礦用澆注型聚氨酯托輪的研究開發(fā)

鄒勇建

（云南煤化工應(yīng)用技術(shù)研究院，昆明 650233）

礦用澆注型聚氨酯托輪的研究開發(fā)

鄒勇建

（云南煤化工應(yīng)用技術(shù)研究院，昆明 650233）

以聚酯型預(yù)聚體為原料，采用澆注法工藝制備性能優(yōu)良的礦用聚氨酯托輪，并討論了一些影響產(chǎn)品性能的工藝因素。

聚酯型預(yù)聚體；澆注法；礦用；托輪

聚氨酯具有比一般橡膠材料更好的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，而被普遍應(yīng)用于各行各業(yè)中，如實(shí)心輪、托繩輪、壓繩輪、滑輪、摩擦輪等。相同的橡膠制品，聚氨酯的機(jī)械強(qiáng)度是一般橡膠的7倍左右［1］。因此，在相同負(fù)荷下，聚氨酯材質(zhì)的托輪比一般橡膠材料的尺寸要小，并且聚氨酯輪的使用周期比一般橡膠輪要長得多。與金屬材料制托輪相比，聚氨酯輪的牽引力也會(huì)得到很好的改善，且不傷鋼纜或軌道，噪音較小［2-3］。

本文以聚酯型預(yù)聚體為原料，用澆注工藝開發(fā)了技術(shù)性能優(yōu)良的礦用猴車的易損部件——托輪。經(jīng)過現(xiàn)場使用、檢驗(yàn)，其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)與國外類似產(chǎn)品相當(dāng)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

聚酯型預(yù)聚體（TDI），工業(yè)品，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.5%，上海博雷聚氨酯技術(shù)有限公司生產(chǎn)；固化劑（MOCA），主要成分二鄰氯二苯胺甲烷，工業(yè)品，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞86%，上海博雷聚氨酯技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要儀器及設(shè)備

可加色彈性體澆注機(jī)，CPU20FS-2型，溫州飛龍聚氨酯設(shè)備工程有限公司；25噸平板硫化機(jī)，OLB-D，中國湖州橡膠機(jī)械廠；電子萬能試驗(yàn)機(jī)，RGM-5A型，深圳瑞格爾儀器有限公司；邵爾硬度計(jì)測定儀，XHS-A型，營口市材料試驗(yàn)機(jī)廠。

1.3 分析測試

拉伸性能，按 GB／T1040-2006測試；邵氏硬度，按GB2411-80測試；阿克隆磨耗，按 GB1689 -1998測試；永久變形率，按GB528-2006測試。

1.4 工藝流程

澆注工藝流程圖如圖1所示。

圖1 澆注法聚酯型聚氨酯托輪工藝流程Fig.1 Process for supporting wheel of polyurethane elastomer

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)聚體處理對(duì)產(chǎn)品性能的影響

預(yù)聚體中微量的水與異氰酸根發(fā)生反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的氨基甲酸，然后，很快分解成胺和二氧化碳。因此，水的存在使生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。所以，應(yīng)把預(yù)聚體在負(fù)壓為0.67kPa，溫度85±5℃條件下，在澆注機(jī)的A料罐中進(jìn)行抽真空脫泡60～120min。

2.2 配方設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響

取100份的預(yù)聚體3組，進(jìn)行配方試驗(yàn)。分別添加13.4份、12.1份、14.7份的擴(kuò)鏈劑，產(chǎn)品的性能見表1。

表 1 擴(kuò)鏈劑用量對(duì)產(chǎn)品物理性能的影響Tab.1 Effect of the amount of chain extender on the physical properties of the product

當(dāng)擴(kuò)鏈劑用量為12.1份時(shí)，硫化膠的扯斷伸長率、磨耗增加，預(yù)聚體操作時(shí)間大幅增大；擴(kuò)鏈劑用量為14.7份時(shí)，硫化膠伸長率、磨耗降低，拉伸強(qiáng)度、硬度增大，預(yù)聚體操作時(shí)間大幅降低。由此可見，當(dāng)擴(kuò)鏈劑為 12.1份時(shí)，預(yù)聚體的綜合性能最優(yōu)。

2.3 澆注溫度對(duì)產(chǎn)品性能的影響

在澆注的過程中，除了 A料（聚酯型預(yù)聚體）、B料（MOCA）必須按要求比例進(jìn)行混合之外，澆注溫度對(duì)于產(chǎn)品的性能也至關(guān)重要。通過研究表明，澆注溫度控制在 80℃左右比較合適。這是因?yàn)椋侯A(yù)聚物在80℃左右具有粘度適中，容易脫泡和混合，加入MOCA后混合物在反應(yīng)釜中的穩(wěn)定期也較長，可操作的時(shí)間比較充分，使制品的澆注比較容易進(jìn)行，固化后產(chǎn)品應(yīng)力小。

2.4 硫化及后處理對(duì)產(chǎn)品性能的影響

澆注完成后，預(yù)制品在 100～120℃溫度下硫化60～120min，產(chǎn)品的各種性能可以滿足物理性能技術(shù)指標(biāo)的要求。此外，為了保證產(chǎn)品性能的長期穩(wěn)定性，需要進(jìn)行后硫化，即在60～80℃條件下繼續(xù)硫化 16～24h。最后，根據(jù)圖紙的尺寸和外觀要求在加工設(shè)備上進(jìn)行車削和磨削加工。

2.5 模具的設(shè)計(jì)

模具的設(shè)計(jì)和制造是開發(fā)聚氨酯產(chǎn)品一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，合格的產(chǎn)品尺寸需要由標(biāo)準(zhǔn)的模具來實(shí)現(xiàn)，所以模具的設(shè)計(jì)和加工至關(guān)重要。

模具一般是用鋼材來制作。在模板上需要開設(shè)若干0.1mm的孔眼，以利于氣泡及時(shí)排出。所有類型的橡膠制品在脫模后一般都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的尺寸收縮，收縮率范圍大約是1.0%～2.0%。因此在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)充分考慮收縮率對(duì)產(chǎn)品尺寸的影響。經(jīng)多次試驗(yàn)，計(jì)算出制品的收縮余量為1.2%。

通過多次工藝試驗(yàn)，在優(yōu)化了澆注工藝技術(shù)參數(shù)后，最終得到了較好性能的聚氨酯托輪，其性能指標(biāo)見表2所示。

表2 聚氨酯托輪與國外同類產(chǎn)品性能比較Tab.2 Performance com parison of supporting wheel of polyurethanew ith those of sim ilar foreign products

3 結(jié)論

1）預(yù)聚體應(yīng)在負(fù)壓為0.67kPa，溫度85± 5℃條件下，抽真空脫泡30～60min；

2）當(dāng)預(yù)聚體和擴(kuò)鏈劑配比（質(zhì)量比）為 100：12.1時(shí)，產(chǎn)品的綜合性能最優(yōu)；

3）澆注溫度在80℃左右比較合適；

4）在 100～120℃溫度下，先硫化60～120min，然后，在60～80℃條件下再硫化16～24h，產(chǎn)品性能可以滿足物理性能的要求，而且可以保證產(chǎn)品性能的長期穩(wěn)定性；

5）按制品的收縮余量為1.2%設(shè)計(jì)模具，可以得到尺寸標(biāo)準(zhǔn)，合格率達(dá) 99%的產(chǎn)品。

［1］ 徐培林，張淑琴.聚氨酯材料手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［2］ 梁誠.熱塑性彈性體生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2005，21（5）：35～40.

［3］ 歐陽倫煒，陳榮盛.澆注型聚氨酯彈性體耐磨性的影響因素研究［C］.中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)第十三次年會(huì)論文集，2006年.

Research on the Supporting W heel of Casting Polyurethane Elastom er Used in M ine

ZOU Yong-jian

（Yunnan Coal Chemical Application Technology Research Instiute，Kunming 650233，China）

The papermainly studies on the high performance supporting wheels in m ine which were made of polyester prepolymer as rawmaterial，and produced by casting technology.Somemain factors affecting the performance of the productwere discussed.

polyester prepolymer，casting technology，mining，supporting wheels

TQ323.8

A

1004-275X（2015）02-0024-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.02.007

收稿：2015-02-02

鄒勇建（1961-），男，昆明人，高級(jí)工程師，現(xiàn)任云南煤化工應(yīng)用技術(shù)研究院黨委書記，副院長。