水力机械胶粘耐磨涂层的制备与性能的研究

【摘要】： 论文综述了耐磨涂层的研究概况，介绍了采用接枝聚合法制备具有互穿聚合物网络的聚氨酯(PU)改性环氧树脂(EP)胶粘剂，并对水力机械胶粘耐磨涂层的制备技术及性能进行了详细研究。 水力机械胶粘耐磨涂层的特点在于由三层组成：富锌环氧底部涂层、环氧云铁中间涂层及耐磨表面涂层，并且耐磨表面涂层采用聚氨酯改性环氧树脂为胶粘剂，添加硬质耐磨的陶瓷骨料，其抗冲蚀磨损性能尤其突出。在制备底部涂层的过程中，分别研究了涂层的防蚀机理，及锌粉含量、磷铁粉含量和硅烷偶联剂处理金属表面对涂层性能的影响。研究得出：当锌粉占干膜的80wt％，磷铁粉和环氧溶液的质量比为0.25，金属基体表面经过KH-550型硅烷偶，联剂处理时，富锌涂层具有优良的防蚀性能。在制备中间涂层的过程中，采用正交实验法获得涂层的优化配方，并对涂层的防蚀机理、固化机理、固化动力学及热裂解过程进行了研究。结果表明：选择鳞片状云母氧化铁能有效地防止金属基体腐蚀；采用低分子聚酰胺(LMPA)固化E-44环氧树脂时，固化反应主要为环氧基团与胺基间的反应，其表观活化能为75.2kJ/mol；固化剂用量在一定范围内用得越多，固化越完全，体系柔性及抗冲击性增加，但耐腐蚀性能降低；此外，固化反应也与固化温度有关，温度越高，固化越完全，120℃时几乎完全固化，且在50～80℃范围内不宜快速升温。在制备表面涂层过程中，分析探讨了改性环氧胶粘剂的改性原理及固化机理，骨料的含量、骨料级配及涂层厚度对涂层耐磨性能的影响及涂层的磨损机理。得出：当PU/EP的质量比为0.3时，改性胶粘剂的性能较好；当固化剂LMPA用量为改性胶粘剂中EP的50wt％时，常温下涂层表干时间为4小时，实干时间为3～5天；当骨料含量为25wt％，粗颗粒含量为20wt％，涂层厚度在130～180μm时，耐磨表面涂层的耐冲蚀磨损性能是A_3钢基体的1.5～2倍。 论文同时研究了由三层涂层组成的水力机械胶粘耐磨涂层的耐磨防腐性能。结果指出，与同类产品相比，涂层具有更好的耐冲蚀磨损性能。研究涂层之间及涂层与基体之间的界面结合性能发现：底部涂层与基体间的相互吸附、涂层间的相互扩散、偶联剂的共价键连接及机械互锁，均能使涂层与涂层之间、底层与基体之间在界面处形成牢固结合，有利于提高其抗冲蚀磨损性能。测试具有不同涂层层数的试样的阳极极化曲 线，结果表明：随涂刷层数增加，涂层具有很好的耐蚀性能，可更好地 保护基材。水力机械胶粘耐磨涂层己成功地应用于湘潭炼铁厂的水轮机 叶片上，使原本3个月就需检修一次的水轮机经半年后仍然正常运作， 有效地提高了水轮机的耐冲蚀磨损性能，并延长了其使用寿命。