噴涂聚脲快速修復輸送帶的試驗研究

馬學強，李鑫茂，張國鋒

1青島聚合四維科技有限公司 山東青島 266318

2青島理工大學工程質量檢測鑒定中心 山東青島 266033

3東平中聯水泥有限公司 山東濟南 271500

帶 式輸送機具有輸送能力強、韌性強、適應性強以及便于操作等優點被廣泛應用在礦山等諸多行業中。帶式輸送機運輸量大、機械效率高，可連續運載生產物料，而且運輸距離長，耗能低，因此被廣泛應用于采礦、冶金、港口以及工礦企業內部的生產流水線，并且在我國大宗散貨港口裝卸作業中也應用頗多[1]。輸送帶撕裂、斷帶則會使輸送帶停止、造成運輸通道堵塞甚至停產，是帶式輸送機最嚴重的故障之一。輸送帶價格約占整條帶式輸送機價格的 25%～50%，且輸送帶的更換時間為 8～10 h，一旦停機過長，則會影響礦山生產效率；因此如何短時間、高質量的修復輸送帶是亟待解決的問題[2]。

噴涂聚脲彈性體材料具有固化時間短、材料強度高、與基材黏結力強、修復時間短等優點[3]。因此將噴涂聚脲彈性體材料應用于礦山輸送帶的修復，可以有效解決破損輸送帶的修復問題。

1 工程概況

山西某大型煤礦的輸送帶試驗段長度為 30 m，該輸送帶為煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶，表面覆蓋膠已出現破損、剝蝕、撕裂。經過現場勘查及討論，該煤礦井下作業時間短，但對修復后的輸送帶質量要求高，因此決定采用噴涂聚脲快速修復技術對該輸送帶進行處理，保證修復質量的同時縮短修復時間。

在輸送帶修復過程中，修復材料本身的性能和與基材的黏結性是關注的重點[4]。性能優良的修復材料才能保證輸送帶修復后有足夠的承載能力，在工作中發揮應有的性能。同時如果修復材料與基材的黏結力不足，將會導致修復材料與基材產生空隙，嚴重時甚至會產生脫落，從而導致輸送帶的修復失敗。因此，試驗主要從修復材料本身性能和與基材黏結力著手來進行研究[5-7]。

2 應用試驗

2.1 試驗條件

試驗地點為山西某大型煤礦，礦井深度約為地下400 m，溫度為 10～15 ℃，濕度為 75%～89%。

2.2 試驗材料及工具

噴涂聚脲材料為 JHSW8603 耐磨及修復聚脲材料；噴涂設備有美國固瑞克 REACTOR H-XP3 聚脲噴涂機、固瑞克 Fusion AP 噴槍、空壓機等；預處理工具有打磨機、鋼絲刷、輥涂刷、清洗劑等；防護工具有整體式防護服、護目鏡、呼吸面罩等。

2.3 修復試驗及流程

噴涂聚脲彈性體修復技術的施工工藝為基材處理—底漆施工—聚脲噴涂施工。

2.3.1 基材處理

待修復的輸送帶原狀如圖 1 所示。輸送帶表面有嵌入的煤渣、煤灰以及不規則的破損，且礦井較深，濕度較大。因此，良好的基材處理方法是保證輸送帶修復質量的前提，輸送帶基材處理如圖 2 所示?；奶幚淼哪康氖菍⑵茡p的輸送帶表面的水分、殘渣、煤灰、煤屑清理干凈，盡量讓待修復的基面處在干燥、清潔的狀態?；奶幚淼木唧w步驟為：(1) 采用角磨機、鋼絲刷等將輸送帶的破損部分進行打磨，使得破損部分出現較為規整的粗糙斜面；(2) 采用吸塵器等清除輸送帶表面的煤渣、煤灰、輸送帶破損殘渣等，保證基面的干凈、整潔；(3) 將清潔完畢的基面進行干燥處理。

2.3.2 底漆施工

在噴涂聚脲快速修復輸送帶的施工中，底漆起著至關重要的作用：一是封閉輸送帶表面的粗糙顆粒和孔隙，滲透型底漆可以很好地封閉破損輸送帶表面的孔隙，避免后期噴涂施工時出現孔洞；二是提高噴涂聚脲修復層與輸送帶基面的黏結性。

在清潔后的輸送帶基面進行配套底漆的施工，采用輥涂和刷涂相結合的工藝，待底漆表干后方可進行聚脲噴涂施工，如圖 3 所示。

底漆施工時的注意事項：一是要在輸送帶基材表面涂刷配套底漆；二是清潔完畢后要待基面干燥后才可進行底漆施工；三是在底漆施工過程中要在破損處進行反復涂刷，不遺漏任何細小缺陷，以確?；谋砻娴男】锥慈娣忾]，避免后期噴涂聚脲層時出現氣泡及鼓包現象。

