一种高韧性耐磨层压板及其制备方法与流程

本发明属于层压板及其制备，涉及一种高韧性耐磨层压板及其制备方法。本发明(制备的)高韧性耐磨层压板适用于矿山矿石开采、水泥砂浆开采、工程机械等领域中使用。

背景技术：

1、现代工业的快速发展，使得生产中对机械产品的性能要求越来越严格，要使设备在高温、高压、高速等恶劣工况条件下长期稳定运转，必然对其表面强度、耐磨性等提出更高的要求，而耐磨材料的应用可以有效减少这种消耗，从而提高生产效率并节约成本。

2、由于磨损问题实际上在工业中是不可避免以及客观存在的，因此，耐磨材料行业也称之为一个“不朽的行业”。相关机构初步统计，2009年，我国用于磨料磨损工况的耐磨材料年用量已由2004年的约200万吨增长到2009年的350万吨以上，年复合增长率达到11.8％；预计2011年～2020年的年增长率将达到5％～10％。耐磨复合材料是在传统耐磨材料基础上发展起来的新兴技术和产品，随着工业的不断进步和市场需求的不断升级，耐磨复合材料在部分应用领域替代传统耐磨材料已成为必然趋势，前景十分广阔。

3、现有技术中，国内外对耐磨复合材料的研究在逐年增多，复合锤头、衬板、鄂板、斗齿等耐磨复合材料已经得到很好的应用，复合的管、辊类机械零件等也得到了研究并有了很好的实际生产应用。随着工艺过程的改进和材料的优化，耐磨复合材料的应用将更加广泛，矿山矿石开采、水泥砂浆开采、工程机械等领域的应用需求尤为迫切。

4、而现代工业发展对耐磨材料的性能提出了更高的要求，大部分耐磨材料既需要具备良好的韧性，又必须具有高强度特性，但是，一种材料同时具有高韧性和高强度，在实际中很难做到。因此，开发新型耐磨层压板成为工业生产亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种高韧性耐磨层压板及其制备方法。从而提供一种高机械强度(通常指常温下弯曲强度为620mpa～758mpa、180℃下弯曲强度328mpa～403mpa)、高机械韧性(通常指常温下缺口冲击强度达到185kj/m2～345kj/m2)，耐磨性达到(通常指常温下可承受耐磨试验＞120h)的高韧性耐磨层压板及其制备方法。

2、本发明的内容是：一种高韧性耐磨层压板，其特征之处是：该高韧性耐磨层压板是多层高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料在温度140℃～185℃、压力1mpa～25mpa的条件下经热压成型，制得的高韧性耐磨层压板；

3、所述高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料是将高韧性耐磨树脂胶黏剂涂覆在纤维织物上，再进行烘焙(半固化)后制得的高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料；

4、所述高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料中：所述高韧性耐磨树脂胶黏剂的重量百分比为30％～60％、所述纤维织物的重量百分比为40％～70％；

5、所述高韧性耐磨树脂胶黏剂由环氧树脂20～40重量份、酚醛树脂10～32重量份、固化剂3～24重量份、纳米改性剂5～20重量份、碳纳米管2～15重量份、纳米氮化钨3～45重量份、改性处理剂4～15重量份和溶剂5～15重量份混合组成。

6、所述高韧性耐磨树脂胶黏剂制备方法是：在常温下，将所述碳纳米管、改性处理剂和溶剂混合并在600r/min～1300r/min的转速下搅拌，搅拌0.5h～2.5h后制得凝胶，备用；将余下的全部材料即环氧树脂、酚醛树脂、固化剂、纳米改性剂和纳米氮化钨于50℃～85℃温度下混合搅拌，搅拌0.75h～3h后，降温至常温，加入已制得的凝胶，于常温下，在600r/min～1300r/min的转速下搅拌0.5h～1.5h，即制得高韧性耐磨树脂胶黏剂。

