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聚氨酯彈性體在渣漿泵上的應(yīng)用

　　1　原材料定型與試驗(yàn)方法

　　聚氨酯原材料可供選擇的品種較多，兼顧工程技術(shù)要求及經(jīng)濟(jì)成本兩方面因素，我們確立了以PTMG型預(yù)聚體和MOCA為主料的雙組分生產(chǎn)工藝路線，其中輔料包括四氯乙烯溶劑、二甲基硅油脫模劑、開姆洛克218膠黏劑等。

　　試驗(yàn)面向的是中小件制品的生產(chǎn)，所需用膠量小(<50公斤)，且制作工藝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，只要嚴(yán)格遵照技術(shù)要求，通過手工操作方法完全可以保證試樣或成品的質(zhì)量。當(dāng)采用手工操作完成時(shí)，使用的主要設(shè)備及工裝。

　　本文制定三種配型方案，混料后分別澆注圓盤磨損試塊，長(zhǎng)方形試片，成型后經(jīng)16小時(shí)后熟化處理制成終樣。具體操作流程：利用邵氏硬度計(jì)分別測(cè)試圓盤試塊的硬度，并將其依次安裝在濕法磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行90個(gè)小時(shí)的磨損試驗(yàn)，每4個(gè)小時(shí)更換一次新介質(zhì)，記錄烘烤后的試塊前后失重比率，與已有高鉻鑄鐵BTMCr28耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)作對(duì)比;把4mm試片裁成啞鈴狀及褲形狀并使用QX-W400拉力機(jī)分組做拉力及抗撕裂試驗(yàn)。同時(shí)配制腐蝕性溶液，相同條件下對(duì)渣漿泵常用耐磨蝕材料Cr30A(高鉻鑄鐵)及聚氨酯試樣懸掛浸泡，比較腐蝕破壞程度。

　　2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1　物理機(jī)械性能分析

　　筆者對(duì)每組試樣分別進(jìn)行了三次物理性能測(cè)試，結(jié)果取均值列入表2中�？梢姡�三種類型聚氨酯彈性體材料的硬度、抗拉、耐撕裂強(qiáng)度均高于天然混煉橡膠。結(jié)果具有一定實(shí)際意義：當(dāng)渣漿泵襯膠(天然橡膠)葉輪的外緣線速度>30m/s時(shí)，受離心力作用部件表面局部膠體會(huì)發(fā)生變形，這樣不僅對(duì)材料本身造成破壞，而且在運(yùn)行過程中會(huì)逐漸加大軸功率，影響渣漿泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn);相比之下，聚氨酯彈性體的物理性能會(huì)有明顯的提升，材料適用范圍得到拓展，部件運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性與安全性也有所保證。

　　2.2　磨損試驗(yàn)分析

　　采用轉(zhuǎn)速為2840rad/min三相電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)端，對(duì)每組聚氨酯圓盤樣塊及Cr30A金屬試塊持續(xù)進(jìn)行相同時(shí)間的全浸入濕磨試驗(yàn)，具體損耗情況。結(jié)果顯示，在小顆粒介質(zhì)漿料(粒度40目以下)中，聚氨酯彈性體與混煉橡膠均有良好的表現(xiàn)，其中一組HB82試樣優(yōu)勢(shì)明顯，第三組HB40D的抗磨系數(shù)與Cr30A較為接近，邵氏硬度在80～100S范圍內(nèi)試樣抗磨性隨硬度變化呈遞減趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谛☆w粒磨料環(huán)境中，材料的破壞主要來自漿液的沖刷與磨料的犁削，在這種磨損機(jī)理中金屬材料的破壞屬于以硬碰硬，只有通過細(xì)化碳化物晶粒，提高基體馬氏體轉(zhuǎn)變量，增強(qiáng)二者的結(jié)合力，使抗剝離強(qiáng)度升高才能保證磨損面的可靠性，但這種處理方式難度較大而且會(huì)犧牲材質(zhì)自身的韌性，在實(shí)際應(yīng)用中不能得到完全發(fā)揮。而同樣磨料環(huán)境中，對(duì)于彈性體(包括混煉橡膠)耐磨層來說，抵抗破壞卻是采用“以柔克剛”的方式，磨料顆粒物的沖擊功被彈性體部分吸收，使材料表面微變形，從而縮小摩擦接觸面積，彈性體材料所有的退讓性，降低了表層失效的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于聚氨酯彈性體材料來說，邵氏硬度增加到一定程度，表面吸能特性逐漸消失，直接磨損機(jī)率變大。然而在大顆粒磨料介質(zhì)中彈性體材料并未體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，物理性能較低的混煉橡膠更是磨損較嚴(yán)重。這主要是因?yàn)槟チ显诙�次碰撞后�?huì)產(chǎn)生新的帶有銳角的斷面或鋒利的棱邊，它對(duì)彈性體表面有一定的割裂作用，導(dǎo)致材料局部耐撕裂強(qiáng)度下降，所以試驗(yàn)中聚氨酯彈性體與混煉橡膠試塊的失重率均明顯增加。盡管如此，聚氨酯彈性體材料內(nèi)部有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征，使其整體性較好，機(jī)械物理性能更佳(相對(duì)混煉橡膠)，破壞并未擴(kuò)展延伸也沒有造成微小區(qū)域脫落，在磨損數(shù)據(jù)上接近抗磨鑄鐵Cr30A。

　　2.3　耐腐蝕試驗(yàn)分析

　　將試驗(yàn)材料與對(duì)比材料試片懸掛浸泡在幾種腐蝕液中，定期更換液體，模擬實(shí)際工況環(huán)境的腐蝕情況。列舉了不同試驗(yàn)材料的浸泡時(shí)間、環(huán)境條件及腐蝕后的結(jié)果描述。

　　聚氨酯彈性體材料在大多數(shù)腐蝕介質(zhì)中是適用的。首先，有機(jī)材料本身在電解質(zhì)中不發(fā)生電化學(xué)腐蝕;其次，隨澆注型聚氨酯原材料質(zhì)量控制技術(shù)的進(jìn)步，其制品的耐水性、耐溶劑、耐油性物質(zhì)、耐酸堿的性能大有改善，而且聚氨酯經(jīng)硫化處理后組織內(nèi)部充分交聯(lián)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，腐蝕液很難侵入破壞。這些特性使其在含有氯離子等鹵鹽溶液中、還原性介質(zhì)中抗腐蝕性優(yōu)勢(shì)更加明顯，而此種腐蝕環(huán)境里，鋼鐵材料往往通過高合金配比才能滿足使用要求。不過我們也發(fā)現(xiàn)在高濃度強(qiáng)氧化性酸(如濃硫酸、濃硝酸)及在高溫環(huán)境中，彈性體材料的適應(yīng)性是不理想的。這主要因?yàn)榫郯滨ナ怯商肌�氫、氮、氧組成的有機(jī)化合物，長(zhǎng)期暴露于上述境中局部會(huì)發(fā)生氧化嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致碳化，特別在熱氣氛中雖不像線性結(jié)構(gòu)材料那樣容易分解，但其穩(wěn)定性已然不足。到目前為止可以通過改性方法使聚氨酯彈性體材料的耐熱溫度達(dá)到150～200℃，但對(duì)于有磨料磨損的流體場(chǎng)合通常不建議在80℃以上長(zhǎng)期使用。

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