楊明平¹ 彭榮華¹ 胡忠于¹ 彭 軍²
(1．湘潭工學(xué)院，湖南省湘潭市 411201；2．湘潭合成化工廠，湖南省湘潭市 411202)

摘要: 環(huán)氧樹(shù)脂E-20用有機(jī)硅樹(shù)脂進(jìn)行改性后，配以適宜的增韌劑，填料及固化劑對(duì)搪瓷反應(yīng)釜進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后的搪瓷反應(yīng)釜可耐300℃，且對(duì)除強(qiáng)氧化劑氯磺酸和硝酸外的其他酸堿有較強(qiáng)的抗蝕作用。

關(guān)鍵詞: 搪瓷反應(yīng)釜 環(huán)氧樹(shù)脂 膠粘劑 修補(bǔ)技術(shù)

1 前言
環(huán)氧樹(shù)脂是含有環(huán)氧基團(tuán)的高分子聚合物的統(tǒng)稱，以其制成的膠粘劑對(duì)玻璃、陶瓷、鋼材等，都具有很好的粘接力。我們從1996年就開(kāi)始進(jìn)行以環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑修補(bǔ)搪瓷反應(yīng)釜的實(shí)驗(yàn)研究，收到了一定的效果。現(xiàn)將改性環(huán)氧膠粘劑的配制及對(duì)搪瓷反應(yīng)釜的修補(bǔ)工藝介紹如下，以供同行參考。
2 改性環(huán)氧樹(shù)脂膠的配制
2.1 制備有機(jī)硅樹(shù)脂
先將質(zhì)量份數(shù)為58.5的二苯基二氯硅烷，11.5份的二甲基二氯硅烷和6份的硼酸加入玻璃反應(yīng)器中，在N2氣體保護(hù)下，不斷攪拌，并將溫度控制在85～90℃反應(yīng)70 min；然后滴加質(zhì)量比為1：2的對(duì)苯二酚和正丙醇配制的溶液11份，滴加完畢后，在90℃恒溫反應(yīng)95 min，最后用13份甲醇稀釋得到的淺棕色透明膠體即為有機(jī)硅樹(shù)脂。
2.2 制備聚乙烯醇縮丁醛溶液
將質(zhì)量份數(shù)為12的聚乙烯醇，49份的乙醇和39份的正丁醇加入玻璃反應(yīng)器中，攪拌并升溫至65℃時(shí)滴加鹽酸(質(zhì)量濃度為36%)。當(dāng)反應(yīng)液的pH值達(dá)到1.5～3.5時(shí)，停止加酸；將溫度控制在65～75℃，再反應(yīng)約3.5 h，并不斷攪拌；當(dāng)反應(yīng)液呈無(wú)色透明體時(shí)即為反應(yīng)終點(diǎn)，從而制得聚乙烯醇縮丁醛溶液。
2.3 制備改性環(huán)氧膠粘劑
將質(zhì)量份數(shù)為30的有機(jī)硅樹(shù)脂在玻璃反應(yīng)器中攪拌升溫至50℃，依次加入質(zhì)量比為l：1的環(huán)氧樹(shù)脂(E—20)與二甲苯配制的溶液60份和7.5份的聚乙烯醇縮丁醛溶液，不斷進(jìn)行攪拌，并將溫度控制在50～60℃，反應(yīng)60 min，即得淺棕色透明粘性液體。降溫至室溫時(shí)依次加入1～1.5份填料和固化劑(雙氰胺)1份，攪拌均勻(約10min)即為改性環(huán)氧膠粘劑。
注意：所用填料是細(xì)度為120目的輝綠巖粉，修補(bǔ)用的底層膠至面層膠中的填料量應(yīng)逐層減少。
3 修補(bǔ)工藝過(guò)程
3.1 搪瓷破損面的處理
用改性環(huán)氧樹(shù)脂修補(bǔ)反應(yīng)釜，成敗皆取決于環(huán)氧樹(shù)脂與搪瓷反應(yīng)釜破損面的粘接效果。而膠粘劑對(duì)被粘物表面的完全濕潤(rùn)，則是獲得高粘接強(qiáng)度的必要條件。合理地粗化被粘物表面，使之形成新的表面層，可提高膠粘劑的濕潤(rùn)程度，同時(shí)還可有效增加粘接面積，并且有鑲嵌的效果，以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的粘接。我們對(duì)破損面的處理步驟如下：
(1) 將待修補(bǔ)的搪瓷反應(yīng)釜清洗干凈；
(2) 用氧-乙炔火焰烘烤破損處至200℃(可用表面溫度計(jì)測(cè)量)。烘烤時(shí)應(yīng)緩慢升溫，且頻繁移動(dòng)火焰，防止升溫急劇或升溫不勻而引起爆瓷；
(3) 待自然冷卻至常溫后，用角向砂輪或砂紙打磨破損面，交叉反復(fù)進(jìn)行，將暴露的金屬表面磨平，將搪瓷面(應(yīng)較破損面稍大一點(diǎn))磨毛；
(4) 將破損面上的灰塵清理干凈后，再用無(wú)水乙醇清洗干凈．晾干待用。
3.2 修補(bǔ)過(guò)程
(1) 將待粘面升溫至180℃保溫10 min，升溫不宜過(guò)急且要均勻，以免爆瓷。然后將配制好的改性環(huán)氧膠粘劑(底料)用噴槍以0.4 MPa的壓力噴涂在待粘面；
(2) 再升溫至180 ℃，保溫10min，再重復(fù)上述操作。如此噴涂5遍，可得到0.3～0.5 mm厚的修補(bǔ)層。最后在180℃下保溫30min；
(3) 淬火處理。這是關(guān)鍵的一步，溫度把握不好或處理不當(dāng)，則會(huì)引起修補(bǔ)層翹曲變形。我們得出的最佳淬火條件是：待修補(bǔ)面溫度從保溫狀態(tài)自然冷卻至150℃左右時(shí)，用毛刷蘸淬火液交叉涂刷修補(bǔ)層，達(dá)到室溫后為止，淬火液為沸騰態(tài)食用植物油(芥子油、豆油均可)。
4 修補(bǔ)面的耐腐蝕性能
