CN107868440A - 一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及橡胶领域，公开了一种双层结构的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，覆盖胶分为上层结构和下层结构；上层结构按重量份数计算由以下成分组成：聚氨酯橡胶59‑72份；丁腈橡胶20‑25份；改性碳纳米管3‑6份；石墨烯3‑5份；硫化剂1.5‑4.8份；防老剂0.2‑0.5份；下层结构按重量份数计算由以下成分组成：聚氨酯橡胶84‑92份；改性碳纳米管3‑6份；石墨烯3‑5份；硫化剂1.5‑4.8份；防老剂0.2‑0.5份；上层结构与下层结构的重量比例为2∶1。本发明采用聚氨酯橡胶及丁腈橡胶烯作为覆盖胶材料，使覆盖胶具有耐高温、耐酸碱功能；通过聚氨酯橡胶之间及聚氨酯‑丁腈橡胶间产生交联，成为网状连续相，耐磨性、耐热性及耐撕裂性，稳定性更好。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶领域，更具体地说，涉及一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶及其制备方法。
背景技术
输送带又叫运输带，是用于皮带输送带中起承载和运送物料作用的橡胶与纤维、金属复合制品，或者是塑料和织物复合的制品。输送带广泛应用于水泥、焦化、冶金、化工、钢铁等行业中输送距离较短、输送量较小的场合。皮带输送机在农业、工矿企业和交通运输业中广泛用于输送各种固体块状和粉料状物料或成件物品，输送带能连续化、高效率、大倾角运输，输送带操作安全，输送带使用简便，维修容易，运费低廉，并能缩短运输距离，降低工程造价，节省人力物力。
随着工业越来越多样化化的发展，尤其是在化工、焦化等高温、高油、酸碱性环境中，一种输送带可能在运送高温物料同时要运送其它酸碱性助剂，这就对所用的输送带覆盖胶提出了越来越高的综合性的要求，以满足行业的需要，因此，急需一种性能良好的耐热耐酸碱的输送带覆盖胶。
目前常见的几种橡胶中，丁苯橡胶价格便宜，但高温下表面易迅速硬化失去弹性，只适于在120℃以下使用。丁基橡胶比丁苯橡胶耐高温性好，但工艺性能差，且价格昂贵。目前市场上常用的耐热输送带覆盖胶采用耐热级别达到T3～T4的乙丙橡胶，能满足一般高温物料的运输，但是在运输过程中有些高温物料表面还带有红火心的现象发生，从而物料的温度能达到380℃，在此情况下，以乙丙胶为主体的输送带覆盖胶表面易发生龟裂、被灼蚀等现象从而影响输送带的使用，加上严重的磨损、冲击和屈挠作用，因此在高温动态工况下，输送带表面的胶层仍会不可避免的产生老化，单纯提高耐热性效果并不十分显著。于此同时，常见的几种橡胶在耐酸碱性方面仍有不足。因此技术人员常通过改性手段来解决。
申请公布号为CN 106188685 A的发明专利公开了一种耐热高韧性橡胶输送带覆盖胶的制备方法，通过利用草木灰中的可溶性碳酸盐与二氧化钛反应生成钛酸盐晶须，作为覆盖胶的增韧剂，有效提高覆盖胶的韧性和耐热性能。但由于采用的顺丁橡胶老化后易崩裂、加工性能较差，容易产生脱辊。授权公告号为CN 103665608B的发明专利公开了一种耐酸碱用输送带的覆盖胶，该材料以乙丙橡胶、顺丁橡胶、氯化丁基橡胶、氯化聚乙烯橡胶为载体，通过与耐磨炉黑、氢氧化铝、玻璃纤维粉等复合获得。该复合材料采用的载体树脂含有氯，这使得到的覆盖胶只能耐非氧化性酸或非还原性碱，限制了使用范围。
发明内容
为克服上述技术中的缺陷，本发明提供一种输送带覆盖胶，从耐热耐酸碱性能和加工性能等方面综合考虑，能有效延缓覆盖胶的腐蚀老化龟裂程度，提高覆盖胶的耐热耐酸碱性能，耐磨抗撕裂性能优良，输送带的使用寿命大幅延长，降低了输送带的损坏率，节约了成本，提高生产效率。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶，所述覆盖胶为双层结构，分为上层结构和下层结构，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
所述上层结构按重量份数计算由以下成分组成：
聚氨酯橡胶 59-72份
丁腈橡胶 20-25份
改性碳纳米管 3-6份
石墨烯 3-5份
硫化剂 1.5-4.8份
防老剂 0.2-0.5份
所述下层结构按重量份数计算由以下成分组成：
聚氨酯橡胶 84-92份
改性碳纳米管 3-6份
石墨烯 3-5份
硫化剂 1.5-4.8份
防老剂 0.2-0.5份
所述的双层结构，上层结构具有较好的耐酸碱性、疏水性，使得无论运送的物料是否潮湿，均不会对物料与输送带间的摩擦系数、粘附性产生明显影响，从而使覆盖胶的耐磨性保持在优异的状态；下层结构为连接层，使上层与输送带基底有很好的连接性，避免开裂分层。
所述的两层结构具有良好的导热性，在上层结构与下层结构中改性碳纳米管及石墨烯的含量配比基本一致，用来保证导热性一致，可将热量快速的传导到输送带的导辊上，从另一角度提高输送带覆盖胶耐热性。
所述的聚氨酯橡胶为双组份聚氨酯，分子量13万-16万，由作为软链段的带有脂肪族长链的聚醚多元醇和作为硬链段的二异氰酸酯缩聚而成，其中聚醚多元醇醇羟基相连的碳原子上带有环烃基，使聚氨酯橡胶在混炼过程产生交联反应，通过空间位阻保护酯基不被水解或与酸碱反应。
