聚氨酯筛板

聚氨酯弹性体具有优异的综合性能,它有较高的强度和弹性,同样硬度下比其他弹性体承载能力高,耐油脂及耐化学品性优良,抗老化性好,耐疲劳及减震性好,与金属粘合性好,尤其是具有优异的耐磨性能,俗称“耐磨橡胶”[1]。

聚氨酯筛板(网)是近年来发展起来的用于矿山选矿、分级、脱水等筛机上替代金属筛板(网)的一种新型制品。主要用于煤矿、铁矿、铜矿、金矿等各种矿石的分级、筛选、脱水等场所,是振动筛必备的配件之一。由于筛板(网)使用条件十分苛刻,不仅要求耐磨耗、耐腐蚀、耐老化,而且使用中必须保持精确的筛孔、缝尺寸,以往主要以不锈钢来制作筛板(网)[2],但是由于金属筛板耐磨性、弹性、耐腐蚀性较差,且噪音大、加工成本高、寿命短,多数场合正被聚氨酯筛板取代。和金属筛板相比,聚氨酯筛板充分发挥了聚氨酯高耐磨、高弹性、吸音、减震等方面的特点,具有成型加工方便、耐磨性好、使用寿命长、筛分质量高、自洁能力强、透筛性能好、降低噪音、改善操作环境、适用范围广(干料、湿料、原矿、破碎矿等不同粒度的物料)等优点,故采用聚氨酯筛板替代金属筛板或普通橡胶筛板前景看好。聚氨酯筛板主要有弛张筛板、张力筛板、大孔筛板、条缝筛板等多个系列,其加工主要采用液体反应注射成型技术,常压浇注、硫化而成。

1 实验部分

1.1 原材料

聚己二酸乙二醇酯,Mn=2000,f=2,工业品,烟台万华聚氨酯股份公司;聚四氢呋喃醚二醇PTMG),Mn=1000,f=2,工业品,Bayer公司;聚环氧丙烷二醇

(PPG),DL-1000,Mn=1000,f=2,工业品,淄博东大化工公司;甲苯二异氰酸酯(T-100、T-80),工业品,BASF公司;4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),工业品,烟台万华聚

氨酯股份公司,3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA),工业品,江苏农药集团;1,4-丁二醇(BDO),工业品,韩国进口;催化剂及其他助剂均为市售工业品。

1.2 筛板用原液的制备

聚氨酯筛板用原液可采用预聚法和半预聚法制备。

1.2.1 预聚物法

将聚醚或聚酯多元醇加入反应釜中,在100～120℃,20.096MPa的负压下减压脱水

0.5～1h,然后降温到60℃以下,加入计量的TDI或MDI,于80℃下反应约2h,然后再脱气至无气泡,降温密封得预聚物。

1.2.2 半预聚物法(以MDI体系为主)

(1)半预聚物(A组分)制备将聚醚或聚酯多元醇加入反应釜中,在100～

120℃,-0.096MPa的负压下减压脱水0.5～1h,然后降温到50℃以下,加入计量的MDI,于80℃下反应约2h,然后再脱气至无气泡,降温密封得半预聚物。

(2)扩链剂组分(B组分)的制备将计量的聚醚或聚酯多元醇和1,4-丁二醇加入反应釜,在100～120℃,-0.096MPa的负压下减压脱水1.5～2h,降温后加入定量的催化剂搅拌均匀即得B组分。

1.3 聚氨酯筛板(网)的制备

将制备好的预聚物或半预聚物加入三组分反应注射成型机(RIM机)的A组分储罐中,固化剂加入到RIM机的B或C罐中(MOCA为一储罐,半预聚物的B组分为一储罐),开动储罐搅拌电机、循环计量泵电机及加热油罐及其电机,控制物料温度到规定值待用。

工艺流程如下:

将模具预热到一定温度,喷涂脱模剂,启动RIM机混合头电机,开始浇注,浇注结束后,在一定温度下加热硫化1小时,脱模修整,后熟化即得聚氨酯筛板(网)。

1.4 聚氨酯筛板物理性能要求

聚氨酯筛板用胶料的物理性能要求见表1。

结果与讨论

2.1 材料物理性能的研究

2.1.1 多元醇种类对性能的影响

虽然聚氨酯弹性体具有优异的物理机械性能,但根据筛板(网)使用场合的不同,对材料的具体要求有较大的区别,大孔筛通常用于矿石或煤的分级,矿石中含水量少,对耐水性能要求不高,但强度要求高,采用聚酯型聚氨酯即可满足性能要求;条缝筛主要用于洗、选矿最后一道工序的脱水过程,此时矿石基本为粉末状,且含水量较高,故要求材料耐水性较好,永久变形小,回弹性好,尺寸稳定性好,聚醚型聚氨酯弹性体可

满足性能要求。分别采用聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、聚环氧丙烷二醇、聚酯二醇与T280预聚物法制得的弹性体物理机械性能如表2所示。

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由表2可看出,采用PTMG-TDI-MOCA,聚酯-TDI-MOCA及PTMG/PPG-TDI-MOCA体系所得弹性体物性除聚酯体系和混合聚醚体系的永久变形稍大外,其他性能均可满足筛板性能要求,且加入PPG可以降低材料的造价,降低产品成本。

2.1.2 不同合成方法对性能的影响

为了改善筛板的使用性能,法国博雷公司将筛板胶料分为上下两层,上层较软,邵尔A 硬度为60度,下层较硬为85度左右,这样既可保证筛板的刚度和挺性以及材料的强度,又可改善筛板工作面的弹性,提高筛分效率。由于半预聚物法能够比较容易地调节材料的硬度,故低硬度的聚氨酯弹性体可采用半预聚物法来合成。通常由于TDI体系气味较大,且制得的弹性体弹性较MDI体系小,一般不采用半预聚物法加工,而MDI

体系由于挥发性小,气味小,但粘度稍高,较适合于半预聚物法加工。以聚酯、聚醚、MDI采用预聚物法和半预聚物法制得的弹性体性能如表3所示。

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由表3可看出,采用半预聚物法制得的弹性体硬度可以比较容易的调到邵A60度左右,此时的弹性、伸长率均较好,且物料A,B组分的比例、粘度比较接近,提高了混合的均匀性,同时改善了弹性体的某些性能。

2.1.3 不同二异氰酸酯对材料性能的影响

一般情况下,合成聚氨酯弹性体的多异氰酸酯以二异氰酸酯为主,多数情况下采用甲苯二异氰酸酯(TDI)和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI)。由于TDI和MDI在物性和结构上都有较大的差别,TDI为单苯环,常温下为液体,刺激性气味较大,而MDI为双苯环结构,常温下为固体,气味很小,且反应活性较高,所以在合成弹性体时各有其特