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        湖南巨发颜料有限公司
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        乔辉

        乔辉主页博客

        专业论文:酚醛改性环氧树脂耐磨防腐涂料的研制

        发表人:jufapigment发表时间:2015-01-29

        张迎平,刘兰轩KB体育下载官网KB体育下载官网,汪洋KB体育下载官网KB体育下载官网,陶业立,刘秀生

            (武汉材料盞B体育下载官网;ぱ芯克?,湖北武汉430030)

            摘要:利用酚醛改性环氧树脂为基料KB体育下载官网,同时添加固体自润滑材料KB体育下载官网KB体育下载官网、硬质抗磨材料KB体育下载官网、助剂等研制出一种耐磨防腐涂料KB体育下载官网。该涂料除具有良好的防腐蚀性KB体育下载官网,还具有优异的耐磨性KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网、自润滑性及水润滑性KB体育下载官网KB体育下载官网,是抽油管杆等恶劣腐蚀条件下较理想的耐磨防腐涂料KB体育下载官网。

            关键词:酚醛改性环氧树脂;抽油管杆KB体育下载官网;耐磨防腐性;防腐涂料

            中图分类号:TQ637 文献标识码:A 文章编号:1009-1696(2014)04-0010-04

            0 引言

            我国各油田的生产井中大部分使用抽油机井采油技术,抽油机井采油技术在我国石油开采中占据重要的地位。目前我国许多主力油田已进入中高含水开发期KB体育下载官网KB体育下载官网,综合含水量甚至达到90%以上KB体育下载官网,当井液含水量大于60%时,井液物性由油包水型转换为水包油型。此时KB体育下载官网,管杆壁失去了原油的?KB体育下载官网;ぷ饔?,直接与水接触KB体育下载官网,腐蚀速度加快,同时润滑剂由原油变成水KB体育下载官网,管壁失去了原油的润滑作用,磨损速度加快KB体育下载官网。同时由于侧钻井KB体育下载官网、斜井的增多等多种因素的综合作用KB体育下载官网KB体育下载官网,使得抽油机井管杆偏磨问题越来越严重KB体育下载官网KB体育下载官网,已成为高含水期抽油机井开采的主要矛盾之一KB体育下载官网。因此KB体育下载官网,研制一种防腐蚀性好并具良好耐磨性的防护涂层,以提高油管、抽油杆的耐磨防腐性,对延长偏磨油井免修期KB体育下载官网、节约作业费用及管、杆投入费用具有重大意义[1-2]。

            本文以酚醛改性环氧树脂为基料KB体育下载官网,同时添加多种固体自润滑材料、硬质耐磨材料KB体育下载官网、助剂等研制出一种耐磨防腐涂料,并对其性能进行了研究[3-4]。试验结果表明:该涂料除具有良好的防腐蚀性KB体育下载官网,还具有优异的耐磨性KB体育下载官网KB体育下载官网、自润滑性及水润滑性

            1 实验部分

            1.1 涂料的配制

            1.1.1 主要原料

            环氧树脂:岳阳石化总厂环氧树脂厂KB体育下载官网KB体育下载官网;酚醛树脂:新乡市伯马风帆实业有限公司KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网;石墨粉:上海胶体化工厂;二硫化钼粉:上海胶体化工厂KB体育下载官网;氧化锆粉:800目KB体育下载官网,市售品KB体育下载官网;硅微粉:1000目KB体育下载官网,市售品;偶联剂:KH-560KB体育下载官网,南京经纬化工有限公司KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网;流平剂:433KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,消泡剂:6500KB体育下载官网KB体育下载官网,德谦化学有限公司。

            1.1.2 涂料的配制

            先将环氧树脂KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网、酚醛树脂按比例混合均匀KB体育下载官网KB体育下载官网,在高速分散搅拌的过程中,按比例依次加入其他原料KB体育下载官网KB体育下载官网,混合搅拌后KB体育下载官网,用砂磨机研磨3~4遍KB体育下载官网,过滤后即得涂料成品KB体育下载官网。酚醛改性环氧树脂耐磨防腐涂料的配方组成(质量份)如表1所示KB体育下载官网KB体育下载官网。

        表1 涂料配方

        表1 涂料配方

            1.2 性能试验

            1.2.1 涂层耐介质腐蚀性

            试样制备:采用Ф10mm×120mm普通低碳钢试棒KB体育下载官网,试棒一端为半球面,另一端距端面5mm处开一小孔用于悬挂KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网。试棒经喷砂处理后KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,用浸涂的方法制备防腐涂层,共浸涂3次。第1KB体育下载官网KB体育下载官网、2次浸涂后先晾置15minKB体育下载官网,再经60℃×15minKB体育下载官网,120℃×30min干燥后KB体育下载官网,浸涂第3次KB体育下载官网,晾置15minKB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,经60℃×15minKB体育下载官网,120℃×15minKB体育下载官网KB体育下载官网,170℃×30min干燥后即可KB体育下载官网。涂层总厚度≥250μmKB体育下载官网。

