一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺 (Wear-resistant stainless steel welded pipe and preparation process thereof ) 是由 王会森 孙晓林 张将 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺,一种耐磨不锈钢焊管,包括管体,管体表面涂覆耐磨涂料,耐磨涂料包括如下重量份数的组分：40-50份环氧树脂；10-15份聚甲醛树脂；6-8份季戊四醇；2-3份聚半乳糖醛酸；2-3份无机填料；一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺,包括耐磨涂料的制备和耐磨涂料的喷涂。本申请具有以下优点和效果：聚甲醛树脂与环氧树脂之间具有较好的结合性能,改善环氧树脂的脆性,从而使耐磨涂料具有良好的耐磨性能；无机填料与季戊四醇混合进一步通过聚半乳糖醛酸的添加,使聚半乳糖醛酸和季戊四醇反应,得到的产物可使无机填料与环氧树脂之间具有良好的界面结合性,提升耐磨涂料的耐磨效果,提高不锈钢焊管的耐磨性。(The application relates to a wear-resistant stainless steel welded pipe and a preparation process thereof, and the wear-resistant stainless steel welded pipe comprises a pipe body, wherein the surface of the pipe body is coated with a wear-resistant coating, and the wear-resistant coating comprises the following components in parts by weight: 40-50 parts of epoxy resin; 10-15 parts of polyformaldehyde resin; 6-8 parts of pentaerythritol; 2-3 parts of polygalacturonic acid; 2-3 parts of inorganic filler; a process for preparing the antiwear welded stainless steel pipe includes preparing antiwear paint and spraying it. The application has the following advantages and effects: the polyformaldehyde resin and the epoxy resin have good bonding performance, and the brittleness of the epoxy resin is improved, so that the wear-resistant coating has good wear resistance; the inorganic filler is mixed with pentaerythritol, the polygalacturonic acid and the pentaerythritol are further reacted through the addition of the polygalacturonic acid, and the obtained product can enable the inorganic filler and the epoxy resin to have good interfacial bonding performance, so that the wear-resistant effect of the wear-resistant coating is improved, and the wear resistance of the stainless steel welded pipe is improved.)
