CN116144118B - 一种耐高温输送带的橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温输送带的橡胶材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐高温输送带的橡胶材料及其制备方法，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶20‑30份、三元乙丙橡胶50‑70份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物5‑10份、2,2‑双(3‑氨基‑4‑羟基苯基)六氟丙烷3‑5份、废旧聚苯并咪唑纤维3‑5份、莫来石纤维4‑6份、偶联剂4‑6份、硫化剂4‑6份、2,4‑二氨基‑6‑二烯丙氨基‑1,3,5‑三嗪2‑4份、补强填料25‑40份、硬脂酸1‑5份、纳米金属氧化物3‑5份。本发明公开的耐高温输送带的橡胶材料耐高温性能、耐老化性能、阻燃性好，机械力学性能和耐磨性佳，使用寿命长。

Description

一种耐高温输送带的橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及输送带材料技术领域，尤其涉及一种耐高温输送带的橡胶材料及其制备方法。
背景技术
目前，在冶金、建材、化工等行业，耐高温输送带被广泛用于输送高温固体物料，如烧结矿石、水泥熟料、烘干水泥、石灰、尿素和无机化肥等。由于其经常在高温的环境下工作，因此这类输送带必须具有耐高温的特性。而耐高温输送带的耐高温性能和使用寿命又主要取决于覆盖层橡胶的性能。可见，开发耐高温输送带的橡胶材料显得尤为重要。
现有的耐高温输送带的橡胶材料耐高温性能较差，在长时间的高温下使用会因老化而失去粘合作用，导致输送带出现脱层现象，同时也易发生碳化、龟裂，大大降低了输送带的使用寿命，严重制约了钢铁、水泥等行业的生产效率，提高了运营成本。除此之外，市面上的耐高温输送带的橡胶材料还或多或少存在耐老化性能不足、阻燃性能不佳，耐磨性和耐高温性能有待进一步提高的缺陷。
为了解决上述问题，专利CN101307161B公开了一种高耐热输送带覆盖层丁苯橡胶复合材料，该发明丁苯橡胶复合材料的组成及其重量份数配比为：母胶130～180份、防老剂2～6份、炭黑20～60份、金属氧化物5～20份、促进剂3～10份和硬脂酸2～8份。该发明通过将母胶在开炼机上塑炼后，依次加入金属氧化物、防老剂、炭黑和促进剂，并在开炼机上混合均匀得到混炼胶；再将混炼胶于150℃～180℃硫化得到丁苯橡胶复合材料。该发明的复合材料成本低，且加工性能、耐热老化性能、耐高温龟裂性能和耐磨性能均优异。然而，其耐高温性能、耐老化性能、阻燃性仍然有待进一步提高。
可见，开发一种耐高温性能、耐老化性能、阻燃性好，机械力学性能和耐磨性佳，使用寿命长的耐高温输送带的橡胶材料及其制备方法符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进耐高温输送带的进一步发展具有非常重要的意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种耐高温性能、耐老化性能、阻燃性好，机械力学性能和耐磨性佳，使用寿命长的耐高温输送带的橡胶材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种耐高温输送带的橡胶材料，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶20-30份、三元乙丙橡胶50-70份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物5-10份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷3-5份、废旧聚苯并咪唑纤维3-5份、莫来石纤维4-6份、偶联剂4-6份、硫化剂4-6份、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪2-4份、补强填料25-40份、硬脂酸1-5份、纳米金属氧化物3-5份。
优选的，所述纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化铈按质量比(3-5):2:(0.1-0.3)混合形成的混合物；所述纳米金属氧化物的粒度为100-500nm。
优选的，所述补强填料为炭黑N330、白炭黑按质量比(2-4):1混合形成的混合物；所述补强填料的粒度为1000-1500目。
优选的，所述硫化剂为苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比(2-3):2:(0.3-0.5):1混合形成的混合物。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
优选的，所述莫来石纤维的平均直径为5-10μm，长径比为(20-30):1。
优选的，所述废旧聚苯并咪唑纤维为Celazole PBI纤维废弃后的产品，其平均直径为5-10μm，长径比为(20-30):1。
优选的，所述含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物的来源无特殊要求，在本发明的一个实施例中，所述含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物是按专利CN202010346147.1中实施例1的方法制成。
优选的，所述三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶4725P生胶；所述全氟醚橡胶为全氟醚橡胶PFR94生胶，由华乐密封技术开发有限公司提供。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶在开炼机上按照常规方法塑炼，然后按重量份加入其它各原料，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；最后将混炼胶在平板硫化机上进行硫化成型，得到所述耐高温输送带的橡胶材料。
优选的，所述硫化成型包括二段硫化，第一段硫化温度为175-190℃，压力为15-20MPa，硫化时间6-12min；第二段硫化温度为190-200℃，压力为15-20MPa，硫化时间1-3h。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明公开的耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，对设备依赖性小，制备周期短，工艺简单，操作方便，对环境影响小，适于大规模生产。
