CN102530469A - 一种轻质高强橡胶输送带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻质高强橡胶输送带及其制备方法，输送带由骨架层、粘合胶和上、下覆盖胶叠层结构构成，骨架层采用等离子体处理的超高分子量聚乙烯纤维与聚酯纤维的混编帆布，同时采用低温硫化技术，在低温下与粘合胶和覆盖胶进行共硫化，解决了超高分子量聚乙烯纤维布与橡胶的粘合问题。与传统钢丝绳芯的高强力输送带相比，本发明的轻质高强橡胶输送带不仅强度高、耐腐蚀、耐磨和抗冲击疲劳性好，还大大减少了输送带的重量和厚度，从而节约运送动力能耗，预期具有更长的使用寿命和更好的节能环保性，特别适合煤矿、冶金、矿山等行业的长距离物料输送。

Description

一种轻质高强橡胶输送带及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种轻质高强橡胶输送带及其制备方法，特别适用于煤矿、冶金、矿山等行业的长距离物料输送。

背景技术

橡胶输送带在各行业，尤其是重型的运输业中发挥着极其重要的作用。随着橡胶输送带向着长距离、高速度、大宽度、大输送量发展，输送带的动力能耗面临着巨大挑战。钢丝绳芯橡胶输送带，目前广泛应用于冶金、矿山、电厂、港口等行业，是大运量、长距离物料输送最常用的输送带。从使用寿命上看，国产钢丝绳输送带使用寿命一般为8～10年，而发达国家钢丝绳输送带的使用寿命为15年以上。然而钢丝绳输送带的最大缺点是带体重量大，运送及使用中动力能耗较大，因此解决长距离输送带的节能，控制输送带动力能耗，降低生产及运作成本，是非常必要的。

长距离输送带的能耗，其主要影响因素是输送带带体的自重。影响带体自重，有两个重要方面。第一，输送带骨架材料；第二，输送带橡胶材料的填充体系。为了降低带体自重，根据输送带性能的要求，首先从骨架材料的选材着手。

当今可选用的骨架材料主要有钢丝、锦纶、涤纶、高强力人造丝和各种短纤维。从减轻带体自重的角度考虑，尽量选用比重小的骨架材料，有机合成纤维比金属材料的比重小得多，可优先考虑采用化纤。然而，由于强度和成本问题，目前长距离输送带的骨架材料仍以钢丝绳芯为主。

芳纶纤维，既有钢丝的强度，又有传统合成纤维的柔性。日本普利司通公司(JP 2008105847A)报道了芳纶作为骨架材料的橡胶输送带，它具有优良的耐磨、抗切割和耐火特性。日本普利司通公司和横滨公司已实现芳纶骨架大型输送带的工业化生产。与传统钢丝输送带相比，芳纶输送带在保持带体强度不下降的情况下，质量减少30％～60％，由于采用了有机纤维，带芯也不再受电磁干扰，同时还提高了耐磨性，因此非常适用于矿山和港口等现场的长距离物料输送。但芳纶纤维的昂贵价格限制了其广泛应用。

超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)是上世纪90年代出现的高性能纤维，由于分子量极高，主链结合好，取向度、结晶度高，密度小(0.97g/mm³)，具有突出的抗冲击、抗切割韧性、电绝缘性和耐磨性，其强度与芳纶纤维相近。超高分子量聚乙烯纤维的模量、抗紫外线能力、耐各类化学物品腐蚀性和加工性能均比芳纶纤维要好，而且密度仅为芳纶纤维的2/3，高模碳纤维的1/2，价格比芳纶纤维低30％～50％。

目前，UHMWPE纤维的主要用途是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、防弹装甲及舰艇、船舶等。我国是世界上四个可生产UHMWPE纤维的国家(荷兰、美国、日本及中国)之一，已具备年产300吨的生产能力。但是，超高分子量聚乙烯纤维在橡胶行业当中的应用至今还未见报道。超高分子量聚乙烯纤维是轻质高强橡胶输送带使用的一种潜在新型骨架材料。然而，超高分子量聚乙烯纤维由于其高度的取向和高结晶性能，使得其表面光滑近乎完美，从而带来自粘与互粘性差的缺点。超高分子量聚乙烯纤维的熔点低(145℃)，其加工温度一般小于(135℃)，无法承受一般橡胶制品的硫化温度(150℃左右)，也带来其耐热性能差的弱点。由于其低熔点和低耐热性，无法满足一般橡胶制品的成型工艺条件，因而阻碍了超高分子量聚乙烯纤维在橡胶行业中的应用。