技术领域
本申请涉及不锈钢焊管技术领域，尤其是涉及一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺。
背景技术
不锈钢焊管是指用不锈钢带或者不锈钢开平板经过机组和模具卷曲成型后焊接制成的不锈钢管，也简称焊管。
现有公开号为CN112410842A的中国专利公开了一种抗高温氧化不锈钢管的制备方法，属于不锈钢管制造领域；利用电沉积镀膜在不锈钢表面镀一层复合膜层，再通过对不锈钢成分含量的优化，使得不锈钢保持原有优良物理性能的同时，大大提高了不锈钢管抗高温氧化的能力。
但是目前，在挖泥船、吹沙船、电厂、矿山使用的输送管道中，传统普通不锈钢焊管存在易磨损、寿命短等缺点，因此现有的不锈钢焊管仍有待改进。
发明内容
为了提高不锈钢焊管的耐磨性能，本申请提供一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺。
第一方面，本申请提供的一种耐磨不锈钢焊管采用如下的技术方案：
一种耐磨不锈钢焊管，包括管体，所述管体表面涂覆耐磨涂料，所述耐磨涂料包括如下重量份数的组分：
40-50份环氧树脂；
10-15份聚甲醛树脂；
6-8份季戊四醇；
2-3份聚半乳糖醛酸；
2-3份无机填料。
通过采用上述技术方案，聚甲醛树脂沿分子链方向的原子密度大，表面硬度大，在摩擦过程中，大分子易沿摩擦方向取向而强化，与环氧树脂之间具有较好的结合性能，改善环氧树脂的脆性，从而使耐磨涂料具有良好的耐磨性能；添加无机填料，使无机填料与季戊四醇混合实现在环氧树脂中均匀分散，进一步通过聚半乳糖醛酸的添加，使聚半乳糖醛酸和季戊四醇反应，得到的产物可使无机填料与环氧树脂之间具有良好的界面结合性，同时也对环氧树脂具有一定的改性作用，由此可显著提升耐磨涂料的增韧耐磨效果，继而提高不锈钢焊管的耐磨性能，延长使用寿命。
优选的，按重量份数计，所述耐磨涂料还包括3-4份聚对苯撑苯并二噻唑、1-1.5份正丁基硼酸和0.2-0.3份催化剂。
通过采用上述技术方案，聚对苯撑苯并二噻唑具有高强度、高韧性的优点，在催化剂存在下，通过聚对苯撑苯并二噻唑和正丁基硼酸的反应，得到的产物可有效改善环氧树脂的疲劳裂纹扩展性能，从而较好地提升耐磨涂料的耐磨性能。
优选的，所述催化剂为Ni(CO)4。
通过采用上述技术方案，采用过渡金属Ni(CO)4为催化剂，更好地催化聚对苯撑苯并二噻唑和正丁基硼酸的充分反应，提高产物的性能。
优选的，按重量份数计，所述耐磨涂料还包括1-2份甲基四氢邻苯二甲酸酐。
通过采用上述技术方案，甲基四氢邻苯二甲酸酐的添加与聚甲醛树脂反应产生协同作用，提高反应活性，使体系粘度增大，形成交联网络，同时还可提高固化效率，提升力学性能。
优选的，按重量份数计，所述耐磨涂料还包括1-2份硅酸钾和4-5份乙酸松油酯。
通过采用上述技术方案，硅酸钾以微粒子及其集结体分散在连续相乙酸松油酯中，通过微粒的存在阻止裂纹生长，使破坏能增大；同时硅酸钾在甲基四氢邻苯二甲酸酐的存在下可分解而析出二氧化硅，析出的二氧化硅又可在连续相乙酸松油酯的作用下达到较好的均匀分散性，从而具有优良的增韧效果，有效提高耐磨涂料的耐磨性能。
优选的，所述无机填料为纳米碳酸钙。
通过采用上述技术方案，在环氧树脂体系中引入微细的纳米碳酸钙达到增韧目的，提高耐磨涂料的耐磨效果。
第二方面，本申请提供一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，包括如下步骤：
S1.耐磨涂料的制备；将季戊四醇和无机填料混合搅拌10-15min，再加入聚半乳糖醛酸，升温至30-40℃继续搅拌30-35min，得到粘稠产物；
将环氧树脂和聚甲醛树脂在80-90℃下搅拌混合50-60min，再加入粘稠产物，继续搅拌50-60min，得到耐磨涂料；
S2.耐磨涂料的喷涂；对不锈钢焊管进行喷丸处理并加热到50-60℃，采用无气喷涂机将S1制得的耐磨涂料喷涂于不锈钢焊管上，然后再次加热至90-100℃放置8-10min，使涂层固化；再用循环水冷却，制得成品不锈钢焊管。
优选的，所述S1还包括如下步骤：
将3-4份聚对苯撑苯并二噻唑、1-1.5份正丁基硼酸和0.2-0.3份催化剂共混，升温至70-80℃，搅拌反应50-60min，再和40-50份环氧树脂共混，在80-90℃条件下继续搅拌40-45min，得到第一产物；
