UHMW-PE 在導料槽防溢裙板中的應用分析

蘭漢聰，黃 雷，李利慧

（神華粵電珠海港煤炭碼頭有限責任公司，廣東珠海 519050）

1 應用背景

帶式輸送機廣泛應用在國內外冶金、煤炭、港口、電站、建材和糧食等工業領域。單臺帶式輸送機只能實現點對點的直線運輸，因此為滿足復雜多樣的運輸需求，帶式輸送機在實際應用中需要設置多處轉接點。轉接點的導料槽處最容易造成溢料、揚塵等污染，防溢裙板對于導料槽的防溢防塵起著舉足輕重的作用。

神華粵電珠海港煤炭碼頭有限責任公司是由中國神華能源股份有限公司、廣東粵電發能投資有限公司和珠海港股份有限公司共同出資設立的專業化煤炭碼頭企業，主要負責珠海港煤炭儲運中心項目的投資、建設及運營管理。

珠海港煤炭儲運中心項目位于珠海市高欄港南水作業區，年吞吐量為4000 萬噸，堆場最大堆存量為220 萬噸。本項目碼頭及堆場配備有先進的卸船系統、篩分系統、裝船系統、快速裝車系統、帶式輸送系統等。整個裝卸輸送工藝過程中有大量轉接點，每一處轉接都有一套導料槽裝置，其中，防溢裙板是導料槽中損耗最大的機構。

2 常用防溢裙板分析

2.1 豎直橡膠板式防溢裙板

用橡膠板豎直裝夾固定在導料槽上，橡膠板與輸送帶接觸，防止溢料揚塵。該形式防溢裙板一般采用普通橡膠板或聚氨酯橡膠板制作，豎直與輸送帶接觸，如圖1 所示。普通橡膠板耐磨性差，聚氨酯橡膠板耐磨性優于普通橡膠板，但仍然無法滿足長期作業的耐磨要求。由于輸送帶彈性較大，在輸送機啟動和停車過程中，輸送帶內會儲存或釋放很大的能量，導致輸送帶起伏波動較大。一方面，加速防溢裙板和輸送帶自身的磨損，使得防溢裙板與輸送帶間縫隙逐漸增大，防溢防塵效果降低，需要頻繁人為調整；另一方面，雖然該固定式防溢裙板安裝時可與輸送帶貼緊，但其不具備自動跟蹤補償功能，輸送帶運行時的起伏波動及上料后輸送帶的下沉會使輸送帶與防溢裙板產生動態縫隙，無法避免少量的溢料揚塵現象發生。

2.2 人字形雙重密封防溢裙板

該形式防溢裙板由立板、側板組成，如圖2 所示，立板豎直與皮帶相接觸，側板采用韌性橡膠材料與立板熱硫化為一體，在外側起到雙層密封作用。側板有一定的自動補償功能，密封效果較好。但該形式只能應用于固定導料槽，側板容易損壞，尤其應用在活動導料槽，容易導致側板無法展開而失去作用，甚至損壞。

2.3 廢舊帆布輸送帶

利用廢舊帆布輸送帶或者較柔軟的橡膠板彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸，形成良好密封。同時可以利用防溢裙板的彎曲彈性自動跟蹤補償輸送帶運行過程中的起伏波動，密封性好，但同樣耐磨性差，需要頻繁更換。

3 超高分子量聚乙烯在防溢裙板中的應用分析

3.1 超高分子量聚乙烯性能

圖1 豎直式普通防溢裙板

圖2 人字形防溢裙板

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種分子幾何形態為線型結構的熱塑性工程塑料，UHMW-PE平均分子量約35～800 萬（HDEP 的分子量通常只有2～30 萬），具有良好的耐磨性、自潤滑性、不粘性、耐腐蝕性等其工程塑料無法比擬的優異性能。

3.1.1 耐磨性

UHMW-PE 具有超高的耐磨性，并且其耐磨性與分子量成正比。在UHMWPE 中添加經過偶聯劑處理的二硫化鉬、石墨、石蠟、超細炭黑、超細玻璃微珠、碳纖維、聚四氟乙烯等進行改性后，可大幅降低材料的摩擦系數，提高耐磨性，起到減磨、耐磨作用。

在帶式輸送機應用中，防溢裙板與輸送帶有長時間的接觸滑動摩擦，優異的耐磨性能對其極為重要，可大幅延長其使用壽命。UHMW-PE 優異的耐磨性能正是防溢裙板所需要的。

3.1.2 自潤滑性

UHMW-PE 具有極好的自潤滑性，這也是其具有超高耐磨性的重要因素，其具有極低的動摩擦因數，在自潤滑下約為0.10～0.22，在有潤滑劑的情況下更低，可達0.05。

優異的自潤滑性在防溢裙板與輸送帶的摩擦過程中可以很好保護輸送帶，減少輸送帶磨損，延長自身和輸送帶的使用壽命。

3.1.3 不粘性

UHMW-PE 表面具有極好的抗粘性能，表面吸附能力非常微弱，僅次于用于制作不粘涂層的材料聚四氟乙烯，因而其他材料很難在UHMW-PE 制品表面粘附板結。在導料槽防溢裙板的應用中，可防止物料與防溢裙板粘附板結，防止因粘附板結引起的堵料情況，同時也能減少輸送帶和防溢裙板的磨損。