为了改善UHMWPE纤维的表面活性，研究者用各种方法对UHMWPE纤维加以改性，主要有等离子体处理、化学氧化法、化学接枝法、压延法及涂层法等。西北大学王永科等用过氧化氢酶催化的方法对UHMWPE进行氧化刻蚀，增大了聚乙烯的表面粗糙度，提高了其表面能[过氧化氢酶催化聚乙烯表面改性的研究，西北大学学报，2007，37(4)：55-57.]。王结良在[Studies onsurface modification of UHMWPE fibers via UV initiated grafting，AppliedSurface Science，2006，253：668-673.]中报道了采用UV辐射接枝的方法对超高分子量聚乙烯纤维进行表面改性，用高能紫外光照之后接枝活性较高的丙烯酰胺，可以提高超高分子量聚乙烯纤维和环氧树脂的界面粘合。

总体而言，以上的表面改性方法仅针对于超高分子量聚乙烯与树脂的粘合性能，但未见提高与橡胶粘合性能的报道，而且以上改性方法步骤繁琐，成本高，处理过程中产生毒性物质，不仅对环境造成污染，还对超高分子量聚乙烯本身易造成强度损伤，不宜工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻质高强橡胶输送带及其制备方法，采用经等离子体表面处理的超高分子量聚乙烯与聚酯的混编帆布为骨架材料，经过含有硅烷偶联剂的浸胶液进行浸胶处理，并在低温硫化的条件下将覆盖胶、粘合胶与骨架层进行共硫化，使得到的输送带轻质高强耐用，采用这种输送带可以大大节省输送能耗。

本发明的轻质高强橡胶输送带由骨架层、粘合胶和上、下覆盖胶叠层结构构成，其中骨架层为超高分子量聚乙烯帆布，是一种超高分子量聚乙烯纤维与聚酯纤维或尼龙纤维的混编帆布，径向为超高分子量聚乙烯纤维，纬向为聚酯纤维或尼龙纤维。本发明采用的骨架层的径向断裂强度≥400N/mm，纬向断裂强度≥200N/mm。骨架层的层数为单层或多层，通常优选1-5层，每层骨架层均经含有硅烷偶联剂的浸胶液进行浸胶处理。骨架层在输送带中起承载重量的作用。粘合胶的作用是使得骨架材料层间以及骨架材料与覆盖胶之间具有良好的粘合强度。覆盖胶的作用是保护骨架材料，传递动力和输送物料。

含有硅烷偶联剂的浸胶液的基本组成和质量含量为：

(1)间苯二酚：1％～3％；

(2)甲醛：0.3％～2％；

(3)胶乳：30％～50％；

(4)氢氧化钠：0.01％～1％；

(5)硅烷偶联剂：1％～10％；

(6)其余为水，与其它组份合计100％。

所述的胶乳可为下列胶乳中的一种或它们的混合物：氯磺化聚乙烯胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳或氢化丁腈胶乳。本发明所选择的胶乳具有较高的极性，可以改善与表面活性较低的超高分子量聚乙烯的粘合效果。

所述的硅烷偶联剂最好为水溶性的硅烷偶联剂，可以采用通式为RnSiX_(4-n)的硅烷偶联剂，式中n的范围是1-3，R为可与高分子聚合物结合的有机官能团，如氨基、缩水甘油醚环氧丙基、环氧基、巯基、丙烯酰氧基等；X为可水解的基团，如烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等。

等离子体处理过的超高分子量聚乙烯帆布，表面有一定的羟基和羧基，在浸胶过程中，可与硅烷偶联剂的亲水基团形成氢键和化学键，使含有硅烷偶联剂的浸胶液附着在帆布表面。浸胶过程浸胶时间不易过长，否则会使帆布变硬。

粘合胶的基本组成及质量份数为：

(1)天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体(其中天然橡胶与合成橡胶的质量比优选为20/80～80/20)：100份；

