ДОНЕЦКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УГОЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

РУКОВОДСТВО

ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ И РЕМОНТЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Донецк, 1973

ДОНЕЦКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УГОЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

ДонУГИ

УТВЕРЖДЕНО

НАЧАЛЬНИКОМ ОТДЕЛА ОХРАНЫ ТРУДА И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ МУЛ УССР

ПЛАТОНОВЫМ В.А. 28 декабря 1972 года

РУКОВОДСТВО

ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ И РЕМОНТЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Донецк

нии. По химическому составу эмульгатор ВНИИЖ является малотоксичным веществом.

10.Триэтаноламин - бесцветная маслянистая жид -кость.Температура застывания Ю0-190°С.Входит в состав моющих средств и косметических препаратов в качестве поверхностноактивного вещества.

IX.Полиизоцианат - темно-коричневая густая жидкость ,которая содержит около 90% дифенилметандиизоциа-ната, 10% составляют примеси. Дифенилметандииэоцианат имеет температуру плавления 37-38°С, температуру кипе-ния + 192-193°С.

2.1.Приготовление рабочих смесей

Состав рабочих смесей пенополиуретанов ППУ-9н и ППУ-304н следующий:

Полиэфирная смесь(весовые Изоцианатная смесь(весовые части)    части)

ППУ-9Н

Полиэфир П-9 или П-509-100 Хлор-ДУДЭГ - 210 или по

расчету

Трмхлорэтилфосфат    - 25

Триэтиламин    -2,5    Фреон-113 -    35

Эмульгатор ОП-7    -2

или ОП-Ю

ППУ-304Н

-64 Полиизоцианат-170 -50

-    3 -20 -45

-    2

В рецептуре ППУ-304н нужно использовать фосполи-ол оксипропилированный или фосполиол оксиэтилирован -ный.

Основными компонентами,которые образуют полиуретан,являются полнэфиры(П-509,ДТ-500м,фосполиол) и нэо-цианаты(Хлор-ДУДЭГ и полиизоцианат)*

Триэтиламин и триэтаноламин служат в качестве катализаторов.Изменяя их количество, можно в довольно широких пределах замедлять или ускорять вспенивание ■ отверждение пенополиуретана 0П-7,0П-10 и ВНИИЖ - вводят как эмульгаторы, способствующие уменьшению и равномерности размера ячеек* Фреоны являются вспенивающими агентами. За счет выделения тепла при реакции они превращаются в газ, который образует пеноструктуру.

Количество продукта Хлор-ДУДЭГ рассчитывается в зависимости от содержания влаги в компонентах, гидроксильных групп в полиэфире,кислотного числа полиэфира. ПРИМЕЧАНИЕ: при напылении в условиях относительной влажности 80% и более в рецептуру вода не вво -дится.Однако количество продукта Хлор-ДУДЭГ расчитывается с учетом воды по ниже приведенной формуле(1).

Общее количество продукта Хлор-ДУДЭГ на 100 в.ч. полиэфира с учетом требуемого рецептурой 10% избытка рассчитывается по следующей формуле:

п fl.25.fi + 272 . ^+5I3(W+tf) в.ч.

У ⁼    п    ¹

О

где #- кислотное число полиэфира,м КОН/г полиэфира;

6- содержание гидроксильных групп в полиэфире,%;

W- содержание влаги в полиэфире,%;

d - количество воды,вносимое для вспенивания,вес.ч*, П - содержание f/CO -групп в продукте Хлор-ДУДЭГ, Величины,входящие в формулу берутся в паспортах на поставляемый полиэфир и Хлор-ДУДЭГ. В случае отсутствия паспортов на сырье Q нужно принимать равным 210.

Пример расчета

Имеется сырье со следующими показателями:

1. Кислотное число(а) =3 мг КОН/г ПЭ.

2. Содержание 0Н-групп(5 ) -14,5£.

3. Влажность полиэфира (VV) =0,2^.

4. Количество добавляемой воды ((/)=! в.ч.

5. Содержание групп NC0 (Л )=20%.

По формуле (I) определяется количество продукта Хлор-ДУДЭГ на 100 в.ч. полиэфира.

_ 8.25. О +272.^ +513ПУ+//) _щ 8.25.3+272.14.5+513(0£+1) П    20

=229 в.ч.

В этом случае общее количество компонентов составит: Полиэфир П-509    - 100    в.ч.

Трихлорэтилфосфат    - 25    в.ч.

394,5 в.ч.

Количество одновременно приготавливаемых смесей зависит от объема предстоящих работ.Исходя из величины поверхности подлежащей покрытию, объемного веса пенопласта и толщины напыляемого слоя необходимое количество композиции ( У )для напыления рассчитывает -ся по формуле (2)

9=/r s <f/, fкг|    ⁽²⁾

где У - требуемое количество композиции,кг ;

с    2

0    - площадь,подлежащая напылению,м ;

(£ - толщина напиляемого слоя,м;

1    - объемный вес пенопласта,кг/м³ ;

А - коэффициент учитывающий потери при напылении, равный 1,2.

