CN111484667B - 玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及托辊领域，具体涉及一种玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用，所述托辊包括辊筒轴、轴承和辊筒，其中，所述辊筒包括辊筒主体及所述辊筒主体的内表面上设置的加强结构，所述辊筒由所述玻纤增强聚丙烯复合材料通过注塑成型制得；该复合材料包含：聚丙烯、玻璃纤维、增容剂、润滑剂、抗氧剂以及可选的阻燃剂和可选的抗静电剂。采用该玻纤增强聚丙烯复合材料制得的辊筒具有较好的刚度、抗形变能力较强，且径向圆跳动和轴向窜动小，旋转阻力小。

Description

玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用
技术领域
本发明涉及托辊领域，具体涉及一种玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用。
背景技术
皮带输送机是输送物料常用的工具，在煤矿、港口、电厂、水泥厂和粮食加工厂等领域得到广泛应用。皮带输送机主要包括运输皮带，以及位于运输皮带下方的托辊，托辊用于支撑和分担皮带的受重，且保障皮带能够长期有效运行。
对于重载领域，以金属托辊使用居多，但是金属托辊重量大、耐磨和耐腐蚀性能较差，且制造工艺相对复杂。陶瓷托辊虽然解决了耐腐蚀和耐磨性的问题，但是其脆性大、易碎的缺点也非常突出。近年来，行业内正在开发非金属托辊，例如采用橡胶、尼龙等非金属材料通过挤出成型制备托辊筒体，但是对于单一的热塑性高分子材料，虽然具有优异的耐腐蚀性，但其同时存在模量低、低温抗冲击性能差、热变形温度低、线性热膨胀系数高等显著缺点，在使用过程中往往由于筒体刚度不够，导致筒体受力时发生弯曲变形，而位于筒体内部的金属轴承未发生同步变形，使得轴承与筒体由面接触变为线接触，导致轴承卡死失效；而且在挤出管材制备筒体过程中，极易发生管材截面厚度不均的问题，影响托辊的经向跳动以及动平衡等指标，最终降低托辊的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的用于制备托辊的非金属材料存在筒体刚度不够，容易发生弯曲变形，影响托辊刚度和抗性变能力的问题，提供一种玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用，采用该玻纤增强聚丙烯复合材料制得的托辊具有较好的刚度、抗形变能力较强。
为了实现上述目的，本发明提供一种玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用，所述托辊包括辊筒轴、轴承和辊筒，所述轴承设置在所述辊筒轴和所述辊筒之间，所述辊筒包括辊筒主体及所述辊筒主体的内表面上设置的加强结构，所述加强结构包括在所述辊筒主体的中间部位沿周向方向延伸且凸起于所述辊筒主体的内表面的环形加强部，所述辊筒由所述玻纤增强聚丙烯复合材料通过注塑成型制得；
该复合材料包含：聚丙烯、玻璃纤维、增容剂、润滑剂、抗氧剂以及可选的阻燃剂和可选的抗静电剂；以该复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为25-60重量％，所述玻璃纤维的含量为30-50重量％，所述增容剂的含量为1-10重量％，所述润滑剂的含量为1-10重量％，所述抗氧剂的含量为0.1-1重量％，所述阻燃剂的含量为0-18重量％，所述抗静电剂的含量为0-15重量％。
通过上述技术方案，通过以上原料互相配合制得的玻纤增强聚丙烯复合材料具有较高的模量、较高的抗冲击性和较低的线性热膨胀系数，该玻纤增强聚丙烯复合材料尤其适用于制备托辊的辊筒，采用该玻纤增强聚丙烯复合材料制得的辊筒具有较好的刚度、且抗形变能力较强。所述托辊的轴向载荷符合标准，采用本发明的复合材料制得的辊筒与辊筒轴和轴承的配合稳定，托辊具有较好的承重能力。
附图说明
图1是一种实施方式中辊筒的剖视结构示意图；
图2是另一种实施方式中托辊的剖视结构示意图；
图3是图2中A-A向示意图。
附图标记说明
1、辊筒主体 R1、环形加强部 R2、轴向加强部
10、辊筒轴 20、轴承 30、辊筒
40、载体 50、端盖
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
本发明提供一种玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用，如图1至3所示，所述托辊包括辊筒轴10、轴承20和辊筒30，所述轴承20设置在所述辊筒轴10和所述辊筒30之间，所述辊筒30包括辊筒主体1及所述辊筒主体1的内表面上设置的加强结构，所述加强结构包括在所述辊筒主体1的中间部位沿周向方向延伸且凸起于所述辊筒主体1的内表面的环形加强部R1，所述辊筒30由所述玻纤增强聚丙烯复合材料通过注塑成型制得。
