張 析，王進(jìn)龍，王 軍

（西北礦冶研究院 精細(xì)化工研究所，甘肅 白銀 730900）

腐蝕和磨損是工業(yè)生產(chǎn)普遍存在的一種材料耗損現(xiàn)象。腐蝕和磨損不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,而且嚴(yán)重的影響了工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性，甚至因設(shè)備腐蝕、磨損穿孔后物料外瀉對安全環(huán)境造成了極大的危害和污染[1]。針對這種情況，對材料進(jìn)行抗蝕、減磨的研究刻不容緩[2]。

針對此種情況，國內(nèi)外科技工作者的研究主要集中在新材料的開發(fā)、抗蝕抗磨劑[3]的探索及涂層[4,5]方面的改進(jìn)等三個(gè)方面。

國內(nèi)外雖然已有各類性能不同的涂層材料得到廣泛應(yīng)用，但都有一定的局限性，市場對兼有防腐、耐磨、力學(xué)性能優(yōu)良、耐溫性高的材料有著迫切需求。

本文采用互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[6]，利用金屬鋁材料在催化劑作用下合成的氧化鋁復(fù)合材料進(jìn)行增韌改性[7]，制備的氧化鋁復(fù)合涂層材料具有粘結(jié)強(qiáng)度高、耐蝕耐磨性優(yōu)良、耐溫性好等性能特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 金屬鋁材料合成實(shí)驗(yàn)

合成原理及工藝。將稱量好的TDI加入三口瓶中，攪拌升溫，當(dāng)溫度升至40℃～50℃時(shí)，按一定速度分批加入稱量好的金屬鋁、和催化劑，在50℃保溫?cái)嚢?0min，升溫至70℃保溫2h，90℃～95℃保溫1h，加入助劑，繼續(xù)保溫30min，取樣測NCO值，當(dāng)NCO達(dá)到規(guī)定值(3.5±0.5%)后降溫至40℃，過濾、包裝備用。然后將稱量好的經(jīng)脫水處理后的氧化鋁加入三口燒瓶中，攪拌升溫至50℃，加入催化劑，60℃反應(yīng)30min，90℃～95℃保溫3h，110℃保溫1h，加入助劑，保溫30min后測游離二異氰酸酯含量，達(dá)到規(guī)定值(＜0.5%)后降溫至50℃過濾、包裝備用。

氧化鋁復(fù)合物的合成工藝如圖1所示。

1.2 固化劑選擇實(shí)驗(yàn)

通過對脂肪族多元胺和芳香族多元胺二十多個(gè)品種固化劑進(jìn)行篩選試驗(yàn)，重點(diǎn)對芳香胺D、芳香胺E、曼尼斯多元胺、T-28四個(gè)品種固化劑進(jìn)行了試驗(yàn)對比，其中T-28復(fù)配型固化劑是芳香族胺和曼尼斯加成胺的復(fù)配物，常溫下為淡黃色液體，粘度低，使用方便。四種固化劑試驗(yàn)結(jié)果見表1。

試驗(yàn)結(jié)果表明，由于芳香胺含有苯環(huán)，其機(jī)械性能明顯高于脂肪族胺，金屬涂層的剛性也隨之提高。其中金屬鋁復(fù)配型固化劑固化物涂層的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度較高，其固化物的耐蝕性也較好，吸水率較低。

而金屬鋁材料復(fù)配型固化劑不僅粘度小、毒性低，便于施工，同時(shí)固化條件可由加熱固化變?yōu)槌毓袒?。因此，選用金屬鋁材料復(fù)配型固化劑比較理想。

2 結(jié)果與討論

2.1 金屬鋁用量對聚合物性能的影響

金屬鋁材料用量對聚合物性能的影響見圖2。

圖1 金屬氧化鋁復(fù)合物合成工藝

表1 四種固化劑固化物性能試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同金屬鋁添加量對聚合物性能的影響

由圖2可知，隨著金屬鋁用量的增大，聚合物的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢，而沖擊強(qiáng)度則在試驗(yàn)考察范圍內(nèi)隨用量增大而提高。

從材料破壞主要形式內(nèi)聚破壞和附著破壞分析，多數(shù)涂層材料破壞主要集中在附著破壞方面，而沖擊強(qiáng)度是衡量涂層材料附著力的因素之一；從經(jīng)濟(jì)上分析，純鋁材料價(jià)格偏貴。綜合考慮，金屬鋁用量為8～10%為宜。

2.2 金屬鋁復(fù)合材料與鋁材料質(zhì)量比對聚合物性能的影響

金屬鋁復(fù)合材料與鋁材料質(zhì)量比對聚合物性能的影響見圖3。

由圖3可以看出，隨著金屬鋁復(fù)合材料添加量逐漸增大，聚合物的拉伸強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度逐漸增大后變小。這是因?yàn)樵诩尤肷倭康慕饘黉X復(fù)合材料時(shí)，其本身含有的雙鍵增加了端異氰酸酯預(yù)聚體的交聯(lián)度，從而提高了聚合物的拉伸強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度。

但當(dāng)金屬鋁復(fù)合材料用量過大時(shí)，由于鋁元素的分子鏈不規(guī)整的結(jié)構(gòu)阻礙了大分子鏈的自由運(yùn)動(dòng)，使其不能緊密排列，導(dǎo)致聚合物的拉伸強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度反而下降。因此，當(dāng)金屬鋁復(fù)合材料與鋁材料質(zhì)量比為1:8.5時(shí)，聚合物的力學(xué)性能最佳。

由圖3可以看出,隨著金屬鋁材料用量增加，聚合物的力學(xué)性能逐漸提高，用量為10%時(shí)改性效果最好。

3 結(jié)語

通過對工業(yè)設(shè)備及備件在運(yùn)行過程中磨損破壞和腐蝕破壞形式分析，利用自制的金屬鋁為原材料，用芳香胺和改性多元胺復(fù)配型T-28為固化劑，采用經(jīng)偶聯(lián)處理的納米級(jí)金屬鋁材料和微米金屬鋁對聚合物增強(qiáng)改性，制備的聚合物基復(fù)合涂層材料經(jīng)過性能測試和應(yīng)用結(jié)果可得出如下結(jié)論。

以金屬鋁基質(zhì)，通過氧化鋁材料在催化劑作用下合成的氧化鋁復(fù)合涂層材料進(jìn)行增韌改性，制備的氧化鋁復(fù)合材料與金屬鋁相比，抗拉強(qiáng)度提高76%，抗剪強(qiáng)度提高56.3%，耐磨性提高90%，耐溫性提高30℃；明顯地改善了涂層的機(jī)械性能和抗蝕抗磨性能，制備的復(fù)合材料其涂層抗拉強(qiáng)度大于60MPa，抗壓強(qiáng)度大于90MPa，抗剪強(qiáng)度大于30MPa，磨耗值小于0.007g，耐多種介質(zhì)腐蝕，耐液相溫度大于100℃，氣相溫度大于150℃。

經(jīng)過不同工況條件下的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)表明，該材料具有優(yōu)異的耐蝕、耐磨、耐溫等性能?？捎糜跐穹ㄒ苯稹⑹突?、污水處理、電力、制藥等行業(yè)設(shè)備及備件的保護(hù)維修，具有廣泛的用途。