CN103131061B - 节能输送带底胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能输送带底胶，特征是，在双辊开炼机内加入天然橡胶和合成橡胶塑炼后，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、分散剂、补强剂、改性芳纶短纤维、软化剂、补强剂，混炼后停放得到一段混炼胶；向一段混炼胶中加入硫磺、促进剂进行混炼；再进行硫化，得到所述的节能输送带底胶。本发明采用改性芳纶短纤维加入胶料中，可以有效地减少胶料生热、降低其滞后损失，获得具有低摩擦系数的节能输送带底胶；采用少量改性芳纶短纤维与大量炭黑并用作为填充体系，保持胶料各项物理机械性能的同时，提高了耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及节能输送带底胶的制备方法，该节能输送带可与各类大运量、长距离输送机配套使用，广泛应用于冶金业、煤矿业、港口等行业。
背景技术
输送带是继轮胎后第二大橡胶工业产品，是输送机中起主导作用的部件。输送带具有操作安全、使用方便、易于维护的优点，且可以实现连续化、远距离运输，因而广泛应用于矿山、码头、冶金、机械及仓储业的物料输送。
随着现代化科技迅速发展，机械化、自动化生产水平不断提高，长距离、大宽度、大运载、连续化的输送带为广大行业所需要。然而，随着输送带的加长、加宽，其运行工作中所消耗的动力能量也在不断增大。在目前能源消耗不断增长而能源资源越发紧缺的情况下，研究发展节能输送带成了必然趋势。
从企业角度而言，通过输送带在使用中节能减耗，可以降低运营成本，提高企业经济效益，增强企业竞争力。与此同时，响应全球节能、环保的呼声，节能输送带的研发、生产及推广，相应地可以提高输送带企业的竞争能力。在保证其综合性能同时，研发输送带的节能性，完善其生产工艺，推出性能稳定的节能输送带，待工艺成熟，有望将产品推广到国际市场。
从长远而宏观的角度看，节能输送带降低动力能耗，长此以往，可缓解能源资源需求紧张的局面，减少消耗能源给环境带来的巨大压力，对于实现可持续发展、降污减排、保护环境有着重大的意义。
意识到节能输送带的重要性，世界各国均投入大量的人力物力进行相关研究。研究主要围绕输送带结构创新和配方设计两方面进行，即从结构上实现输送带的轻量化，从配方上降低输送带的损耗因子tanδ。损耗因子tanδ(损耗模量与弹性模量比值)是非常重要的物理量，它是用来表征粘弹性材料能量损失(滞后损失)的一个重要参数。降低tanδ，意味着可以降低胶料内摩擦所损耗的能量，相应的降低输送带的动力能耗，达到节能目的。
瑞典卓儿堡公司使用高强度、高模量、轻量化的芳纶作为输送带骨架材料，代替钢丝绳输送带，减少带体厚度和输送带自身重量，减小输送机自身的功率消耗，同时增强输送带运行的稳定性、减少维修工作量，有利于输送带的搬运、安装和拆卸。但是，芳纶的成本相比于其他骨架材料，较为昂贵，因而在推广和实际应用中受到了限制。
2005年，刘先锋以NR/SBR并用体系为基准，使用固体润滑剂云母粉或滑石粉填充胶料，以过渡金属配合物Cd(BDTC)2Py作为促进剂，可降低硫化胶的摩擦系数(刘先锋，节能型输送带NR/SBR复合材料的研究，华南理工大学硕士论文，2005)。以上研究中，通过配方设计来降低硫化胶的摩擦系数。然而，与常规配方相比，使用了改性剂A、硅藻土填料等非常用配合剂，而使用的过渡金属配合物需要额外合成。可见其成本较高，实际推广的可能性不大。
发明目的
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种节能输送带底胶，该底胶具有低摩擦系数、高耐磨性。
本发明的另一目的是提供一种节能输送带底胶的制备方法。
按照本发明提供的技术方案，一种节能输送带底胶，特征是，包括以下组份，组份比例按重量份数计：40～100份天然橡胶、10～60份合成橡胶、1～10份改性芳纶短纤维、1.0～2.5份硫磺、1～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～2.5份促进剂、30～60份补强剂、1～10份软化剂、1～5份防老剂和1～3份分散剂；
在双辊开炼机内加入天然橡胶和合成橡胶塑炼后，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、分散剂、补强剂、改性芳纶短纤维、软化剂，混炼后停放得到一段混炼胶；向一段混炼胶中加入硫磺、促进剂进行混炼；再进行硫化，得到所述的节能输送带底胶。
在一个具体实施方式中，所述合成橡胶为丁苯橡胶和/或顺丁橡胶。
在一个具体实施方式中，所述促进剂为促进剂NS、促进剂CZ、促进剂DTDM、促进剂TMTD中的一种或多种。
在一个具体实施方式中，所述补强剂为炭黑N220、炭黑N234、炭黑N115、炭黑N330中的一种或多种。
在一个具体实施方式中，所述防老剂为微晶蜡、防老剂RD、防老剂4020、防老剂BLE中的一种或多种。
