專利名稱：SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料以及使用其制造泵構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可用于制造泵構(gòu)件的SiC和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
在電廠、礦山等條件下的使用的電機設(shè)備，如脫硫泵、渣漿泵、泥漿泵、浮選機及其它化工設(shè)備，不僅要承受固體粒子的沖蝕與磨損，而且要受電化學(xué)腐蝕和酸堿腐蝕。由于磨損大、腐蝕嚴重，電機等部件使用壽命短，運行成本高。國內(nèi)泵的過流部件設(shè)計和制造基本上采用金屬材料，高鉻鑄鐵難以抵抗高速粒子沖擊，并且不耐腐蝕。不銹鋼、高鎳合金，甚至鈦、鋯、鉭等金屬材料雖提高了耐磨性能，但很容易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，并且比重大，制造工藝復(fù)雜，運行成本高。有機合成高分子材料如工程塑料等，雖制備較方便，耐腐蝕性能也不錯，但制備大型泵構(gòu)件耐溫性差，剛度不夠，不能滿足使用要求。剛玉陶瓷、SiC陶瓷已經(jīng)用于制造砂漿泵的過流部件，也有很好的耐磨、耐腐蝕性能，但由于燒成變形大，制作工藝復(fù)雜，成品率低，價格也高，且只能制備尺寸較小的泵葉輪等，不能滿足大型脫硫泵、渣漿泵的需要。復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性能材料組成的一種多相材料，既充分發(fā)揮各自材料的性能，又可以人為地針對不同工況條件進行材料的組成和性能的設(shè)計、控制和選用，由此突破單一材料設(shè)計和選用的局限性，從而大幅度提高低應(yīng)力磨損條件下耐磨件的使用壽命。以環(huán)氧樹脂為基體的復(fù)合材料，具有良好的物理化學(xué)性能、耐沖蝕，并且制備工藝簡單、成本低。為了提高環(huán)氧樹脂材料的耐磨性和增加韌性，在環(huán)氧樹脂中加入部分無機非金屬材料已有許多報導(dǎo)，如紀秋龍等(復(fù)合材料學(xué)報，2004，21 (6) 14-20)研究了納米碳化硅粒子填充環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的滑動干摩擦磨損特性，得出納米碳化硅粒子能在很低的含量下(體積含量為0. 2%時最優(yōu))提高環(huán)氧樹脂耐磨性、并降低其摩擦系數(shù)。由于其使用的是納米級的SiC，生產(chǎn)成本較高。申請?zhí)枮镃N200810231902. 0的專利文獻公開了一種基于改性環(huán)氧樹脂和SiC顆粒的耐磨涂層及制備方法，該耐磨涂層按質(zhì)量百分比由3(Γ40%的改性環(huán)氧樹脂和6(Γ70% 的SiC顆粒組成，將改性環(huán)氧樹脂和SiC顆?；旌暇鶆蚝笸扛灿诒砻娼?jīng)過處理的鋼表面，在室溫下固化，在鋼表面制得耐磨涂層。申請?zhí)枮镃N201010M3698. 3的專利文獻公開了一種聚合物耐磨涂層材料，采用不同目數(shù)的碳化硅、各種剛玉和莫來石配比制備。這兩篇對比文獻的主要問題在于其制備的是涂層，而不是整體的零部件，涂層的質(zhì)量要求是耐磨性好，而整體部件則需要有抗壓性、抗折性，需要有一定硬度，并且成型后不變形。申請?zhí)枮镃N90105962. 5的專利文獻公開了一種礦用泵、浮選機工作部件的制作方法，其原料中有碳化硅和環(huán)氧樹脂，但是其需要在1500°C的高溫下燒結(jié)才能得到具有一定硬度和強度的部件。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其泵構(gòu)件的制備方法。本發(fā)明工藝簡單、成本低，制備得到的SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料泵構(gòu)件耐磨、耐腐蝕。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其原料組分及各組分重量百分比如下 SiC顆粒75 85 wt% ；有機組分15 25 wt% ；偶聯(lián)劑質(zhì)量為所述有機組分的 1. 5 2. 5% ；
