高强耐磨蚀复合材料的合成与应用研究

论文摘要

高强耐磨蚀复合材料是一种非金属耐磨保护涂层,主要用于保护工作在各种液态介质中的机械设备,这些设备受到高速水流、夹杂泥沙和复杂介质的磨蚀破坏,材料的损耗相当严重。对比目前国内外做过流部件抗磨蚀保护的各种方法,在水介质中均不同程度存在硬度太高抗变形、耐气蚀不理想或初期脱落比较严重等缺点,无法满足用户的使用要求,目前国内外尚无此类定型产品,仍采用耗时耗力的不锈钢焊条堆焊法来防护。本课题就是针对这一问题开展研究的。本论文在综述了环氧树脂的改性方法和聚合物及其复合材料的摩擦磨损特性的研究进展的基础上,确定了研究思路。拟开发高强耐磨蚀复合材料,其包括两个产品：耐磨蚀弹性体和高强耐磨蚀胶粘剂,采用单层或多层涂敷工艺,应用于耐磨蚀保护涂层中,满足耐磨保护的需要,解决国内外过流部件的磨蚀问题。耐磨蚀弹性体是一种新型聚氨酯弹性体,具有柔韧性好、抗气蚀等特点,可作为耐磨蚀涂层的面层使用,也可单独在其他领域应用；高强耐磨蚀胶粘剂可作为涂层的底层使用,也可单独做为一个牌号的耐磨涂层,在中等气蚀工况下或空气介质中使用。该课题的研究包括耐磨蚀弹性体合成及固化工艺试验研究；高强耐磨蚀胶粘剂合成和固化工艺试验研究；现场涂敷及应用试验研究三个部分。在耐磨蚀弹性体的合成和固化技术开发中,通过选择不同分子量、腈基含量液体橡胶、确定单体配比及合成工艺条件、确定溶剂种类及用量、开展固化体系及固化工艺条件试验等研究,开发出聚氨酯弹性体。该产品经航天43所测试,力学性能指标满足合同的指标要求,产品已在航天43所导弹的某型号上成功应用,效果较好。在高强耐磨蚀胶粘剂的合成和固化技术开发中,主要开展不同分子量、腈基含量液体橡胶的选择和复配、不同种类环氧树脂的选择及复配、单体配比及合成工艺条件的确定、助剂、填料种类及用量的确定、固化体系及固化工艺条件试验等方面的技术研究,确定了用丁羟预聚体与丁腈羟预聚体按15-30／85-70份的比例混配后,该混配物再与混配的环氧树脂按一定配比在规定温度下反应,得到耐磨蚀胶粘剂；再在该胶粘剂中填加混合填料及助剂混匀后,用复配固化剂D,在室温下固化72小时,即得满足合同及用户要求的高强耐磨蚀材料。其中试试产品经“全国水机磨蚀测试中心”测试,力学性能指标满足用户指标要求；两种产品经水利专用转盘模拟试验测试,其抗气蚀、耐水、耐磨性优于或与不锈钢相当。高强耐磨蚀复合材料试产品采用单层、多层涂敷工艺,经多次水轮机涂敷应用试验,效果较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1. 引言
• 2 环氧树脂的增韧方法
• 2.1 热塑性树脂增韧环氧树脂
• 2.2 刚性粒子增韧环氧树脂
• 2.3 液晶聚合物增韧环氧树脂
• 2.4 核-壳结构增韧改性环氧树脂
• 2.5 橡胶增韧环氧树脂
• 3 聚合物及其复合材料的摩擦磨损特性
• 3.1 滑动摩擦及其机理分析
• 3.2 气蚀磨损及其机理
• 3.3 冲蚀磨损型
• 4 选题依据和研究思路
• 参考文献
• 第二章 高强耐磨复合材料的合成与应用
• 一、耐磨蚀弹性体的合成及固化工艺技术研究
• 1. 试验部分
• 1.1 原材料及规格
• 1.2 分析方法
• 1.3 试验方法
• 1.4 主要技术考核指标
• 2. 结果与讨论
• 2.1 端异氰酸酯基预聚体的合成
• 2.2 聚氨酯耐磨弹性体的固化试验
• 2.3 溶剂的种类及用量
• 2.4 小试合成和固化技术总结及重复性试验
• 2.5 中试放大及重复性试验
• 3. 结论
• 二、高强耐磨蚀胶粘剂合成和固化工艺试验研究
• 1. 试验部分
• 1.1 原材料及规格
• 1.2 分析方法
• 1.3 试验方法
• 1.4 主要技术参数
• 2. 结果与讨论
• 2.1 液体橡胶、环氧树脂的选择试验
• 2.2 耐磨蚀胶粘剂的小试合成及固化试验
• 2.3 IR对反应前后聚合物的分析表征
• 2.4 ETB的SEM微观结构
• 2.5 纯环氧树脂和预聚体-环氧树脂互穿网络聚合物（ETB）在干滑动条件下的摩擦学性能研究
• 3. 复合材料的制备
• 3.1 耐磨填料
• 3.2 粘接性
• 3.3 耐水性
• 3.4 混合填料对综合性能的影响
• 3.5 高强耐磨蚀材料在干滑动条件下的摩擦性能研究
• 4. 小试合成和固化技术总结及重复性试验
• 5. 中试放大及重复性试验
• 6. 结论
• 三、新型高强耐磨蚀材料的应用技术开发
• 1. 高强耐磨蚀材料的冲蚀磨损性能研究
• 2. 转盘模拟试验
• 2.1 在天津水机磨蚀测试中心做力学性能测试及现场模拟转盘试验
• 2.2 现场模拟转盘试验结果
• 2.3 测试结果分析及结论
• 3. 原型机涂敷及应用试验
• 3.1 现场施工工艺研究
• 3.2 原型机应用试验
• 4. 耐磨蚀弹性体的应用
• 4.1 在隔热涂料中应用
• 4.2 某制品填充剂中应用
• 5. 应用试验结论
• 第三章 附件
• 1、高强耐磨蚀材料的技术指标
• 2、主要测试内容及方法
• 2.1 羟值的分析
• 2.2 粘度的测定
• 2.3 分子量的测定
• 2.4 端异氰酸酯基液体橡胶中异氰酸酯基含量的测定
• 2.5 水份含量的测定
• 2.6 丙烯腈含量测定
• 2.7 燥设备
• 2.8 红外光谱分析
• 2.9 扫描电镜观察
• 2.10 力学性能测试
• 2.11 干摩擦下摩擦性能检测
• 2.12 冲蚀状态下摩擦性能检测
• 2.13 现场模拟试验测试
• 3. 检验规则
• 4. 包装、标志、贮存、运输及有效期
• 4.1 标志
• 4.2 包装、运输及贮存
• 4.3 有效期
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及申请专利
• 学位论文评阅及答辩情况表