一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法与流程

本发明属于聚氨酯胶层制备技术领域，更具体的说，涉及一种具有防滑耐磨效用的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法。

背景技术：

聚氨酯弹性体具有高强度、高弹性、高伸长率、高耐磨性等许多突出的优点，被广泛应用于国民经济的各个领域，其中，浇注型聚氨酯弹性体是应用最广、产量最大的一种。近年来，随着国家海洋工程的不断发展，聚氨酯弹性体在海洋工程中的应用越来越广泛，同时对其性能的要求也越来越高。

作为海洋工程建造中不可或缺的一部分，海底管线的铺设及专用装备的研究，一直是海洋石油工程领域中的重点研究内容之一。s型海洋铺管船是海底管线铺设的专用装备，铺管船上很多专用设备辅件如张紧器履带板，输送滚轮等都是用聚氨酯弹性体制备的。这些专用设备辅件的质量和使用寿命大大影响到整个铺管工程的进程。

目前，现有s型海洋铺管船用聚氨酯张紧器履带板和输送滚轮在使用过程中容易出现以下问题：(1)过度磨损，使用周期短，增加了备件更换频率，容易误工；(2)易打滑，特别在铺设表面光滑的管线过程中，这些问题将给整个铺管工程带来巨大的经济损失。例如在铺管过程中，如果出现打滑，整个铺管工程将停工，停工一天经济损失高达几百万，如果出现已设管道折断、浸水等连带事故，损失将更加严重。

如，中国专利申请号为200810196268.1，申请日：2008年8月23日的申请案公开了一种聚氨酯滚轮，该申请案的聚氨酯滚轮包括滚轮芯和同心的包覆于滚轮芯外援表面的聚氨酯层，其滚轮芯包括管状铁芯和包覆在铁芯外表面的铸铝层。该申请案在一定程度上能够延长聚氨酯滚轮的使用寿命，但该聚氨酯滚轮的耐磨、防滑性能仍不能够有效满足s型海洋铺管船的使用要求。

又如，中国专利申请号为201310082538.7的申请案公开了一种工程机械履带板及其制备方法，该申请案的工程机械履带板的材料以重量百分比的组成成分为：c：0.25～0.30％，si：0.12～0.17％，ti：0.2～0.23％，al：0.07～0.09％，mn：2～2.5％，w：1.7～2.0％，b：≤0.0035％，p：≤0.025％，s：≤0.025％，余量为fe，上述履带板的制备方法为：电炉炼钢、真空脱气处理，钢水出炉，浇铸铸件，铸件降温至1230～1250℃时保温2～3小时，然后降温至930～950℃淬火，360℃回火后速冷，待用。该申请案主要通过对工程机械履带板用材料的组分进行优化设计，从而在一定程度上改善了履带板的强度、韧性和耐磨性等使用性能，但所得履带板的防滑性能仍相对较差。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明目的在于克服现有s型海洋铺管船用聚氨酯张紧器履带板和输送滚轮在使用过程中易发生过磨损和打滑现象的不足，提供了一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法。采用本发明的方法能够显著提高聚氨酯复合胶层的防滑和耐磨性能，从而满足s型海洋铺管船对张紧器履带板和输送滚轮的使用要求，有利于提高张紧器履带板和输送滚轮的使用效能，延长其使用寿命。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，所述复合胶层包括基体聚氨酯胶层和填充于其内的聚氨酯颗粒，上述基体胶层表面有部分聚氨酯颗粒露出，且胶层整体为平整结构。

更进一步的，所述聚氨酯复合胶层的硬度为邵a80-90度，聚氨酯颗粒的粒径为12-18目。

更进一步的，将基体胶层用聚氨酯预聚体与填充用聚氨酯颗粒按质量比为4:1-5:1混合，然后经浇注、硫化、脱模处理形成聚氨酯复合胶层。

更进一步的，基体胶层用聚氨酯预聚体与填充用聚氨酯颗粒混合后先使用浇注机进行预热、脱泡处理，然后加入交联剂进行浇注，经浇注、硫化、脱模处理后再进行后处理和车磨加工，即得到本发明的聚氨酯复合胶层。

更进一步的，所述的基体胶层用聚氨酯预聚体由聚酯多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯组成，且聚酯多元醇与二苯基甲烷二异氰酸酯的混合比例为4:1-5:1。

更进一步的，所述填充用聚氨酯颗粒是以聚醚多元醇、二异氰酸酯和填料按照混合比例为100：(30-40)：(15-20)制成的。

更进一步的，所述填充用聚氨酯颗粒的具体制备过程如下：

1)聚氨酯颗粒用预聚体的合成：以聚醚多元醇、二异氰酸酯和填料为原料合成预聚体；

2)加入交联剂，浇注成辊，经胶辊后处理后车加工成胶条；

3)将胶条进行破碎造粒处理，然后过筛选取规定粒径的颗粒，并进行清洗，干燥，即得填充用聚氨酯颗粒。

更进一步的，所述的二异氰酸酯采用甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯，所述的填料选用二氧化硅、碳酸钙、白炭黑、滑石粉或碳化硅。

