CN117089129B - 含芳纶纤维的复合材料及其制备方法及利用该复合材料的传送带 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及传送带复合材料领域，更具体地说，它涉及含芳纶纤维的复合材料及其制备方法及利用该复合材料的传送带。一种含芳纶纤维的复合材料，按照质量份数，包括以下原料：70‑90份丁苯橡胶、10‑25份天然橡胶、1‑4份硫化剂、0.1‑2份硬脂酸、5‑10份氧化锌、20‑40份填料、0.1‑3份防老剂、0.1‑3份促进剂、1‑5份钠长石粉、5‑15份凹凸棒土、5‑15份芳纶纤维。一种含芳纶纤维的复合材料的传送带，包括复合材料层、带芯胶层、带芯，带芯设置于上下两层带芯胶层之间，复合材料层设置于带芯胶背离带芯的侧面。本申请具有提高传送带抗冲击性能的优点。
Description
技术领域
本申请涉及传送带复合材料领域，更具体地说，它涉及含芳纶纤维的复合材料及其制备方法及利用该复合材料的传送带。
背景技术
传送带是安装在传送装置上用来承载、输送物料的组件。煤矿、电力、水泥、钢铁、化工、食品等领域都会使用传送装置。传送带通常包括带芯胶层、骨架材料（包含带芯）和覆盖胶层，传送带作业时，骨架材料作为传送带的核心部分，在工作时承受大量负荷。带芯胶层、覆盖胶层都是用来保护骨架材料的。而覆盖胶层位于最外侧，在传送物料的过程中，形状各异的物料会直接冲击或摩擦至覆盖胶层表面。长时间的磨损与冲击，会使覆盖胶层变薄或产生大量划痕、裂缝，使覆盖胶层容易受到温度、水分等外界因素影响，从而快速损坏，无法起到保护骨架材料的作用。因此，还有待改善。
发明内容
为了提高传送带尤其是最外层的抗冲击性能，本申请提供含芳纶纤维的复合材料及其制备方法及利用该复合材料的传送带。
第一方面，本申请提供一种含芳纶纤维的复合材料，采用如下的技术方案：
一种含芳纶纤维的复合材料，按照质量份数，包括以下原料：70-90份丁苯橡胶、10-25份天然橡胶、1-4份硫化剂、0.1-2份硬脂酸、5-10份氧化锌、20-40份填料、0.1-3份防老剂、0.1-3份促进剂、1-5份钠长石粉、5-15份凹凸棒土、5-15份芳纶纤维。
通过采用上述技术方案，在钠长石粉、凹凸棒土、芳纶纤维的共同配合下，在体系中形成特殊结构，可以起到缓冲热能、缓冲冲击应力的作用。具体的，凹凸棒土与芳纶纤维混合时，会快速定向地在芳纶纤维结构上进行重叠、缠绕，并相互作用，从而形成了牢固的特殊网络结构。该特殊网络结构应用在体系中，对体系有支撑作用，有利于提高复合材料的强度。
在该网络结构形成的过程中，钠长石粉也会参与到网络结构的成型中，被网络结构吸引并负载于网络结构中，使特殊网络结构表面变得粗糙，更加容易进入到丁苯橡胶、天然橡胶的分子链结构空隙中并均匀扩散，使特殊网络结构与橡胶分子链之间的作用力提高。当复合材料表面受到应力或热能时，特殊网状结构使能量迅速扩散，并起到缓冲效果，降低了应力、热能对复合材料的损伤。
特殊制备的复合材料能够对应力、热能有一定的缓冲效果，从而有利于延长复合材料的使用寿命，对骨架材料具有更长效的保护。
优选的，所述钠长石粉的质量份数为2-3.5份，凹凸棒土的质量份数为10-15份，芳纶纤维的质量份数为7-13份。
通过采用上述技术方案，进一步限定钠长石粉、凹凸棒土、芳纶纤维之间的特殊配合用量，在该进一步限定下，凹凸棒土与芳纶纤维所形成的网络结构能为钠长石粉提供更多负载位点，且负载更加牢固，从而提高特殊网络结构表面的粗糙程度，后续与橡胶分子链之间结合更加充分。
优选的，所述丁苯橡胶与天然橡胶的质量比为1：（0.15-0.2），以丁苯橡胶的质量为基准。
通过采用上述技术方案，进一步限定丁苯橡胶与天然橡胶之间的质量比，丁苯橡胶与天然橡胶之间互相配合，使得基础体系的性能发生改变，特殊网状结构在该体系中更容易均匀分散，从而进一步提高复合材料的耐热、抗冲击性能。
优选的，所述钠长石粉的粒径为15-25μm。
特殊网状结构太粗糙，则容易给体系带来过多孔隙，孔隙的存在虽然有利于吸收能量，但是太多孔隙容易使复合材料的强度下降；如果特殊网状结构不够粗糙，与橡胶体系之间的连接强度不够，容易脱落，无法良好缓冲冲击力、热能。在实际研发中，发现粒径在15-25μm的钠长石粉，能够赋予特殊网状结构恰当的粗糙程度，使复合材料具有较好的抗冲击、耐热效果。
第二方面，本申请提供一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将天然橡胶、丁苯橡胶混合，于160-180℃的条件下混炼5-15min，得到初混胶；
然后往初混胶中加入硫化剂、硬脂酸、防老剂、填料、促进剂、钠长石粉、凹凸棒土、芳纶纤维共同密炼，得到混合胶；
停放混合胶，然后再于150-170℃的条件下硫化，得到复合材料。
通过采用上述技术方案，先将天然橡胶、丁苯橡胶混合均匀，为后续各种原料混合提供一个良好的基础体系，使得各种原料可以充分混合，得到耐磨、耐热效果更佳的复合材料。
优选的，将所述钠长石粉与水混合，得到悬浊液；
