CN101307161B - 一种高耐热输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料 - Google Patents

一种高耐热输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料 Download PDF

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Abstract

一种高耐热输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料属于橡胶产品技术领域。现有炭黑填充丁苯橡胶料耐热输送带覆盖层存在耐热性差，使用寿命短的问题。本发明丁苯橡胶复合材料的组成及其重量份数配比为母胶130～180份、防老剂2～6份、炭黑20～60份、金属氧化物5～20份、促进剂3～10份和硬脂酸2～8份。本发明通过将母胶在开炼机上塑炼后，依次加入金属氧化物、防老剂、炭黑和促进剂，并在开炼机上混合均匀得到混炼胶；再将混炼胶于150℃～180℃硫化得到丁苯橡胶复合材料。本发明的复合材料成本低，且加工性能、耐热老化性能、耐高温龟裂性能和耐磨性能均优异。

Description

一种高耐热输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料
技术领域
本发明属于橡胶产品技术领域，具体涉及一种包括层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶、炭黑、反应型防老剂、纳米金属氧化物等组分的高耐热、低成本的输送带覆盖层橡胶复合材料。
背景技术
目前，在冶金、建材、化工等行业，高耐热输送带被广泛用于输送高温固体物料，如烧结矿石、水泥熟料、烘干水泥、石灰、尿素和无机化肥等。输送带的结构分为上下层为覆盖层(橡胶)、中间层为骨架材料(聚酯纤维织物、尼龙纤维织物、芳纶纤维织物等)以及骨架材料与覆盖层之间的粘合层(橡胶)三个主要部分(如图1所示)，耐热输送带的耐热性能和使用寿命主要取决于覆盖层橡胶的性能。
生产耐热输送带覆盖层的丁苯橡胶中所采用的填料基本上为炭黑，而混炼过程中炭黑的加入需要消耗大量的能量，并且给加工带来极大的不利，同时大量使用炭黑给环境带来了污染。输送带覆盖层在高的物料温度下长时间停留，可能导致覆盖层橡胶因降解、碳化发生大面积严重龟裂或被灼烧掉，带体鼓泡、起层甚至烧穿织物、引起火灾等严重的质量和安全问题，大大缩短使用寿命(一般仅为1～6个月)，带子更换频率高(需停机8h以上)，严重影响生产效率和产品质量。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，而提供一种耐热老化性能优异、低成本、加工性能和耐磨性能好，使用寿命长的输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料。
本发明所提供的一种高耐热输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料的各组分及其质量份数配比如下：
(1)母胶130～180重量份
(2)防老剂2～6重量份
(3)炭黑20～60重量份
(4)金属氧化物5～20重量份
(5)促进剂3～10重量份
(6)硬脂酸2～8重量份
其中，所述的母胶为层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶，其中丁苯橡胶的重量份数为100，层状硅酸盐的重量份数为30～80，是由湖北名流累托石科技股份有限公司提供的工业化产品。
层状硅酸盐作为一种资源丰富的矿物，价格低廉，具有天然的纳米结构。对于层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料中，层状硅酸盐以纳米尺寸均匀分散在橡胶基体中，层状硅酸盐晶层的总比表面积以及形状系数(面积/厚度)都大幅度增大，从而对橡胶分子链的运动产生较强的限制作用，这些结构上的特点赋予了层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料优异的物理性能、气体阻隔性能以及耐热性能。
所述的防老剂为反应型防老剂N-4(苯胺基苯基)马来酰亚胺(MC)、N-4(苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺(NAPM)或通用防老剂2-硫醇基苯并咪唑(MB)的一种或几种。优选反应型防老剂N-4(苯胺基苯基)马来酰亚胺或N-4(苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺中的一种或两种，反应型防老剂可以在硫化过程中与橡胶大分子形成化学键，高温使用时不易迁移，起到更好的防护作用。
所述的炭黑为橡胶加工中使用的细粒子高补强炭黑N330，具有很好的增强效果，保证复合材料具有优良的力学性能和耐磨性能。
所述的金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化镉或纳米氧化钙；优选纳米氧化锌。添加金属氧化物不仅起到公知的活化作用，其中纳米氧化锌在材料中与其他组分配位，起到耐高温的特殊作用。
所述的促进剂为橡胶硫化常用的磺酰胺类或秋兰姆类硫化促进剂，如二硫化四甲基秋兰姆(TT)，环己基苯并噻唑次磺酰胺(CZ)和N-(氧化二亚乙基)-2-苯并噻唑次磺酰胺(NOBS)。
本发明通过1)将母胶在开炼机上按照常规方法塑炼；2)依次加入金属氧化物、防老剂、炭黑和促进剂后，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；3)再将混炼胶于150℃～180℃硫化得到输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料。
本发明具有以下有益效果：
本发明将纳米层状硅酸盐填料应用在耐热输送带覆盖层中，与单纯使用炭黑填料的输送带覆盖层丁苯橡胶相比，具有成本低、污染小、耐热性能、加工性能和耐磨性能好等优点。
附图说明
图1、耐热输送带断面结构，图中，1为耐热输送带的覆盖层；2为耐热输送带的粘合层；3为耐热输送带的骨架层；
图2、实施例3制备的层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶的TEM照片，其中，(a)为样品局部放大10K倍的TEM照片，(b)为样品局部为放大100K倍的TEM照片；
