马学强1，张国锋2
(1.青岛聚合四维科技有限公司，青岛266318;2.东平中联水泥有限公司，济南271500)
摘 要：喷涂聚脲弹性体本身具有良好的物理性能，是采用喷涂技术输出的双组份快速反应型产品。输送带在使用过程中经常出现划伤、撕裂、断裂等损伤，因此如何将喷涂聚脲技术应用于输送带的快速修复中，是值得研究的问题。为了深入研究喷涂聚脲弹性体技术在输送带快速修复中的综合性能，采用理论与实际应用相结合的方式，研究了喷涂聚脲弹性体的基本力学性能、与输送带的粘结性能、快速修复受损输送带的技术性能、以及传统修补技术与喷涂聚脲技术在修复输送带上的对比。结果表明：聚脲材料具有优良的物理性能、与输送带的粘结性能、耐划伤耐磨损性能，应用于输送带的破损修复上可缩短输送带的修复周期，提高输送带的使用性能。聚脲材料本身的拉伸强度可达到17.8MPa、断裂伸长率达到485%、磨耗量为6.7mg，修复后与输送带的剥离强度最低值为10.7kN/m。聚脲快速修复技术材质优良、施工便捷、可在短时间内实现大范围的修复，且可修复撕裂、剥落、脱层等多种形式的破损。聚脲快速修复技术无论是在矿井深部还是普通环境均可以无条件适应施工环境，避免因天气变化或施工条件的改变带来的不稳定因素影响。
关键词：喷涂聚脲;快速修复;力学性能;剥离强度;修复技术
中图分类号：TD713文献标识码：A 文章编号：
Experimental research on rapid repair of conveyor belt
by spraying polyurea
MAXueqiang1LI Xinmao2 ZHANG Guofeng3
(1.Qingdao Polyswell Technology Co., Ltd.,Qingdao266318,China;
2.Center of Engineering Test and Appraisal, Qingdao Technological University,Qingdao266033,China;
3.Dongping Zhonglian Cement Co. LTD,Jinan 271500,China)
Abstract: Polyurea material has excellent physical properties, bonding performance with conveyor belt, scratch resistance and wear resistance, which can shorten the repair cycle of conveyor belt and improve the performance of conveyor belt when applied to the damage repair of mine conveyor belt.The tensile strength of polyurea material itself can reach 17.8mpa, the elongation at break reaches 485%, and the abrasion loss is 6.7mg. After repair, the peel strength with the conveyor belt is 10.7kN/m at its lowest value.Polyurea rapid repair technology has excellent materials, convenient construction, and can achieve a wide range of repair in a short time, and can repair tear, peeling, delamination and other forms of damage.No matter in the deep mine or in the general environment, the rapid urea-polyurea repair technology can adapt to the construction environment unconditionally and avoid the unstable factors caused by the change of weather or construction conditions.
Key words:polyurea;rapid repair;physical properties;bonding performance;repair technology