混合1-2份甲基四氢邻苯二甲酸酐和10-15份聚甲醛树脂，升温至70-80℃搅拌20-25min，得到第二产物；
将6-8份季戊四醇和2-3份无机填料混合搅拌10-15min，再加入2-3份聚半乳糖醛酸，升温至30-40℃继续搅拌30-35min得到粘稠产物；
以转速150-200r/min将1-2份硅酸钾和4-5份乙酸松油酯混合搅拌10-15min，得到分散产物；
将第一产物和第二产物混合，在80-90℃条件下搅拌1-1.5h；然后加入粘稠产物，继续搅拌50-60min；最后加入分散产物，搅拌30-40min，得到耐磨涂料。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
1.聚甲醛树脂沿分子链方向的原子密度大，表面硬度大，在摩擦过程中，大分子易沿摩擦方向取向而强化，与环氧树脂之间具有较好的结合性能，改善环氧树脂的脆性；无机填料与季戊四醇混合提高分散度，进一步添加聚半乳糖醛酸和季戊四醇反应，使无机填料与环氧树脂之间具有良好的界面结合性，同时也对环氧树脂具有一定的改性作用，提升耐磨涂料的增韧耐磨效果，继而提高不锈钢焊管的耐磨性能，延长使用寿命；
2.聚对苯撑苯并二噻唑具有高强度、高韧性的优点，在催化剂存在下，通过聚对苯撑苯并二噻唑和正丁基硼酸的反应，得到的产物可有效改善环氧树脂的疲劳裂纹扩展性能，从而较好地提升耐磨涂料的耐磨性能；
3.甲基四氢邻苯二甲酸酐的添加与聚甲醛树脂反应产生协同作用，提高反应活性，使体系粘度增大，形成交联网络，同时还可提高固化效率，提升力学性能；
4.硅酸钾以微粒子及其集结体分散在连续相乙酸松油酯中，通过微粒的存在阻止裂纹生长，使破坏能增大；同时硅酸钾在甲基四氢邻苯二甲酸酐的存在下可分解而析出二氧化硅，析出的二氧化硅又可在连续相乙酸松油酯的作用下达到较好的均匀分散性，从而具有优良的增韧效果，有效提高耐磨涂料的耐磨性能。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
本申请中，聚甲醛树脂为余姚市驰宏塑化有限公司生产的共聚甲醛树脂，厂家：唐山中浩，货号K90-1；聚半乳糖醛酸由上海谱振生物科技有限公司生产，品牌：克拉玛尔；纳米碳酸钙由北京纳诺泰克纳米科技有限公司生产；正丁基硼酸由武汉华翔科洁生物技术有限公司生产；甲基四氢邻苯二甲酸酐由湖北鑫润德化工有限公司生产。
采用的无气喷涂机为GRACO45:1无气喷涂机。
以下实施方式中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
实施例
实施例1
本申请公开了一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺；一种耐磨不锈钢焊管，包括管体，管体表面涂覆耐磨涂料，耐磨涂料包括如下组分：环氧树脂、聚甲醛树脂、季戊四醇、聚半乳糖醛酸、无机填料；其中无机填料为纳米碳酸钙。
一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，包括如下步骤：
S1.耐磨涂料的制备；将季戊四醇和无机填料混合搅拌10min，再加入聚半乳糖醛酸，升温至30℃继续搅拌30min，得到粘稠产物；
将环氧树脂和聚甲醛树脂在80℃下搅拌混合50min，再加入粘稠产物，继续搅拌50min，得到耐磨涂料；
S2.耐磨涂料的喷涂；对不锈钢焊管进行喷丸处理并加热到50℃，采用无气喷涂机将S1制得的耐磨涂料喷涂于不锈钢焊管上，然后再次加热至90℃放置8min，使涂层固化；再用循环水冷却，制得成品不锈钢焊管。
各组分含量如下表1所示。
实施例2
本申请公开了一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺；一种耐磨不锈钢焊管，包括管体，管体表面涂覆耐磨涂料，耐磨涂料包括如下组分：环氧树脂、聚甲醛树脂、季戊四醇、聚半乳糖醛酸、无机填料；其中无机填料为纳米碳酸钙。
一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，包括如下步骤：
S1.耐磨涂料的制备；将季戊四醇和无机填料混合搅拌15min，再加入聚半乳糖醛酸，升温至40℃继续搅拌35min，得到粘稠产物；
