CN110294871A - 含帘线的橡胶制品中的粘附性老化保护 - Google Patents

含帘线的橡胶制品中的粘附性老化保护 Download PDF

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Abstract

一种传送带，其包括承载覆盖层、位于该承载覆盖层下方的增强层、以及位于该增强层下方的皮带轮覆盖层，其中该增强层由钢纤维绳和橡胶基质构成，并且其中该橡胶基质包含大于5phr的量的氧化锌。在一些情况下，该橡胶基质包含11phr或更大的量、或者甚至16phr或更大的量的氧化锌。在一些方面，该橡胶基质不含氧化铅。在一些方面，该钢纤维绳是镀锌钢丝帘线。

Description

含帘线的橡胶制品中的粘附性老化保护
技术领域
本披露总体上涉及的领域是在其中含有金属增强件的橡胶制品，以及特别地，在其中具有镀锌钢增强帘线的传送带。
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。应当理解，本文件的此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。
许多橡胶制品，如传送带、汽车轮胎、软管、动力传送带(例如传动带)等，通常用纤维或金属帘线增强。在所有此类情况下，纤维或金属帘线必须稳固地结合到橡胶上。无论纤维或帘线是天然的或合成的聚合物，或是金属的，并且无论橡胶是天然的还是合成的，都是如此。
在重型应用中使用的常规传送带典型地由基于固化橡胶或聚氯乙烯(PVC)的材料作为顶层、基于固化橡胶或PVC的材料作为底层、以及布置在该顶层与该底层之间一种或多种增强层(骨架层)构成。该基于固化橡胶或聚氯乙烯的材料还可用于粘合增强骨架层的不同组分。例如，包含在骨架层中的单个层和增强元件可以被包封在聚合物弹性树脂例如基于聚氯乙烯的材料的基质中。单个层在连结在一起之前通常用液态弹性体形成聚合物树脂饱和，并且可以例如通过簇绒、缝合或针脚式接合插入这些增强元件。在其中液态饱和物是聚氯乙烯增塑溶胶的情况下，通过施加热量，该树脂被胶化或以其他方式固化。
一些传送带含有包括镀锌钢丝帘线的增强元件。这些类型的传送带可以提供优异的性能特性和相对长的使用寿命。然而，在将传送带暴露于重复高温和/或湿度经过长时间段的一些情况下，镀锌钢丝帘线增强件可能会从传送带的橡胶基质上剥离或以其他方式失去粘附性。
为了将橡胶结合到镀锌钢丝帘线表面，已经已知以粘附化合物的形式使用特种橡胶配置品。提供抵抗老化/腐蚀和粘附性损失的保护的一种解决方案是添加氧化铅(PbO)。然而，PbO被认为是一种危险物质，并且在REACH法规中被评为SVHC物质，最终可能被禁止使用。而且，目前可用的不含PbO的可替代化合物可以实现对帘线表面的良好粘附性，但是所产生的结合比含有PbO的化合物更易于受老化/腐蚀影响。
因此，持续存在对包括镀锌钢纤维绳的传送带的需求，该传送带在暴露于热和/或湿度老化条件下时，具有在镀锌钢帘线表面与橡胶基质之间的改进的结合，此种需求至少部分地用根据以下披露的实施例来满足。
发明内容
本部分提供了本披露的总体发明内容，并且不一定是其全部范围或其所有特征的全面披露。
在本披露的第一方面，传送带包括承载覆盖层、位于该承载覆盖层下方的增强层、以及位于该增强层下方的皮带轮覆盖层，其中该增强层具有钢纤维绳和橡胶基质，并且其中该橡胶基质包含大于5phr的量的氧化锌。在一些情况下，该橡胶基质包含11phr或更大的量、或者甚至16phr或更大的量的氧化锌。在一些方面，该橡胶基质不含氧化铅。在一些实施例中，该钢纤维绳是镀锌钢丝帘线。
在本披露的又其他方面，橡胶制品包括增强层，其中该增强层具有钢纤维绳和橡胶基质，并且其中该橡胶基质包含大于5phr的量的氧化锌。在一些另外的情况下，该橡胶基质包含11phr或更大的量、或者甚至16phr或更大的量的氧化锌。在一些方面，该橡胶基质不含氧化铅。
附图说明
以下将参照附图描述本披露的某些实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件。然而，应当理解，附图展示了本文描述的各种实施方式并且不旨在限制本文所描述的各种技术的范围，并且：
图1是根据本披露的一个实施例的传送带的横截面视图，该传送带具有承载覆盖层、位于该承载覆盖层下方的增强层(其中该增强层包括钢增强元件)、以及位于该增强层下方的皮带轮覆盖层；
图2是根据本披露的另一个实施例的传送带的横截面视图，该传送带具有承载覆盖层、位于该承载覆盖层下方的增强层(其中该增强层包括三个增强层)、以及位于该增强层下方的皮带轮覆盖层。
图3是根据本披露的另一个实施例的传送带的横截面视图，该传送带具有承载覆盖层、位于该承载覆盖层正下方的该覆盖中的第二层、位于该覆盖下方的增强层、以及位于该增强层下方的皮带轮覆盖层；并且，
图4是根据本披露的另一个实施例的传送带的横截面视图，该传送带具有承载覆盖层、位于该承载覆盖层正下方的该覆盖中的第二层、位于该覆盖下方的增强层、位于该增强层下方的皮带轮覆盖层、以及位于该增强层前紧邻该皮带轮覆盖层的另一个层。