            试验方法:按GB1763—1989标准KB体育下载官网,将制好涂层的试棒分别放入腐蚀介质中进行浸泡试验KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网。

            1.2.2 涂层耐磨性

            试样制备:采用100mm×8mm×5mm普通玻璃板,经溶剂清洗处理后,用喷涂的方法制备防腐涂层KB体育下载官网,共喷涂3次KB体育下载官网。第1、2次喷涂后先晾置15minKB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,再经60℃×15minKB体育下载官网,120℃×30min干燥后,喷涂第3次KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,晾置15minKB体育下载官网,再经60℃×15minKB体育下载官网KB体育下载官网,120℃×15min,170℃×30min干燥后即可KB体育下载官网。涂层总厚度≥60μmKB体育下载官网KB体育下载官网。

            试验方法:采用JM-IV型漆膜磨耗仪,在750g负荷KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网、75r/min的试验条件下进行测试KB体育下载官网,用漆膜的失重表示漆膜的耐磨性(GB/T1768—2006)。

            1.2.3 涂层摩擦系数

            试样制备:采用48mm×5mm×5mm普通低碳钢板KB体育下载官网KB体育下载官网,经砂纸打磨处理后KB体育下载官网KB体育下载官网,用喷涂的方法制备防腐涂层KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,共喷涂3次KB体育下载官网。第1KB体育下载官网KB体育下载官网、2次喷涂后先晾置15min,再经60℃×15minKB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,120℃×30min干燥后KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,喷涂第3次KB体育下载官网KB体育下载官网,晾置15minKB体育下载官网,再经60℃×15min,120℃×15minKB体育下载官网KB体育下载官网,170℃×30min干燥后即可。涂层总厚度≥60μm。

            试验方法:采用往复摩擦磨损试验机,在500g负荷KB体育下载官网KB体育下载官网、往复频率1.5Hz的试验条件下KB体育下载官网,分别在干摩擦和水润滑的条件下测定摩擦系数KB体育下载官网。

            2·结果与讨论

            2.1 成膜基料的选择

            环氧树脂因含有活性极大的环氧基KB体育下载官网、羟基KB体育下载官网KB体育下载官网,以及醚KB体育下载官网、胺KB体育下载官网、酯等极性基团KB体育下载官网,因此赋予环氧树脂固化物对金属KB体育下载官网、陶瓷KB体育下载官网KB体育下载官网、玻璃KB体育下载官网、混凝土KB体育下载官网、木材等极性基材优良的附着力,以及优良的化学稳定性和抗化学药品性KB体育下载官网,耐酸KB体育下载官网、碱KB体育下载官网、盐KB体育下载官网、机械油等多种介质腐蚀KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,但环氧树脂的耐热性较差;而酚醛树脂具有良好的耐酸性KB体育下载官网、力学性能KB体育下载官网、耐热性KB体育下载官网KB体育下载官网。通过将酚醛树脂中的羟甲基与环氧树脂中的羟基及环氧基进行化学反应KB体育下载官网,以及酚醛树脂中的酚羟基与环氧树脂中的环氧基进行化学反应KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,使高分子网络交联形成更为复杂的体型结构KB体育下载官网KB体育下载官网,而使材料的内部联结更加紧密KB体育下载官网,耐腐蚀性有所提高KB体育下载官网KB体育下载官网。这种混合物具有环氧树脂优良的黏结性KB体育下载官网,改进了酚醛树脂的脆性KB体育下载官网KB体育下载官网,同时具有酚醛树脂优良的耐热性KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,也改进了环氧树脂耐热性较差的缺点KB体育下载官网。选用酚醛树脂和环氧树脂共混改性KB体育下载官网,可使漆膜具有良好的物理KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网、机械性能和耐化学介质腐蚀性。涂层耐化学介质腐蚀情况见表2。

        表2 涂层耐化学介质腐蚀性

        表2 涂层耐化学介质腐蚀性

            2.2 偶联剂的选择

            偶联剂由两部分组成:一部分是亲无机基团,可与无机填料或增强材料作用;另一部分是亲有机基团,可与合成树脂作用KB体育下载官网。为了增加树脂与填料之间的黏结力,应当采用偶联剂进行处理,在树脂和填料之间形成化学键结合KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,提高涂膜的内聚强度KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,并达到屏蔽或阻止腐蚀因子渗透的目的,从而提高涂膜的耐腐蚀性和耐磨性KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网。硅烷类偶联剂其结构的一端有能与环氧、酚醛等合成树脂分子反应的活性基团KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,如氨基KB体育下载官网KB体育下载官网、环氧基等KB体育下载官网,另一端是与硅相连的烷氧基(如甲氧基KB体育下载官网KB体育下载官网、乙氧基等),这些基团在水溶液或空气中水分的存在下KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,水解生成反应性硅醇KB体育下载官网,可与玻璃KB体育下载官网、矿物质KB体育下载官网、无机填料表面的羟基反应KB体育下载官网。因此KB体育下载官网KB体育下载官网,硅烷类偶联剂常用于无机填料填充的环氧KB体育下载官网、酚醛等体系KB体育下载官网。本研究选用KH-560作偶联剂KB体育下载官网。

