耐高温聚合物超硬耐磨复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超硬耐磨材料，其制备方法如下：将各种固体原料在反应釜中初混，然后加入刚性添加剂和偶联剂，再混合后加入改性耐高温高聚物，混合后加入促进剂、防老剂和增韧剂，最后加入固化剂混合后即得到。该材料耐磨、耐热性能好，可以广泛应用到冶金、水泥、石油、化工、耐火材料、功能陶瓷、工程陶瓷等各个领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超硬耐磨材料及其制备方法。技术背景新材料与新能源，信息，生物，海洋，环保，光机电一体化等产业一起成为当今世界上高新技术产业的重点发展领域。我们研发的超硬耐磨材料由于具有其它材料不可比拟的优异性能而成为新材料中的亮点。超硬耐磨材料因其特殊的耐磨性能，可以广泛应用到冶金、水泥、石油、化工、耐火材料、功能陶瓷、工程陶瓷、航天航空、市政污水处理等各个领域。超硬耐磨材料是朝阳产业，从二十世纪六十年代形成产业以来，其生产增长率比同期世界经济增长高出3倍以上。而我国也已经形成了较大规模产能，目前增长较快，但是由于技术不足，与世界先进水平相比差距较大。而本专利技术应用改性高分子聚合物制成的结合剂，克服了高分子聚合物耐高温差的缺点，使其应用最高温度达到700°C，满足了各行业对耐磨材料的需求。同时，对超过700°C以上的工作区域，本专利技术还采用了无机结合剂和有机结合剂双重结合的复合结合剂，可以在有机结合剂因超过700°C失去效用时，添加了刚性添加剂的无机结合剂继续在高温情况下发挥耐磨涂层的特殊作用，从而根本上保护了耐磨部件，延长了其使用寿命，从根本上解决了高温情况下保护耐磨部件的难题。而纳米粒子比表面积大，表面能很强，易团聚，在工艺设计流程上要特别注意避免纳米粒子的这一缺点，旧的工艺相应比较简单，对高分子聚合物没有改性，不能在超过 300°C温度下长期使用，无机填充物没有刚性化，耐高温高聚物不能达到理想装填，密度较低，强度指标一般，而传统陶瓷材料脆性又大。所以本专利技术对其工艺和材料本身都进行了很大的改性，从而改善其使用功能。
技术实现思路
本专利技术采用了如下的技术方案一种超硬耐磨材料，由以下步骤制备而成将各种固体原料在通过有蒸汽的情况下和高压空气条件下，在反应釜中初混，然后加入刚性添加剂和偶联剂，再混合后加入改性耐高温高聚物，混合后加入促进剂，防老剂和增韧剂，最后加入固化剂进行充分混合后即得到超硬耐磨材料；其中，原料包括固体原料和液体原料，固体原料按重量份包括氮化硼5-45 ；碳化硅10-55 ；锆刚玉10-40 ；石墨1-15 ；二氧化硅纳米粒子1-8 ；一级苏州白泥 1-10 ；液体材料加入量按照上述固体材料总和的重量百分比得到，具体为改性耐高温聚合物5% -45% ；刚性添加剂0.5^-6% ；偶联剂0. -5% ；增韧剂0.5% -10% ；促进剂 0. 1% -5% ；防老剂 0.01% -1% ；固化剂 1. 5% -20% O其中，原料中氮化硼的粒度为325目，碳化硅的粒度1-Omm，电熔锆刚玉的粒度为 325目，石墨的粒度为1250目，一级苏州白泥的粒度为325目，由凝胶溶胶法制备得到的二氧化硅纳米粒子的粒径为10nm-50nm。其中，原料中的改性耐高温聚合物即改性聚硅氮烷类树脂的固含量为46-53%，刚性添加剂为聚甲基苯基甲氧基硅氧烷(PMPS)类改性环氧树脂，偶联剂为KH550，增韧剂为丁腈橡胶NBR，促进剂为DMP-30，防老剂为2，2，4-三甲基1，2- 二氢化喹聚合体，固化剂为甲基四氢酸酐。添入刚性添加剂的物料粒径不应大于1mm，添入刚性添加剂的物料粒径最好在 0. Imm 0. 5mm 之间，其中 0. 5mm 占 15%，0. Imm 占 20%左右。在刚性添加剂与填充物、聚合物作用前不得加入表面活性剂如硬脂酸、ZnO等，否则会影响刚性增强效果。由于刚性添加剂能与聚酯，脂类，增塑剂产生脂转移，因此如果要添加增塑剂的话，应在刚性添加剂作用后加入增塑剂。