非金屬耐磨材料總結(jié)

非金屬耐磨材料（階段）總結(jié)非金屬耐磨材料在渣漿泵上的研究實驗工作已有三年有余（業(yè)余研究）主要著手的工作是陶瓷。陶瓷有高溫?zé)Y(jié)與低溫?zé)Y(jié)之別，由于條件限制，只開展了低溫?zé)Y(jié)成型產(chǎn)品。產(chǎn)品型號為4/3D、6/4D葉輪等，陶瓷成型泵件的優(yōu)點是耐磨、耐氣蝕，耐酸堿性能好，缺點是成型困難，成品率低，不耐外力沖擊。目前最難解決的技術(shù)難題是任何刀具都無法加工，唯一可加工的是金剛石刀具，但消耗太大，在經(jīng)濟(jì)性上根本就行不通，因此陶瓷的成型一定要在模具上解決，成型后不加工。鑒于個人實驗條件有限，雖然制作出幾個小型葉輪，并且在模具開發(fā)上有了一定突破，但距離工業(yè)生產(chǎn)還需進(jìn)一步的研究實驗。在耐磨材料的研究道路上都是應(yīng)用兩個方案，一是以硬克硬，二是以柔克剛。我集團(tuán)目前使用的Cr27、15-3金屬材料都是以提高硬度來抗磨，用橡膠則是以柔克剛，因此在我遇到陶瓷成型后無法加工的難題后就轉(zhuǎn)變研究的思路，選擇了高分子彈性材料聚氨酯。聚氨酯1937年在德國研制成功，中國從60年代末開始研制，90年代以后開始應(yīng)用，聚氨酯是一個很大的體系，從外形分類上講主要分軟體、硬體和泡沫型。應(yīng)用最廣泛的是泡沫保溫材料和高檔鞋底材料（俗稱牛筋底）。一般用于工業(yè)上的聚氨酯多是硬體型的彈性體，在2000年前國產(chǎn)聚氨酯在技術(shù)上不過關(guān)，質(zhì)量差，品種少，產(chǎn)品易水解（遇水膨脹分層）國外技術(shù)封鎖，2000年后一些外資在國內(nèi)建廠，聚氨酯技術(shù)開始提高，水解的問題也得到解決，工業(yè)上的應(yīng)用也開始不斷擴(kuò)大。聚氨酯材料是公認(rèn)的耐磨材料（從高檔鞋上開始），由于外觀性能上酷似橡膠，因此通常把軟、硬型（泡沫型除外）聚氨酯稱之為特種耐磨橡膠，但其耐磨性、耐撕裂、耐酸堿性都優(yōu)于橡膠。尤其硬型（邵A80-100）聚氨酯彈性體的可加工型非常好，用普通機(jī)加設(shè)備就可完成，另外硬型聚氨酯的制造成型也很方便，即可由液體澆注成型也可壓力成型，而且通過不同配方的調(diào)整可在很寬的范圍內(nèi)來設(shè)計制造各種性能的產(chǎn)品。一、聚氨酯材料的制備1、一步成形法聚氨酯由多種化工材料通過反應(yīng)釜聚合而成，簡單地說是由異氰酸酯，多元醇及擴(kuò)鏈劑、催化劑、表面活性劑這幾大類原輔材料通過反應(yīng)釜加熱、加壓、蒸餾聚合而成的一種外觀是液體的高分子材料，這種高分子材料的分子結(jié)構(gòu)是線型排列，當(dāng)把上述工藝流程完成后再把這種液體材料注壓到所需生產(chǎn)的磨具中，加熱硫化成型，分子結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變成體型（網(wǎng)型）結(jié)構(gòu)就得到所需的產(chǎn)品，由這種方法來生產(chǎn)的聚氨酯工藝稱之為一步法。一般情況下這種方法多用于專業(yè)化工研究和生產(chǎn)廠家（如山西化工院）以及聚氨酯專業(yè)生產(chǎn)廠，此方法如同我們自己在家包餃子，跺餡、和面、包餃子、煮餃子整個流程完成才能吃到餃子。2、二步成型法對于多數(shù)使用聚氨酯生產(chǎn)產(chǎn)品的廠家如鞋底，耐磨板，旋流器，耐磨套，密封環(huán)等用一步法投資大，化工技術(shù)難度大，工藝流程長，質(zhì)量也不易控制，因此近些年來出現(xiàn)一些專業(yè)生產(chǎn)聚氨酯預(yù)聚體的廠家。