聚氨酯喷涂设备的研制和应用

聚氨酯喷涂设备的研制和应用

煤炭科学研究总院杜乐清

开滦矿务局钱家营煤矿吴爱民温大维

摘要简要分析了喷涂聚氨酯材料的性能,论述了聚氨酯喷涂设备的研制、技术特征,在煤矿井下防漏风以及房顶隔热工程中的应用。

关键词喷涂聚氨酯喷涂设备技术特征应用

煤矿井下煤炭的自燃严重地威胁着生产的正常进行和工人的人身安全。在引起自燃的诸种因素中,巷帮漏风引起自燃发火的问题是较为重要的因素。为此,诸如/水砂充填带隔离采空区、可塑性胶泥堵漏风、风压调节法防止漏风,,0等技术手段相应产生和应用,聚氨酯喷涂巷帮防漏风是其中效果较理想的技术。

1喷涂聚氨酯材料的组成及性能

111聚氨酯材料的组成

聚氨酯泡沫塑料是指由多异氰酸酯和多元醇(聚醚、聚酯或其它多元醇)混合反应生成的产物。可在常温、常压下经过混合搅拌,迅速反应而形成。聚氨酯泡沫塑料具有透气性差,保温、弹性等技术指标均较好的特点。

112喷涂聚氨酯泡沫塑料的主要性能参数聚醚

密度(20e)/kg#L-11113

闪点/e139

粘度(20e)/cP500~600

多异氰酸酯

密度(20e)/kg#L-1112

引火点/e218

粘度(25e)/cP300~400

泡沫反应

乳化时间(20e)/s3~5

胶化时间(20e)/s12~15

不粘时间/s17~22

粘接强度/M Pa014

抗压强度/M Pa015

氧气指数\26

另外,聚氨酯材料还有其它一些特性,这些特性对工作设备、使用环境、施工工艺都有重要的影响。如材料的粘接性,多异氰酸酯容易与多种材料发生粘接而不易清除;发泡过程中形成的泡沫塑料的密度与环境温度有较大关系;喷涂发泡泡沫塑料的密度与一次喷涂厚度也存在内在的关系。图1、图2分别反映了喷涂发泡中泡沫塑料的密度

与温度、一次喷涂厚度间的关系。

图1喷涂发泡中泡沫塑料的密度

与温度的关系

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图2喷涂发泡中泡沫塑料的密度

与一次喷涂厚度的关系

2喷涂设备的研制

用于煤矿井下的聚氨酯压注泵,是从80年代初进行的/化学加固煤岩技术0的研究课题开始的。由于聚氨酯材料自身的特性,采用通用的油泵不能适应材料的输送和压注,借鉴外国的技术,我国已成功地研制出了井下注浆用的气动高压压注泵及YZB 系列液动高压压注泵,聚氨酯喷涂设备是以此为基础进行研制的。

211喷涂设备研制条件

由于聚氨酯材料的特性所致,喷涂设备应能满足以下基本要求:¹适应材料对物件的易粘性,容易清除;º适应材料快速反应的特性,混合快速均匀;»适应使用场所的动力要求;¼结构简单,操作、维护方便。212现有加固、喷涂设备概述

现在用于聚氨酯化学加固的设备主要有3种:JFB气动压注泵;YZB6312132; YZB4012125型液动压注泵。

JFB气动压注泵是以压缩空气为动力的往复式柱塞泵。优点是结构简单、维修容易、使用时对环境无污染。但使用场所必须具备压力为014~017MPa、流量为80 m3/h的压缩空气源,这在矿井下风源很有限的条件下,其使用范围受到了很大限制。YZB6312132及YZB4012125型液动压注泵是以高压乳化液为其动力的往复式柱塞泵。这两种泵的结构相似,但由于控制系统内部管路多、运动件及密封点多、结构很复杂,一旦发生故障,现场维修十分困难,直接影响泵的使用效果及工程质量。

