CN104403139B - 选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种既具有柔软（低硬度）、弹性好、与金属壳体粘合好、胶板表面平整，又具有高腐磨、防腐性能好的选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料及制备工艺，将环氧化天然橡胶与天然橡胶共混，在不损害天然橡胶固有性能的前提下，以改善天然橡胶的耐介质性能、阻隔性能、与金属的粘合性以及与活性填充剂的复合性能；将纳米氮化硅加入环氧化天然橡胶/天然橡胶共混体系中，使得纳米Si₃N₄粉体表面的氨基(‑NH₃)与环氧化天然橡胶分子结构中的环氧基发生反应，充分发挥纳米氮化硅的耐磨性和耐介质等填充改性效果；通过给配方中加入UFPSBR解决了矿浆输送管道高耐磨防腐蚀衬里胶板胶料，尤其是低硬度胶料（含胶率高）收缩大、难于挤出胶板的困难。

Description

选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料及制备工艺

技术领域

本发明涉及一种既具有柔软（低硬度）、弹性好、与金属壳体粘合好、胶板表面平整，又具有高腐磨、防腐性能好的选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料及制备工艺，属矿浆输送管道橡胶衬里材料制造领域。

背景技术

采矿选矿设备和矿石输送系统是在剧烈的流体磨蚀和腐蚀条件下工作的,选矿过程中的金属消耗占金属耗量的很大比例。因此,在设计新的和改进现用的开采和加工设备时,必须对提高快速磨损零部件和装置的各种结构元件的耐久性予以密切的关注。采用硬质和超硬质材料来解决磨损问题并不是很好的方法，利用橡胶的高弹性形变、吸收和逸散矿浆流体或固体颗粒的冲击能量来防止磨损是较适宜的。但是,尽管对防止采矿选矿设备的磨损进行着大量的工作,由于对弹性体材料在流体磨蚀和磨蚀流中磨损的有关物理一化学性质还研究得不够,加上设备品种多而使用条件各异,至今没有完全有效的解决解决办法。

弹性体材料在水悬浮固体粒流——矿浆(流体磨蚀磨损)、空气悬浮粒流(气体磨蚀磨损)、流动固体粒连续流(磨蚀磨损)中磨损时发生的物理化学现象取决于生胶品种、硫化胶网络结构、抗撕裂性、耐久性、耐磨、耐热等性能及其缺陷和机械损伤等因素，橡胶衬里要经受磨蚀冲击、流体磨蚀破坏、氧化裂解、热老化，介质的腐蚀作用和温度升高都会明显加快橡胶衬里的破坏。橡胶不但要承受工作介质的磨损，还要承受选矿浮选液体的腐蚀作用。

采用管道输送的矿浆含固物达80%左右,介质的pH值为4～12,介质为含有浮选剂的水溶液或乳化液，温度达50～60℃,在管道弯曲处、转换器和三通管处的磨损最严重。通常矿山选矿耐磨橡胶衬里是由天然胶、异戊胶、丁苯胶以及它们与顺丁胶的并用胶制造的，但是,选择橡胶牌号还不足以满足要求。因为只有综合考虑了硫化胶的强度、疲劳强度、弹性滞后性能和硫化胶的结构特点,针对选矿设备的耐磨、耐腐蚀工作环境科学设计橡胶配方和加工工艺，才能提高橡胶衬里在矿浆中的使用寿命。而常规的矿浆输送管道橡胶衬里材料，只是考虑了其耐磨性、粘结性等因素。实际上作为矿浆输送管道橡胶衬里，承受经受磨蚀冲击、流体磨蚀破坏是必然的，但橡胶在浮选液的作用下氧化裂解、热老化等介质的腐蚀作用都会明显加快橡胶衬里的破坏。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种既具有柔软（低硬度）、弹性好、与金属壳体粘合好、胶板表面平整，又具有高腐磨、防腐性能好的选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料及制备工艺。

