作为国家基础设施建设的疏浚工程是开发、维护和改善航道、港口水域的主要手段之一，对国民经济的发展，特别是对水上交通、水利防洪、工业发展和城市建设、海上能源产业等作用重大且必不可少。航道疏浚输送浆料具有量大、距离远、沙石含量高等特点，由于含尖棱砂砾浆料在输送管道内快速流动造成的管道磨损相当剧烈。工程中常采用高铬合金钢管或超高分子量聚乙烯管适应该恶劣工况。高铬钢比一般的碳钢、不锈钢耐腐蚀性能好，但存在“硬碰硬”的问题，易扩大高速运动泥沙的破坏力。超高分子量聚乙烯虽然摩擦系数低，但弹性很差，耐冲击磨擦的性能较差，成型也需要高温熔结，如果出现破损，很难进行修补。借鉴矿山设备上成功运用的聚氨酯管道耐磨防腐涂层的配方体系，改进耐磨聚氨酯配方体系，进行材料耐磨降阻研究，以满足长距离疏浚输送管道使用工况的要求。
1 改进聚氨酯配方体系理论分析
提高聚氨酯的回弹性，可吸收砂石的冲击能量而不至于出现“硬碰硬”的问题。降低磨擦系数，提高撕裂强度，可以提高其耐磨性和抵抗破坏的能力，同时也要提高其低耐磨系数的持久性。为了使改进后的聚氨酯弹性体组织更加均匀，需要提高功能性填料的粘结性。为了防止聚氨酯弹性体与之间基体脱落，需要提高聚氨酯与基体的附着力，尤其是湿态附着力。
1.1 提高聚氨酯回弹性
预聚物的合成，采用共混、共聚的方法合成微相分离结构的聚氨酯弹性体[1]。采用规整度高的胺基聚醚提高其微相分离性能，并加入液体橡胶提高其回弹性。
聚氨酯弹性体的分子结构中含有多种基团的高分子聚合物，即同时含有硬段和软段，而硬段和软段中都含有晶区和非晶区。采用共聚、共混的方法合成预聚物，硬段相完善程度高，可显著提高结构中两相分离的程度。而采用规整度高的胺基聚醚可提高硬段的规整度，进而提高微相分离性能，使氢键键能增加，弹性体的物理性能得到显著提高[2]。胺基聚醚1700结构式见图1。
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图1 胺基聚醚1700结构式
1.2 降低聚氨酯磨擦系数提高撕裂强度
引入功能性填料，如超高分子量聚乙烯微粉、聚四氟乙烯微粉、二硫化钼等，降低其磨擦系数，提高其撕裂强度。
聚氨酯弹性体具有良好的耐磨性能，将具有较好机械性能和良好润滑性能的功能性填料引入聚氨酯弹性体时，可显著降低其摩擦系数，在原有较好的耐磨性能的基础上进一步提高其耐磨性降低磨耗，且同时提高聚氨酯弹性体的撕裂强度，更好的适用于工况复杂的疏浚耐磨管道[3]。
1.3 提高聚氨酯功能性填料的粘结性
功能性填料的表面处理，拟采用表面氧化改性、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等对填料的表面进行处理，使其表面附有反应性基团，提高其与聚氨酯树脂的粘接性[4-5]。未经表面处理的填料示意图见图1，硅烷偶联剂处理填料表面后示意图见图2。
图2 未经表面处理的填料示意图 图3硅烷偶联剂处理后的填料表面示意图
1.4 提高聚氨酯低磨擦系数的持久性
合成含氟元素的扩链剂，利用化学的办法对聚氨酯进行改性，提高其低磨擦系数的持久性。含氟化合物具有其他改性材料不可比拟的优越性，因此常用于高分子化合物的改性，可显著提高其多种性能。将胺类扩链剂与含氟化合物按一定比例混合，在50～100℃情况下反应2h，得到含氟元素的胺基扩链剂。利用此方法对聚氨酯进行改性，显著降低其摩擦系数，且改性效果更持久。含氟元素胺类扩链剂分子结构见图4。
图4 含氟元素的胺类扩链剂分子结构示意图
1.5 提高聚氨酯附着力
通过环氧树脂改性的方法提高聚氨酯与各类底材的附着力尤其是湿态附着力。
环氧树脂具有收缩率小、强度高、附着力高、耐化学腐蚀性能好等特点，但其脆性大、变形能力差。用环氧树脂对聚氨酯进行改性，可以结合2种材料的优点，形成性能优良的改性新材料。将胺类扩链剂或胺基聚醚或按设计规定的配比加入到环氧中去，在65～100℃情况下反应2h，生成含有端胺基的环氧生成物。再有异氰酸根和端胺基的环氧生成物反应，生成环氧改性聚氨酯。较好的引入了环氧树脂的附着力的良好特点，很好的提高了聚氨酯与各类底材的附着力尤其是湿态附着力。多胺环氧加成物反应机理见图5。
图5多胺环氧加成物反应机理
2 改进聚氨酯配方体系性能试验及分析
制作试验样品，在恒定温度和动态压力下，按照国家标准gb/t 13452.2-2008要求的厚度[6]，用graco公司的hx-93喷涂试验机在底材上喷涂聚氨酯。然后对样品进行性能测试并分析结果。
2.1 邵氏硬度测试
按照gb/t531.1-2008的规定[7]，将提供的厚度达到6mm且表面平整的试样放在平整坚硬的表面上，将邵氏a硬度计的压足快速压到试样上读取数值，在试样不同位置进行5次测量，取平均值测试结果为邵氏a73度，邵氏硬度≤75°，表明其具有良好的塑性。
2.2 拉伸强度与扯断伸长率
根据gb/t528-2009的规定[8]，使用冲片机及哑铃型裁刀，将试样裁成哑铃型，共裁5件。用厚度计测量哑铃型试样的中部和两端厚度，取平均值设置拉力试验机的厚度数值。将试样对称地夹在拉力试验机的上下夹持器上，并做好标距。夹持器的移动速度为500mm/min，进行拉力测试。把测试结果取平均值，拉伸强度为26mpa，扯裂伸长率为380%。其拉伸强度≥25mpa，扯裂伸长率≥350%，表明具有良好的抗拉伸、抗扯断性能。
2.3 撕裂强度
根据gb/t529-2008的规定[9]，使用冲片机及直角型裁刀，将试样裁成直角型，共裁5件。方法同上，把测试结果取平均值，撕裂强度为60kn/m。其撕裂强度≥55kn/m，表明具有良好的抵抗砂石冲击撕裂的能力。
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