(2)硫化剂：0.5～5份；

(3)促进剂：0.2～4.0份；

(4)增粘剂：1～10份；

(5)补强剂：30～70份；

(6)防老剂：1～5份；

(7)活性剂：1～10份；

(8)增塑剂：5～20份。

覆盖胶的基本组成及质量份数为：

(1)天然橡胶与丁苯橡胶混合橡胶基体(其中天然橡胶与合成橡胶的质量比优选为20/80～80/20)：100份；

(2)硫化剂：0.5～5份；

(3)促进剂：0.2～4.0份；

(4)补强剂：40～70份；

(5)防老剂：1～5份；

(6)活性剂：1～10份；

(7)增塑剂：5～20份。

所述的粘合胶、覆盖胶中的合成橡胶可以选自下列橡胶中的一种或它们的混合物：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶。

所述的粘合胶、覆盖胶硫化剂均可以采用硫磺、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺或三烯丙基三聚氰酸酯。

所述的粘合胶、覆盖胶促进剂均可以采用下列物质中的一种或它们的混合物：二甲基二硫代氨基甲酸锌(PZ)、二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC)、N-乙基-苯基二硫代氨基甲酸锌(PX)、二丁基二硫代氨基甲酸锌(ZBEC)、二苄基二硫代氨基甲酸锌(DBEC)、二异丁基二硫代氨基甲酸锌(IZ)。促进剂的使用可以缩短硫化时间。

所述粘合胶的增粘剂可以采用下列物质中的一种或它们的混合物：石油系树脂(如C5石油树脂)、萜烯树脂(如GR-10)、松香脂(如松香、氢化松香树脂)等。增粘剂的作用是提高粘合胶与骨架层的粘合性能。

粘合胶所用的补强剂为炭黑、白炭黑或两者的混合物。炭黑优选粒径＜50nm的炭黑，如N550、N330、N220或N115，白炭黑优选为气相法白炭黑。

覆盖胶所用的补强剂为炭黑，优选粒径＜50nm的炭黑，如N550、N330、N220或N115，其作用是提高强度和耐磨性能。

本发明对粘合胶、覆盖胶所用的防老剂、活性剂、增塑剂，没有特别要求，均为橡胶领域通常采用的制剂。

本发明还提供了一种上述轻质高强橡胶输送带的制备方法，具体步骤和条件为：

(1)骨架层的浸胶处理：

配制含硅烷偶联剂的浸胶液：将水、间苯二酚、甲醛、氢氧化钠在20～60℃下搅拌反应2～10h，得到酚醛(RF)树脂溶液。另将胶乳与硅烷偶联剂搅拌混合均匀后，再与酚醛树脂溶液混合，搅拌均匀后，常温放置8～30小时。

骨架层的浸胶处理：将等离子体处理的超高分子量聚乙烯帆布(市售产品)在浸胶液中浸渍1～5min后，在100～150℃温度下放置1～15min，使含有硅烷偶联剂的浸胶液附着在帆布表面。骨架层在浸胶液中浸渍后，在一定的温度下热处理，热处理时间太短则导致浸胶液与帆布表面反应不完全；热处理时间过长则使得浸胶液中与橡胶反应的活性基团减少。

(2)粘合胶的制备：

将天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、增粘剂、补强剂、防老剂、活性剂、增塑剂等组分按比例混合均匀得到混炼胶，再加入硫化剂和促进剂进行二段混炼，将二段混炼后的胶料制成片状的粘合胶。

(3)覆盖胶的制备：

将天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、补强剂、防老剂、活性剂、增塑剂等组分按比例混合均匀得到混炼胶，再加入硫化剂和促进剂进行二段混炼，将二段混炼后的胶料制成片状的覆盖胶。

(4)输送带带坯的制备：

将步骤(1)的经浸胶处理的骨架层与粘合胶和覆盖胶叠放在一起形成完整的输送带带坯。

(5)输送带的硫化：

将输送带带坯进行硫化，硫化温度为90～120℃，硫化压力为5～20MPa，硫化时间为10～60分钟。硫化完成后经冷却定型，即可得到轻质高强橡胶输送带。

本发明所述的粘合胶和覆盖胶均为天然橡胶与合成橡胶的混合橡胶基体，其双键含量较多，可以在低温(90-120℃)下进行共硫化，不会对超高分子量聚乙烯纤维造成熔融损伤。在硫化过程中，硅烷偶联剂中的有机基团，可与粘合胶发生共交联，形成橡胶网络，提供良好的粘合作用。