本发明所述节能输送带底胶的制备方法，特征是，包括以下步骤，组份比例按重量份数计：
(1)一段混炼：在双辊开炼机内加入40～100份天然橡胶和10～60份合成橡胶，塑炼30～50s，塑炼温度为25～30℃；然后依次加入1～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～5份防老剂、1～3份分散剂、30～60份补强剂、1～10份改性芳纶短纤维、1～10份软化剂，混炼15～20min，混炼温度为40～60℃，停放12～16h后即得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：向步骤(1)得到的一段混炼胶中加入1～2.5份硫磺、1～2.5份促进剂，混炼3～6min，混炼温度为40～60℃，得到底胶；
(3)将步骤(2)得到的底胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为140～150℃，硫化压力为10～15MPa，硫化时间为20～40min，得到所述的节能输送带底胶。
本发明的有益效果是：
(1)采用改性芳纶短纤维加入胶料中，可以有效地减少胶料生热、降低其滞后损失，获得具有低摩擦系数的节能输送带底胶；
(2)采用少量改性芳纶短纤维与大量炭黑并用作为填充体系，保持胶料各项物理机械性能的同时，提高了耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明所述橡胶基体中的天然橡胶是采用乳液絮凝法制备的，天然橡胶具有自增强性，拥有较高的力学强度，同时具有良好的耐屈挠性能，滞后损失小，生热低，综合性能较之其他橡胶更为优异。
本发明所述的合成橡胶为丁苯橡胶或顺丁橡胶，丁苯橡胶具有良好的耐热性、耐老化性、耐磨性，顺丁橡胶具有良好的耐磨性、耐寒性和弹性。
本发明所述的促进剂为为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促进剂NS)、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促进剂CZ)、4，4’-二硫化二吗啉(促进剂DTDM)、二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)中的一种或多种，选择并采用合适的交联体系，确保混炼胶具有良好的焦烧性能，利于后期进行复合加工，同时，获得良好的交联结构，使得硫化胶具有优异的物理机械性能。
本发明所述的补强剂为中超耐磨炭黑N220、炭黑N234、超高耐磨炭黑N115或者高耐磨炭黑N330。
本发明所述的改性芳纶短纤维是芳纶短纤维经过化学试剂表面活化的表面改性材料，在作为补强剂和炭黑一起加入到胶料中；改性芳纶短纤维加入胶料中，由于其表面改性，易与炭黑等填料发生交互作用，减少了填料之间的作用，从而降低了胶料的内摩擦生热，可以有效地降低胶料的滞后损失、减少生热，减少胶料的滚动阻力，实现节能的目的；然而，改性芳纶短纤维的份数不得超过10份，份数增加会影响胶料的拉伸强度等物理机械性能。本发明实施例所使用的改性芳纶短纤维购自日本帝人株式会社。
本发明所述的防老剂为微晶蜡(是通过一系列复杂的溶剂分离法从蒸馏釜里的渣油中分离出来的)、2，2，4-三甲基-1、2-二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)、N-(1，3-二甲基丁基)-N'-苯基对苯二胺(防老剂4020)、丙酮与二苯胺高温缩合物(防老剂BLE)中的一种或多种，可以为橡胶制品提供良好的抗热氧老化、抗臭氧老化性能。
所述软化剂为石油系增塑剂、松油系增塑剂、煤焦油系增塑剂中的一种或多种，如古马隆树脂、芳烃油、煤焦油、松香、锭子油、松焦油、变压器油等，没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。
本发明所述的硬脂酸没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可；本发明实施例中所采用的硬脂酸来源于丹阳市胜达化工有限公司。
本发明的所述的分散剂没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可；本发明实施例中所采用的分散剂为分散剂FS-12。
本发明亦提供了节能输送带底胶的制备方法，按照传统的橡胶加工方法，将除硫化体系(硫磺、促进剂)以外的各组分在开炼机或密炼机中混合均匀得到一段混炼胶，停放12～16小时后，再加入硫化体系进行二段混炼；将获得的二段混炼胶停放一段时间后，在挤出机上进行挤出出片得到输送带底胶胶片；在常温下，将底胶、粘合胶和骨架材料在四辊压延机上进行复合成型；将成型后的带胚在平板硫化机上进行硫化，硫化温度范围在140～150℃，硫化压力在10～15MPa，硫化时间20～40min；硫化后的带胚经过冷定型后，便可得到相应的产品。
