淺談聚氨酯彈性體在礦業領域中的應用

史旭晨 宮明明

(諾瑪克新材料(深圳)有限公司，廣東 深圳 518000)

聚氨酯彈性體亦稱聚氨酯橡膠，是一種新型合成材料，介于一般橡膠與塑料之間，在其主鍵上含有比較多的氨基甲酸酯基。由于聚氨酯彈性體結構具有軟和硬兩個鏈段，所以能夠對其進行不同的設計而賦予材料一些優異的性能。聚氨酯彈性體不僅具有橡膠的高彈性的特點、還具有塑料的剛性特點，故其又被稱為“耐磨橡膠”。聚氨酯彈性體在較高的硬度下仍具備較高的彈性，優異的耐磨性能(表1為聚氨酯彈性體與其它材料的Taber磨耗對比表[1])、優異的耐臭氧、耐低溫、耐油、高承載、高撕裂強度等特性。

中國是世界上少有的以煤炭(占70%以上)為主要能源的國家，而且在今后相當長的時間段內煤炭仍將占據主導地位[2]。隨著中國經濟的飛速發展，對能源的需求量也與日俱增。因此，煤礦的開采力度日益增大，隨之帶來的生產安全相關問題變得十分嚴峻。聚氨酯與天然橡膠相比，其耐磨性高2～10倍，且硬度變化范圍較寬。此外，還具有較高的撕裂強度和機械強度，具有良好的緩沖減震性能等優勢[3]，在煤礦生產中的應用越來越普遍。

表1 聚氨酯彈性體與其他材料的Taber磨耗對比Tab. 1 Comparison of wear of polyurethane elastomer and Taber of other materials

近幾年中國國際聚氨酯技術與產品展覽會吸引了眾多國內外大型聚氨酯企業，每年都會推出新型礦用聚氨酯產品，充分體現了聚氨酯材料在礦業領域的應用前景十分廣闊。諾瑪克公司的產品在礦業領域方面已經積累了40余年的生產制造及施工經驗，特別是在漿體運輸或生產環節方面，可以代替幾乎所有類型的橡膠板，同時在防腐耐磨保護全過程方面尤為突出，具有高于傳統橡膠板數倍的特性，目前已經為諸多世界礦業領域的企業提供防腐耐磨全鏈條解決方案。如METSO(美卓礦業)、WS Tyler(WS泰勒)、 Krupp-Thyssen(蒂森·克虜伯)、Derrick(德瑞克)、SANDVIK(山特維克)、ERIEZ(美國藝利磁鐵)、 Schenck(德國申克)等 。

1 聚氨酯彈性體在礦業中的應用現狀

1.1 篩板與篩網

篩分設備是將各種原料和各種初級產品經過篩板(網)選別的設備，通過旋轉、震動、往復、搖動等一系列動作實現，并且按照物料粒度大小的不同分成若干不同等級。此外還可以將原料中的水分及雜質去除，再進行下一步的加工，可提高產品品質。篩板(網)是各類篩分機的工作部件，其對強度和耐腐蝕性有很高的要求，傳統篩板(網)是由沖孔、焊接、編織的各種碳鋼或不銹鋼材料制造，在一些礦山的實際應用中效果并不理想，缺點是耐沖擊性差、篩網剛性小、堵孔，且備件占用較大的流動資金。各種不同形式的聚氨酯彈性體篩板(網)在礦業領域中逐漸推廣，已經逐步取代傳統金屬和橡膠篩板，用于煤礦和礦石的篩分或篩選[4]。一般的金屬編織篩網使用壽命10～15天，縫條篩1～2個月，脫水篩板2～3個月，橡膠篩網 3～4個月，聚氨酯篩板一般是金屬篩板的3～20倍。

