一种抗开裂连接弯头及其加工工艺

技术领域

本发明涉及弯头制造技术领域，公开了一种抗开裂连接弯头及其加工工艺。

背景技术

弯头作为一种常见管路材料广泛使用，但由于弯头的设计制造需要考虑多种因素，所以弯头的弯曲角度、半径材质等不定，为了保证弯头在保存、安装以及后续的使用过程中具有较好的表现情况，需要对弯头表面进行改造。

常规弯头的材质有铸铁、不锈钢、合金钢、塑料等多种材质，但这些材料都易于出现变形、开裂、疲劳破坏、力学性能变差、锈蚀等等问题，而室外、高温等环境较为不稳定的工作环境更是加速弯头使用时间，为了保证弯头的使用寿命与减少开裂、增加弯头稳定性，需研究一种抗开裂连接弯头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗开裂连接弯头及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种抗开裂连接弯头及其加工工艺：所述抗开裂连接弯头的加工过程包括以下步骤：

S1：制备弯头：将铸铁切割成胚料，经过加热推制成型后继续热处理，检验结束后得到铸铁弯头；

S2：取单官能基团单体、增韧型固化剂、复合环氧树脂、光引发剂，混合均匀，得到胶液；

S3：将胶液涂覆于弯头，干燥并光固化，得到抗开裂连接弯头。

较为优化地，所述胶液包括以下原料：按照重量份数计，增韧型固化剂40～60份、单官能基团单体10～15份、光引发剂1～5份、复合环氧树脂70～90份。

较为优化地，所述单官能基团单体树脂为丙烯酰吗啉与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯4:1的共混产物。

较为优化地，所述增韧型固化剂的制备方法：

(1)将环氧丙烷与四丁基溴化铵混合均匀，在氮气气氛下加热至80～90℃，通入二氧化碳，增加0.5～0.8个大气压后保压，温度下降至室温后排气减压，过滤得到环状碳酸酯；

(2)将1,6-己二胺升温融化后滴加丙烯腈溶液，时间为1h，升温至90～100℃，加入聚醚胺、环状碳酸酯，保温反应后抽真空，将大气压降至﹣0.06～﹣0.08MPa，再加入KH550，保温保压至反应结束，获得增韧型固化剂。

较为优化地，所述增韧型固化剂包括以下原料：按照重量份数计：步骤(1)中所需原料为：90～110份环氧丙烷、0.5～2份四丁基溴化铵；步骤(2)中所需原料为：20～40份1,6-己二胺、10～20份丙烯腈溶液、60～90份聚醚胺、20～30份环状碳酸酯、1～2份KH550。

较为优化地，复合环氧树脂的制备方法：

(1)将气相二氧化硅、纳米二氧化钛、KH550混合，加入乙醇溶液，放入高速分散机中，调整转速至700～800r/min，分散30min，然后调低转速至400～500r/min，去除杂质，得到中间产物并取出；

(2)将中间产物与环氧丙烯酸酯树脂进行共混，得到复合环氧树脂。

较为优化地，复合环氧树脂包括以下原料：按照重量份数计：20～40份环氧丙烯酸树脂、0.5～3.0份气相二氧化硅、5～10份纳米二氧化钛、1～10份KH550。

较为优化地，所述光引发剂为1-羟基环己苯甲酮。

较为优化地，所述铸铁的原料成分为：按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

(1)利用气相二氧化硅对紫外线的强反射性，将气相二氧化硅添加至环氧丙烯酸酯树脂中进行反应，气相二氧化硅的加入可以大大降低紫外光对环氧树脂的降解作用，从而延缓环氧树脂基复合材料的老化，二氧化硅颗粒还可以混杂在高分子链的空隙中，由于颗粒本身具有流动性，所以提高了树脂基复合材料的韧性与延展性，增加了涂料的抗开裂性能；

(2)利用硅烷偶联剂对纳米二氧化钛表面进行改性渗透，产物的力学性能会随着二氧化钛的含量的增加先增加后减少，在拉伸的过程中起到应力传递的作用，并且纳米二氧化钛可以在该体系中作为光固化过程的反应活性点，极大增强了抗开裂性能；

(3)增韧型固化剂的制备过程中使用丙烯酰吗啉与少量的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯能有效降低体系黏度，从而增加漆膜的柔韧性，保证其具有良好的柔韧性、附着力与湿润性，由于多官能团树脂反应速度快，但降粘效果较差；加入单官能团单体可以保证体系黏度适中，同时保证涂覆过程中易于固化、挥发性低且固化速度较快的好处，从而提高产物的综合性能。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