0 引言
带式输送机具有输送能力强、韧性强、适应性强以及便于操作等优点被广泛应用在矿山等诸多行业中。带式输送机具有运输量大、机械效率高，可连续运载运输生产物料，而且运输距离长，耗能更低等优点，因此被广泛应用于采矿、冶金、港口以及工矿企业内部的生产流水线上，并且在我国大宗散货港口装卸作业中也应用颇多。但是输送带撕裂、断带则会使输送带输送停止、造成运输通道堵塞甚至停产，是带式输送机最严重的故障。输送带价格约占整条带式输送机价格的25%~50%，价格昂贵，且输送带的更换时间在8~10h，需要耗费较大的时间成本，影响矿山生产效率;因此如何短时间、高质量的修复输送带是亟待解决的问题。
喷涂聚脲弹性体材料具有固化时间短、材料强度高、与基材粘结力强、修复时间短等优点。因此将喷涂聚脲弹性体材料应用于矿山输送带的修复是可以有效解决破损输送带的修复问题。
1 工程概况
本工程是山西某大型煤矿的输送带，试验段长度为30m，该输送带为煤矿用钢丝绳芯阻燃输送带，表面覆盖胶已出现破损、剥蚀、撕裂。经过现场勘查及讨论，该煤矿井下作业时间短，但对修复后的输送带质量要求高，因此决定采用喷涂聚脲快速修复技术对该输送带进行处理，保证修复质量的同时缩短修复时间。
在输送带修复过程中，修复材料本身的性能和与基材的粘结性是关注的重点。材料本身性能优良才能在修复后有足够的承载能力，才可以在修复后的输送带工作中发挥应有的性能。同时如果修复材料与基材的粘结力不足，将会导致修复材料与基材产生空隙，严重时甚至会产生脱落，从而导致输送带的修复失败。因此，试验主要从修复材料本身性能和与基材粘结力着手来进行研究。
2 试验条件
本次试验是在山西某大型煤矿中进行，选择的是煤矿用钢丝绳芯阻燃输送带，表面覆盖胶已出现破损、剥蚀、撕裂。矿井的深度约为地下400米，温度为10℃~15℃，湿度为75%~89%。
3 试验材料及工具
喷涂聚脲材料：青岛聚合四维科技有限公司提供的JHSW8603耐磨及修复聚脲材料;
喷涂配套底漆：青岛聚合四维科技有限公司提供的JHSW8603耐磨及修复聚脲材料的配套底漆;
喷涂设备：美国固瑞克REACTOR H-XP3聚脲喷涂机、固瑞克Fusion AP喷枪、空压机等;
预处理工具：打磨机、钢丝刷、辊涂刷、清洗剂等;
防护工具：整体式防护服、护目镜、呼吸面罩等。
4 修复试验及流程
喷涂聚脲弹性体修复技术的施工步骤为：基材处理、底漆施工、聚脲喷涂施工。
4.1基材处理
本次的试验段输送带表面有嵌入的煤渣、煤灰、以及不规则的破损，且矿井较深湿度较大。因此良好的基材处理方法是保证输送带修复质量的前提，基材处理的目的是将破损的输送带表面的水分、残渣、煤灰、煤屑清理干净，尽量让待修复的基面处在干燥、清洁的状态。基材处理的具体步骤为：第一步采用角磨机、钢丝刷等将输送带的破损部分进行打磨，使得破损部分出现较为规整的粗糙斜面;第二部采用吸尘器等清除输送带表面的煤渣、煤灰、输送带破损残渣等物质，保证基面的干净、整洁;第三步将清洁完毕的基面进行干燥处理。待修复的输送带原状见图1，基材处理过程见图2。
图 1 待修复输送带的原状
图 2 待修复输送带的基材处理
4.2 底漆施工
在喷涂聚脲快速修复输送带的施工中底漆起着至关重要的作用，一是封闭输送带表面的粗糙颗粒和孔隙，渗透型底漆可以很好地封闭破损输送带表面的孔隙，避免后期喷涂施工时出现孔洞;二是提高喷涂聚脲修复层与输送带基面的粘结性。
在清洁后的输送带基面进行配套底漆的施工，采用的是辊涂和刷涂相结合的工艺，待底漆表干后方可进行聚脲喷涂施工，底漆施工见图3。
本次底漆施工中的注意事项为：一是要在输送带基材表面全面涂刷配套底漆;二是清洁完毕后要待基面干燥后才可进行底漆施工，避免产生气泡、鼓包;三是在底漆施工过程中要在破损处进行反复涂刷，不遗漏任何细小缺陷，以确保基材表面的小孔洞全面封闭，避免后期喷涂聚脲层时出现气泡及鼓包现象。
图3 待修复输送带刷涂底漆施工
4.3聚脲喷涂
喷涂设备采用体积比为1:1的A、B双组份高压喷涂机，该喷涂设备的最大定额压力为3500psi，每分钟的输出量约为11公斤，并且可以连续作业。
聚脲喷涂施工前：一是底漆施工完毕，待底漆表干即可进行聚脲喷涂施工;二是环境温度要高于露点温度5℃以上;聚脲的A、B组分要加热至工作温度，并进行充分搅拌，以保证材料混合均匀;三是喷涂人员要进行全面防护。
喷涂聚脲弹性体快速修复技术采用一体化喷涂成型，聚脲层的厚度可根据现场输送带的破损情况选择，本次综合考虑输送带状态，根据不同段破损程度，聚脲层的喷涂厚度在3mm~5mm之间。聚脲喷涂施工详见图4~图5。
图4 聚脲喷涂施工过程
图5 聚脲喷涂施工完成
5 性能测试与讨论
