一種圓錐破碎機用環氧澆注料的研制

劉永剛，徐成華，洪 建，孫雨聲，雷木生，游仁國

（武漢雙鍵開姆密封材料有限公司，湖北 武漢 430040）

圓錐破碎機廣泛運用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利、化學工業及硅酸鹽行業中原料的破碎。圓錐破碎機在整機生產和襯板更換過程中，都需要在破碎壁和軀體以及軋臼壁和調整套之間重新澆注填料以起到緩沖和保護作用。由于Zn-Cu-Pb合金澆注成本較高，工藝復雜，勞動強度較大，且含有重金屬鉛，易對環境造成污染[1]；而環氧澆注料因其使用方便、生產及更換效率較高且固化性能優異，得到了廣泛應用。目前市售背襯膠占有量較大的仍為進口產品，如，得復康公司產品korrobond 65，其適用溫度范圍較廣，低溫（5 ℃）下也可以較快固化，固化收縮較小，固化后壓縮強度較高（110 MPa左右），但該產品存在貯放后易分層板結問題且成本較高。本研究研制的一種圓錐破碎機用環氧（E-51）澆注料，相對進口產品而言，進一步改善了低溫適用性，低溫（5 ℃）下可以快速固化，固化收縮較小，固化后具有較高的壓縮強度（150 MPa左右），同時常溫貯存無明顯分層板結問題，降低了成本。

1　 實驗部分

1.1　主要原料

環氧樹脂（E-51），工業級，南亞公司；海島型結構增韌劑（VL-2），工業級，北京清大奇士；活性硅微粉（粒徑為23 μm、約600目），工業級，連云港長通硅微粉有限公司；混合硫醇多胺類固化劑（DB），自制；硅烷偶聯劑KH570，工業級，湖北新藍天新材料股份有限公司。

1.2　儀器與設備

TH5000型電子萬能試驗機（5 kN），江都市天惠試驗機械有限公司；電子數顯楔形塞尺（0.2～10 mm），世嘉工具深圳有限公司。

1.3　實驗制備

樹脂組分的制備：將環氧樹脂、海島型結構增韌劑及適量助劑投入動力混合機中真空攪拌30 min，再投入填料于動力混合機中真空攪拌60 min，即得樹脂組分。

固化劑組分的制備：將自制硫醇多胺固化劑與海島型結構增韌劑投入動力混合機中，真空攪拌60 min，即得固化劑組分。

1.4　性能測試

（1）收縮縫隙：在25 ℃下，將混合均勻的E-51澆注料澆注于尺寸為50 cm（高）×9 cm（寬）×50 cm（長）、壁厚為2 cm以及頂部開口的鐵質方盒內，且澆注前對方盒內部50 cm×50 cm 這2面中的一面進行涂黃油處理，固化完全后使用塞尺測試涂黃油一側膠體的收縮間隙尺寸（mm）。

（2）壓縮強度：按照GB/T 2567—2008《樹脂澆鑄體性能試驗方法》標準，采用電子萬能試驗機進行測試。

2　 結果與討論

2.1　增韌劑的選擇及用量確定

E-51固化過程中會產生收縮應力，而通過在E-51中加入增韌劑后，其收縮應力會遠小于非增韌體系[2]。而VL-2在E-51固化后可形成海島型結構，大幅提高了E-51的韌性[3]，同時VL-2黏度較低，起到了稀釋劑效果。不同用量的VL-2，其收縮縫隙如表1所示。

表1　不同用量的VL-2對收縮縫隙的影響Tab.1　Influence of content of VL-2 toughening agent on shrinkage gap size

由表1可知：隨著VL-2用量的增加，E-51固化收縮應力減小，收縮縫隙明顯減小，當用量增加到15%及以上時，無明顯收縮產生的縫隙。

不同用量VL-2的壓縮強度測試結果如圖1所示。

圖1　VL-2不同加量下壓縮強度隨時間的變化Fig.1　Change of compressive strength with time for different content of toughening agent

由圖1可知：隨著VL-2用量的增加，壓縮強度呈下降趨勢。當VL-2用量≤15%時，對E-51澆注料完全固化時的壓縮強度影響較小；而當VL-2用量≥20%時，E-51韌性明顯上升，E-51澆注料完全固化壓縮強度明顯下降。不同用量下5 ℃固化16 h均可達到或接近最終固化，說明VL-2在5～25%用量下對固化速度影響較小。綜合而言，選擇VL-2增韌效果較好，用量為15%較適宜。

