專利名稱：一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料及制備方法
技術領域：
本發明涉及到耐磨陶瓷領域，具體的說是一種抗凍融的復合耐磨襯里材料及制備方法，用于礦山、選煤、海港、風電、核電等行業強磨損設備和關鍵設備的耐磨襯里和外保護層。
背景技術：
現有技術中的礦山浮選設備、洗選煤設備、港口強磨損設備、沙漠風電設備和核電設備等，由于長期工作在水溶液或沙漠中，并受到礦漿、煤泥等高含酸堿、高濃度含粉液體的長期沖刷和磨損，傳統的鋼鐵材料受到腐蝕、氧化、磨損，損壞加速，停產維修更換頻繁，嚴重影響企業的經濟效益。目前市場上的一些非金屬耐磨陶瓷材料，在水泥行業中高溫干燥環境中的應用，取得了一定的應用效果，但對 于港口設備、礦山浮選設備、選煤設備等長期浸泡在海水、浮選溶液、洗選煤水中，現有的耐磨陶瓷材料存在下列問題(I)、材料顆粒較大，80%顆粒大于Imm以上，且級配不合理，以致造成材料內部均勻性較差，材料密度小，抗壓強度和抗折強度低；(2)、材料抗滲、抗凍融能力差；(3)、材料粘結能力差，需用鋼網和錨固件加固，在水中長期浸泡易形成二層皮現象。
發明內容
為解決現有技術中耐磨陶瓷材料在港口設備、礦山浮選設備、選煤設備上應用時存在的抗壓強度和抗折強度低、材料抗滲、抗凍融能力差以及粘結能力差等問題，本發明提供了一種抗凍融的復合耐磨襯里材料及制備方法。本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為一種抗滲抗凍融復合耐磨襯里材料，其特征在于由復合火山灰、鋁酸鹽水泥、40 - 50μπι的氧化鉻微粉、55 - 65Mfli的氮化硅微粉、45 - 55Mffl的金剛砂細粉、減水劑、環氧樹脂、環氧樹脂固化劑、增強纖維和水組成，各物料加入的重量百分比是
復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的加入量是復合火山灰28. 5 — 74. 5% ;鋁酸鹽水泥15-40% ;2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉1-3% ；40 — 50Mm的氧化鉻微粉O. 5-1. 5% ；55 - 65Mm的氮化硅微粉5-15% ；45 一 55Mm的金剛砂細粉3-8% ;增強纖維2 - 5% ；
減水劑的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的總重量的 O. 01 - O. 5% ；
環氧樹脂的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的總重量的2 - 5% ；
環氧樹脂固化劑的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的總重量的O.1 — O. 5% ；
水的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉、增強纖維、減水劑、環氧樹脂和環氧樹脂固化劑的總重量的2% ；
所述的復合火山灰由粒徑為O. 05 - O.1Mm的微硅粉、2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉1_3%和粒徑為150Mm - 250Mm的石英砂復合而成，石英砂、α -氧化鋁微粉和硅微粉加入的重量百分比是石英砂90 - 94% ;硅微粉4 - 8%、α -氧化鋁微粉I 一 3%。所述娃微粉中的氧化娃含量不小于90%。所述α -氧化鋁微粉中的氧化鋁含量不小于99. 5%。所述石英砂細粉中氧化硅的含量不小于90%
所述鋁酸鹽水泥為925#鋁酸鹽水泥。所述減水劑為高濃型萘系高效減水劑FDN、可溶性樹脂型高效減水劑DFS-2或聚憐酸聞效減水劑。所述環氧樹脂為雙酚A環氧樹脂、水性環氧樹脂、工程用環氧樹脂1210或環氧樹脂和呋喃樹脂的混合體。所述環氧樹脂固化劑為NJ-1、NJ-2環氧樹脂固化劑、ΝΡ-345、ΝΡ-346環氧樹脂固化劑或聚酰胺650、651環氧樹脂固化劑。所述氧化鉻微粉中的氧化鉻含量不小于99%。所述氮化娃微粉中的氮化娃含量不小于97%。所述金剛砂細粉中氧化招的含量不小于94. 5%,氧化娃的含量不大于1. 5%,三氧化二鐵的含量不大于O. 5%，氧化鈦的含量不大于1. 5%。所述增強纖維為聚丙烯纖維、聚丙烯晴纖維和芳綸纖維中的一種或多種混合。所述聚丙烯纖維的直徑為18_48Mm，長度為6_15mm ；