所述SiC顆粒的粒徑分布為:500 600 μ m占65 75wt%、100 150 μ m占20 30 wt%、 30 40 μ m 占 5 10 wt% ；
所述有機組分由環(huán)氧樹脂和固化劑組成，所述環(huán)氧樹脂和固化劑的質(zhì)量比為3:1。所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型、雙酚S型、雙酚F型環(huán)氧樹脂中的一種；所述固化劑為環(huán)氧樹脂固化劑；所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制造泵構(gòu)件的方法，制備步驟如下
(1)加熱真空攪拌將偶聯(lián)劑與環(huán)氧樹脂混合后，在加熱的密閉容器中抽真空并且攪拌 25 40min，加入SiC后繼續(xù)抽真空，并且攪拌25 40min，所述加熱溫度為4(T60°C，相對真空度小于-0. 07MPa ；
(2)壓力澆鑄將上步驟得到的混合漿料經(jīng)壓力注入泵構(gòu)件模具；
(3)真空振動成型上步驟得到的注有混合漿料的泵構(gòu)件模具放入4(T60°C的密閉容器中，抽真空的同時進行振動成型；振動時間廣3h，密閉容器內(nèi)相對真空度小于-0. 05Mpa ；
(4)加熱固化將上步驟經(jīng)過真空振動成型后的泵構(gòu)件帶模坯體進行干燥，干燥溫度為 7(T90°C，時間為3 5，干燥后將所述坯體脫模，然后將坯體放入電爐中加熱固化，加熱溫度為8(Tl60°C，時間為2 4h。所述泵構(gòu)件模具包括泵葉輪模具以及泵體模具。所述加熱固化可以由室溫固化代替，即將經(jīng)過真空振動成型后的帶模坯體在室溫下進行干燥，干燥時間為2(Γ2 !，干燥后將所述坯體脫模，在室溫下固化46飛Oh。所述室溫為25l6°C。本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于
1、本發(fā)明采用三種不同粒徑、不同含量的SiC顆粒進行組合級配，大尺寸SiC顆粒使本復(fù)合材料具有更好的耐沖蝕磨損性能，小尺寸SiC顆粒使本復(fù)合材料顆粒之間能夠緊密排列，體系的固相含量達75%以上。2、本發(fā)明泵構(gòu)件的制備步驟具有優(yōu)異的技術(shù)效果加熱真空攪拌步驟，同時進行攪拌和抽真空，保證將漿料中的氣泡去除，使得制成的制品致密無氣孔；壓力澆鑄利用高位將漿料通過管道注入模具或者用壓縮空氣將漿料壓入模具，確保了漿料填滿模具，保證了制品致密度高；真空振動成型將澆鑄好的模具放入真空容器內(nèi)振動同時抽真空，排除澆鑄過程中可能帶入的氣泡，保證制品致密無氣孔；加熱固化可以縮短固化時間，提高生產(chǎn)效率，本發(fā)明中常溫自然固化也可以達到固化目的。經(jīng)過以上各個步驟，有效排除了復(fù)合材料中的氣孔，可一次成型高密度大型泵構(gòu)件。3、本發(fā)明相對于背景技術(shù)中提到的四篇對比文獻及其它泵體材料，所需原材料成本低，也不需高溫熔制和燒結(jié)，制作工藝簡便經(jīng)濟，具有較高的耐磨、耐腐蝕特性和較長的使用壽命，在脫硫泵、渣漿泵等方面的應(yīng)用有著十分顯著的社會經(jīng)濟效益。4、本發(fā)明中，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，SiC也可以用氧化鋁(剛玉)、二氧化鋯、 氧化鎂、二氧化硅、氮化鋁、氮化硅、碳化鎢、碳化硼等代替。
具體實施例方式實施例1
