聚氨酯弹性体在渣浆泵上的应用

　　1　原材料定型与试验方法

　　聚氨酯原材料可供选择的品种较多，兼顾工程技术要求及经济成本两方面因素，我们确立了以PTMG型预聚体和MOCA为主料的双组分生产工艺路线，其中辅料包括四氯乙烯溶剂、二甲基硅油脱模剂、开姆洛克218胶黏剂等。

　　试验面向的是中小件制品的生产，所需用胶量小(<50公斤)，且制作工艺简单易实现，只要严格遵照技术要求，通过手工操作方法完全可以保证试样或成品的质量。当采用手工操作完成时，使用的主要设备及工装。

　　本文制定三种配型方案，混料后分别浇注圆盘磨损试块，长方形试片，成型后经16小时后熟化处理制成终样。具体操作流程：利用邵氏硬度计分别测试圆盘试块的硬度，并将其依次安装在湿法磨损试验机上进行90个小时的磨损试验，每4个小时更换一次新介质，记录烘烤后的试块前后失重比率，与已有高铬铸铁BTMCr28耐磨试验数据作对比;把4mm试片裁成哑铃状及裤形状并使用QX-W400拉力机分组做拉力及抗撕裂试验。同时配制腐蚀性溶液，相同条件下对渣浆泵常用耐磨蚀材料Cr30A(高铬铸铁)及聚氨酯试样悬挂浸泡，比较腐蚀破坏程度。

　　2　试验结果与分析

　　2.1　物理机械性能分析

　　笔者对每组试样分别进行了三次物理性能测试，结果取均值列入表2中。可见，三种类型聚氨酯弹性体材料的硬度、抗拉、耐撕裂强度均高于天然混炼橡胶。结果具有一定实际意义：当渣浆泵衬胶(天然橡胶)叶轮的外缘线速度>30m/s时，受离心力作用部件表面局部胶体会发生变形，这样不仅对材料本身造成破坏，而且在运行过程中会逐渐加大轴功率，影响渣浆泵的正常运转;相比之下，聚氨酯弹性体的物理性能会有明显的提升，材料适用范围得到拓展，部件运行过程中的稳定性与安全性也有所保证。

　　2.2　磨损试验分析

　　采用转速为2840rad/min三相电机作为旋转驱动端，对每组聚氨酯圆盘样块及Cr30A金属试块持续进行相同时间的全浸入湿磨试验，具体损耗情况。结果显示，在小颗粒介质浆料(粒度40目以下)中，聚氨酯弹性体与混炼橡胶均有良好的表现，其中一组HB82试样优势明显，第三组HB40D的抗磨系数与Cr30A较为接近，邵氏硬度在80～100S范围内试样抗磨性随硬度变化呈递减趋势。这是因为在小颗粒磨料环境中，材料的破坏主要来自浆液的冲刷与磨料的犁削，在这种磨损机理中金属材料的破坏属于以硬碰硬，只有通过细化碳化物晶粒，提高基体马氏体转变量，增强二者的结合力，使抗剥离强度升高才能保证磨损面的可靠性，但这种处理方式难度较大而且会牺牲材质自身的韧性，在实际应用中不能得到完全发挥。而同样磨料环境中，对于弹性体(包括混炼橡胶)耐磨层来说，抵抗破坏却是采用“以柔克刚”的方式，磨料颗粒物的冲击功被弹性体部分吸收，使材料表面微变形，从而缩小摩擦接触面积，弹性体材料所有的退让性，降低了表层失效的风险，对于聚氨酯弹性体材料来说，邵氏硬度增加到一定程度，表面吸能特性逐渐消失，直接磨损机率变大。然而在大颗粒磨料介质中弹性体材料并未体现出优势，物理性能较低的混炼橡胶更是磨损较严重。这主要是因为磨料在二次碰撞后会产生新的带有锐角的断面或锋利的棱边，它对弹性体表面有一定的割裂作用，导致材料局部耐撕裂强度下降，所以试验中聚氨酯弹性体与混炼橡胶试块的失重率均明显增加。尽管如此，聚氨酯弹性体材料内部有的网状结构特征，使其整体性较好，机械物理性能更佳(相对混炼橡胶)，破坏并未扩展延伸也没有造成微小区域脱落，在磨损数据上接近抗磨铸铁Cr30A。

　　2.3　耐腐蚀试验分析

　　将试验材料与对比材料试片悬挂浸泡在几种腐蚀液中，定期更换液体，模拟实际工况环境的腐蚀情况。列举了不同试验材料的浸泡时间、环境条件及腐蚀后的结果描述。

　　聚氨酯弹性体材料在大多数腐蚀介质中是适用的。首先，有机材料本身在电解质中不发生电化学腐蚀;其次，随浇注型聚氨酯原材料质量控制技术的进步，其制品的耐水性、耐溶剂、耐油性物质、耐酸碱的性能大有改善，而且聚氨酯经硫化处理后组织内部充分交联，结构非常稳定，腐蚀液很难侵入破坏。这些特性使其在含有氯离子等卤盐溶液中、还原性介质中抗腐蚀性优势更加明显，而此种腐蚀环境里，钢铁材料往往通过高合金配比才能满足使用要求。不过我们也发现在高浓度强氧化性酸(如浓硫酸、浓硝酸)及在高温环境中，弹性体材料的适应性是不理想的。这主要因为聚氨酯是由碳、氢、氮、氧组成的有机化合物，长期暴露于上述境中局部会发生氧化严重时导致碳化，特别在热气氛中虽不像线性结构材料那样容易分解，但其稳定性已然不足。到目前为止可以通过改性方法使聚氨酯弹性体材料的耐热温度达到150～200℃，但对于有磨料磨损的流体场合通常不建议在80℃以上长期使用。

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