更进一步的，所述聚氨酯颗粒浇注过程中所用交联剂选用4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷、二甲硫基甲苯二胺、1,4-丁二醇或氢醌-双(β-羟乙基)醚；所述胶条的邵a硬度为85-95度，密度为1.22-1.25g/cm³，厚度为2-3mm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层，包括基体聚氨酯胶层和填充于其内的聚氨酯颗粒，上述基体胶层表面有部分聚氨酯颗粒露出，且胶层整体为平整结构，该复合胶层的防滑和耐磨性能较好，能够满足海洋铺管船用张紧器履带板、输送滚轮等产品对防滑与耐磨性能的要求，延长其使用寿命。

(2)本发明的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，采用本发明的制备方法能够显著改善复合胶层的结构分布，所得复合胶层具有比较好的耐磨性和高表面摩擦系数，可以增加与管线表面的摩擦，避免铺管过程中的打滑现象，并且胶层不会随着使用磨损而防滑性能受损，从而增加产品的使用寿命。此复合胶层应用于海洋铺管船用的张紧器履带板、输送滚轮等产品，在实际铺管作业中达到了节能高效的实用效果。

(3)本发明的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，通过对基体聚氨酯胶层及聚氨酯颗粒用预聚体的组分、基体聚氨酯胶层用预聚体与聚氨酯颗粒的混合比例及其他制备工艺参数进行优化设计，从而进一步提高了所得聚氨酯复合胶层的综合使用性能，使其使用性能达到最佳配合。

附图说明

图1为本发明的防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的剖面结构示意图；

图2为现有齿轮泵的结构示意图；

图3为螺杆泵转子的结构示意图；

图4为图3中转子的左视示意图；

图5为螺杆泵定子的结构示意图；

图6为图5中定子的左视示意图。

图中：1、基体聚氨酯胶层；2、聚氨酯颗粒；3、主动轮；4、从动轮；5、转子；6、定子。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，现结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的上述防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)聚氨酯颗粒的制备：采用聚醚多元醇n-204、n-210(钟山化工)，白炭黑zq356(株洲兴隆化工)与甲苯二异氰酸酯(tdi-100，法国利安德)按照混合比例为100：40：20合成聚氨酯预聚体，加入当量95％(即交联剂的加入量为预聚体质量的95％)的交联剂4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷moca(杭州崇顺)，经浇注机浇注成辊，胶辊后处理后车加工成厚度为3mm的胶条，所得胶条硬度为邵a95度，密度为1.25g/cm³。胶条经过破碎机破碎和造粒处理，通过三级筛分即得12-18目的无规颗粒，然后进行清洗，干燥，备用。

(2)聚氨酯复合胶层的制备：将聚酯多元醇218(青岛新宇田化工)与二苯基甲烷二异氰酸酯mdi(拜耳)合成的预聚体与制备好的聚氨酯颗粒按照5：1的比例混合投入专用浇注机中，经预热、脱泡处理后加入交联剂1,4-丁二醇bdo(陇西化工)，采用常规工艺浇注，脱模，后处理，车磨加工，即得复合聚氨酯层。

上述专用浇注机不同于常规的聚氨酯浇注机，其输送泵和混合头经过改造，可以通过大粒径颗粒并准确计量。常规的浇注机采用的是齿轮泵(如图2所示，包括主动轮3和从动轮4)，能够运送并准确计量高粘度的液体，但对于本发明中的带固体颗粒的胶料就不能使用了。因此将螺杆泵(如图3-图6所示，包括转子5和定子6)的理论用于浇注机输送泵改造，从而能够准确计量带固体颗粒的胶料。

如图1所示，本实施例所得聚氨酯复合胶层包括基体聚氨酯胶层1和填充于其内的聚氨酯颗粒2，胶层整体为平整结构，且基体胶层表面有部分聚氨酯颗粒露出，从而可以显著提高复合胶层的耐磨和防滑性能，将其用于制作大型铺管船用聚氨酯张紧器履带板，可以有效克服现有聚氨酯张紧器履带板易发生过度磨损和打滑现象的不足，大大延长了张紧器履带板的使用寿命，降低了经济损失。本实施例所得聚氨酯复合胶层的硬度为邵a90度，厚度为35mm。

实施例2

本实施例的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)聚氨酯颗粒的制备：采用聚醚多元醇n-204、n-210(钟山化工)，碳酸钙bz-2600(佛山勃震化工)与mdi(拜耳)按照混合比例为100：30：15合成聚氨酯预聚体，加入当量93％的交联剂1,4-丁二醇bdo(陇西化工)，经浇注机浇注成辊，胶辊后处理后车加工成厚度为2mm的胶条，所得胶条硬度为邵a90度，密度为1.24g/cm³。胶条经过破碎机破碎，通过三级筛分，即得12-18目的无规颗粒，然后进行清洗，干燥，备用。