在本发明的托辊中，所述加强结构还优选包括在所述辊筒主体1的内表面上从所述环形加强部R1分别向两端沿轴向延伸的轴向加强部R2，沿着所述环形加强部R1的周向方向间隔设置有多个所述轴向加强部R2。
加强结构的厚度可为辊筒主体1的厚度的1-2倍。其中，为了使辊筒30结构对称，受力均横，能够更加平稳地转动，多个轴向加强部R2在环形加强部R1上等间隔设置。另外，环形加强部R1和轴向加强部R2可为筋条状结构，并且筋条状结构的横截面的形状可为圆形、椭圆、棱形、三角形、长方形等中的一种或多种。
为了兼顾降低辊筒30重量和保证辊筒30的结构强度，优选地，所述加强结构沿轴向方向的长度与所述辊筒主体1的沿所述轴向方向的长度的比值的取值范围为1/5-1/3。当加强结构仅包括一个环形加强部R1时，环形加强部R1沿轴向方向的长度为辊筒主体1的沿轴向方向的长度的1/5-1/3；当加强结构包括多个环形加强部R1时，多个环形加强部R1沿轴向方向的总长度为辊筒主体1的沿轴向方向的长度的1/5-1/3；当加强结构包括环形加强部R1和轴向加强部R2时，环形加强部R1和轴向加强部R2在轴向方向上占据的总长度为辊筒主体1的沿轴向方向的长度的1/5-1/3。
另外，优选地，所述辊筒主体1由纤维增强热塑性复合材料通过注塑方式形成。此时，加强结构也可与辊筒主体1一起由纤维增强热塑性复合材料通过注塑方式一体形成。
采用本发明的复合材料制备辊筒30，能够在降低辊筒30整体重量的前提下，有效提高辊筒30的结构稳定性和力学性能，尤其是在辊筒30内部增加上述轴向加强部R2的设置，能够进一步提高辊筒30的结构强度，使得辊筒30受力时不易发生形变，辊筒30与轴承20能够保持良好的面接触，辊筒30与辊筒轴10保持较好的同轴度，提高使用安全性。
在本发明的托辊中，优选围绕所述轴承20的外圈形成有载体40，所述载体40固连于所述辊筒主体1的内表面。
优选地，所述轴承20的背离彼此的侧面分别设置端盖50。
在本发明中，所述纤维增强热塑性复合材料还能够用于制备所述载体40和端盖50，这种情况下，托辊的辊筒30、端盖50和载体40均能够采用本发明的复合材料注塑制得，且所形成的托辊密封性能和机械强度更佳，能够大幅减轻托辊的重量，并同时保证托辊具有较好的结构稳定性和承重能力，使得辊筒30能够平稳转动，降低材料损耗，节约成本。
本发明对复合材料的注塑成型条件没有特别的限定，优选地，所述注塑成型的条件包括：所述玻纤增强聚丙烯复合材料在100-120℃干燥2-6h，之后在230-280℃注塑。
本发明中，所述辊筒轴10和轴承20均为金属材质，所述金属材质没有特别的限定，优选为渗碳钢、不锈钢、硅锰钢和轴承钢中的至少一种。载体40可为注塑件，轴承20优选通过嵌件注塑于载体40内部。
按照一种实施方式，所述载体40由纤维增强热塑性复合材料通过注塑方式形成，并且载体40先以过盈配合方式安装在辊筒主体1上，然后所述载体40可采用熔融粘结或胶水粘结的方式连接所述辊筒主体1的内表面。两个所述端盖50分别由纤维增强热塑性复合材料通过注塑方式形成，此时为了方便将端盖50设置于辊筒主体1上，所述端盖50采用熔融粘结或胶水粘结的方式连接所述辊筒主体1的内表面。采用复合材料制得的具有上述结构的辊筒30有较好的承重能力，使得辊筒30的两个端部与载体40的连接可靠牢固，长期使用也不容易发生形变，进而在减轻托辊重量的同时还能够提高托辊整体的稳定性。
本发明制得的辊筒30与轴承20和载体40的密封连接性较好，能够提高托辊的浸水密封性能和淋水密封性能，延长托辊寿命。
在本发明中，所述玻纤增强聚丙烯复合材料具体包含：聚丙烯、玻璃纤维、增容剂、润滑剂、抗氧剂以及可选的阻燃剂和可选的抗静电剂，以该复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为25-60重量％，所述玻璃纤维的含量为30-50重量％，所述增容剂的含量为1-10重量％，所述润滑剂的含量为1-10重量％，所述抗氧剂的含量为0.1-1重量％，所述阻燃剂的含量为0-18重量％，所述抗静电剂的含量为0-15重量％。
本发明的发明人发现，在聚丙烯中按照上述比例引入玻璃纤维、增容剂、润滑剂、抗氧化，能够有效提高复合材料的力学强度和加工性能，并且将该复合材料制得的辊筒30用于托辊，托辊的径向圆跳动和轴向窜动小、旋转阻力小，托辊的结构稳定，辊筒30与金属材质的轴承20的同轴度好。更具体地，托辊跌落后轴向位移小、跌落后旋转阻力仍较小，托辊受到外力挤压撞击，辊筒30和轴承20的同轴度仍保持较佳，采用本发明的复合材料制得的辊筒30结构稳定性好，能够承受搬运过程中的外力冲击。
