专利名称:聚氨脂与金属的粉体粘合剂及其施工工艺的制作方法
本发明属于水力机械的抗磨损抗气蚀技术，更具体地说涉及一种聚氨脂与金属高强耐水粘接的技术。
抵抗水力机械的磨损与气蚀是国内外水利工作者极为关注的重要课题，美国R、T柯乃普等的专著“空化与气蚀”(水利出版社，1981)研究了清水条件下气蚀破坏的机理与过程。美联学者C、π卡茹列夫的专著气蚀与水力磨损探讨了含有泥砂的混水条件下的气蚀与磨损，这些研究多局限于金属材料。采用高铬高镍不锈钢制造的水轮机具有良好的抗气蚀性能，但不能低抗泥砂的磨损破坏。我国近年来也开发和利用了一些金属抗磨材料，如耐磨焊条或合金粉末喷焊。近年来人们又开发和利用了在金属基材的工作面上喷涂或涂敷非金属保护层的技术来抵抗磨损和气蚀，如在金属基材上覆盖一层环氧金刚砂或复合尼龙等非金属保护层。尽管做了种种努力，目前尚未找到既抗磨损又抗气蚀的技术。
在用作保护层的非金属材料中，某些聚氨酯是一种既抗气蚀又抗磨损的理想材料，本发明的试验与国内外的研究都证明了这一点，但其效果好坏的关键是如何将聚氨脂高强耐水地粘接在金属基材的工作面上，国内一些单位都是采用聚氨脂的溶剂型分层涂施法，其缺点在于这种聚氨脂保护层的剥离强度低，抗气蚀性能差，在使用中往往早期脱落。国内有些单位采用聚氨脂双组分粘合剂粘接聚氨脂与金属，其缺点是粘接强度不高，耐水性很差，使用中常早期脱落。综上所述可以明显看出，尽管某些聚氨脂有良好的抗磨损抗气蚀能力，但由于未能找到理想的粘合剂以及与之相适应的施工工艺，所以这种材料还未成功地应用在水力机械上。
本发明的任务在于开发一种能够把聚氨脂与金属基材牢固粘接并能在水下长期工作的技术，即开发一种聚氨脂与金属的高强耐水粘合剂，以便充分发挥聚氨脂抗磨损抗气蚀的作用。
本发明的主要技术特征是在金属基材的工作面上涂敷或喷涂一层特制的高强耐水的粉体粘合剂，然后再浇注一层适当厚度的聚氨脂。所说的粉体粘合剂各组分的重量比为以市售的604环氧树脂粉为100，则2-甲基咪唑为3-10%，其中以4.0-4.5%为佳。也可以在此配方的基础上，加入第三组分尼龙粉，其重量比为604环氧树脂粉的20-100%。还可以再加入第四组分聚乙烯醇缩丁醛，其重量比为604环氧树脂的5-15%。四组分的粘合剂比二组分或三组分的粘合剂为佳。
其施工工艺如下(一)将去油除锈的工件加热到粉体粘合剂能够熔融的温度。
(二)将粉体粘合剂喷涂或涂敷到上述工件上。
(三)将聚氨脂予聚体脱水，加热到80℃后加入计量的熔融的MOCA硫化剂，充分搅拌后浇注到被粘合剂覆盖的工件上。
(四)在100-120℃的温度下同步固化2-3小时。
本发明具有突出的技术效果和显著的经济效益。从技术角度看，其优点首先在于聚氨脂与金属基材的粘接强度高。采用本发明工件保护层的剥离强度为50kg/cm以上，同与之相近的已有技术(日本的人造橡胶与金属的粘合剂)相比，高出6-7倍。其次，采用本发明的工件，有极为优良的耐水性。采用本发明处理后的工件，在沸水中煮24小时后，其剥离强度仍为煮沸前的70%，而采用聚氨脂双组分粘合剂的工件，在沸水中煮24小时后，剥离强度降为零。由于上述两个特点，使聚氨脂保护层充分发挥了工件的耐磨损、抗气蚀的性能。试验表明，在含黄河砂或攀矿砂的浆体中浓度为100kg/m3，流速为30m/s，其他条件相同，对比了铸铁工件与采用本发明的铸铁工件。后者的体积损失仅为前者的1/22-1/24，即采用本发明的铸铁工件比原铸铁工件的寿命可延长22-24倍。长期运转后的保护层，无磨损和气蚀破坏痕迹。现场运转表明，在黄河干流某中型水电站水轮机强磨蚀部位采用本发明后，经过一个汛期，运转三千小时，保护层完好，表面光亮，无磨损和气蚀痕迹，本发明用于一般离心泵，可以代替耐磨砂泵，在某选煤场的试验表明，其寿命比耐磨砂泵提高2-3倍，效率提高20%，造价只有砂泵的1/2。现场的对比试验更充分地表明采用本发明后的优越性。试验条件为在无定河中游的某水电站，过机最高含砂量高达960-1250kg/m3，平均过机含砂量为48-54kg/m3，沙粒粒径0.15-0.8mm。各种材料用作水轮机叶片的试验结果如下表。
