矿用浇注型聚氨酯托轮的研究开发

邹勇建

（云南煤化工应用技术研究院，昆明 650233）

矿用浇注型聚氨酯托轮的研究开发

邹勇建

（云南煤化工应用技术研究院，昆明 650233）

以聚酯型预聚体为原料，采用浇注法工艺制备性能优良的矿用聚氨酯托轮，并讨论了一些影响产品性能的工艺因素。

聚酯型预聚体；浇注法；矿用；托轮

聚氨酯具有比一般橡胶材料更好的耐磨性和机械强度，而被普遍应用于各行各业中，如实心轮、托绳轮、压绳轮、滑轮、摩擦轮等。相同的橡胶制品，聚氨酯的机械强度是一般橡胶的7倍左右［1］。因此，在相同负荷下，聚氨酯材质的托轮比一般橡胶材料的尺寸要小，并且聚氨酯轮的使用周期比一般橡胶轮要长得多。与金属材料制托轮相比，聚氨酯轮的牵引力也会得到很好的改善，且不伤钢缆或轨道，噪音较小［2-3］。

本文以聚酯型预聚体为原料，用浇注工艺开发了技术性能优良的矿用猴车的易损部件——托轮。经过现场使用、检验，其各项技术性能指标与国外类似产品相当。

1 实验部分

1.1 主要原材料

聚酯型预聚体（TDI），工业品，质量分数＞99.5%，上海博雷聚氨酯技术有限公司生产；固化剂（MOCA），主要成分二邻氯二苯胺甲烷，工业品，质量分数＞86%，上海博雷聚氨酯技术有限公司生产。

1.2 主要仪器及设备

可加色弹性体浇注机，CPU20FS-2型，温州飞龙聚氨酯设备工程有限公司；25吨平板硫化机，OLB-D，中国湖州橡胶机械厂；电子万能试验机，RGM-5A型，深圳瑞格尔仪器有限公司；邵尔硬度计测定仪，XHS-A型，营口市材料试验机厂。

1.3 分析测试

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

1.4 工艺流程

浇注工艺流程图如图1所示。

图1 浇注法聚酯型聚氨酯托轮工艺流程Fig.1 Process for supporting wheel of polyurethane elastomer

2 结果与讨论

2.1 预聚体处理对产品性能的影响

预聚体中微量的水与异氰酸根发生反应，生成不稳定的氨基甲酸，然后，很快分解成胺和二氧化碳。因此，水的存在使生产过程中容易产生气泡，导致产品报废。所以，应把预聚体在负压为0.67kPa，温度85±5℃条件下，在浇注机的A料罐中进行抽真空脱泡60～120min。

2.2 配方设计对产品性能的影响

取100份的预聚体3组，进行配方试验。分别添加13.4份、12.1份、14.7份的扩链剂，产品的性能见表1。

表 1 扩链剂用量对产品物理性能的影响Tab.1 Effect of the amount of chain extender on the physical properties of the product

当扩链剂用量为12.1份时，硫化胶的扯断伸长率、磨耗增加，预聚体操作时间大幅增大；扩链剂用量为14.7份时，硫化胶伸长率、磨耗降低，拉伸强度、硬度增大，预聚体操作时间大幅降低。由此可见，当扩链剂为 12.1份时，预聚体的综合性能最优。

2.3 浇注温度对产品性能的影响

在浇注的过程中，除了 A料（聚酯型预聚体）、B料（MOCA）必须按要求比例进行混合之外，浇注温度对于产品的性能也至关重要。通过研究表明，浇注温度控制在 80℃左右比较合适。这是因为：预聚物在80℃左右具有粘度适中，容易脱泡和混合，加入MOCA后混合物在反应釜中的稳定期也较长，可操作的时间比较充分，使制品的浇注比较容易进行，固化后产品应力小。

2.4 硫化及后处理对产品性能的影响

浇注完成后，预制品在 100～120℃温度下硫化60～120min，产品的各种性能可以满足物理性能技术指标的要求。此外，为了保证产品性能的长期稳定性，需要进行后硫化，即在60～80℃条件下继续硫化 16～24h。最后，根据图纸的尺寸和外观要求在加工设备上进行车削和磨削加工。

2.5 模具的设计

模具的设计和制造是开发聚氨酯产品一个比较重要的环节，合格的产品尺寸需要由标准的模具来实现，所以模具的设计和加工至关重要。

模具一般是用钢材来制作。在模板上需要开设若干0.1mm的孔眼，以利于气泡及时排出。所有类型的橡胶制品在脱模后一般都会出现相应的尺寸收缩，收缩率范围大约是1.0%～2.0%。因此在设计模具时应充分考虑收缩率对产品尺寸的影响。经多次试验，计算出制品的收缩余量为1.2%。

通过多次工艺试验，在优化了浇注工艺技术参数后，最终得到了较好性能的聚氨酯托轮，其性能指标见表2所示。

表2 聚氨酯托轮与国外同类产品性能比较Tab.2 Performance com parison of supporting wheel of polyurethanew ith those of sim ilar foreign products

3 结论

1）预聚体应在负压为0.67kPa，温度85± 5℃条件下，抽真空脱泡30～60min；

2）当预聚体和扩链剂配比（质量比）为 100：12.1时，产品的综合性能最优；

3）浇注温度在80℃左右比较合适；

4）在 100～120℃温度下，先硫化60～120min，然后，在60～80℃条件下再硫化16～24h，产品性能可以满足物理性能的要求，而且可以保证产品性能的长期稳定性；

5）按制品的收缩余量为1.2%设计模具，可以得到尺寸标准，合格率达 99%的产品。

［1］ 徐培林，张淑琴.聚氨酯材料手册［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［2］ 梁诚.热塑性弹性体生产现状与发展趋势［J］.石油化工技术经济，2005，21（5）：35～40.

［3］ 欧阳伦炜，陈荣盛.浇注型聚氨酯弹性体耐磨性的影响因素研究［C］.中国聚氨酯工业协会第十三次年会论文集，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

邹勇建（1961-），男，昆明人，高级工程师，现任云南煤化工应用技术研究院党委书记，副院长。