CN107531945B - 耐热、挠曲疲劳和臭氧的传送带覆盖物 - Google Patents

Abstract

具有改进的耐动态臭氧性、耐热性和耐挠曲疲劳性的SBR和EPDM的橡胶共混物可以通过用硫供体/促进剂和过氧化物固化剂共固化此类橡胶共混物来制造。在一些方面，这些共混物不含游离硫。这些固化的橡胶配制品可有利地用于多种多样的工业橡胶产品中，例如在传送带中。本披露还揭示了具有良好的耐动态臭氧性、耐热性和耐挠曲疲劳性的组合的传送带。该传送带包括承载覆盖层、皮带轮覆盖层和位于该承载覆盖层与该皮带轮覆盖层之间的增强层，并且该承载覆盖层和/或该皮带轮覆盖层含有根据本披露的固化的橡胶配制品。

Description

耐热、挠曲疲劳和臭氧的传送带覆盖物

相关申请信息

本专利申请要求2015年7月30日提交的美国临时专利申请号62/198,759的优先权，将所述申请以其全文通过引用结合在此。

技术领域

本披露总体上涉及的领域是传送带，并且更具体地涉及用于传送带的改善的承载覆盖层和/或皮带轮覆盖层。

背景技术

本部分提供背景信息以便于更好地理解本披露的各个方面。应该理解，本文件的本部分中的陈述将从这个角度阅读，并且不作为现有技术的承认。

在众多的商业应用中，为了运输产品和材料的目的，通常使用传送带。此类传送带可用于具有最小需求、适度需求的应用中或可用于极其需求并需要重型传送带的应用中。传送带在大小和长度上也可非常大地变化。例如，在采矿应用中使用的传送带可以是最高达约三米宽以及非常长，例如约许多千米。它们也可最高达约8厘米厚，或甚至更厚。在任何情况下，重型传送带广泛地用于将矿物、煤、农业产品、以及多种多样的制造产品从一个点移动到另一个点。例如，重型传送带经常用于典型的采矿应用中以将地下的矿物运输到表面上，并最终运输到地面之上至所期望的位置用于进行处理和/或最终用于在铁路道路车辆、卡车、驳船或轮船上运输。

传送带也广泛用于仅具有中等或甚至低的需求的多种多样的应用中。例如，传送带通常用于在杂货店和超级市场的结帐通道处传送杂货和家居用品。这种类型的传送带经常使用持续每天许多小时，并且可能经受由泄漏和与具有能够切割带的表面的尖锐边缘的物品接触引起的用户滥用。因此，即使在此类应用中传送的物品通常是轻的且在特性上是非磨蚀性的，高需求经常置于此类带上。在其中消费者正在使用和看到传送带的这种类型的应用中，对于传送带来说还重要的是在其整个使用寿命中保持美学上良好的外观。

还被称为管式传送机或管状传送机的管道传送机是如下的传送带：这些传送带装载有待传送的材料并且在装载之后通过机械手段被闭合成管的构造以通过将带的边缘重叠而迫使该传送机成为闭合的管。在被封闭成管的形式之后，被传送的材料受到保护而免受外部元件影响并且还被容纳在管内以帮助防止被传送的材料的损失。在任何情况下，用于传送机的多个支撑与导向组件沿着传送机路径定位，以沿着传送机的路径在不同点处根据需要来打开和关闭该传送机。每个组件包括多个支撑与导向辊，其在运行中接触并固持管道传送带。

在相对有限的空间中将散装材料传送经过水平和竖直曲线的情况下，主要使用管道带。由于它们对各种地形条件的特殊适应性，管道带式传送机系统还用于在超过1千米长的距离上传送材料。管道带提供的优点包括保护运输的材料免于环境影响(雨、风，等)和保护环境免受从传送带上掉落的材料(来自发电厂的灰分、石膏等)的影响。在一些情况下，管道带还保护被运输的材料不被在材料被传送经过的区域内可能存在的员工和第三方盗窃。