此外，在复合材料中添加阻燃剂和抗静电剂，能够提高复合材料的阻燃性和抗静电性能，使制得的复合材料制得的托辊能够用于煤矿领域的皮带输送机中。优选情况下，以复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为35-50重量％，所述玻璃纤维的含量为35-45重量％，所述增容剂的含量为1.5-6.5重量％，所述润滑剂的含量为1.5-7重量％，所述抗氧剂的含量为0.3-0.6重量％，所述阻燃剂的含量为6.5-14重量％，所述抗静电剂的含量为3-10重量％。
为了在提高复合材料阻燃性能和抗静电性能的同时，保证托辊的结构稳定性，优选情况下，本发明的阻燃剂采用溴系阻燃剂与锑的氧化物的混合物，所述溴系阻燃剂与锑的氧化物的用量比优选为(2.5-3.5)：1。所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷，所述锑的氧化物为三氧化二锑。
优选地，本发明的抗静电剂采用炭黑。
根据本发明，聚丙烯在复合材料中作为基体，所述聚丙烯优选为高流动的聚丙烯，例如在230℃和载荷2.16kg下的熔融指数为20-40g/10min。
根据本发明，所述玻璃纤维的单纤维直径可以为10-15μm，线密度为1000-2000tex。
在本发明中，优选地，所述润滑剂和增容剂的含量比为1：(0.5-2)，这种情况下，能够进一步提高复合材料的加工性能，并降低托辊的旋转阻力，提高其轴向载荷。
在本发明中，优选地，所述增容剂与玻璃纤维的含量比为1：(8-18)，更优选地，增容剂与玻璃纤维的含量比为1：(9-17.5)。增容剂和玻璃纤维按照上述比例配合，能够进一步有效提高辊筒30的成型性，降低托辊的径向圆跳动和轴向窜动，降低托辊的旋转阻力，提高其轴向载荷。
在本发明中，所述增容剂可以选自聚(丙烯-接枝-极性单体)，所述极性单体例如选自马来酸酐、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸异辛酯中的至少一种，优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯，即所述增容剂优选为聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)。所述聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的接枝率可以为0.5-2重量％；优选地，接枝率为1-1.5重量％。另外，所述聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)，在230℃、载荷为2.16kg的条件下熔融指数为390-450g/10min。在本发明的复合材料中加入具有上述特征的增容剂，能够进一步提高辊筒30的结构稳定性，降低托辊的径向圆跳动和轴向窜动，并降低托辊的旋转阻力。
在本发明中，所述润滑剂可参照现有技术选择，例如为聚乙烯蜡、聚苯基甲基聚硅氧烷等。优选所述润滑剂为聚乙烯蜡，所述聚乙烯蜡在140℃下的粘度为300-400cps。
本发明对所述抗氧剂没有特别的限定，优选采用亚磷酸酯型抗氧剂，例如抗氧剂B225。
本发明中，托辊的辊筒30、端盖50和载体40均能够采用本发明的复合材料注塑制得，辊筒30、端盖50和载体40与金属材质形成的轴承20和辊筒轴10组装形成的托辊能够在减轻托辊的重量的同时保证托辊具有较好的结构稳定性和承重能力，使得辊筒30能够平稳转动，降低材料损耗，节约成本。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，
聚丙烯：2240S，熔融指数为28.8g/10min(载荷2.16kg，230℃)，神华宁煤；
玻璃纤维：EDR14-2000-988A，纤维直径14μm，线密度为2000tex，中国巨石；
聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)：接枝率分别为0.5重量％，0.8重量％，1.0重量％，1.5重量％，2重量％；
聚乙烯蜡：A-C@6A，粘度为375cps(140℃)，分子量为3000-4500，霍尼韦尔；
抗氧剂：B225，巴斯夫；
十溴二苯乙烷：8010，美国雅保；
三氧化二锑：有效含量＞99.8重量％，中国闪星锑业公司；
炭黑：BP2000，卡波特炭黑有限公司。
以下实施例结合附图用于进行说明描述本发明的玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用。