将悬浊液与凹凸棒土、芳纶纤维于超声功率200-300W、超声频率10-15kHz的条件下分散10-20min；
然后再于50-60℃下静置2-4h；
固液分离后，固体物为混合物；
将混合物与硫化剂、硬脂酸、防老剂、填料、促进剂、初混胶共同密炼。
通过采用上述技术方案，提前将钠长石粉、凹凸棒土、芳纶纤维在特定的超声条件下进行分散，凹凸棒土定向依附芳纶纤维形成网络结构，钠长石粉也在搅拌分散的过程中，均匀、牢固负载于网络结构中，从而形成性能更加优良的特定网络结构。
优选的，所述钠长石粉与水混合以质量比1：（10-20）的比例混合，以钠长石粉的质量为基准。
通过采用上述技术方案，将钠长石粉与水以特定比例混合，钠长石粉在水中均匀分散。同时，为后续超声分散提供了良好的溶剂条件，有利于促进特殊网络结构形成。
第三方面，本申请提供一种含芳纶纤维的复合材料的传送带，采用如下的技术方案：
一种含芳纶纤维的复合材料的传送带，包括复合材料层、带芯胶层、带芯，带芯设置于上下两层带芯胶层之间，复合材料层设置于带芯胶背离带芯的侧面；
复合材料层由复合材料组成。
通过采用上述技术方案，采用特殊的复合材料包裹在带芯胶层、带芯外，当受到热能、冲击能时，最外层的复合材料迅速起到缓冲吸收效果，从而降低热能、冲击能对传送带的损伤。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、凹凸棒土与芳纶纤维混合时，会快速定向地在芳纶纤维结构上进行重叠、缠绕，在网络结构形成时，钠长石粉也会参与到网络结构的成型中，被网络结构吸引并负载于网络结构中，从而形成了牢固的特殊网络结构。特殊网络结构应用在体系中，对体系有支撑作用，有利于提高复合材料的强度。
2、在凹凸棒土、芳纶纤维、钠长石粉的共同配合下，在丁苯橡胶、天然橡胶的分子链结构空隙中并均匀扩散；当复合材料表面受到应力或热能时，特殊网状结构使能量迅速扩散，并起到缓冲效果，降低了应力、热能在短时间对复合材料的冲击效果。
附图说明
图1是实施例1传送带的剖面图。
附图标记说明：1、复合材料层；2、带芯胶层；3、带芯。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例及对比例中所用的原料均为市售产品。
实施例1
一种含芳纶纤维的复合材料，包括以下原料：丁苯橡胶、天然橡胶、硫化剂、硬脂酸、氧化锌、填料、防老剂、促进剂、钠长石粉、凹凸棒土、芳纶纤维。
各原料具体用量详见表1。
丁苯橡胶为丁苯橡胶1502，购自济南源宝来化工科技有限公司。
天然橡胶的型号为SCR WF，购自济南源宝来化工科技有限公司。
硫化剂为硫磺，填料为炭黑，防老剂为防老剂TMQ，促进剂为促进剂NS。
钠长石粉购自河北科旭建材有限公司，研磨至粒径为20μm。
凹凸棒土为市售，规格为200目。
芳纶纤维购自广东特维隆新材料应用有限公司，货号为TWL-14646。
本申请实施例还公开一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：制备混合物：
步骤1a）：将钠长石粉与水混合，搅拌5min，得到悬浊液。钠长石粉与水的质量比为1:10。
步骤1b）：将悬浊液与凹凸棒土、芳纶纤维混合，进行超声分散。将条件调整至超声功率300W、超声频率10kHz，分散时间为15min。
步骤1c）：将步骤1b）的物料置于60℃的条件下静置2h。
步骤1d）：对步骤1c）的物料进行固液分离，取固体物，将固体物置于40℃的热风中烘干2h，得到混合物。
步骤2）：将天然橡胶、丁苯橡胶投入密炼机内混合，调整温度至160℃，混炼15min，得到初混胶。
步骤3）：将初混胶投入到开炼机内进行混炼，然后往初混胶中加入硬脂酸、防老剂、填料、混合物共同密炼，调整温度至145℃，密炼处理5min；然后将温度降至90℃，再加入硫化剂、促进剂共同混合3min，得到混合胶。
步骤4）：在室温条件下停放混合胶24h。然后再将停放后的混合胶投入到平板硫化仪中硫化成型，硫化温度为150℃、硫化时间为8min、硫化压力为2MPa，得到复合材料。
参照图1，本申请实施例还公开一种含芳纶纤维的复合材料的传送带，包括复合材料层1、带芯胶层2、带芯3，带芯3设置于上下两层带芯胶层2之间，复合材料层1设置于带芯胶层2背离带芯3的侧面。复合材料层1由上述复合材料制备而成。
实施例2
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，
钠长石粉粒径为15μm。
各原料的具体用量不同，具体详见表1。
一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，
步骤1a）中，钠长石粉与水的质量比为1:20。
步骤1b）中，超声功率为200W，超声频率15kHz，分散时间为20min。
步骤1c）中，将步骤1b）的物料置于50℃的条件下静置4h。
步骤2）中，调整温度至180℃，混炼5min。
步骤4）中，硫化温度为170℃。
实施例3
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，