将环氧树脂和聚甲醛树脂在90℃下搅拌混合60min，再加入粘稠产物，继续搅拌60min，得到耐磨涂料；
S2.耐磨涂料的喷涂；对不锈钢焊管进行喷丸处理并加热到60℃，采用无气喷涂机将S1制得的耐磨涂料喷涂于不锈钢焊管上，然后再次加热至100℃放置10min，使涂层固化；再用循环水冷却，制得成品不锈钢焊管。
各组分含量如下表1所示。
实施例3
本申请公开了一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺；一种耐磨不锈钢焊管，包括管体，管体表面涂覆耐磨涂料，耐磨涂料包括如下组分：环氧树脂、聚甲醛树脂、季戊四醇、聚半乳糖醛酸、无机填料；其中无机填料为纳米碳酸钙。
一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，包括如下步骤：
S1.耐磨涂料的制备；将季戊四醇和无机填料混合搅拌13min，再加入聚半乳糖醛酸，升温至35℃继续搅拌32min，得到粘稠产物；
将环氧树脂和聚甲醛树脂在85℃下搅拌混合55min，再加入粘稠产物，继续搅拌55min，得到耐磨涂料；
S2.耐磨涂料的喷涂；对不锈钢焊管进行喷丸处理并加热到55℃，采用无气喷涂机将S1制得的耐磨涂料喷涂于不锈钢焊管上，然后再次加热至95℃放置9min，使涂层固化；再用循环水冷却，制得成品不锈钢焊管。
各组分含量如下表1所示。
实施例4
与实施例1的区别在于，本申请公开了一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺；一种耐磨不锈钢焊管，包括管体，管体表面涂覆耐磨涂料，耐磨涂料包括如下组分：环氧树脂、聚甲醛树脂、季戊四醇、聚半乳糖醛酸、无机填料、聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸、催化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、硅酸钾、乙酸松油酯；其中无机填料为纳米碳酸钙，催化剂为Ni(CO)4。
一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，S1包括如下步骤：
将聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸和催化剂Ni(CO)4共混，升温至70℃，搅拌反应50min，再和环氧树脂共混，在80℃条件下继续搅拌40min，得到第一产物；
混合甲基四氢邻苯二甲酸酐和聚甲醛树脂，升温至70℃搅拌20min，得到第二产物；
将季戊四醇和无机填料混合搅拌10min，再加入聚半乳糖醛酸，升温至30℃继续搅拌30min得到粘稠产物；
以150r/min的转速将硅酸钾和乙酸松油酯混合搅拌10min，得到分散产物；
将第一产物和第二产物混合，在80℃条件下搅拌1；然后加入粘稠产物，继续搅拌50min；最后加入分散产物，搅拌30min，得到耐磨涂料。
各组分含量如下表1所示。
实施例5
与实施例2的区别在于，本申请公开了一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺；一种耐磨不锈钢焊管，包括管体，管体表面涂覆耐磨涂料，耐磨涂料包括如下组分：环氧树脂、聚甲醛树脂、季戊四醇、聚半乳糖醛酸、无机填料、聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸、催化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、硅酸钾、乙酸松油酯；其中无机填料为纳米碳酸钙，催化剂为Ni(CO)4。
一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，S1包括如下步骤：
将聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸和催化剂Ni(CO)4共混，升温至80℃，搅拌反应60min，再和环氧树脂共混，在90℃条件下继续搅拌45min，得到第一产物；
混合甲基四氢邻苯二甲酸酐和聚甲醛树脂，升温至80℃搅拌25min，得到第二产物；