管道传送带在每个运行循环期间通过打开和关闭而挠曲，以允许被传送的材料在带上装载和卸载。这种打开和关闭动作使管道带经受甚至在正常运行期间遇到的大量的反复挠曲。除此之外，管道带在某些运行条件下容易偏离路线或扭曲。由于不均匀的载荷、不均匀的引导经过曲线或以其他方式不良对齐的系统，带可能扭曲。为此，支撑与导向辊被最佳地设计成当管道带行进穿过传送系统时提供无故障且低维护的运行。取决于传送系统行进的路线，这些辊是单独对齐的。这些辊的功能受到变化的气候和温度条件、磨损和设计缺陷的影响。例如，水分降低了辊与传送带之间的摩擦，这导致不是最佳的引导。如果管道传送带不对齐或扭曲，例如当其爬上弹射滚筒时，传送带可能折叠或者甚至从侧面滑下滚筒。在任何这些不利的运行条件期间，管道带可能经受甚至更多的挠曲。

在任何情况下，所有传送带在正常运行期间挠曲并且在异常运行时期期间或被滥用时可能挠曲至甚至更大的程度。因此，对于大多数传送带来说，重要的是展现出高度的挠曲疲劳和动态臭氧耐受性以提供长的使用寿命并保持美学上良好的外观和最佳功能。例如，传送带的美学外观可能通过表面开裂快速被破坏，该表面开裂是由于在带的外部覆盖层中的不足的耐挠曲疲劳性和耐动态臭氧性导致的。

传送带典型地包括聚合物材料，该聚合物材料具有适当的强度和柔性的组合以满足其中该带将要被使用的具体应用中需要的需求。例如，传送带通常包括固化的橡胶或多层不同的固化的橡胶。此类传送带还经常包括一层或多层增强物，其为该带提供额外的强度和耐久性。该增强物可以包括聚合物织物或金属增强物(例如钢增强物)。

在重型应用中使用的常规的传送带典型地包括作为顶层(承载覆盖层)的固化橡胶、作为底层(皮带轮覆盖层)的固化橡胶和位于该顶层与该底层之间的增强层。在此类传送带中使用的突出材料通常是适度柔性的弹性体或橡胶状材料，并且该带典型地由定位在该带内并沿其长度延伸的多个纵向延伸的钢缆或钢丝绳增强。

由于挠曲疲劳和动态臭氧耐受性不足导致的表面开裂是几乎所有类型的传送带中持续存在的问题。由于管道带在正常使用过程中遇到的并且可能在异常运行过程中加剧的挠曲程度，这在管道带中是特别困难的问题。即使许多类型的传送带的覆盖层中的表面开裂是长期存在的问题，消除它的手段已被证明是难以捉摸的。因此，长期以来一直需要在其覆盖层中具有更好的挠曲疲劳和动态臭氧耐受性的传送带以提供更长的使用寿命而不会遇到表面开裂。

概述

提供本概述以便介绍在下面的详细说明中进一步说明的概念的选择。本概述不旨在鉴别所要求保护的主题的关键或本质特征，也不旨在用作限制所要求保护的主题的范围的辅助。

根据本披露的一些实施例基于以下发现：具有改善的耐动态臭氧性、耐热性和耐挠曲疲劳性的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM)的橡胶共混物可以通过用硫供体/促进剂和过氧化物固化剂固化此类橡胶共混物来制造。在一些方面，重要的是这些共混物不含游离硫以获得这种高度期望的特性组合。这些固化的橡胶配制品可有利地用于各种各样的工业橡胶产品中，这些产品还需要高水平的撕裂、切割、磨损和刺穿耐受性，以及高拉伸强度，例如在传送带中。

根据一些实施例，可固化橡胶配制品包括约45phr至约75phr的苯乙烯-丁二烯橡胶、约25phr至约50phr的乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、约1.8phr至3.6phr的硫供体/促进剂和约0.2phr至2.0phr的过氧化物固化剂的共混物。

本披露的一些实施例还包括固化橡胶配制品的方法，该橡胶配制品包括约45phr至约75phr的苯乙烯-丁二烯橡胶和约25phr至约50phr的乙烯-丙烯-二烯单体橡胶以提供具有良好的耐动态臭氧性、耐热性和耐挠曲疲劳性的组合的固化的橡胶配制品。该方法涉及用包括约1.8phr至3.6phr的硫供体/促进剂和约0.2phr至2.0phr的过氧化物固化剂的固化体系固化橡胶配制品。