实施例1：一种节能输送带底胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：在双辊开炼机内加入450g天然橡胶和50g丁苯橡胶，塑炼40s，塑炼温度为25℃；然后依次加入5g氧化锌、5g硬脂酸、5g微晶蜡、5g分散剂FS-12、50g炭黑N220、5g改性芳纶短纤维、5g松焦油、100g炭黑N330，混炼17min，混炼温度为40℃，停放12h后即得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：向步骤(1)得到的一段混炼胶中加入5g硫磺、5g促进剂NS，混炼4min，混炼温度为50℃，得到底胶；
(3)将步骤(2)得到的底胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为170℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为30min，得到所述的节能输送带底胶；该节能输送带底胶的物理机械性能如表1所示，tanδ如表2所示。
实施例2：一种节能输送带底胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：在双辊开炼机内加入400g天然橡胶和100g顺丁橡胶，塑炼35s，塑炼温度为25℃；然后依次加入12.5g氧化锌、10g硬脂酸、2.5g防老剂4020、5g防老剂RD、5g防老剂BLE、10g分散剂FS-12、100g炭黑N115、25g改性芳纶短纤维、5g古马隆树脂、10g芳烃油、5g煤焦油、125g炭黑N330，混炼20min，混炼温度为45℃，停放14h后即得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：向步骤(1)得到的一段混炼胶中加入10g硫磺、5g促进剂NS、5g促进剂CZ，混炼5min，混炼温度为55℃，得到底胶；
(3)将步骤(2)得到的底胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为155℃，硫化压力为12MPa，硫化时间为35min，得到所述的节能输送带底胶；该节能输送带底胶的物理机械性能如表1所示，tanδ如表2所示。
实施例3：一种节能输送带底胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：在双辊开炼机内加入300g天然橡胶、100g丁苯橡胶和100g顺丁橡胶，塑炼50s，塑炼温度为30℃；然后依次加入25g氧化锌、15g硬脂酸、5g微晶蜡、10g防老剂RD、10g防老剂4020、15g分散剂FS-12、125g炭黑220、50g改性芳纶短纤维、25g松香、10g锭子油、15g松焦油、175g炭黑N234，混炼15min，混炼温度为50℃，停放16h后即得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：向步骤(1)得到的一段混炼胶中加入12.5g硫磺、5g促进剂DTDM、7.5g份促进剂NS，混炼3min，混炼温度为40℃，得到底胶；
(3)将步骤(2)得到的底胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为140℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为20min，得到所述的节能输送带底胶；该节能输送带底胶的物理机械性能如表1所示，tanδ如表2所示。
实施例4：一种节能输送带底胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：在双辊开炼机内加入40g天然橡胶和10g丁苯橡胶，塑炼30s，塑炼温度为30℃；然后依次加入1g氧化锌、1g硬脂酸、1g防老剂BLE、1g分散剂FS-12、15g炭黑N115、1g改性芳纶短纤维、1g松焦油、15g炭黑N330，混炼15min，混炼温度为60℃，停放12h后即得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：向步骤(1)得到的一段混炼胶中加入1g硫磺、1g促进剂TMTD，混炼3min，混炼温度为60℃，得到底胶；
(3)将步骤(2)得到的底胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为140℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为40min，得到所述的节能输送带底胶。