3.1.4 耐腐蝕性

UHMW-PE 具有優良的耐腐蝕性，除強氧化性酸液外，在一定溫度和濃度范圍內能耐各種腐蝕性介質（酸、堿、鹽）及有機介質（萘溶劑除外）的腐蝕。UHMW-PE 在20 ℃和80 ℃的80 種有機溶劑中浸漬30 d，外表無任何反?，F象，其他物理性能也幾乎沒有變化，十分適合海邊港口等高鹽度高腐蝕性環境。帶式輸送機多用于礦區或者沿海碼頭，環境鹽度高、腐蝕性強，作業條件十分惡劣，UHMW-PE 優良的耐腐蝕性可以極好適應這類環境。

3.1.5 其他性能

UHMW-PE 還具有良好的耐沖擊性、耐低溫性、耐疲勞性、耐環境應力開裂性、憎水性，以及超強的拉伸強度等優異性能。

3.2 UHMW-PE 在防溢裙板中的實現方案

防溢裙板在導料槽中主要作用是密封，防止灑料和揚塵。同時輸送帶在運轉過程中的波動起伏，會破壞防溢裙板的密封性，加速防溢裙板的磨損。因此在方案設計中需要解決防溢裙板的密封性和耐磨性，以及對輸送帶的波動起伏進行自動跟蹤補償。

3.2.1 防溢裙板的結構設計

針對密封性需求，設計采用防溢裙板彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸的安裝方式，既能形成良好的密封，又能利用防溢裙板的彎曲彈性自動跟蹤補償輸送帶運行過程中的起伏波動，形成動態密封效果，保證導料槽的密封性。

結構方面，防溢裙板由橡膠板和UHMW-PE 組成，充分利用橡膠板的柔軟韌性和UHMW-PE 的耐磨性、自潤滑性、不粘性等特性。橡膠板設計為階梯狀（圖3），裝夾部分強度要求較高，厚度設計為20 mm 左右，而與輸送帶接觸密封部分則相對較薄，更加柔軟，以彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸進行密封，臺階處采用圓弧過度以減少應力集中，防止裙板因彎曲在臺階處斷裂。UHMW-PE設計為梯臺形小方塊，通過熱硫化工藝粘接在橡膠板較薄部分，粘接時在UHMW-PE 和橡膠之間涂刷膠水。通過高溫高壓長時間的加工，UHMW-PE 方塊、膠水和橡膠底板發生交聯反應，使二者緊密粘接，抗拉強度不低于2.24 MPa，確保UHMW-PE 材料不會從橡膠板上脫落，提高防溢裙板的使用壽命和防塵效果。

防溢裙板中粘接的UHMW-PE 方塊為防溢裙板的核心部分，是唯一在輸送帶運行過程中與之接觸摩擦的部分。而且不會在其他部位產生磨損，以其優異的耐磨性、自潤滑性、不粘性等特性，大幅降低防溢裙板和輸送帶的磨損，可大幅延長防溢裙板壽命，減少維護成本。

3.2.2 防溢裙板的安裝方式

防溢裙板鑲嵌UHMW-PE 部分可彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸，形成良好密封。UHMW-PE 良好的自潤滑性和低摩擦系數，能夠有效減緩輸送帶與防溢裙板的磨損，提高防溢裙板使用壽命和防塵防溢效果。

安裝采用楔形塊加夾板的夾裝方式，如圖4 所示，利用楔形塊使夾板夾緊裙板，拆卸時敲出楔形塊即可，安裝拆卸方便。

圖3 防溢裙板設計結構

圖4 安裝示意

3.3 優點和效果

傳統防溢裙板使用普通橡膠皮帶切制，通過角鋼、楔形鎖緊裝置等，與導料槽固定在一起。因其摩擦系數較大、耐磨性較差以及輸送帶運行時的起伏波動，使防溢裙板短時間內嚴重磨損，使用壽命較短，需頻繁調整更換。而采用UHMW-PE 設計的防溢裙板自潤滑性好、耐磨性好，能大幅減小磨損，延長防溢裙板使用壽命，降低維修成本。

4 結語

就國內情況看，超高分子量聚乙烯主要應用于煤炭行業，約占消費總量的50%。例如，軸瓦、軸套類、輪類制品、板類、溜槽等制品，在替代鑄鋼或鑄鐵、尼龍材料方面顯示出其優異特點。除了具有耐磨、耐腐蝕、摩擦系數小、耐低溫等性能上的優勢外，成本也較低。很多板類材料也可以采用超高分子量聚乙烯材料，如煤倉襯板、箕斗襯板、溜煤道襯板、水平溜煤槽襯板，以及特殊情況使用的礦車襯里等平板，壓濾機濾板，噴漿機摩擦片，洗煤廠中大量使用的篩板等。

UHMW-PE 尚無在帶式輸送機導料槽防溢裙板中的應用，但根據其在上述場合的大范圍應用，相信在防溢裙板中亦能取得良好應用效果，獲得可觀經濟效益。