聚氨酯弹性体是一种介于橡胶和塑料之间的高分子聚合材料。它既具有塑料的高强度，又具有橡胶的高弹性，是一种综合性能优良的新型材料。将它制作成筛分机械中的各种类型筛板，提高筛板的耐磨、抗冲击性及使用寿命，是挖掘厂矿生产潜力，提高产量，提高设备运转率，发挥最大经济效益的重要途径。

一 聚氦酯弹性体的发展

聚氨酯又称聚氨基甲酸酯（Polyurethane，简称Pu)，它是由二元或多元有机异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇相互作用而得。由于它具有耐磨、耐油、隔音、绝热、耐曝晒以及用它制成的胶粘剂，粘接性能好等优异性能，其各种制品已广泛为各工业部门及人民生活所采用，且应用领域日益扩大，产量迅速增长，至1986年全世界产量已达到380万吨，居合成树酯的第六位。近年来一直以10%左右的速度持续增长。

追溯聚氨酯的发展历史，如果从异氰酸脂算起，早在1928年德国化学家伍尔兹（Wurtz）就制得了脂肪族异氰酸酯。不久，化学家霍夫曼（Hoffmaun)又合成了苯基异氰酸酯。但是，直到1937年之后，德国I•G公司的拜耳（Bayer)教授才首先将异氰酸酯用于聚氨酯的合成，他用已撑二异氰酸酯（HDI)和1, 4一丁二醇反应制得了被命名为“lgamid.u”的聚氨酯塑料和“Perlanu”的聚氨酯纤维。不久，德国化学家施拉克（Schlack)等人于1940年制得了聚氨酯弹性体。嗣后，聚氨酯弹性体的工业化是拜耳公司于1950~1952年间首先实现的。其商品牌号Vulkollan。

目前，西德、美国、日本、奧地利、意大利、苏联、西班牙、波兰、加拿大、澳大利亚等国在聚氨酯弹性体的科研及生产均达到了较高水平。表 1为世界聚氨酯的历年产量及聚氨酯弹性体所占的比重。

我国的聚氨酯工业，起步于1958年，至今已有30年的历史。先后已开发了软泡、硬泡、弹性体、粘合剂和涂料的系列产品，实现了工业生产。现在，我国聚氨酯工业的发展已具有一定的规模，在某些领域基本达到了八十年代的水平。但原料自给率较低。目前生产的聚氨酯弹性体主要是热塑型和浇注型两种，混炼型聚氨酯很少。表 2为我国聚氨酯产量和总生产能力。

我国聚氨酯与国外相比存在的主要差距：①总产量还很低，只占世界总产量的1.66%;相当于日本1984年产量的14.21%；美国1984年产量的6.77%。以人均占有量相比，仅约为日本或美国水平的1.5%，预计到“七五”末期，也只能达到日本、美国人均占有水平的4~5 %。②现有原料（异氰酸酯、聚醚、助剂等）品种单一，生产水平低下。而国外聚氨酯工业的生产已向大型化、工艺连续化、操作自动化、产品系列化方向发展。例如，我国聚氨酯弹性体原料只有一些通用品种，适应各种特殊需要的高活性，高回弹、高耐磨、耐温、耐焰、超软制品等，目前均还处于科研开发阶段，生产上基本处于空白。③从原料到各种制品较普遍存在着质量不稳定，价格偏高的现象。由于这一问题，虽然人们已逐步认识到聚氨酯弹性体具有优异的性能，可以在矿山开发应用，但往往因为价格偏高而不能为广大用户所接受，迟迟得不到实际应用。近来，国产和进口原料价格还有上涨趋势。要使我国聚氨酯制品价格明显下降，只有寄希望于引进大型原料生产装置的投产。其次，各种制品厂生产技术落后，劳动生产率低，质量不稳定，废品率高以及利润率打得偏高，也是制品价格偏高的重要原因。

二 聚氦酯弹性体的分类

1.从外部形态上分类：可分为泡沫材料，包括硬泡和软泡；弹性材料，包括无孔和微孔弹性体。2.从化学结构上分类：可分为聚醚型、聚酯型和蓖麻油型。3.从加工方法上分类：可分为热塑型聚氨酯（TPU), 浇注型聚氨酿（CPU)和混炼型聚氨酯（MPU）三大类。CPU在加工成型前为粘性液体，故又有“液体橡胶”之称。它既可用手工操作浇注成型，又可用浇注机或RIM等设备连续计量，混合浇注成型，它既可加压硫化，又可常压硫化；既可加热硫化，还可常温固化。所以它可为大型弹性制品的加工制作提供了方便。TPU和MPU在加工前为固体，称之为“固体橡胶”。适用于加工中小件制品。