2.3.3 聚脲噴涂

噴涂設備采用體積比為 1∶1 的雙組高壓噴涂機，該噴涂設備的最大額定壓力為 24.14 MPa，每分鐘的輸出量約為 11 kg，并且可以連續作業。

聚脲噴涂施工的前提條件：一是底漆施工完畢，待底漆表干即可進行聚脲噴涂施工；二是環境溫度要高于露點溫度 5 ℃ 以上，聚脲的 A、B 組分要加熱至工作溫度，并進行充分攪拌，以保證材料混合均勻；三是噴涂人員要進行全面防護。

噴涂聚脲彈性體快速修復技術采用一體化噴涂成型，聚脲層的厚度可根據現場輸送帶的破損情況選擇，綜合考慮輸送帶狀態，根據不同段破損程度，聚脲層的噴涂厚度為 3～5 mm。聚脲噴涂施工如圖 4 所示。

3 性能測試

輸送帶修復結束后進行聚脲層與輸送帶之間的剝離強度測試，并對該條件下噴涂成型的聚脲樣品通過制樣、養護后進行性能測試。

3.1 剝離強度測試

剝離強度是指結合在一起的材料，從接觸面進行單位寬度剝離時所需要的最大力，反映的是材料之間的結合強度。

將聚脲材料通過高壓噴涂機噴涂于輸送帶表面，并制成寬度為 25 mm，長度不小于 350 mm 的長條狀試樣，沿試樣長度方向一端將復合層與基材預先剝開 50 mm，被剝開的部分不得有明顯損傷。將試樣的輸送帶一側夾緊在固定夾頭上，將聚脲層夾緊在另一夾頭上，使得試樣剝開部分的縱軸與上、下夾具中心連線重合，松緊適宜，并使得輸送帶和聚脲夾角呈 180°，夾頭的分離速率保持為 100±10 mm/min，剝離長度至少要達到 100 mm。剝離強度測試如表 1 所列。

表1 剝離強度測試Tab.1 Test for peel strength

3.2 噴涂環境下試樣性能測試

在輸送帶修復條件下進行噴涂聚脲制樣，并在同一條件下養護后進行性能測試。

試驗噴涂聚脲材料具有優良的物理性能、耐介質腐蝕性能、耐磨損性能、耐疲勞性能。將聚脲材料的A、B 組分經過高壓噴涂設備制成厚度約為 2 mm 的均勻片材，然后進行系列性能的測試，如表 2 所列。

表2 聚脲的物理性能測試Tab.2 Test for physical properties of polyurea

3.3 與常規修復技術的綜合比較

噴涂聚脲彈性體修復技術的優點是材料性能優良，施工效率高，修復周期短，黏結強度高。

3.3.1 材料性能優良

噴涂聚脲彈性體技術是在 RIM 技術基礎上發展起來的，其反應時間短，不產生流掛現象，可根據工程現狀調節施工厚度。噴涂聚脲彈性體在成型后有很好的力學性能、耐磨損性能、耐沖擊性能、耐腐蝕性能、耐老化性能和耐疲勞性能等，符合礦用輸送帶的要求。

3.3.2 修復時間短

噴涂聚脲彈性體修復技術從基材處理開始至噴涂修復完成，整個過程持續時間一般為 1～4 h。在礦山行業中，時間就是生命，輸送帶出現破損后，若能及時修復并減少修復時間，就可減少因停工產生的不必要損失[8]。

3.3.3 修復范圍廣

對于輸送帶的局部磨損、撕裂、疲勞破壞等損傷，噴涂聚脲彈性體技術可以采用便捷的施工處理方式，將適合特定輸送帶的聚脲材料與原輸送帶形成良好結合[9]。

3.3.4 節省費用

輸送帶在使用中往往只是局部產生磨損，且輸送帶的整體骨架相對完整，在進行聚脲的噴涂修復時有很大的成本優勢。相較于更換新的輸送帶，噴涂修復的費用僅為新輸送帶費用的 1/4～1/3，修復后的使用壽命依然可以得到保證，有較高的性價比。

4 結論

噴涂聚脲彈性體能在輸送帶發生劃傷、撕裂、斷裂等損傷時，發揮其反應迅速、物理性能優秀、耐腐蝕性強等特點對輸送帶進行修復。

(1) 噴涂聚脲彈性體性能優良，有較好的力學性能、耐腐蝕性能、耐磨損性能和耐疲勞性能等特性；噴涂聚脲快速修復后的輸送帶，聚脲涂層與原輸送帶的黏結力強，整體性好；噴涂聚脲彈性體的拉伸強度可達到 17.8 MPa，斷裂伸長率達到 485%，磨耗量為 6.7 mg，修復后輸送帶的剝離強度最低值為10.7 kN/m。

(2) 采用噴涂聚脲彈性體技術快速修復輸送帶的時間一般為 1～4 h，縮短了修復時間，保證了輸送帶修復的時效性，同時修復后的輸送帶依然具有正常的使用壽命。

(3) 相較于因局部損壞而更換輸送帶的情況，噴涂聚脲快速修復技術費用低，性價比高，且受環境因素影響較小，可以適應多種復雜條件下的修復作業。