输送带修复结束后进行聚脲层与输送带之间的剥离强度测试;并对该条件下喷涂成型的聚脲样品通过制样、养护后进行性能测试。
5.1 剥离强度测试
剥离强度系指结合在一起的材料，从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力。剥离时角度有90度或180度，单位为：牛顿/米(N/m)，反映的是材料之间的结合强度。
将聚脲材料通过高压喷涂机喷涂于输送带表面，并制成宽度为25mm，长度不小于350mm的长条状试样;沿试样长度方向一端将复合层与基材预先剥开50mm，被剥开的部分不得有明显损伤。将试样的输送带一侧夹紧在固定夹头上，将聚脲层夹紧在另一夹头上，使得试样剥开部分的纵轴与上、下夹具中心连线重合，并松紧适宜，并使得输送带和聚脲层呈180°，夹头的分离速率保持为100±10mm/min，计算剥离力的剥离长度至少要达到100mm。剥离强度的测试结果见表1所示。
表1 剥离强度测试结果
测试项目 | 180°剥离强度（kN/m） | 破坏位置 |
试样1 | 11.3 | 输送带内聚破坏 |
试样2 | 10.8 | 输送带内聚破坏 |
试样3 | 11.1 | 输送带内聚破坏 |
试样4 | 10.7 | 输送带内聚破坏 |
试样5 | 10.9 | 输送带内聚破坏 |
5.2 喷涂环境下试样性能测试
在输送带修复条件下进行喷涂聚脲制样，并在同条件下养护后进行性能测试。
试验喷涂聚脲材料具有优良的物理性能、耐介质腐蚀性能、耐磨损性能、耐疲劳性能。将聚脲材料的A、B组份经过高压喷涂设备制成厚度约为2mm的均匀片材，进行系列性能的测试，具体测试结果见表2所示，物理性能测试结果优良。
表2 聚脲的物理性能测试结果
测试项目 | 检测结果 |
拉伸强度/MPa | 17.8 |
断裂伸长率/% | 485 |
撕裂强度/MPa | 89 |
硬度/邵A | 73 |
磨耗量/mg | 6.7 |
耐冲击性/(kg•m) | 2.5 |
6 与常规修复技术的综合比较
喷涂聚脲弹性体修复技术的优点是：材料性能优良、施工效率高、修复周期短、与原输送带粘结强度高。
6.1材料性能优良
喷涂聚脲弹性体技术是在RIM技术基础上发展起来的反应时间短、不产生流挂现象、可根据工程现状调节施工厚度。该弹性体在成型后有很好的力学性能、耐磨损性能、耐冲击性能、耐腐蚀性能、耐老化性能、耐疲劳性能等，符合矿用输送带的要求。
6.2修复时间短
喷涂聚脲弹性体修复技术从基材处理开始至喷涂修复完成，整个过程的持续时间一般为1h~4h，大大缩短了修复时间。在矿山行业中，时间就是生命，输送带出现破损后若能及时修复并减少修复时间，就可减少因停工产生的不必要损失。
6.3修复范围广
对于输送带产生局部磨损、撕裂、疲劳破坏等损坏，喷涂聚脲弹性体技术均可以采用便捷的施工处理方式，将适合特定输送带的聚脲材料与原输送带形成良好结合。
6.4 节省费用
输送带在使用中往往只是局部产生磨损，且输送带的整体骨架相对完整，在进行聚脲的喷涂修复时有很大的成本优势。相较于更换新的输送带，喷涂修复的费用仅为新输送带费用的1/4~1/3，修复后的使用寿命依然可以得到保证，因此有较高的性价比。
7 结 论
喷涂聚脲弹性体能在输送带发生划伤、撕裂、断裂等损伤时，发挥其反应迅速、物理性能优秀、耐腐蚀性强等特点对输送带进行良好修复。
(1)喷涂聚脲弹性体技术的材料本身性能优良，有较好的力学性能、耐介质腐蚀性能、耐磨损性能、耐疲劳性能;喷涂聚脲快速修复技术修复后的输送带，聚脲涂层与原输送带的粘结力强，整体性好;喷涂聚脲弹性体的拉伸强度可达到17.8MPa、断裂伸长率达到485%、磨耗量为6.7mg，修复后与输送带的剥离强度最低值为10.7kN/m;
(2)喷涂聚脲弹性体技术在输送带快速修复的时间一般为1h~4h，大大缩短了修复的时间，保证了输送带修复的时效性，同时修复后的输送带依然可以保证持久的使用寿命;且可修复撕裂、剥落、脱层等多种形式的破损;
(3)相较于因局部损坏而更换输送带的情况，喷涂聚脲快速修复技术费用低廉，性价比高;喷涂聚脲弹性体修复技术受环境因素影响较小，可以适应多种复杂条件下的修复作业。
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作者简介：马学强(1986— )，高级工程师，硕士，现主要从事新型功能材料的开发以及工程应用;
青岛聚合四维是一家专注于聚脲涂料研发、生产、销售的企业，希望通过我们的专业为您提供更多解决方案，您有任何有关聚脲技术的问题欢迎随时致电交流。
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关键词：耐磨修复聚脲