非金属耐磨材料总结

非金属耐磨材料（阶段）总结非金属耐磨材料在渣浆泵上的研究实验工作已有三年有余（业余研究）主要着手的工作是陶瓷。陶瓷有高温烧结与低温烧结之别，由于条件限制，只开展了低温烧结成型产品。产品型号为4/3D、6/4D叶轮等，陶瓷成型泵件的优点是耐磨、耐气蚀，耐酸碱性能好，缺点是成型困难，成品率低，不耐外力冲击。目前最难解决的技术难题是任何刀具都无法加工，唯一可加工的是金刚石刀具，但消耗太大，在经济性上根本就行不通，因此陶瓷的成型一定要在模具上解决，成型后不加工。鉴于个人实验条件有限，虽然制作出几个小型叶轮，并且在模具开发上有了一定突破，但距离工业生产还需进一步的研究实验。在耐磨材料的研究道路上都是应用两个方案，一是以硬克硬，二是以柔克刚。我集团目前使用的Cr27、15-3金属材料都是以提高硬度来抗磨，用橡胶则是以柔克刚，因此在我遇到陶瓷成型后无法加工的难题后就转变研究的思路，选择了高分子弹性材料聚氨酯。聚氨酯1937年在德国研制成功，中国从60年代末开始研制，90年代以后开始应用，聚氨酯是一个很大的体系，从外形分类上讲主要分软体、硬体和泡沫型。应用最广泛的是泡沫保温材料和高档鞋底材料（俗称牛筋底）。一般用于工业上的聚氨酯多是硬体型的弹性体，在2000年前国产聚氨酯在技术上不过关，质量差，品种少，产品易水解（遇水膨胀分层）国外技术封锁，2000年后一些外资在国内建厂，聚氨酯技术开始提高，水解的问题也得到解决，工业上的应用也开始不断扩大。聚氨酯材料是公认的耐磨材料（从高档鞋上开始），由于外观性能上酷似橡胶，因此通常把软、硬型（泡沫型除外）聚氨酯称之为特种耐磨橡胶，但其耐磨性、耐撕裂、耐酸碱性都优于橡胶。尤其硬型（邵A80-100）聚氨酯弹性体的可加工型非常好，用普通机加设备就可完成，另外硬型聚氨酯的制造成型也很方便，即可由液体浇注成型也可压力成型，而且通过不同配方的调整可在很宽的范围内来设计制造各种性能的产品。一、聚氨酯材料的制备1、一步成形法聚氨酯由多种化工材料通过反应釜聚合而成，简单地说是由异氰酸酯，多元醇及扩链剂、催化剂、表面活性剂这几大类原辅材料通过反应釜加热、加压、蒸馏聚合而成的一种外观是液体的高分子材料，这种高分子材料的分子结构是线型排列，当把上述工艺流程完成后再把这种液体材料注压到所需生产的磨具中，加热硫化成型，分子结构由线型转变成体型（网型）结构就得到所需的产品，由这种方法来生产的聚氨酯工艺称之为一步法。一般情况下这种方法多用于专业化工研究和生产厂家（如山西化工院）以及聚氨酯专业生产厂，此方法如同我们自己在家包饺子，跺馅、和面、包饺子、煮饺子整个流程完成才能吃到饺子。2、二步成型法对于多数使用聚氨酯生产产品的厂家如鞋底，耐磨板，旋流器，耐磨套，密封环等用一步法投资大，化工技术难度大，工艺流程长，质量也不易控制，因此近些年来出现一些专业生产聚氨酯预聚体的厂家。聚氨酯预聚体就是在一步法的生产中不加入催化剂，扩链剂（也称固化剂）。这种预聚体可在常温下保存100天左右而不发生型体的变化（线型-体型）包装为20-200Kg/桶。专业生产预聚体的厂家可以提供不同用途，不同价格，不同性能的产品，专门供应这些使用聚氨酯的厂家。如果我集团今后生产聚氨酯产品就可分别采购预聚体和催化剂，将这两种（或三种）材料搅拌混合（可手工、可机器）后注入到模具中就可成型。也就如同我们在超市里买回速冻饺子一样，回家煮好就可以吃到饺子一样。用聚氨酯专用混合机生产的产品，计量准确，自动化高，温度易控制，产品无气泡。这种设备已有国产，价格是根据流量来定，估计在12万元左右，我们在山西化工院见到的有德国、日本和国内温州产的混料机，据他们讲国产混料机质量也可以。二、聚氨酯材料的性能指标1、耐磨性根据已发表的聚氨酯性能资料的介绍，其在工业上的应用数据是比耐磨金属材料更耐磨，寿命延长2-3倍，比橡胶的耐磨寿命提高3-6倍，但这些数据的实验条件不同，方式各异，因此只能定性的说聚氨酯这种材料的耐磨性能。