應用諾瑪克聚氨酯噴涂篩板(網)有如下優點：(1)施工快捷，比傳統粘貼防腐耐磨膠板工藝施工迅速數十倍；(2)無接縫，避免潛在的“破損點”；(3)局部可修補——局部破損時，可以使用小型噴涂設備進行局部快速修補；(4)超強的防腐耐磨性能——是傳統優質膠板防腐耐磨的幾倍，技術經濟指標極高；(5)不同厚度組合，可以在磨損面和沖擊面“加”大厚度，而在非磨損面或非沖擊面適當減少噴涂厚度，大大降低了其噴涂保護費用；(6)在設備組裝前、組裝后、甚至在設備使用現場均可噴涂施工，改變了使用膠板只能在設備廠家內及設備組裝前進行施工的“窘境”；(7)對狹小部位及無法“下手”的粘貼膠板部位，可方便快捷的施工；(8)對于振動篩外部非磨損區域的涂裝保護，可以達到“一勞永逸”的保護效果；(9)振動篩局部過去無法使用膠板粘貼保護的部位，例如虎克螺釘，振動篩角鋼等等部位，依然可以使用噴涂方式進行很好的涂裝保護。適用部位有振動篩梁、振動篩角鋼、振動篩各類螺釘及鏈接部位、振動篩擋板、振動篩表面其他任何過流部位及需要防腐耐磨部位。目前應用案例有使用NR-80LVHS對美卓礦業、山特維克的10X20振動篩進行防腐耐磨保護；使用BR-3S對納米比亞鋅礦振動、WS泰勒公司振動篩進行防腐耐磨保護。

1.2 旋流器襯里

旋流器是工業中常用的一種分離設備，一般用于液-固、氣-固的分離，其廣泛應用于選礦、選煤、采油等礦山作業中。由于聚氨酯彈性體具有耐磨、良好的綜合機械性能，不但可以用作旋流器的襯里，同時也可以將其單獨用作結構材料。聚氨酯旋流器耐磨性好，不發生銹蝕，重量輕，并且不需要單獨配置動力設備，這樣可以大大增加旋流器的使用壽命。應用聚氨酯旋流器對煤泥水進行濃縮分級，煤泥水的體積濃度會顯著降低，并可以保證浮選機入料的最佳濃度，相對減少了浮選機系統的開機時間[5]。

應用諾瑪克聚氨酯噴涂的優勢：(1)內壁任意成型，無需預先定制，無任何接縫(2)解決了特殊位置及狹小位置的無法進行耐磨防腐的窘境(3)施工的可行性和快捷性(4)優異的防腐耐磨效果，大幅提高了使用壽命(5)過流面表面光滑，大幅提高了分級，脫水等工作效率(6)減少內壁物料粘接，改善分級，脫水效果(7)實現了防腐耐磨面的局部可修補性。適用方面有(1)各類水力旋流器，包括脫水旋流器，分級旋流器，脫泥旋流器等；(2)各類離心式分流，分級設備(3)葉輪除渣器(4)潷水器外殼(5)各類螺旋分級機。

1.3 聚氨酯內襯管道

管道內襯腐蝕可以理解為材料在其所處的環境中發生的一種化學反應，而該反應會導致管道本身的材料被腐蝕，從而導致管道中的部件甚至整個管道系統失效。除了磨損作用導致材料直接損壞外，由腐蝕產物間接引起的管道破壞也可被視為腐蝕破壞。每年由于腐蝕導致材料的破壞，進而導致的損失不言而喻。腐蝕問題的解決往往會直接導致新工藝、新新工藝的實現。尤其是在現代工業的復雜腐蝕介質、高溫高壓等環境下，腐蝕問題若無法得到解決，生產將舉步維艱。將涂料均勻致密地涂敷在經過基面處理后的管道、溜槽內壁及表面上，從而隔絕各種腐蝕性介質，是解決集輸系統等管道內腐蝕問題的一種非常有效的措施。