三 聚氦酯弹性体的化学结构特征

聚氨酯弹性体的化学结构特征是其大分子主链中含有较多的氨基甲酸酯基。它的长链分子是由玻璃化温度低于室温的柔性链段（或称软链段）和玻璃化温度髙于室温的刚性链段（或称硬链段）嵌段而成。低聚物多元醇组成软链段，二异氰酸酯与扩链剂反应形成硬链段。在聚氨酯弹性体化学结构中，软链段占的比例较大，约50~70%(重量），硬链段占30~50%。它们之间的关系如图 1、2所示。即在聚氨酯弹性体结构中，硬链段分散在软链段的基体之中，形成一种织态结构(图 1、2)。由于硬链段互相规整有序地紧密地排列在一起，形成了结晶区。而软链段却仍是无规则的卷曲排列，形成了无定形区。因而聚氨酯弹性体中，就有各种大小不等的硬链段微晶区悬浮分散在无定形相中，构成“微相分离”的结构。

由于柔性链段不停地热运动，使得大分子链易于旋转，使软化点和二级转变温度下降，给弹性体以柔性、弹性和耐低温性能等；而刚性链段，束缚了大分子链的自由旋转，使得弹性体有高强度、刚性、高熔点和低的拉伸变形等。聚氨酯弹性体之所以具有高强度、高硬度和高弹性，性能介于橡胶和塑料之间，就是这两种性质相反的链段形成嵌段结构的结果。

四 聚氨酯弹性体的合成化学

聚氨酯弹性体使用的原料主要有三大类：低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂。除此，有时为了提高反应速度，改善加工性能和制品性能，降低成本等目的，还需加入某些添加剂。

聚氨酯弹性体所用的低聚物多元醇主要品种有：1.聚酯。主要有已二酸系聚酯二醇(如乙二醇、丙二醇、丁二醇及乙二丁二醇，乙二丙二醇等）和聚已内酯二醇。2.聚醚。主要有聚丙二醇（PPG)，聚四甲撑二醇（PTMG)及环氧丙烷与四氢呋喃的共聚醚和共混聚醚等。3.其它。如蓖麻油、聚丁二烯二醇、聚碳酸酯二醇等。

聚氨酯弹性体所用的异氰酸酯主要是二异氰酸酯，如TDI、MDI以及NDI等。近来改性的液态MDI也开始用于弹性体的合成，如RIM体系。

聚氨酯弹性体所用的扩链剂主要是小分子二醇和二胺，前者如丁二醇，主要用于热塑型和混炼型弹性体及微孔弹性体；后者如MOCA，主要用于浇注弹性体。

五 聚氨酯弹性体的性能

聚氨酯弹性体，它的综合性能优良，兼有橡胶和塑料的许多宝贵特性，归纳起来主要是：（1）硬度范围广，而且在高硬度下仍具有橡胶的伸长率和回弹性。（2）强度高。在橡胶硬度下它们的扯断强度和承载能力比通用橡胶高得多，在高硬度下它们的冲击强度和弯曲强度又比硬塑料高得多。（3）耐磨。阿克隆磨耗在0.1Cm³/1.6km以下。(4)耐油、耐氧和臭氧。（5)吸震性能优良。

为了便于说明聚氨酯弹性体的优异特性，下面就几个主要特性介绍如下。

1 耐磨性能

聚氨酯弹性体的耐磨性能突出。一般在0.01~0.1cm³/1.61km范围内，约为天然橡胶的3~5倍。表 3为聚氨酯弹性体的耐磨性和其它材料的对比数据。

2 撕裂强度

聚氨酯弹性体的撕裂强度很高，可达到80~90公斤/厘米，约为天然橡胶的2~10倍。

3 承载能力

聚氨酯弹性体硬度范围可从邵氏A10到邵氏D80, 而普通橡胶的硬度范围为邵氏A20至邵氏A90；塑料的硬度范围为邵氏A97至邵氏D100。后二者不是弹性高，硬度低，就是弹性不足硬度有余。而聚氨酯弹性体在塑料硬度下仍具有良好的橡胶的弹性、伸长率和机械强度。

