聚脲材料在礦山耐磨防腐工程中的應用

孫 旖，張安智，趙環帥，賈天昊

(1.天地(唐山)礦業科技有限公司，河北 唐山 063399；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012；3.青島愛爾家佳新材料股份有限公司 山東 青島 266700；4.山東科技大學 機械電子工程學院，山東 青島 266590)

采礦、煤炭、冶金等行業的工作現場大都環境惡劣，設備腐蝕嚴重，另外，由于長期受到物料沖刷或設備振動磨損的影響，很容易造成設備的嚴重損壞[1-2]。目前，在這些行業需要大量使用耐磨防護材料，其關系到生產的安全性、設備的使用壽命、生產率的提高以及成本的降低，所以開展設備及關鍵件耐磨防腐處理的研究，提高設備使用壽命，已成為目前亟待解決的問題[3-4]。

噴涂聚脲技術為礦業界在耐磨防腐方面帶來了一場全新的變革，它突破了耐磨防腐非金屬材料使用模具成型的局限，是一種現場固化、快速成型的工藝，也是一種集新技術、新材料、新工藝于一體的無溶劑、無污染的“綠色”施工技術，被業界稱為“萬能涂裝技術”。同時，聚脲材料本身具有優異的耐磨性、突出的防腐耐老化性、綜合成本低等諸多優點，應用前景十分廣闊[5]。

1 常用防腐耐磨材料存在的問題

大型礦山設備加工制造使用的材料主要有碳鋼、低合金鋼、合金鋼、鋁合金等品種，通常都需要對這些設備采用防護涂料或耐磨層來增加其防腐耐磨性能[6-7]。目前常用材料有環氧樹脂、聚氨酯材料、橡膠、富鋅底漆、耐磨陶瓷涂層等，但上述材料存在以下問題：

(1)環氧樹脂存在自身脆性，不耐沖擊，接縫、邊角等特殊位置易開裂破損。

(2)聚氨酯材料施工時對溫度及濕度要求較高，易出現發泡。

(3)橡膠的耐磨性能低于聚脲材料，且粘貼橡膠板的膠漿及粘接工藝對粘接質量影響比較大，局部磨損不均勻時，易導致整體報廢。

(4)噴涂油漆防護意義不大，涂層可在極短的時間內磨損掉。

(5)耐磨陶瓷涂料上強度慢，需高溫養護，施工效率低。

2 聚脲噴涂技術的優點

針對上述問題，采用聚脲噴涂技術具有明顯的優勢，主要表現在以下幾個方面：

(1)優異的物理機械性能，如具有較高的拉伸強度、較好柔韌性、耐磨性、耐老化性、抗腐蝕性等。

(2)固化速度快，10 s凝膠，1 min即可達到步行強度。

(3)可以在任意曲面上噴涂成型， 涂層連續、致密、無接縫，最大程度的減少了接口破損的概率。

(4)一次施工厚度可以從數百微米到數厘米，既克服了多次施工的弊端，又能根據磨損的狀態任意調整涂層厚度。

(5)附著力好，與鋼材的附著力大于10 MPa，長期使用不脫落。

(6)對水分、濕度不敏感，施工時不受環境溫度、濕度的影響。

(7)使用成套設備進行噴涂，施工效率高。

(8)100% 固含量，不含任何揮發性有機溶劑，不污染環境[4-5]。

根據實驗室對噴涂聚脲材料與其他材料的耐磨性測試對比，發現其耐磨性遠好于其它非金屬材料，噴涂聚脲不但具有優異的耐磨性，還具有良好的緩沖、能量吸收性能。具體數據見表1。

為了考察聚脲材料的防腐性能，采用表2中的各種介質對聚脲材料進行為期一年的浸泡，然后測試其性能變化，結果見表2。

注：采用CS17號砂輪，質量為1 000 g/輪，轉速為5 000 r/min。

表2 耐介質浸泡試驗結果

從表2中可以看出，聚脲材料對大多數無機酸、堿、鹽都有較好的耐腐蝕性，且對柴油、機油也有一定的耐腐蝕性。

3 噴涂聚脲技術施工方法

為了保證噴涂效果和材料的使用性能，通常需要以下工序：

(1)基材處理。基材處理的目的主要有清除底材表面的脫模劑、油污及灰塵、修整基材的缺陷、增加表面粗糙度、增強涂層與基材的配套性與相容性等。基材處理的方法有很多種，如打磨、噴砂、化學試劑清洗、表面修復等。

(2)上底漆。底漆的目的主要是為了封閉基材，同時增加涂層與基材的附著力。

(3)噴涂。聚脲噴涂必須使用專用的高壓雙組分1∶1聚脲噴涂設備及噴槍，如GRACO-XP3主機，及其對應的對撞噴槍，噴涂過程中要嚴格控制A、B兩組分的壓力差。

4 聚脲材料在礦山耐磨防腐中的應用

4.1 振動篩關鍵件的耐磨防腐應用

振動篩篩下橫梁和側板內側長期受物料的沖刷，磨損嚴重，因橫梁與側板的更換非常困難，故這些關鍵件需要做好耐磨防腐處理[8-9]。目前，國內多數廠家采用粘接橡膠板的方式進行防護，由于粘接橡膠板的膠漿及工藝對粘接質量的影響較大，進而影響使用壽命[10]。噴涂聚脲不僅在工藝上可以有效解決這些問題，而且聚脲材料本身的耐磨性就遠高于橡膠，可以大大提高振動篩的使用壽命。