将季戊四醇和无机填料混合搅拌15min，再加入聚半乳糖醛酸，升温至40℃继续搅拌35min得到粘稠产物；
以200r/min的转速将硅酸钾和乙酸松油酯混合搅拌15min，得到分散产物；
将第一产物和第二产物混合，在90℃条件下搅拌1.5h；然后加入粘稠产物，继续搅拌60min；最后加入分散产物，搅拌40min，得到耐磨涂料。
各组分含量如下表1所示。
实施例6
与实施例3的区别在于，本申请公开了一种耐磨不锈钢焊管及其制备工艺；一种耐磨不锈钢焊管，包括管体，管体表面涂覆耐磨涂料，耐磨涂料包括如下组分：环氧树脂、聚甲醛树脂、季戊四醇、聚半乳糖醛酸、无机填料、聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸、催化剂、甲基四氢邻苯二甲酸酐、硅酸钾、乙酸松油酯；其中无机填料为纳米碳酸钙，催化剂为Ni(CO)4。
一种耐磨不锈钢焊管的制备工艺，S1包括如下步骤：
将聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸和催化剂Ni(CO)4共混，升温至75℃，搅拌反应55min，再和环氧树脂共混，在85℃条件下继续搅拌43min，得到第一产物；
混合甲基四氢邻苯二甲酸酐和聚甲醛树脂，升温至75℃搅拌22min，得到第二产物；
将季戊四醇和无机填料混合搅拌12min，再加入聚半乳糖醛酸，升温至35℃继续搅拌32min得到粘稠产物；
以180r/min的转速将硅酸钾和乙酸松油酯混合搅拌12min，得到分散产物；
将第一产物和第二产物混合，在85℃条件下搅拌1.2h；然后加入粘稠产物，继续搅拌55min；最后加入分散产物，搅拌35min，得到耐磨涂料。
各组分含量如下表1所示。
实施例7
与实施例1的区别在于，耐磨涂料的组分还包括聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸和催化剂Ni(CO)4，各组分含量如下表2所示。
实施例8
与实施例7的区别在于，将聚对苯撑苯并二噻唑替换为聚对苯二甲酸乙二酯，各组分含量如下表2所示。
实施例9
与实施例7的区别在于，将正丁基硼酸替换为N-正丁基对甲苯胺，各组分含量如下表2所示。
实施例10
与实施例7的区别在于，将催化剂Ni(CO)4替换为过硫酸钾，各组分含量如下表2所示。
实施例11
与实施例1的区别在于，耐磨涂料的组分还包括甲基四氢邻苯二甲酸酐，各组分含量如下表2所示。
实施例12
与实施例11的区别在于，将甲基四氢邻苯二甲酸酐替换为1,2,4-三甲基苯，各组分含量如下表2所示。
实施例13
与实施例1的区别在于，耐磨涂料的组分还包括硅酸钾和乙酸松油酯，各组分含量如下表2所示。
实施例14
与实施例13的区别在于，将硅酸钾替换为云母粉，各组分含量如下表2所示。
实施例15
与实施例13的区别在于，将乙酸松油酯替换为二(丙二醇)甲基醚乙酸，各组分含量如下表2所示。
实施例16
与实施例1的区别在于，将无机填料纳米碳酸钙替换为碳酸钙，各组分含量如下表2所示。
实施例17
与实施例7的区别在于，将环氧树脂替换为丙烯酸树脂。
实施例18
与实施例11的区别在于，将聚甲醛树脂替换为氨基树脂。
对比例
对比例1
以未涂覆耐磨涂料的不锈钢焊管作为对比例1。
对比例2
与实施例1的区别在于，将聚甲醛树脂替换为氨基树脂，各组分含量如下表1所示。
对比例3
与实施例1的区别在于，将季戊四醇替换为脂肪醇聚氧乙烯醚，各组分含量如下表1所示。
对比例4
与实施例1的区别在于，将聚半乳糖醛酸替换为聚乙烯基正丁基醚，各组分含量如下表1所示。
表1 实施例1-6和对比例2-4的组分含量表
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
实施例6
对比例2
对比例3
对比例4
环氧树脂/丙烯酸树脂
40
50
45
40
50
45
40
40
40
聚甲醛树脂/氨基树脂
10
15
13
10
15
13
10
10
10
季戊四醇/脂肪醇聚氧乙烯醚
6
8
7
6
8
7
6
6
6
聚半乳糖醛酸/聚乙烯基正丁基醚
2
3
3
2
3
3
2
2
2
无机填料
2
3
2
2
3
2
2
2
2
聚对苯撑苯并二噻唑
/
/
/
3
4
4
/
/
/