(2)本发明公开的耐高温输送带的橡胶材料，以全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶作为基材，它们之间相互配合作用，使得制成的材料结合了两者的优势，使得耐高温性能、耐老化性能和机械力学性能佳；含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物的加入能改善各原料之间的相容性，提高橡胶材料的耐高温性能和耐磨性。
(3)本发明公开的耐高温输送带的橡胶材料，2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪的加入能改善橡胶的耐老化性能和机械力学性能，同时还能起到交联促进的作用，它们分子结构上的氨基一方面能参与含氟醚橡胶的交联，同时也能与含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物发生环氧开环反应，与以苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比(2-3):2:(0.3-0.5):1混合形成的混合物为硫化剂的硫化体系共同存在，形成多重网络结构，能有效改善耐高温性能、耐磨性、阻燃性、机械力学性能和耐老化性能。
(4)本发明公开的耐高温输送带的橡胶材料，废旧聚苯并咪唑纤维的加入能改善强度、耐高温性能和与其它原料之间的相容性，进而提高性能稳定性，该原料的使用属于废弃物的回收再利用，能起到节能减排作用；其它莫来石纤维、偶联剂、硫化剂、补强填料、硬脂酸、纳米金属氧化物的加入，与其它原料配合作用，能进一步改善橡胶材料物理性能和性能稳定性。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
本发明各实施例中所述含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物是按专利CN202010346147.1中实施例1的方法制成。
实施例1
一种耐高温输送带的橡胶材料，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶20份、三元乙丙橡胶50份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物5份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷3份、废旧聚苯并咪唑纤维3份、莫来石纤维4份、偶联剂4份、硫化剂4份、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪2份、补强填料25份、硬脂酸1份、纳米金属氧化物3份。
所述纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化铈按质量比3:2:0.1混合形成的混合物；所述纳米金属氧化物的粒度为100nm；所述补强填料为炭黑N330、白炭黑按质量比2:1混合形成的混合物；所述补强填料的粒度为1000目。
所述硫化剂为苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比2:2:0.3:1混合形成的混合物；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550；所述莫来石纤维的平均直径为5μm，长径比为20:1；所述废旧聚苯并咪唑纤维为Celazole PBI纤维废弃后的产品，其平均直径为5μm，长径比为20:1。
所述三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶4725P生胶；所述全氟醚橡胶为全氟醚橡胶PFR94生胶，由华乐密封技术开发有限公司提供。
一种所述耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：将全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶在开炼机上按照常规方法塑炼，然后按重量份加入其它各原料，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；最后将混炼胶在平板硫化机上进行硫化成型，得到所述耐高温输送带的橡胶材料；所述硫化成型包括二段硫化，第一段硫化温度为175℃，压力为15MPa，硫化时间6min；第二段硫化温度为190℃，压力为15MPa，硫化时间1h。
实施例2
一种耐高温输送带的橡胶材料，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶23份、三元乙丙橡胶55份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物6份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷3.5份、废旧聚苯并咪唑纤维3.5份、莫来石纤维4.5份、偶联剂4.5份、硫化剂4.5份、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪2.5份、补强填料30份、硬脂酸2份、纳米金属氧化物3.5份。
所述纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化铈按质量比3.5:2:0.15混合形成的混合物；所述纳米金属氧化物的粒度为200nm；所述补强填料为炭黑N330、白炭黑按质量比2.5:1混合形成的混合物；所述补强填料的粒度为1100目；所述硫化剂为苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比2.3:2:0.35:1混合形成的混合物；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560；所述莫来石纤维的平均直径为7μm，长径比为23:1；所述废旧聚苯并咪唑纤维为Celazole PBI纤维废弃后的产品，其平均直径为7μm，长径比为23:1；所述三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶4725P生胶；所述全氟醚橡胶为全氟醚橡胶PFR94生胶，由华乐密封技术开发有限公司提供。