设计方案：为了实现上述设计目的。选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里的工作条件主要是矿浆的高速冲刷、磨损和腐蚀，要求其橡胶材料必须具有优异的耐冲刷磨损和耐腐蚀性，同时作为选矿用矿浆输送管道橡胶衬里必须柔软（低硬度）、弹性好、与金属壳体粘合好、胶板表面平整，所以其技术要求十分苛刻，因此本发明在材料的选择上：

1、环氧化天然橡胶(ENR)是NR经化学改性，在橡胶分子主链上引入环氧基而制成，由于引入了环氧基团,使橡胶分子的极性增大，分子间的作用力加强，从而使ENR产生了许多独特的性能，主要有：优异的阻隔性、优良的耐油性、与其它材料间的良好粘合性、与其它高聚物较好的相容性。ENR可与其他橡胶、塑料等高分子材料共混，也可与白炭黑、炭黑、碳酸钙等填料复合,制备各种性能优良的共混物和复合材料。为此本发明将环氧化天然橡胶与天然橡胶共混，在不损害天然橡胶固有性能的前提下，以改善天然橡胶的耐油性能、阻隔性能、与金属的粘合性以及与活性填充剂的复合性能。

2、纳米氮化硅（Si₃N₄）是一种性能优异的陶瓷粉体，具有良好的高温强度，高断裂强度，高硬度，优良的耐摩擦磨损性能等优点，但其在橡胶中的分散性不好，并且与橡胶基体的相互作用比较差。但纳米Si₃N₄粉体表面的氨基(-NH₃)、羟基(-OH)等活性官能团可与具有羧基或环氧基的化合物反应。本发明将纳米氮化硅加入环氧化天然橡胶/天然橡胶共混体系中，使得纳米Si₃N₄粉体表面的氨基(-NH₃)与环氧化天然橡胶分子结构中的环氧基发生反应，充分发挥纳米氮化硅的耐磨性和耐介质等填充改性效果。

3、超细全硫化粉末丁苯橡胶（UFPSBR）是在橡胶乳液中加入辐照敏化剂，然后经过特殊光辐射作用制成的超细凝胶粒产品。辐照交联作用是从外向内呈梯度发展的，橡胶粒子外部交联程度高，呈刚性，内部交联程度低，呈弹性，理论上认为既可以充分发挥交联橡胶的优势，又能回避分散方面的工艺难题。将其加入胎面胶中提高耐磨性性，重要的是可以对硫化胶硬度影响不大的情况下，改善胶料的挤出性能。本发明通过给配方中加入UFPSBR解决了衬里胶板胶料，尤其是低硬度胶料（含胶率高）收缩大、难于挤出胶板的困难。

技术方案1：一种选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料，天然橡胶，1#烟片 70-90 份；环氧化天然橡胶，E-50 10-30份；UFPSBR 10-25份；纳米氮化硅粉末 3-6份；防老剂RD 2份；防老剂4010NA 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油树脂C6 5份；硫磺2.0份；促进剂CZ 1.5份；促进剂DM 1份。

技术方案2：一种选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料，胶料混炼：胶料混炼采用两段混炼，先用密炼机将生胶、软化剂、填充剂等硫化体系之外的其他组分混炼成母炼胶，冷却后在开炼机上将硫化体系加入，胶料经过滤后出片、冷却后装箱；一段混炼：采用90立升全自动密炼生产线进行，依次将生胶、防老剂加入密炼机，然后将软化剂与炭黑加入，混炼5-10分钟，在120～130℃下排胶。主要操作要点如下：按顺序依次称好生胶、小料，通过输送带将其投入密炼机；投炭黑完毕，上顶栓下降，将转速调至35，混炼约120秒后升栓，注入软化剂（油），上顶栓下降，混炼150秒； 打开下顶栓，上顶栓升栓，排胶，30秒后关闭下顶栓；二段混炼：将密炼机排料放入开炼机拉片冷却，待胶料冷却至60℃以下时，将硫化剂、促进剂加入，翻捣均匀，放厚辊距5～7mm下片，投入硬脂酸锌水溶液冷却，悬挂风干进入下一工序；停放和过滤：上述混炼胶冷却后在室温下停放8小时以上，重新返炼出条，用滤胶机进行过滤，滤网为100目，滤胶温度为80℃以下；切割下片：过滤好的胶料在开炼机上出成5～7mm胶片，并切割成300×400mm的胶片，冷却后叠放入塑料袋、包裹后装箱。