7、本发明的内容所述的高韧性耐磨层压板中：

8、所述环氧树脂为缩水甘油酯型环氧树脂、氨基环氧树脂、联苯型环氧树脂、酚醛型环氧树脂中的任意一种或两种以上的混合物；

9、所述酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、二甲苯改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂中的任一种或两种以上的混合物；

10、所述固化剂为二氨基二苯砜、腰果酚固化剂、活性酯类固化剂中的任一种或两种以上的混合物；

11、所述纳米改性剂为纳米蒙脱土、纳米蛭石、纳米滑石粉、纳米高岭土中的任一种或两种以上的混合物；

12、所述碳纳米管为单壁碳纳米管或/和多壁碳纳米管；

13、所述改性处理剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、高分子量高聚物烷基铵盐中的任一种或两种以上的混合物；

14、所述溶剂为甲乙酮、丁酮、丙酮、丙二醇、酒精(即乙醇)中的任一种或两种以上的混合物。

15、本发明的内容中：所述纤维织物为玻璃纤维织物、尼龙纤维布，使用张数比为(1～10)：(1～10)；其中，玻璃纤维织物为e型玻璃纤维布、e型玻璃纤维方格布、e型玻璃纤维毡、e型高强度玻璃纤维布、s型玻璃纤维布、s型高强度玻璃纤维布中的至少一种。

16、本发明的内容中：所述多层高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料，是：2～300层高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料。

17、本发明的另一内容是：一种高韧性耐磨层压板的制备方法，其特征之处是：包括以下步骤：

18、a、配料：按环氧树脂20～40重量份、酚醛树脂10～32重量份、固化剂3～24重量份、纳米改性剂5～20重量份、碳纳米管2～15重量份、纳米氮化钨3～45重量份、改性处理剂4～15重量份和溶剂5～15重量份的配比取各组分原料；

19、b、制备高韧性耐磨树脂胶黏剂：在常温下，将所述碳纳米管、改性处理剂和溶剂混合并在600r/min～1300r/min的转速下搅拌，搅拌0.5h～2.5h后制得凝胶，备用；将余下的全部材料即环氧树脂、酚醛树脂、固化剂、纳米改性剂和纳米氮化钨于50℃～85℃温度下混合搅拌，搅拌0.75h～3h后，降温至常温，加入已制得的凝胶，于常温下，在600r/min～1300r/min的转速下搅拌0.5h～1.5h，制得高韧性耐磨树脂胶黏剂；

20、c、制备高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料：将步骤b中制得的高韧性耐磨树脂胶黏剂涂覆在纤维织物上，然后进行烘焙，制得高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料；

21、d、制备层压板：在125℃～155℃温度下预热模具，将步骤c制得的高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料按张数比例重叠放置在模具中，合模后在温度140℃～185℃、压力1mpa～25mpa的条件下热压成型，热压时间为0.5h～50h，即制得高韧性耐磨层压板。

22、本发明的另一内容中：步骤c中所述烘焙是：将通过立式上胶机涂覆高韧性耐磨树脂胶黏剂后的纤维织物放入烘道中，所述烘道长50m、分为4段、每段12.5m，烘焙温度范围在80℃～175℃，其中：第一段80℃～105℃、第二段115℃～135℃、第三段145℃～175℃、第四段100℃～110℃，上胶机的车速在3m/min～24m/min，烘焙前对烘道进行预烘。

23、本发明的另一内容所述高韧性耐磨层压板的制备方法中：

24、所述环氧树脂为缩水甘油酯型环氧树脂、氨基环氧树脂、联苯型环氧树脂、酚醛型环氧树脂中的任意一种或两种以上的混合物；

25、所述酚醛树脂为硼改性酚醛树脂、二甲苯改性酚醛树脂、苯并噁嗪树脂中的任一种或两种以上的混合物；

26、所述固化剂为二氨基二苯砜、腰果酚固化剂、活性酯类固化剂中的任一种或两种以上的混合物；

27、所述纳米改性剂为纳米蒙脱土、纳米蛭石、纳米滑石粉、纳米高岭土中的任一种或两种以上的混合物；

28、所述碳纳米管为单壁碳纳米管或/和多壁碳纳米管；

29、所述改性处理剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、高分子量高聚物烷基铵盐中的任一种或两种以上的混合物；