所述聚丙烯晴纖維的直徑為13Mm，長度為6-15mm ；
所述芳纟侖纖維直徑為12. 5Mm,長度為6_15mm。一種抗滲抗凍融復合耐磨襯里材料的制備方法，包括以下步驟
步驟一、按重量百分比稱取石英砂90 — 94%,石英砂的粒徑O. 05 — O.1Mm ;娃微粉4 一8%，硅微粉的粒徑150Mm - 250Mm，硅微粉中的氧化硅含量不小于90% ;粒徑為2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉1_3%，氧化鋁含量不小于99. 5% ;送入球磨機或攪拌機，混合5 — 10分鐘，制成復合火山灰，備用；
步驟二、按重量百分比取復合火山灰28. 5 - 74. 5%，鋁酸鹽水泥15-40% ;粒徑為40 —50Mm的氧化鉻微粉O. 5-1. 5% ;粒徑為55 — 65Mm的氮化硅微粉5-15% ;粒徑為45 — 55Mm的金剛砂細粉3-8%和增強纖維2 - 5%，送入攪拌機混合攪拌8 - 10分鐘，制成復合混合料，備用;
步驟三、按施工所需重量取步驟二制得的一定數量的復合混合料，送入攪拌機，開機攪拌I 一 5分鐘，后按復合混合料的總重量加入O. 01 - O. 5%%的減水劑、2 - 5%的環氧樹脂和O.1 — O. 5%的環氧樹脂固化劑，開機攪拌3 — 5分鐘，備用；
步驟四、使用前，向步驟三所述的攪拌機內按重量百分比加入物料總重量的2 - 4%的水，開機攪拌10 - 20分鐘，即制得產品。有益效果本發明與現有技術的耐磨陶瓷材料相比，具有以下優點
I)微硅粉和石英砂雙參，可改善膠凝材料體系中顆粒的緊密堆積，α -氧化鋁微粉活性大，作為填充料粒度易于分散，大大提高其填充率，三種物料實現復合火山灰效應，對提高材料的的抗壓強度和抗侵蝕性能具有很強的作用；
2)氧化鉻微粉具有極高的化學穩定性，不溶于水和酸，耐酸耐堿耐腐蝕，機械強度高，莫氏硬度達到8. 5-9，極大提高了材料的的耐磨性和抗沖擊性；
3)金剛砂微粉、氮化硅微粉具有很高的硬度和體積密度，極大的提高了材料的耐磨性和抗沖擊性；
4)環氧樹脂及環氧樹脂固化劑與水泥基非金屬材料混合使用，增強了材料的防水性能，并保證很高的交聯密度，可在室溫和潮濕環境條件下固化，優于其他水聚合物；環氧樹脂對金屬和非金屬表面具有優異的粘接強度，耐腐性、抗凍融性和抗滲透性好；
5)聚丙烯晴纖維或芳綸纖維，具有高強度、高模量、耐光、耐高溫、耐磨、耐酸堿腐蝕、抗疲勞、抗蠕變的優異性能，其強度是鋼纖維的5-6倍，模量是鋼纖維的2-3倍，韌性是鋼纖維的2倍，聚丙烯晴纖維或芳綸纖維大大的減少了了襯里材料中毛細孔的尺度和連通毛細孔的數量，有效地提高了襯里材料的耐久性、抗滲性和抗凍融性，使襯里材料的抗凍融次數達到600次以上；
綜上所述，該材料提高了組分的細度與活性，并加入高聚物纖維，使襯里材料內部結構更加均勻致密，抗壓強度> 230 MPa，抗折強度>60 MPa，而現有的耐磨陶瓷，其抗壓強度一般小于llOMPa，抗折強度一般小于16MPa，因而本發明的耐磨性更強；高分子材料環氧樹脂的加入使襯里材料具有極高的粘接強度，無需焊接錨固件和鋼網，無需施加壓力和高溫養護，即可實現襯里材料與鋼材的無結縫連結，施工更加方便快捷；同時具有優異的抗滲性、抗凍融性和耐久性，可長期在海水和含酸堿硫的液體中工作，滿足了礦山浮選、選煤廠洗選、海港設備、風電核電設備對耐磨層和外保護層的需求。
圖1為本發明的50倍電鏡掃描圖像；
圖2為現有耐磨陶瓷的50倍電鏡掃描圖像。
具體實施例方式本發明中，所選用的組分材料粒徑及其性能指標如下，下列實施例中所用的材料均以下述指標選用
粒徑為150Mm-250Mm的石英砂，925#鋁酸鹽水泥，粒徑為O. 05-0.1Mm的微硅粉，粒徑為
2-3Mm的α -氧化鋁微粉，粒徑為40_50Mm的氧化鉻微粉，粒徑為55_65Mm的氮化硅微粉，粒徑為45-55Mm的金剛砂細粉，減水劑，環氧樹脂，環氧樹脂固化劑和增強纖維；