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。本文中呈现描述和实例仅为了阐明本披露的不同实施例的目的，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本文中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两种以上化学上不同的材料。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。在本披露的发明内容和此具体实施方式中，每个数值应该如被术语“约”修饰的那样被读一次(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那样再次被读，除非在上下文中另外指明。此外，在本披露的发明内容和该具体实施方式中，应当理解，列出或描述为有用的、合适的等的浓度或量范围或尺寸意图是在该范围内的全部浓度或量或尺寸(包括端点)被认为已经进行陈述。例如，“从1至10的范围”将被读为指示沿着在约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，通过以下任意一种情况都可以满足条件A或B：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A与B均为真(或存在)。
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。此说明应被阅读为包括一个/一种或至少一个/一种，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(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”或“涉及(involving)”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件、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出现的短语“在一个实施例中”不一定是指同一个实施例。
根据本披露的传送带典型地包括弹性主体，该弹性主体具有在承载覆盖层顶上的负荷承载表面、平行皮带轮接合皮带轮覆盖层、以及布置在该带的弹性主体内的含有增强件的骨架层。该增强骨架层典型地包括一个或多个增强层，其中任选的中间层布置在其上。在一些实施例中，传送带被形成为连续带，并且末端以使得能够在多个层之间进行拼接的这样的方式切割和成形。在一些方面，使用阶梯式拼接，其确保了拼接缝中的所有层不同时接近传动皮带轮。这些特征虽然不是必需的，但在一些应用中可以改善拼接接头。
现在参照图1，其示出了根据本披露的实施例。传送带1实施例包括承载覆盖层2，其由基于合成和/或天然橡胶的组合物构成，位于承载覆盖层2下方的增强层4，以及位于增强层4下方的皮带轮覆盖层7。皮带轮覆盖层7由基于合成和/或天然橡胶的组合物构成。在此实施例中，增强层4包括多个钢增强元件6，这些钢增强元件被嵌入在增强层4的橡胶基质8内并且被布置在与传送带1的纵向基本平行的方向上。在一些情况下，该多个钢增强元件6可以是镀锌钢丝帘线。
在一些其他实施例中，如图2中对于传送带10所描绘的，增强层4可以包括第一增强层5A、第二增强层5B(该增强层包括在橡胶基质中的多个钢增强元件)、以及第三增强层5C。然而，在可替代的实施例中，增强层4可以含有两个增强层、或者四个或更多个增强层。
在本披露的实施例中，承载覆盖层2、皮带轮覆盖层7、或一个或多个增强层的橡胶基质8中的一个或多个含有大于常规水平的量的氧化锌(ZnO)。通过单独或与其他额外成分组合来显著增加氧化锌的量，提高了与镀锌钢帘线的结合对老化过程(即热和/或湿度暴露)的耐受性。此种发现与先前的教导相反，其中在(参见Gyung Soo Jeon，Min Hyeon Han和Gon Seo的“Effect of ZnO contents at the surface of brass-plated steel cordon the adhesion property to rubber compound[镀铜钢帘线表面的ZnO含量对与橡胶化合物的粘附性的影响]”，Korean J,Chem.Eng.[韩国化学工程杂志]，16(2)，248-252(1999)，将其通过引用结合在此)中发现了在较高的ZnO浓度下对橡胶粘附到镀铜钢帘线表面的负面影响。
尽管图1和2描绘了各自由一个材料层形成的承载覆盖层和皮带轮覆盖层，但是在本披露的范围内的是该承载覆盖层和皮带轮覆盖层中的任一个可以由多个材料层形成。如图3中所示的，在本披露的实施例中，传送带20用钢丝帘线增强，并且具有承载覆盖层2、位于承载覆盖层2正下方的该覆盖中的第二层3、包括被嵌入在橡胶基质中的钢丝帘线6的增强层4、以及位于增强层4下方的皮带轮覆盖层7。类似地，如图4所示，皮带轮覆盖层7可以具有位于增强层4前紧邻皮带轮覆盖层7的另一个层9。
根据本披露，在一些情况下，所掺入的氧化锌的量是大于形成该一个或多个特定层的组合物的约5phr。在一些其他情况下，氧化锌的量是形成该一个或多个特定层的组合物的约11phr或更大，并且在一些其他实施例中，氧化锌的量是形成该一个或多个特定层的组合物的约16phr或更大。在一些实施例中，所掺入的氧化锌的量是形成该一个或多个特定层的组合物的从大于约5phr至约15phr。通常，可以在形成该一个或多个特定层的组合物的大于约5phr的水平下掺入任何合适量的氧化锌。
适用于传送带应用的各种天然的或合成的弹性体材料中的任何一种可以用于形成承载覆盖层2、橡胶基质8、以及皮带轮覆盖层7，包括但不限于具有回弹特性的弹性体材料。在一些方面，该弹性体材料是选自下组的橡胶，该组由以下各项组成：天然橡胶(NR)和/或丁二烯橡胶(BR)和/或氯丁橡胶(CR)和/或苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和/或丁腈橡胶(NBR，HNBR)和/或合成聚异戊二烯橡胶和/或丁基橡胶(IIR)和/或乙烯-丙烯橡胶(EPM)和/或乙烯-丙烯-二烯烃橡胶(EPDM)和/或聚丙烯酸酯橡胶(ACM)和/或异戊二烯-丁二烯橡胶和/或聚丁二烯橡胶和/或苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶和/或乙烯-丙烯-二烯烃橡胶和/或环氧氯丙烷橡胶(ECO)和/或氯醚橡胶(CSM)和/或硅酮橡胶(MVQ)和/或氟橡胶(FPM)。
