CN110615922A - 一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶及其制备方法，属于输送带技术领域。其包括天然橡胶20‑60份；顺丁橡胶20‑70份；丁苯橡胶0‑30份；结晶性高分子材料2‑15份；不饱和金属盐2‑10份；纳米粘土母胶10‑20份；纤维1‑5份；补强剂45‑70份；硫化剂0.5‑3份。经过一段混炼、二段混炼和硫化后制备得到超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶。本发明所述的输送带覆盖胶具有优异的耐磨性、抗撕裂性能；与传统材料相比，具有更高的预期使用寿命，可广泛应用于工况复杂的输送带产品中，并可拓展到轮胎、传动带等领域，具有较强的推广和应用价值。

Description

一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶及其制备方法，所制得的产品具备优异的耐磨性、抗撕裂性能、更高的预期使用寿命，可广泛应用于应用工况复杂的输送带产品中，属于输送带技术领域。
背景技术
输送带是由橡胶覆盖胶材料、骨架材料、界面粘合材料组成的大型复合材料制件，广泛应用于矿山开采、钢铁冶炼、建材水泥、港口码头、火力发电等领域的物料运输，对重点国民经济的发展具有重要的支撑作用。由于输送带运行工况复杂苛刻，输送带在运转过程中受物料的作用，与输送机托辊、物料的长时间接触、磨擦，造成输送带覆盖胶磨损脱落，造成维修保养频繁，寿命短。同时，在落料口等位置，物料从高处落下，在尖锐物料冲击下易造成输送带撕裂，导致输送带损坏，使用寿命降低、运行成本增加，并严重影响客户的生产效率，造成重大经济损失。
提高输送带覆盖的耐磨性和抗撕裂性是提升输送带使用寿命的重要方向，也是该领域长期以来研究的重点。前期的研究中，一方面通过结构设计的方法，在材料表面嵌入耐磨片来提高输送带的耐磨性，如CN201721340039.3、CN201721503177.9等专利技术。这类技术在产品制造工艺环节需要增加耐磨片嵌入工序，工艺繁琐，在产品长期使用中，耐磨片也存在因界面粘合问题发生与橡胶材料脱离的风险，而且此类技术不能兼顾材料抗撕裂性能。另一方面通过材料配方设计，开发新型的耐磨覆盖胶材料，如CN200510035572.4、CN201510163937.5、CN201510787462.7、CN201410539024.4等专利技术。但相关技术获得的输送带覆盖胶材料的耐磨性数值仍比较高，同时也较少兼顾到材料的抗撕裂性能。进一步提升材料的耐磨性、抗撕裂性能，对于提升苛刻工况下物料运输的输送带产品的寿命，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶及其制备方法，解决在苛刻工况物料运输过程中输送带磨损严重、易发生撕裂的问题。本发明通过配方设计及新材料应用，在橡胶中引入结晶性高分子新材料、不饱和金属盐、纳米粘土母胶、纤维等材料，并通过工艺调整，实现各类材料在橡胶中的良好分散，制备了具有优异耐磨性能和抗撕裂性能的输送带覆盖胶材料，大大减小了物料对输送带的磨损和冲击破坏，延长了输送带的寿命，有效降低了物料运输过程中的材料成本。
本发明的技术方案，一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，配方比例按重量份计如下：天然橡胶20-60份；顺丁橡胶20-70份；丁苯橡胶0-30份；结晶性高分子材料2-15份；不饱和金属盐2-10份；纳米粘土母胶10-20份；纤维1-5份；补强剂45-70份；硫化剂0.5-3份。
所述的结晶性高分子材料为聚氨酯、超高分子量聚乙烯、合成反式异戊二烯橡胶或杜仲胶中的一种或几种。该类材料为粒状、粉末状或破碎成块状，便于与橡胶材料共混。该类材料具有优异的耐磨性能，加入橡胶材料中，在硫化过程中与橡胶材料共交联后，可有效提高橡胶材料的耐磨性能。
所述不饱和金属盐结构中包含不饱和羧酸基团和金属离子，其中不饱和羧酸基团为丙烯酸基团或甲基丙烯酸基团，金属离子为锌离子或镁离子。通过加入不饱和金属盐，在橡胶内部构建离子交联结构，改善了材料的力学性能，适当提高了材料的扯断伸长率，较好弥补该技术中加入其他材料如粘土母胶、纤维等造成的橡胶的扯断伸长率减小的问题。
所述纳米粘土母胶包括天然橡胶和粘土，其中粘土包括蒙脱土或累脱土中的一种或两种，粘土占母胶总重量的5％-10％。选用纳米粘土母胶，解决了直接加入纳米粘土不宜分散的难题，提高了材料混炼效率。
所述纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维中的一种或几种。在材料中引入少量纤维材料，有效提高了材料的撕裂性能。通过纤维材料与纳米粘土片层材料协同作用，有效阻碍了材料的裂纹扩展，大幅提高了材料的抗撕裂性能。
所述的补强剂包括白炭黑、炭黑N110、炭黑N220、炭黑N234、炭黑N330、炭黑N550中的一种或几种。
所述硫化剂为硫磺、过氧化二异丙苯、双2,5中的一种或几种。