根据本披露的实施例还提供具有良好的耐动态臭氧性、耐热性和耐挠曲疲劳性的组合的传送带。这些传送带包括承载覆盖层、皮带轮覆盖层和位于该承载覆盖层与该皮带轮覆盖层之间的增强层，其中该承载覆盖层和/或该皮带轮覆盖层含有包括约45phr至约75phr的苯乙烯-丁二烯橡胶和约25phr至约50phr的乙烯-丙烯-二烯单体橡胶的固化的橡胶配制品。该固化的橡胶配制品用包括约1.8phr至3.6phr的硫供体/促进剂和约0.2phr至2.0phr的过氧化物固化剂的固化体系固化。在管道带中，根据本披露的固化的橡胶配制品用于皮带轮覆盖层中并且典型地不用于承载覆盖层中。

具体实施方式

以下变体说明本质上仅仅是说明性的，并且决不旨在限制本披露的范围、其应用或用途。说明和实例在此仅为了阐明本披露的不同实施例的目的呈现，并且不应被解释为对本披露的范围和适用性的限制。虽然本披露的组合物在此被描述为包含某些材料，但是应当理解，该组合物可以任选地包含两种或更多种化学上不同的材料。此外，该组合物还可以包含除了已经列举的组分之外的一些组分。在本披露的概述和该详细说明中，每个数值应该如被术语“约”修饰的读取一次(除非已经明确地被如此修饰)，并且然后如没有被如此修饰的再次读取，除非在上下文中另外指明。此外，在本披露的概述和该详细说明中，应当理解，列出或描述为有用的、合适的等的浓度或量范围意图是在该范围内的全部浓度或量(包括端点)被认为已经进行陈述。例如，“从1至10的范围”将被读为指明沿着在约1与约10之间的连续体的每一个可能的数字。因此，即使在该范围内的特定数据点，或者甚至没有在该范围内的数据点被明确地指明或仅仅是指几个特定点，应当理解，诸位发明人领会且理解，在该范围内的任何和所有数据点被认为已经被指定，并且诸位发明人拥有整个范围和在该范围内的所有点。

除非明确相反地说明，否则“或”是指包括性的或并且不是排他性的或。例如，条件A或B是通过以下的任一项而得到满足：A是真(或者存在)并且B是假(或者不存在)、A是假(或者不存在)并且B是真(或者存在)、以及A和B都为真(或者存在)。

此外，使用“一个/一种(a/an)”用来描述在此的实施例的元素和组分。这样做仅仅为了方便起见，并且给出根据本披露的概念的一般含义。该说明应被阅读为包括一个或至少一个，并且除非另有说明，单数还包括复数。

在此使用的术语和词组是为了描述的目的并且不应被解释为在范围上的限制。语言诸如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其变体旨在是广泛的并且包括其后列出的主题、等效物、和未被列出的附加主题。

此外，如在此所使用的，对“一个(one)实施例”或“一个(an)实施例”的任何提及意味着与该实施例有关所描述的具体元素、特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。在说明书中的不同地方中短语“在一个实施例中”的出现不一定是指同一个实施例。

根据本披露的橡胶配制品包括SBR和EPDM的共混物，该共混物用硫供体/促进剂和过氧化物固化剂的组合共固化。这些共混物典型地将含有从约45phr至约75phr的SBR和从约25phr至约50phr的EPDM橡胶。这些橡胶配制品可以更典型地含有从约60phr至约75phr、或甚至从约60phr至约72phr的SBR，以及从约28phr至约40phr的EPDM橡胶。在一些方面，该橡胶配制品含有从约65phr至约70phr的SBR和从约30phr至约35phr的EPDM。这些橡胶配制品可以进一步含有最高达约30phr的少量的天然橡胶或合成聚异戊二烯橡胶(用于改善的耐撕裂性)、丁腈橡胶或聚氯丁二烯橡胶(用于改善的耐油和化学性)或聚丁二烯橡胶(用于改善的耐磨性)，并且将典型地以小于约15phr的水平使用。这些橡胶配制品还可以含有常规的增强填充剂，例如在约30phr至约60phr范围内的水平下的炭黑，以及常规的橡胶配混成分，例如抗氧化剂、抗臭氧剂、加工助剂、加工油、阻燃剂、蜡等。

在实施例中，根据本披露的橡胶配制品包括EPDM橡胶，该EPDM橡胶具有合适量的二烯官能单体作为该EPDM橡胶的组分。EPDM橡胶通常是乙烯、丙烯和二烯官能单体的三聚物。在一些方面，EPDM橡胶包含从约2.5％至约12％重量的二烯官能单体，并且在一些其他方面，按重量计至少6％的二烯官能单体。

