弹性条缝筛网用聚氨酯弹性体的研制

弹性条缝筛网用聚氨酯弹性体的研制

赵　菲　刘锦春　孙学红　王　伟

(青岛科技大学　266042)

摘　要:采用预聚法常压浇注制备煤矿用聚氨酯筛网,考察了聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯异构体种类、预聚体的NCO质量分数、扩链反应温度、后熟化温度及时间等条件对制筛网用的浇注型聚氨酯弹性体体系操作性能及物理性能的影响。实验表明,采用聚四氢呋喃二醇与聚氧化丙烯二醇的混合二醇(质量比为80∶20),制得的预聚体NCO质量分数控制在4.5%左右;再以MOCA和一种三官能度扩链剂的混合扩链剂进行扩链,制得的浇注型聚氨酯弹性体满足洗煤用筛网的性能要求。关键词:聚氨酯;弹性体;筛网;洗煤

筛网是煤及各种金属矿石的筛选工艺中主要的部件之一。由于筛网要在极为苛刻的条件下工作,要求它能耐磨、耐腐蚀,并在工作中保持精确的筛孔尺寸。因此,过去一直使用不锈钢制作筛网[1]。但因为不锈钢筛网具有成本高、不耐磨及耐腐蚀性差、使用寿命短、噪音大等缺点,许多涉及筛选工程的矿业部门采用聚氨酯筛网。聚氨酯弹性体具有高强度、高耐磨、高弹性、高承载、耐腐蚀、噪音低、与金属的粘合力强等优良性能[2],而且重量轻、成型方便。聚氨酯筛网具有耐磨性好、使用寿命高、筛分质量高、操作环境好、自净能力强、透筛性好、适用范围广(干料、湿料、各种矿石)等特点,因此聚氨酯筛网取代不锈钢筛网和普通橡胶筛网,具有广阔的发展前景。

普通聚氨酯筛网如方孔和圆孔筛网,由于孔的尺寸比较大,因此可以采用胶板冲孔的方法进行生产[3]。但对于条缝筛网,由于筛孔非常小,且多为上小下大的锥形孔,因此采用传统的模压法和冲孔法难以实施,只能用浇注的方法。浇注时,为了保证开孔准确率,必须严格控制浇注量,因此选用自制的RRIM机进行浇注。

1　实验部分

1.1　原材料

聚四氢呋喃二醇(PTME G),M n=1000,f=2,工业品,日本进口;聚氧化丙烯二元醇(PP G),牌号Tdiol-1000,M n=1000,f=2,工业品,天津石化三厂;甲苯二异氰酸酯(TDI-100、TDI-80),工业品,德国拜耳公司;3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MO-CA),工业品,江苏前进化工厂;二月桂酸二丁基锡(DB TDL),化学纯,天津广成化学试剂有限公司;三官能度醇胺类扩链剂B,化学纯,上海化学试剂厂。

1.2　聚氨酯弹性预聚体的合成

将聚醚多元醇加入反应釜中,于110～120℃下脱水1h左右,然后降温到65～75℃,加入计量的TDI,在65～75℃搅拌反应1.5～2h,然后真空脱气泡,得预聚体(预聚体的NC O质量分数为3.0%～5.5%)。该预聚体作为A组分加入到RRI M机的A 料罐中,保温待用。

将脱水脱气后的扩链剂和催化剂加入RRIM机的B料罐中,作为B组分保温待用。

1.3　聚氨酯弹性筛网的制备

将A、B组分按照配方中设定的比例打入RRI M 机的混合室中,浇入预热至40～60℃的模具中。根据筛网的大小设定浇注时间,以控制浇注量。当到达设定的浇注时间后,停止浇注,合模,于100℃下常压熟化2～3h,冷却20min,脱模,即得聚氨酯弹性筛网样品。样品于100℃后熟化16h。

聚氨酯弹性筛网的制备工艺流程示意图见图1。

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21

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2002年第17卷第2期2002.Vol.17No.2

聚氨酯工业

POLYURETHANE INDUSTRY

2　结果与讨论

2.1　多元醇对聚氨酯弹性体性能的影响

用聚氨酯弹性体作条缝筛网,对聚氨酯弹性体

的力学性能要求如下:

邵A 硬度85～90拉伸强度≥30MPa 伸长率≥450%永久变形≤10%回弹率≥25%磨耗

≤0.04cm

3

注:阿克隆磨耗指标的测试标准按GB1689-89执行。

除此之外,还要求A 、B 组分混合后的胶料有足够的流动时间(可操作时间)。尤其是对窄条缝筛,如果可操作时间不够,物料难以充满模具的每一个部位,而且物料中产生的气泡难以在凝胶前排出,最终必将影响成品的外观质量和使用性能。

用PT ME G 和TDI -80制预聚物时,得到的聚氨酯弹性体筛网力学性能均能达到要求,但在具体操作时发现,由该预聚体与扩链剂混合后的流动不是太好,其可操作时间虽可勉强满足工艺要求,但得到的制品收缩率大,以致筛网表面粗糙,外观质量差。为改善制品的外观,提高成品合格率及降低原料成本,在PTMEG 中加入部分相对分子质量为1000的PP G 。由于PPG 分子结构中含有侧甲基,破坏了软段分子链的规整度,因而降低了制品的收缩率,制品的表观质量有所提高。由于PPG 的反应活性低,延长了可操作时间。在PTMEG 和PPG 的混合聚醚二醇中,PP G 的质量分数对聚氨酯弹性体性能的影响如表1所示。

由表1可以看出,PPG 在混合聚醚多元醇中的质量分数为20%时,预聚体与扩链剂混合胶料的可操作时间有所延长;得到的聚氨酯弹性筛网除永久变形外,其它性能都能达到预期的目标,而且材料的回弹性有所增加,提高了成品合格率。

表1　混合聚醚中PPG 用量对聚氨酯性能的影响

PPG 质量分数/%0510

15

20

25

可操作时间/min

5.05.8

6.26.5

7.07.2

邵A 硬度

908887878686拉伸强度/MPa 38.737.837.136.835.634.7伸长率/%530525500480470465回弹率/%292931323333磨耗/mm 3

262829303232永久变形/%14.0

13.5

13.512.011.010.0

注:可操作时间系手工判定,是与手工浇注操作性能相关的指

标。

2.2　NC O 质量分数对聚氨酯弹性体性能的影响

在聚醚多元醇预聚体合成的过程中,控制NC O 质量分数的大小对聚氨酯弹性体性能影响较大。随着预聚体NC O 含量的增加,制得的聚氨酯弹性体的硬段含量增加,分子间的作用力加强,弹性体的硬度、拉伸强度都有增大的趋势。本项试验中控制PTME G 与PPG 的质量比为80∶20,改变TDI -80用量,制备不同NC O 质量分数的预聚体,再以MOC A 为扩链剂制得弹性体,比较不同NC O 质量分数的预聚体对聚氨酯弹性体性能的影响,结果见表2。

表2

预聚体NCO 质量分数对聚氨酯弹性体性能的影响NCO 质量分数/%3.03.54.0

4.5

5.0

5.5

可操作时间/min

7.8

7.5

7.27.06.25.5

邵A 硬度

657278869094拉伸强度/MPa 26.829.533.535.638.842.2伸长率/%530515490480470450回弹率%363736333027磨耗/mm 3

363634323027永久变形/%

13.5

12.0

11.010.010.011.5

由表2可以看出,随着TDI -80用量增加,即NCO 质量分数增加,聚氨酯条缝筛网的硬度和拉伸强度增大,但胶料的可操作时间缩短。为了能使聚

氨酯弹性条缝筛网性能达到预期指标的要求,保持良好的综合力学性能和操作性,本体系中NC O 质量分数保持在4.5%左右为宜。

2.3　扩链剂对聚氨酯弹性体性能的影响

在合成聚氨酯弹性体的工艺中,若仅使用一种扩链剂,往往不能达到理想的效果。本实验除采用常规扩链剂MOCA 外,还加入少量三官能度扩链剂

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22· 聚氨酯工业 第17卷