一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶制备方法，步骤如下：
(1)一段混炼：向密炼机中加入天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶，密炼1-2min；加入总重量2/3的补强剂，结晶性高分子材料，不饱和金属盐，纳米粘土母胶，纤维，控制温度在100-150℃范围内，密炼3-8min；然后加入剩余补强剂，控制温度在100-150℃范围内，密炼3-8min后出胶，得到一段混炼胶料；
(2)二段混炼：将步骤(1)制备所得一段混炼胶放入密炼机或开炼机中，加入硫化剂，控制温度在80℃以下，混炼3-5min后出胶片，得到覆盖胶胶片；
(3)硫化：步骤(2)所得覆盖胶胶片停放16-24h后，经成型和硫化，得到输送带覆盖胶硫化胶。
所述结晶性高分子材料为粒料粉末状或经破碎处理得到的块状。
通过上述制备方法中加料顺序、温度、混炼时间的控制，实现了各类材料在橡胶中的良好分散，材料发挥出最佳的性能。
与现有技术相比，本发明的特点和优势主要表现在：
(1)在橡胶材料中，创新引入具有优异耐磨性能的结晶性高分子，并配合纳米粘土母胶、不饱和金属盐、纤维材料、白炭黑、炭黑等材料，控制合适的硫化剂种类及用量，开发了具有优异耐磨性能和抗撕裂性能的覆盖胶材料；
(2)所开发的材料制备工艺简单，在现有输送带设备中进行工艺微调即可满足该技术的产品制备要求；
(3)所开发的覆盖胶材料可显著延长输送带的使用寿命，有效降低物料输送过程中的材料成本。
附图说明
图1是实施例1中纳米粘土在橡胶覆盖胶中的透射电镜照片。
图2是实施例1和对比实施例1制备的样品中的裂纹扩展情况照片。
具体实施方式
实施例1
(1)一段混炼：向密炼机中加入20份天然橡胶、70份顺丁橡胶，密炼1min，加入20份白炭黑和26份炭黑N330、10份结晶高分子(合成反式异戊二烯橡胶)、2份甲基丙烯酸锌、10份纳米粘土母胶(蒙脱土粘土含量10％)、2份纤维(1份玻璃纤维和1份芳纶纤维)，控制温度在100-150℃，密炼5min；然后加入10份白炭黑、14份炭黑N330，控制温度在100-150℃，密炼5min后出胶，得到一段混炼胶。
(2)二段混炼：将一段混炼胶放入密炼机中，加入0.5份硫磺，控制温度80℃以下，混炼5min后出胶片，得到覆盖胶胶片。
(3)硫化：覆盖胶胶片停放16h后，经成型、硫化，得到输送带覆盖胶硫化胶。
制备所得输送带覆盖胶硫化胶的物理机械性能如表1所示。
本实施例制备所得的输送带覆盖胶电镜照片如图1所示，纳米粘土在材料中具有非常好的分散性。
将实施例制备所得的产品进行裂纹扩展测试，具体如图2(左)所示，样品在撕裂过程中，裂纹明显偏转，意味着有更多的能量耗散，表明具有更好的撕裂性能。
实施例2
(1)一段混炼：向密炼机中加入30份天然橡胶、60份顺丁橡胶、8份丁苯橡胶，密炼2min，加入42份炭黑N234、2份结晶高分子(聚氨酯)、5份甲基丙烯酸镁、15份纳米粘土母胶(累脱土粘土含量10％)、5份纤维(5份芳纶纤维)，控制温度在100-150℃，密炼8min；然后加入23份炭黑N234，控制温度在100-150℃，密炼3min后出胶，得到一段混炼胶。
(2)二段混炼：将一段混炼胶放入密炼机中，加入0.8份硫磺，控制温度80℃以下，混炼3min后出胶片，得到覆盖胶胶片。
(3)硫化：覆盖胶胶片停放24h后，经成型、硫化，得到输送带覆盖胶硫化胶。
制备所得输送带覆盖胶硫化胶的物理机械性能如表1所示。
实施例3
(1)一段混炼：向密炼机中加入60份天然橡胶、20份顺丁橡胶、5份丁苯橡胶，密炼2min，加入40份炭黑N220、15份结晶高分子(5份超高分子量聚乙烯和10份杜仲胶)、10份丙烯酸锌、20份纳米粘土母胶(蒙脱土粘土含量8％)、1份纤维(尼龙纤维)，控制温度在100-150℃，密炼3min；然后加入20份炭黑N220，控制温度在100-150℃，密炼5min后出胶，得到一段混炼胶。
(2)二段混炼：将一段混炼胶放入密炼机中，加入2.5份硫磺和0.5份过氧化二异丙苯，控制温度80℃以下，混炼5min后出胶片，得到覆盖胶胶片。
(3)硫化：覆盖胶胶片停放18h后，经成型、硫化，得到输送带覆盖胶硫化胶。
制备所得输送带覆盖胶硫化胶的物理机械性能如表1所示。
实施例4
(1)一段混炼：向密炼机中加入30份天然橡胶、55份顺丁橡胶，8份丁苯橡胶，密炼1min，加入13份白炭黑和27份炭黑N234、7份结晶高分子(杜仲胶)、3份甲基丙烯酸锌、20份纳米粘土母胶(蒙脱土粘土含量5％)、2份纤维(2份芳纶纤维)，控制温度在100-150℃，密炼8min；然后加入7份白炭黑、13份炭黑N234，控制温度在100-150℃，密炼5min后出胶，得到一段混炼胶。
(2)二段混炼：将一段混炼胶放入开炼机中，加入0.5份硫磺和0.2份双2,5，控制温度80℃以下，混炼5min后出胶片，得到覆盖胶胶片。
(3)硫化：覆盖胶胶片停放16-24h后，经成型、硫化，得到输送带覆盖胶硫化胶。
制备所得输送带覆盖胶硫化胶的物理机械性能如表1所示。