所述的丁腈橡胶中丙烯腈含量为31％wt-35％wt，具有较好的耐油性、耐磨性及优异的力学性能。本发明采用的丁腈橡胶用在上层，作为连续相，与聚氨酯橡胶形成互传网络，形成稳定的协同作用，提高了覆盖胶的性能。
所述的改性碳纳米管为全氟烷基改性碳纳米管，具有分散性及导热性好，自润滑性等优点。本发明采用的改性碳纳米管粒径20-30纳米，混炼过程中能够均匀分散在橡胶基体中，产生良好的结合，提高了覆盖胶的导热性和耐撕裂性。
所述石墨烯为氧化石墨烯，鳞片状，具有高强度、高导热的材料，本发明中采用的石墨烯目数为1300-1500目，分散在橡胶中，起到导热、耐磨、增强作用，同时与改性碳纳米管形成线-面结构，提高了覆盖胶的导热性。
所述的硫化剂为一种过氧化物，可以引发交联反应。本发明采用的硫化剂为过氧化二异丙苯或甲乙酮，可以使聚氨酯橡胶之间及聚氨酯-丁腈橡胶间产生交联，形成稳定的交联体系，能够提高耐酸碱性。
所述的防老剂为2-巯基苯并咪唑或抗氧剂1010中的一种，可以减缓覆盖胶在高温或酸碱状态下的老化。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)：将下层结构各成分按重量配比采用密炼机混炼均匀，混炼温度120-150℃；
步骤2)：将上层结构各成分按重量配比采用密炼机混炼均匀，混炼温度135-155℃；
步骤3)：将步骤1)和2)得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度190-200℃，压力8-10MPa、时间30-35分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果
1、采用聚氨酯橡胶及丁腈橡胶烯作为覆盖胶材料，可以使覆盖胶具有耐高温、耐酸碱功能；通过聚氨酯橡胶之间及聚氨酯-丁腈橡胶间产生交联，成为网状连续相，耐磨性、耐热性及耐撕裂性，稳定性更好。
2、将全氟烷基改性碳纳米管填充到橡胶中，可以提高表层的自润滑性、导热性及耐撕裂性。
3、采用石墨烯作为导热填料，与碳纳米管互补，导热效果更好。
4、通过硫化剂的交联反应，覆盖胶的分子链中易水解或不耐酸碱的基团被通过空间位阻的方式保护起来，从而提高了耐酸碱性。
5、工艺简单，加工性能较好。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明下述实施例中所使用的聚氨酯橡胶由德国拜耳公司提供，型号为1485A。
本发明下述实施例中所使用的丁腈橡胶来自巴斯夫公司，型号为6250。
本发明下述实施例中所使用的改性纳米碳纳米管来自于江苏淮安逸振纳米材料有限公司，型号为YZ-CN20/30。
本发明下述实施例中所使用的石墨烯来自上海新池能源科技有限公司，型号为MX-AL。
本发明下述实施例中所使用的硫化剂为过氧化二异丙苯，来自南京市田光化工原料有限公司。
本发明下述实施例中所使用的防老剂抗氧剂1010，来自武汉远成共创科技有限责任公司。
实施例1
各组分按照下文所述重量份数配比：
上层：
聚氨酯橡胶 59份
丁腈橡胶 25份
改性碳纳米管 6份
石墨烯 5份
过氧化二异丙苯 4.8份
抗氧剂1010 0.2份
下层：
聚氨酯橡胶 84份
改性碳纳米管 6份
石墨烯 5份
过氧化二异丙苯 4.8份
抗氧剂1010 0.2份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度120℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度135℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度190℃，压力8MPa、时间35分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例2
各组分按照下文所述质量份数配比：
上层：
聚氨酯橡胶 72份
丁腈橡胶 20份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
下层：
聚氨酯橡胶 92份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度150℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度155℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度200℃，压力10MPa、时间30分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例3
各组分按照下文所述质量份数配比
上层：
聚氨酯橡胶 68份
丁腈橡胶 22份
改性碳纳米管 4份
石墨烯 4份
过氧化二异丙苯 1.7份
抗氧剂1010 0.3份
下层：
聚氨酯橡胶 90份
改性碳纳米管 4份
石墨烯 4份
过氧化二异丙苯 1.7份