本发明与背景技术相比，一是将环氧化天然橡胶与天然橡胶共混，在不损害天然橡胶固有性能的前提下，以改善天然橡胶的耐介质性能、阻隔性能、与金属的粘合性以及与活性填充剂的复合性能；二是将纳米氮化硅加入环氧化天然橡胶/天然橡胶共混体系中，使得纳米Si₃N₄粉体表面的氨基(-NH₃)与环氧化天然橡胶分子结构中的环氧基发生反应，充分发挥纳米氮化硅的耐磨性和耐介质等填充改性效果；三是通过给配方中加入UFPSBR解决了衬里胶板胶料，尤其是低硬度胶料（含胶率高）收缩大、难于挤出胶板的困难；四是采用高结构炭黑的超耐磨炭黑，改善硫化胶的力学性能；五是采用工艺性性能标胶好控制的硫磺硫化体系；六是采用RD、4010NA并用的防老剂体系，以适应矿浆输送管道衬里的工作环境。

具体实施方式

实施例1：一种选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料，天然橡胶，1#烟片70-90 份；环氧化天然橡胶，E-50 10-30份；UFPSBR 10-25份；纳米氮化硅粉末 3-6份；防老剂RD 2份；防老剂4010NA 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油树脂，C6 5份；硫磺2.0份；促进剂CZ 1.5份；促进剂DM 1份。所述UFPSBR是指超细全硫化粉末丁苯橡胶。

实施例2：在实施例1的基础上，天然橡胶，1#烟片 70份；环氧化天然橡胶，E-50 10份；UFPSBR 10份；纳米氮化硅粉末 3份；防老剂RD 2份；防老剂4010NA 1.5份；炭黑，N-22020份；石油树脂，C6 5份；硫磺2.0份；促进剂CZ 1.5份；促进剂DM 1份。

实施例3：在实施例1的基础上，天然橡胶，1#烟片 90 份；环氧化天然橡胶，E-5030份；UFPSBR 25份；纳米氮化硅粉末6份；防老剂RD 2份；防老剂4010NA 1.5份；炭黑，N-22020份；石油树脂，C6 5份；硫磺2.0份；促进剂CZ 1.5份；促进剂DM 1份。

实施例4：在实施例1的基础上，天然橡胶，1#烟片 80 份；环氧化天然橡胶，E-5020份；UFPSBR 17.5份；纳米氮化硅粉末 4.5份；防老剂RD 2份；防老剂4010NA 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油树脂，C6 5份；硫磺2.0份；促进剂CZ 1.5份；促进剂DM 1份。

实施例5：在实施例1的基础上，天然橡胶，1#烟片 85 份；环氧化天然橡胶，E-5025份；UFPSBR 20份；纳米氮化硅粉末 5份；防老剂RD 2份；防老剂4010NA 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油树脂，C6 5份；硫磺2.0份；促进剂CZ 1.5份；促进剂DM 1份。

实施例6：在实施例1的基础上，一种选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料制备工艺：

胶料混炼：胶料混炼采用两段混炼，先用密炼机将生胶、软化剂、填充剂等硫化体系之外的其他组分混炼成母炼胶，冷却后在开炼机上将硫化体系加入，胶料经过滤后出片、冷却后装箱；

一段混炼：采用90立升全自动密炼生产线进行，依次将生胶、防老剂加入密炼机，然后将软化剂与炭黑加入，混炼5-10分钟，在120～130℃下排胶。主要操作要点如下：按顺序依次称好生胶、小料，通过输送带将其投入密炼机；投炭黑完毕，上顶栓下降，将转速调至35，混炼约120秒后升栓，注入软化剂（油），上顶栓下降，混炼150秒； 打开下顶栓，上顶栓升栓，排胶，30秒后关闭下顶栓；

