喷涂型耐磨聚氨酯喷涂涂层的性能特点及施工工艺

矿业工程设备的磨损和腐蚀一直是令矿业工程师和管理者头疼的问题, 也是造成生产成本高、生产效率低下的重要原因之一。多年来, 适合矿山应用的高耐磨、高弹性、高强度、高防腐性的非金属材料的研究, 一直是一个很重要的科研课题。矿业界筮待一种全新的材料及工艺解决生产中的耐磨、防腐等难题。

众所周知, 聚氨酯弹性体是在耐磨橡胶基础上发展起来的一种“ 以柔克刚” 耐磨材料。已经在矿业各个作业过程中得到推广应用, 但是传统聚氨酯弹性体往往采用模具浇注成型的办法, 在异型件、大型件的加工上成型难度大, 投资高。                在此背景下, 秦皇岛正美豪工程技术有限公司引进加拿大诺曼克品牌的耐磨聚氨酯喷涂产品及技术, 该技术的出现为矿业界提供了一种全新的选择, 其在工程应用中显示出了无可比拟的优越性。它突破了耐磨耐腐非金属材料成型使用模具的局限性, 是一种新型的现场固化、快速成型工艺, 它将高分子材料的成型技术扩展到一个全新的领域, 极大地扩大了其应用范围。同时, 由于它具有优异的耐磨性、突出的防腐性能、耐老化性能、现场施工简便易行、成本低等优点, 该新型材料应用前景十分广阔。

1 聚氨酯喷涂涂层的性能特点

耐磨聚氨酯喷涂技术实质上是采用涂料的施工方法, 固化后形成具有各种力学性能的材料, 已突破原有涂料的范畴, 是一种新材料、新设备、新工艺的有机结合。与传统的耐磨防腐材料(或涂料) 相比较, 主要表现在以下几个方面:

(l) 固化速度快, 可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂而不产生流淌现象, 凝胶时间为10 5 左右,1m in 即可达到步行强度。

(2) 对水分、湿气不敏感, 施工时不受环境温度、湿度的影响。

(3 )10 0 % 的固含量, 不含有任何发挥发性有机物, 对环境友好。

(4 )可按1 : 1或2:1体积比进行喷涂或浇注, 一次施工厚度范围可以从数百微米到数厘米, 克服了以往多道施工的弊病。

(5) 优异的理化性能, 如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。

(6 ) 配方体系任意可调, 手感从软橡皮邵(A3 0 ) 到硬质弹性体(D 6 5 ) 。

(7 )涂层致密、无接缝、耐介质性能十分突出,可耐水、海水、酸、碱、盐、油等介质的长期侵蚀。

(8 ) 附着力好, 与钢材的附着力大于10 MPa, 长期使用不脱落。

(9 )耐紫外光老化, 在户外长期使用不粉化、不开裂。聚氨酯喷涂涂层的常规物理性能范围如下: 凝胶时间10 ~ 12 0 5 , 拉伸强度12 ~ 45 MPa, 断裂伸长率150 % 一8 0 % , 撕裂强度30 一90 k N/ m, 邵氏硬度3 0 A ~ 6 5 D, 对钢的附着力6 一12 MPa, 低温柔性为一3 0 ℃ 弯曲无裂纹。

聚氨酯喷涂涂层在国外被称为“ 双液型喷涂耐磨衬里” , 根据实验室对其磨耗性能的测定, 聚氨酯喷涂涂层的耐磨性能是普通天然橡胶的5 一7 倍, 是碳钢的10 倍以上。该材料不但具有较高的强度, 还具有良好的缓冲、能量吸收性能。

耐磨防腐聚氨酯喷涂产品在工业领域有广泛应用，诸如矿山的各种振动筛、渣浆泵、磁选滚筒、浓密机，自动化行业的振动盘、机械手、模具防护，污水处理行业的搅拌桨、压滤机、垃圾车，水利行业的泵、阀及输送管线，食品、医疗器械生产车间的无菌防护、军用设备的耐磨防护、核电站的防辐射防护等。聚氨酯修复材料则广泛应用于港口、矿山、水泥厂、钢厂、化肥厂等企业的橡胶、聚氨酯等弹性体修复。

表1 是实验室测试聚氨酯喷涂涂层与其它材料的耐磨性能对比。

表1 聚氨酯喷涂涂层与其它材料的Ta be r 磨耗对比

材料名称	磨耗量/ m g	材料名称	磨耗量/ m g
聚氨酯喷涂涂层	1 0 一30	天然橡胶	146
聚氨酯弹性体	10 一50	丁苯橡胶	177
高密度聚乙烯	29	丁基橡胶	205
聚四氟乙烯	4 2	氯丁橡胶	280
丁腊橡胶	44	聚苯乙烯	324
低密度聚乙烯	7 0	A BS	275

注: 磨耗条件CS17 轮, 1000k/轮, 5000r/ min , 23 ℃ 。

同时, 聚氨酯喷涂涂层还具有良好的耐水解性能、

耐稀酸稀碱性、耐油性和耐盐雾性能等, 见表2 。

表2 聚氨酯喷涂涂层的耐介质性能

介质名称	浸泡结果	介质名称	浸泡结果
醋酸(1 0 % )	良好, 轻微变色	xiao酸an	良好
盐酸(10% )	良好	汽油	良好
硫酸(2 0%)	良好	柴油	良好
磷酸(10% )	良好	煤油	良好
柠檬酸	良好	矿物油	良好
乳酸	良好、轻微变色	液压油	良好
氢氧化钠(2 0% )	良好	防冻液(50 %乙醇)	良好
氢氧化钠(5 0 % )	良好、轻微变色	二甲苯	差
氢氧化钾(10 % )	良好	正己烷	良好
氢氧化钾(2 0 % )	良好、轻微变色	异丙醇	良好
氨水(2 0 % )	良好	饱和盐水	良好

2 喷涂设备及施工工艺

聚氨酯喷涂涂层是由两个化学活性极高的组分组成, 混合后快速反应导致粘度急剧增加, 如果没有适当的输送、计量、混合、雾化和清洗设备, 这一反应将是无法控制的, 需要专业的喷涂设备。该设备必须具有平稳的物料输送系统、精确的物料计量系统、均匀的物料混合系统、良好的物料雾化系统及方便的物料清洗系统。由于聚氨酯喷涂涂层固化速度快、对底材的浸润时间短, 因此对底材处理要求较高。钢底材一般要求喷砂至Sa2.5 级, 对边、角、焊缝等应力容易集中的部位进行圆滑处理, 刷涂相应的配套底漆。在喷涂之前必须保证底材干燥, 没有浮尘、铁锈和油脂等损害涂层附着力的物质。塑料、橡胶、混凝土等底材表面的处理应严格按照厂家的施工工艺进行。聚氨酯喷涂涂层的施工间隔一般控制在12 h 之内, 如果施工间隔过长, 可能会导致层间附着力较差。如果超过12 小时, 建议施工层间附着力促进剂以保工程质量。在喷涂过程中, 一定要严格控制A、B 两组份的压力差, 压差一般控制在2 MPa 以内。如果压差过大, 则意味着两组份不能按照规定的比例进行混合, 这种比例失调易导致鼓泡、粘手、材料力学强度差等一系列不良后果。