30、所述溶剂为甲乙酮、丁酮、丙酮、丙二醇、酒精(即乙醇)中的任一种或两种以上的混合物。

31、本发明的另一内容中：所述纤维织物为玻璃纤维织物、尼龙纤维布，使用张数比为(1～10)：(1～10)；其中，玻璃纤维织物为e型玻璃纤维布、e型玻璃纤维方格布、e型玻璃纤维毡、e型高强度玻璃纤维布、s型玻璃纤维布、s型高强度玻璃纤维布中的至少一种。

32、本发明的另一内容中：步骤d中所述高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料多层重叠放置在模具中，是：2～300层高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料多层重叠放置在模具中。

33、本发明的另一内容中：步骤c所述制得高韧性耐磨树脂纤维织物预浸料中，高韧性耐磨树脂胶黏剂的重量百分比为30％～60％、纤维织物的重量百分比为40％～70％。

34、与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

35、(1)本发明高韧性耐磨层压板以高性能特种环氧、酚醛树脂等多种树脂为基体、辅以改进剂、处理剂等改善体系的整体微观拓扑结构，结合高性能固化剂，在简单机械分散混合的基础上，使层压板具备优异的韧性、常态及高温机械强度，并达到优异的耐磨性能；避免了现有技术中因添加橡胶类(如：丁腈橡胶等)及改性助剂直接导致层压板出现耐高温性差(通常指180℃下条件下弯曲强度小于50mpa)，同时严重影响耐磨性能，无法满足韧性耐磨领域使用条件的缺陷；

36、(2)本发明采用氮化钨-碳纳米管复配体系，使制备的高韧性耐磨层压板在具有高耐磨性能(耐磨时间＞120h)的同时，机械强度及韧性优异(实现了常态下弯曲强度：620mpa～758mpa、缺口冲击强度达到185kj/m2～345kj/m2)；解决了现有技术中材料单一改性助剂(如：二硫化钼等)添加量大且机械强度，尤其是韧性性能差的技术难题，使其完全满足耐磨领域对高韧耐磨材料的使用要求；

37、(3)本发明高韧性耐磨层压板涉及的高韧性耐磨树脂胶黏剂制备过程中，采用简单的机械分散法，将原料逐步加入，在中低温下进行搅拌混合，即可制得均匀、满足预浸料制备工艺的树脂胶液；制备过程简单、工艺品质易控制，生产成本低、对生产设备要求低，能满足我国对企业生产“绿色、环保、高效”的要求，并大大降低了生产成本、简化工艺、质量优异，具有良好的实际使用价值和应用前景；

38、(4)本发明采用的基体树脂及各原材料均为可长期耐高温的材料，满足了所制备的高韧性耐磨层压板于180℃可长期达到高机械强度的严格要求；本发明高韧性耐磨层压板在常温下弯曲强度620mpa～758mpa，在温度180℃下弯曲强度328mpa～403mpa，尤其是在高韧性(缺口冲击强度达到185kj/m2～345kj/m2)下，高温(180℃)强度保持率较高(180℃下弯曲强度保持率大于或等于53％)；解决了现有技术中使用增韧改性剂(如：丁腈橡胶等)后层压板强度差不能满足在180℃温度下弯曲强度保持率大于或等于50％的技术难题；

39、(5)本发明采用混合纤维替代单一纤维的使用，有效改善了材料单一纤维对树脂胶黏剂的浸润性及预浸料间的结合力，解决了材料因层间粘合力差而使层压板机械强度低、韧性差，并难以保障耐磨性的技术难题；

40、(6)本发明产品制备工艺简单，工序简便，容易操作，实用性强。