以下实施例中，所提供的托辊包括辊筒轴10、轴承20和辊筒30，辊筒30包括辊筒主体1及所述辊筒主体1的内表面上设置的加强结构，所述加强结构包括在所述辊筒主体1的中间部位沿周向方向延伸且凸起于所述辊筒30的内表面的环形加强部R1。其中，辊筒主体1的壁厚为7mm，环形加强部R1的凸起的高度为30mm，厚度为7mm。辊筒主体1的内壁直径为159mm，长度为540mm。另外，为了保证辊筒30能够平稳地转动，辊筒30相对中心横截面(即垂直于辊筒30中心线的截面)为对称结构。所述加强结构还包括在所述辊筒主体1的内表面上从所述环形加强部R1分别向两端沿轴向延伸的轴向加强部R2，所述轴向加强部R2为6个，所述轴向加强部R2均匀分布，延伸长度为80mm，厚度为7mm。
所述辊筒轴10位于所述辊筒主体1的中心，所述轴承20设置在所述辊筒轴10和所述辊筒主体1之间。围绕所述轴承20的外圈形成有载体40(厚度为20mm)，所述载体40固连于所述辊筒主体1的内表面。所述辊筒主体1的两端分别设置有所述轴承20，在所述辊筒主体1两端的所述轴承20的背离彼此的侧面分别设置端盖50，所述端盖50通过熔融粘结的方式连接在所述辊筒主体1的内表面。
其中，轴承20通过嵌件注塑于载体40内，载体40以过盈配合方式安装在辊筒主体1上，载体40采用熔融粘结的方式连接在所述辊筒主体1的内表面，端盖50采用熔融粘结的方式连接在辊筒主体1的内表面。
所述辊筒轴10、轴承20由轴承钢形成，辊筒轴10的外径为25mm。
实施例1
托辊的辊筒30、载体40和端盖50的制备方法如下：
(1)将45重量份聚丙烯、3重量份聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(接枝率为1.5重量％)、2重量份聚乙烯蜡、0.4重量份抗氧剂、9重量份十溴二苯乙烷、3重量份三氧化二锑、8重量份炭黑，依次加入到高速混合机中充分混合制得聚丙烯混合树脂，混料温度为60℃，混料时间为4min；
(2)将聚丙烯混合树脂加入到挤出设备的料斗中，并通过挤出机进行熔融加工为树脂熔体，挤出温度为200℃，挤出机转速为100rpm；然后树脂熔体挤入与挤出机头相连的浸渍模头中，同时将40重量份玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍模头，在浸渍温度为250℃下在树脂熔体中进行分散，之后冷却切粒后制得玻纤增强聚丙烯复合材料。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为40.8重量％、玻璃纤维的含量为36.2重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为2.7重量％、聚乙烯蜡的含量为1.8重量％、抗氧剂的含量为0.4重量％、十溴二苯乙烷的含量为8.2重量％、三氧化二锑的含量为2.7重量％、炭黑的含量为7.2重量％。
将玻纤增强聚丙烯复合材料在100℃干燥6h，之后通过注塑机将干燥后的玻纤增强聚丙烯复合材料在250℃下通过注塑机注塑成型得到辊筒30、载体40和端盖50。
轴承20通过嵌件注塑于载体40内，载体40以过盈配合方式安装在辊筒主体1上，载体40采用熔融粘结的方式连接在所述辊筒主体1的内表面，端盖50采用熔融粘结的方式连接在辊筒主体1的内表面。
实施例2
托辊的辊筒30、载体40和端盖50的制备方法如下：
(1)将40重量份聚丙烯、5重量份聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(接枝率为0.8重量％)、2.5重量份聚乙烯蜡、0.3重量份抗氧剂、7.5重量份十溴二苯乙烷、2.5重量份三氧化二锑、4重量份炭黑，依次加入到高速混合机中充分混合制得聚丙烯混合树脂，混料温度为60℃，混料时间为4min；
(2)将聚丙烯混合树脂加入到挤出设备的料斗中，并通过挤出机进行熔融加工为树脂熔体，挤出温度为230℃，挤出机转速为200rpm；然后树脂熔体挤入与挤出机头相连的浸渍模头中，同时将45重量份玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍模头，在浸渍温度为280℃下在树脂熔体中进行分散，之后冷却切粒后制得玻纤增强聚丙烯复合材料。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为37.5重量％、玻璃纤维的含量为42.1重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为4.8重量％、聚乙烯蜡的含量为2.3重量％、抗氧剂的含量为0.3重量％、十溴二苯乙烷的含量为7.0重量％、三氧化二锑的含量为2.3重量％、炭黑的含量为3.7重量％。