实施例5：一种节能输送带底胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：在双辊开炼机内加入100g天然橡胶和60g顺丁橡胶，塑炼50s，塑炼温度为25℃；然后依次加入5g氧化锌、3g硬脂酸、5g防老剂4020、3g分散剂FS-12、30g炭黑N234、10g改性芳纶短纤维、10g松香、60g炭黑N330，混炼20min，混炼温度为40℃，停放16h后即得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：向步骤(1)得到的一段混炼胶中加入2.5g硫磺、2.5g促进剂DTDM，混炼6min，混炼温度为40℃，得到底胶；
(3)将步骤(2)得到的底胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为150℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为20min，得到所述的节能输送带底胶。
对比例1：
在双辊开炼机上，加入450g天然橡胶和50g丁苯橡胶(SBR1712)在25℃下塑炼45s，然后依次加入5g氧化锌、5g硬脂酸、5g微晶蜡、5g分散剂FS-12、50g炭黑N115、5g变压器油、100g炭黑N330，进行一次混炼，混炼温度60℃，混炼16min，停放12小时后，加入交联剂和促进剂：5g硫磺和3g促进剂DTDM、1.5g促进剂CZ、0.5g促进剂TMTD，在开炼机上混合均匀得到二段混炼胶，混炼温度60℃，混炼6min；在平板硫化机上硫化30min，硫化温度160℃，硫化压力为13MPa，，得到所述的节能输送带底胶；该底胶的物理机械性能见表1，tanδ值见表2。
本发明的测定方法按照如下标准：
输送带底胶的物理机械性能测试方法按ASTMD412标准来测试复合材料的力学性能；拉伸实验一律采用6.00mm宽裁刀制哑铃片，撕裂实验为直角型撕裂样品；拉伸速度为500mm/min，测试温度为25℃；其他性能测试均按照ASTM标准来完成。
表1：本发明实施例1～3、对比例1的性能比较
| 性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 拉伸强度/MPa | 19.7 | 16.8 | 18.4 | 19.4 |
| 100％定伸强度/MPa | 2.8 | 2.7 | 3.1 | 3.0 |
| 300％定伸强度/MPa | 10.7 | 9.8 | 11 | 12.2 |
| 断裂伸长率/％ | 504 | 485 | 483 | 454 |
| 直角撕裂强度/kN/m | 55 | 54 | 30 | 57 |
| 永久变形/％ | 30 | 25 | 54 | 25 |
| 滚筒磨耗/mm3 | 108 | 118 | 117 | 115 |
| 邵A硬度 | 68 | 70 | 73 | 70 |
| 密度/g/mm3 | 1.170 | 1.172 | 1.170 | 1.179 |
表2：本发明实施例1～3、对比例1在60℃下的tanδ值
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| tanδ | 0.31 | 0.32 | 0.34 | 0.36 |
如表1所示，所测实施例1～3的底胶物理机械性能为拉伸强度≥16.0MPa，扯断伸长率≥450％，直角撕裂强度≥30KN/m，滚筒磨耗值≤120mm3，硬度60-75A(邵尔)。
通过实施例1～3、对比例1的性能比较，可以看出，加入改性芳轮短纤维的底胶tanδ值均有明显降低。实施例1的底胶，其各项物理机械性能都明显优于其他实施例。在本发明中节能底胶在保持各项性能的同时，降低tanδ值，可实现输送带节能的目的。
Claims (1)
1. 一种节能输送带底胶的制备方法，包括以下组份，组份比例按重量份数计：40～100份天然橡胶、10～60份合成橡胶、1～10份改性芳纶短纤维、1.0～2.5份硫磺、1～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～2.5份促进剂、30～60份补强剂、1～10份软化剂、1～5份防老剂和1～3份分散剂；
其特征是，包括以下步骤：
（1）一段混炼：在双辊开炼机内加入40～100份天然橡胶和10～60份合成橡胶，塑炼30～50s，塑炼温度为25～30℃；然后依次加入1～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～5份防老剂、1～3份分散剂、30～60份补强剂、1～10份改性芳纶短纤维、1～10份软化剂，混炼15～20min，混炼温度为40～60℃，停放12～16h后即得到一段混炼胶；
（2）二段混炼：向步骤（1）得到的一段混炼胶中加入1～2.5份硫磺、1～2.5份促进剂，混炼3～6min，混炼温度为40～60℃，得到底胶；
（3）将步骤（2）得到的底胶在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为140～150℃，硫化压力为10～15MPa，硫化时间为20～40min，得到所述的节能输送带底胶。
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