聚氨酯預(yù)聚體就是在一步法的生產(chǎn)中不加入催化劑，擴(kuò)鏈劑（也稱固化劑）。這種預(yù)聚體可在常溫下保存100天左右而不發(fā)生型體的變化（線型-體型）包裝為20-200Kg/桶。專業(yè)生產(chǎn)預(yù)聚體的廠家可以提供不同用途，不同價格，不同性能的產(chǎn)品，專門供應(yīng)這些使用聚氨酯的廠家。如果我集團(tuán)今后生產(chǎn)聚氨酯產(chǎn)品就可分別采購預(yù)聚體和催化劑，將這兩種（或三種）材料攪拌混合（可手工、可機(jī)器）后注入到模具中就可成型。也就如同我們在超市里買回速凍餃子一樣，回家煮好就可以吃到餃子一樣。用聚氨酯專用混合機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品，計量準(zhǔn)確，自動化高，溫度易控制，產(chǎn)品無氣泡。這種設(shè)備已有國產(chǎn)，價格是根據(jù)流量來定，估計在12萬元左右，我們在山西化工院見到的有德國、日本和國內(nèi)溫州產(chǎn)的混料機(jī)，據(jù)他們講國產(chǎn)混料機(jī)質(zhì)量也可以。二、聚氨酯材料的性能指標(biāo)1、耐磨性根據(jù)已發(fā)表的聚氨酯性能資料的介紹，其在工業(yè)上的應(yīng)用數(shù)據(jù)是比耐磨金屬材料更耐磨，壽命延長2-3倍，比橡膠的耐磨壽命提高3-6倍，但這些數(shù)據(jù)的實驗條件不同，方式各異，因此只能定性的說聚氨酯這種材料的耐磨性能。我集團(tuán)公司研發(fā)中心材料組用我廠的金屬材料試塊與聚氨酯材料試塊（二組共六塊）在相同環(huán)境，相同介質(zhì)，相同轉(zhuǎn)速的情況下進(jìn)行了磨損定量對比實驗，其實驗數(shù)據(jù)表明聚氨酯的耐磨性能是Cr27材質(zhì)的三倍以上，詳見實驗數(shù)據(jù)表。注：我集團(tuán)公司磨耗試驗用的是失重法，而聚氨酯行業(yè)的磨耗采用的是阿可隆法，實驗手段、設(shè)備不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)肯定不可類比。2、耐水性和耐酸堿性早期聚氨酯的缺陷之一就是耐水性差，長期在水中浸泡會產(chǎn)生膨脹，尺寸嚴(yán)重超差和變形，因此在工業(yè)上的應(yīng)用受到了限制，目前我材料組也對此次的試塊進(jìn)行了耐水、耐酸的實驗，將兩塊聚氨酯試塊放在PH值為3的酸性溶液中（模仿電廠脫硫泵介質(zhì)，考慮此種材料今后在脫硫泵上的應(yīng)用），至今已達(dá)40多天，從外觀看無變化，吸水性肯定是有但很小，據(jù)山西化工院說飽和溶解度為1.5%（體積）左右，這個數(shù)值對我們在泵上的應(yīng)用是沒問題的。在2011年我制造了兩個聚氨酯葉輪裝在金屬泵上，用在鐵礦上一個多月，從回收來的廢件上并沒有發(fā)現(xiàn)水解破壞的地方，此兩個葉輪現(xiàn)仍放在實驗組，可以證明聚氨酯材料的耐水性沒問題，而其耐酸堿性只是放在了模擬的溶液中靜態(tài)浸泡，今后還需在使用現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)實驗觀察以驗明其效果。3、撕裂強(qiáng)度不論是橡膠還是聚氨酯這類彈性體材料在水泵上使用損壞多是由于流體漿料中的顆粒在重力的作用下對泵體進(jìn)行摩擦和撕裂破壞，而撕裂的破壞作用要遠(yuǎn)大于摩擦破壞。