所述減水劑為高濃型萘系高效減水劑FDN、可溶性樹脂型高效減水劑DFS-2或聚磷酸高效減水劑中的任意一種，上述減水劑均可在市場上購買得到；
所述環氧樹脂為雙酚A環氧樹脂、水性環氧樹脂、工程用環氧樹脂1210或環氧樹脂和呋喃樹脂的混合體，上述環氧樹脂均可在市場上購買得到；
所述環氧樹脂固化劑為NJ-1、NJ-2環氧樹脂固化劑、ΝΡ-345、NP-346環氧樹脂固化劑或聚酰胺650、651環氧樹脂固化劑，上述環氧樹脂固化劑均可在市場上購買得到；
所述增強纖維為聚丙烯纖維、聚丙烯晴纖維和芳綸纖維中的一種或多種混合，上述增強纖維均可在市場上購買得到；所述微硅粉中的氧化硅含量不小于90%，所述α-氧化鋁微粉中的氧化鋁含量不小于99. 5%,所述氧化鉻微粉中的氧化鉻含量不小于99%,所述氮化娃微粉中的氮化娃含量不小于97%,所述金剛砂細粉中氧化招的含量不小于94. 5%、氧化娃的含量不大于1. 5%、三氧化二鐵的含量不大于O. 5%、氧化鈦的含量不大于1. 5% ；
所述聚丙烯纖維的直徑為18-48Mm，長度為6_15mm，抗拉強度> 500MPa，密度O. 91g/cm3，彈性模量> 3. 85 GPa，斷裂伸長率10-28 % ;所述聚丙烯晴纖維的直徑為13Mm，長度為6-15mm，抗拉強度彡900MPa，密度1. 18g/cm3，彈性模量彡17GPa，斷裂伸長率9-11 % ;所述芳綸纖維直徑為12. 5Mm,長度為6-15mm，抗拉強度為彡2. 06-3. 38GMPa,密度1. 44g/cm3,彈性模量彡125GPa，斷裂伸長率2. 4-3. 5 %。下面結合具體實施例對本發明做進一步的闡述，實施例中所用的材料均取自上述材料。實施例1
一種復合耐磨陶瓷材料，其制備步驟如下
步驟一、按重量百分比稱取石英砂90%，石英砂的粒徑150 - 250Mm ;硅微粉8%，硅微粉的粒徑O. 05Mm - O.1Mm,硅微粉中的氧化硅含量不小于90% ;粒徑為2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉2%，氧化鋁含量不小于99. 5% ;送入球磨機或攪拌機，混合5分鐘，制成復合火山灰，備用； 步驟二、按重量百分比取復合火山灰28. 5%，鋁酸鹽水泥40% ;粒徑為40 - 50Mm的氧化鉻微粉1. 5% ;粒徑為55 - 65Mm的氮化硅微粉15% ;粒徑為45 — 55Mm的金剛砂細粉8%和增強纖維5%，送入攪拌機混合攪拌8分鐘，制成復合混合料，備用；
步驟三、按施工所需重量取步驟二制得的一定數量的復合混合料，送入攪拌機，開機攪拌I分鐘，后按復合混合料的總重量加入O. 01%的減水劑、2%的環氧樹脂和O. 1%的環氧樹脂固化劑，開機攪拌3分鐘，備用；
步驟四、使用前，向步驟三所述的攪拌機內按重量百分比加入物料總重量的2%的水，開機攪拌10分鐘，即制得產品。實施例2
一種復合耐磨陶瓷材料，其制備步驟如下
步驟一、按重量百分比稱取石英砂94%，石英砂的粒徑150 - 250Mm ;硅微粉4%，硅微粉的粒徑O. 05Mm - O.1Mm,硅微粉中的氧化硅含量不小于90% ;粒徑為2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉2%，氧化鋁含量不小于99. 5% ;送入球磨機或攪拌機，混合10分鐘，制成復合火山灰，備用；
步驟二、按重量百分比取復合火山灰74. 5%，鋁酸鹽水泥15% ;粒徑為40 - 50Mm的氧化鉻微粉O. 5% ;粒徑為55 - 65Mm的氮化硅微粉5% ;粒徑為45 — 55Mm的金剛砂細粉3%和增強纖維2%，送入攪拌機混合攪拌10分鐘，制成復合混合料，備用；
步驟三、按施工所需重量取步驟二制得的一定數量的復合混合料，送入攪拌機，開機攪拌5分鐘，后按復合混合料的總重量加入O. 5%的減水劑、5%的環氧樹脂和O. 5%的環氧樹脂固化劑，開機攪拌5分鐘，備用；
步驟四、使用前，向步驟三所述的攪拌機內按重量百分比加入物料總重量的4%的水，開機攪拌20分鐘，即制得產品。
實施例3
一種復合耐磨陶瓷材料，其制備步驟如下
