聚醚氟化聚氨酯/氧化铝涂层的制备及性能分析
水利资源在中国扮演着重要的角色，水资源的利用和开发与经济发展密切相关。在水利工程中，如何对水利机械设备进行保护，延长设备服役期，一直是制约水利事业发展的问题。水利机械，尤其是发电设备，在工作时处于高速运动状态，容易与砂石、硬质颗粒等磨损物质相互接触，设备上极易产生水、固、气三相之间的相互作用，从而引发汽蚀，磨损，以及它们的联合作用。材料表面一旦发生磨损腐蚀现象，磨蚀现象将发展的非常快，将会造成水利设备使用寿命缩短。处理和解决汽蚀、腐蚀、磨损等问题，提高设备服役时间，降低使用维护成本，是实现水利设备安全、可靠、经济、高效率运行亟待解决的问题。 聚氨酯材料性能良好，优异的耐磨耐腐性、化学稳定性、性能可控性等使其应用广泛，特别是聚氨酯可以和许多无机物或有机物进行物理混合或化学反应，从而合成复合涂层材料，使得涂层的某些特定性能可以显著提高，极大的扩展了聚氨酯涂料的应用范围。 聚氨酯由于分子链中含有亲水基团导致耐水性不好，而氟化物具有很好的耐水性，选用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为主要原料与全氟辛基乙基醇(TEOH-8)配合，制备出聚醚氟化聚氨酯，并在涂层中添加不同种类和含量的氧化铝制备复合涂层。为确保纳、微米氧化铝颗粒在涂层中的分散性，使用硅烷偶联剂对氧化铝颗粒进行预处理，最终制备了聚醚氟化聚氨酯/氧化铝涂层，并对所制备涂层进行了测试和表征。在适当的范围之内添加氧化铝颗粒可以使涂层的水接触角增大，吸水率下降，纳米氧化铝用量为3%，微米氧化铝用量为15%，纳米氧化铝涂层附着力为11~12MPa，水接触角为122°左右，微米氧化铝涂层附着力约为7~8MPa，水接触角为110°左右。随着氧化铝含量的增加，聚醚氟化聚氨酯/氧化铝涂层材料的冲蚀磨损量降低，涂层含有的大量氢键与软段分子链协同运动，缓冲了高速磨损颗粒和气泡溃灭时对涂层产生巨大反复的冲击力，硬段分子链可以与氧化铝共同抵抗磨损作用，其抗磨蚀性相应提高。Al2O3-FPU(3)与Al2O3-FPU(15)的磨损量分别降到0.9216×10-3kg和0.6721×10-3kg，耐磨性相较于合金钢分别提升45.25%和60.07%。聚醚氟化聚氨酯/氧化铝涂层不仅具有氟元素疏水性较强的特点，又因为氧化铝的加入使得疏水性能更佳，二者共同作用，有效的阻止了水分子向涂层深处渗透，涂层有效工作时间增加。当纳米氧化铝含量为3%、微米氧化铝含量为15%时，涂层具备较好的耐水性能、粘结力和耐气蚀磨损性能，能够胜任水下过流部件的防护工作。
聚醚氟化聚氨酯;氧化铝;耐磨蚀;耐水性;组织性能
华北水利水电大学
硕士
机械工程
张瑞珠
2020
中文
TQ630.1
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）