抗氧剂1010 0.3份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度125℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度140℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度195℃，压力9MPa、时间32分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例4
各组分按照下文所述质量份数配比
上层：
聚氨酯橡胶 65份
丁腈橡胶 25份
石墨烯 5份
过氧化二异丙苯 4.8份
抗氧剂1010 0.2份
下层：
聚氨酯橡胶 90份
石墨烯 5份
过氧化二异丙苯 4.8份
抗氧剂1010 0.2份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度125℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度140℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度195℃，压力9MPa、时间32分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例5
各组分按照下文所述质量份数配比
上层：
聚氨酯橡胶 75份
丁腈橡胶 20份
改性碳纳米管 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
下层：
聚氨酯橡胶 95份
改性碳纳米管 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度125℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度140℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度195℃，压力9MPa、时间32分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例6
各组分按照下文所述质量份数配比
上层：
聚氨酯橡胶 73.5份
丁腈橡胶 20份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
抗氧剂1010 0.5份
下层：
聚氨酯橡胶 93.5份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
抗氧剂1010 0.5份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度125℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度140℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度195℃，压力9MPa、时间32分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例7
各组分按照下文所述质量份数配比
上层：
聚氨酯橡胶 92份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
下层：
聚氨酯橡胶 92份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度125℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度140℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度195℃，压力9MPa、时间32分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例8
各组分按照下文所述质量份数配比：
上层：
聚氨酯橡胶 92份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
下层：
聚氨酯橡胶 92份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度150℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度155℃，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度200℃，压力10MPa、时间30分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
实施例9
各组分按照下文所述质量份数配比：
上层：
丁腈橡胶 92份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
下层：
聚氨酯橡胶 92份
改性碳纳米管 3份
石墨烯 3份
过氧化二异丙苯 1.5份
抗氧剂1010 0.5份
本发明同时提供一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法：
步骤1、按下层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度150℃；