本发明的效果：

(1)骨架层采用轻质高强度的超高分子量聚乙烯纤维和聚酯混编帆布替代传统的钢丝绳，在相同强度规格下，具有优良的抗冲击疲劳、抗切割韧性和耐腐蚀性，重量减轻75％左右，明显降低输送能耗；

(2)输送带采用织物芯的叠层结构来替代原来的钢丝绳芯输送带，不仅省去了钢丝绳输送带的成型设备，大大降低了生产成本，还具有厚度薄，韧性好，易卷曲等优点；

(3)所采用的低温硫化技术有效避免了橡胶硫化过程对超高分子量聚乙烯纤维造成的熔融损伤，开拓了超高分子量聚乙烯纤维在橡胶制品中的应用领域；

(4)采用含有硅烷偶联剂的浸胶液对超高分子量聚乙烯帆布进行浸胶处理，提高了超高分子量聚乙烯与橡胶的粘合性能，工艺简单，成本低，易于工业化。

下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但不构成对本发明保护范围的限制。

具体实施方式

实施例1：

(1)骨架层的浸胶处理：

浸胶液的制备：在搅拌槽中加入水、间苯二酚、甲醛、氢氧化钠搅拌均匀后，在40℃下反应4h，得到酚醛树脂溶液。

在另外的搅拌槽中将氯磺化聚乙烯胶乳、硅烷偶联剂KH560[3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷]搅拌均匀，得到含有硅烷偶联剂的胶乳。

将酚醛树脂溶液缓慢加入到含有硅烷偶联剂的胶乳中，搅拌均匀。常温放置16小时，得到浸胶液。加入的各组份的质量百分含量为：水54.19％、间苯二酚1.86％、甲醛1％、氢氧化钠0.05％、氯磺化聚乙烯胶乳41.20％、硅烷偶联剂KH5601.7％。

帆布的浸胶处理：等离子体处理过的超高分子量聚乙烯帆布(宁波大成新材料股份有限公司提供，型号为DC-80)，在浸胶液中浸渍3min后，在135℃下放置8min。

(2)粘合胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份30，丁苯橡胶(SBR1502)质量份70在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份5，硬脂酸质量份2；防老剂：4010NA质量份1，RD质量份1；增粘剂：RA质量份1，BN-1质量份1；补强剂：炭黑N330质量份20，气相法白炭黑质量份20；增塑剂：芳烃油质量份6，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂ZDC质量份2进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为0.7mm的粘合胶。

(3)覆盖胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份50，丁苯橡胶(SBR1502)质量份50在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份5，硬脂酸质量份2；防老剂：4010NA质量份1，RD质量份1；补强剂：炭黑N220质量份50；增塑剂：芳烃油质量份6，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂ZDC质量份2进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为8mm的上、下覆盖胶。

(4)输送带带坯的制备：

骨架层经过浸胶处理后，将两层骨架层上、下及中间均通过粘合胶进行层间贴合，再在其上下两面贴附上、下覆盖胶后形成完整的输送带带坯。

(5)输送带的硫化：

将输送带带坯在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为120℃，硫化压力在15MPa，硫化时间30分钟。硫化完成后经冷却定型，得到输送带产品。

实施例2：

(1)骨架层的浸胶处理：

浸胶液的制备：在搅拌槽中加入水、间苯二酚、甲醛、氢氧化钠搅拌均匀后，在30℃下反应5h，得到酚醛树脂溶液。

在另外的搅拌槽中氯磺化聚乙烯胶乳、硅烷偶联剂wetlink-78(美国通用有机硅公司生产的r-缩水甘油醚环氧丙基甲基二乙氧基硅烷)搅拌均匀，得到含有硅烷偶联剂的胶乳。

将酚醛树脂溶液缓慢地加入到含有硅烷偶联剂的胶乳中，搅拌均匀。常温放置20小时，得到浸胶液。加入的各组份的质量百分含量为：水45.00％、间苯二酚2.00％、甲醛1.03％、氢氧化钠0.06％、氯丁胶乳43.00％、硅烷偶联剂wetlink-788.91％。

