氧化硅是将市售纳米二氧化硅与其重量4%的表面改性剂Ⅱ混合得到，表面改性剂Ⅱ由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3.5:1.5:30的比例混合而成；所述改性硅溶胶是在市售硅溶胶中依次加入硅溶胶重量2.5%的硅微粉、硅溶胶重量1.5%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量0.9%的乙酸钠，而后在75℃条件下搅拌1.5h得到的混合物。
Claims (2)
1.一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，其特征在于：该橡胶内衬包括与管道内表面粘接的橡胶基层和与橡胶基层粘接的表面耐磨层，且表面耐磨层的厚度为橡胶基层厚度的1/4～1/2；按照重量比，所述橡胶基层由40～50份的芳纶橡胶、10～20份的锦纶纤维、1～3份的硫化剂、3～4份的促进剂、7～9份的炭黑、2～3份的硫酸钡和1～2份的氧化铝微粉在110～130℃条件下混炼而成；所述表面耐磨层由30～40份的锦纶纤维、10～15份的氟橡胶、2～4份的碳纤维、2～3份的硫化剂、5～7份的炭黑、1～2份的氧化铝微粉、1～2份的碳化硅微粉、0.8～1份的二氧化钛粉和4～6份的补强剂在120～140℃条件下混炼而成，所述补强剂由4～5份海泡石绒、1～2份的纳米锌粉、10～15份正硅酸乙酯制成；
所述海泡石绒在使用前先经过改性处理，所述改性处理是指：将市售的海泡石绒粉与其重量3-5%的表面改性剂Ⅰ混合后静置1-2h后过滤晾干得到，所用表面改性剂Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氢氧化钡按照重量比3-4:80:2-3:1-2的比例混合而成；
所述表面耐磨层中还含有氟橡胶重量10%的复合环氧树脂，按照重量比，所述环氧树脂由3份的双酚A型环氧树脂、1份的脂肪族环氧树脂、0.5份的改性纳米二氧化硅和0.5份的改性硅溶胶制成，所述改性纳米二氧化硅是将市售纳米二氧化硅与其重量3-5%的表面改性剂Ⅱ混合得到，表面改性剂Ⅱ由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成；所述改性硅溶胶是在市售硅溶胶中依次加入硅溶胶重量2-3%的硅微粉、硅溶胶重量1-2%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量0.8-1%的乙酸钠，而后在70-80℃条件下搅拌1-2h得到的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种层结构耐侵蚀橡胶内衬，其特征在于：所述补强剂的制备方法为：按照重量比，取10～15份正硅酸乙酯与去离子水按照1:8-10的比例混合，再向其中依次加入正硅酸乙酯重量10%的冰醋酸、正硅酸乙酯重量5%的碳粉、4～5份海泡石绒和1～2份的纳米锌粉混合均匀进行反应，反应过程中，每隔20min向反应体系内施加频率350-370kHz的超声波1min，待反应结束后对反应体系进行超滤得到固体粉末，最后将固体粉末在有氧条件下充分灼烧除去碳粉即得到补强剂。
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