抗开裂连接弯头及其加工工艺过程包括以下化学品：环氧树脂：瀚森迈图环氧树脂828，上海凯茵化工有限公司、KH550：湖北隆胜四海新材料有限公司，SH-KH550、丙烯腈：CAS：107-13-1，山东耀佳化工有限公司、环氧丙烯酸酯树脂：Hypomer PE9624，上海凯茵化工有限公司、气相二氧化硅：CAS：68611-44-9，TS610，卡博特，上海臻丽拾网络科技有限公司、1-羟基环己苯甲酮：CAS：947-19-3,99％，武汉曙尔生物科技有限公司、丙烯酰吗啉：CAS：5117-12-4，MFCD00047413，上海鹄鸿生物医药科技有限公司、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯：CAS：15625-89-5，工业级，济南玉溢化工有限公司、纳米二氧化钛：CAS：13463-67-7，型号：MZT-A1，宁波极微纳新材料科技有限公司；

以下份数为质量份：

实施例1：

S1：弯头的制备：将铸铁弯头的制备原料切割成坯料，加热后推制成型，整形后进行热处理，表面检验后得到弯头成品；原料按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁；

S2：增韧型固化剂的制备：

(1)将100份环氧丙烷与1.0份四丁基溴化铵混合均匀，在氮气气氛下加热至90℃，通入二氧化碳，增加0.5个大气压后保压，温度下降至室温后排气减压，过滤得到环状碳酸酯；

(2)将35份1,6-己二胺升温融化后滴加17份丙烯腈溶液，持续时间为1h，升温至95℃，加入80份聚醚胺、25份环状碳酸酯，保温反应后抽真空，将大气压降至-0.08MPa，再加入0.8份KH550，保温保压至反应结束，获得增韧型固化剂；

S3：复合环氧树脂的制备：

(1)取2.7份气相二氧化硅、10份纳米二氧化钛、3.6份硅烷偶联剂KH550均匀混合，加入乙醇溶液，放入高速分散机中，调整转速至700r/min，分散30min，然后调低转速至400r/min，去除杂质，取出中间产物；

(2)取25份中间产物与30份环氧丙烯酸酯树脂共混，得到复合环氧树脂；

S4：胶液的制备：

取36份增韧型固化剂、3.6份丙烯酰吗啉、0.9份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.5份光引发剂、90份复合环氧树脂，混合均匀，得到胶液；

S5：涂覆，取胶液与弯头置于涂覆机中，以速度8m/min、0.4MPa、单次涂覆宽度为17mm、厚度为30mm的参数值进行涂覆，得到抗开裂连接弯头。

实施例2：

S1：弯头的制备：将铸铁弯头的制备原料切割成坯料，加热后推制成型，整形后进行热处理，表面检验后得到弯头成品；原料按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁；

S2：增韧型固化剂的制备：

(1)将100份环氧丙烷与1.0份四丁基溴化铵混合均匀，在氮气气氛下加热至90℃，通入二氧化碳，增加0.5个大气压后保压，温度下降至室温后排气减压，过滤得到环状碳酸酯；

(2)将35份1,6-己二胺升温融化后滴加17份丙烯腈溶液，持续时间为1h，升温至95℃，加入80份聚醚胺、25份环状碳酸酯，保温反应后抽真空，将大气压降至-0.08MPa，再加入0.8份KH550，保温保压至反应结束，获得增韧型固化剂；

S3：复合环氧树脂的制备：

(1)取2.7份气相二氧化硅、10份纳米二氧化钛、3.6份硅烷偶联剂KH550均匀混合，加入乙醇溶液，放入高速分散机中，调整转速至700r/min，分散30min，然后调低转速至400r/min，去除杂质，取出中间产物；

(2)取25份中间产物与30份环氧丙烯酸酯树脂共混，得到复合环氧树脂；

S4：胶液的制备：

取36份增韧型固化剂、4.0份丙烯酰吗啉、1.0份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.5份光引发剂、90份复合环氧树脂，混合均匀，得到胶液；

S5：涂覆，取胶液与弯头置于涂覆机中，以速度8m/min、0.4MPa、单次涂覆宽度为17mm、厚度为30mm的参数值进行涂覆，得到抗开裂连接弯头。

实施例3：

S1：弯头的制备：将铸铁弯头的制备原料切割成坯料，加热后推制成型，整形后进行热处理，表面检验后得到弯头成品；原料按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁；