振動篩在無處理和經過噴涂聚脲處理后，工作一年后的狀態對比如圖1所示，從圖1中可以看出，經過噴涂聚脲防護后，振動篩的耐磨性和使用壽命能得到大大提高。

圖1 振動篩橫梁

4.2 磁選機滾筒、帶式輸送機滾筒的耐磨防腐應用

磁選機滾筒多采用不銹鋼板卷焊而成，成本較高，若不采取耐磨防護處理，由于滾筒與礦漿接觸，腐蝕磨損嚴重，且難以修復。帶式輸送機的滾筒若采用澆注聚氨酯彈性體材料做防護，一方面需要模具，投資巨大；另一方面對澆注工藝要求高、澆注效率低。目前使用最廣泛的涂覆硫化橡膠的方法，因橡膠的使用壽命短，耐磨性差，通常半年時間就需要修補或更換。但使用噴涂聚脲進行防護，一次施工即可達到要求的厚度，固化速度快，施工效率高，涂層致密無接縫，材料的耐磨性好、絕緣性好，而且還能進行車、削等機加工來制造出各種花紋以增加摩擦力。圖2為帶式輸送機滾筒噴涂聚脲彈性體。

圖2 帶式輸送機滾筒噴涂聚脲彈性體

4.3 攪拌槽、集料槽、浮選機、螺旋溜槽等過流面的耐磨防腐應用

攪拌槽、集料槽、浮選機、螺旋溜槽等過流面長期遭受物料的沖刷，磨損嚴重，必須采用耐磨防護處理。傳統方法是采用粘橡膠板、鑄石板等方式，但是粘接工藝要求高、接縫處容易發生滲漏，造成局部破壞，如不及時發現并修補，很快就會造成大面積脫落，進而整體失效。

采用噴涂聚脲技術處理過流面，施工效率高，聚脲與基材的附著力高、不起包、無接縫，使用壽命可達橡膠的10倍，目前已廣泛應用于該類設備的過流面處理。圖3為噴涂聚脲材料后的螺旋溜槽。

圖3 聚脲材料應用在螺旋溜槽上Fig.3 Application of spray-on polyurea material on spiral chute

4.4 螺旋分離機的耐磨防腐應用

螺旋分離機的耐磨措施一般從選用耐磨的制造材料及結構設計方面著手，也可以采用在關鍵部位堆焊耐磨層、增設耐磨復合鋼板、加裝復合材料耐磨塊等方法。此外，隨著噴涂聚脲技術及聚脲材料的發展，對整體噴涂耐磨聚脲材料是一種省工省時、節約成本、簡單有效的耐磨防腐處理措施。圖4為噴涂聚脲材料后的螺旋分離機的螺旋體表面。

圖4 聚脲材料應用在大型螺旋分離機的螺旋體表面

4.5 礦山輸送帶的耐磨修復應用

礦山輸送帶由于用來長期不停的輸送物料，除了整體磨損還經常出現局部磨損嚴重的情況，但因其長度一般較長、更換困難，通常采用修補的方法來解決。目前采用較多的是橡膠硫化修補、帶式輸送機修補膠條等，但存在修補工藝復雜、需現場硫化、節點處理麻煩、施工后易起泡等缺點。而噴涂聚脲技術可以在現場施工，可根據具體磨損情況調整噴涂厚度，涂層與基材附著好、無接縫、不起泡，施工后幾個小時即可投入使用，可有效提高輸送帶的使用壽命。針對少量的局部磨損的修復，還可以使用手工聚脲修補劑刮涂修復，方便快捷。另外，噴涂聚脲還可用來制造新輸送帶。圖5所示為現場噴涂聚脲材料以修復輸送帶。

圖5 聚脲材料在礦山輸送帶修復中的應用Fig.5 Reconditioning of conveyor belt with polyurea material

噴涂聚脲在礦山設備耐磨防腐中的應用還有很多，比如：球磨機內襯、攪拌桶內壁、礦車內壁、振動進料盤、振動磨、選礦機、旋轉式圓筒篩架、旋風分離器等部位。

5 結語

噴涂聚脲彈性體將新技術、新材料和新工藝結合在一起，耐磨防護性集塑料、橡膠、涂料、玻璃鋼的優點于一身，突破了傳統涂裝技術的局限，憑借其施工優勢以及材料本身優異的耐磨性、耐腐蝕性，受到了越來越多的礦山用戶的歡迎，帶來的經濟效益非常可觀，應用前景十分廣闊。