用于形成根据本披露的传送带的弹性体材料还可以包括用于增强阻燃性、耐磨性和抗结块性、耐滚动性、耐老化性(例如，耐臭氧和UV性)等的添加剂。还可以使用固化助剂、交联剂、油、促进剂、或其他成形助剂。还可以包括其他聚合物以获得某些特性，如聚丙烯酸酯、聚氨酯、三聚氰胺甲醛、聚酯、聚醚等。
增强层还可以以任何期望的重量和取向包括除了钢纤维绳之外的各种其他材料中的任何一种(织造或非织造)，并且由通过适当的弹性体或粘合剂层隔开的多个单个层构成。此类材料可以包括各种丝或者甚至合成和人造纤维，包括聚酯、尼龙、芳族聚酰胺(例如Kevlar)、玻璃、聚丙烯、纤维素、羊毛或其他。这些纤维可以是复丝、单丝或短纤维。在一个实施例中，该增强层进一步包括聚酯和/或尼龙的一个或多个层。
在一些情况下，该一个或多个增强层可以包括具有长丝的织物层，这些长丝被布置在横向于传送带的纵向的方向上。再次参照图2，可以将此类织物层结合到增强层5A、5C，或5A和5C两者中。
实例
为了进一步说明本披露的一些实施例和方面的性质的目的，生成以下实验数据，并且不意图作为对其范围的限制。准备表1中示出的以下实例来说明本披露的实施例在暴露于热和湿度老化条件下时，提供了在镀锌钢丝帘线表面与橡胶基质之间的改进的结合。作为一个模型系统，镀锌钢丝帘线被嵌入在含有不同量的氧化锌的橡胶基质粘附化合物中，并经受不同的老化条件。为了测试不同化合物的行为，镀锌钢丝帘线被嵌入在橡胶基质粘附化合物中，在其中形成为10mm×10mm T-Test-Block(使用3mm×3mm×0.15mm的热浸镀锌钢帘线)，并经受以下老化条件：
a)干燥器14天/70℃/95％湿度
b)盐水(10％NaCl)浸没14天
c)高压釜水蒸气5天/105℃
表1：
a)热聚合的乳液高苯乙烯树脂，其具有典型的82.5/17.5％的苯乙烯丁二烯/丁二烯比率，大约3.4％的树脂/脂肪酸混合物
b)在惰性二氧化硅基底上的甲基化的三聚氰胺树脂(50％或65％的活性成分)
在实验室混合器(Shaw K1mark 4Intermix)中用标准混合程序(3步法)将以上实例化合物混合。在中等倾倒温度下在第二次中加入间苯二酚。
在每种氧化锌水平下由两批制备T-Test-Block测试样品，并且在每种氧化锌水平下对每批进行10次每一暴露/测试。镀锌钢帘线拔出试验是由10kN万能拉伸试验机(兹韦克公司(Zwick))以5N/mm的预张力和125mm/min的试验速度进行的。拔出力以牛顿(N)为单位记录。与未暴露于任何老化条件的对照样品相比，测量暴露于老化条件的样品。拔出力的结果在表2中示出，作为对每个样品进行20次拔出试验的平均值，并且这些值以N为单位表示。
表2：
如表2中所示的，将橡胶层中的氧化锌增加到大于5phr的水平提供了在暴露于老化条件后，镀锌钢帘线从橡胶基质中必需的拔出力的明显的增加以及因此改进。
尽管所描述的前述实施例是指传送带实施例，但是在本披露的范围和精神内的是这些实施例还可以包括任何类型的橡胶制品，这些橡胶制品需要在橡胶基质与钢纤维绳之间的改进的粘附性，例如但不限于软管、轮胎、动力传动带、履带等。
为了说明和描述的目的，已经提供了对实施例的前述描述。提供示例性实施例，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，例如特定部件、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件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。
另外，在一些示例性实施例中，没有详细描述熟知的方法、熟知的装置结构和熟知的技术。进一步地，对于本领域技术人员将显而易见的是，在用来实现本披露中所描述的内容的装置的设计、制造和操作中，例如可能存在装置设计、构造、状态、部件的腐蚀、部件间的间隙上的变化。
尽管在此可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。除非上下文明确指出，否则在此使用的比如“第一”、“第二”、以及其他数字术语等术语不暗示次序或顺序。因此，在不脱离示例实施例的传授内容的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
为便于描述，空间相对术语，如“内部”、“相邻”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可以在此处用于描述一种元件或特征与另外的一种或多种元件或特征的关系，如图所示。除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转过来，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向在其他元件或特征“上方”。因此，实例术语“下方”可以包括上方和下方的取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他取向)，并且相应地解释在此使用的空间相对描述符。
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，在实质上不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。
附图标记清单
1 传送带
2 承载覆盖层
3 第二层
4 加强层
5A 第一增强层
5B 第二增强层
5C 第三增强层
6 钢增强元件/钢丝帘线
7 皮带轮覆盖层
8 橡胶基质
9 另一个层
10 传送带
20 传送带
30 传送带