工厂内使用的喷涂设备主要是GF型系列快速发泡系统,这种发泡系统是以压缩空气驱动方式进行工作的专业喷涂发泡设备。该系统包括了气动工作部分、原料电加热部分、温控部分等三大部分。其结构十分复杂,对使用和维护的要求很高。加之其电加热部分为不防爆结构,不能满足煤矿的要求。这种系统目前仅在使用环境清洁的场所作较精密的喷涂发泡使用。

213PT215@2型及BJD型喷涂设备

PT215@2型喷涂泵是以压缩空气驱动的气动喷涂泵;BJD型喷涂设备是以电力驱动的电动喷涂泵系统。二者都是针对煤矿井下工作环境进行研制的。

21311PT215@2型、BJD型喷涂泵的工作原理

两种设备均由驱动器(风马达或电动机)、减速器、工作泵、料箱、输送管及喷射器等组成。两种设备均为有气喷涂设备。图3、4

分别为两种设备的喷涂系统原理图。

图3PT型泵喷涂系统

设备的工作原理:

(1)驱动器通过减速器带动两工作泵同步运行。

(2)在正压给料的条件下,两工作泵分

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图4BJD型泵喷涂系统

别将甲、乙两料等量同步输出。

(3)两料在喷射器内充分混合,借助于压力风的作用使其形成雾状喷射于岩体或其它基础上。混合料在岩体上迅速反应形成致密的泡沫而附着于岩体上。材料经过调节使其在喷射器中的混合时间与材料反应前所需的搅拌时间保持最佳的匹配。

21312对设备的结构要求及确定

根据材料及工艺对设备的功能要求,喷涂设备在结构设计上必须满足以下基本条件:¹能够泵送高粘度液体材料;且实现两种材料同步、等量供给;º功率小,但能充分保证喷涂工艺的质量;»为两种材料提供充分的混合场所;¼结构简单并能有效地利用井下的动力;½对环境不产生污染。21313PT215@2型喷涂泵的主要部件的选择

(1)驱动器。驱动器是一个风马达,是已广泛用于各领域的成熟产品。防漏喷涂技术主要应用于煤矿井下各种巷道及端头处,这些场所的压缩空气能够满足小功率风马达使用。所以选用气动方式最理想。风马达具有体积小、防火、防潮、防爆、不受高温和振动影响、可无级调速,实现正反转,对环境无污染、运转平稳、噪声小等一系列特点。经过大量的试验,表明能够满足设备的要求。

(2)减速器。减速器采用单入双出结构形式以保证其两输出轴同步、等功率。根据调研及计算选择马达及齿轮泵后,确定了减速器的传动比,从而保证了驱动器与工作泵之间的转速匹配关系。减速器的传动比计算如下

i=

n1

n2(1)式中n1)))减速器输入转速,即驱动器

转速n1[4500r/min;

n2)))减速器输出转速,即齿轮泵

转速,n2=1450r/min。

由此传动比可确定齿轮的齿数Z1、Z2。

根据风马达的功率,经计算和试验,选择了齿轮的下列参数:模数m=115;齿厚b=12mm;主动轮齿数Z1=18,采用标准齿轮,则有

i=

Z2

Z1(2) Z2=i Z1=311@18=5518

选从动轮齿数Z2为56,故减速器的实际传动比为3111。

在实际使用中,风马达的转速在2500 r/min左右,故流量在115L/min左右,满足了喷涂工艺要求。

(3)工作泵。它直接与聚氨酯材料接触,对其的选择或设计必须以材料的特性为基准。对各种泵的结构、性能、价格等因素综合分析,并进行了试验验证,选用外啮合式齿轮泵最为理想。

(4)喷射器。喷射器的功能是实现两种材料的混合、搅拌,产生雾状射流。材料混合后在其中的流动时间必须与材料从混合到反应的时间相匹配。因此,喷射器长度、内径、出口形状、混合器长度是其关键指标,必须依据材料的性能及喷涂工艺参数进行确定。图5是喷射器的结构示意图。

21314BJD型电动喷涂设备的特点

BJD型电动喷涂设备是在PT215@2型气动喷涂泵的基础上,根据井下的动力情况研制的,与PT215@2型气动喷涂泵具有相

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