UHMW-PE 在导料槽防溢裙板中的应用分析

兰汉聪，黄 雷，李利慧

（神华粤电珠海港煤炭码头有限责任公司，广东珠海 519050）

1 应用背景

带式输送机广泛应用在国内外冶金、煤炭、港口、电站、建材和粮食等工业领域。单台带式输送机只能实现点对点的直线运输，因此为满足复杂多样的运输需求，带式输送机在实际应用中需要设置多处转接点。转接点的导料槽处最容易造成溢料、扬尘等污染，防溢裙板对于导料槽的防溢防尘起着举足轻重的作用。

神华粤电珠海港煤炭码头有限责任公司是由中国神华能源股份有限公司、广东粤电发能投资有限公司和珠海港股份有限公司共同出资设立的专业化煤炭码头企业，主要负责珠海港煤炭储运中心项目的投资、建设及运营管理。

珠海港煤炭储运中心项目位于珠海市高栏港南水作业区，年吞吐量为4000 万吨，堆场最大堆存量为220 万吨。本项目码头及堆场配备有先进的卸船系统、筛分系统、装船系统、快速装车系统、带式输送系统等。整个装卸输送工艺过程中有大量转接点，每一处转接都有一套导料槽装置，其中，防溢裙板是导料槽中损耗最大的机构。

2 常用防溢裙板分析

2.1 竖直橡胶板式防溢裙板

用橡胶板竖直装夹固定在导料槽上，橡胶板与输送带接触，防止溢料扬尘。该形式防溢裙板一般采用普通橡胶板或聚氨酯橡胶板制作，竖直与输送带接触，如图1 所示。普通橡胶板耐磨性差，聚氨酯橡胶板耐磨性优于普通橡胶板，但仍然无法满足长期作业的耐磨要求。由于输送带弹性较大，在输送机启动和停车过程中，输送带内会储存或释放很大的能量，导致输送带起伏波动较大。一方面，加速防溢裙板和输送带自身的磨损，使得防溢裙板与输送带间缝隙逐渐增大，防溢防尘效果降低，需要频繁人为调整；另一方面，虽然该固定式防溢裙板安装时可与输送带贴紧，但其不具备自动跟踪补偿功能，输送带运行时的起伏波动及上料后输送带的下沉会使输送带与防溢裙板产生动态缝隙，无法避免少量的溢料扬尘现象发生。

2.2 人字形双重密封防溢裙板

该形式防溢裙板由立板、侧板组成，如图2 所示，立板竖直与皮带相接触，侧板采用韧性橡胶材料与立板热硫化为一体，在外侧起到双层密封作用。侧板有一定的自动补偿功能，密封效果较好。但该形式只能应用于固定导料槽，侧板容易损坏，尤其应用在活动导料槽，容易导致侧板无法展开而失去作用，甚至损坏。

2.3 废旧帆布输送带

利用废旧帆布输送带或者较柔软的橡胶板弯曲成圆弧状与输送带相切接触，形成良好密封。同时可以利用防溢裙板的弯曲弹性自动跟踪补偿输送带运行过程中的起伏波动，密封性好，但同样耐磨性差，需要频繁更换。

3 超高分子量聚乙烯在防溢裙板中的应用分析

3.1 超高分子量聚乙烯性能

图1 竖直式普通防溢裙板

图2 人字形防溢裙板

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种分子几何形态为线型结构的热塑性工程塑料，UHMW-PE平均分子量约35～800 万（HDEP 的分子量通常只有2～30 万），具有良好的耐磨性、自润滑性、不粘性、耐腐蚀性等其工程塑料无法比拟的优异性能。

3.1.1 耐磨性

UHMW-PE 具有超高的耐磨性，并且其耐磨性与分子量成正比。在UHMWPE 中添加经过偶联剂处理的二硫化钼、石墨、石蜡、超细炭黑、超细玻璃微珠、碳纤维、聚四氟乙烯等进行改性后，可大幅降低材料的摩擦系数，提高耐磨性，起到减磨、耐磨作用。

在带式输送机应用中，防溢裙板与输送带有长时间的接触滑动摩擦，优异的耐磨性能对其极为重要，可大幅延长其使用寿命。UHMW-PE 优异的耐磨性能正是防溢裙板所需要的。

3.1.2 自润滑性

UHMW-PE 具有极好的自润滑性，这也是其具有超高耐磨性的重要因素，其具有极低的动摩擦因数，在自润滑下约为0.10～0.22，在有润滑剂的情况下更低，可达0.05。

优异的自润滑性在防溢裙板与输送带的摩擦过程中可以很好保护输送带，减少输送带磨损，延长自身和输送带的使用寿命。

3.1.3 不粘性

UHMW-PE 表面具有极好的抗粘性能，表面吸附能力非常微弱，仅次于用于制作不粘涂层的材料聚四氟乙烯，因而其他材料很难在UHMW-PE 制品表面粘附板结。在导料槽防溢裙板的应用中，可防止物料与防溢裙板粘附板结，防止因粘附板结引起的堵料情况，同时也能减少输送带和防溢裙板的磨损。