Claims (12)

1.一种传送带(1)，其由承载覆盖层(2)、位于该承载覆盖层(2)下方的增强层(4)、以及位于该增强层(4)下方的皮带轮覆盖层(7)构成，其中，该增强层(4)由钢纤维绳(6)和橡胶基质(8)构成；并且，
其特征在于，该橡胶基质(8)包含大于5phr的量的氧化锌。
2.根据权利要求1所述的传送带(1)，其中，该橡胶基质(8)包含11phr或更大的量的氧化锌。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该橡胶基质(8)包含16phr或更大的量的氧化锌。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该承载覆盖层(2)包含至少一种选自下组的橡胶状聚合物，该组由以下各项组成：丁苯橡胶、合成聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、异戊二烯-丁二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶、氯丁橡胶和乙烯-丙烯-二烯烃橡胶。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该皮带轮覆盖层(7)包含至少一种选自下组的橡胶状聚合物，该组由以下各项组成：丁苯橡胶、合成聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、异戊二烯-丁二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶、氯丁橡胶和乙烯-丙烯-二烯烃橡胶。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该橡胶基质(8)包含至少一种选自下组的橡胶状聚合物，该组由以下各项组成：丁苯橡胶、合成聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、异戊二烯-丁二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶、氯丁橡胶和乙烯-丙烯-二烯烃橡胶。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该承载覆盖层(2)包含大于5phr的水平的氧化锌。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该皮带轮覆盖层(7)包含大于5phr的水平的氧化锌。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该承载覆盖层(2)不含氧化铅。
10.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该皮带轮覆盖层(7)不含氧化铅。
11.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，该橡胶基质(8)不含氧化铅。
12.根据前述权利要求中任一项所述的传送带(1)，其中，包含在该增强层(4)中的钢纤维绳(6)是镀锌钢丝帘线。
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