S2：增韧型固化剂的制备：

(1)将100份环氧丙烷与1.0份四丁基溴化铵混合均匀，在氮气气氛下加热至90℃，通入二氧化碳，增加0.5个大气压后保压，温度下降至室温后排气减压，过滤得到环状碳酸酯；

(2)将35份1,6-己二胺升温融化后滴加17份丙烯腈溶液，持续时间为1h，升温至95℃，加入80份聚醚胺、25份环状碳酸酯，保温反应后抽真空，将大气压降至-0.08MPa，再加入0.8份KH550，保温保压至反应结束，获得增韧型固化剂；

S3：复合环氧树脂的制备：

(1)取2.7份气相二氧化硅、10份纳米二氧化钛、3.6份硅烷偶联剂KH550均匀混合，加入乙醇溶液，放入高速分散机中，调整转速至700r/min，分散30min，然后调低转速至400r/min，去除杂质，取出中间产物；

(2)取25份中间产物与30份环氧丙烯酸酯树脂共混，得到复合环氧树脂；

S4：胶液的制备：

取36份增韧型固化剂、1.6份丙烯酰吗啉、0.4份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.5份光引发剂、90份复合环氧树脂，混合均匀，得到胶液；

S5：涂覆，取胶液与弯头置于涂覆机中，以速度8m/min、0.4MPa、单次涂覆宽度为17mm、厚度为30mm的参数值进行涂覆，得到抗开裂连接弯头。

对比例1：将增韧型固化剂替换为普通固化剂，其余条件不变。

S1：弯头的制备：将铸铁弯头的制备原料切割成坯料，加热后推制成型，整形后进行热处理，表面检验后得到弯头成品；原料按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁；

S2：复合环氧树脂的制备：

(1)取2.7份气相二氧化硅、10份纳米二氧化钛、3.6份硅烷偶联剂KH550均匀混合，加入乙醇溶液，放入高速分散机中，调整转速至700r/min，分散30min，然后调低转速至400r/min，去除杂质，取出中间产物；

(2)取25份中间产物与30份环氧丙烯酸酯树脂共混，得到复合环氧树脂；

S3：胶液的制备：

取36份固化剂、3.6份丙烯酰吗啉、0.9份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.5份光引发剂、90份复合环氧树脂，混合均匀，得到胶液；

S4：涂覆，取胶液与弯头置于涂覆机中，以速度8m/min、0.4MPa、单次涂覆宽度为17mm的参数值进行涂覆，得到抗开裂连接弯头。

对比例2：缩减气相二氧化硅的分散时间，其余条件不变。

S1：弯头的制备：将铸铁弯头的制备原料切割成坯料，加热后推制成型，整形后进行热处理，表面检验后得到弯头成品；原料按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁；

S2：增韧型固化剂的制备：

(1)将100份环氧丙烷与1.0份四丁基溴化铵混合均匀，在氮气气氛下加热至90℃，通入二氧化碳，增加0.5个大气压后保压，温度下降至室温后排气减压，过滤得到环状碳酸酯；

(2)将35份1,6-己二胺升温融化后滴加17份丙烯腈溶液，持续时间为1h，升温至95℃，加入80份聚醚胺、25份环状碳酸酯，保温反应后抽真空，将大气压降至-0.08MPa，再加入0.8份KH550，保温保压至反应结束，获得增韧型固化剂；

S3：复合环氧树脂的制备：

(1)取2.7份气相二氧化硅、10份纳米二氧化钛、3.6份硅烷偶联剂KH550均匀混合，加入乙醇溶液，放入高速分散机中，调整转速至700r/min，分散20min，然后调低转速至400r/min，去除杂质，取出中间产物；

(2)取25份中间产物与30份环氧丙烯酸酯树脂共混，得到复合环氧树脂；

S4：胶液的制备：

取36份增韧型固化剂、3.6份丙烯酰吗啉、0.9份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.5份光引发剂、90份复合环氧树脂，混合均匀，得到胶液；

S5：涂覆，取胶液与弯头置于涂覆机中，以速度8m/min、0.4MPa、单次涂覆宽度为17mm、厚度为30mm的参数值进行涂覆，得到抗开裂连接弯头。

对比例3：制备增韧固化剂时不加入KH550，其余条件不变。

S1：弯头的制备：将铸铁弯头的制备原料切割成坯料，加热后推制成型，整形后进行热处理，表面检验后得到弯头成品；原料按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁；

