浅谈聚氨酯弹性体在矿业领域中的应用

史旭晨 宫明明

(诺玛克新材料(深圳)有限公司，广东 深圳 518000)

聚氨酯弹性体亦称聚氨酯橡胶，是一种新型合成材料，介于一般橡胶与塑料之间，在其主键上含有比较多的氨基甲酸酯基。由于聚氨酯弹性体结构具有软和硬两个链段，所以能够对其进行不同的设计而赋予材料一些优异的性能。聚氨酯弹性体不仅具有橡胶的高弹性的特点、还具有塑料的刚性特点，故其又被称为“耐磨橡胶”。聚氨酯弹性体在较高的硬度下仍具备较高的弹性，优异的耐磨性能(表1为聚氨酯弹性体与其它材料的Taber磨耗对比表[1])、优异的耐臭氧、耐低温、耐油、高承载、高撕裂强度等特性。

中国是世界上少有的以煤炭(占70%以上)为主要能源的国家，而且在今后相当长的时间段内煤炭仍将占据主导地位[2]。随着中国经济的飞速发展，对能源的需求量也与日俱增。因此，煤矿的开采力度日益增大，随之带来的生产安全相关问题变得十分严峻。聚氨酯与天然橡胶相比，其耐磨性高2～10倍，且硬度变化范围较宽。此外，还具有较高的撕裂强度和机械强度，具有良好的缓冲减震性能等优势[3]，在煤矿生产中的应用越来越普遍。

表1 聚氨酯弹性体与其他材料的Taber磨耗对比Tab. 1 Comparison of wear of polyurethane elastomer and Taber of other materials

近几年中国国际聚氨酯技术与产品展览会吸引了众多国内外大型聚氨酯企业，每年都会推出新型矿用聚氨酯产品，充分体现了聚氨酯材料在矿业领域的应用前景十分广阔。诺玛克公司的产品在矿业领域方面已经积累了40余年的生产制造及施工经验，特别是在浆体运输或生产环节方面，可以代替几乎所有类型的橡胶板，同时在防腐耐磨保护全过程方面尤为突出，具有高于传统橡胶板数倍的特性，目前已经为诸多世界矿业领域的企业提供防腐耐磨全链条解决方案。如METSO(美卓矿业)、WS Tyler(WS泰勒)、 Krupp-Thyssen(蒂森·克虏伯)、Derrick(德瑞克)、SANDVIK(山特维克)、ERIEZ(美国艺利磁铁)、 Schenck(德国申克)等 。

1 聚氨酯弹性体在矿业中的应用现状

1.1 筛板与筛网

筛分设备是将各种原料和各种初级产品经过筛板(网)选别的设备，通过旋转、震动、往复、摇动等一系列动作实现，并且按照物料粒度大小的不同分成若干不同等级。此外还可以将原料中的水分及杂质去除，再进行下一步的加工，可提高产品品质。筛板(网)是各类筛分机的工作部件，其对强度和耐腐蚀性有很高的要求，传统筛板(网)是由冲孔、焊接、编织的各种碳钢或不锈钢材料制造，在一些矿山的实际应用中效果并不理想，缺点是耐冲击性差、筛网刚性小、堵孔，且备件占用较大的流动资金。各种不同形式的聚氨酯弹性体筛板(网)在矿业领域中逐渐推广，已经逐步取代传统金属和橡胶筛板，用于煤矿和矿石的筛分或筛选[4]。一般的金属编织筛网使用寿命10～15天，缝条筛1～2个月，脱水筛板2～3个月，橡胶筛网 3～4个月，聚氨酯筛板一般是金属筛板的3～20倍。

应用诺玛克聚氨酯喷涂筛板(网)有如下优点：(1)施工快捷，比传统粘贴防腐耐磨胶板工艺施工迅速数十倍；(2)无接缝，避免潜在的“破损点”；(3)局部可修补——局部破损时，可以使用小型喷涂设备进行局部快速修补；(4)超强的防腐耐磨性能——是传统优质胶板防腐耐磨的几倍，技术经济指标极高；(5)不同厚度组合，可以在磨损面和冲击面“加”大厚度，而在非磨损面或非冲击面适当减少喷涂厚度，大大降低了其喷涂保护费用；(6)在设备组装前、组装后、甚至在设备使用现场均可喷涂施工，改变了使用胶板只能在设备厂家内及设备组装前进行施工的“窘境”；(7)对狭小部位及无法“下手”的粘贴胶板部位，可方便快捷的施工；(8)对于振动筛外部非磨损区域的涂装保护，可以达到“一劳永逸”的保护效果；(9)振动筛局部过去无法使用胶板粘贴保护的部位，例如虎克螺钉，振动筛角钢等等部位，依然可以使用喷涂方式进行很好的涂装保护。适用部位有振动筛梁、振动筛角钢、振动筛各类螺钉及链接部位、振动筛挡板、振动筛表面其他任何过流部位及需要防腐耐磨部位。目前应用案例有使用NR-80LVHS对美卓矿业、山特维克的10X20振动筛进行防腐耐磨保护；使用BR-3S对纳米比亚锌矿振动、WS泰勒公司振动筛进行防腐耐磨保护。

1.2 旋流器衬里

旋流器是工业中常用的一种分离设备，一般用于液-固、气-固的分离，其广泛应用于选矿、选煤、采油等矿山作业中。由于聚氨酯弹性体具有耐磨、良好的综合机械性能，不但可以用作旋流器的衬里，同时也可以将其单独用作结构材料。聚氨酯旋流器耐磨性好，不发生锈蚀，重量轻，并且不需要单独配置动力设备，这样可以大大增加旋流器的使用寿命。应用聚氨酯旋流器对煤泥水进行浓缩分级，煤泥水的体积浓度会显著降低，并可以保证浮选机入料的最佳浓度，相对减少了浮选机系统的开机时间[5]。