一种所述耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：将全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶在开炼机上按照常规方法塑炼，然后按重量份加入其它各原料，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；最后将混炼胶在平板硫化机上进行硫化成型，得到所述耐高温输送带的橡胶材料；所述硫化成型包括二段硫化，第一段硫化温度为180℃，压力为16MPa，硫化时间8min；第二段硫化温度为193℃，压力为17MPa，硫化时间1.5h。
实施例3
一种耐高温输送带的橡胶材料，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶25份、三元乙丙橡胶60份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物8份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷4份、废旧聚苯并咪唑纤维4份、莫来石纤维5份、偶联剂5份、硫化剂5份、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪3份、补强填料33份、硬脂酸3.5份、纳米金属氧化物4份。
所述纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化铈按质量比4:2:0.2混合形成的混合物；所述纳米金属氧化物的粒度为350nm；所述补强填料为炭黑N330、白炭黑按质量比3:1混合形成的混合物；所述补强填料的粒度为1300目。
所述硫化剂为苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比2.5:2:0.4:1混合形成的混合物；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH570；所述莫来石纤维的平均直径为7.5μm，长径比为25:1；所述废旧聚苯并咪唑纤维为Celazole PBI纤维废弃后的产品，其平均直径为8μm，长径比为25:1。
所述三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶4725P生胶；所述全氟醚橡胶为全氟醚橡胶PFR94生胶，由华乐密封技术开发有限公司提供。
一种所述耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：将全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶在开炼机上按照常规方法塑炼，然后按重量份加入其它各原料，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；最后将混炼胶在平板硫化机上进行硫化成型，得到所述耐高温输送带的橡胶材料；所述硫化成型包括二段硫化，第一段硫化温度为183℃，压力为17MPa，硫化时间9min；第二段硫化温度为195℃，压力为18MPa，硫化时间2h。
实施例4
一种耐高温输送带的橡胶材料，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶28份、三元乙丙橡胶65份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物9份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷4.5份、废旧聚苯并咪唑纤维4.5份、莫来石纤维5.5份、偶联剂5.5份、硫化剂5.5份、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪3.5份、补强填料38份、硬脂酸4份、纳米金属氧化物4.5份。
所述纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化铈按质量比4.5:2:0.25混合形成的混合物；所述纳米金属氧化物的粒度为400nm；所述补强填料为炭黑N330、白炭黑按质量比3.5:1混合形成的混合物；所述补强填料的粒度为1400目；所述硫化剂为苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比2.8:2:0.45:1混合形成的混合物。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:3:5混合形成的混合物；所述莫来石纤维的平均直径为9μm，长径比为28:1；所述废旧聚苯并咪唑纤维为Celazole PBI纤维废弃后的产品，其平均直径为9μm，长径比为28:1；所述三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶4725P生胶；所述全氟醚橡胶为全氟醚橡胶PFR94生胶，由华乐密封技术开发有限公司提供。
一种所述耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：将全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶在开炼机上按照常规方法塑炼，然后按重量份加入其它各原料，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；最后将混炼胶在平板硫化机上进行硫化成型，得到所述耐高温输送带的橡胶材料；所述硫化成型包括二段硫化，第一段硫化温度为188℃，压力为19MPa，硫化时间11min；第二段硫化温度为198℃，压力为19MPa，硫化时间2.5h。
实施例5
一种耐高温输送带的橡胶材料，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶30份、三元乙丙橡胶70份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物10份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷5份、废旧聚苯并咪唑纤维5份、莫来石纤维6份、偶联剂6份、硫化剂6份、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪4份、补强填料40份、硬脂酸5份、纳米金属氧化物5份。
