本发明涉及耐磨涂料领域，特别涉及一种耐冲刷聚氨酯复合材料。
背景技术：
在矿山机械领域中，耐磨材料所占比例较大，属于消耗量比较大的耗材。在机制砂生产工艺中，洗砂机的淘洗耐磨衬板和砂浆耐磨输送管道常因物料的冲击和长时间作业而造成表面磨损严重，大幅缩短了耐磨材料的使用周期，增加了维护成本，又例如在建筑施工设备中，混凝土和沥青搅拌机中的搅拌叶片、护板以及输送矿浆的过流部件也常因混凝土的冲击而过早失效。通过对失效部件的失效原因进行分析得出，这些部件主要是在受到冲击、切削、腐蚀和长时间运作综合作用下发生了过早失效，再通过对部件材料分析得出，金属类部件主要是受到冲蚀磨损而失效，高分子材料类部件主要是长时间运作而失效，无机非金属陶瓷类部件主要是受到局部冲击产生应力裂纹而失效。如果单纯提高这些材料本身的耐磨性能，其成本往往很高，收益比较低，因此，在考虑成本的情况下，技术人员考虑采用低成本的复合材料来提高耐磨性能，然而效果却差强人意，复合材料本身由于强度不高而不能大范围应用。因此，如何在低成本的条件下，有效提高耐磨部件的耐磨性能，对提高企业经济效益具有非常重要的意义。
技术实现要素：
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种耐冲刷聚氨酯复合材料，在一定的成本控制下，提高耐磨金属部件的耐冲刷性能。
本发明采用的技术方案如下：一种耐冲刷聚氨酯复合材料，所述聚氨酯复合材料由以下重量份的原料组成：聚氨酯预聚体90-100份、聚氨酯增韧剂2-6份、改性稀土氧化物粉末5-7份、超细钒氧化物粉末3-6份、碳纤维8-11份、硅烷偶联剂1-5份、固化剂30-40份、消泡剂1-3份、二氧化硅颗粒150-180份、二硫代氨基甲酸稀土促进剂1-3份和防老剂1-5份。
进一步，二氧化硅颗粒由粒径0.1-0.3mm和粒径0.5-0.7mm两种规格混合组成，0.1-0.3mm粒径二氧化硅颗粒与0.5-0.7mm粒径二氧化硅颗粒质量配比为1:2。采用上述的配置方式的缘由在于，较大粒径的二氧化硅颗粒作为主要的耐冲蚀磨损料，较小粒径的二氧化硅颗粒填充于较大粒径的二氧化硅颗粒之间，以增加复合材料中的硬质点数量，使复合材料能更好地抵抗浆料的冲击作用，同时，由于较小粒径的二氧化硅颗粒的堆积作用，使复合材料中的二氧化硅颗粒排列更为紧密，在受到冲击时，耐磨颗粒的位移空间较小，耐磨颗粒不易脱落。
进一步，改性稀土氧化物粉末的目数为50-100目，其制备方法为：用硅烷偶联剂于70℃下，在去离子水中改性稀土氧化物粉末，反应7h即可。
进一步，防老剂为对氨基苯磺酸镧防老剂，增韧剂为聚氨酯，超细钒氧化物粉末的粒径为0.05-0.1mm。
进一步，本发明的聚氨酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、对反应容器进行彻底干燥处理，然后将低聚物多元醇在真空度为0.1MPa的条件下，于110℃脱水2h，控制水分在0.03%以下，然后在80℃时与已配量好的多异氰酸酯反应生成低分子量预聚物，反应时间为3h，得到聚氨酯预聚体A组分，遮光存储待用；
步骤二、称取设计量的二氧化硅颗粒放入容器中，倒入去离子水进行超声波清洗3次，然后滤净置于耐热容器中；
步骤三、将装有二氧化硅颗粒的耐热容器置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为230℃，烘干时间为50min，然后取出加入无水乙醇进行超声波清洗2次，然后再置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为120℃，烘干时间为40min，最后取出待用；