根据本披露的一些方面，用硫供体/促进剂和过氧化物固化剂的特定组合共固化SBR/EPDM共混物提供了具有改善的耐动态臭氧性、耐热性和耐挠曲疲劳性的固化的橡胶配制品。在一些情况下，可能需要在不存在游离硫的情况下进行固化反应，并且所得固化的橡胶配制品不含游离硫。在任何情况下，该橡胶配制品典型地将用约1.8phr至约3.5phr的硫供体/促进剂固化，并且将更典型地用约2.0phr至约3.0phr的硫供体/促进剂固化。在一些情况下，该硫供体/促进剂将以在约2.2phr至约2.5phr范围内的水平使用。该过氧化物固化剂典型地将以在约0.2phr至约2.0phr的范围内的水平使用，并且更典型地将以在约0.3phr至约1.5phr范围内的水平使用。在一些方面，该过氧化物固化剂以在约0.4phr至约0.8phr范围内的水平包括在内。在一些实施例中，固化基本上在不存在游离硫的情况下进行，并且此外，该橡胶配制品可以在完全不存在游离硫的情况下固化。

根据本披露可以使用的硫供体/促进剂包括但不必限于2-吗啉代二硫代苯并噻唑、二硫化四甲基秋兰姆(也称为Methyl Tuads)、二硫化四乙基秋兰姆(也称为EthylTuads)、四硫化双五亚甲基秋兰姆、二-吗啉代二硫化物、六硫化双五亚甲基秋兰姆、二硫化正丁基秋兰姆、二硫化四苄基秋兰姆、二硫化四异丁基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰基-N-氧二亚乙基、二硫化二甲基二苯基秋兰姆等。在许多情况下，该硫供体/促进剂将是秋兰姆超促进剂，例如二硫化四烷基秋兰姆。该硫供体/促进剂也可以是二烷基二硫代磷酸酯多硫化物。

根据本披露可以使用的过氧化物固化剂是通常适用于固化EPDM的那些。可以使用的有机过氧化物的一些代表性实例包括但不限于过氧化二异丙苯、过苯甲酸叔丁酯、二-叔丁基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二-叔丁基过氧己烷、α-α’-双(叔丁基过氧基)二异丙苯、甲基乙基酮过氧化物、环己酮过氧化物、枯烯氢过氧化物、蒎烷氢过氧化物、对薄荷烷氢过氧化物、叔丁基氢过氧化物、二-叔丁基过氧化物等。在一些实施例中，过氧化二异丙苯和α-α’-双(叔丁基过氧基)二异丙苯是优选的过氧化物化合物。

当用作传送带的覆盖层时，根据本披露的固化的是特别有价值的。更具体地，它们可以用于传送带的承载覆盖层和/或皮带轮覆盖层中，以提供更高水平的耐挠曲疲劳性、耐动态臭氧性和耐热性。它们对于用于管道传送带，例如在美国专利7,942,259中所述的管道传送带中具有最大的价值。为了说明可以将本披露的橡胶配制品用于其中的管道传送带的目的，将美国专利7,942,259的传授内容通过引用结合在此。在任何情况下，根据本披露的管道传送带具有弹性体主体，其具有位于顶表面上的承载表面或在弹性体主体内压延的内表面。根据本披露的管状传送带将具有宽度、长度、纵向中心线、第一纵向边缘、相对的第二纵向边缘和承载区域。该弹性体主体通常将包括典型地在管道传送带内纵向延伸的多层织物或增强钢缆。在使用期间，第一纵向边缘和第二纵向边缘可以重叠以形成将带形成为管状形状的重叠区域。该承载区域在带的整个长度上基本上均匀地围绕带纵向中心线定位。在实践中，管道传送带的皮带轮覆盖层含有根据本披露的固化的橡胶组合物。

由以下实例阐明本披露的实施例，这些实例仅仅是为了阐明的目的，并且不被认为是限制本披露的范围或其可以被实践的方式。除非另外明确指明，否则份数和百分比是按重量计给出。

实例1-2和对照

在该实验中，制备一系列橡胶配制品、将其固化并测试物理特性。在使用的程序中，使用表1中指明的成分制备非生产性的橡胶配制品。然后通过将表1中指明的成分进一步加入到非生产性配制品中来制造生产性橡胶配制品。表1中报告的数量是以phr计。

