普通用途DPP芳綸輸送帶的研制作者：中澳橡膠 發(fā)布時間：2015-08-05 點擊次數(shù)：
摘要：介紹普通用途DPP芳綸輸送帶的研制。試驗結(jié)果表明：與同級別的普通用途分層帶相比，DPP芳綸輸送帶的骨架材料強(qiáng)度利用率提高1O％，輸送帶整體厚度降低2．1mm，骨架材料厚度降低3．1mm，單位質(zhì)量降低3．79kg·m～，從而可降低輸送機(jī)無效負(fù)荷。關(guān)鍵詞：輸送帶；DPP；芳綸；粘合強(qiáng)度；覆蓋膠在歐美等發(fā)達(dá)國家，芳綸輸送帶已很普遍，應(yīng)用效果顯著。我國高性能芳綸輸送帶處于試制階段，尚未大規(guī)模使用。隨著國內(nèi)芳綸生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高及國外主要生產(chǎn)廠商產(chǎn)能的擴(kuò)大，芳綸價格會有所降低；另外，國家對節(jié)能環(huán)保理念的倡導(dǎo)以及使用廠家對長距離、高強(qiáng)度、長壽命的追求，必然促進(jìn)芳綸高性能輸送帶的開發(fā)和應(yīng)用。本文介紹普通用途DPP芳綸輸送帶的研制。
1實驗
1．1主要原材料DPP芳綸帆布，帝人公司產(chǎn)品；天然橡膠(NR)，牌號SCR5，云南天然橡膠產(chǎn)業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠(SBR)，牌號1502，中國石油吉林石化分公司有機(jī)合成廠產(chǎn)品；順丁橡膠(BR)，牌號9000，中國石化齊魯石化股份有限公司橡膠廠產(chǎn)品；粘合劑RF-90和HMMM，常州常京化學(xué)有限公司產(chǎn)品。
1．2主要設(shè)備與儀器X(S)M-1．5型密煉機(jī)和XLB-600×600×2型電熱平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；GT—M2000AN型無轉(zhuǎn)子硫化儀和TCS一2000型拉力試驗機(jī)，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品。
1．3試樣制備試驗?zāi)z料在1．5L密煉機(jī)內(nèi)按常規(guī)工藝混煉，在XLB一600×600×2型電熱平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為147℃X30min。中試膠料在140L密煉機(jī)內(nèi)按常規(guī)工藝混煉，試驗帶在XLB-1800×10000×1型平板硫化機(jī)上硫化。
1．4性能測試試樣的拉伸性能、層間粘合強(qiáng)度和磨耗性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。
2結(jié)果與討論
2．1骨架材料的確定現(xiàn)常用平紋編織結(jié)構(gòu)帆布見圖1。
該結(jié)構(gòu)經(jīng)線位于緯線上下，通過交叉達(dá)到相互固定的目的，由于上下彎曲，縱向水平受力時，一部分作用力被分解到垂直方向，紗線理論強(qiáng)度值發(fā)生了損失，強(qiáng)度越高，經(jīng)線彎曲程度越大，強(qiáng)度損失也越大。采用直經(jīng)編織結(jié)構(gòu)的DPP芳綸帆布可獲得更高強(qiáng)度，該結(jié)構(gòu)帆布主要由受力經(jīng)線、連接經(jīng)線和緯線三部分組成，見圖2。