3.1.4 耐腐蚀性

UHMW-PE 具有优良的耐腐蚀性，除强氧化性酸液外，在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质（酸、碱、盐）及有机介质（萘溶剂除外）的腐蚀。UHMW-PE 在20 ℃和80 ℃的80 种有机溶剂中浸渍30 d，外表无任何反常现象，其他物理性能也几乎没有变化，十分适合海边港口等高盐度高腐蚀性环境。带式输送机多用于矿区或者沿海码头，环境盐度高、腐蚀性强，作业条件十分恶劣，UHMW-PE 优良的耐腐蚀性可以极好适应这类环境。

3.1.5 其他性能

UHMW-PE 还具有良好的耐冲击性、耐低温性、耐疲劳性、耐环境应力开裂性、憎水性，以及超强的拉伸强度等优异性能。

3.2 UHMW-PE 在防溢裙板中的实现方案

防溢裙板在导料槽中主要作用是密封，防止洒料和扬尘。同时输送带在运转过程中的波动起伏，会破坏防溢裙板的密封性，加速防溢裙板的磨损。因此在方案设计中需要解决防溢裙板的密封性和耐磨性，以及对输送带的波动起伏进行自动跟踪补偿。

3.2.1 防溢裙板的结构设计

针对密封性需求，设计采用防溢裙板弯曲成圆弧状与输送带相切接触的安装方式，既能形成良好的密封，又能利用防溢裙板的弯曲弹性自动跟踪补偿输送带运行过程中的起伏波动，形成动态密封效果，保证导料槽的密封性。

结构方面，防溢裙板由橡胶板和UHMW-PE 组成，充分利用橡胶板的柔软韧性和UHMW-PE 的耐磨性、自润滑性、不粘性等特性。橡胶板设计为阶梯状（图3），装夹部分强度要求较高，厚度设计为20 mm 左右，而与输送带接触密封部分则相对较薄，更加柔软，以弯曲成圆弧状与输送带相切接触进行密封，台阶处采用圆弧过度以减少应力集中，防止裙板因弯曲在台阶处断裂。UHMW-PE设计为梯台形小方块，通过热硫化工艺粘接在橡胶板较薄部分，粘接时在UHMW-PE 和橡胶之间涂刷胶水。通过高温高压长时间的加工，UHMW-PE 方块、胶水和橡胶底板发生交联反应，使二者紧密粘接，抗拉强度不低于2.24 MPa，确保UHMW-PE 材料不会从橡胶板上脱落，提高防溢裙板的使用寿命和防尘效果。

防溢裙板中粘接的UHMW-PE 方块为防溢裙板的核心部分，是唯一在输送带运行过程中与之接触摩擦的部分。而且不会在其他部位产生磨损，以其优异的耐磨性、自润滑性、不粘性等特性，大幅降低防溢裙板和输送带的磨损，可大幅延长防溢裙板寿命，减少维护成本。

3.2.2 防溢裙板的安装方式

防溢裙板镶嵌UHMW-PE 部分可弯曲成圆弧状与输送带相切接触，形成良好密封。UHMW-PE 良好的自润滑性和低摩擦系数，能够有效减缓输送带与防溢裙板的磨损，提高防溢裙板使用寿命和防尘防溢效果。

安装采用楔形块加夹板的夹装方式，如图4 所示，利用楔形块使夹板夹紧裙板，拆卸时敲出楔形块即可，安装拆卸方便。

图3 防溢裙板设计结构

图4 安装示意

3.3 优点和效果

传统防溢裙板使用普通橡胶皮带切制，通过角钢、楔形锁紧装置等，与导料槽固定在一起。因其摩擦系数较大、耐磨性较差以及输送带运行时的起伏波动，使防溢裙板短时间内严重磨损，使用寿命较短，需频繁调整更换。而采用UHMW-PE 设计的防溢裙板自润滑性好、耐磨性好，能大幅减小磨损，延长防溢裙板使用寿命，降低维修成本。

4 结语

就国内情况看，超高分子量聚乙烯主要应用于煤炭行业，约占消费总量的50%。例如，轴瓦、轴套类、轮类制品、板类、溜槽等制品，在替代铸钢或铸铁、尼龙材料方面显示出其优异特点。除了具有耐磨、耐腐蚀、摩擦系数小、耐低温等性能上的优势外，成本也较低。很多板类材料也可以采用超高分子量聚乙烯材料，如煤仓衬板、箕斗衬板、溜煤道衬板、水平溜煤槽衬板，以及特殊情况使用的矿车衬里等平板，压滤机滤板，喷浆机摩擦片，洗煤厂中大量使用的筛板等。

UHMW-PE 尚无在带式输送机导料槽防溢裙板中的应用，但根据其在上述场合的大范围应用，相信在防溢裙板中亦能取得良好应用效果，获得可观经济效益。