应用诺玛克聚氨酯喷涂的优势：(1)内壁任意成型，无需预先定制，无任何接缝(2)解决了特殊位置及狭小位置的无法进行耐磨防腐的窘境(3)施工的可行性和快捷性(4)优异的防腐耐磨效果，大幅提高了使用寿命(5)过流面表面光滑，大幅提高了分级，脱水等工作效率(6)减少内壁物料粘接，改善分级，脱水效果(7)实现了防腐耐磨面的局部可修补性。适用方面有(1)各类水力旋流器，包括脱水旋流器，分级旋流器，脱泥旋流器等；(2)各类离心式分流，分级设备(3)叶轮除渣器(4)滗水器外壳(5)各类螺旋分级机。

1.3 聚氨酯内衬管道

管道内衬腐蚀可以理解为材料在其所处的环境中发生的一种化学反应，而该反应会导致管道本身的材料被腐蚀，从而导致管道中的部件甚至整个管道系统失效。除了磨损作用导致材料直接损坏外，由腐蚀产物间接引起的管道破坏也可被视为腐蚀破坏。每年由于腐蚀导致材料的破坏，进而导致的损失不言而喻。腐蚀问题的解决往往会直接导致新工艺、新新工艺的实现。尤其是在现代工业的复杂腐蚀介质、高温高压等环境下，腐蚀问题若无法得到解决，生产将举步维艰。将涂料均匀致密地涂敷在经过基面处理后的管道、溜槽内壁及表面上，从而隔绝各种腐蚀性介质，是解决集输系统等管道内腐蚀问题的一种非常有效的措施。

诺玛克产品可以解决该领域出现的各类问题，做好防腐耐磨工作对促进新技术的发展、节约材料、延长设备的使用寿命、确保安全生产、减少环境污染起到重大意义。诺玛克的聚氨酯产品具有出色的耐磨、耐油、耐腐蚀、耐臭氧、耐老化、耐低温、耐撕裂、耐冲击、高弹性、吸振力强，负载支撑容量大等性能，广泛适用于各类管道行业的应用。应用诺玛克聚氨酯喷涂的优势：(1)改变和解决了以传统方式无法满足的防腐耐磨方案(2)对于特殊基材表面实现了防腐耐磨保护(3)施工的快捷性和可行性大幅提高(4)无需对特殊部位的保护进行防腐耐磨材料的定制(5)实现了防腐耐磨面的局部可修补性(6)实现了任意调节耐磨保护层厚度，大幅提高防腐耐磨效率。适用方面：(1)各类矿浆输送管道(2)管道连接件(3)各类矿浆管理阀门，弯头(4)矿浆缓存槽(5)矿浆溜槽(6)各类相关矿浆连接部件。

1.4 矿井密闭堵漏

矿井漏风是煤矿通风工作的一大隐患，矿井漏风的问题会使采区和工作面送达用风所在位置的风量减少，久而久之，导致气温升高、瓦斯积聚等相关问题，进而引发瓦斯爆炸。矿井漏风的问题严重威胁矿井安全生产。因此必须要采取行之有效的手段控制矿井漏风问题，提前预防风险的发生[6]。传统堵漏风材料(黄泥灌浆材料、凝胶堵漏材料、水泥砂浆喷涂材料等)经过前人的实践，效果不是十分理想，而且随着矿井开采深度的逐步增加，地压也会不断的增大，对于密闭墙内部或是岩层裂隙很难做到封闭严实，给矿井生产带来了极大的安全隐患。传统的防水材料经过日光照射后会出现老化开裂的情况；即使防水材料自身不开裂，也会因混凝土的开裂(有振动、应力、风化等因素引起)而断裂。诺玛克聚氨酯弹性体经过抗静电处理和阻燃处理后作为密闭堵漏材料，具有以下优点：(1)黏度、反应固化速度、强度、硬度等可调节范围大；(2)耐磨性能优越、耐油、耐臭氧、耐老化、耐辐射、透声性好；(3)涂层具有良好的致密性，不易产生漏点；(4)材料施工工艺相对简单，投资费用少，施工简单快捷；(5)使用温度范围宽；(6)粘结力强，对多种物面均有优良的附着力。除了以上普遍的优点、诺马克喷涂产品因自身优异的柔韧性、耐老化性和力学强度，即使在混凝土开裂的情况下，也不会自身断裂，还能降混凝土紧紧“抓住”，起到防水和保护作用。煤矿用聚氨酯弹性体制品在达到其安全性能的要求下，在矿井堵漏风方面具有十分广阔的应用市场[7]。

2 结语与展望

随着对煤矿安全高效生产的需求提升，聚氨酯弹性体因其优越的性能，将会更广泛的应用于煤矿生产中。但目前还存在如下4个问题：(1)聚氨酯内生热大，耐高温性能一般。如需在高频振荡条件或高温条件下长期作用，则必须在结构设计或配方上采取相应改性措施。(2)诺马克产品虽已在国际矿业上广泛应用，但对于中国矿业市场开发尚未完全展开，还需加大在国内的宣传力度。(3)诺马克产品目前完全靠进口，现需国产化以降低其成本，进而更易进入中国市场。(4)诺马克产品由于其优异的性能，可以适用于代替橡胶的所有领域。但由于其成本高于橡胶制品，目前只能适用于高端特殊领域。所以目前急需开发诺马克中低端产品，以适应替换橡胶的所有领域。相信不久的将来，诺马克产品必将在中国市场大展宏图。