步驟一、按重量百分比稱取石英砂91%，石英砂的粒徑150 - 250Mm ;硅微粉6%，硅微粉的粒徑O. 05Mm - O.1Mm,硅微粉中的氧化硅含量不小于90% ;粒徑為2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉3%，氧化鋁含量不小于99. 5% ;送入球磨機或攪拌機，混合8分鐘，制成復合火山灰，備用；
步驟二、按重量百分比取復合火山灰52%，鋁酸鹽水泥28% ;粒徑為40 - 50Mm的氧化鉻微粉1% ;粒徑為55 - 65Mm的氮化硅微粉10% ;粒徑為45 — 55Mm的金剛砂細粉5. 5%和增強纖維3. 5%，送入攪拌機混合攪拌9分鐘，制成復合混合料，備用；
步驟三、按施工所需重量取步驟二制得的一定數量的復合混合料，送入攪拌機，開機攪拌3分鐘，后按復合混合料的總重量加入O. 3%的減水劑、3. 5%的環氧樹脂和O. 3%的環氧樹脂固化劑，開機攪拌4分鐘，備用；
步驟四、使用前，向步驟三所述的攪拌機內按重量百分比加入物料總重量的3%的水，開機攪拌15分鐘，即制得產品。實施例4
一種復合耐磨陶瓷材料，其制備步驟如下
步驟一、按重量百分比稱取石英砂92%，石英砂的粒徑150 - 250Mm ;硅微粉7%，硅微粉的粒徑O. 05Mm - O.1Mm,硅微粉中的氧化硅含量不小于90% ;粒徑為2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉1%，氧化鋁含量不小于99. 5% ;送入球磨機或攪拌機，混合7分鐘，制成復合火山灰，備用； 步驟二、按重量百分比取復合火山灰53%，鋁酸鹽水泥27% ;粒徑為40 - 50Mm的氧化鉻微粉1% ;粒徑為55 - 65Mm的氮化硅微粉10% ;粒徑為45 — 55Mm的金剛砂細粉6%和增強纖維3%，送入攪拌機混合攪拌10分鐘，制成復合混合料，備用；
步驟三、按施工所需重量取步驟二制得的一定數量的復合混合料，送入攪拌機，開機攪拌2分鐘，后按復合混合料的總重量加入O. 2%的減水劑、3%的環氧樹脂和O. 25%的環氧樹脂固化劑，開機攪拌3分鐘，備用；
步驟四、使用前，向步驟三所述的攪拌機內按重量百分比加入物料總重量的3. 5%的水，開機攪拌16分鐘，即制得產品。分別取本發明的產品和現有市售的耐磨陶瓷產品做50倍電鏡掃描，電鏡掃描圖像如附圖所示，由圖上可以明顯看出，本發明的顆粒細度小、分布均勻，結構致密無孔洞，因此其抗滲性好；而現有市售的耐磨陶瓷產品則顆粒粒徑大、分布不均勻，其內分布有大量的孔洞，導致其抗滲性能差。
權利要求
1.一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料，其特征在于由復合火山灰、鋁酸鹽水泥、40 - 50Mm的氧化鉻微粉、55 — 65Mm的氮化硅微粉、45 — 55Mm的金剛砂細粉、減水劑、環氧樹脂、環氧樹脂固化劑、增強纖維和水組成，各物料加入的重量百分比是 復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的加入量是復合火山灰 28. 5 — 74. 5% ;鋁酸鹽水泥 15-40% ；40 一 50Mm 的氧化鉻微粉 O. 5-1. 5% ；55 一 65Mm 的氮化硅微粉5-15% ；45 - 55Mm的金剛砂細粉3_8% ;增強纖維2 — 5% ； 減水劑的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的總重量的 O. 01 - O. 5% ； 環氧樹脂的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的總重量的2 - 5% ； 環氧樹脂固化劑的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉和增強纖維的總重量的O.1 — O. 5% ； 水的加入量是復合火山灰、鋁酸鹽水泥、氧化鉻微粉、金剛砂細粉、增強纖維、減水劑、環氧樹脂和環氧樹脂固化劑的總重量的2% ； 所述的復合火山灰由粒徑為O. 05 - O.1Mm的微硅粉、2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉1_3%和粒徑為150Mm - 250Mm的石英砂復合而成，石英砂、α -氧化鋁微粉和硅微粉加入的重量百分比是石英砂90 - 94% ;硅微粉4 - 8%、α -氧化鋁微粉I 一 3%。
