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有机硅改性聚酯树脂的耐磨涂料研制
来源:www.polymercom.com 发布时间:2019年07月22日
以有机硅改性聚酯树脂作为耐磨树脂,该树脂的羟值、有机硅的含量、分子结构对涂膜的性能及涂料的贮存稳定性等有重大影响。以耐磨树脂为基料,选用碳化硅等作为耐磨填料,选用二硫化钼等作为润滑填料,从而制备了一种具有优异机械性能和良好防腐蚀性能的耐磨涂料。

随着科技进步,各种机械设施及其零部件的工作环境变得日益严厉,它们不仅工作在各种复杂的环境中,同时像人造卫星、高速列车、宇宙飞船、发动机和汽轮机的叶轮、舰船的螺旋桨、船舶的甲板以及水轮发电机的叶片、路标漆、建筑物的地板等,都经常受到气流、砂石和水流的冲蚀、撞击、摩擦等力的作用。在该环境下使用一段时间后,基材表面会出现一些程度的破坏或磨损,从而影响设备的使用寿命。通过在机械设备表面涂装耐磨涂料,是一种具有很大应用前景和发展前途的表面强化技术。材料表面在经过耐磨涂料涂装后,不仅可以防止零部件等的磨损、延长设备的使用寿命,同时还可以对基体材料起到防腐蚀保护作用。由于该技术具有简易、快速、费用低、适合现场作业等特点,从而成为提高机械设备耐磨性能的主要手段之一。


耐磨涂料


我们根据市场需求,自主设计并研发了新一代耐磨涂料。本文研制的耐磨涂料具有优异的耐磨性能和良好的防腐蚀性能。工业设备在经过该涂料的涂装后,可以在很大程度上提高金属接触面的耐磨性能,对机械设备的关键部位进行保护的同时提升了设备的防腐蚀性能,延长了机械设备的实际使用寿命。


1 试验部分

1.1主要原材料

1,6-己二醇、三羟乙基异氰脲酸酯、环己烷二甲酸酐、三羟甲基丙烷、1,4-环己烷二甲醇、有机硅树脂、 N-3390、SiC、石墨、二硫化钼、助剂、催化剂、紫外线吸收剂、溶剂,以上均为工业原材料。

1.2  耐磨树脂的研制

我们首先用自主合成的高羟值聚酯树脂作为主体树脂,它与异氰酸酯树脂反应生成聚氨酯,副产物较少,因此体积收缩率小,固化后产生的内应力也较少,并且在涂膜中提供耐磨以及韧性的作用。为了涂膜具有较好的硬度和耐磨性,我们选用高交联的有机硅树脂来共聚改性聚酯树脂。由于聚酯树脂耐热温度是155 ℃,而有机硅树脂耐热温度为300 ℃,有机硅树脂共聚改性聚酯树脂的耐热温度为200 ~ 250 ℃,因此加入有机硅树脂,还可以提高涂膜的耐热性能,同时还可以提高涂膜耐水性能,耐候性能以及与基材的附着力。该树脂体系在耐磨涂料中提供了很好的耐磨性能以及其他综合性能。

合成聚酯树脂时采用了脂肪族和环酯族的酸和醇,可以使涂膜获得较好的耐候性。树脂中引入了三羟乙基异氰脲酸酯,提高了涂膜的耐磨性和硬度。采用的这些耐水解稳定性良好的单体制备的聚酯树脂固体树脂羟值为(250±10) mgKOH/g,该树脂与HDI三聚体固化后能够获得耐水性良好的涂膜,为使这种高交联密度的涂膜具有很好的抗冲击性能和柔韧性,在合成树脂时采用了线型结构1,6-己二醇,并且通过分步合成工艺,使每个聚酯树脂分子中都含有1,6-己二醇单元结构,涂料固化后保证了涂膜的韧性。


陶瓷底涂料


1.3 耐磨填料以及润滑填料的选择

耐磨填料提供硬性和耐热性的作用,因为耐磨涂层与设备表面接触产生相对运动时因摩擦而使接触点处温度升高。高温会影响分子间的范德华力,导致分子间内聚能下降,表面材料抗剪切强度下降,加剧涂层的磨损,因此我们选用高硬度、高强度、耐热性的填料SiC,氧化铝来作为耐磨填料。而润滑填料主要选择二硫化钼、石墨。二硫化钼分子是六角形层状结构,其分子排列是中间为钼原子, 外层为硫原子。微观上,由于 S原子在分子层之间的结合能力较弱,从而形成了分子层间极易移动的润滑条件,这使得二硫化钼在涂膜中起到优良的润滑性能,从而使两个接触面满足良好的润滑要求,起到减小磨损与摩擦的效果。

1.4 耐磨涂料的制备

首先是研制耐磨树脂,本文选用有机硅改性高羟值聚酯树脂和反应速度较快的异氰酸树脂HDI三聚体N-3390为该涂料的成膜树脂,该成膜树脂硬度与柔韧兼具,在耐磨涂料中起到关键性作用。另外选择适合的耐磨填料以及润滑填料在耐磨涂料中极其重要,本文选择SiC等作为耐磨填料提供抗磨损的作用,选用二硫化钼、石墨、等做为润滑填料达到减少摩擦的效果。后来我们选择适合的助剂和溶剂,助剂使得涂层表面光滑平整,颜色均一,耐磨性能更突显,溶剂能够使树脂、填料以及助剂很好的溶解和润湿。

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