将玻纤增强聚丙烯复合材料在120℃干燥2h，之后通过注塑机将干燥后的玻纤增强聚丙烯复合材料在280℃下通过注塑机注塑成型得到辊筒30、载体40和端盖50。
实施例3
托辊的辊筒30、载体40和端盖50的制备方法如下：
(1)将50重量份聚丙烯、2重量份聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(接枝率为1.0重量％)、2重量份聚乙烯蜡、0.6重量份抗氧剂、11.25重量份十溴二苯乙烷、3.75重量份三氧化二锑、10重量份炭黑，依次加入到高速混合机中充分混合制得聚丙烯混合树脂，混料温度为60℃，混料时间为4min；
(2)将聚丙烯混合树脂加入到挤出设备的料斗中，并通过挤出机进行熔融加工为树脂熔体，挤出温度为230℃，挤出机转速为180rpm；然后树脂熔体挤入与挤出机头相连的浸渍模头中，同时将35重量份玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍模头，在浸渍温度为230℃下在树脂熔体中进行分散，之后冷却切粒后制得玻纤增强聚丙烯复合材料。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为43.6重量％、玻璃纤维的含量为30.5重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为1.8重量％、聚乙烯蜡的含量为1.8重量％、抗氧剂的含量为0.5重量％、十溴二苯乙烷的含量为9.8重量％、三氧化二锑的含量为3.3重量％、炭黑的含量为8.7重量％。
将玻纤增强聚丙烯复合材料在120℃干燥2h，之后通过注塑机将干燥后的玻纤增强聚丙烯复合材料在230℃下通过注塑机注塑成型得到辊筒30、载体40和端盖50。
实施例4
托辊的辊筒30、载体40和端盖50的制备方法如下：
(1)将30重量份聚丙烯、6重量份聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)(接枝率为1.5重量％)、3重量份聚乙烯蜡、0.1重量份抗氧剂、6重量份十溴二苯乙烷、2重量份三氧化二锑、4重量份炭黑，依次加入到高速混合机中充分混合制得聚丙烯混合树脂，混料温度为60℃，混料时间为4min；
(2)将聚丙烯混合树脂加入到挤出设备的料斗中，并通过挤出机进行熔融加工为树脂熔体，挤出温度为230℃，挤出机转速为180rpm；然后树脂熔体挤入与挤出机头相连的浸渍模头中，同时将50重量份玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍模头，在浸渍温度为230℃下在树脂熔体中进行分散，之后冷却切粒后制得玻纤增强聚丙烯复合材料。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为29.7重量％、玻璃纤维的含量为49.5重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为5.9重量％、聚乙烯蜡的含量为2.9重量％、抗氧剂的含量为0.1重量％、十溴二苯乙烷的含量为5.9重量％、三氧化二锑的含量为2.0重量％、炭黑的含量为4.0重量％。
将玻纤增强聚丙烯复合材料在120℃干燥2h，之后通过注塑机将干燥后的玻纤增强聚丙烯复合材料在230℃下通过注塑机注塑成型得到辊筒30、载体40和端盖50。
实施例5
按照实施例1的方法制备托辊的辊筒30、载体40和端盖50，所不同的是，在制备复合材料时，将聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的用量调整为3重量份，聚乙烯蜡的用量调整为8重量份。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为38.7重量％、玻璃纤维的含量为34.3重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为2.6重量％、聚乙烯蜡的含量为6.9重量％、抗氧剂的含量为0.3重量％、十溴二苯乙烷的含量为7.7重量％、三氧化二锑的含量为2.6重量％、炭黑的含量为6.9重量％。
实施例6