六 聚氨酯弹性体的应用

由于聚氨酯弹性体具有优良的综合性能，近年来，随着人们对它的认识和了解以及其它优质钢材价格的上涨，制造厂家对矿山制品开发的积极性提高。伴随深加工的发展，我国一些聚氨酯制品厂、化工厂、选矿厂、洗煤厂和研究单位开始重视在选矿厂筛分作业的应用，取得了一定的效果。为了便于说明，下面结合国外聚氨酯弹性体筛板(网）的应用介绍如下。

国外聚氨酯筛板（网）已工业化，且商品化，在选矿厂、洗煤厂、碎石厂等得到了广泛的应用。

西德海因、勒曼公司（HEINS LEHMANN AG.)生产WS-85-LEMANIT、WS-83-LEMANIT和LEMANT型筛分机，采用普通的托架和可调换的聚氨酯筛板组成，其优点：耐磨、耐腐蚀；使用寿命长，一般为金属筛网的8~20倍；噪声小；更换十分简便，并有良好的自动清洗功能，弹性筛选区域的固有振动和聚氨酯抗粘附性能，可避免潮湿微粒的粘附。筛孔形状可为圆形、正方形、长方形、缝隙形等，筛孔尺寸0.2~112mm。图 3为它们的外形结构。

该WS-85-LEMANIJ型筛分机筛面采用聚氨酯（PU)弹性体合成材料。筛板采用组合形式，标准长度为1000和1220毫米；筛板宽度，内网标准宽度为300毫米，外网宽度可在140~200毫米和290~350毫米范围内选择；筛板高度，根据筛孔或槽缝宽度为30~100毫米。它由筛板（网）、WS变架、内架、固定架等组成。

WS-85和WS-83型互换筛板的优点：

(1) 更换筛板（网）节省时间。尽可能简单的组装和拆卸，不需要另外的固定零件，如螺钉、螺栓、伸缩销和拉紧钩。（2)使用寿命长。与钢制筛网相比，它的使用寿命可以长许多倍。为了使筛板的磨损均匀，可以互相调换。（3)通用性好。该筛板更换系统可以适应任何筛分机。WS支架可以横过物料输送方向或沿物料输送方向安装。(4)自洁性好。筛面的自然振动和弹性、筛孔边界及筛孔在物料通过方向的锥形扩张，大大避免了颗粒和大块形成堵塞。（5)有助于环境保护。聚氨酯弹性体筛板（网）具有良好消音效果，噪音大为降低。

这种类型筛板（网）已成功用于露天采石工业、冶金工业、矿业以及各种松散物料(如高炉渣、建筑碎石等）的筛分、洗矿、脱水作业。

西德施太尼哈尔斯公司（STEINHA-US AG•)生产的KOMBIPLAST型聚氨酯振动筛筛板，其结构采用的也是组合式。它已经广泛用于铁矿焙烧矿、砂石、砾石、石灰石等的筛分。实践表明，它对0~50毫米的石灰石矿进行筛分和脱水，筛孔尺寸3.0毫米，体积密度1.5吨/米³，使用寿命可达24个月，是金属筛板寿命的3倍。对某厂11台，筛分面积为4m²的振动筛来说，使用聚氨酯组合筛板，每年节约108020马克，这还不包括筛板拆卸更换方面所节省的大量费用。

施太尼哈尔斯公司生产的挠性筛面，经生产实践表明，处理含泥高的矿石，获得令人满意的效果。振动筛的主要技术性能:振次1450次/分，给矿量100米³/时，筛孔为长条形，处理物料为天然砂石，粒度0~35毫米，含水量10~12%, 含泥量10%以上。原先采用金属棒条筛，材质为ϕ2mm弹簧钢，孔距5毫米，使用寿命仅3~10天。后试验采用挠性聚氨酯组合筛板，筛孔尺寸为5.5×37毫米，厚度4毫米。经一年多使用表明，筛面未被细颗粒粘附，也没有因颗粒堵塞而中断生产。

自1968年11月23日第一台Steinhaus型聚氨酯筛面在Siebtechnik振动筛的下层筛上安装使用以来，在欧洲各国，聚氨酯弹性体筛板（网）在砂子和砾石工业部门已得到成功应用并广泛被采用。

近年来，澳大利亚理查逊太平洋有限公司(RICHARDSON Ltd.)和亨特筛类产品公司（HUNTER SCREEN PRODUCTS)已用于煤炭、铁矿石、铜、金、锰、铅和锌等矿的分级、筛分和脱水作业。

理查逊“使克林”聚氨酯模式筛板系统已销售6000套，在世界各地矿山得到应用。在澳大利亚近几年建成的矿山，诸如西澳大利亚洲纽曼山铁矿、哈墨斯利铁矿、阿盖尔钻石矿等各种粒级的筛分、分级都采用这种高效的筛板。