步骤四、将步骤三得到的二氧化硅颗粒与设计量的超细钒氧化物粉末、碳纤维、改性稀土氧化物粉末一起混合搅拌均匀，得到B组分；
步骤五、将设计量的固化剂、二硫代氨基甲酸稀土促进剂和防老剂一起混合搅拌均匀，得到C组分；
步骤六、称取设计量的A组分、B组分和C组分，向A组分中加入设计量的增韧剂和无水乙醇稀释搅拌均匀，然后加入设计量的硅烷偶联剂、B组分和消泡剂匀速搅拌，最后加入设计量的C组分并搅拌均匀，得到混合液体；
步骤七、静置混合液体直至气泡除尽，待混合液体完全固化后即得。
本发明的聚氨酯复合材料是作为一种增强型涂料来使用，即将上述步骤六中得到的混合液体均匀涂覆于耐磨部件的表面，待涂层完全固化后即可。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、将本发明的聚氨酯复合材料涂覆于耐磨部件并形成涂层后，耐磨部件工作时，物料首先对涂层产生冲击磨损，涂层中的聚氨酯粘接剂紧紧粘接住二氧化硅颗粒，粘接强度高，二氧化硅颗粒不易脱落，当聚氨酯粘接剂受到进一步磨损破裂甚至剥落时，由于二氧化硅颗粒硬度远高于聚氨酯硬度，聚氨酯基体会被选择性磨损而使二氧化硅颗粒逐渐凸现，作为耐磨材料的二氧化硅颗粒，能有效抵抗物料尖角的切削及犁沟作用，阻止涂层受到进一步磨损，直至二氧化硅颗粒脱落，凸现的二氧化硅颗粒在涂层表面形成一层坚硬耐磨的二氧化硅层，进而使涂层具有优秀的耐冲刷性能，大大延长了耐磨部件的使用周期；
2、本发明的聚氨酯复合材料固化后的粘接强度较高，在与基体粘接后，涂层很难从基体上脱落，提高了实用性，同时，高强度的粘接性能使聚氨酯复合材料内的二氧化硅等填料不易发生脱落，优于现有使用的聚氨酯类耐磨涂料；
3、采用小粒径二氧化硅颗粒和大粒径二氧化硅颗粒共同作为耐磨填料，使复合材料内的耐磨填料紧密排布，增强了复合材料的硬质点数量，二氧化硅颗粒不易摇摆脱落，进一步提高了复合材料的耐冲刷性能；
4、本发明的聚氨酯复合材料的抗老化性能和耐腐蚀性能优秀，适应性较强，散热性好，力学性能良好，使用周期较一般有机涂料要长，企业使用成本较低。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
一种耐冲刷聚氨酯复合材料，所述聚氨酯复合材料由以下重量份的原料组成：聚氨酯预聚体95份、聚氨酯增韧剂4份、改性稀土氧化物粉末6份、超细钒氧化物粉末5份、碳纤维10份、硅烷偶联剂4份、固化剂35份、消泡剂2份、二氧化硅颗粒160份、二硫代氨基甲酸稀土促进剂2份和防老剂3份。其中，二氧化硅颗粒由粒径0.1-0.3mm和粒径0.5-0.7mm两种规格混合组成，0.1-0.3mm（粒径无具体限制，但因在0.1-0.3mm之内）粒径二氧化硅颗粒与0.5-0.7mm（粒径无具体限制，但因在0.5-0.7mm之内）粒径二氧化硅颗粒质量配比为1:2；防老剂为对氨基苯磺酸镧防老剂，增韧剂为聚氨酯，超细钒氧化物粉末的粒径为0.05-0.1mm（最佳粒径为0.08mm，当然也可以选择0.05mm或者0.1mm）；改性稀土氧化物粉末的目数为50-100目（目数无具体限制，但因在50-100目之内），其制备方法为：用硅烷偶联剂于70℃下，在去离子水中改性稀土氧化物粉末，反应7h即可。
在本实施例中，聚氨酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、对反应容器进行彻底干燥处理，然后将低聚物多元醇在真空度为0.1MPa的条件下，于110℃脱水2h，控制水分在0.03%以下，然后在80℃时与已配量好的多异氰酸酯反应生成低分子量预聚物，反应时间为3h，得到聚氨酯预聚体A组分，遮光存储待用；