因此抗撕裂強(qiáng)度也是一項非常重要的指標(biāo)。4、經(jīng)濟(jì)性聚氨酯的配方很多，材料來源不同，有進(jìn)口和國產(chǎn)之別。因此聚氨酯預(yù)聚體的價格范圍也很寬泛，一般情況下為30-60元/kg,在市場上有廠家專門提供聚氨酯的成品件加工，價格多為加工費和材料費各占50%，總體的價格為100-120元/kg聚氨酯的密度為1.1g/cm3,黑金屬的密度為7.81.1g/cm3兩者相差7倍,如果能夠用于泵的過流部件且自己生產(chǎn)其價格優(yōu)勢顯而易見,若按1000kgCr27成品件的成本為25000元來算，需用聚氨酯的重量為143kg,如由外加工按120kg/kg計，需143*120=17160元，二者之差為8000元，比Cr27節(jié)省30%以上，如果今后公司自己購入材料來生產(chǎn)，我大概計算成本預(yù)計是Cr27的50%左右，其經(jīng)濟(jì)性還是可行的。三、聚氨酯預(yù)聚體的選擇根據(jù)我個人這幾年的經(jīng)驗來看，生產(chǎn)耐磨泵件對預(yù)聚體的要求是：1、硬度（邵A）聚氨酯的硬度測定與橡膠相同為邵氏硬度，一般選擇值為85-95，在這個范圍內(nèi)耐磨性好，抗撕裂性良，可進(jìn)行傳統(tǒng)的機(jī)床加工，這是非常重要的。2、磨耗（mm3）這個磨耗值我們目前無專用設(shè)備，無法測定，但供應(yīng)廠家一般都會提供數(shù)據(jù)，一般為35左右3、撕裂強(qiáng)度（KN/m無缺口）這個值同樣我們無法測定，一般廠家都會提供，為25左右。4、耐水性（體積百分比）目前國內(nèi)生產(chǎn)預(yù)聚體商品在耐磨性上可達(dá)到我們的工況要求，一般情況下的吸水飽和度為1-2%我們在購買時注意這一點就可以了。四、聚氨酯在渣漿泵上的應(yīng)用根據(jù)目前的市場調(diào)研和相關(guān)資料表示，現(xiàn)階段把聚氨酯應(yīng)用到渣漿泵上的廠家很少，但也有個別的聚氨酯專業(yè)生產(chǎn)廠家以生產(chǎn)出小型渣漿泵和挖泥泵上的耐磨配件，目前的狀態(tài)是搞聚氨酯的不懂泵，搞泵的不懂聚氨酯，因此這兩者的結(jié)合很重要。我在2011年生產(chǎn)的兩個4/3D葉輪用在Cr27材質(zhì)泵上實驗從結(jié)果來看，耐磨壽命提高一倍是有把握的。聚氨酯的耐酸堿性也比橡膠好，如果用于脫硫泵過流件估計也是可行的。在國內(nèi)使用挖泥泵中有進(jìn)口的挖泥泵，據(jù)了解就有使用聚氨酯材料的，目前已有損壞的，國內(nèi)已有聚氨酯生產(chǎn)廠家開始提供配件，但多是護(hù)板類的簡單品種五、下一階段工作安排在中小型渣漿泵上開展實驗工作，利用現(xiàn)有的模具先由外加工成型，在數(shù)量上盡可能多一點，把生產(chǎn)出的這些泵件盡快讓客戶使用上，這樣可做到投入少，數(shù)量上多得到的數(shù)據(jù)就多，對今后的應(yīng)用會有更廣泛的意義，生產(chǎn)的泵件小，即使有損失和意外，后果也不會太大，具體工作安排如下：月份，由橡膠車間清整出模具和骨架，生產(chǎn)出6/4E葉輪10件，前護(hù)板10件，護(hù)套5件。多做的葉輪和護(hù)板的目的是將其裝在Cr27泵上，混裝在一起更好的觀察使用的效果。月份，將生產(chǎn)出的聚氨酯泵件由太原拉回來后送裝配車間裝泵，并做好相應(yīng)的記錄和標(biāo)記。月份，將這些泵件裝泵后發(fā)到客戶手中，今后按標(biāo)記