Например, требуется провести напыление пенополиуретана марки ППУ-9н с объемным весом 60 кг/м³ на по

2

верхность площадью Юм при толщине слоя 0,05 м.

По формуле (2) определяется требуемое количество композиции для напыления

а«

где Q. - весовое количество компонента в данной рецептуре ППУ,вес.ч ;

/?*- общее количество весовых частей для пенополиуретана,согласно данной рецептуре;

У - количество пенополиуретана,необходимого для обработки поверхности,кг.

В нашем случае необходимое количество полиэфира будет равно

После определения весового содержания каждого компонента в смеси приступают к приготовлению смесей. Готовят их на поверхности шахты,

В емкость последовательно отвешивают компоненты: Полиэфир П-509 с точностью. ♦    0,05 кг.

Трихлорэтилфосфат    +    0,01 кг.

ОП-Ю    ♦    0,005 кг.

Триэтиламин и вода    +    I мл.

Если продукт ОП-Ю загустел, то подогревают трихлорэтилфосфат до 30 Чз и в нем расплавляют ОП-Ю.Полученную смесь выливают в полиэфир. По мере добавления компонентов смесь тщательно перемешивается деревянной или металлической мешалкой.Емкость с приготовленной смесью, с целью предотвращения испарения триэ-тиламина, хорошо закупоривают.

Для смеси М2 Хлор-ДУДЭГ взвешивается с точностью >0,05 кг, а фреон - + 0,01 кг. Смесь М2 также тщательно перемешивается и закупоривается.

Приготовление смеси рецептуры ППУ-304н производится аналогичным способом.

Для взвешивания необходимы весы с пределом взвешивания до 50 кг и чашечные весы до 5 кг.

В качестве емкостей для рабочих смесей очень удобны молочные бидоны.

Для проверки качества приготовленных смесей в не

большой емкости взвешивают в необходимой пропорции обе 14

смеси, а затем быстро и энергично их перемешивают.Получившийся пенопласт должен иметь плотность в пред© -лах,соответствующих техническим условиям, и мелкоячеистую равномерную структуру.

3.1.Установка для нанесения полиуретановых покрытий

Получение пенополиуретана в вахтах и нанесение его на обрабатываемые поверхности осуществляется с помощью специальной установки,схема которой представлена на рис.1. Она состоит из двнгателя(1), муфты(2), редуктора(З) со срезным предохранительным врифтом(4). На консоли вала редуктора крепится сменная иестерня

(A) , шестерни (В),(С) и |Д) (также сменные) крепятся на валах (5) и (6) насосов (7) в (8).

Подбором передаточного отношения шестерен (А) и

(B)    устанавливается необходимая производительность установки. Подбором шестерен (С) и (Д) задается соотношение компонентов от 1:1 до 1:2,0.

Шестеренные насосы всасывают рабочие смеси из емкостей и нагнетают их по отдельным гибким алангам в пистолет - распылитель,где они перемешиваются и сжатым воздухом наносятся на обрабатываемую поверх -ность.

Шестерни для установки соотношений компонентов по объему подбираются в соответствии с табл.З.

Подбор шестерен С и Д осуществляется следующим образом. Сначала определяется необходимое объемное соотношение полиэфирной и изоцианатной смеси.

Rum * tf П,, О. п/зф • Ними 2/ • где tj - metr е:пичг w производительность нососод В сн/еЬор Чаясинапйное допускченое число оборотов Вола    §3 5Ш

шестерен насоса не более но об Мин    Рвпсх

Р У

j .изоцианат _т . и . б а •полиэфир    ’    "Р_д    .    %_п    •

где Р_и и Р_п - количество весовых частей в полиэфирной и изоцианатной смеси,в.ч.

Для рассмотренного выше примера Р_п=130,5 и Р_и =

264; для ППУ-304 - Р„ =184 и Р =170;

п    и

X U Хи~ объемный вес полиэфирной и изоцианатной смеси,г/см³•

Для ППУ-9н он соответственно равен 1,35 и 1,6г/сы? а для ППУ-304 Хп * Xи -    т/су/ .

Отсюда для ППУ-9н

. изоцианат »    264    .    1,35

’ полиэфир “    *    130,5    *1,6

и для ППУ -304

Теперь по табл.З находим ближайшее к расчетному передаточное соотношение пары шестерен (С и Д).На напылительной машине устанавливаются шестерни(СиД),у которых количество зубьев соответствует найденному по табл.З.