步骤二、称取设计量的二氧化硅颗粒放入容器中，倒入去离子水进行超声波清洗3次，然后滤净置于耐热容器中；
步骤三、将装有二氧化硅颗粒的耐热容器置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为230℃，烘干时间为50min，然后取出加入无水乙醇进行超声波清洗2次，然后再置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为120℃，烘干时间为40min，最后取出待用；
步骤四、将步骤三得到的二氧化硅颗粒与设计量的超细钒氧化物粉末、碳纤维、改性稀土氧化物粉末一起混合搅拌均匀，得到B组分；
步骤五、将设计量的固化剂、二硫代氨基甲酸稀土促进剂和防老剂一起混合搅拌均匀，得到C组分；
步骤六、称取设计量的A组分、B组分和C组分，向A组分中加入设计量的增韧剂和无水乙醇稀释搅拌均匀，然后加入设计量的硅烷偶联剂、B组分和消泡剂匀速搅拌，最后加入设计量的C组分并搅拌均匀，得到混合液体；
步骤七、静置混合液体直至气泡除尽，待混合液体完全固化后即得。
在混合液体固化前，取若干不锈钢基体试样，打磨洗净不锈钢基体试样的表面，然后将混合液体均匀涂覆于不锈钢基体试样上，待混合液体完全固化后，对形成的涂层进行性能测定，得到其抗拉强度为48.56MPa，剪切强度为70.25MPa，弯曲强度为26.46MPa，用料浆冲蚀磨损试验机对涂层进行冲蚀磨损测定，其中砂浆射流速度为14m/s，砂浆含砂量为9-10wt%，冲蚀磨损时间为2h，得到其冲蚀磨损量为0.056mg/h。
实施例二
一种耐冲刷聚氨酯复合材料，所述聚氨酯复合材料由以下重量份的原料组成：聚氨酯预聚体96份、聚氨酯增韧剂3份、改性稀土氧化物粉末6份、超细钒氧化物粉末4份、碳纤维9份、硅烷偶联剂3份、固化剂37份、消泡剂2份、二氧化硅颗粒170份、二硫代氨基甲酸稀土促进剂2份和防老剂4份。其中，二氧化硅颗粒由粒径0.1-0.3mm和粒径0.5-0.7mm两种规格混合组成，0.1-0.3mm（粒径无具体限制，但因在0.1-0.3mm之内）粒径二氧化硅颗粒与0.5-0.7mm（粒径无具体限制，但因在0.5-0.7mm之内）粒径二氧化硅颗粒质量配比为1:2；防老剂为对氨基苯磺酸镧防老剂，增韧剂为聚氨酯，超细钒氧化物粉末的粒径为0.05-0.1mm（最佳粒径为0.08mm，当然也可以选择0.05mm或者0.1mm）；改性稀土氧化物粉末的目数为50-100目（目数无具体限制，但因在50-100目之内），其制备方法为：用硅烷偶联剂于70℃下，在去离子水中改性稀土氧化物粉末，反应7h即可。
在本实施例中，聚氨酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、对反应容器进行彻底干燥处理，然后将低聚物多元醇在真空度为0.1MPa的条件下，于110℃脱水2h，控制水分在0.03%以下，然后在80℃时与已配量好的多异氰酸酯反应生成低分子量预聚物，反应时间为3h，得到聚氨酯预聚体A组分，遮光存储待用；
步骤二、称取设计量的二氧化硅颗粒放入容器中，倒入去离子水进行超声波清洗3次，然后滤净置于耐热容器中；
步骤三、将装有二氧化硅颗粒的耐热容器置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为230℃，烘干时间为50min，然后取出加入无水乙醇进行超声波清洗2次，然后再置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为120℃，烘干时间为40min，最后取出待用；
