织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种以氯化聚乙烯为主体的煤矿井下用织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶及其制备方法,加工性能良好,兼具较好的阻燃性能和力学强度,可用于煤矿井下用叠层阻燃输送带覆盖层,属于阻燃覆盖胶技术领域。
背景技术
煤矿用织物叠层阻燃输送带,顾名思义,是煤矿中用以运输物料的主要工具。由于普通的橡胶输送带是易燃物,遇到火灾以及运行时发生卡带导致摩擦生热时,输送带的材料结构强度急剧下降,构件坍塌,就将造成重大的火灾事故,不能满足阻燃的要求。因此,煤矿用的输送带材料必须具有阻燃性能。
经过多年的研究开发,世界各国出现了各种形式的阻燃输送带。目前煤矿用阻燃输送带的覆盖层橡胶材料的大致分为两类:其一,以聚氯乙烯或者橡胶与聚氯乙烯共混料为基体的PVC、PVG阻燃输送带覆盖层橡胶;其二,以传统橡胶如丁苯橡胶或氯丁橡胶为基体的阻燃输送带覆盖层橡胶。
虽然上述阻燃橡胶材料都各具特色,一直发挥着不错的功效,但是也存在一些无法忽视的问题:首先,PVC与PVG总体上说属于塑料制品,虽然阻燃性能较好,可以满足煤矿井下使用,但是其柔韧性不如传统橡胶材料,输送带成槽性与屈挠性差,使用时易打滑、跑偏,且本身强度不高,使用寿命短;其次,采用丁苯橡胶为覆盖层橡胶材料,其阻燃性能并不理想,一般用于地面阻燃,且需填充大量阻燃剂,导致力学性能下降;而采用氯丁橡胶为覆盖层橡胶材料,该材料加工性能较差,易黏辊、焦烧,加工难度大,且氯丁胶价格较高,不具备成本优势。因此,如何开发出一种兼顾阻燃、力学性能、加工性能和成本优势的煤矿井下用织物芯叠层阻燃输送带覆盖层橡胶材料,是极其有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种以氯化聚乙烯为主体的煤矿井下用织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶,采用氯化聚乙烯、丁苯橡胶和天然橡胶并用作为基体,填充适量阻燃剂,以达到需要的阻燃效果,同时填充合适份量的炭黑以及二氧化硅,保持较好复燃力学性能,最终达到高力学性能以及优良阻燃性能的平衡。
按照本发明提供的技术方案,织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶,配方比例按重量份计如下:氯化聚乙烯100-180份、天然橡胶70-150份、丁苯橡胶30-60份、阻燃剂20-100份、补强剂100-200份、增塑剂20-40份、金属氧化物10-30份、硬脂酸1-10份、防老剂1-10份、硫化剂1-3份、硫化促进剂6-12份;
将上述配方混合后经密炼、开炼得到覆盖层胶,然后将覆盖层胶和粘合层在成型硫化板上硫化后得到产品。
所述的覆盖层橡胶材料的基体橡胶为氯化聚乙烯、丁苯橡胶和天然橡胶三者的混合物,相比以丁苯橡胶或氯丁橡胶作为覆盖层橡胶的基体橡胶,保证了覆盖层橡胶的阻燃性与力学性能的同时,还具有较好加工性能。
本发明采用的氯化聚乙烯,作为主链上没有双键的含氯饱和高分子材料,外观为白色粉末,无毒无味,具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能,具有良好的耐油性、阻燃性及着色性能。该材料自身含有大量卤素原子,在锑-卤协同效应的阻燃体系中,有助于减少阻燃剂使用量,从而提升胶料力学性能。其次氯化聚一下与通用橡胶共混所得的混合物加工项性能优异,不焦烧、不粘辊、自粘性适中。氯化聚乙烯在基体胶料中的用量占20%-60%。
所述阻燃剂为氯化石蜡、三氧化二锑、聚磷酸铵或氢氧化铝中的一种或几种的混合物。氯化石蜡与三氧化二锑协同反应,可以提高阻燃性能,同时氯化石蜡起到增塑的作用,改善加工性能;聚磷酸铵在提高阻燃性能的同时,可以达到一定的成炭性,减少烟雾产生。氢氧化铝在遇到燃烧时会生成大量水分子,降低温度,有利于阻燃,且生成物环保。