諾瑪克產品可以解決該領域出現的各類問題，做好防腐耐磨工作對促進新技術的發展、節約材料、延長設備的使用壽命、確保安全生產、減少環境污染起到重大意義。諾瑪克的聚氨酯產品具有出色的耐磨、耐油、耐腐蝕、耐臭氧、耐老化、耐低溫、耐撕裂、耐沖擊、高彈性、吸振力強，負載支撐容量大等性能，廣泛適用于各類管道行業的應用。應用諾瑪克聚氨酯噴涂的優勢：(1)改變和解決了以傳統方式無法滿足的防腐耐磨方案(2)對于特殊基材表面實現了防腐耐磨保護(3)施工的快捷性和可行性大幅提高(4)無需對特殊部位的保護進行防腐耐磨材料的定制(5)實現了防腐耐磨面的局部可修補性(6)實現了任意調節耐磨保護層厚度，大幅提高防腐耐磨效率。適用方面：(1)各類礦漿輸送管道(2)管道連接件(3)各類礦漿管理閥門，彎頭(4)礦漿緩存槽(5)礦漿溜槽(6)各類相關礦漿連接部件。

1.4 礦井密閉堵漏

礦井漏風是煤礦通風工作的一大隱患，礦井漏風的問題會使采區和工作面送達用風所在位置的風量減少，久而久之，導致氣溫升高、瓦斯積聚等相關問題，進而引發瓦斯爆炸。礦井漏風的問題嚴重威脅礦井安全生產。因此必須要采取行之有效的手段控制礦井漏風問題，提前預防風險的發生[6]。傳統堵漏風材料(黃泥灌漿材料、凝膠堵漏材料、水泥砂漿噴涂材料等)經過前人的實踐，效果不是十分理想，而且隨著礦井開采深度的逐步增加，地壓也會不斷的增大，對于密閉墻內部或是巖層裂隙很難做到封閉嚴實，給礦井生產帶來了極大的安全隱患。傳統的防水材料經過日光照射后會出現老化開裂的情況；即使防水材料自身不開裂，也會因混凝土的開裂(有振動、應力、風化等因素引起)而斷裂。諾瑪克聚氨酯彈性體經過抗靜電處理和阻燃處理后作為密閉堵漏材料，具有以下優點：(1)黏度、反應固化速度、強度、硬度等可調節范圍大；(2)耐磨性能優越、耐油、耐臭氧、耐老化、耐輻射、透聲性好；(3)涂層具有良好的致密性，不易產生漏點；(4)材料施工工藝相對簡單，投資費用少，施工簡單快捷；(5)使用溫度范圍寬；(6)粘結力強，對多種物面均有優良的附著力。除了以上普遍的優點、諾馬克噴涂產品因自身優異的柔韌性、耐老化性和力學強度，即使在混凝土開裂的情況下，也不會自身斷裂，還能降混凝土緊緊“抓住”，起到防水和保護作用。煤礦用聚氨酯彈性體制品在達到其安全性能的要求下，在礦井堵漏風方面具有十分廣闊的應用市場[7]。

2 結語與展望

隨著對煤礦安全高效生產的需求提升，聚氨酯彈性體因其優越的性能，將會更廣泛的應用于煤礦生產中。但目前還存在如下4個問題：(1)聚氨酯內生熱大，耐高溫性能一般。如需在高頻振蕩條件或高溫條件下長期作用，則必須在結構設計或配方上采取相應改性措施。(2)諾馬克產品雖已在國際礦業上廣泛應用，但對于中國礦業市場開發尚未完全展開，還需加大在國內的宣傳力度。(3)諾馬克產品目前完全靠進口，現需國產化以降低其成本，進而更易進入中國市場。(4)諾馬克產品由于其優異的性能，可以適用于代替橡膠的所有領域。但由于其成本高于橡膠制品，目前只能適用于高端特殊領域。所以目前急需開發諾馬克中低端產品，以適應替換橡膠的所有領域。相信不久的將來，諾馬克產品必將在中國市場大展宏圖。