图3、实施例1制备的复合材料在马弗炉中加热若干时间并反复折叠10次后的形貌图；
图4、实施例2制备的复合材料在马弗炉中加热若干时间并反复折叠10次后的形貌图；
图5、对比例2制备的复合材料在马弗炉中加热若干时间并反复折叠10次后的形貌图；
图6、对比例3制备的复合材料在马弗炉中加热若干时间并反复折叠10次后的形貌图；
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
具体实施方式
覆盖层的耐磨性能按GB 9867-88测定。
覆盖层的拉伸强度和断裂伸长率按GB 528-92测定。
覆盖层热空气老化性能按GB 3512-83测试，老化温度为125℃，老化时间为7天。
覆盖层的耐高温龟裂性能主要通过复合材料在马弗炉中加热若干时间受力后的形貌变化来考察。
实施例1
1)将130g层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶(其中，层状硅酸盐重量份为30)，在双辊开炼机上塑炼；
2)然后依次加入活化剂：氧化锌10g和硬脂酸3g、促进剂NOBS：0.8g、促进剂CZ：1.5g、防老剂MB：1.0g、反应型防老剂MC：2.0g、高补强炭黑：30g、促进剂TT：1.5g，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；
3)将混炼胶在155℃硫化得到橡胶复合材料，其老化前后的力学性能、耐磨性能见表1，烧蚀后的受力形貌变化见图3。
实施例2
1)将140g层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶(其中，层状硅酸盐重量份为40)，在双辊开炼机上塑炼；
2)然后依次加入活化剂：氧化锌5g和硬脂酸2g、促进剂NOBS：0.8g、促进剂CZ：1.0g、防老剂MB：1.0g、反应型防老剂MC：1.0g、高补强炭黑：20g、促进剂TT：1.2g，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；
3)将混炼胶在155℃硫化得到橡胶复合材料，其老化前后的力学性能、耐磨性能见表1，烧蚀后的受力形貌变化见图4。
实施例3
1)将140g层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶(其中，层状硅酸盐重量份为40)，在双辊开炼机上塑炼；
2)然后依次加入活化剂：氧化锌10g和硬脂酸3g、促进剂NOBS：0.8g、促进剂CZ：1.5g、防老剂MB：1.0g、反应型防老剂MC：2.0g、高补强炭黑：30g、促进剂TT：1.5g，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；
3)将混炼胶在155℃硫化得到橡胶复合材料，其老化前后的力学性能、耐磨性能见表1。
实施例4
1)将150g层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶(其中，层状硅酸盐重量份为50)，在双辊开炼机上塑炼；
2)然后依次加入活化剂：氧化锌20g和硬脂酸8g、促进剂NOBS：2.0g、促进剂CZ：3.0g、防老剂MB：2.0g、反应型防老剂MC：4.0g、高补强炭黑：30g、和促进剂TT：5.0g，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；
3)将混炼胶在155℃硫化得到橡胶复合材料，其老化前后的力学性能、耐磨性能见表1。
对比例1
1)在双辊开炼机上，加入丁苯橡胶塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌10g和硬脂酸3g、促进剂NOBS：0.8g、促进剂CZ：1.5g、防老剂MB：1.0g、反应型防老剂MC：2.0g、层状硅酸盐：60g、促进剂TT：1.5g，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；
2)将混炼胶在155℃硫化得到微米级层状硅酸盐填充的丁苯橡胶复合材料，其老化前后的力学性能、耐磨性能见表1。
对比例2
1)将160g层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合母胶(其中，层状硅酸盐重量份为60)，在双辊开炼机上塑炼；
2)然后依次加入活化剂：氧化锌10g和硬脂酸3g、促进剂NOBS：0.8g、促进剂CZ：1.5g、防老剂MB：1.0g、反应型防老剂MC：2.0g、促进剂TT：1.5g，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；
3)将混炼胶在155℃硫化得到橡胶复合材料，其老化前后的力学性能、耐磨性能见表1，烧蚀后的受力形貌变化见图5。
对比例3
1)在双辊开炼机上，加入丁苯橡胶塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌10g和硬脂酸3g、促进剂NOBS：0.8g、促进剂CZ：1.5g、防老剂MB：1.0g、反应型防老剂MC：2.0g、高补强炭黑：60g、促进剂TT：1.5g，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；
2)将混炼胶在155℃硫化得到橡胶复合材料，其老化前后的力学性能、耐磨性能见表1，烧蚀后的受力形貌变化见图6。
表1本发明实施例和对比例中制备的橡胶复合材料的性能测试结果
(*所测磨耗量为旋转辊筒式磨耗量。T3型耐热带的标准值：≤0.2cm3)
Figure S2008101146698D00072
表2耐热运输带基本力学性能要求
对比例1为开炼机上直接添加层状硅酸盐填充得到的微米级层状硅酸盐/丁苯橡胶复合材料，由于层状硅酸盐在体系中并非纳米级分散，因此其力学性能、老化性能及耐磨性能均很差。对比例2为湖北名流累托石科技股份有限公司提供的层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合材料，其力学性能及耐磨性能均有明显改善，其耐热性能较好，但烧蚀受力后表面有一些微小的裂纹。对比例3采用60份炭黑N330补强，烧蚀后表面有很深的不规则裂纹，耐热性能很差。
结合表1、表2和图2～6可知，本发明所制备的丁苯橡胶复合材料的力学性能及耐磨性能均可达到耐热运输带使用的基本要求，并且具有耐热性能及耐老化性能好的优点。