將SiC顆粒在350°C處理lh，在丙酮中超聲波清洗30min，清水清洗，干燥烘干備用。將環(huán)氧樹脂、固化劑與偶聯(lián)劑混合，在40°C的密閉容器中抽真空并且攪拌40min， 加入SiC后繼續(xù)真空下攪拌40min得到混合漿料，密閉容器內(nèi)相對真空度小于_ 0. 07MPa。將混合漿料通過與模具1米的高度差經(jīng)管道注入泵葉輪模具，將泵葉輪模具放入 60°C的密閉容器中，抽真空的同時進行振動1 h，密閉容器內(nèi)相對真空度小于-0.05Mpa。將經(jīng)過真空振動成型后的坯體在80°C干燥4 h后脫模，脫模后放入電爐中加熱固化，加熱溫度為80°C，時間為2h，即可得到SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料泵葉輪。上述步驟中所用原料的種類及重量見表1所示。實施例2
將SiC顆粒在350°C處理lh，在丙酮中超聲波清洗30min，清水清洗，干燥烘干備用。將環(huán)氧樹脂、固化劑與偶聯(lián)劑混合，在50°C的密閉容器中抽真空并且攪拌30min， 加入SiC后繼續(xù)真空下攪拌30min得到混合漿料，密閉容器內(nèi)相對真空度小于_ 0. 07MPa。將混合漿料通過與模具1米的高度差經(jīng)管道注入泵葉輪模具，將泵葉輪模具放入 55°C的密閉容器中，抽真空的同時進行振動1.5 h，密閉容器內(nèi)相對真空度小于-0.05Mpa。將經(jīng)過真空振動成型后的坯體在70°C干燥5 h后脫模，脫模后放入電爐中加熱固化，加熱溫度為120°C，時間為4h，即可得到SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料泵葉輪。上述步驟中所用原料的種類及重量見表1所示。實施例3
將SiC顆粒在350°C處理lh，在丙酮中超聲波清洗30min，清水清洗，干燥烘干備用。將環(huán)氧樹脂、固化劑與偶聯(lián)劑混合，在60°C的密閉容器中抽真空并且攪拌25min， 加入SiC后繼續(xù)真空下攪拌25min得到混合漿料，密閉容器內(nèi)相對真空度小于_ 0. 07MPa。將混合漿料通過壓縮空氣壓入泵體模具，將泵體模具放入50°C的密閉容器中，抽真空的同時進行振動池，密閉容器內(nèi)相對真空度小于-0. 05Mpa。將經(jīng)過真空振動成型后的坯體在90°C干燥3 h后脫模，脫模后放入燃氣加熱烘房中加熱固化，加熱溫度為160°C，時間為4h，即可得到SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料泵體。上述步驟中所用原料的種類及重量見表1所示。實施例4
將SiC顆粒在350°C處理lh，在丙酮中超聲波清洗30min，清水清洗，干燥烘干備用。將環(huán)氧樹脂、固化劑與偶聯(lián)劑混合，在50°C的密閉容器中抽真空并且攪拌30min， 加入SiC后繼續(xù)真空下攪拌30min得到混合漿料，密閉容器內(nèi)相對真空度小于_ 0. 07MPa。將混合漿料通過壓縮空氣壓入泵體模具，將泵體模具放入45°C的密閉容器中，抽真空的同時進行振動2.證，密閉容器內(nèi)相對真空度小于-0. 05Mpa。
將經(jīng)過真空振動成型后的坯體在室溫下放置20h后脫模，脫模后在室溫放置46h，即可得到SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料泵體。上述步驟中所用原料的種類及重量見表1所示。實施例5
將SiC顆粒在350°C處理lh，在丙酮中超聲波清洗30min，清水清洗，干燥烘干備用。將環(huán)氧樹脂、固化劑與偶聯(lián)劑混合，在50°C的密閉容器中抽真空并且攪拌30min， 加入SiC后繼續(xù)真空下攪拌30min得到混合漿料，密閉容器內(nèi)相對真空度小于_ 0. 07MPa。將混合漿料通過壓縮空氣壓入泵體模具，將泵體模具放入40°C的密閉容器中，抽真空的同時進行振動池，密閉容器內(nèi)相對真空度小于-0. 05Mpa。將經(jīng)過真空振動成型后的坯體在25°C室溫下放置2 后脫模，脫模后在25°C室溫放置50h，即可得到SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料泵體。