噴涂聚脲快速修復(fù)輸送帶的試驗(yàn)研究

馬學(xué)強(qiáng)，李鑫茂，張國(guó)鋒

1青島聚合四維科技有限公司 山東青島 266318

2青島理工大學(xué)工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定中心 山東青島 266033

3東平中聯(lián)水泥有限公司 山東濟(jì)南 271500

帶 式輸送機(jī)具有輸送能力強(qiáng)、韌性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)以及便于操作等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在礦山等諸多行業(yè)中。帶式輸送機(jī)運(yùn)輸量大、機(jī)械效率高，可連續(xù)運(yùn)載生產(chǎn)物料，而且運(yùn)輸距離長(zhǎng)，耗能低，因此被廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、港口以及工礦企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)流水線，并且在我國(guó)大宗散貨港口裝卸作業(yè)中也應(yīng)用頗多[1]。輸送帶撕裂、斷帶則會(huì)使輸送帶停止、造成運(yùn)輸通道堵塞甚至停產(chǎn)，是帶式輸送機(jī)最嚴(yán)重的故障之一。輸送帶價(jià)格約占整條帶式輸送機(jī)價(jià)格的 25%～50%，且輸送帶的更換時(shí)間為 8～10 h，一旦停機(jī)過長(zhǎng)，則會(huì)影響礦山生產(chǎn)效率；因此如何短時(shí)間、高質(zhì)量的修復(fù)輸送帶是亟待解決的問題[2]。

噴涂聚脲彈性體材料具有固化時(shí)間短、材料強(qiáng)度高、與基材黏結(jié)力強(qiáng)、修復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)[3]。因此將噴涂聚脲彈性體材料應(yīng)用于礦山輸送帶的修復(fù)，可以有效解決破損輸送帶的修復(fù)問題。

1 工程概況

山西某大型煤礦的輸送帶試驗(yàn)段長(zhǎng)度為 30 m，該輸送帶為煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶，表面覆蓋膠已出現(xiàn)破損、剝蝕、撕裂。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘查及討論，該煤礦井下作業(yè)時(shí)間短，但對(duì)修復(fù)后的輸送帶質(zhì)量要求高，因此決定采用噴涂聚脲快速修復(fù)技術(shù)對(duì)該輸送帶進(jìn)行處理，保證修復(fù)質(zhì)量的同時(shí)縮短修復(fù)時(shí)間。

在輸送帶修復(fù)過程中，修復(fù)材料本身的性能和與基材的黏結(jié)性是關(guān)注的重點(diǎn)[4]。性能優(yōu)良的修復(fù)材料才能保證輸送帶修復(fù)后有足夠的承載能力，在工作中發(fā)揮應(yīng)有的性能。同時(shí)如果修復(fù)材料與基材的黏結(jié)力不足，將會(huì)導(dǎo)致修復(fù)材料與基材產(chǎn)生空隙，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生脫落，從而導(dǎo)致輸送帶的修復(fù)失敗。因此，試驗(yàn)主要從修復(fù)材料本身性能和與基材黏結(jié)力著手來進(jìn)行研究[5-7]。

2 應(yīng)用試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)地點(diǎn)為山西某大型煤礦，礦井深度約為地下400 m，溫度為 10～15 ℃，濕度為 75%～89%。

2.2 試驗(yàn)材料及工具

噴涂聚脲材料為 JHSW8603 耐磨及修復(fù)聚脲材料；噴涂設(shè)備有美國(guó)固瑞克 REACTOR H-XP3 聚脲噴涂機(jī)、固瑞克 Fusion AP 噴槍、空壓機(jī)等；預(yù)處理工具有打磨機(jī)、鋼絲刷、輥涂刷、清洗劑等；防護(hù)工具有整體式防護(hù)服、護(hù)目鏡、呼吸面罩等。