实施例5
(1)一段混炼：向密炼机中加入40份天然橡胶、20份顺丁橡胶、30份丁苯橡胶，密炼2min，加入10份炭黑N110和20份炭黑N550、10份结晶高分子(合成反式异戊二烯橡胶)、10份甲基丙烯酸镁、20份纳米粘土母胶(蒙脱土粘土含量10％)、2份纤维(1份芳纶纤维和1份尼龙纤维)，控制温度在100-150℃，密炼5min；然后加入10份炭黑N110、5份炭黑N330，控制温度在100-150℃，密炼5min后出胶，得到一段混炼胶。
(2)二段混炼：将一段混炼胶放入密炼机中，加入2份硫磺，控制温度80℃以下，混炼5min后出胶片，得到覆盖胶胶片。
(3)硫化：覆盖胶胶片停放16-24h后，经成型、硫化，得到输送带覆盖胶硫化胶。
制备所得输送带覆盖胶硫化胶的物理机械性能如表1所示。
对比实施例1
某公司生产的评价较好的耐磨输送带覆盖胶样品。具体配方为：天然橡胶60份，顺丁橡胶30份，丁苯橡胶10份，炭黑60份，硫磺2份及其它助剂；制备方法为常规二段混炼后硫化出胶，具体物理机械性能如表1所示。将对比实施例制备所得的产品进行裂纹扩展测试，具体如图2(右)所示。
表1.实施例1-5和对比实施例1硫化橡胶的物理机械性能
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比实施例1
拉伸强度/MPa 24 25 30 25 27 24
扯断伸长率/％ 580 520 585 560 560 550
DIN磨耗/mm<sup>3</sup> 25 30 42 28 45 80
直角撕裂/N/mm 78 86 76 80 82 65
。

Claims (9)

1.一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，其特征在于配方比例按重量份计如下：天然橡胶20-60份；顺丁橡胶20-70份；丁苯橡胶0-30份；结晶性高分子材料2-15份；不饱和金属盐2-10份；纳米粘土母胶10-20份；纤维1-5份；补强剂45-70份；硫化剂0.5-3份；经过一段混炼、二段混炼和硫化后制备得到超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶。
2.如权利要求1所述超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，其特征在于：所述的结晶性高分子材料为聚氨酯、超高分子量聚乙烯、合成反式异戊二烯或杜仲胶中的一种或几种。
3.如权利要求1所述超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，其特征在于：所述不饱和金属盐的结构中包含不饱和羧酸基团和金属离子；所述不饱和羧酸基团为丙烯酸基团或甲基丙烯酸基团，金属离子为锌离子或镁离子。
4.如权利要求1所述超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，其特征在于：所述纳米粘土母胶包括天然橡胶和粘土，粘土占纳米粘土母胶总重量的5%-10%；所述粘土具体为蒙脱土和/或累脱土。
5.如权利要求1所述超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，其特征在于：所述纤维具体为玻璃纤维、芳纶纤维和尼龙纤维中的一种或几种。
6.如权利要求1所述超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，其特征在于：所述的补强剂具体为白炭黑、炭黑N110、炭黑N220、炭黑N234、炭黑N330、炭黑N550中的一种或几种。
7.如权利要求1所述超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶，其特征在于：所述硫化剂为硫磺、过氧化二异丙苯和双2,5中的一种或几种。
8.一种超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）一段混炼：向密炼机中加入天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶，密炼1-2min；加入总重量2/3的补强剂，结晶性高分子材料，不饱和金属盐，纳米粘土母胶，纤维，控制温度在100-150℃范围内，密炼3-8min；然后加入剩余补强剂，控制温度在100-150℃范围内，密炼3-8min后出胶，得到一段混炼胶料；
（2）二段混炼：将步骤（1）制备所得一段混炼胶放入密炼机或开炼机中，加入硫化剂，控制温度在80℃以下，混炼3-5min后出胶片，得到覆盖胶胶片；
（3）硫化：步骤（2）所得覆盖胶胶片停放16-24h后，经成型和硫化，得到输送带覆盖胶硫化胶。
9.如权利要求8所述超耐磨抗撕裂输送带覆盖胶制备方法，其特征在于：所述结晶性高分子材料为粒料粉末状或经破碎处理得到的块状。
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