表1

随后将生产性橡胶配制品固化并测试物理特性。这些固化的橡胶配制品被确定为具有表2中所描绘的初始和烘箱老化的固化特性和物理特性。

表2

*评价代码

0＝没有开裂

开裂数目

A＝非常少(小于1/4表面)

B＝很少(1/4至1/2表面)

C＝中等(1/2至3/4表面)

D＝大量的(3/4至全部表面)

F＝完全失效(破裂)

开裂尺寸

1＝小(细缝)

2＝中等

3＝大

4＝严重

如通过回顾表2可以看出，与对于对照确定的结果相比，本披露的工作实例展现出大大改善的耐挠曲疲劳性和耐动态臭氧性。

为了阐明和说明的目的，已经提供了对实施例的前述说明。提供了示例性实施例，使得本披露将是充分彻底的，并且将范围传达给本领域技术人员。阐述许多具体细节，例如特定组分、装置和方法的实例，以提供对本披露的实施例的彻底理解，但并不旨在是穷尽的或限制本披露。应当理解，在本披露的范围内的是具体实施例的单独的元素或特征通常不限于该具体实施例，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在所选择的实施例(即使不是明确示出或描述的)中使用。其也可以以许多方式变化。此类变化不被视为偏离本披露，并且所有此类修改旨在被包括在本披露的范围内。

虽然上面已经详细描述了本披露的几个实施例，但是本领域普通技术人员将容易地理解，在不实质脱离本披露的传授内容的情况下，许多修改是可能的。因此，此类修改旨在被包括在如权利要求书中限定的本披露的范围内。

Claims (11)

1.一种可固化橡胶配制品，包含60phr至75phr的苯乙烯-丁二烯橡胶、28phr至40phr的乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、2.0phr至3.6phr的硫供体/促进剂，0.3phr至1.5phr的过氧化物固化剂、以及45phr至50phr的N330碳黑和N220碳黑中的至少一者的共混物，

其中该可固化橡胶配制品不含游离硫，并且

固化后，在暴露于50pphm臭氧、25％应变、104°F的条件后，所述可固化橡胶配制品的耐动态臭氧性的失效时间为96小时至168小时。

2.根据权利要求1所述的可固化橡胶配制品，其中该苯乙烯-丁二烯橡胶以在60phr至72phr的范围内的水平存在。

3.根据权利要求1所述的可固化橡胶配制品，其中该苯乙烯-丁二烯橡胶以在70phr至75phr的范围内的水平存在。

4.根据权利要求1所述的可固化橡胶配制品，其中该乙烯-丙烯-二烯单体橡胶以在30phr至35phr的范围内的水平存在。

5.根据权利要求1所述的可固化橡胶配制品，其中该硫供体/促进剂以在2.0phr至3.0phr的范围内的水平存在。

6.根据权利要求1所述的可固化橡胶配制品，其中该硫供体/促进剂以在2.2phr至2.5phr的范围内的水平存在。

7.根据权利要求1所述的可固化橡胶配制品，其中该过氧化物固化剂以在0.4phr至0.8phr的范围内的水平存在。

8.根据权利要求1所述的可固化橡胶配制品，其中该乙烯-丙烯-二烯单体橡胶包含按重量计至少6％的二烯官能单体。

9.一种固化橡胶配制品的方法，该橡胶配制品包括60phr至75phr的苯乙烯-丁二烯橡胶和28phr至40phr的乙烯-丙烯-二烯单体橡胶以提供具有良好的耐动态臭氧性、耐热性和耐挠曲疲劳性的组合的固化的橡胶配制品，所述方法包括用包括2.0phr至3.6phr的硫供体/促进剂、0.3phr至1.5phr的过氧化物固化剂、以及45phr至50phr的N330碳黑和N220碳黑中的至少一者的固化体系固化该橡胶配制品，其中该可固化橡胶配制品不含游离硫，并且

固化后，在暴露于50pphm臭氧、25％应变、104°F的条件后，所述可固化橡胶配制品的耐动态臭氧性的失效时间为96小时至168小时。

10.根据权利要求9所述的方法，其中该苯乙烯-丁二烯橡胶以在60phr至72phr的范围内的水平存在。

11.根据权利要求9所述的方法，其中该硫供体/促进剂以在2.0phr至3.0phr的范围内的水平存在。