2.根據權利要求1所述的一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料，其特征在于所述硅微粉中的氧化硅含量不小于90% ;所述α -氧化鋁微粉中的氧化鋁含量不小于99. 5%。
3.根據權利要求1所述的一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料，其特征在于所述減水劑為高濃型萘系高效減水劑FDN、可溶性樹脂型高效減水劑DFS-2或聚磷酸高效減水劑中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料，其特征在于所述環氧樹脂為雙酚A環氧樹脂、水性環氧樹脂、工程用環氧樹脂1210或環氧樹脂和呋喃樹脂的混合體中的一種。
5.根據權利要求1所述的一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料，其特征在于所述環氧樹脂固化劑為NJ-1、NJ-2環氧樹脂固化劑、ΝΡ-345、ΝΡ-346環氧樹脂固化劑或聚酰胺650,651環氧樹脂固化劑。
6.根據權利要求1所述的一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料，其特征在于所述氧化鉻微粉中的氧化鉻含量不小于99% ;所述氮化娃微粉中的氮化娃含量不小于97% ;所述金剛砂細粉中氧化鋁的含量不小于94. 5%，氧化硅的含量不大于1. 5%，三氧化二鐵的含量不大于O. 5%,氧化鈦的含量不大于1. 5%。
7.根據權利要求1所述的一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料，其特征在于所述增強纖維為聚丙烯纖維、聚丙烯晴纖維和芳綸纖維中的一種或多種混合； 所述聚丙烯纖維的直徑為18_48Mm,長度為6_15mm ； 所述聚丙烯晴纖維的直徑為13Mm，長度為6-15mm ； 所述芳纟侖纖維直徑為12. 5Mm,長度為6_15mm。
8.根據權利要求1所述的一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、按重量百分比稱取石英砂90 — 94%,石英砂的粒徑O. 05 — O.1Mm ;娃微粉4 一8%，硅微粉的粒徑150Mm - 250Mm，硅微粉中的氧化硅含量不小于90% ;粒徑為2 — 3Mm的α -氧化鋁微粉1_3%，氧化鋁含量不小于99. 5% ;送入球磨機或攪拌機，混合5 — 10分鐘，制成復合火山灰，備用； 步驟二、按重量百分比取復合火山灰28. 5 - 74. 5%，鋁酸鹽水泥15-40% ;粒徑為40 —50Mm的氧化鉻微粉O. 5-1. 5% ;粒徑為55 — 65Mm的氮化硅微粉5-15% ;粒徑為45 — 55Mm的金剛砂細粉3-8%和增強纖維2 - 5%，送入攪拌機混合攪拌8 - 10分鐘，制成復合混合料，備用; 步驟三、按施工所需重量取步驟二制得的一定數量的復合混合料，送入攪拌機，開機攪拌I 一 5分鐘，后按復合混合料的總重量加入O. 01 - O. 5%的減水劑、2 - 5%的環氧樹脂和O.1 — O. 5%的環氧樹脂固化劑，開機攪拌3 — 5分鐘，備用； 步驟四 、使用前，向步驟三所述的攪拌機內按重量百分比加入物料總重量的2 - 4%的水，開機攪拌10 - 20分鐘，即制得產品。
全文摘要
一種抗滲抗凍融的復合耐磨襯里材料及制備方法，由復合火山灰、鋁酸鹽水泥、40－50μm的氧化鉻微粉、55－65μm的氮化硅微粉、45－55μm的金剛砂細粉、減水劑、環氧樹脂、環氧樹脂固化劑、增強纖維和水通過一系列的操作制備而成。本發明中使用了高聚物增強纖維，大大的減少了了襯里材料中毛細孔的尺度和連通毛細孔的數量，有效地提高了襯里材料的耐久性、抗滲性和抗凍融性，使襯里材料的抗凍融次數達到600次以上。
文檔編號C04B28/06GK103044010SQ20131000450
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者張海朝, 周獻偉, 李海濤 申請人:西安維樂抗磨工程技術有限公司