            2.3 固体自润滑材料的选择

            常用的固体自润滑材料有石墨、二硫化钼KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网、聚四氟乙烯微粉等KB体育下载官网。这些固体自润滑材料,在摩擦的条件下由于会富集在摩擦物件表面并形成转移膜,所以用其填充的复合材料的摩擦系数可大幅下降KB体育下载官网,并可降低复合材料的磨损率KB体育下载官网。石墨化学性能稳定KB体育下载官网KB体育下载官网,耐温性好KB体育下载官网,具有良好的耐腐蚀性KB体育下载官网KB体育下载官网,但石墨的水润滑性不够理想KB体育下载官网,并且对金属有电化学腐蚀倾向KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网;聚四氟乙烯微粉自润滑性很好KB体育下载官网KB体育下载官网,但它表面能低KB体育下载官网,表面的黏附性较差KB体育下载官网,当其含量较少时,不足以形成完整的转移膜KB体育下载官网,自润滑效果不好,摩擦系数较大;当其含量大时会降低材料的内聚强度KB体育下载官网,涂层耐磨性差KB体育下载官网,防腐蚀性下降KB体育下载官网。本试验选用二硫化钼作为自润滑减摩材料。二硫化钼(MoS2)用量对摩擦系数的影响见图1KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网。

        图1 不同MOS用量对摩擦系数的影响

        图1 不同MOS用量对摩擦系数的影响

            由图1可见:二硫化钼可明显提高涂层的减摩性KB体育下载官网KB体育下载官网,随着二硫化钼用量的增加,涂层摩擦系数逐步下降KB体育下载官网KB体育下载官网。水对涂层有显著的润滑作用KB体育下载官网,可大幅降低摩擦系数KB体育下载官网KB体育下载官网。

            不同MoS2用量的摩擦表面状态见图2KB体育下载官网。

        图2 不同MoS2用量的摩擦表面状态

        图2 不同MoS2用量的摩擦表面状态

            由图2可见:当二硫化钼用量为0时KB体育下载官网,摩擦表面粗糙无光泽;当其用量达到6%时,摩擦表面明显为光滑的状态KB体育下载官网,说明摩擦表面形成了很好的润滑转移膜KB体育下载官网。

            2.4 耐磨填料的选择

            耐磨填料一般是硬质材料,如陶瓷粉等KB体育下载官网,在涂层中主要起骨架的作用KB体育下载官网。本研究采用氧化锆陶瓷粉和硅微粉配用作为耐磨填料KB体育下载官网,它们是无机惰性填料KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,不参与涂料的固化反应KB体育下载官网,可以降低固化收缩率,并能与基体树脂紧密结合KB体育下载官网,形成致密的?KB体育下载官网;げ?,提高涂料内聚力和耐磨性等KB体育下载官网。不同填料用量对涂层耐磨性的影响见图3KB体育下载官网。

        图3 不同填料用量对涂层耐磨性的影响

        图3 不同填料用量对涂层耐磨性的影响

            3·结语

            本文讨论了酚醛树脂、二硫化钼及耐磨填料对环氧树脂耐磨防腐涂料性能的影响,其主要结论如下:

            (1)酚醛改性环氧树脂经170℃×30min固化后漆膜具有良好的物理KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网、机械性能和耐化学介质腐蚀性KB体育下载官网KB体育下载官网,是抽油管杆耐磨防腐涂层较理想的成膜物质KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网;

            (2)二硫化钼对涂层的减摩性具有明显的改善作用KB体育下载官网,其用量大于4%时,涂层自润滑性较好;当其用量达到6%时KB体育下载官网KB体育下载官网,摩擦表面会形成很好的自润滑转移膜,具有良好的自润滑性KB体育下载官网;

            (3)水是酚醛改性环氧树脂涂层良好的润滑剂KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,这对涂层的实际应用是一种有利因素KB体育下载官网;

            (4)加入耐磨填料可提高涂膜的耐磨性KB体育下载官网,随其用量的增大KB体育下载官网,涂层耐磨性变好KB体育下载官网,但当其用量大于40%后,磨损开始增大,耐磨填料用量以20%~40%为宜KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网。

            参考文献

            [1]强军锋KB体育下载官网,王杨勇,井新利.高耐磨性防腐涂料的研制[J].石化技术与应用KB体育下载官网,2002KB体育下载官网,20(02):96-98.

            [2]魏斌.碳锆复合树脂内涂层油管技术研究[J].石油机械KB体育下载官网,2009KB体育下载官网,37(03):8-15.

            [3]陈姝帆KB体育下载官网,李朗晨,洪海霞.环氧改性酚醛树脂的耐腐蚀性能研究[J].化工新材料KB体育下载官网KB体育下载官网,2009KB体育下载官网KB体育下载官网KB体育下载官网,37(06):104-109.

            [4]刘庆刚.HR新型耐磨防腐涂料的研制与应用[J].内蒙古石油化工,2010(17):8-9.

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