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      我公司经山东省莱芜区科技局批准成立了“莱芜市银鹰橡塑科技成型技术研究所”以党中央国务院提出的可持续性发展的战略为目标,根据用户要求开发研制最新树脂材料的成型与应用,以塑代钢、以塑代木等高分子合金材料的开发和研制,研制一些节约木材、节约能源等对环境有利的更多的产品推向市场,为国家为企业做出更大的贡献。专利名称:“高分子聚合物戗棚顶梁与板鞋 ”,设计人:亓银友,专利权人:亓银友,专利号:ZL 02 2 69852.3 ,证书号:第577358号。

高分子聚合物戗棚梁与板鞋(UHMW-PE-A)论文
高分子聚合物戗棚梁与板鞋(UHMW-PE-A)
的研究与开发
一、摘要:
     我们国家是一个森林资源很不丰富的国家,现有森林面积15894.1万公顷,其森林覆盖率只有16.55%,森林蓄积量112.7亿立方米,但是人造林面积在党中央国务院出台退耕还林等一系列植树造林的优惠政策及各级政府的正确引导下,已经发展成世界首位,面积在4140万公顷,可是我国的森林人均占有量很低,仅相当于世界人均占有量的21.3%,人均森林蓄积量只有世界人均蓄积量的1/8,森林覆盖率只相当于世界森林覆盖率的61.3%。随着我国经济的迅猛发展,工业化、工业自动化的日新月异,人们的生活水平在不断提高,木材及木制品的消费量也在逐年增大,其中人造板、纸浆、纸及纸板消费已排名世界第二位,我国能采伐的木材林年生长不足1亿立方米 ,而商品材年耗森林量1.5亿立方米,材林资源赤字严重,现有木材已远远不能满足市场需求,而且这种状况将长期困扰着我们,致使乱砍乱伐现象时有发生,超限额采伐问题十分严重,已成为我们国家发展经济及中央政府提出的可持续性发展战略的瓶颈。
    在世界工农业飞速发展,经济膨胀走向高度文明的背后,副作用也日益明显,全球气候逐年变暖,自然灾害逐年上升,已经严重威胁着人类的生存。所以节约木材,“以塑代木”等各项技术的研究与开发推广,是我们从事这项工作的技术人员的责任和追求。把更多的新型树脂材料推广到多个应用领域,降低生产成本、提高安全性能、减轻工人劳动强度、提高生产效率、减少更多的森林采伐、提高我们国家的森林覆盖面积是我们全人类的共同目标,也是党中央提出的发展绿色经济、治理环境污染、创造和谐文明社会的主要前提,也是减少自然灾害,贯彻中央政府提出可持续发展战略的重要途径。 
    改革开放以来,中央及各级政府出台了一系列的环保政策:退耕还林、增加森林覆盖率、沙漠植被治理、减少耕地沙漠化、植树造林控制、制定水土流失、制定强硬措施、严格控制工业污水的排放、生活用水的处理等,使环境治理得到了一定的改观,用实际行动履行了可持续发展的伟大战略的实施,得到了世界各国的响应与关注。发展经济决不能以牺牲环境为代价,我们人类赖以生存的地球只有一个,它养育了人类并创造了人类的文明,所以我们地球人必须去精心的保护它,让我们的子孙后代有一个良好的生存环境,也是党中央提出可持续发展战略的主要内涵。
     本文主要介绍了煤矿采煤用高分子聚合戗棚梁与板鞋的研制与开发。随着国内化学工业的腾飞和新型树脂材料的不断出现,以塑代钢、以塑代木、使更多的新型高分子材料在各个生产领域、生活领域、得到广泛推广应用,是我们企业技术开发和技术专业人员的责任,也是从事高分子材料研究专家学者的责任,但是更得需要各级政府领导及有关部门的大力支持,使本研究成果能早日得到推广,早日为人类做出贡献。
    高分子聚合戗棚梁与板鞋是采用了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)为主材料,添加多种配合剂而成的新型高分子聚合物(UHMW-PE-A)。经过多次的配方调整试验所得,它具有强度高、韧性好、回弹性高,阻燃抗静电,能在煤矿井的各种条件下使用的产品,所以推广应用高分子聚合戗棚梁与板鞋的前景和价值是不能用金钱来衡量的。
二、超高分子量聚乙烯UHMW-PE概述
    超高分子聚乙烯是高分子化合物的一个最新产品,也是高分子领域研究的新起点。它的分子量是普通高密度聚乙烯10倍-15倍。高密度PE的分子量105以下,而超高分子量聚乙烯在106以上最高分子量达400万,分子式(CH2 CH2)n是由一种单体聚合而成的均聚物。
我国对于高分子科学的研究自20世纪50年代开始,随高分子工业的迅速发展,研究的课题在不断扩展和深入,新型高分子材料不断出现,理论研究工作已深入到高分子科学的各个领域,并取得了一批令人瞩目的成果。
三、研制开发过程:
    我们公司和新汶矿业集团协庄煤矿共同协作开发的,属于支护类产品。协庄矿提出课题,我们公司负责科研,并且在协庄矿作工业性试验,对现场使用情况和循环次数作严格的记录。高分子聚合戗棚的使用位置是在回采面的最边沿的关键部位,因为回撤后形成的空间要强制放顶或者自然放顶坍塌冲填,边沿放顶时要承受很大的冒顶冲击力和压力,原来在切顶边沿支设全部用木棚(Φ18×20×2000)的松木、放顶来压力木棚马上碎裂,回撤时已不能再用,所以要浪费大量木材,对回采面的安全性也较差,每个循环都有60%-80%的损坏率,更换频繁,工作劳动强度很大,协庄矿的有关领导提出了用高分子材料代替木质戗棚的大胆设想。我们接受了这个任务后依照国家对矿用产品的安全要求开始攻关试制。基础材料利用UHMW-PE的特性,(北京助剂二厂生产M3,分子量360万)经过多次的配方调整后,形成的能达标使用于煤矿井下的新型树脂材料,UHMW-PE-A。在1996年11月份在新汶矿业集团协庄矿2211E工作面进行了3年的工业性试验。试验区工作面长150米,投入高分子聚合戗棚梁70根,每天10-15个循环,累计三年6000个循环无一根损坏。
四、高分子聚合物戗棚的基本性能:
    ①重量轻,安装操作方便,两个人就能很轻松的操作:一人扶棚一人支设,简单快捷,大大缩短了支设时间减轻了工人劳动强度。
    ②强度高,安全性可靠,阻燃抗静电,符合MT113。
    ③设计合理,减少了单体液压支柱的密集使用,一梁四柱改为一梁二柱。
    ④能在井下循环使用6000次,节约了木材减少井口运输压力提高了煤产量。
    ⑤节约了生产成本,提高企业的利润。此次新材料的研究成功为矿用产品的其它应用领域奠定了基础。
五、高分子聚合物戗棚梁模具及加工设备的制作与研究:
    在研究开发高分子聚合戗棚梁的最大困难是加工设备和模具。因为超高分子量聚乙烯流动性极差,加工设备一直是众多专家学者的研究课题。北京中科院联科纳米材料公司研究的一种新型纳米陶土,添加了5-10份采用55双螺杆挤出机生产,每小时的挤出量只能在十公斤左右。生产成本相当高,并且设备投入也相当大。在当时我们公司的条件下没有能力投入上百万的设备去生产戗棚,并且生产工艺并不适应于挤出生产线,所以经过多次的图纸设计和修改图纸,最后决定模具和加工设备为一体的设计方案,能使用于生产高分子聚合戗棚产品的新型烧结工艺。
    1、加工设备的研究与制作:
    利用5支120T或4只160T油缸,作为力源、配用四十升流量的泵站为压力系统、自动化程度为双缸回程自动脱模。设计压力为每cm2/50KG使用压力每cm2/30KG
     2、戗棚模具的研究与制作:
模具设计为空心流道,模腔根据用户要求制作产品的长度一般在两米至两米二左右半拱形球面状,单件重量20公斤左右一次性装料烧结,然后利用导热油直接通往模具流道内加温塑化,再利用循环水循环冷油加压--降温-降温—再加压冷却密实脱模。一模两腔修整检验入库。彻底解决了高分子聚合戗棚制品超大加工烧结困难的难题。两套设备循环使用,第一号设备降温时,第二号设备开始加温,大大的节约了能源消耗,提高了产量。
     此次设备与模具的设计为高分子聚合戗棚顶梁的批量生产打下了坚实的基础,确保了产品质量,又降低了生产成本,这次工艺设备及模具的设计成功是高分子聚合戗棚走向市场成功的最关键一步。
六、经济效益和社会效益的分析:
     高分子聚合戗棚-板鞋是一种高强度的树脂共混共聚物体,受压弯曲后还能回复原形,而钢梁弯曲后就不能再使用,木梁支撑力超过30KN以上的力就会碎裂,并且重量轻,易安装,不用插接直接用单体支柱支设(使用DZ25、DZ28单体支柱),支设时一人扶棚一人升柱,回撒时一人扶棚一人卸柱,从而减轻了工人劳动强度的70%,节约了安装时间,提高了生产效率的30%。按工业性试验区2211工作面长度150米来计算,每月可节约木材355立方米,按每立方米500元计算,每月可节约生产成本17万元,每年可节约材料费213万元。按协庄矿12个采煤面计算每年可节约木材5万立方米,节约材料费2556万元,每月增加产量8000T,净收入160万元,年增长利润1920万元,按高分子戗棚使用周期为三年更换一次计算,直接经济效益1.343亿元。社会效益节约木材15万立方米,按每平方森林0.5立方米木材计算,三年减少森林采伐150平方公里,推广高分子聚合戗棚的经济效益和社会效益都十分明显。
七、高分子聚合物戗棚的综合指标:
    拉伸强度        MPa     29.8
    缺口冲击强度    KJ/m2   158
    抗压强度        MPa     ≥300
    断裂长率        %       ≥350
    拉伸断裂强度    MPa     ≥34
八、安全标志检验   
    编号:200445429
    型号:ODCT-40
    ①尺寸       采样尺寸1600±20×120±5×100±5
    ②外观       平整、无飞边、无气泡、无裂纹
    ③承载能力   L300mm/55KN
    ④反复载荷   30次反复/50KN无裂纹
    ⑤破坏载荷   L300mm/90KN时完好
    ⑥抗压能力   ≥300KN无失效
    ⑦阻燃性能   1.49S
    ⑧抗静电性能 ≤3×108Ω
 
 

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