聚氨酯弛张筛板的试制

王爱莲

（山西省化工研究院，山西 太原 030021）

弛张筛机是一种专门设计用于黏、湿、细粒度的高效筛分的设备，具有单位面积处理量大、筛分效率高、筛孔不易堵塞、动负荷小的特点，广泛用于矿山、煤炭、水泥、砂石、电力、建筑、市政垃圾处理等行业，是近年来大力推广的一种高效筛分设备。弛张筛机上安装的驰张筛板为聚氨酯筛板。

弛张筛机的特殊结构和运动方式，使聚氨酯筛板不断地重复拉紧—松弛动作，形成弛张运动。

所以，聚氨酯弛张筛板只有具备优异的弹性、曲挠性和耐磨性能，才能满足现场使用的要求。

1 聚氨酯弛张筛板成型方法的选择［1］

聚氨酯弛张筛板的成型方法主要有直接模具成型法和板材冲孔法2种。

直接模具成型法先根据筛分对筛板的要求设计加工制造金属或非金属模具，再采用常规的浇注成型方法加工成聚氨酯弛张筛板。因弛张筛板的长度均在1.5m以上，所以不适宜采用模压成型的方法，而采用常压浇注成型。该方法的特点是，一次性便可加工完成，节省烦琐的后续加工，材料利用系数高。缺点是，模具造价高，加工周期长。如筛板孔径品种多，模具费用会更高。此外，弛张筛板一般长宽比大，对模具的平整度也有很高的要求。所以，该工艺一般用于筛板孔径品种少、批量较大的订单的生产。

聚氨酯板材冲孔法则是首先加工制造聚氨酯板材，然后通过机械冲孔的方式制成聚氨酯弛张筛板。对于螺栓固定安装的聚氨酯弛张筛板，其板材可以采用浇注型聚氨酯弹性体（CPU）离心浇注法加工制造，也可以采用热塑性聚氨酯弹性体（TPU）挤出或压延成型。对于采用嵌入式固定安装的聚氨酯弛张筛板，其板材可以采用非模压成型（即胶料在模具中自然流平），也可以采用专用离心机离心成型。如采用TPU加工，则只能采用挤出成型的方法，不能用压延的方式。该方法的特点是，模具费用低，加工方便，成品率高。缺点是，板材冲孔产生的废料，对于TPU品种而言，尚有利用价值；对于CPU来说，则无任何利用价值，只能作为固体废弃物处理。总之，该方法胶料的利用系数低。所以，该方法适用于孔型和孔径种类多、单一品种批量相对较少的订单的生产。

目前，直接模具成型法和板材冲孔法依然是嵌入式和螺栓固定式安装结构的聚氨酯弛张筛板主要生产方法。尽管弛张筛板的用量有逐年增加的趋势，但目前整体的用量还并不是太大。所以，采用TPU压延或挤出成型板材再冲孔的高效率加工聚氨酯弛张筛板，目前尚无公开的报道。根据客户的要求和具体条件，我们选择了先成型聚氨酯板材、再机械冲孔的方法生产聚氨酯弛张筛板。

2 聚氨酯弛张筛板用胶料的选择［2－3］

目前，TPU尚无用于聚氨酯弛张筛板的生产，所以仅讨论浇注型聚氨酯弹性体。浇注型聚氨酯弹性体入模前为液体，经反应固化成型制品。根据其所用原料体系和加工工艺的不同，分为如图1所示不同的品种［1］。

图1 浇注型聚氨酯弹性体类型

尽管浇注型聚氨酯弹性体的品种很多，但从材料成本和加工工艺等方面考虑，主要以TDI和MDI型为主。由于MDI型的加工工艺性能相对较差，目前CPU制品仍以TDI型为主，只有很少一部分制品采用MDI型聚氨酯弹性体加工。就CPU所用的低聚物多元醇而言，主要品种是聚酯多元醇和聚醚多元醇。聚酯多元醇中又以聚己二酸类为主。聚醚多元醇中主要品种是聚四氢呋喃醚二醇和聚氧化丙烯多元醇。高性能聚氨酯弹性体通常采用聚四氢呋喃醚二醇，聚氧化丙烯多元醇则多用于室温固化体系及要求性能相对较低的制品的生产。表1和表2是TDI型和MDI型CPU的特点和性能比较。

从对聚氨酯弛张筛使用的工况环境分析可知，耐磨性、抗撕裂性以及曲挠性是其关键的性能指标。所以，提高聚氨酯弹性体的曲挠性和撕裂强度是延长筛板使用寿命的主要途径。我国弛张筛标准（JB／T10171－2000）中仅对弛张筛板的材质和硬度作了规定。材质为聚氨酯弹性体，硬度为（85±3）邵氏A。经测试，国外随机进口的聚氨酯弛张筛板硬度为90。由表1和表2比较可知，MDI型聚氨酯弹性体的撕裂强度、拉伸强度、300%模量等性能明显优于TDI型，磨耗也优于TDI型。就总体而言，MDI型CPU性能更好，更适宜用作聚氨酯弛张筛板的材料。但存在加工难度较大、效率不高的问题。

表1 TDI型和MDI型CPU的性能比较［2］

表2 TDI型和MDI型聚氨酯弹性体的性能对比［3］

尽管MDI型聚氨酯弹性体加工工艺难掌握，但为更好地满足客户提出的持续提高使用寿命的要求，我们仍选用MDI型聚氨酯弹性体来制造弛张筛板。

3 实际运行情况

山西省化工研究院于20世纪80年代，采用聚酯多元醇（PES）／甲苯二异氰酸酯（TDI）／3，3′－二氯－4，4′－二氨基二苯甲烷（MOCA）体系离心浇注法制得聚氨酯板材，再经机械冲孔方式成功地开发了聚氨酯弛张筛板，替代了德国利威尔公司的产品，使用寿命可达6个月。经多年使用后发现，PES／TDI／MOCA体系加工制造的聚氨酯弛张筛板的使用寿命低于国外进口产品的水平，与客户期望值有一定距离。于是，我们用MDI型聚氨酯弹性体先制得板材、再经机械冲孔制造了螺栓固定式和嵌入式聚氨酯弛张筛板。试制的筛板经选煤厂和垃圾处理厂装机运行，使用寿命是TDI型的1.2倍～1.5倍，减少了维修工作量，节约了成本。

4 结论

聚氨酯弛张筛板充分利用了聚氨酯弹性体拉伸强度和撕裂强度高、伸长率大、耐低温、耐曲挠、耐磨性能突出的特点，是弛张筛板的理想材料。MDI型和TDI型聚氨酯弹性体相比，除了加工难度较大之外，整体性能均超过TDI型，是弛张筛板材料的换代产品。采用MDI型聚氨酯板材经机械冲孔加工制造了螺栓固定式和嵌入式聚氨酯弛张筛板，其使用寿命是TDI型的1.2倍～1.5倍，节约了综合成本，满足了客户需求。

［1］ 山西省化工研究所.聚氨酯弹性体手册［M］.北京：化学工业出版社，2012：171.

［2］ 庞坤玮，黎艳飞，区志敏，等.MDI浇注型聚氨酯弹性体的加工特性［J］.聚氨酯工业，2007，22（6）：32－34.

［3］ 温金翠.聚氨酯弛张筛板的研制［J］.聚氨酯工业，1999，14（3）：18－20.