聚脲材料在矿山耐磨防腐工程中的应用

孙 旖，张安智，赵环帅，贾天昊

(1.天地(唐山)矿业科技有限公司，河北 唐山 063399；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012；3.青岛爱尔家佳新材料股份有限公司 山东 青岛 266700；4.山东科技大学 机械电子工程学院，山东 青岛 266590)

采矿、煤炭、冶金等行业的工作现场大都环境恶劣，设备腐蚀严重，另外，由于长期受到物料冲刷或设备振动磨损的影响，很容易造成设备的严重损坏[1-2]。目前，在这些行业需要大量使用耐磨防护材料，其关系到生产的安全性、设备的使用寿命、生产率的提高以及成本的降低，所以开展设备及关键件耐磨防腐处理的研究，提高设备使用寿命，已成为目前亟待解决的问题[3-4]。

喷涂聚脲技术为矿业界在耐磨防腐方面带来了一场全新的变革，它突破了耐磨防腐非金属材料使用模具成型的局限，是一种现场固化、快速成型的工艺，也是一种集新技术、新材料、新工艺于一体的无溶剂、无污染的“绿色”施工技术，被业界称为“万能涂装技术”。同时，聚脲材料本身具有优异的耐磨性、突出的防腐耐老化性、综合成本低等诸多优点，应用前景十分广阔[5]。

1 常用防腐耐磨材料存在的问题

大型矿山设备加工制造使用的材料主要有碳钢、低合金钢、合金钢、铝合金等品种，通常都需要对这些设备采用防护涂料或耐磨层来增加其防腐耐磨性能[6-7]。目前常用材料有环氧树脂、聚氨酯材料、橡胶、富锌底漆、耐磨陶瓷涂层等，但上述材料存在以下问题：

(1)环氧树脂存在自身脆性，不耐冲击，接缝、边角等特殊位置易开裂破损。

(2)聚氨酯材料施工时对温度及湿度要求较高，易出现发泡。

(3)橡胶的耐磨性能低于聚脲材料，且粘贴橡胶板的胶浆及粘接工艺对粘接质量影响比较大，局部磨损不均匀时，易导致整体报废。

(4)喷涂油漆防护意义不大，涂层可在极短的时间内磨损掉。

(5)耐磨陶瓷涂料上强度慢，需高温养护，施工效率低。

2 聚脲喷涂技术的优点

针对上述问题，采用聚脲喷涂技术具有明显的优势，主要表现在以下几个方面：

(1)优异的物理机械性能，如具有较高的拉伸强度、较好柔韧性、耐磨性、耐老化性、抗腐蚀性等。

(2)固化速度快，10 s凝胶，1 min即可达到步行强度。

(3)可以在任意曲面上喷涂成型， 涂层连续、致密、无接缝，最大程度的减少了接口破损的概率。

(4)一次施工厚度可以从数百微米到数厘米，既克服了多次施工的弊端，又能根据磨损的状态任意调整涂层厚度。

(5)附着力好，与钢材的附着力大于10 MPa，长期使用不脱落。

(6)对水分、湿度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。

(7)使用成套设备进行喷涂，施工效率高。

(8)100% 固含量，不含任何挥发性有机溶剂，不污染环境[4-5]。

根据实验室对喷涂聚脲材料与其他材料的耐磨性测试对比，发现其耐磨性远好于其它非金属材料，喷涂聚脲不但具有优异的耐磨性，还具有良好的缓冲、能量吸收性能。具体数据见表1。

为了考察聚脲材料的防腐性能，采用表2中的各种介质对聚脲材料进行为期一年的浸泡，然后测试其性能变化，结果见表2。

注：采用CS17号砂轮，质量为1 000 g/轮，转速为5 000 r/min。

表2 耐介质浸泡试验结果

从表2中可以看出，聚脲材料对大多数无机酸、碱、盐都有较好的耐腐蚀性，且对柴油、机油也有一定的耐腐蚀性。

3 喷涂聚脲技术施工方法

为了保证喷涂效果和材料的使用性能，通常需要以下工序：

(1)基材处理。基材处理的目的主要有清除底材表面的脱模剂、油污及灰尘、修整基材的缺陷、增加表面粗糙度、增强涂层与基材的配套性与相容性等。基材处理的方法有很多种，如打磨、喷砂、化学试剂清洗、表面修复等。