其緯線位于經(jīng)線上下，通過連接經(jīng)線上下交叉來固定相互位置，受力經(jīng)線由高模量的芳綸組成，并始終處于平直狀態(tài)。與平紋編織結(jié)構(gòu)相比，直經(jīng)編織結(jié)構(gòu)強(qiáng)度利用率更高，在生產(chǎn)同級別分層帶時，可以減小骨架材料用量；單層強(qiáng)度大幅度提高可使骨架材料減少到1層，避免了分層帶來的問題，提高了輸送帶的耐疲勞性能。此外，直經(jīng)結(jié)構(gòu)織物的凹凸表面與橡膠粘合強(qiáng)度增大。芳綸帆布性能指標(biāo)見表1。
本研究以DPP1600芳綸帆布為骨架材料進(jìn)行試驗。
2．2高耐磨覆蓋膠配方
2．2．1主體膠料輸送帶的正常使用壽命取決于覆蓋層的磨損情況。在相同工況下，提高覆蓋層的磨耗性能有利于提高輸送帶的壽命。為了與高強(qiáng)度DPP芳綸骨架材料壽命相匹配，需設(shè)計高耐磨膠料配方，性能要求如下：拉伸強(qiáng)度≥18MPa，拉斷伸長率≥400，體積磨耗量≤9Omm。。為獲得最佳的強(qiáng)度和耐磨性能，考慮選擇NR與BR并用。NR／BR并用比對覆蓋膠物理性能的影響見表2。
從表2可見：隨著覆蓋膠中BR用量的增大，硫化膠的耐磨性能提高，強(qiáng)度降低；當(dāng)BR用量大于50份時，混煉膠不易包輥，工藝性能較差。綜合工藝性能與物理性能，輸送帶高耐磨覆蓋膠主體膠料采用并用比為5o／5o的NR／BR。
2．2．2補(bǔ)強(qiáng)填充體系炭黑粒徑是影響炭黑補(bǔ)強(qiáng)效果的最重要因素，粒徑越小，補(bǔ)強(qiáng)性能越好，硫化膠的耐磨性能也越好。綜合考慮拉伸強(qiáng)度和磨耗性能，本研究選用粒徑較小的炭黑N22O作為補(bǔ)強(qiáng)填充劑。炭黑N220用量對覆蓋膠物理性能的影響見表3。
從表3可見，炭黑N220用量對覆蓋膠拉伸強(qiáng)度影響明顯，當(dāng)炭黑N220用量在6O份時，膠料拉伸強(qiáng)度最大，之后隨著炭黑N220用量的增大，膠料拉伸強(qiáng)度逐漸減小。分析認(rèn)為，當(dāng)炭黑用量較小時，橡膠大分子與炭黑形成的“結(jié)合橡膠”含量較小；當(dāng)炭黑用量較大時，炭黑分散不均勻，導(dǎo)致被定向排列的二維狀態(tài)的橡膠量減小。因此，覆蓋膠中炭黑用量是影響其拉伸強(qiáng)度和耐磨性能的關(guān)鍵因素。綜合考慮，炭黑N220用量選擇60份。
2．2．3硫化體系NR和BR均屬烯烴類橡膠，使用硫黃硫化時硫化特性相似。半有效硫化體系兼具有效和普通硫化體系的優(yōu)點。通過試驗，確定硫化體系為硫黃／促進(jìn)劑DTDM／促進(jìn)劑CZ并用體系。通過試驗確定普通用途DPP芳綸輸送帶高耐磨覆蓋膠配方為：NR50，BR50，補(bǔ)強(qiáng)填充體系6O，活化體系6，防護(hù)體系3，增塑體系8，硫化體系3．6。高耐磨覆蓋膠性能見表4。從表4可見，高耐磨覆蓋膠各項性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
2．3高粘合貼膠配方