澳大利亚亨特筛类产品公司生产的一种独特的组合式聚氨酯弹性体筛板-PIPO系统已为澳大利亚的选煤厂所广泛采用。最近在新几内亚金属开采中应用在世界最大的3600×8400毫米振动筛上作筛分。

我国聚氨酯弹性体筛板的研制和试验工作起步于70年代初期，采用的是聚醚型浇注工艺，生产的规格有1500×1000毫米（宽×长）等，筛孔尺寸20×20毫米等，价格为46元/公斤。其主要的技术性能：抗张强度200~350公斤/厘米²，300%定伸强度80~150公斤/厘米²，伸长率350~600%，永久变形2~10%, 抗撕强度35~90公斤/厘米，冲击弹性15~30%, 邵氏A硬度80°~90°, 阿克隆磨耗0.05~0.1厘米³1.61千米。1973年安装在广西大厂矿务局长坡选矿厂碎矿系统1号振动筛。该振动筛的技术条件：规格（长×宽）3000×1500毫米，筛孔尺寸20×20毫米，振动频率815γ/min，振幅8mm。试验的聚醚型聚氨酯筛板（2块共聚醚、1块均聚醚）工业生产考核表明，处理锡矿石165000吨。

葛洲坝工程局于1982年10月至1985年期间，使用聚氨酯筛板50张，每张等分3块。该振动筛的主要技术性能：规格（宽×长）1650×3100毫米，振动频率700γ/min，振幅10~12毫米，筛孔尺寸41×41毫米。使用表明，当处理量为每小时500方砂石时, 聚氨酯筛板使用寿命120天，工作噪音下降15dB。聚醚型聚氨酯方形筛孔，使用表明下料口处磨损最快。

鞍钢东鞍山烧结厂二期工程拟安装2台6-IYAH2460型座式振动筛与EHD2134毫米单缸液压圆锥破碎机相配套。该筛系从美国AC公司进口，筛板采用聚氨酯材质，为了适应将来生产的需要，为国家节省外汇，于1987年9月26日在破碎系统5号SZZ1800×3600毫來自定中心振动筛安装1套聚氨酯筛板，共计15块。该筛板规格600×600毫米；筛板厚度20毫米；筛孔尺寸：上筛孔15.5×50毫米，下筛孔17.5×50毫米。采用均聚醚原料生产，其主要技术性能：抗张强度398公斤/厘米²，伸长率520%，300%定伸强度79公斤/厘米²，抗撕强度78公斤/厘米，永久变形4%，阿克隆磨耗小于0.05厘米³/1.61千米。

经993的小时工业生产考梭，共处理鞍山式贫赤铁石英岩271953.8吨。矿石属坚硬(普氏f=12~18)，矿石密度3.4, 筛分效率达94.3%。该项工业试验，是近年来各兄弟单位所进行的效果最好的一次，是在处理我国具有代表性的鞍山式赤铁石英岩所取得的。与长坡选矿厂工业试验处理的锡矿石指标相比，长坡选矿厂破碎系统5号振动筛一套聚氨酯筛板共处理165000吨，东鞍山烧结厂SZZ1800×3600毫米自定中心振动筛一套聚氨窗板共处理铁矿石271953.8吨，多处理106953.8吨。可见，所取得的指标是好的。

1989年马鞍山矿山研究院与首钢密云铁矿等单位合作，在ϕ6×3米大型湿式自磨机圆筒返矿筛上安装了一套聚氨酯耐磨筛板。圆筒返矿筛主要技术规格：内径ϕ1910毫米，长度1800毫米，转速13γ/min。聚氨酯筛板筛孔尺寸4.5~5.5×50毫米，共计24块。处理鞍山式磁铁石英岩，普氏硬度f=10~14。原金属筛板使用寿命1599小时；聚氨酯筛板使用寿命达3395小时，处理30万吨铁矿石。工业试验表明，新型圆筒筛及聚氨酯耐磨筛板结构合理，工作可靠；筛板不堵孔；不需维护检修；使用寿命长，提高1倍以上；年创经济效益11.2万元。该筛板经现场考核，获得了成功，为国内填补了空白。建议在湿式自磨机、大型球磨机和洗矿、隔碴、脱水圆筒筛上推广应用。该研究院还正在积极开展聚氨酯细筛板的研究。相信不久，各种规格的聚氨酯弹性体筛板将在我国选矿厂得到更广泛地应用，发挥应有的作用。

参考文献（略）