S2：增韧型固化剂的制备：

(1)将100份环氧丙烷与1.0份四丁基溴化铵混合均匀，在氮气气氛下加热至90℃，通入二氧化碳，增加0.5个大气压后保压，温度下降至室温后排气减压，过滤得到环状碳酸酯；

(2)将35份1,6-己二胺升温融化后滴加17份丙烯腈溶液，持续时间为1h，升温至95℃，加入80份聚醚胺、25份环状碳酸酯，保温反应后抽真空，将大气压降至-0.08MPa，再加入0.8份KH550，保温保压至反应结束，获得增韧型固化剂；

S3：复合环氧树脂的制备：

(1)取2.7份气相二氧化硅、10份纳米二氧化钛、3.6份硅烷偶联剂KH550均匀混合，加入乙醇溶液，放入高速分散机中，调整转速至700r/min，分散30min，然后调低转速至400r/min，去除杂质，取出中间产物；

(2)取25份中间产物与30份环氧丙烯酸酯树脂共混，得到复合环氧树脂；

S4：胶液的制备：

取36份增韧型固化剂、3.6份丙烯酰吗啉、0.9份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.5份光引发剂、90份复合环氧树脂，混合均匀，得到胶液；

S5：涂覆，取胶液与弯头置于涂覆机中，以速度8m/min、0.4MPa、单次涂覆宽度为17mm、厚度为30mm的参数值进行涂覆，得到抗开裂连接弯头。

对比例4：增加纳米二氧化钛的添加，其余条件不变。

S1：弯头的制备：将铸铁弯头的制备原料切割成坯料，加热后推制成型，整形后进行热处理，表面检验后得到弯头成品；原料按质量百分比计：3.8～4.0％碳、2.0～2.8％硅、0.6～0.8％锰、0.01～0.054％硫、0.06％～0.1％磷、0.03～0.08％镁，其余成分为铁；

S2：增韧型固化剂的制备：

(1)将100份环氧丙烷与1.0份四丁基溴化铵混合均匀，在氮气气氛下加热至90℃，通入二氧化碳，增加0.5个大气压后保压，温度下降至室温后排气减压，过滤得到环状碳酸酯，取30份环状碳酸酯、1.0份KH550、30份高密度聚乙烯、5份聚醚胺混合均匀；

(2)将35份1,6-己二胺升温融化后滴加17份丙烯腈溶液，持续时间为1h，升温至95℃，加入80份聚醚胺、25份环状碳酸酯，保温反应后抽真空，将大气压降至-0.08MPa，再加入0.8份KH550，保温保压至反应结束，获得增韧型固化剂；

S3：复合环氧树脂的制备：

(11)取30份环氧丙烯酸酯树脂，将2.7份气相二氧化硅、1.5份光引发剂与其均匀混合，放入高速分散机中，调整转速至700r/min，分散30min，然后调低转速至400r/min，取出中间产物；

(12)取30份纳米二氧化钛，与3.6份硅烷偶联剂KH550于乙醇溶液中进行分散，搅拌均匀，超声处理30min使得KH550完全分散，去除杂质后与环氧丙烯酸酯树脂按比例混合，得到纳米二氧化钛改性的环氧丙烯酸树脂，加入(1)中制备的中间产物进行反应，得到复合环氧树脂；

S4：胶液的制备：

取45份水性固化剂、36份增韧型固化剂、3.6份丙烯酰吗啉、0.9份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、90份复合环氧树脂，混合均匀，得到胶液；

S5：涂覆，取胶液，置于涂覆机中，以速度8m/min、0.4MPa、单次涂覆宽度为17mm、厚度为30mm的参数值进行涂覆，得到抗开裂连接弯头。

实验：(1)将涂覆好的弯头放置于室外7天，观察涂膜外观；

(2)取涂覆完成之后的弯头，按照标准GB230-83进行洛氏硬度测试，所得数据如下表所示：

表1性能测试数据

结论：通过对比表1中数据可知，实施例1制得的抗开裂弯头综合性能优于实施例2与实施例3，说明加入单官能基团单体的份数以本发明给出的为最佳；由对比例可知，撤去增韧型固化剂与硅烷偶联剂的加入会大幅度降低环氧树脂的韧性与抗开裂性能，以及气相二氧化硅粉末的分散时长也会较大影响产物的性能；同时纳米二氧化钛的用量应以本发明给出的比例为最佳比例。

综上，数据表明，本发明提供的一种抗开裂连接弯头及其加工工艺可以制得抗开裂性能、韧性与涂覆性能都较好的涂料，将其涂覆也可获得耐用性较强、抗开裂性能较好的弯头。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。