2．3．1主體膠料高粘合貼膠主體膠料的選擇主要集中在NR，SBR和BR三種通用橡膠上。NR是一種結(jié)晶性橡膠，自補(bǔ)強(qiáng)性大，機(jī)械強(qiáng)度高，而且具有優(yōu)異的自粘性。SBR與帆布浸膠膠乳能產(chǎn)生相似相容效應(yīng)，而且SBR硫化曲線平坦，膠料不易焦燒和過硫，價格低于其他兩種橡膠，配合得當(dāng)可顯著降低配方成本。因此選擇NR／SBR并用膠作為芳綸輸送帶高粘合貼膠的主體材料。NR／SBR并用比對貼膠性能的影響見表5。
從表5可見：隨著主體膠料NR／SBR中SBR用量的增大，膠與DPP芳綸帆布間的粘合強(qiáng)度逐漸提高；當(dāng)完全采用SBR為主體膠料時，膠與DPP芳綸帆布間的粘合強(qiáng)度稍有下降。綜合考慮，主體膠料采用NR／SBR并用比為20／80。由于芳綸浸膠帆布較普通帆布強(qiáng)度大、硬度高，為與骨架材料性能匹配，本研究貼膠強(qiáng)度需比普通用途貼膠強(qiáng)度高，邵爾A型硬度控制在70度左右。
2．3．2硫化體系貼膠主體膠料為NR／SBR并用膠，兩種橡膠硫化速度基本相同，可以實現(xiàn)共硫化。膠料粘合力隨著硫黃用量的增大而提高；采用后效性的次磺酰胺類促進(jìn)劑能延長膠料的焦燒時間，使膠料在達(dá)正硫化前有充分的流動時間滲透到織物中去，有利于橡膠與織物的粘合。經(jīng)過多次試驗，硫黃和促進(jìn)劑用量確定為3．8份。
2．3．3粘合體系芳綸纖維的主鏈中苯環(huán)和酰胺鍵存在共軛效應(yīng)，大分子鏈柔性差，空間位阻作用大，傳統(tǒng)間苯二酚一甲醛一膠乳(RFL)浸漬液對其表面處理效果不好，因此需先對芳綸纖維進(jìn)行表面活化，以改善芳綸纖維與RFL膠乳的粘合性能。盡管DPP芳綸帆布經(jīng)過浸膠處理，貼膠配方中也需加入粘合劑，以增強(qiáng)與芳綸帆布的粘合。粘合劑RF一90和六甲氧基甲基蜜胺(HMMM)對貼膠硫化特性及其與DPP芳綸帆布粘合強(qiáng)度的影響見表6。
從表6可見：隨著粘合劑用量增大，貼膠與DPP芳綸帆布粘合強(qiáng)度不斷提高，當(dāng)粘合劑RF一90／HMMM用量比為3．5／5．25時，與DPP芳綸帆布粘合強(qiáng)度最大；之后繼續(xù)增大粘合劑用量，貼膠與DPP芳綸帆布粘合強(qiáng)度稍降，并保持穩(wěn)定。通過對主體膠料、硫化體系和粘合體系的選擇，最終確定普通用途DPP芳綸輸送帶高粘合貼膠配方為：NR20，BR80，補(bǔ)強(qiáng)體系40，填充體系40，粘合體系5，活化體系7．3，防護(hù)體系2，增塑體系24，硫化體系3．8。高粘合貼膠性能見表7。
2．4生產(chǎn)工藝及接頭工藝
2．4．1混煉工藝混煉工藝對貼膠粘合性能有很大影響。粘合劑RF一90是間苯二酚給予體，必須與亞甲基給予體HMMM發(fā)生反應(yīng)才能起粘合作用，該反應(yīng)在硫化溫度下很快發(fā)生，如果反應(yīng)在硫化之前發(fā)生，則失去粘合作用。因此在密煉過程中，RF一9O要求在混煉前期(或一段混煉)與氧化鋅、硬脂酸等小料在高溫(<140℃)下一起加入，與膠料進(jìn)行混煉發(fā)生預(yù)反應(yīng)；HMMM要求在混煉后期(或二段混煉)低溫(~100℃)下加入，以保護(hù)活性。