帆布的浸胶处理：等离子体处理过的超高分子量聚乙烯帆布(宁波大成新材料股份有限公司提供，型号为DC-80)，在浸胶液中浸渍5min后，在140℃下放置5min。

(2)粘合胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份40，顺丁橡胶(BR9000)质量份60在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份5，硬脂酸质量份3；防老剂：4010NA质量份2；增粘剂：RA质量份1，RS质量份1；补强剂：炭黑N220质量份25，气相法白炭黑质量份15；增塑剂：芳烃油质量份6，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂PX质量份2进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为0.8mm的粘合胶。

(3)覆盖胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份60，顺丁橡胶(BR9000)质量份40在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份3，硬脂酸质量份1；防老剂：4010NA质量份1，4020质量份1；补强剂：炭黑N550质量份50；增塑剂：芳烃油质量份6，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂PX质量份2进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为10mm的上、下覆盖胶。

(4)输送带带坯的制备：

骨架层经过浸胶处理后，将三层骨架层上、下及中间均通过粘合胶进行层间贴合，再在其上下两面贴附上、下覆盖胶后形成完整的输送带带坯。

(5)输送带的硫化：

将输送带带坯在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为100℃，硫化压力在15MPa，硫化时间50分钟。硫化完成后经冷却定型，得到输送带产品。

实施例3：

(1)骨架层的浸胶处理：

浸胶液的制备：在搅拌槽中加入水、间苯二酚、甲醛、氢氧化钠搅拌均匀后，在50℃下反应3h，得到酚醛树脂溶液。

在另外的搅拌槽中氯磺化聚乙烯胶乳、硅烷偶联剂LG9800(异氰酸酯硅烷偶联剂)搅拌均匀，得到含有硅烷偶联剂的胶乳。

将酚醛树脂溶液缓慢地加入到含有硅烷偶联剂的胶乳中，搅拌均匀。常温放置24小时，得到浸胶液。加入的各组份的质量百分含量为：水56.00％、间苯二酚1.50％、甲醛0.68％、氢氧化钠0.04％、氢化丁腈胶乳36.57％、硅烷偶联剂LG98005.21％。

帆布的浸胶处理：等离子体处理过的超高分子量聚乙烯帆布(宁波大成新材料股份有限公司提供，型号为DC-80)，在浸胶液中浸渍5min后，在120℃下放置13min。

(2)粘合胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份70，丁腈橡胶(NBR1704)质量份30在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份3，硬脂酸质量份1；防老剂：4010NA质量份2；增粘剂：C5树脂质量份1，RS质量份1；补强剂：炭黑N550质量份25，气相法白炭黑质量份15；增塑剂：芳烃油质量份6，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂IZ质量份4进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为0.8mm的粘合胶。

(3)覆盖胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份40，丁腈橡胶(NBR1704)质量份60在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份5，硬脂酸质量份3；防老剂：4010NA质量份2，4020质量份1；补强剂：炭黑N550质量份70；增塑剂：芳烃油质量份15，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂ZDC质量份4进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为6mm的上、下覆盖胶。

(4)输送带带坯的制备：

骨架层经过浸胶处理后，将四层骨架层上、下及中间均通过粘合胶进行层间贴合，再在其上下两面贴附上、下覆盖胶后形成完整的输送带带坯。

(5)输送带的硫化：

将带坯在平板硫化机上进行硫化，硫化温度为110℃，硫化压力在15MPa，硫化时间45分钟。硫化完成后经冷却定型，得到输送带产品。

对比例1：

(1)骨架层的浸胶处理：

浸胶液的制备：在搅拌槽中加入水、间苯二酚、甲醛、氢氧化钠搅拌均匀后，在40℃下反应4h，得到酚醛树脂溶液。

将酚醛树脂溶液缓慢地加入到乙烯吡啶胶乳中，搅拌均匀。常温放置24小时，得到浸胶液。加入的各组份的质量百分含量为：水56.00％、间苯二酚1.50％、甲醛0.68％、氢氧化钠0.04％、乙烯吡啶胶乳46.57％。

帆布的浸胶处理：聚酯帆布(无锡太极实业有限公司提供，型号EP630)，在浸胶液中浸渍5min后，在235℃下放置3min。

(2)粘合胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份70，丁苯橡胶(SBR1502)质量份30在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份3，硬脂酸质量份1；防老剂：4010NA质量份2；增粘剂：BN-1质量份1，RS质量份1；补强剂：炭黑N550质量份25，气相法白炭黑质量份15；增塑剂：芳烃油质量份6，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂CZ质量份2进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为0.8mm的粘合胶。

