Изделия из синтетических полимеров на предприятиях горнодобывающего комплекса

Дата публикации: 
08.10.2014

полимеры

Полимеры — химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы (макромолекулы) которых состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.

По своему происхождению полимеры бывают природные и синтетические. Природные — это полимеры биологического генезиса, например белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы. Так, уголь относится к природному полимеру, органическое вещество которого — сложный трехмерный полимер нерегулярного строения. Его кольчатые фрагменты соединены между собой мостиками из алифатических цепочек, эфирных групп или их комбинаций.

Синтетические полимеры — вещества, искусственно созданные из органических низкомолекулярных соединений путем реакций полимеризации и поликонденсации.

На предприятиях горнодобывающего комплекса используют довольно широкий спектр синтетических полимеров. Помимо полиэфирных, поликарбонатных, полиуретановых, фенолформальдегидных смол для крепления горных выработок применяют разнообразные изделия из литьевого полиуретана, полиамида, полиэтилена, полипропилена, полистирола — это различные типы уплотнений, материалы для футеровки, конвейерные ролики, сосуды для водяных заслонов, трубы, гидроциклоны, оболочки для ампул и предохранительных взрывных устройств, а также для изоляции бронированных экранированных кабелей.

Полиамиды — синтетические термопластичные полимеры конструкционного назначения. К конструкционным (или инженерно-техническим) принято относить такие полимерные материалы, которые обеспечивают работоспособность деталей при повышенных механических и тепловых нагрузках, имеют высокие электроизоляционные характеристики и доступные цены: полиамиды, полиформальдегид, полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат, .поликарбонат, АБС-пластики. Полиамиды — наиболее востребованные среди них.

Отличительная черта полиамидов — наличие в основной молекулярной цепи повторяющейся амидной группы. Различают алифатические и ароматические полиамиды. Известны полиамиды, содержащие в основной цепи как алифатические, так и ароматические фрагменты.

Обычное обозначение полиамидов на российском рынке ПА или РА. В названиях алифатических полиамидов после слова «полиамид» ставят цифры, указывающие на число атомов углерода в веществах, использованныхдля синтеза полиамида. Так, полиамид на основе е-капролактама называют полиамидом-6, или РА 6. Полиамид на основе гексаметилендиамина и адипиновой кислоты — полиамидом-6,6, или РА 66 (первая цифра показывает число атомов углерода в диамине, вторая — в дикарбоновой кислоте). Помимо обычных обозначений для полиамидов могут использовать и названия торговых марок: капрон, нейлон, анид, капролон, силон, перлон, рильсан.

Широкое применение находят композиционные материалы, состоящие из полиамидов, наполненных короткими отрезками комплексных стеклянных нитей, выпускаемые в виде гранул неправильной цилиндрической формы.

Высокая устойчивость к абразивным и ударным нагрузкам позволяет использовать полиамид (капролон) в подвесках и в шарнирных опорах погрузчиков, в Катковых опорах буровых кареток, в качестве опор ковшей и колес самоходных вагонов, в шарнирных и

роликовых подшипниках штабелевочных и шихтовальных механизмов. Уникальное техническое решение — использование шкивов (роликов) из полиамида для наборных роликов ленточных конвейеров различных диаметров, длины и любого технологического назначения. Результат применения изделий из полиамидных роликов на конвейерах — увеличение ресурса узлов трения в 2 раза и более, стойкость к ударным динамическим нагрузкам, снижение веса конструкции и уменьшение шума, использование полиамидов в узлах, где смазка затруднена или нежелательна, исключение налипания на ролик транспортируемой смеси при просыпании.

Полиуретаны — гетероцепные полимеры, содержащие незамещенные и (или) замещенные уретановые группы. Относятся к синтетическим эластомерам и широко применяются в промышленности благодаря значительному диапазону прочностных характеристик. Используют их в качестве заменителей резины при производстве изделий, работающих в агрессивных средах, в условиях больших знакопеременных нагрузок и температур.

Полиуретаны мало подвержены старению. Для них характерно высокое сопротивление разрыву, многократным деформациям, динамическим нагрузкам. Они устойчивы к воздействию микроорганизмов и плесени, окружающей среды, большинства органических растворителей, бензинов и масел, озона и ультрафиолетовых лучей, воды. Полиуретаны диэлектричны, стойки к абразивному износу. Прочность связи полиуретан — металл значительно выше, чем в соединении резина — металл.

Для шахтного оборудования и техники (как отечественной, так и импортной) из полиуретана изготовляют любые типы уплотнений, детали практически любого профиля и диаметра для автомобильного и железнодорожного карьерного транспорта, например думпкаров. Для получения эластомеров, применяемых в качестве конструкционного, износостойкого материала для изготовления различных изделий промышленного назначения методами литья и механической обработки, предназначены форполимеры уретановые. Они представляют собой олигомеры, содержащие на концах макромолекул изоцианатные группы.

Полиуретаны применяют в качестве футеровки труб в системах гидротранспорта, барабанов (приводных, отклоняющихся, натяжных) и транспортных роликов любого диаметра, а также для изготовления полиуретановых скребков.

На горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях полиуретан используют в целях изготовления полиуретановых сит для грохочения. Это хорошая альтернатива дорогостоящим, выпускаемым из высоколегированных сталей ситам, а также импортным резиновым и полиуретановым аналогам. За счет эффекта «самовстряхивания ячейки» сита не подвержены забиванию и залипанию мелочью перерабатываемых горных пород, что сохраняет

производительность грохотов. А высокая стойкость к абразивному износу продлевает межремонтный период. Полиуретановые гидроциклоны отличают­ся идеальной геометрией проточной части и высо­кой износостойкостью рабочей.