上述步驟中所用原料的種類及重量見表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其特征在于其原料組分及各組分重量百分比如下SiC顆粒75 85 wt% ；有機組分15 25 wt% ；偶聯(lián)劑質(zhì)量為所述有機組分的1. 5 2. 5% ；所述SiC顆粒的粒徑分布為:500 600 μ m占65 75wt%、100 150 μ m占20 30 wt%、 30 40 μ m 占 5 10 wt% ；所述有機組分由環(huán)氧樹脂和固化劑組成，所述環(huán)氧樹脂和固化劑的質(zhì)量比為3:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其特征在于所述環(huán)氧樹脂為雙酚 A型、雙酚S型、雙酚F型環(huán)氧樹脂中的一種；所述固化劑為環(huán)氧樹脂固化劑；所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
3.使用權(quán)利要求1所述的SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制造泵構(gòu)件的方法，其特征在于制備步驟如下(1)加熱真空攪拌將偶聯(lián)劑與環(huán)氧樹脂混合后，在加熱的密閉容器中抽真空并且攪拌 25 40min，加入SiC后繼續(xù)抽真空，并且攪拌25 40min，所述加熱溫度為4(T60°C，相對真空度小于-0. 07MPa ；(2)壓力澆鑄將上步驟得到的混合漿料經(jīng)壓力注入泵構(gòu)件模具；(3)真空振動成型上步驟得到的注有混合漿料的泵構(gòu)件模具放入4(T60°C的密閉容器中，抽真空的同時進行振動成型；振動時間廣3h，密閉容器內(nèi)相對真空度小于-0. 05Mpa ；(4)加熱固化將上步驟經(jīng)過真空振動成型后的泵構(gòu)件帶模坯體進行干燥，干燥溫度為 7(T90°C，時間為3 5，干燥后將所述坯體脫模，然后將坯體放入電爐中加熱固化，加熱溫度為8(Tl60°C，時間為2 4h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制造泵構(gòu)件的方法，其特征在于所述泵構(gòu)件模具包括泵葉輪模具以及泵體模具。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制造泵構(gòu)件的方法，其特征在于所述加熱固化可以由室溫固化代替，即將經(jīng)過真空振動成型后的帶模坯體在室溫下進行干燥， 干燥時間為2(Γ2 !，干燥后將所述坯體脫模，在室溫下固化46飛Oh。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制造泵構(gòu)件的方法，其特征在于所述室溫為2516 °C。
全文摘要
一種SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其原料組分及各組分重量百分比如下SiC顆粒75~85wt%；有機組分15~25wt%；偶聯(lián)劑質(zhì)量為所述有機組分的1.5~2.5%；所述SiC顆粒的粒徑分布為500~600μm占65~75wt%、100~150μm占20~30wt%、30~40μm占5~10wt%；所述有機組分由環(huán)氧樹脂和固化劑組成，所述環(huán)氧樹脂和固化劑的質(zhì)量比為3:1；SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制造泵構(gòu)件的方法，制備步驟如下(1)加熱真空攪拌；(2)壓力澆鑄；(3)真空振動成型；(4)加熱固化。本發(fā)明工藝簡單、成本低，制備得到的SiC/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料泵構(gòu)件耐磨、耐腐蝕。
文檔編號C08G59/20GK102408677SQ20111028577
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者丁偉群, 何衛(wèi)平, 馮家迪 申請人:江蘇省宜興非金屬化工機械廠有限公司