2．4．2壓延成型DPP芳綸輸送帶的壓延成型工藝與普通分層帶工藝基本一致。但由于DPP芳綸帆布緯向收縮率較小，當(dāng)成品寬度不小于1000mitt時，帶坯寬度要求比成品寬度小1o～15mm，以使邊膠厚度適宜，保證硫化過程中不漏邊。貼膠厚度對布層之間的粘合強(qiáng)度影響較大，壓延時要保證貼膠厚度適宜。在普通分層帶生產(chǎn)過程中，為保證性價比，貼膠厚度在保證層間粘合強(qiáng)度的情況下越小越好。一般情況下，型號越低貼膠越厚，層數(shù)越少貼膠越厚。本研究芳綸輸送帶骨架材料為直經(jīng)直緯芳綸浸膠帆布，紗線粗，帆布花紋深，厚度為3I"O_I33_左右，因此吃膠量要大。為保證帆布與貼膠的粘合強(qiáng)度，對貼膠厚度進(jìn)行試驗。具體數(shù)據(jù)見表8。
從表8可見，隨著貼膠厚度的增大，貼膠與帆布的粘合強(qiáng)度并非逐漸增大，貼膠厚度小于2．0mm時粘合強(qiáng)度隨著貼膠厚度的增大逐漸增大，在貼膠厚度為2．0mlTl時達(dá)到最大，當(dāng)貼膠厚度為2．5mm時，粘合強(qiáng)度反而下降。DPP帆布厚度為3mm左右、貼膠厚度為2mm時，帆布吃膠后的厚度為4mm左右。即當(dāng)總的貼膠厚度與帆布總吃膠厚度的差值與帆布厚度基本一致時，貼膠與帆布粘合強(qiáng)度最大。
2．4．3硫化按普通分層帶硫化工藝進(jìn)行硫化，硫化溫度為147℃，時間為30rain，主機(jī)壓力為2．5MPa，根據(jù)帶坯寬度和厚度，選擇合適的墊鐵、型腔及壓縮比。
2．4．4接頭工藝DPP芳綸輸送帶由于經(jīng)線始終處于平直狀態(tài)，機(jī)械接頭效率低，僅為33，必須采用熱硫化指形搭接方式，以提高輸送帶使用壽命。指形接頭尺寸見表9，接頭示意見圖3。
2．5輸送帶成品性能經(jīng)現(xiàn)場中試，生產(chǎn)出1400DPP11600(6+3)芳綸輸送帶，檢測其性能，并與1400EP6300(64-3)普通分層帶進(jìn)行對比，結(jié)果見表1O。
從表10可見，與同級別普通分層帶相比，芳綸輸送帶骨架材料強(qiáng)度利用率提高10，輸送帶整體厚度降低2．1mm，骨架材料厚度降低3．1mm，單位質(zhì)量降低3．79kg·m_。產(chǎn)品性能完全符合DIN22102—1—1991標(biāo)準(zhǔn)要求。
3結(jié)論
(1)NR與BR并用可顯著改善覆蓋膠的磨耗性能，當(dāng)NR／BR并用比為50／50時，膠料的體積磨耗量最小；硫化體系種類及用量對覆蓋膠體積磨耗和拉斷伸長率影響明顯；炭黑用量對覆蓋膠拉伸強(qiáng)度和磨耗性能的影響明顯。
(2)適當(dāng)增大SBR用量能夠提高貼膠與帆布的粘合強(qiáng)度；貼膠配方中加人粘合體系能夠提高帆布的附膠量和貼膠與帆布的粘合強(qiáng)度；貼膠的厚度影響其與帆布間的粘合強(qiáng)度，需依據(jù)帆布厚度來選擇；混煉時粘合劑加入順序、溫度和時間對貼膠與帆布粘合強(qiáng)度的影響較大。
(3)與同級別普通分層帶相比，DPP1600芳綸輸送帶骨架材料強(qiáng)度利用率提高10，輸送帶整體厚度降低2．1mm，骨架材料厚度降低3．1mm，單位質(zhì)量降低3．79kg·m，從而可降低輸送機(jī)無效負(fù)荷。(4)本研制高耐磨覆蓋膠大大延長了輸送帶使用壽命，減少了輸送帶更換頻次，減少了資源浪費(fèi)和報廢輸送帶對環(huán)境的污染。
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