Claims (6)

1.一种丁苯橡胶复合材料在耐热输送带覆盖层中的应用，其特征在于，将包括层状硅酸盐的丁苯橡胶复合材料应用在耐热输送带覆盖层中，所述复合材料中的各组分及其重量份数配比如下：
(1)母胶150～180重量份
(2)防老剂2～6重量份
(3)炭黑20～60重量份
(4)金属氧化物5～20重量份
(5)促进剂3～10重量份
(6)硬脂酸2～8重量份；
其中，所述的母胶为层状硅酸盐/丁苯橡胶纳米复合胶，丁苯橡胶的重量份数为100，层状硅酸盐的重量份数为50～80。
2.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶复合材料在耐热输送带覆盖层中的应用，其特征在于，所述的防老剂为N-4(苯胺基苯基)马来酰亚胺、N-4(苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺或2-硫醇基苯并咪唑中的一种或多种的混合。
3.根据权利要求2所述的一种丁苯橡胶复合材料在耐热输送带覆盖层中的应用，其特征在于，所述的防老剂为N-4(苯胺基苯基)马来酰亚胺或N-4(苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶复合材料在耐热输送带覆盖层中的应用，其特征在于，所述的金属氧化物选自纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化镉或纳米氧化钙。
5.根据权利要求4所述的一种丁苯橡胶复合材料在耐热输送带覆盖层中的应用，其特征在于，所述的金属氧化物为纳米氧化锌。
6.根据权利要求1所述的一种丁苯橡胶复合材料在耐热输送带覆盖层中的应用，其特征在于，所述的促进剂为磺酰胺类或秋兰姆类硫化促进剂。
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