按照实施例1的方法制备托辊的辊筒30、载体40和端盖50，所不同的是，在制备复合材料时，将聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的用量调整为2重量份，聚乙烯蜡的用量调整为2重量份。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为41.1重量％、玻璃纤维的含量为36.6重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为1.8重量％、聚乙烯蜡的含量为1.8重量％、抗氧剂的含量为0.4重量％、十溴二苯乙烷的含量为8.2重量％、三氧化二锑的含量为2.8重量％、炭黑的含量为7.3重量％。
实施例7
按照实施例1的方法制备托辊的辊筒30、载体40和端盖50，所不同的是，在制备复合材料时，将聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的用量调整为7重量份，聚乙烯蜡的用量调整为3重量份。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为39.0重量％、玻璃纤维的含量为34.7重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为6.1重量％、聚乙烯蜡的含量为2.6重量％、抗氧剂的含量为0.3重量％、十溴二苯乙烷的含量为7.8重量％、三氧化二锑的含量为2.6重量％、炭黑的含量为6.9重量％。
实施例8
按照实施例1的方法制备托辊的辊筒30、载体40和端盖50，所不同的是，在制备复合材料时，将聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的接枝率调整为0.5重量％。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为40.8重量％、玻璃纤维的含量为36.2重量％、聚(丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯)的含量为2.7重量％、聚乙烯蜡的含量为1.8重量％、抗氧剂的含量为0.4重量％、十溴二苯乙烷的含量为8.2重量％、三氧化二锑的含量为2.7重量％、炭黑的含量为7.2重量％。
实施例9
按照实施例1的方法制备托辊的辊筒30、载体40和端盖50，所不同的是，在制备复合材料时，增容剂选择聚(丙烯-接枝-马来酸酐)，接枝率为2重量％。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为40.8重量％、玻璃纤维的含量为36.2重量％、聚(丙烯-接枝-马来酸酐)的含量为2.7重量％、聚乙烯蜡的含量为1.8重量％、抗氧剂的含量为0.4重量％、十溴二苯乙烷的含量为8.2重量％、三氧化二锑的含量为2.7重量％、炭黑的含量为7.2重量％。
实施例10
按照实施例1的方法制备托辊的辊筒30、载体40和端盖50，所不同的是，在制备复合材料时，润滑剂替换为聚苯基甲基聚硅氧烷。
对比例1
按照实施例1的方法制备托辊的辊筒30、载体40和端盖50，所不同的是，复合材料的制备方法不同。
(1)将50重量份聚丙烯、3重量份聚(丙烯-接枝-马来酸酐)(接枝率为1重量％)、0.5重量份端羟基硅氧烷(有机硅含量＞70％)、0.3重量份抗氧剂、10重量份十溴二苯乙烷、3重量份三氧化二锑、6重量份炭黑依次加入到高速混合机中充分混合制得聚丙烯混合树脂，混料温度为60℃，混料时间为4min；
(2)将聚丙烯混合树脂加入到挤出设备的料斗中，并通过挤出机进行熔融加工为树脂熔体，挤出温度为200℃，挤出机转速为100rpm；然后树脂熔体挤入与挤出机头相连的浸渍模头中，同时将20重量份玻璃纤维通过牵引机引入到浸渍模头，在浸渍温度为250℃下在树脂熔体中进行分散，之后冷却切粒后制得玻纤增强聚丙烯复合材料。
按照上述投料量计，使得以玻纤增强聚丙烯复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为53.9重量％、玻璃纤维的含量为21.6重量％、聚(丙烯-接枝-马来酸酐)的含量为3.2重量％、端羟基硅氧烷的含量为0.5重量％、抗氧剂的含量为0.3重量％、十溴二苯乙烷的含量为10.8重量％、三氧化二锑的含量为3.2重量％、炭黑的含量为6.5重量％。
将玻纤增强聚丙烯复合材料在100℃干燥6h，之后通过注塑机将干燥后的玻纤增强聚丙烯复合材料在250℃下通过注塑机注塑成型得到辊筒30、载体40和端盖50。在挤出过程中，管材截面厚度不均，影响托辊的经向跳动以及动平衡等指标。
对比例2
该对比例的托辊的辊筒30、载体40和端盖50的制备方法与实施例1相同，所不同的是托辊的结构。具体地，该对比例中，辊筒主体1的内表面不设置环形加强部R1和轴向加强部R2。
测试例
