Главная \ Продукция \ ПОЛИУРЕТАН В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ПОЛИУРЕТАН В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Сложность и разнообразие требований, которые предъявляются к производственному и технологическому оборудованию, применяемому в горной промышленности, требуют не только использования всего спектра традиционных конструкционных материалов, но и постоянного освоения новых их видов. В этой связи перспективно применение полиуретановых эластомеров современного поколения, значительно расширяющих те возможности, которые обычно реализуют с помощью резин. В статье освещены основные аспекты применения в горной промышленности полиуретановых материалов, освоенных ТОО «К.Э.Н.Т.», являющейся эксклюзивным представителем фирм SYNAIR (США) и CIL (Великобритания). Представлены основные свойства полиуретановых материалов и способы их переработки.

Материалы

Литьевой двухкомпонентный полиуретан горячей полимеризации Дуотан серии QA900/A250MX обладает большой прочностью и сопротивлением раздиру (табл. 1). Этот современный материал с высоким сопротивлением износу совместим с жидким топливом, нефтью и растворителями. Он термостоек длительное время при температуре +80°С и кратковременно до +110°С, хорошо сопротивляется воздействию погодных условий и озона.

Другая серия – Дуотан QE1000/G200M, дополнительно отличается гидролитической стабильностью, повышенной износостойкостью и хорошими показателями работы при пониженных температурах до –50°С.

Литьевой однокомпонентный полиуретан горячей полимеризации Монотан характеризуется несколько сниженной механической прочностью, но имеет упрощенную технологию переработки (табл. 2). Материал обладает высокой абразивной стойкостью (табл. 3).

Двухкомпонентный полиуретан холодной полимеризации Силкаст (табл. 4) применяется не только для отливок, но и в качестве защитных покрытий. Материал обладает высокой абразивной стойкостью и стойкостью к агрессивным средам, в том числе к кислотам и щелочам, к озону и ультрафиолетовому облучению. Он не поддерживает горение, имеет высокие электроизоляционные свойства.

Проектирование изделий и технология переработки полиуретанов

ТОО «К.Э.Н.Т.» разрабатывает оригинальные методики проектирования деталей сложной конфигурации, изготавливаемые из полиуретановых эластомеров. Конкретная конструкция детали и технология ее изготовления оказывают существенное влияние на фактические свойства полиуретана в изделии. При этом учитываются сугубо нелинейные механические характеристики материала. Производится расчет напряженно-деформированного состояния цельной или эластомерно-металлической конструкции. Деформация совместно с частотой нагружения определяет гистерезисный нагрев эластомеров.

В своей практике ТОО «К.Э.Н.Т.» использует различные технологии переработки полиуретанов: свободное литье, литье под давлением, обмазку и др. Выпускаются как серийные, так и единичные изделия по техническим требованиям, согласованным с потребителем. При необходимости заказчику могут быть переданы адаптированные к его производственным условиям технологии переработки полиуретана. Одновременно фирма обеспечивает комплексную поставку оборудования, включая дозирующие, смесительные и заливочные машины, а также комплектует основными и сопутствующими материалами.

Виды изделий

Несмотря на несколько большую стоимость, полиуретаны все чаще вытесняют резины благодаря своим технологическим и эксплуатационным качествам, таким как, простота формообразования и легкость механической обработки. Полиуретаны находят широкое применение в современных технологиях быстрого изготовления и прототипирования, ориентированных на обеспечение пилотных и индивидуальных образцов. Оправдано применение полиуретанов в ремонтной практике, в частности, при восстановлении импортного и уникального оборудования с изношенными эластомерными частями.

По доминирующим признакам можно выделить четыре группы изделий, в которых полиуретаны используются в качестве конструкционного материала:

•    прочные и жесткие, где полиуретан заменяет цветные металлы;

•    упругие, когда реализуется высокая эластичность полиуретана (способность изменять форму под действием внешней нагрузки) или его упругость (способность восстанавливать форму после прекращения действия нагрузки);

•    стойкие к воздействию агрессивной среды, если требуется высокая абразивная или химическая стойкость полиуретана;

•    поглощающие механическую энергию, когда реализуется высокое внутреннее трение полиуретана.

Однако на практике в большинстве изделий используется комплекс указанных качеств полиуретана одновременно. По этой причине ранжирование изделий, перечисленных для примера ниже, произведено не только по реализованным свойствам полиуретана, но и по функциональному применению.