所述补强剂为纳米二氧化硅和炭黑N115。通过使用低粒径的炭黑,保证较高的拉伸强度、定伸以及磨耗。所述纳米二氧化硅为沉淀法白炭黑,粒径为10-40nm。针对氯化聚乙烯,以纳米二氧化硅作为补强填料相比于传统炭黑效果更佳,同时纳米二氧化硅燃烧时,可以减少燃烧时的阴燃现象,但是其本身对加工性能有一定影响,所以纳米二氧化硅用量为补强剂总用量的20%-40%。
所述增塑剂为C5/C9共聚树脂或古马隆。氯化聚乙烯作为一种非传统橡胶,当分子链中氯元素所占比例达到一定范围时才具有弹性体特征,但本身柔韧性相比于通用橡胶尚有不足,必须通过相应增塑剂的使用改善其可塑性及自粘性,保证胶料的伸长率。
所述金属氧化物为纳米氧化锌和纳米氧化镁。纳米氧化锌、纳米氧化镁或纳米氧化钙,其粒径范围为10-100nm。优选纳米氧化锌与纳米氧化镁的混合物,纳米金属氧化物用量为5-10份。金属氧化物本身可以起到活化作用,而达到纳米级则比表面积大,活性更大,有助于吸收橡胶老化过程中产生的酸性物质,起一定防护作用。
所述硫化剂为硫黄;所述硫化促进剂为乙撑硫脲(NA-22)、N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(CZ)、二硫化二吗啡啉(DTDM)中的一种。
所述防老剂为6PPD(4020),RD和FG中的一种或几种。该体系保证材料具备一定老化性能。
所述织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶的制备方法,按重量份计步骤如下:在密炼机中加入氯化聚乙烯100-180份、天然橡胶70-150份、丁苯橡胶30-60份后密炼1-3min,然后依次加入阻燃剂20-100份、补强剂100-200份、增塑剂20-40份、金属氧化物10-20份、硬脂酸1-10份和防老剂1-10份密炼4-8min,最后加入硫化剂1-3份、硫化促进剂6-12份,继续密炼1-3min;密炼完成后,将所得混炼胶在开炼机上薄通4-6次,进一步混合均匀得到覆盖层胶;最后将其于成型硫化板上150-180℃硫化30-40min,即得到产品织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶。
本发明以氯化聚乙烯为主体的煤矿井下用织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶制备方法,与传统的橡胶加工方法无异。先将基体橡胶、阻燃剂、金属氧化物、增塑剂、硬脂酸、防老剂、补强剂、硫化剂及硫化促进剂按相应的质量份,在开炼机或密炼机中混炼均匀得到覆盖层胶,再将覆盖层胶在硫化平板板上150℃-180℃硫化得到成品。
另外经过实际测试,该类混炼胶加工性能良好,不焦烧、不粘辊,自粘性适中,可在车间生产线上大规模生产,与一般橡胶制品无异。且氯化聚乙烯在我国产量高,价格低于通用橡胶,具有较好的成本优势。
本发明的有益效果:本发明是以氯化聚乙烯为主体的煤矿井下用织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶,采用氯化聚乙烯、丁苯橡胶和天然橡胶的混合物作为基体橡胶,与传统的覆盖层材料(即PVC、PVG材料或丁苯橡胶、氯丁橡胶为覆盖层橡胶)相比,兼顾了高力学性能和良好的阻燃性能,同时拥有比拟通用橡胶的柔韧性,且不焦烧、不粘辊、自粘性好,便于压延成型;同时,解决了传统阻燃橡胶中,由于填充大量阻燃剂导致配料困难、混炼不均匀、力学性能波动大、成本高、不绿色环保等多项缺点;并且,氯化聚乙烯在我国产量高,价格低与通用橡胶,成本低廉。
具体实施方式
实施例1