从上表可以明显看出，采用本发明的保护层，运转10905小时以后保护层面仍无磨损气蚀痕迹。而其他材料的保护层，运转数千小时后，就已严重磨损。
上述对比试验的经济核算表明，该水电站的水轮机叶片采用30＃铸钢时，一般运行3000小时就报废了，一个钢转轮价值5000元，采用本发明后，已运行三年经历三个汛期历时10905小时仍然可以继续使用，一套转轮采用本发明所需的总费用仅为2500元，到目前已节约检修费1.75万元;由于叶片始终完好，机组效率相对提高5-8%，若按效率相对提高5%计算，每小时多发电40度，运行期已多发电43.6万度，价值2.6万元。以类类推，如果三门峡五台五万千瓦机组都采用本发明的技术，可保证汛期使用三年或许更长，每个汛期多发电4.3亿度，电费收入可达2900万元，而五台机组实施本发明的总费用仅需300万元。若采用本发明的离心泵代替目前耐磨砂泵，改造一万台离心泵，以寿命延长2-3倍，效率提高20%计算，可节约设备费6000万元，可节电20-30亿度，相当于节约电费1.6-2亿元。
基于显而易见的理由，本发明的技术还可应用于各种煤浆泵、矿浆泵、泥浆泵等的抗磨损与抗气蚀，也可用于高压、高强、耐水的密封，如潜水艇缝隙的密封等。此外，本发明还可以用于聚氨脂与石料、铸石或混凝土的粘合。
实施例1.将某水电站ZD661-120型800千瓦水轮机叶片整形适模后，用风砂枪喷砂、去油、除锈，放入烘箱，加热到160℃，恒温一小时。
2.将叶片拉出烘箱。立即把粉体粘合剂用喷枪喷涂于叶片表面。
3.待温度降至100℃将叶片装入予制的模具内，模具内壁要事先涂敷高温脱模剂。
4.将市售聚氨脂予聚体加热到80℃时真空脱水，一小时左右，到气泡甚微时，将MOCA加热到120℃后加入予聚体内，快速搅拌1-2分钟。
5.将搅匀的予聚体浇注到装有叶片的模具内，再放入烘箱内120℃下恒温2小时。
6.冷却后，整修、安装。
所说粉体粘合剂的重量比为604环氧树脂粉∶二甲基咪唑∶聚乙烯醇缩丁醛∶尼龙粉＝100∶4∶8∶(50-100)
权利要求
1.一种粘接聚氨脂与金属的粘合剂，其特征在于各组分的重量比为604环氧树脂2-甲基咪唑=100(3-10)。
2.如权利要求
1所述的粘合剂，其特征在于所说的重量比为604环氧树脂∶2-甲基咪唑＝100∶(4-4.5)。
3.如权利要求
1或2所述的粘合剂，其特征在于再添加第三组分尼龙粉，其重量比为604环氧树脂的20-100%。
4.如权利要求
3所述的粘合剂，其特征在于又添加了第四组分聚乙烯醇缩丁醛，该组分的重量比为604环氧树脂的5-15%。
5.一种聚氨脂与金属粘接的施工工艺，其特征在于由如下步骤组成(一)将去油除锈的工件加热到粉体粘合剂能够熔融的温度。(二)将粉体粘合剂喷涂或涂敷在上述工件上。(三)将聚氨脂予聚体脱水，加热到80℃后再加入计量的熔融的MDCA硫化剂，充分拌匀后浇到被粘合覆盖的工件上。(四)在100-120℃的温度下同步固化2-3小时。
专利摘要
本发明提出了一种聚氨脂与金属高强耐水粘接的技术，在金属基材上涂敷或喷涂一层特制的粉体粘合剂，再浇注一层适当厚度的聚氨脂。所说粉体粘合剂各组分的最佳重量比为604环氧树脂∶2-甲基咪唑∶聚乙烯醇缩丁醛∶尼龙粉＝100∶(4-4.5)∶(5-15)∶(20-100)。试验表明，黄河砂或攀矿砂的泥浆浓度为100kg/cm
文档编号C08K3/34GK85103496SQ85103496
公开日1986年11月19日 申请日期1985年3月21日
发明者谢笃祜 申请人:晋华水力磨蚀技术开发研究中心, 山西省水利科学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan