聚脲材料在礦山耐磨防腐工程中的應(yīng)用

孫 旖，張安智，趙環(huán)帥，賈天昊

(1.天地(唐山)礦業(yè)科技有限公司，河北 唐山 063399；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)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(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，山東 青島 266590)

采礦、煤炭、冶金等行業(yè)的工作現(xiàn)場大都環(huán)境惡劣，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，另外，由于長期受到物料沖刷或設(shè)備振動磨損的影響，很容易造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞[1-2]。目前，在這些行業(yè)需要大量使用耐磨防護(hù)材料，其關(guān)系到生產(chǎn)的安全性、設(shè)備的使用壽命、生產(chǎn)率的提高以及成本的降低，所以開展設(shè)備及關(guān)鍵件耐磨防腐處理的研究，提高設(shè)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(shù)為礦業(yè)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(xiàn)場固化、快速成型的工藝，也是一種集新技術(shù)、新材料、新工藝于一體的無溶劑、無污染的“綠色”施工技術(shù)，被業(yè)界稱為“萬能涂裝技術(shù)”。同時，聚脲材料本身具有優(yōu)異的耐磨性、突出的防腐耐老化性、綜合成本低等諸多優(yōu)點，應(yīng)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(shè)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(shè)備采用防護(hù)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(huán)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(huán)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(xiàn)發(fā)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(zhì)量影響比較大，局部磨損不均勻時，易導(dǎo)致整體報廢。

(4)噴涂油漆防護(hù)意義不大，涂層可在極短的時間內(nèi)磨損掉。

(5)耐磨陶瓷涂料上強(qiáng)度慢，需高溫養(yǎng)護(hù)，施工效率低。

2 聚脲噴涂技術(shù)的優(yōu)點

針對上述問題，采用聚脲噴涂技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)優(yōu)異的物理機(jī)械性能，如具有較高的拉伸強(qiáng)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(dá)到步行強(qiáng)度。

(3)可以在任意曲面上噴涂成型， 涂層連續(xù)、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(shù)百微米到數(shù)厘米，既克服了多次施工的弊端，又能根據(jù)磨損的狀態(tài)任意調(diào)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(huán)境溫度、濕度的影響。

(7)使用成套設(shè)備進(jìn)行噴涂，施工效率高。

(8)100% 固含量，不含任何揮發(fā)性有機(jī)溶劑，不污染環(huán)境[4-5]。

根據(jù)實驗室對噴涂聚脲材料與其他材料的耐磨性測試對比，發(fā)現(xiàn)其耐磨性遠(yuǎn)好于其它非金屬材料，噴涂聚脲不但具有優(yōu)異的耐磨性，還具有良好的緩沖、能量吸收性能。具體數(shù)據(jù)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(zhì)對聚脲材料進(jìn)行為期一年的浸泡，然后測試其性能變化，結(jié)果見表2。

注：采用CS17號砂輪，質(zhì)量為1 000 g/輪，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min。

表2 耐介質(zhì)浸泡試驗結(jié)果

從表2中可以看出，聚脲材料對大多數(shù)無機(jī)酸、堿、鹽都有較好的耐腐蝕性，且對柴油、機(jī)油也有一定的耐腐蝕性。

3 噴涂聚脲技術(shù)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(qiáng)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(xué)試劑清洗、表面修復(fù)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(shè)備及噴槍，如GRACO-XP3主機(jī)，及其對應(yīng)的對撞噴槍，噴涂過程中要嚴(yán)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(yīng)用

4.1 振動篩關(guān)鍵件的耐磨防腐應(yīng)用

振動篩篩下橫梁和側(cè)板內(nèi)側(cè)長期受物料的沖刷，磨損嚴(yán)重，因橫梁與側(cè)板的更換非常困難，故這些關(guān)鍵件需要做好耐磨防腐處理[8-9]。目前，國內(nèi)多數(shù)廠家采用粘接橡膠板的方式進(jìn)行防護(hù)，由于粘接橡膠板的膠漿及工藝對粘接質(zhì)量的影響較大，進(jìn)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(yuǎn)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(jīng)過噴涂聚脲處理后，工作一年后的狀態(tài)對比如圖1所示，從圖1中可以看出，經(jīng)過噴涂聚脲防護(hù)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(jī)滾筒、帶式輸送機(jī)滾筒的耐磨防腐應(yīng)用

磁選機(jī)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(hù)處理，由于滾筒與礦漿接觸，腐蝕磨損嚴(yán)重，且難以修復(fù)。帶式輸送機(jī)的滾筒若采用澆注聚氨酯彈性體材料做防護(hù)，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(bǔ)或更換。但使用噴涂聚脲進(jìn)行防護(hù)，一次施工即可達(dá)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(jìn)行車、削等機(jī)加工來制造出各種花紋以增加摩擦力。圖2為帶式輸送機(jī)滾筒噴涂聚脲彈性體。

圖2 帶式輸送機(jī)滾筒噴涂聚脲彈性體

4.3 攪拌槽、集料槽、浮選機(jī)、螺旋溜槽等過流面的耐磨防腐應(yīng)用

攪拌槽、集料槽、浮選機(jī)、螺旋溜槽等過流面長期遭受物料的沖刷，磨損嚴(yán)重，必須采用耐磨防護(hù)處理。傳統(tǒng)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(fā)生滲漏，造成局部破壞，如不及時發(fā)現(xiàn)并修補(bǔ)，很快就會造成大面積脫落，進(jìn)而整體失效。

采用噴涂聚脲技術(shù)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(dá)橡膠的10倍，目前已廣泛應(yīng)用于該類設(shè)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(yīng)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(jī)的耐磨防腐應(yīng)用

螺旋分離機(jī)的耐磨措施一般從選用耐磨的制造材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計方面著手，也可以采用在關(guān)鍵部位堆焊耐磨層、增設(shè)耐磨復(fù)合鋼板、加裝復(fù)合材料耐磨塊等方法。此外，隨著噴涂聚脲技術(shù)及聚脲材料的發(fā)展，對整體噴涂耐磨聚脲材料是一種省工省時、節(jié)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(jī)的螺旋體表面。

圖4 聚脲材料應(yīng)用在大型螺旋分離機(jī)的螺旋體表面

4.5 礦山輸送帶的耐磨修復(fù)應(yīng)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(jīng)常出現(xiàn)局部磨損嚴(yán)重的情況，但因其長度一般較長、更換困難，通常采用修補(bǔ)的方法來解決。目前采用較多的是橡膠硫化修補(bǔ)、帶式輸送機(jī)修補(bǔ)膠條等，但存在修補(bǔ)工藝復(fù)雜、需現(xiàn)場硫化、節(jié)點處理麻煩、施工后易起泡等缺點。而噴涂聚脲技術(shù)可以在現(xiàn)場施工，可根據(jù)具體磨損情況調(diào)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(fù)，還可以使用手工聚脲修補(bǔ)劑刮涂修復(fù)，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(xiàn)場噴涂聚脲材料以修復(fù)輸送帶。

圖5 聚脲材料在礦山輸送帶修復(fù)中的應(yīng)用Fig.5 Reconditioning of conveyor belt with polyurea material

噴涂聚脲在礦山設(shè)備耐磨防腐中的應(yīng)用還有很多，比如：球磨機(jī)內(nèi)襯、攪拌桶內(nèi)壁、礦車內(nèi)壁、振動進(jìn)料盤、振動磨、選礦機(jī)、旋轉(zhuǎn)式圓筒篩架、旋風(fēng)分離器等部位。

5 結(jié)語

噴涂聚脲彈性體將新技術(shù)、新材料和新工藝結(jié)合在一起，耐磨防護(hù)性集塑料、橡膠、涂料、玻璃鋼的優(yōu)點于一身，突破了傳統(tǒng)涂裝技術(shù)的局限，憑借其施工優(yōu)勢以及材料本身優(yōu)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(jīng)濟(jì)效益非常可觀，應(yīng)用前景十分廣闊。