Установка имеет промывочный бачок,подключаемый параллельно к шлангу, который подает сжатый воздух в пистолет-распылитель.Если необходимо прочистить пистолет, то из бачка в сжатый воздух впрыскивается раство-ритель(ацетон, метиленхлорид).

В настоящее время на экспериментальном заводе ДонУГИ изготовлена опытная партия установок для нане-

сения полиуретановых покрытий(рис.2). Стоимость установки равна 2500руб. Принципиальная схема этих установок аналогична схеме, представленной на рис.1.0 1973 года предполагается серийный выпуск установок. Ниже приведена техническая характеристика их.

Техническая характеристика

1. Производительность(по смеси) от 0,5 до 2,0 кг/мин ;

2. Производительность меняется плавно путем изменения расхода подводимого из сети воздуха.

3. Толщина напыляемого слоя -5450мм;

4. Возможные соотношения компонентов -от 1:1 до 1:2;

5. Дозирующие насосы - шестеренные,производительностью 20 см³/об.

6. Привод дозирующих насосов-пневмодвигатель от сверла СР-3;

7. Расход воздуха - 3,5 м³/мин;

у

8. Давление воздуха - 4-5кг/см ;

9. Радиус действия машины - 20 м ;

1C.Обслуживающий персонал - 2 человека;

II.Вес - 65 кг.

4.I.Обслуживание установки,основные неполадки и способы их устранения

Работы по ремонту и возведению вентиляционных сооружений характеризуются частой сменой рабочего мес-

Руководство содержит основные сведения о технологии применения пенополиуретана для возведения и герметизации вентиляционных сооружений, разработано на основании научно- исследовательских работ ДонУГИ, выполненных в течение 1969-1971гг., предназначено для инженерно-технических работников шахт и может служить пособием для подготовки операторов, обслуживающих напылительную установку.

Руководство составлено к.т.н.Кара В.В. и инж. Сальниковым В.К.

Рис.2.Опытный образец шахтной установки для нанесения пенополиуретановых покрытий

ВВЕДЕНИЕ

При проветривании шахт одной из важнейших задач, требующих решения, является борьба с утечками воздуха на пути его движения от поверхности до очистных и подготовительных забоев. В среднем на шахтах Украины около 26% дебита вентиляционных установок расходуется на утечки воздуха через подземные вентиляци -онные сооружения.

Такое положение объясняется тем, что применяемые для строительства и ремонта вентиляционных сооруже -ний материалы(песок, цемент, глина и др.) малоэффективны и не соответствуют условиям эксплуатации. Особенно малопригодны они для перемычек в выработках с активным горным давлением. Воздухопроницаемость перемычек, сооруженных из этих материалов, со временем быстро возрастает. Установлено, что для поддер -жания воздухопроницаемости в пределах норм, перемычки, оштукатуренные глинистым раствором, необходимо повторно обмазывать в среднем через 2 месяца, а песчано-цементную штукатурку нужно ремонтировать через 6 месяцев.

На шахтах Украины насчитывается около 15600 работающих вентиляционных сооружений, разделяющих свежие и отработанные струи воздуха. Из них,примерно, 49^ составляют одиночные вентиляционные двери и шлюзы, Л'5% - глухие перемычки и 7,6% - кроссинги .Кроме

того,имеется большое количество глухих перемычек,изолирующих отработанные горные выработки* Для поддержания необходимой герметичности такого количества вентиляционных сооружений необходимо содержать большой штат трудящихся.

В последнее время ведутся работы по изысканию новых герметизирующих материалов, при использовании которых можно было бы резко повысить герметичность и срок службы вентиляционных устройств* Одним из таких материалов является пенополиуретан (иди полиуретановая пена).

На шахтах Л 4-21 комбината"Донецкуголь", им.

В.М.Бажанова и Л 13-бис комбината^иМакеевуголь" с применением пенополиуретана ППУ-9н было отремонтировано и возведено около 60 перемычек различных типов и загерметизировано два кроссинга. Испытания показали,что пенополиуретан особенно эффективен для вентиляционных устройств в выработках, подверженных активному горно му давлению. Этот материал в шахтных условиях практически не подвергается разрушению. Воздухопроницаемость глухих перемычек,обработанных пенополиуретаном в течение 3 лет,осталась неизменной, а в некоторых случа ях даже снизилась. Трудоемкость возведения и поддержа ния герметичности вентиляционных перемычек снизилась в 4-6 раз.

I. ПОЛУЧЕНИЕ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВОГО ПОКРЫТИЯ В ШАХТЕ

I.I. Краткие сведения о пенополиуретанах

Пенополиуретан представляет собой газонаполнен-

ный пластик от белого до желтого цвета,имеющий структуру твердой пены с ячейками, изолированными друг от друга или сообщающимися между собой и с атмосферой.