Упругие высокопрочные и износостойкие элементы приводов

Направляющие и поддерживающие ролики, тянущие барабаны. Износ и коррозия стальных роликов, используемых в ленточных транспортерах и конвейерах, приводят к повреждению и опасности схода полотна. Долговечность металлических роликов почти в пять раз меньше, чем покрытых полиуретаном (рис. 1). Другие виды неметаллических покрытий роликов также уступают полиуретану. Тянущие барабаны облицовывают фрикционным слоем полностью, или в виде съемных вставок. Коэффициент трения скольжения полиуретана близок к резине, но в отличие от нее полиуретан меньше набухает в воде и не склонен к обледенению при низких температурах. Для подземных работ особенно важно, что полиуретан не поддерживает горения. Упругое покрытие ролика предохраняет полотно конвейера от повреждений при загрузке конвейера из бункера.

Упругие сплошные ободья колес транспортных и подвижных погрузочно-разгрузочных средств. Колеса со сплошным ободом из полиуретана вместо резины обладают в 2.5–3 раза более высокой нагрузочной способностью, или, соответственно, позволяют уменьшить габариты. Рабочая поверхность обода способна противостоять механическим повреждениям и изнашиванию. В то же время, упругий обод защищает дорожное покрытие и настилы полов в складских помещениях.

При ремонте цельных колес на повторно используемый металлический центр наносится новый слой полиуретана. В разъемных конструкциях упругий сменный обод может быть снабжен металлической арматурой для обеспечения посадки на центр с натягом. Арматура может быть внешней – в виде тонкой цилиндрической обечайки, соединенной с ободом слоем адгезива. В других вариантах в толщу обода заливают арматуру, выполненную в виде перфорированной тонкой обечайки или проволочной обмотки. Возможно также использование неармированного сменного обода, который с помощью конической посадки закрепляется с натягом на металлическом центре с отъемной ребордой.

Колеса кабель-кранов, колеса подъемников на трубчатых рельсах. Желобчатый скат в связи с начальным точечным контактом колеса с тросом или круглым рельсом работает в более тяжелых условиях, чем скат цилиндрического колеса. Применение высокопрочных полиуретанов для ободьев колес является наиболее предпочтительным.

Тянущие, натяжные и направляющие шкивы и ролики. Полиуретановый обод шкивов и роликов особенно эффективен для открытых передач с гибкой связью, эксплуатируемых в запыленной среде горнорудных разработок.

Шкивы ленточных абразивных инструментов. Плоские и фасонные ленты или шнуры, покрытые абразивом, быстро изнашивают не только металлические, но и резиновые шкивы. Использование полиуретанового обода обеспечивает повышение производительности резки горных пород, позволяет сократить время простоев оборудования.

Валы роторных мельниц. Для измельчения сравнительно мягких материалов используют стальные или чугунные валы с полиуретановым покрытием, повышающим абразивную стойкость. При влажных процессах конструкция покрытия позволяет предотвратить развитие щелевой коррозии между валом и упругим слоем полиуретана.

Зубчатые ремни, гусеницы и траки. Полиуретановые зубчатые ремни и гусеницы, включая траки, прочнее и более износостойки, чем таковые на резиновой основе. Ремни изготавливают в виде кольца стандартных типоразмеров или склеивают из плоской ленты произвольной длины. Упругое полотно обычно усиливают металлическим или неметаллическим кордом.

Звездочки и ленивцы. Звездочки цепных и зубчато-ременных передач, а также звездочки (рис. 2); и ленивцы гусеничного движителя строительно-дорожных машин с успехом изготавливают из полиуретана, поскольку металлические элементы подвержены сильному износу. Кроме того, существенно снижается уровень шума и вибраций механического привода с упругой связью или гусеничного движителя.

Упругие износостойкие элементы оборудования

Подшипники и пяты скольжения. Упругие опоры уменьшают отрицательные последствия перекоса вала относительно корпуса. Резиновые подшипники и подпятники гидравлических насосов и т.п. устройств смазываются перекачиваемой жидкостью. Замена резины на полиуретан оправдана при повышенных нагрузках и загрязнении жидкости.

Статор эксцентрико-винтового насоса. Упругий статор гидравлического насоса обеспечивает надежное уплотнение в контакте со стальным ротором при минимальном износе.

Концентраторы и классификаторы руды. Спиральные концентраторы с резиновой футеровкой традиционно используются в горном деле. Вращающиеся барабаны с профильной внутренней облицовкой из полиуретана положили начало новым принципам обогащения руд ценных и редких металлов. Важные достоинства полиуретанов – гидролизная стойкость при влажных процессах обогащения, сохранение работоспособности при пониженных температурах для работ, производимых в северных районах, высокая абразивная стойкость и, наконец, обеспечение требуемой упругости профильной футеровки, а также несущих конструкций и уплотнений.

Сепараторы, сита и грохоты. Армированные или цельные полиуретановые сита (рис. 3) многократно превышают по долговечности стальные детали в современных конструкциях сепараторов и грохотов. Полиуретан обеспечивает длительную стабильность размеров и конфигурацию ячеек, а также интенсификацию процесса. Разработаны многослойные конструкции, в которых сочетаются полиуретаны различной твердости и упругости.