二段混炼：将密炼机排料放入开炼机拉片冷却，待胶料冷却至60℃以下时，将硫化剂、促进剂加入，翻捣均匀，放厚辊距5～7mm下片，投入硬脂酸锌水溶液冷却，悬挂风干进入下一工序；

停放和过滤：上述混炼胶冷却后在室温下停放8小时以上，重新返炼出条，用滤胶机进行过滤，滤网为100目，滤胶温度为80℃以下；

切割下片：过滤好的胶料在开炼机上出成5～7mm胶片，并切割成300×400mm的胶片，冷却后叠放入塑料袋、包裹后装箱。

选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里技术指标：

（1）相对体积磨耗量：≤ 60mm³；

（2）阿克隆磨耗（cm³/1.61km）:≤0.18cm³；

（3）硬度，邵氏A，40±5度

（4）拉伸强度：≥18MPa；

（5） 拉断伸长率：≥500%

（6）扯断永久变形：≤15%

（7）回弹性：≥40%

（8）撕裂强度：≥30kN/m

（9）耐水体积变化（70℃×70h）：≤5%

（10） 耐紫外光臭氧老化：无裂纹

（11）压缩永久变形（70℃×24h）： ≤25%

（12）热空气老化(70℃×72h）,拉伸强度降低率：≤10%

（13） 耐酸碱（室温×7d）：20%HCl △W -2～+2

40%H₂SO₄ △W -1～+1

70%H₃PO₄ △W -1～+1

40%NaOH △W -1～+1。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料，其特征重量配比是：天然橡胶1#烟片 70-90 份；环氧化天然橡胶 E-50 10-30份；UFPSBR 10-25份；纳米氮化硅粉末 3-6份；防老剂RD 2份；防老剂4010NA 1.5份；炭黑 N-220 20份；石油树脂C6 5份；硫磺2.0份；促进剂CZ 1.5份；促进剂DM 1份；所述UFPSBR是指超细全硫化粉末丁苯橡胶。

2.一种选矿用高耐磨防腐矿浆输送管道橡胶衬里材料制备工艺，其特征是：

胶料混炼：胶料混炼采用两段混炼，先用密炼机将天然橡胶1#烟片70-90 份、环氧化天然橡胶E-50 10-30份、超细全硫化粉末丁苯橡胶UFPSBR 10-25份，防老剂RD 2份、防老剂4010NA 1.5份、纳米氮化硅粉末3-6份、炭黑N-220 20份、石油树脂C6 5份混炼成母炼胶，冷却后在开炼机上将硫磺2.0份、促进剂CZ 1.5份、促进剂DM 1份加入，胶料经过滤后出片、冷却后装箱；

一段混炼：采用90立升全自动密炼生产线进行，依次将生胶、防老剂加入密炼机，然后将软化剂与炭黑加入，混炼5-10分钟，在120～130℃下排胶，主要操作要点如下：按顺序依次称好生胶、小料，通过输送带将其投入密炼机；投炭黑完毕，上顶栓下降，将转速调至35，混炼约120秒后升栓，注入软化剂，上顶栓下降，混炼150秒； 打开下顶栓，上顶栓升栓，排胶，30秒后关闭下顶栓；

二段混炼：将密炼机排料放入开炼机拉片冷却，待胶料冷却至60℃以下时，将硫化剂、促进剂加入，翻捣均匀，放厚辊距5～7mm下片，投入硬脂酸锌水溶液冷却，悬挂风干进入下一工序；

停放和过滤：上述混炼胶冷却后在室温下停放8小时以上，重新返炼出条，用滤胶机进行过滤，滤网为100目，滤胶温度为80℃以下；

切割下片：过滤好的胶料在开炼机上出成5～7mm胶片，并切割成300×400mm的胶片，冷却后叠放入塑料袋、包裹后装箱。