步骤四、将步骤三得到的二氧化硅颗粒与设计量的超细钒氧化物粉末、碳纤维、改性稀土氧化物粉末一起混合搅拌均匀，得到B组分；
步骤五、将设计量的固化剂、二硫代氨基甲酸稀土促进剂和防老剂一起混合搅拌均匀，得到C组分；
步骤六、称取设计量的A组分、B组分和C组分，向A组分中加入设计量的增韧剂和无水乙醇稀释搅拌均匀，然后加入设计量的硅烷偶联剂、B组分和消泡剂匀速搅拌，最后加入设计量的C组分并搅拌均匀，得到混合液体；
步骤七、静置混合液体直至气泡除尽，待混合液体完全固化后即得。
在混合液体固化前，取若干不锈钢基体试样，打磨洗净不锈钢基体试样的表面，然后将混合液体均匀涂覆于不锈钢基体试样上，待混合液体完全固化后，对形成的涂层进行性能测定，得到其抗拉强度为49.16MPa，剪切强度为71.49MPa，弯曲强度为27.21MPa，用料浆冲蚀磨损试验机对涂层进行冲蚀磨损测定，其中砂浆射流速度为14m/s，砂浆含砂量为9-10wt%，冲蚀磨损时间为2h，得到其冲蚀磨损量为0.052mg/h。
实施例三
一种耐冲刷聚氨酯复合材料，所述聚氨酯复合材料由以下重量份的原料组成：聚氨酯预聚体90份、聚氨酯增韧剂2份、改性稀土氧化物粉末5份、超细钒氧化物粉末3份、碳纤维8份、硅烷偶联剂1份、固化剂30份、消泡剂1份、二氧化硅颗粒150份、二硫代氨基甲酸稀土促进剂1份和防老剂1份。其中，二氧化硅颗粒由粒径0.1-0.3mm和粒径0.5-0.7mm两种规格混合组成，0.1-0.3mm（粒径无具体限制，但因在0.1-0.3mm之内）粒径二氧化硅颗粒与0.5-0.7mm（粒径无具体限制，但因在0.5-0.7mm之内）粒径二氧化硅颗粒质量配比为1:2；防老剂为对氨基苯磺酸镧防老剂，增韧剂为聚氨酯，超细钒氧化物粉末的粒径为0.05-0.1mm（最佳粒径为0.08mm，当然也可以选择0.05mm或者0.1mm）；改性稀土氧化物粉末的目数为50-100目（目数无具体限制，但因在50-100目之内），其制备方法为：用硅烷偶联剂于70℃下，在去离子水中改性稀土氧化物粉末，反应7h即可。
在本实施例中，聚氨酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、对反应容器进行彻底干燥处理，然后将低聚物多元醇在真空度为0.1MPa的条件下，于110℃脱水2h，控制水分在0.03%以下，然后在80℃时与已配量好的多异氰酸酯反应生成低分子量预聚物，反应时间为3h，得到聚氨酯预聚体A组分，遮光存储待用；
步骤二、称取设计量的二氧化硅颗粒放入容器中，倒入去离子水进行超声波清洗3次，然后滤净置于耐热容器中；
步骤三、将装有二氧化硅颗粒的耐热容器置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为230℃，烘干时间为50min，然后取出加入无水乙醇进行超声波清洗2次，然后再置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为120℃，烘干时间为40min，最后取出待用；
步骤四、将步骤三得到的二氧化硅颗粒与设计量的超细钒氧化物粉末、碳纤维、改性稀土氧化物粉末一起混合搅拌均匀，得到B组分；
步骤五、将设计量的固化剂、二硫代氨基甲酸稀土促进剂和防老剂一起混合搅拌均匀，得到C组分；
步骤六、称取设计量的A组分、B组分和C组分，向A组分中加入设计量的增韧剂和无水乙醇稀释搅拌均匀，然后加入设计量的硅烷偶联剂、B组分和消泡剂匀速搅拌，最后加入设计量的C组分并搅拌均匀，得到混合液体；