(2)上底漆。底漆的目的主要是为了封闭基材，同时增加涂层与基材的附着力。

(3)喷涂。聚脲喷涂必须使用专用的高压双组分1∶1聚脲喷涂设备及喷枪，如GRACO-XP3主机，及其对应的对撞喷枪，喷涂过程中要严格控制A、B两组分的压力差。

4 聚脲材料在矿山耐磨防腐中的应用

4.1 振动筛关键件的耐磨防腐应用

振动筛筛下横梁和侧板内侧长期受物料的冲刷，磨损严重，因横梁与侧板的更换非常困难，故这些关键件需要做好耐磨防腐处理[8-9]。目前，国内多数厂家采用粘接橡胶板的方式进行防护，由于粘接橡胶板的胶浆及工艺对粘接质量的影响较大，进而影响使用寿命[10]。喷涂聚脲不仅在工艺上可以有效解决这些问题，而且聚脲材料本身的耐磨性就远高于橡胶，可以大大提高振动筛的使用寿命。

振动筛在无处理和经过喷涂聚脲处理后，工作一年后的状态对比如图1所示，从图1中可以看出，经过喷涂聚脲防护后，振动筛的耐磨性和使用寿命能得到大大提高。

图1 振动筛横梁

4.2 磁选机滚筒、带式输送机滚筒的耐磨防腐应用

磁选机滚筒多采用不锈钢板卷焊而成，成本较高，若不采取耐磨防护处理，由于滚筒与矿浆接触，腐蚀磨损严重，且难以修复。带式输送机的滚筒若采用浇注聚氨酯弹性体材料做防护，一方面需要模具，投资巨大；另一方面对浇注工艺要求高、浇注效率低。目前使用最广泛的涂覆硫化橡胶的方法，因橡胶的使用寿命短，耐磨性差，通常半年时间就需要修补或更换。但使用喷涂聚脲进行防护，一次施工即可达到要求的厚度，固化速度快，施工效率高，涂层致密无接缝，材料的耐磨性好、绝缘性好，而且还能进行车、削等机加工来制造出各种花纹以增加摩擦力。图2为带式输送机滚筒喷涂聚脲弹性体。

图2 带式输送机滚筒喷涂聚脲弹性体

4.3 搅拌槽、集料槽、浮选机、螺旋溜槽等过流面的耐磨防腐应用

搅拌槽、集料槽、浮选机、螺旋溜槽等过流面长期遭受物料的冲刷，磨损严重，必须采用耐磨防护处理。传统方法是采用粘橡胶板、铸石板等方式，但是粘接工艺要求高、接缝处容易发生渗漏，造成局部破坏，如不及时发现并修补，很快就会造成大面积脱落，进而整体失效。

采用喷涂聚脲技术处理过流面，施工效率高，聚脲与基材的附着力高、不起包、无接缝，使用寿命可达橡胶的10倍，目前已广泛应用于该类设备的过流面处理。图3为喷涂聚脲材料后的螺旋溜槽。

图3 聚脲材料应用在螺旋溜槽上Fig.3 Application of spray-on polyurea material on spiral chute

4.4 螺旋分离机的耐磨防腐应用

螺旋分离机的耐磨措施一般从选用耐磨的制造材料及结构设计方面着手，也可以采用在关键部位堆焊耐磨层、增设耐磨复合钢板、加装复合材料耐磨块等方法。此外，随着喷涂聚脲技术及聚脲材料的发展，对整体喷涂耐磨聚脲材料是一种省工省时、节约成本、简单有效的耐磨防腐处理措施。图4为喷涂聚脲材料后的螺旋分离机的螺旋体表面。

图4 聚脲材料应用在大型螺旋分离机的螺旋体表面

4.5 矿山输送带的耐磨修复应用

矿山输送带由于用来长期不停的输送物料，除了整体磨损还经常出现局部磨损严重的情况，但因其长度一般较长、更换困难，通常采用修补的方法来解决。目前采用较多的是橡胶硫化修补、带式输送机修补胶条等，但存在修补工艺复杂、需现场硫化、节点处理麻烦、施工后易起泡等缺点。而喷涂聚脲技术可以在现场施工，可根据具体磨损情况调整喷涂厚度，涂层与基材附着好、无接缝、不起泡，施工后几个小时即可投入使用，可有效提高输送带的使用寿命。针对少量的局部磨损的修复，还可以使用手工聚脲修补剂刮涂修复，方便快捷。另外，喷涂聚脲还可用来制造新输送带。图5所示为现场喷涂聚脲材料以修复输送带。

图5 聚脲材料在矿山输送带修复中的应用Fig.5 Reconditioning of conveyor belt with polyurea material

喷涂聚脲在矿山设备耐磨防腐中的应用还有很多，比如：球磨机内衬、搅拌桶内壁、矿车内壁、振动进料盘、振动磨、选矿机、旋转式圆筒筛架、旋风分离器等部位。

5 结语

喷涂聚脲弹性体将新技术、新材料和新工艺结合在一起，耐磨防护性集塑料、橡胶、涂料、玻璃钢的优点于一身，突破了传统涂装技术的局限，凭借其施工优势以及材料本身优异的耐磨性、耐腐蚀性，受到了越来越多的矿山用户的欢迎，带来的经济效益非常可观，应用前景十分广阔。