以上各实施例和对比例制得的托辊按照MT821-2006《煤矿用带式输送机托辊技术条件》和MAJY06-035-09《矿用产品安全标志检验规范》的测试条件，具体结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001962176270000161
Figure BDA0001962176270000171
注：上述标准值是针对托辊直径为
Figure BDA0001962176270000172
长度为540mm的托辊的测试标准。
通过表1的结果可以看出，将本发明的玻纤增强聚丙烯复合材料用于制备托辊，制得的托辊具有较好的刚度，且抗性变能力较强。此外，本发明中玻纤增强聚丙烯复合材料中添加了阻燃剂和抗静电剂，其能够用于煤矿领域的皮带输送机。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种玻纤增强聚丙烯复合材料在托辊中的应用，其特征在于，所述托辊包括辊筒轴（10）、轴承（20）和辊筒（30），所述轴承（20）设置在所述辊筒轴（10）和所述辊筒（30）之间，所述辊筒（30）包括辊筒主体（1）及所述辊筒主体（1）的内表面上设置的加强结构，所述加强结构包括在所述辊筒主体（1）的中间部位沿周向方向延伸且凸起于所述辊筒主体（1）的内表面的环形加强部（R1），所述辊筒（30）由所述玻纤增强聚丙烯复合材料通过注塑成型制得；
该复合材料包含：聚丙烯、玻璃纤维、增容剂、润滑剂、抗氧剂以及阻燃剂和抗静电剂；以该复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为25-43.6重量%，所述玻璃纤维的含量为30-50重量%，所述增容剂的含量为1-10重量%，所述润滑剂的含量为1-10重量%，所述抗氧剂的含量为0.1-1重量%，所述阻燃剂的含量为6.5-18重量%，所述抗静电剂的含量为3-15重量%；
所述抗静电剂为炭黑；
所述增容剂为聚丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯，接枝率为0.5-2重量%。
2.根据权利要求1所述的应用，其中，以复合材料的总重量为基准，所述聚丙烯的含量为35-43.6重量%，所述玻璃纤维的含量为35-45重量%，所述增容剂的含量为1.5-6.5重量%，所述润滑剂的含量为1.5-7重量%，所述抗氧剂的含量为0.3-0.6重量%，所述阻燃剂的含量为6.5-14重量%，所述抗静电剂的含量为3-10重量%。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述润滑剂和增容剂的含量比为1：（0.5-2）。
4.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述增容剂与玻璃纤维的含量比为1：（8-18）。
5.根据权利要求1或2所述的应用，其中，聚丙烯-接枝-甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝率为1-1.5重量%。
6.根据权利要求1或2所述的应用，所述润滑剂为聚乙烯蜡，所述聚乙烯蜡在140℃下的粘度为300-400cps。
7.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述加强结构还包括在所述辊筒主体（1）的内表面上从所述环形加强部（R1）分别向两端沿轴向延伸的轴向加强部（R2），沿着所述环形加强部（R1）的周向方向间隔设置有多个所述轴向加强部（R2）。
8.根据权利要求1或2所述的应用，其中，围绕所述轴承（20）的外圈形成有载体（40），所述载体（40）固连于所述辊筒主体（1）的内表面，所述载体（40）由所述玻纤增强聚丙烯复合材料通过注塑成型制得。
9.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述轴承（20）的背离彼此的侧面分别设置端盖（50），所述端盖（50）由所述玻纤增强聚丙烯复合材料通过注塑成型制得。
10.根据权利要求1或2所述的应用，其中，所述注塑成型的过程包括：将所述玻纤增强聚丙烯复合材料在100-120℃干燥2-6h，之后在230-280℃进行注塑。
11.根据权利要求8所述的应用，其中，所述注塑成型的过程包括：将所述玻纤增强聚丙烯复合材料在100-120℃干燥2-6h，之后在230-280℃进行注塑。
12.根据权利要求9所述的应用，其中，所述注塑成型的过程包括：将所述玻纤增强聚丙烯复合材料在100-120℃干燥2-6h，之后在230-280℃进行注塑。
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