2.2　填料的選擇及用量確定

以硅微粉作為填料，價格較低；經硅烷偶聯劑（KH570）改性后的硅微粉用于E-51澆注料中，懸浮性得到較大提高，延緩了填料沉淀時間，提高了分散均勻程度，減小了E-51澆注料的收縮率和內應力[4]。本研究選用粒徑為23 μm經KH570改性的活性硅微粉作為填料，改善了E-51澆注料的板結問題；其比表面積較小，吸油值較低，可以大量加入到E-51澆注料配方中，改善了E-51固化收縮并降低配方成本。活性硅微粉的用量對E-51澆注料收縮縫隙的影響如表2所示。

表2　活性硅微粉的用量對E-51澆注料收縮縫隙的影響Tab.2　Influence of active microsilica amount on shrinkage gap of epoxy castables

由表2可知：隨著活性硅微粉用量的增加，E-51澆注料固化收縮明顯減小，當活性硅微粉用量≥100%時，E-51澆注料無明顯固化收縮產生的縫隙；而當活性硅微粉用量≥110%時，因E-51澆注料的黏度明顯上升，澆注時流動性變差，操作性下降。

活性硅微粉用量對壓縮強度的影響如圖2如示。

圖2　活性硅微粉不同用量下壓縮強度隨時間的變化Fig.2　Change of compressive strength with time for different active microsilica amount

由圖2可知：隨著填料活性硅微粉用量的增加，壓縮強度呈上升趨勢；當活性硅微粉用量≥100%時，E-51澆注料完全固化時的壓縮強度變化較小，幾乎達到相對最大值；在活性硅微粉不同用量下的5 ℃固化16 h均可達到或接近最終固化，填料的加入對固化速度影響較小。故選擇粒徑為23 μm的活性硅微粉作填料較適宜，用量為樹脂用量的100%。

2.3　固化劑的選擇

硫醇多胺中巰基與環氧環反應速度較快[5]，具有優異的低溫固化性能。本研究采用自制的DB作為固化劑，澆注料具有優異的低溫固化性能，同時以VL-2作為稀釋劑對DB起到了增韌效果。VL-2在DB中的加量對E-51澆注料收縮縫隙的影響如表3所示。

表3　VL-2用量對E-51澆注料收縮縫隙的影響Tab.3　Influence of VL-2 content on shrinkage gap of epoxy castables

由表3可知：隨著VL-2用量的增加，因E-51固化收縮應力的減小，收縮縫隙明顯減小；當VL-2用量≥30%時，E-51澆注料固化后無明顯收縮縫隙，VL-2對DB也起到了較好的稀釋效果。

VL-2用量對E-51澆注料壓縮強度的影響如圖3所示。

由圖3可知：隨著VL-2用量的增加，壓縮強度呈下降趨勢。當VL-2用量≤30%時，VL-2對E-51澆注料固化速度影響較小，完全固化時的壓縮強度均在150～160 MPa間，變化較小；當VL-2用量≥40%時，E-51澆注料固化速度減緩，24 h未完全固化，且完全固化時的壓縮強度也明顯下降。故選擇自制DB為固化劑、VL-2作固化劑稀釋劑以及用量為30%較適宜。

圖3　VL-2不同用量下的E-51澆注料壓縮強度隨時間的變化Fig.3　Change of compressive strength with time for epoxy castables containing different amount VL-2

2.4　與市售進口產品對比

本研究制備的E-51澆注料與市售進口產品Korrobond65性能對比如表4所示。

表4　E-51澆注料與Korrobond 65性能對比Tab.4　Performance comparison of the epoxy castable material and Korrobond 65

3　 結論

以VL-2為增韌劑，活性硅微粉作填充料，按m（E-51）∶m（VL-2）∶m（活性硅微粉）=100∶15∶100配制樹脂，選用低溫固化性能優異的自制DB為固化劑并配合海島型增韌 劑 VL-2，按 m（DB）∶ m（VL-2）=100∶30配制固化劑部分，制備的圓錐破碎機用E-51澆注料，調膠操作性較好，低溫5 ℃條件24 h固化完全，固化后壓縮強度可達150 MPa，固化后無明顯收縮縫隙，貯存180 d無明顯板結問題，綜合性能優異。

Development of an epoxy castable material for cone crusher

LIU Yong-gang, XU Cheng-hua, HONG Jian, SUN Yu-sheng, LEI Mu-sheng, YOU Ren-guo
(Wuhan Double-Bond Chemical Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430040, China)

Abstract：The resin component composed of the E-51 epoxy resin (as the base resin), VL-2 sea-island type toughening agent and active silica powder (as the filler), and the curing agent composed of the homemade DB thiol polyamine hardener and VL-2 toughening agent, then the epoxy castable material with low cost and good operability was prepared. The epoxy castable material can completely cure at 5 ℃ for 24 h. The compressive strength of the cured was up to 150 MPa, the 5 cm thick sandwich casting was of no shrinkage gaps, and after storage for six months there was not significant hardened problem. This castable material has excellent overall performance, and can replace the imported similar products.

Key words：epoxy castable material; fast curing at low temperature; high compressive strength