(2)聚氨酯复合胶层的制备：将聚酯多元醇218(青岛新宇田化工)与mdi(烟台万华)合成的预聚体与制备好的聚氨酯颗粒按照4：1的比例投入专用浇注机中，经预热、脱泡处理后加入交联剂1,4-丁二醇bdo(陇西化工)，采用常规工艺浇注，脱模，后处理，车磨加工，即得聚氨酯复合胶层，本实施例所得聚氨酯复合胶层的防滑和耐磨性能较好，能够满足大型铺管船用聚氨酯输送滚轮的使用要求，其硬度为邵a85度，厚度为25mm，胶层表面平整。

实施例3

本实施例的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，具体过程如下：

(1)聚氨酯颗粒的制备：采用聚醚多元醇n-210(钟山化工)，超细滑石粉(石家庄岩峰)与tdi-100(拜耳)按照混合比例为100：37：18合成聚氨酯预聚体，加入当量96％的交联剂二甲硫基甲苯二胺e300(淄博正大节能材料)，经浇注机浇注成辊，胶辊后处理后车加工成厚度为2.5mm的胶条，所得胶条硬度为邵a85度，密度为1.22g/cm³。胶条经过破碎机破碎，通过三级筛分，即得12-18目的无规颗粒，然后进行清洗，干燥，备用。

(2)聚氨酯复合层的制备：将聚酯多元醇218(青岛新宇田化工)与mdi(拜耳)合成的预聚体与制备好的聚氨酯颗粒按照4：1的比例投入专用浇注机中，经预热、脱泡处理后加入交联剂1,4-丁二醇bdo(陇西化工)，采用常规工艺浇注，脱模，后处理，车磨加工，即得聚氨酯防滑层，硬度为邵a80度，厚度为45mm，胶层表面平整。

实施例4

本实施例的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，具体过程如下：

(1)聚氨酯颗粒的制备：采用聚醚多元醇n-210(钟山化工)，二氧化硅与tdi-100(拜耳)按照混合比例为100：40：15合成聚氨酯预聚体，加入当量94％的交联剂二甲硫基甲苯二胺e300(淄博正大节能材料)，经浇注机浇注成辊，胶辊后处理后车加工成厚度为2.7mm的胶条，所得胶条硬度为邵a88度，密度为1.23g/cm³。胶条经过破碎机破碎，通过三级筛分，即得12-18目的无规颗粒，然后进行清洗，干燥，备用。

(2)聚氨酯复合层的制备：将聚酯多元醇218(青岛新宇田化工)与mdi(拜耳)合成的预聚体与制备好的聚氨酯颗粒按照5：1的比例投入专用浇注机中，经预热、脱泡处理后加入交联剂1,4-丁二醇bdo(陇西化工)，采用常规工艺浇注，脱模，后处理，车磨加工，即得聚氨酯防滑层，硬度为邵a85度，厚度为43mm，胶层表面平整。

实施例5

本实施例的一种防滑耐磨的浇注型聚氨酯复合胶层的制备方法，具体过程如下：

(1)聚氨酯颗粒的制备：采用聚醚多元醇n-210(钟山化工)，碳化硅与mdi按照混合比例为100：30：20合成聚氨酯预聚体，加入当量95％的交联剂氢醌-双(β-羟乙基)醚(hqee)，经浇注机浇注成辊，胶辊后处理后车加工成厚度为2.5mm的胶条，所得胶条硬度为邵a92度，密度为1.22g/cm³。胶条经过破碎机破碎，通过三级筛分，即得12-18目的无规颗粒，然后进行清洗，干燥，备用。

(2)聚氨酯复合层的制备：将聚酯多元醇218(青岛新宇田化工)与mdi(拜耳)合成的预聚体与制备好的聚氨酯颗粒按照4：1的比例投入专用浇注机中，经预热、脱泡处理后加入交联剂1,4-丁二醇bdo(陇西化工)，采用常规工艺浇注，脱模，后处理，车磨加工，即得聚氨酯防滑层，硬度为邵a87度，厚度为40mm，胶层表面平整。

综上所述，采用本发明的方法制备所得聚氨酯复合胶层包括基体聚氨酯胶层和填充于其内的聚氨酯颗粒，其内部聚氨酯颗粒分布均匀，且基体胶层表面有部分聚氨酯颗粒露出，从而可以显著提高聚氨酯复合胶层的耐磨性能和防滑性能，复合胶层的表面摩擦系数较高，适于用于制作海洋铺管船用的张紧器履带板、输送滚轮等产品，且制作所得张紧器履带板、滚轮安装在不同的海洋铺管船上，使用寿命长，防滑效果良好，获得了厂家非常好的评价。此外，发明人还通过大量实验研究，对基体聚氨酯胶层及聚氨酯颗粒用预聚体的组分、基体聚氨酯胶层用预聚体与聚氨酯颗粒的混合比例及其他制备工艺参数进行优化设计，从而进一步提高了所得聚氨酯复合胶层的综合使用性能，使其使用性能达到最佳配合。