Различают эластичные, полужесткие и жесткие пенополиуретаны. Эластичные пенополиуретаны имеют открытоячеистую структуру, жесткие - закрытопористую.Газонаполненные полиуретаны получаются в результате сложных реакций, протекающих при смешении полиэфира, диизоцианата и воды в присутствии катализаторов и эмульгаторов. Их можно подучать с разнообразными свойствами и характеристиками.По своей стойкости к озону, маслам «щелочам они превосходят многие аналогичные материалы, хорошо противостоят плесени,гниению,физиологически безвредны.

Особенно ценны такие свойства пенополиуретанов, как чрезвычайно малый объемный вес, водостойкость, стойкость к действию топлива и масел, высокие адгезионные, воздухо- и теплоизоляционные свойства.Пенопласт с такими свойствами может применяться в различных отраслях народного хозяйства.

Пенополиуретаны могут изготовляться в виде блочного, листового и рулонного материала, а также в виде изделий путем заливки смеси в форму.

В шахтах используются жесткие пенополиуретаны,получаемые методом напыления(набрызга) на месте применения. Применяют их с целью воздухоизоляции горных выработок и вентиляционных сооружений, теплоизоляции горных выработок и шахтных трубопроводов,укрепления горных пород и др.

Имеется несколько марок жестких пенополиуретанов.

Д1ля применения в тахтах Владимирским научно-исследова-

5

тельскиы институтом синтетических смол(ВНИИСС) разра-» ботаны две рецептуры - ППУ-9Н и ППУ-304н. Поэтому настоящее руководство составлено с учетом использования этих рецептур.

В настоящее время для применения рекомендуется ППУ-9н как более дешевый (3 руб/кг)_%ППУ-304н менее капризный при получении и технологичнее, чем ППУ-9н. Однако он значительно дороже - 9 руб/кг. В перепек -тиве ожидается снижение его стоимости до I,3-1,5руб/кг.

Пенопласты марок ППУ-9н и ППУ-304н имеют следующие физико-механические показатели, соответствующие техническим условиям:

Пенополиуретановые покрытия получают путем напыления смеси исходных компонентов на обрабатываемую поверхность. Жидкая смесь в результате экзотермической реакции вспенивается в течение 20-40сек.,а затем отверждается. Отверждение происходит за 4-5 мин. Напыляемая композиция получается в результате перемешивания двух* рабочих смесей в пистолете-распылителе сжатым воздухом. Подача и дозировка их в пистолет-распылитель осуществляется с помощью специальной установки •

Перечень сырья, необходимого для получения полиуретана ППУ-9н и ГШУ-304н,и его краткая характеристика приводится в табл.2.

1.    Полиэфир П-9 (П-509)

2.    Продукт Хлор-ДУДЭГ

3.    Эмульгатор ОП-7 ОП-Ю

4. Триэтиламин(катализатор)

I«Сложный полиэфир П-9 - густовязкая жидкость от светложелтого до темно-коричневого цвета, получается после реакции поликонденсации глицерина,адипи -новой кислоты и диэтиленгликоля«Растворяется в спирте, бензоле, ацетоне.Нелетуч,невзрывоопасен.

2 Продукт Хлор-ДУДЭГ-вяэкая жидкость от желтого до светло-коричневого цвета. Получается после реакции толуилендииаоцианата Т-65 с хлордислом(полуацеталь диэтиленгликоля и хлораля)«Растворяется в ацетоне» бензоле» хлороформе и др. Токсичен» при работе необходимо соблюдать правила техники безопасности,предусмотренные санитарными требованиями Ш 452-63 от 4/IX-63г.

3. Триэтиламнн - легкоподвижная жидкость с резким

специфическим запахом.Температура кипения + 89»5°С.Уд.

2

вес - 0,8 г/см , растворяется в спирте, ацетоне.Токсичен .Относится к категории легковоспламеняющихся жид -костей.

4. Трихлорэтилфосфат - бесцветная прозрачная жидкость ,применяется в качестве добавки для снижения горючести ППУ.Негорюч.Токсичен.Температура замерзания -62°С.

5.Эмульгаторы - ОП-7 или ОП-Ю - густовязкие жидкости желтого цвета, применяемые в промышленности как моющие или эмульгирующие средства.Нетоксичыы.

6. Фреон-113 - легколетучая, бесцветная жидкость, температура кипения ♦ 47°С.Нетоксичен, негорюч.

7. Фреон-II - легколетучая бесцветная жидкость с температурой кипения 23,77°С. Не растворим в воде,хорошо растворяется в спирте, эфире.Негорюч, нетоксичен.

8. Полиэфир ДТ-500 -светло-желтая,вязкая,малолетучая чая при 20°С жидкость, без запаха.Нетоксичен.

9. ВННИЖ - поверхностноактивное вещество применяемое как добавка в некоторые Рмали и краски для предупреждения образования в них твердого осадка при хране-

9