步骤七、静置混合液体直至气泡除尽，待混合液体完全固化后即得。
在混合液体固化前，取若干不锈钢基体试样，打磨洗净不锈钢基体试样的表面，然后将混合液体均匀涂覆于不锈钢基体试样上，待混合液体完全固化后，对形成的涂层进行性能测定，得到其抗拉强度为45.40MPa，剪切强度为68.36MPa，弯曲强度为22.89MPa，用料浆冲蚀磨损试验机对涂层进行冲蚀磨损测定，其中砂浆射流速度为14m/s，砂浆含砂量为9-10wt%，冲蚀磨损时间为2h，得到其冲蚀磨损量为0.073mg/h。
实施例四
一种耐冲刷聚氨酯复合材料，所述聚氨酯复合材料由以下重量份的原料组成：聚氨酯预聚体100份、聚氨酯增韧剂6份、改性稀土氧化物粉末7份、超细钒氧化物粉末6份、碳纤维11份、硅烷偶联剂5份、固化剂40份、消泡剂3份、二氧化硅颗粒180份、二硫代氨基甲酸稀土促进剂3份和防老剂5份。其中，二氧化硅颗粒由粒径0.1-0.3mm和粒径0.5-0.7mm两种规格混合组成，0.1-0.3mm（粒径无具体限制，但因在0.1-0.3mm之内）粒径二氧化硅颗粒与0.5-0.7mm（粒径无具体限制，但因在0.5-0.7mm之内）粒径二氧化硅颗粒质量配比为1:2；防老剂为对氨基苯磺酸镧防老剂，增韧剂为聚氨酯，超细钒氧化物粉末的粒径为0.05-0.1mm（最佳粒径为0.08mm，当然也可以选择0.05mm或者0.1mm）；改性稀土氧化物粉末的目数为50-100目（目数无具体限制，但因在50-100目之内），其制备方法为：用硅烷偶联剂于70℃下，在去离子水中改性稀土氧化物粉末，反应7h即可。
在本实施例中，聚氨酯复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、对反应容器进行彻底干燥处理，然后将低聚物多元醇在真空度为0.1MPa的条件下，于110℃脱水2h，控制水分在0.03%以下，然后在80℃时与已配量好的多异氰酸酯反应生成低分子量预聚物，反应时间为3h，得到聚氨酯预聚体A组分，遮光存储待用；
步骤二、称取设计量的二氧化硅颗粒放入容器中，倒入去离子水进行超声波清洗3次，然后滤净置于耐热容器中；
步骤三、将装有二氧化硅颗粒的耐热容器置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为230℃，烘干时间为50min，然后取出加入无水乙醇进行超声波清洗2次，然后再置于烘干炉中进行烘干处理，烘干温度为120℃，烘干时间为40min，最后取出待用；
步骤四、将步骤三得到的二氧化硅颗粒与设计量的超细钒氧化物粉末、碳纤维、改性稀土氧化物粉末一起混合搅拌均匀，得到B组分；
步骤五、将设计量的固化剂、二硫代氨基甲酸稀土促进剂和防老剂一起混合搅拌均匀，得到C组分；
步骤六、称取设计量的A组分、B组分和C组分，向A组分中加入设计量的增韧剂和无水乙醇稀释搅拌均匀，然后加入设计量的硅烷偶联剂、B组分和消泡剂匀速搅拌，最后加入设计量的C组分并搅拌均匀，得到混合液体；
步骤七、静置混合液体直至气泡除尽，待混合液体完全固化后即得。
在混合液体固化前，取若干不锈钢基体试样，打磨洗净不锈钢基体试样的表面，然后将混合液体均匀涂覆于不锈钢基体试样上，待混合液体完全固化后，对形成的涂层进行性能测定，得到其抗拉强度为50.21MPa，剪切强度为74.18MPa，弯曲强度为23.45MPa，用料浆冲蚀磨损试验机对涂层进行冲蚀磨损测定，其中砂浆射流速度为14m/s，砂浆含砂量为9-10wt%，冲蚀磨损时间为2h，得到其冲蚀磨损量为0.068mg/h。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。