(3)覆盖胶的制备：

取天然橡胶(SMR10)质量份40，丁苯橡胶(SBR1502)质量份60在密炼机中进行塑炼，然后依次加入活化剂：氧化锌质量份5，硬脂酸质量份3；防老剂：4010NA质量份2，4020质量份1；补强剂：炭黑N550质量份70；增塑剂：芳烃油质量份15，进行一段混炼。停放12小时后再在开炼机上加入硫磺质量份1.8和促进剂DM质量份2进行二段混炼。将二段混炼后的胶料在挤出机上进行挤出出片，得到厚度为8mm的上、下覆盖胶。

(4)输送带带坯的制备：

骨架层经过浸胶处理后，将两层骨架层上、下及中间均通过粘合胶进行层间贴合，再在其上下两面贴附上、下覆盖胶后形成完整的输送带带坯。

(5)输送带的硫化：

将带坯在平板硫化机上进行硫化，硫化温度150℃，硫化压力15MPa，硫化时间30分钟。硫化完成后经冷却定型，得到输送带产品。

本发明粘合实验：将成品输送带切割成宽25mm，长100mm的试验条。用刀具割开试验条一端的橡胶层，分别夹在拉伸试验机的上下夹具内，以50mm/min的拉伸速度进行剥离实验(测定方法按GB6759-86)。在拉力试验机上以一定速度按“一次一层法”(A法)在试样粘合层间引起一定长度的剥离，利用自动记录的剥离力曲线计算粘合强度。常温粘合实验的条件：室温下；热老化后的粘合实验条件：粘合试片经过70℃*168h后再进行剥离实验。

对比例和实施例的粘合性能如表1所示。

表1：本发明实施例及对比例产品的性能对比

从表1可以看出，对比例1的浸胶体系为一般的浸胶体系，不含硅烷偶联剂，其粘合胶配方也为常规的粘合胶配方，其骨架材料为聚酯布，测得常温粘合强度及热老化后粘合强度。

本发明的实施例中骨架材料为超高分子量聚乙烯帆布，采用了含有硅烷偶联剂的浸胶体系和能够低温硫化的粘合胶体系，常温粘合强度能够达到聚酯布的常温粘合强度，远远超过标准GBT20021-20059：常温下胶与布的粘合强度：纵向试样平均值≥3.5N/mm，纵向试样最低峰值≥2.9N/mm；常温下布与布的粘合强度：纵向试样平均值≥4.5N/mm，纵向试样最低峰值≥3.9N/mm。而热老化后的粘合实验并没有国家标准，但本发明中的实施例，其热老化后的粘合性能都表现良好，证明在热老化后仍能保持较高的粘合强度，可以保障热老化后的使用性能。

本发明的轻质高强橡胶输送带与工业上应用的传统输送带进行对比，其性能及成本的对比如表2所示。

表2：各类输送带的性能及成本对比

注：钢丝绳输送带的规格型号(ST3150 1000 8+8.1+8)表示钢丝绳强度为ST3150级别，宽度为1000mm，上、下覆盖胶厚度均为8mm，钢丝绳直径为8.1mm。其它两种输送带的规格型号(1000*2 8+8)表示宽度为1000mm，骨架层数为2层，上、下覆盖胶厚度均为8mm。

从上面的表中可以看出，本发明的输送带覆盖胶力学性能优异，骨架层的粘合强度高。相比于传统的钢丝绳输送带、聚酯输送带、芳纶输送带，本发明的输送带重量轻、厚度薄，而且成本低、运行能耗低、使用寿命长，特别适应于长距离物料的输送。

Claims (10)

1.一种轻质高强橡胶输送带，由骨架层、粘合胶和上、下覆盖胶叠层结构构成，其中骨架层为超高分子量聚乙烯帆布，是一种超高分子量聚乙烯纤维与聚酯纤维或尼龙纤维的混编帆布，径向为超高分子量聚乙烯纤维，纬向为聚酯纤维或尼龙纤维，骨架层的层数为单层或多层，每层骨架层均经含有硅烷偶联剂的浸胶液进行浸胶处理。