制备时使用的混合的方法为1)首先将用量大的原料中的一部分与量小的原料的全部共混，使两相熔体黏度相等；2)然后再与量大的原料的另一部分共混。其目的在于防止因纳米及微小粒子团聚从而降低材料性能导致有些化学物质不能完全发挥作用。本专利技术的优点如下1、采用复合结构，通过分子复合形成复合材料，使其力学性质发生很大变化，生产出的材料抗冲击强度、扭曲强度拉伸强度、耐磨强度均成倍增长，本项技术材料应用最高温度达到700°C。而且起到了改善加工性能，减小能耗，提高质量和减少成本的作用。2、本专利技术创新的采用无机物填充，使无机物填充量由30%提高到70%，并且赋予复合材料一系列优异性能，大大提高了材料的刚性强度、耐磨强度等性能。刚性添加剂特别适合于不含游离水，只含化学键和物理键合水的干燥填料中，具有十分突出的刚性增强效^ ο3、本项技术采用改变聚合物链结构的方法，形成刚性分子链、结晶性和交联结构， 解决了困扰国内外耐磨材料行业高温情况下高分子聚合物失去结合力的问题，极大地改善了材料的耐热性能，最高温度达到700°C，具有优越的性能。同时，对超过700°C以上的工作区域，本专利技术还采用了无机结合剂和有机结合剂双重结合的复合结合剂，可以在有机结合剂因超过700°C失去效用时，添加了刚性添加剂的无机结合剂继续在高温情况下发挥耐磨涂层的特殊作用，从而根本上保护了耐磨部件，延长了其使用寿命，从根本上解决了高温情况下保护耐磨部件的难题。4、传统工艺中，对位环状结构赋予较高的热稳定性，可以导致较高的软化温度和较低的溶解度，不过这种聚合物的成型工艺性能较差。本项目采用改变聚合物链结构的方法，采用间位的环状机构，或者用间位和对位相结合的环状结构，则可以改善聚合物的加工性能，并使其保持一定的热稳定性。在聚合物的主链上，当含有柔性基团，侧基及杂原子时， 会使原有聚合物的热稳定性降低，由于这些杂原子和基团性质和结构不同，对聚合物的热稳定性也有不同的影响。一些杂环聚合物(二环、三环、多环为基本结构单元)的热稳定性比较高，有的相当于聚对苯的热稳定性，甚至更高。本专利技术按照已得出的一些规律性进一步探讨杂环聚合物的实用价值，并且创新并合成新型的杂环聚合物。梯形化合物比线性聚合物热稳定性高，完整的梯形结构赋予较高的热稳定性。5、本项目研发的新型材料集共混物的各自优点，克服了各自缺点，成为独特的复合功能材料，并且依据设备耐磨的实际需要，可以进行细化制作，使材料具有指定性的功能，如高弹性、余热化学稳定性等综合性能。材料结构及性能如下(1)合成主链具有Π -共轭体系的如重键，芳环或杂环聚合物，由于大分子链上具有若干长度的某一类型Π -共轭(η-η，P-^O键，使本体系具有极大的刚性，致使形成牢固的超分子结构。(2)合成主链具有P电子的杂原子(如0，Ν)与具有d或P-电子缺位的元素(如 Si和B)直接相连而组成的大分子、元素有机或无机聚合物，即属于这种类型。在这种大分子链上存在P-d共轭体系，有较大的键能，且P-d的共轭并不妨碍键的自由旋转，因此大分子链是柔性的。因此，这种聚合物可具有高弹性，余热化学稳定性等综合性能，即可以获得耐高温的弹性体。(3)将上述两种结构结合在一起形成一个大分子链，即形成Π -共轭体系和元素有机或无机链段的嵌段共聚物，本共聚物集共混物的各自优点，克服了各自缺点，成为独特的复合功能材料，并且依据设备耐磨的实际需要，可以进行细化制作，使材料具有指定性的功能。6、本项技术还进行了工艺创新，采用多步法共混的方法，有效防止了纳米粒子团聚，提高了高聚物的耐高温性能，同时提高了高聚物的强度，强度数值达到莫氏硬度8. 5以上，最高达到9. 3。本项目对耐高温聚合物的工艺和结构进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：臧鑫，臧景山，
申请(专利权)人：上海鑫韬新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：