我集团公司研发中心材料组用我厂的金属材料试块与聚氨酯材料试块（二组共六块）在相同环境，相同介质，相同转速的情况下进行了磨损定量对比实验，其实验数据表明聚氨酯的耐磨性能是Cr27材质的三倍以上，详见实验数据表。注：我集团公司磨耗试验用的是失重法，而聚氨酯行业的磨耗采用的是阿可隆法，实验手段、设备不统一，数据肯定不可类比。2、耐水性和耐酸碱性早期聚氨酯的缺陷之一就是耐水性差，长期在水中浸泡会产生膨胀，尺寸严重超差和变形，因此在工业上的应用受到了限制，目前我材料组也对此次的试块进行了耐水、耐酸的实验，将两块聚氨酯试块放在PH值为3的酸性溶液中（模仿电厂脱硫泵介质，考虑此种材料今后在脱硫泵上的应用），至今已达40多天，从外观看无变化，吸水性肯定是有但很小，据山西化工院说饱和溶解度为1.5%（体积）左右，这个数值对我们在泵上的应用是没问题的。在2011年我制造了两个聚氨酯叶轮装在金属泵上，用在铁矿上一个多月，从回收来的废件上并没有发现水解破坏的地方，此两个叶轮现仍放在实验组，可以证明聚氨酯材料的耐水性没问题，而其耐酸碱性只是放在了模拟的溶液中静态浸泡，今后还需在使用现场进行动态实验观察以验明其效果。3、撕裂强度不论是橡胶还是聚氨酯这类弹性体材料在水泵上使用损坏多是由于流体浆料中的颗粒在重力的作用下对泵体进行摩擦和撕裂破坏，而撕裂的破坏作用要远大于摩擦破坏。因此抗撕裂强度也是一项非常重要的指标。4、经济性聚氨酯的配方很多，材料来源不同，有进口和国产之别。因此聚氨酯预聚体的价格范围也很宽泛，一般情况下为30-60元/kg,在市场上有厂家专门提供聚氨酯的成品件加工，价格多为加工费和材料费各占50%，总体的价格为100-120元/kg聚氨酯的密度为1.1g/cm3,黑金属的密度为7.81.1g/cm3两者相差7倍,如果能够用于泵的过流部件且自己生产其价格优势显而易见,若按1000kgCr27成品件的成本为25000元来算，需用聚氨酯的重量为143kg,如由外加工按120kg/kg计，需143*120=17160元，二者之差为8000元，比Cr27节省30%以上，如果今后公司自己购入材料来生产，我大概计算成本预计是Cr27的50%左右，其经济性还是可行的。三、聚氨酯预聚体的选择根据我个人这几年的经验来看，生产耐磨泵件对预聚体的要求是：1、硬度（邵A）聚氨酯的硬度测定与橡胶相同为邵氏硬度，一般选择值为85-95，在这个范围内耐磨性好，抗撕裂性良，可进行传统的机床加工，这是非常重要的。2、磨耗（mm3）这个磨耗值我们目前无专用设备，无法测定，但供应厂家一般都会提供数据，一般为35左右3、撕裂强度（KN/m无缺口）这个值同样我们无法测定，一般厂家都会提供，为25左右。4、耐水性（体积百分比）目前国内生产预聚体商品在耐磨性上可达到我们的工况要求，一般情况下的吸水饱和度为1-2%我们在购买时注意这一点就可以了。四、聚氨酯在渣浆泵上的应用根据目前的市场调研和相关资料表示，现阶段把聚氨酯应用到渣浆泵上的厂家很少，但也有个别的聚氨酯专业生产厂家以生产出小型渣浆泵和挖泥泵上的耐磨配件，目前的状态是搞聚氨酯的不懂泵，搞泵的不懂聚氨酯，因此这两者的结合很重要。我在2011年生产的两个4/3D叶轮用在Cr27材质泵上实验从结果来看，耐磨寿命提高一倍是有把握的。聚氨酯的耐酸碱性也比橡胶好，如果用于脱硫泵过流件估计也是可行的。在国内使用挖泥泵中有进口的挖泥泵，据了解就有使用聚氨酯材料的，目前已有损坏的，国内已有聚氨酯生产厂家开始提供配件，但多是护板类的简单品种五、下一阶段工作安排在中小型渣浆泵上开展实验工作，利用现有的模具先由外加工成型，在数量上尽可能多一点，把生产出的这些泵件尽快让客户使用上，这样可做到投入少，数量上多得到的数据就多，对今后的应用会有更广泛的意义，生产的泵件小，即使有损失和意外，后果也不会太大，具体工作安排如下：月份，由橡胶车间清整出模具和骨架，生产出6/4E叶轮10件，前护板10件，护套5件。多做的叶轮和护板的目的是将其装在Cr27泵上，混装在一起更好的观察使用的效果。月份，将生产出的聚氨酯泵件由太原拉回来后送装配车间装泵，并做好相应的记录和标记。月份，将这些泵件装泵后发到客户手中，今后按标记