2.根据权利要求1的轻质高强橡胶输送带，其特征是：含有硅烷偶联剂的浸胶液的基本组成和质量含量为：

间苯二酚：1％～3％；

甲醛：0.3％～2％；

胶乳：30％～50％；

氢氧化钠：0.01％～1％；

硅烷偶联剂：1％～10％；

其余为水；

其中胶乳为下列胶乳中的一种或它们的混合物：氯磺化聚乙烯胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳或氢化丁腈胶乳。

3.根据权利要求1的轻质高强橡胶输送带，其特征是：粘合胶的基本组成及质量份数为：

天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体：100份；

硫化剂：0.5～5份；

促进剂：0.2～4.0份；

增粘剂：1～10份；

补强剂：30～70份；

防老剂：1～5份；

活性剂：1～10份；

增塑剂：5～20份。

4.根据权利要求1的轻质高强橡胶输送带，其特征是：覆盖胶的基本组成及质量份数为：

天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体：100份；

硫化剂：0.5～5份；

促进剂：0.2～4.0份；

补强剂：40～70份；

防老剂：1～5份；

活性剂：1～10份；

增塑剂：5～20份。

5.根据权利要求2的轻质高强橡胶输送带，其特征是：硅烷偶联剂为通式RnSiX_(4-n)的硅烷偶联剂，式中n的范围是1-3，R为可与高分子聚合物结合的有机官能团，选自下列官能团中的一种或它们的组合：氨基、缩水甘油醚环氧丙基、环氧基、巯基或丙烯酰氧基；X为可水解的基团，选自下列官能团中的一种或它们的组合：烷氧基、芳氧基、酰基或氯基。

6.根据权利要求3或4的轻质高强橡胶输送带，其特征是：天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体的质量比为20/80～80/20，其中合成橡胶为下列橡胶中的一种或它们的混合物：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶。

7.根据权利要求3或4的轻质高强橡胶输送带，其特征是：粘合胶、覆盖胶硫化剂为硫磺、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺或三烯丙基三聚氰酸酯；

粘合胶、覆盖胶促进剂选自下列物质中的一种或它们的混合物：二甲基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌、N-乙基-苯基二硫代氨基甲酸锌、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二苄基二硫代氨基甲酸锌、二异丁基二硫代氨基甲酸锌。

8.根据权利要求3的轻质高强橡胶输送带，其特征是：粘合胶的增粘剂选自下列物质中的一种或它们的混合物：石油系树脂、萜烯树脂、松香脂；

粘合胶所用的补强剂选自炭黑、白炭黑或两者的混合物。

9.根据权利要求4的轻质高强橡胶输送带，其特征是：覆盖胶所用的补强剂为炭黑。

10.权利要求1-9所述任何一种轻质高强橡胶输送带的制备方法，具体步骤和条件为：

(1)骨架层的浸胶处理：

配制含硅烷偶联剂的浸胶液：将水、间苯二酚、甲醛、氢氧化钠在20～60℃下搅拌反应2～10h，得到酚醛树脂溶液；另将胶乳与硅烷偶联剂搅拌混合均匀后，再与酚醛树脂溶液混合，搅拌均匀后，常温放置8～30小时；

骨架层的浸胶处理：将等离子体处理的超高分子量聚乙烯帆布在浸胶液中浸渍1～5min后，在100～150℃温度下放置1～15min；

(2)粘合胶的制备：

将天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、增粘剂、补强剂、防老剂、活性剂、增塑剂按比例混合均匀得到混炼胶，再加入硫化剂和促进剂进行二段混炼，将二段混炼后的胶料制成片状的粘合胶；

(3)覆盖胶的制备：

将天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、补强剂、防老剂、活性剂、增塑剂按比例混合均匀得到混炼胶，再加入硫化剂和促进剂进行二段混炼，将二段混炼后的胶料制成片状的覆盖胶；

(4)输送带带坯的制备：

将步骤(1)的经浸胶处理的骨架层与粘合胶和覆盖胶叠放在一起形成完整的输送带带坯；

(5)输送带的硫化：

将输送带带坯进行硫化，硫化温度为90～120℃，硫化压力为5～20MPa，硫化时间为10～60分钟，硫化完成后经冷却定型，得到轻质高强橡胶输送带。