正丁基硼酸
/
/
/
1
1.5
1.2
/
/
/
催化剂
/
/
/
0.2
0.3
0.2
/
/
/
甲基四氢邻苯二甲酸酐
/
/
/
1
2
2
/
/
/
硅酸钾
/
/
/
1
2
1
/
/
/
乙酸松油酯
/
/
/
4
5
5
/
/
/
表2 实施例7-16的组分含量表
实施例7
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
实施例12
实施例13
实施例14
实施例15
实施例16
环氧树脂
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
聚甲醛树脂
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
季戊四醇
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
聚半乳糖醛酸
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
无机填料
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
聚对苯撑苯并二噻唑/聚对苯二甲酸乙二酯
3
3
3
3
3
3
/
/
/
/
正丁基硼酸/N-正丁基对甲苯胺
1
1
1
1
1
1
/
/
/
/
催化剂
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
/
/
/
/
甲基四氢邻苯二甲酸酐/1,2,4-三甲基苯
/
/
/
/
1
1
/
/
/
/
硅酸钾/云母粉
/
/
/
/
/
/
1
1
1
/
乙酸松油酯/二(丙二醇)甲基醚乙酸
/
/
/
/
/
/
4
4
4
/
性能检测试验
测试方法：将各实施例和对比例制成50mm×30mm×30mm的试样，以磨损率表征耐磨性能；磨损率采用万能摩擦磨损试验机测试，测试条件为：测试力50N，转速250r/min，测试时间30min，磨损率计算公式为：磨损率＝(摩擦前质量-摩擦后质量)/摩擦前质量×100％；磨损率越大，耐磨性越差；测试结果如下表3所示。
表3 各实施例和对比例的性能测试结果表
磨损率/%
实施例1
0.49
实施例2
0.25
实施例3
0.36
实施例4
0.25
实施例5
0.09
实施例6
0.16
实施例7
0.30
实施例8
0.42
实施例9
0.45
实施例10
0.35
实施例11
0.34
实施例12
0.47
实施例13
0.32
实施例14
0.39
实施例15
0.38
实施例16
0.52
实施例17
0.58
实施例18
0.55
对比例1
1.94
对比例2
0.62
对比例3
0.52
对比例4
0.55
综上所述，可以得出以下结论：
1.聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸和催化剂Ni(CO)4的特定添加、硅酸钾和乙酸松油酯的添加以及硅酸钾和乙酸松油酯的共同添加，均可较好地提升得到的耐磨涂料的耐磨性，从而提高不锈钢焊管的耐磨性能。
2.根据实施例1、实施例7-10和实施例17并结合表3，可知聚对苯撑苯并二噻唑、正丁基硼酸和催化剂Ni(CO)4与环氧树脂之间具有一定的协同作用，可起提高增韧耐磨性的作用。
3.根据实施例1、实施例11-12和实施例18并结合表3可知，甲基四氢邻苯二甲酸酐的添加可对聚甲醛树脂起一定的改性作用，达到提高增韧耐磨性的目的。
4.根据实施例1和对比例1并结合表3可知，采用本申请的耐磨涂料涂覆的不锈钢焊管具有更好的耐磨性能。
5.根据实施例1、实施例16和对比例2-4并结合表3可知，聚甲醛树脂、季戊四醇纳米碳酸钙和聚半乳糖醛酸的特定添加具有显著的提升耐磨涂料耐磨效果的作用，可有效提升不锈钢焊管的耐磨性。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，并非依此限制本申请的保护范围，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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