Торцовые, манжетные, шевронные уплотнения валов. Резину, традиционно применяемую для изготовления разнообразных уплотнений валов, в ряде случаев оказывается целесообразно заменить на полиуретан, благодаря его более высокой механической прочности и износостойкости при сохранении требуемой упругости.

Диафрагмы и грязевики. Упругие и прочные полиуретановые диафрагмы разнообразной конфигурации эффективны в качестве упругих разделителей внутренних объемов гидропневматических амортизаторов и др. исполнительных механизмов. Внешние ограждения –  сильфонные грязевики подвижных внешних частей, эксплуатируемых в условиях абразивной или агрессивной среды, рационально изготавливать из полиуретана, а не из резины.

Демпфирующие и виброизолирующие устройства

Элементы упругих трансмиссионных муфт. Упругие элементы трансмиссионных муфт, изготовленные из полиуретана, позволяют передавать большие вращающие моменты при меньших габаритах, чем из резины.

Упругие амортизаторы. Возможны однослойные и многослойные конструкции, ориентированные на восприятие различной нагрузки — вертикальной, поперечной и осевой, сил вращающего и опрокидывающего моментов. По своей конфигурации амортизаторы могут быть плоскими, шевронными и круглыми. Применение полиуретанов взамен резины в амортизаторах для стационарных машин и подвижного состава обеспечивает необходимые жесткостные свойства при увеличенной долговечности.

Упругие шарниры. Осевые, поперечные, и угловые смещения элементов машин с малыми механическими потерями и одновременно с вибродемпфированием все чаще обеспечивают с помощью упругих шарниров. К шарнирам примыкают сайлент-блоки, к которым дополнительно предъявляется требование виброизоляции за счет разъединения сочленяемых металлических частей. Полиуретан – высокотехнологичный материал, который позволяет изготавливать упругие слои сложной пространственной конфигурации. Высокая износостойкость полиуретана не только обеспечивает собственно долговечность шарнира, но и исключает увеличение зазоров, неизбежное при использовании механических шарниров.

Упругие упоры, демпферы, бамперы. Концевые ограничители перемещения подвижных подъемных кранов и др. оборудования вместо стальных пружин изготавливают из полиуретана для снижения массы. На буровых платформах применяют плавучие полиуретановые кранцы.

Колесный транспорт

Пневматические колеса технологического и внедорожного транспорта. Воздух замещается полиуретановым эластомером Тайфил. В этом случае, при сохранении упругих свойств колесо становится стойким к любым видам механических повреждений, повышается безопасность эксплуатации транспортного средства, улучшается его устойчивость. Возможно использование в работе шин с поврежденным протектором (рис. 4).

Защитные покрытия

Бассейны, каналы и лотки. Бетонные накопительные бассейны, отстойники, могильники агрессивных отходов, также как металлические танки и цистерны или бункеры и лотки обогатительных фабрик покрывают гидрозащитными и химстойкими слоями полиуретана. При больших покрываемых площадях используют напыление или обмазку полиуретановыми слоями.

Корпуса ротативных насосов. Внутреннюю поверхность-«улитку» центробежных и шиберных насосов, предназначенных для перекачки агрессивных или содержащих абразив жидкостей, защищают с помощью тонкостенных полиуретановых вкладышей и вставок.

Лопасти, скребки, задвижки. От абразивного изнашивания и коррозии вращающиеся лопасти мешалок и оттирочных машин (рис. 5, a), а также скребки лотковых транспортеров или шиберы затворов эффективно защищают с помощью полиуретановых покрытий. Долговечность стальных деталей по износу уступает на порядок (рис. 5, б).

Трубопроводы

Защита. Многослойные покрытия из полиуретанов используют для различной защиты трубопроводов сточных вод, нефтепродуктов и др. снаружи — для механической, абразивной и коррозийной; изнутри – тепловой, абразивной и химической.

Уплотнение муфт. Уплотнительные кольцевые прокладки размещают в соединительных муфтах секций гидравлических и пневматических металлических, а также дренажных керамических труб. Здесь уместно отметить фунгицидные и бактерицидные свойства полиуретана.

Пыжи. Цилиндрические пыжи, проталкиваемые под давлением прокачки вдоль нефтегазотрубопровода, снабжают кольцевыми гребнями для очистки отложений на стенках трубы. В стенках пыжа также размещают диагностическую аппаратуру для профилактических осмотров трубопровода.

Широкое внедрение полиуретанов, предлагаемых ТОО «К.Э.Н.Т.» горной промышленности, позволит повысить эффективность и качество работы оборудования.