在密炼机或开炼机中,加入150g天然橡胶(市售5#标准胶),45g丁苯橡胶(市售SBR1502)与105g氯化聚乙烯(市售135A),然后依次加入阻燃剂:氯化石蜡75g、三氧化二锑15g,聚磷酸铵15g、氢氧化铝30g;金属氧化物:纳米氧化锌15g、纳米氧化镁9g和硬脂酸3g;防老剂:4020 3g、RD 3g;补强剂:纳米二氧化硅45g、炭黑N115 135g;增塑剂:C5/C9共聚树脂30g;最后加入乙撑硫脲(NA-22)3g和N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(CZ)3g,二硫化二吗啡啉(DTDM)6g,硫化剂为硫黄3g。混合均匀得到覆盖层胶,再将覆盖层胶在硫化平板上155℃硫化40分钟得到成品,其性能见表1。
实施例2
在密炼机或开炼机中,加入105g天然橡胶(市售5#标准胶),45g丁苯橡胶(市售SBR1502)与150g氯化聚乙烯(市售135A),然后依次加入阻燃剂:氯化石蜡75g、三氧化二锑15g,聚磷酸铵15g、氢氧化铝30g;活化剂:纳米氧化锌15g、纳米氧化镁9g和硬脂酸3g;防老剂:4020 3g、RD 3g;补强剂:纳米二氧化硅45g、炭黑N115 135g;增塑剂:C5/C9共聚树脂30g;最后加入乙撑硫脲(NA-22)3g和N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(CZ)3g,二硫化二吗啡啉(DTDM)6g,硫化剂为硫黄3g。混合均匀得到覆盖层胶,再将覆盖层胶在硫化平板上155℃硫化40分钟得到成品,其性能见表1。
实施例3
在密炼机或开炼机中,加入75g天然橡胶(市售5#标准胶),45g丁苯橡胶(市售SBR1502)与180g氯化聚乙烯(市售135A),然后依次加入阻燃剂:氯化石蜡75g、三氧化二锑15g,聚磷酸铵15g、氢氧化铝30g;活化剂:纳米氧化锌15g、纳米氧化镁9g和硬脂酸3g;防老剂:4020 3g、RD 3g;补强剂:纳米二氧化硅45g、炭黑N115 135g;增塑剂:C5/C9共聚树脂30g;最后加入乙撑硫脲(NA-22)3g和N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(CZ)3g,二硫化二吗啡啉(DTDM)6g,硫化剂为硫黄3g。混合均匀得到覆盖层胶,再将覆盖层胶在硫化平板上155℃硫化40分钟得到成品,其性能见表1。
对比实施例1
在密炼机或开炼机中,加入105g天然橡胶(市售5#标准胶),45g丁苯橡胶(市售SBR1502)与150g氯化聚乙烯(市售135A),然后依次加入阻燃剂:氯化石蜡75g、三氧化二锑15g,聚磷酸铵30g、氢氧化铝30g;活化剂:纳米氧化锌15g、纳米氧化镁9g和硬脂酸3g;防老剂:4020 3g、RD 3g;补强剂:纳米二氧化硅45g、炭黑N115 135g;增塑剂:C5/C9共聚树脂30g;最后加入乙撑硫脲(NA-22)3g和N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺(CZ)3g,二硫化二吗啡啉(DTDM)6g,硫化剂为硫黄3g。混合均匀得到覆盖层胶,再将覆盖层胶在硫化平板上155℃硫化40分钟得到成品,其性能见表1。
表1本发明实施例1、2、3及对比例1性能数据对比
制备煤矿井下用织物芯叠层阻燃输送带覆盖层用橡胶材料的难点在于满足阻燃性能的同时达到较高的力学性能,还要能保证加工性能,三者很难同时达到平衡。
对比实施例1、2、3不难发现,增加了氯化聚乙烯用量,阻燃性能更好,但材料的力学性能也相应下降,但根据MT830标准中的要求,橡胶覆盖层拉伸强度≥14MPa,拉伸伸长率≥350%,因此实施例2较为满足要求。
而在对比实施例1中,主要变动是在实施例2的基础上增加了聚磷酸铵,阻燃性能虽有进步,但并不明显,同时力学性能有所下降,且在加工中出现粘模板等情况,该思路证实了增加阻燃固然阻燃性能提高,但不利于加工的情况。因此,实施例2中所示材料最符合当前需要,其最大的优点在于既满足阻燃性能,又保证了材料适中的力学性能(拉伸强度均≥16Mpa)的同时,拥有优秀的加工性能,且成本适中。综上述因素综合分析来看,该橡胶材料的研发是有实际意义的。