Рилевочные бандажи из полиуретана могут быть использованы в зоне контакта транспортных валов с продольными и поперечными ножами, предохраняя от интенсивного износа как валы, так и ножи. Обес­печивают защиту от абразивного износа высоконаг­руженных лезвий ковша погрузчиков, завалочных и других выемочно-погрузочных и транспортных машин.

Полиэтилен(петротен, алкатен, стафлен юнипол, карлон, хей-жекс и др.) — твердый белый полимер; термопласт. В за­висимости от способа получения различают по­лиэтилен высокого давления (ПВД) и полиэтилен низкого давления (ПНД).

В горнодобывающей промышленности для из­готовления литьевых изделий разной формы и на­значения используют ПВД. В подземных условиях применяют ПНД как материал для водяных засло­нов (водяные мешки), оболочек для ампул и пре­дохранительных взрывных устройств, а также для изоляции бронированных экранированных кабелей.

Водяные мешки применяют для сооружения во­дяных заслонов, которые предназначены для гаше­ния ударных волн и пламени в горных выработках угольных шахт. Отличаются от широко исполь­зуемых в шахте сланцевых заслонов отсутствием затрат на приобретение инертной пыли, оператив­ностью возведения, высокой степенью защиты от распространения пламени, способностью гашения давления ударных волн и длительным сроком экс­плуатации. Водяные мешки изготовляют из полиэтилена с добавками антипирена и с антистатическим покрытием, что обеспечивает материалу низкую горючесть. Водяные мешки объемом 40 л закрепля­ют в горной выработке на горизонтальной опоре из различного профиля. Воду заливают через специ­альное отверстие, расположенное в центре мешка.

Несмотря на очевидные преимущества исполь­зования синтетических полимерных материалов в горнодобывающей промышленности, существует определенная опасность их применения, особенно в условиях угольных шахт, так как многие из дан­ных материалов весьма пожароопасны. В этой связи возникают особые требования к допуску таких ма­териалов на горные предприятия и к эксплуатации их на опасных производственных объектах, каки­ми являются, например, угольные шахты. Перед разработчиками материалов и учеными стоит зада­ча — не усугубить существующие опасности для гор­норабочих. Поэтому большое значение приобретает исследование показателей пожароопасности и ток­сичности материалов в целях разработки и совер­шенствования на их основе изделий, обладающих оптимальными пожаробезопасными свойствами.

В соответствии с ГОСТ 12.1.044—89 «ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов» суще­ствуют следующие показатели пожароопасности для твердых веществ: группа горючести, кислородный индекс, коэффициент дымообразования, показатель токсичности продуктов горения. Показатели синте­тических полимерных материалов, используемых на предприятиях горнодобывающего комплекса, были определены в аккредитованной испытательной лабо­ратории ОАО «НЦ ВостНИИ», стендовая база кото­рой соответствует требованиям ГОСТ 12.1.044—89.

Результаты исследования процесса горения опытных образцов полимерных материалов и ток сичные вещества, .образующиеся в процессе термодеструкции, приведены в табл.

Таблица 1

Материал

Газовая фаза термической деструкции, мг/г

Аэрозольная фаза термической де­струкции, мг/г

 

 

СО

С02

СН20

N0 + М02

S02

 

 

 

 

Эластомер на основе уретановых фор-полимеров для футеровки фрикционно­го ролика монорельсового дизелевоза

60,3

711,6

0,04

0,00

0,00

 

 

18,3

Полиуретан для футеровки приводных колес

71,8

244,0

0,17

0,02

3,50

 

 

39,7

Для сегментной футеровки барабанов ленточных конвейеров

75,5

46,2

0,09

0,02

2,64

 

 

25,3

Форполимеруретановый СКУ-ПФЛ-100

202,0

39,1

0,07

0,22

0,00

 

 

17,0

Полимерные гранулы полиамида литье­вого стеклонаполненного марки ПА-6-210/311

64,8

584,2

1,30

0,00

0,00

 

 

56,9

Полимерные гранулы для изготовления конвейерных роликов

117,9

601,6

0,00

0,00

0,00

 

 

20,6

Полиэтилен для двойных водяных мешков, используемых при устройстве водяных заслонов

90,7

20,5

0,31

0,39

0,15

 

 

18,2

Полиэтилен РЕ- 100

85,5

714,3

0,17

1,19

2,24

 

 

20,5

Основное вредное вещество, обладающее выраженным токсическим действием и выделяющееся в процессе термодеструкции, — оксид углерода, или угарный газ.

Кроме оксида углерода качественный анализ показал наличие других токсичных газов, которые оказывают острое и раздражающее воздействие на организм человека: диоксид углерода, формальдегид, оксиды азота и серы, гидроцианид, гидрохлорид. Твердая фаза продуктов термодеструкции — хлопьевидные аэрозоли, которые обладают канцерогенным воздействием.

Кислородный индекс у большинства этих материалов свыше 30, а это говорит о том, что они склонны к самозатуханию в обычных условиях. По группе горючести они трудногорючие и горючие, трудно- и средневоспламеняемые.

Как показывают проведенные исследования, синтетические полимерные материалы вполне могут быть применимы в условиях предприятий горнодобывающего комплекса. Однако важно учитывать показатели пожароопасности при производстве и

совершенствовании новых материалов и изделий, при разработке противопожарных мероприятий, а также при сертификационных испытаниях на допуск продукции к эксплуатации на опасных производственных объектах.

полиамиды