試樣為DN200mm的搪瓷法蘭蓋，經(jīng)表面打磨后用上述工藝噴涂了一層約0.5mm厚的改性環(huán)氧膠粘劑。試驗(yàn)按HG5-282-79標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序進(jìn)行，測(cè)定的結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 改性環(huán)氧膠粘劑層的腐蝕試驗(yàn)
   介質(zhì)    質(zhì)量份    介質(zhì)狀態(tài)    腐蝕速度mg/(cm²·4h)
  鹽  酸     36        沸騰          0.08
  硫  酸     40        沸騰          0.10
  硫  酸     75        沸騰          0.12
  磷  酸     50        沸騰          0.08
  磷  酸     85        沸騰          0.10
  硝  酸     10        沸騰          0.35
  硝  酸     30        沸騰          0.76
  甲  酸     50        沸騰          0.06
  甲  酸     85        沸騰          0.07
  氫氧化鈉   30        沸騰          0.18
  氯化鈉     20        沸騰          0.05
從表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑涂層具有良好的耐腐蝕性能。
5 影響修補(bǔ)層質(zhì)量的主要因素
5.1 環(huán)氧樹(shù)脂的選擇及用量
環(huán)氧樹(shù)脂的種類繁多，其分子質(zhì)量的差異也較大，而分子質(zhì)量的大小對(duì)其與有機(jī)硅樹(shù)脂反應(yīng)過(guò)程和縮聚產(chǎn)物的性能有較大的影響。因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂分子質(zhì)量越大，縮聚反應(yīng)越難進(jìn)行；環(huán)氧樹(shù)脂分子質(zhì)量越小，縮聚產(chǎn)物耐熱性能提高的幅度就越小，且受熱后容易破壞。據(jù)此，我們選用了分子質(zhì)量適中的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E—20，作為被改性的樹(shù)脂基料。
環(huán)氧樹(shù)脂E—20在縮聚體中的比例越小，修補(bǔ)層的耐溫性能就越好，但修補(bǔ)層的粘接強(qiáng)度就越差。當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂E—20與有機(jī)硅樹(shù)脂的質(zhì)量比為40：60時(shí)，修補(bǔ)層室溫剪切強(qiáng)度為15.4 MPa；比例為50：50時(shí)，修補(bǔ)層室溫剪切強(qiáng)度達(dá)到20.5 MPa。為使修補(bǔ)層既具有良好的耐溫性能，又具有良好的粘接強(qiáng)度，我們選用的比例為50：50。
5.2 增韌劑的影響
環(huán)氧樹(shù)脂基料的主要缺點(diǎn)是膠層脆，沖擊和剝離強(qiáng)度較差。向環(huán)氧樹(shù)脂固化體系中引入高分子質(zhì)量的彈性體，對(duì)于改善膠粘劑的韌性效果最佳。
增韌劑選擇的恰當(dāng)與否，直接影響到膠粘劑的粘接強(qiáng)度。對(duì)改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑來(lái)說(shuō)，選擇聚乙烯醇縮丁醛作增韌劑，是因其分子質(zhì)量高，可提高膠層的內(nèi)聚強(qiáng)度，使膠層韌性增大，有利于提高膠層的沖擊強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度；同時(shí)，又因其分子結(jié)構(gòu)中含有羥基，能和有機(jī)硅樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂縮聚體中的羥基進(jìn)一步進(jìn)行縮聚反應(yīng)，形成立體網(wǎng)絡(luò)分子結(jié)構(gòu)，這樣除了可提高膠層韌性外，又可提高膠層的耐溫性能。
5.3 淬火溫度的影響
通常，耐酸搪瓷反應(yīng)釜耐冷沖擊的溫度≤110 ℃，如果向處于180 ℃的修補(bǔ)層噴灑低于110℃的液體，則有可能發(fā)生爆瓷現(xiàn)象。因此，我們采用在降低修補(bǔ)層溫度的同時(shí)，也提高淬火液溫度的方法，以使搪瓷面能夠承受的冷沖擊溫度低于110℃。具體操作如前所述。
6 結(jié)束語(yǔ)
湖南湘潭合成化工廠的幾臺(tái)搪瓷反應(yīng)釜及其攪拌軸，曾因剝瓷、爆瓷而破損，我們采用本文介紹的工藝對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)后，使用效果比較理想。實(shí)施這種工藝，所需設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，占用的操作空間小，且待修補(bǔ)的搪瓷反應(yīng)釜可在不移動(dòng)位置的情況下直接操作。因此，該修補(bǔ)方法是修補(bǔ)搪瓷設(shè)備的較為理想的方法之一。