所述纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化铈按质量比5:2:0.3混合形成的混合物；所述纳米金属氧化物的粒度为500nm；所述补强填料为炭黑N330、白炭黑按质量比4:1混合形成的混合物；所述补强填料的粒度为1500目。
所述硫化剂为苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比3:2:0.5:1混合形成的混合物；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550；所述莫来石纤维的平均直径为10μm，长径比为30:1；所述废旧聚苯并咪唑纤维为Celazole PBI纤维废弃后的产品，其平均直径为10μm，长径比为30:1；所述三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶4725P生胶；所述全氟醚橡胶为全氟醚橡胶PFR94生胶，由华乐密封技术开发有限公司提供。
一种所述耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：将全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶在开炼机上按照常规方法塑炼，然后按重量份加入其它各原料，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；最后将混炼胶在平板硫化机上进行硫化成型，得到所述耐高温输送带的橡胶材料；所述硫化成型包括二段硫化，第一段硫化温度为190℃，压力为20MPa，硫化时间12min；第二段硫化温度为200℃，压力为20MPa，硫化时间3h。
对比例1
一种耐高温输送带的橡胶材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷。
对比例2
一种耐高温输送带的橡胶材料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是，没有添加2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪。
为了进一步说明本发明各实施例产品取得的预期不到的积极技术效果，对各例制成的高摩擦输送带材料进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：耐磨性能按GB/T9867-2008A测定，拉伸强度按照GB/T528-2009测试，耐高温老化性能是将各例的橡胶材料制成输送带，安装到物料温度为250℃的水泥厂，测试其使用寿命(保持正常工作的时间)；氧指数按照GB/T 10707-2008进行。
表1
项目 磨耗量 氧指数 拉伸强度 耐高温老化性
单位 mm3 ％ MPa 月
实施例1 65 38.2 20.1 25
实施例2 63 38.9 21.4 27
实施例3 60 40.0 22.4 30
实施例4 59 40.6 23.2 31
实施例5 56 41.0 24.7 33
对比例1 70 35.9 17.3 22
对比例2 68 35.3 18.0 23
从表1可以看出，本发明实施例公开的耐高温输送带的橡胶材料，与对比例产品相比，具有更优异的耐磨性、阻燃性、机械力学性和耐高温老化性；2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪的加入对改善上述性能均有益。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐高温输送带的橡胶材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各原料制成：全氟醚橡胶20-30份、三元乙丙橡胶50-70份、含环氧基的聚硅氧硼烷超支化聚合物5-10份、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷3-5份、废旧聚苯并咪唑纤维3-5份、莫来石纤维4-6份、偶联剂4-6份、硫化剂4-6份、2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪2-4份、补强填料25-40份、硬脂酸1-5份、纳米金属氧化物3-5份；所述硫化剂为苄基三苯基氯化磷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、三乙烯基三甲基环三硅氮烷、三烯丙基异氰脲酸酯按质量比(2-3):2:(0.3-0.5):1混合形成的混合物。
2.如权利要求1所述的一种耐高温输送带的橡胶材料，其特征在于，所述纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米氧化铈按质量比(3-5):2:(0.1-0.3)混合形成的混合物；所述纳米金属氧化物的粒度为100-500nm。
3.如权利要求1所述的一种耐高温输送带的橡胶材料，其特征在于，所述补强填料为炭黑N330、白炭黑按质量比(2-4):1混合形成的混合物；所述补强填料的粒度为1000-1500目。
4.如权利要求1所述的一种耐高温输送带的橡胶材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种；所述莫来石纤维的平均直径为5-10μm，长径比为(20-30):1。
5.如权利要求1所述的一种耐高温输送带的橡胶材料，其特征在于，所述废旧聚苯并咪唑纤维为Celazole PBI纤维废弃后的产品，其平均直径为5-10μm，长径比为(20-30):1。
6.如权利要求1所述的一种耐高温输送带的橡胶材料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶为三元乙丙橡胶4725P生胶；所述全氟醚橡胶为全氟醚橡胶PFR94生胶。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将全氟醚橡胶、三元乙丙橡胶在开炼机上按照常规方法塑炼，然后按重量份加入其它各原料，在开炼机上混合均匀得到混炼胶；最后将混炼胶在平板硫化机上进行硫化成型，得到所述耐高温输送带的橡胶材料。
8.如权利要求7所述的一种耐高温输送带的橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述硫化成型包括二段硫化，第一段硫化温度为175-190℃，压力为15-20MPa，硫化时间6-12min；第二段硫化温度为190-200℃，压力为15-20MPa，硫化时间1-3h。
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