2.3 修復(fù)試驗(yàn)及流程

噴涂聚脲彈性體修復(fù)技術(shù)的施工工藝為基材處理—底漆施工—聚脲噴涂施工。

2.3.1 基材處理

待修復(fù)的輸送帶原狀如圖 1 所示。輸送帶表面有嵌入的煤渣、煤灰以及不規(guī)則的破損，且礦井較深，濕度較大。因此，良好的基材處理方法是保證輸送帶修復(fù)質(zhì)量的前提，輸送帶基材處理如圖 2 所示。基材處理的目的是將破損的輸送帶表面的水分、殘?jiān)⒚夯?、煤屑清理干凈，盡量讓待修復(fù)的基面處在干燥、清潔的狀態(tài)?；奶幚淼木唧w步驟為：(1) 采用角磨機(jī)、鋼絲刷等將輸送帶的破損部分進(jìn)行打磨，使得破損部分出現(xiàn)較為規(guī)整的粗糙斜面；(2) 采用吸塵器等清除輸送帶表面的煤渣、煤灰、輸送帶破損殘?jiān)?，保證基面的干凈、整潔；(3) 將清潔完畢的基面進(jìn)行干燥處理。

2.3.2 底漆施工

在噴涂聚脲快速修復(fù)輸送帶的施工中，底漆起著至關(guān)重要的作用：一是封閉輸送帶表面的粗糙顆粒和孔隙，滲透型底漆可以很好地封閉破損輸送帶表面的孔隙，避免后期噴涂施工時(shí)出現(xiàn)孔洞；二是提高噴涂聚脲修復(fù)層與輸送帶基面的黏結(jié)性。

在清潔后的輸送帶基面進(jìn)行配套底漆的施工，采用輥涂和刷涂相結(jié)合的工藝，待底漆表干后方可進(jìn)行聚脲噴涂施工，如圖 3 所示。

底漆施工時(shí)的注意事項(xiàng)：一是要在輸送帶基材表面涂刷配套底漆；二是清潔完畢后要待基面干燥后才可進(jìn)行底漆施工；三是在底漆施工過程中要在破損處進(jìn)行反復(fù)涂刷，不遺漏任何細(xì)小缺陷，以確保基材表面的小孔洞全面封閉，避免后期噴涂聚脲層時(shí)出現(xiàn)氣泡及鼓包現(xiàn)象。

2.3.3 聚脲噴涂

噴涂設(shè)備采用體積比為 1∶1 的雙組高壓噴涂機(jī)，該噴涂設(shè)備的最大額定壓力為 24.14 MPa，每分鐘的輸出量約為 11 kg，并且可以連續(xù)作業(yè)。

聚脲噴涂施工的前提條件：一是底漆施工完畢，待底漆表干即可進(jìn)行聚脲噴涂施工；二是環(huán)境溫度要高于露點(diǎn)溫度 5 ℃ 以上，聚脲的 A、B 組分要加熱至工作溫度，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁员ＷC材料混合均勻；三是噴涂人員要進(jìn)行全面防護(hù)。

噴涂聚脲彈性體快速修復(fù)技術(shù)采用一體化噴涂成型，聚脲層的厚度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸送帶的破損情況選擇，綜合考慮輸送帶狀態(tài)，根據(jù)不同段破損程度，聚脲層的噴涂厚度為 3～5 mm。聚脲噴涂施工如圖 4 所示。

3 性能測(cè)試

輸送帶修復(fù)結(jié)束后進(jìn)行聚脲層與輸送帶之間的剝離強(qiáng)度測(cè)試，并對(duì)該條件下噴涂成型的聚脲樣品通過制樣、養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行性能測(cè)試。

3.1 剝離強(qiáng)度測(cè)試

剝離強(qiáng)度是指結(jié)合在一起的材料，從接觸面進(jìn)行單位寬度剝離時(shí)所需要的最大力，反映的是材料之間的結(jié)合強(qiáng)度。

將聚脲材料通過高壓噴涂機(jī)噴涂于輸送帶表面，并制成寬度為 25 mm，長(zhǎng)度不小于 350 mm 的長(zhǎng)條狀試樣，沿試樣長(zhǎng)度方向一端將復(fù)合層與基材預(yù)先剝開 50 mm，被剝開的部分不得有明顯損傷。將試樣的輸送帶一側(cè)夾緊在固定夾頭上，將聚脲層夾緊在另一夾頭上，使得試樣剝開部分的縱軸與上、下夾具中心連線重合，松緊適宜，并使得輸送帶和聚脲夾角呈 180°，夾頭的分離速率保持為 100±10 mm/min，剝離長(zhǎng)度至少要達(dá)到 100 mm。剝離強(qiáng)度測(cè)試如表 1 所列。