步骤2、按上层配比将各组分混炼均匀，采用密炼机进行，混炼温度155°(C，上层结构与下层结构的重量比例为2∶1；
步骤3、将步骤1、2得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，硫化工艺参数为温度200℃，压力10MPa、时间30分钟，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
对实施例1-7制备的覆盖胶进行性能测试，结果分别为表1和表2所示
表1 实施例1-3制备材料性能测试结果：
| 测试项目 | 测试方法 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 磨耗(mm3) | ASTM D638 | 36 | 31 | 33 |
| 耐热性(℃) | HG 2297 | 453 | 466 | 458 |
| 摩擦系数(J/m) | GB/T 1043 | 64.5 | 59.6 | 57.3 |
| 导热系(W.(m.K)-1) | GB/T 3651 | 52 | 57 | 53 |
| 耐酸系数 | GB/T11547 | 1.21 | 1.29 | 1.25 |
| 耐碱系数 | GB/T11547 | 1.16 | 1.24 | 1.19 |
| 撕裂强度(KN/m) | HG/T2581 | 38 | 41 | 39 |
表2 实施例4-9制备材料性能测试结果：
从实施例1-3对应的测试结果可以看出本发明所提供的输送带覆盖胶具有耐热、耐磨、耐酸碱等优点。
为了更清晰的体现本发明中各组分的作用，发明人实施了4-9对应的方案，从表中数据可以看出不添加改性碳纳米管，覆盖胶的耐热性、导热系数、耐磨性均下降；不添加石墨烯，覆盖胶的耐热性会显著降低，耐磨性有小幅降低；不加入硫化剂的覆盖胶，耐磨损性、耐热性、耐酸碱性、耐撕裂性均显著降低；丁腈橡胶可以与聚氨酯橡胶形成互穿网络结构，互相配合，不添加丁腈橡胶会一定幅度降低覆盖胶的耐热性、耐撕裂性和耐磨性；上层聚氨酯橡胶与丁腈橡胶有协同作用，综合性能好于上层仅是聚氨酯橡胶或丁腈橡胶。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶，所述覆盖胶为双层结构，分为上层结构和下层结构，其中上层结构与下层结构的重量比为2∶1；
所述上层结构按重量份数计算由以下成分组成：
聚氨酯橡胶59-72份；丁腈橡胶20-25份；改性碳纳米管3-6份；石墨烯3-5份；硫化剂1.5-4.8份；防老剂0.2-0.5份；
所述下层结构按重量份数计算由以下成分组成：
聚氨酯橡胶84-92份；改性碳纳米管3-6份；石墨烯3-5份；硫化剂1.5-4.8份；防老剂0.2-0.5份。
2.根据权利要求1所述的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，其特征在于：所述聚氨酯橡胶为双组份聚氨酯，分子量13万-16万，由作为软链段的带有脂肪族长链的聚醚多元醇和作为硬链段的二异氰酸酯缩聚而成，所述带有脂肪族长链的聚醚多元醇的醇羟基相连的碳原子上带有环烃基。
3.根据权利要求1所述的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，其特征在于：所述丁腈橡胶中丙烯腈含量为31％wt-35％wt。
4.根据权利要求1所述的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，其特征在于：所述改性碳纳米管为全氟烷基改性碳纳米管，全氟烷基改性碳纳米管粒径20-30纳米。
5.根据权利要求1所述的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，其特征在于：所述石墨烯为鳞片状氧化石墨烯，石墨烯粒径为1300-1500目。
6.根据权利要求1所述的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，其特征在于：所述硫化剂为过氧化物。
7.根据权利要求6所述的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，其特征在于：所述硫化剂为过氧化二异丙苯或甲乙酮。
8.根据权利要求1所述的耐热耐酸碱输送带覆盖胶，其特征在于：所述防老剂为2-巯基苯并咪唑或抗氧剂1010。
9.一种权利要求1所述耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)：将下层结构各成分按重量配比采用密炼机混炼均匀，混炼温度120-150℃；
步骤2)：将上层结构各成分按重量配比采用密炼机混炼均匀，混炼温度135-155℃；
步骤3)：将步骤1)和2)得到的混炼后橡胶与承载织物共同放在硫化机上进行硫化，得到一种耐热耐酸碱输送带覆盖胶。
10.根据权利要求9所述耐热耐酸碱输送带覆盖胶的制备方法，其特征在于：所述硫化的工艺参数为温度190-200℃，压力8-10MPa、时间30-35分钟。
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