表1 剝離強(qiáng)度測(cè)試Tab.1 Test for peel strength

3.2 噴涂環(huán)境下試樣性能測(cè)試

在輸送帶修復(fù)條件下進(jìn)行噴涂聚脲制樣，并在同一條件下養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行性能測(cè)試。

試驗(yàn)噴涂聚脲材料具有優(yōu)良的物理性能、耐介質(zhì)腐蝕性能、耐磨損性能、耐疲勞性能。將聚脲材料的A、B 組分經(jīng)過高壓噴涂設(shè)備制成厚度約為 2 mm 的均勻片材，然后進(jìn)行系列性能的測(cè)試，如表 2 所列。

表2 聚脲的物理性能測(cè)試Tab.2 Test for physical properties of polyurea

3.3 與常規(guī)修復(fù)技術(shù)的綜合比較

噴涂聚脲彈性體修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是材料性能優(yōu)良，施工效率高，修復(fù)周期短，黏結(jié)強(qiáng)度高。

3.3.1 材料性能優(yōu)良

噴涂聚脲彈性體技術(shù)是在 RIM 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其反應(yīng)時(shí)間短，不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，可根據(jù)工程現(xiàn)狀調(diào)節(jié)施工厚度。噴涂聚脲彈性體在成型后有很好的力學(xué)性能、耐磨損性能、耐沖擊性能、耐腐蝕性能、耐老化性能和耐疲勞性能等，符合礦用輸送帶的要求。

3.3.2 修復(fù)時(shí)間短

噴涂聚脲彈性體修復(fù)技術(shù)從基材處理開始至噴涂修復(fù)完成，整個(gè)過程持續(xù)時(shí)間一般為 1～4 h。在礦山行業(yè)中，時(shí)間就是生命，輸送帶出現(xiàn)破損后，若能及時(shí)修復(fù)并減少修復(fù)時(shí)間，就可減少因停工產(chǎn)生的不必要損失[8]。

3.3.3 修復(fù)范圍廣

對(duì)于輸送帶的局部磨損、撕裂、疲勞破壞等損傷，噴涂聚脲彈性體技術(shù)可以采用便捷的施工處理方式，將適合特定輸送帶的聚脲材料與原輸送帶形成良好結(jié)合[9]。

3.3.4 節(jié)省費(fèi)用

輸送帶在使用中往往只是局部產(chǎn)生磨損，且輸送帶的整體骨架相對(duì)完整，在進(jìn)行聚脲的噴涂修復(fù)時(shí)有很大的成本優(yōu)勢(shì)。相較于更換新的輸送帶，噴涂修復(fù)的費(fèi)用僅為新輸送帶費(fèi)用的 1/4～1/3，修復(fù)后的使用壽命依然可以得到保證，有較高的性價(jià)比。

4 結(jié)論

噴涂聚脲彈性體能在輸送帶發(fā)生劃傷、撕裂、斷裂等損傷時(shí)，發(fā)揮其反應(yīng)迅速、物理性能優(yōu)秀、耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)對(duì)輸送帶進(jìn)行修復(fù)。

(1) 噴涂聚脲彈性體性能優(yōu)良，有較好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、耐磨損性能和耐疲勞性能等特性；噴涂聚脲快速修復(fù)后的輸送帶，聚脲涂層與原輸送帶的黏結(jié)力強(qiáng)，整體性好；噴涂聚脲彈性體的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到 17.8 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到 485%，磨耗量為 6.7 mg，修復(fù)后輸送帶的剝離強(qiáng)度最低值為10.7 kN/m。

(2) 采用噴涂聚脲彈性體技術(shù)快速修復(fù)輸送帶的時(shí)間一般為 1～4 h，縮短了修復(fù)時(shí)間，保證了輸送帶修復(fù)的時(shí)效性，同時(shí)修復(fù)后的輸送帶依然具有正常的使用壽命。

(3) 相較于因局部損壞而更換輸送帶的情況，噴涂聚脲快速修復(fù)技術(shù)費(fèi)用低，性價(jià)比高，且受環(huán)境因素影響較小，可以適應(yīng)多種復(fù)雜條件下的修復(fù)作業(yè)。