钠长石粉粒径为25μm。
各原料的具体用量不同，具体详见表1。
一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤1b）中分散时间为10min。
实施例4
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，钠长石粉为2.5kg，凹凸棒土为10kg，芳纶纤维为7kg。
丁苯橡胶与天然橡胶的质量比为1：0.15，即丁苯橡胶为80kg，天然橡胶为12kg。
实施例5
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，钠长石粉为3.5kg，凹凸棒土为15kg，芳纶纤维为13kg。
丁苯橡胶与天然橡胶的质量比为1：0.2，即丁苯橡胶为80kg，天然橡胶为16kg。
表1
实施例6
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，丁苯橡胶与天然橡胶的质量比为1：0.3，即丁苯橡胶为80kg，天然橡胶为24kg。
实施例7
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，钠长石粉的粒径为55μm。
实施例8
一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，省略步骤1）。即步骤3）为：将初混胶投入到开炼机内进行混炼，然后往初混胶中加入硬脂酸、防老剂、填料、凹凸棒土、芳纶纤维、钠长石粉共同密炼，调整温度至145℃，密炼处理5min；然后将温度降至90℃，再加入硫化剂、促进剂共同混合3min，得到混合胶。
实施例9
一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤1b）中，超声功率为500W，超声频率为20kHz。
实施例10
一种含芳纶纤维的复合材料的制备方法，与实施例1的不同之处在于，步骤1b）中，超声功率为100W，超声频率为5kHz。
对比例1
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，将钠长石粉替换为二氧化硅。即钠长石粉为0kg，二氧化硅为3kg。
对比例2
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，将凹凸棒土替换为膨润土。即凹凸棒土为0kg，膨润土为12kg。
对比例3
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，将芳纶纤维替换为聚酯纤维。即芳纶纤维为0kg，聚酯纤维为10kg。
聚酯纤维购自泰安市安丰新材料科技有限公司。
对比例4
一种含芳纶纤维的复合材料，与实施例1的不同之处在于，钠长石粉为20kg，凹凸棒土为2kg，芳纶纤维为3kg。
1、抗冲击性能：参照GB/T 1697-2001《硬质橡胶冲击强度的测定》，对实施例1-10、对比例1-4的复合材料进行检测，将计算得出的试样冲击强度记录于表2中。
2、耐磨性能：参照GB/T 9867-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定（旋转辊筒式磨耗机法）》对实施例1-10、对比例1-4的复合材料进行检测，将计算得出的相对体积磨耗量记录于表2中。
3、耐热性能：参照GB/T 3512-2014《橡胶热空气老化试验方法》规定方法对实施例1-10、对比例1-4的复合材料进行处理，老化条件为180℃、168h。对进行老化处理后的复合材料进行试验1、2，将对应性能的性能变化率记录于表2中。
表2
根据表2中实施例1与对比例1-3的检测数据对比可知，任意替换凹凸棒土、芳纶纤维、钠长石粉所制得的复合材料（对比例1-3），冲击强度明显较实施例1的低，相对体积磨耗量也明显较实施例1的高。经过高温放置的复合材料，性能都不同程度变差，对比例1-3的复合材料在抗冲击、耐磨方面的变化明显较实施例1的大。说明在钠长石粉、凹凸棒土、芳纶纤维的共同配合下，体系中形成特殊结构，使复合材料具有良好的抗冲击效果，在经历高温条件后，依旧能保持良好的抗冲击和强度。
对比例4是在实施例1的基础上，破坏凹凸棒土、芳纶纤维、钠长石粉之间的特殊用量配合关系。结合表2的检测数据对比可知，虽然对比例4的复合材料在抗冲击、耐热等方面的性能较对比例1-3的好，但是仍远不及实施例1的复合材料。说明不是只要使用了三者，即可发挥特殊配合效果，还需进一步限定三者之间的用量配合比例，才能使三者有特殊配合。
实施例6是在实施例1的基础上，改变了天然橡胶与丁苯橡胶的质量比。两者质量比的改变使得基础体系配合发生改变，使得抗冲击、耐磨、耐热等方面的性能有所下降。说明进一步限定天然橡胶与丁苯橡胶在特定比例下配合有利于得到配合更加的复合材料。
实施例7是在实施例1的基础上，选用了粒径更大的钠长石粉，所制得的复合材料在抗冲击等方面的性能略微有所下降。
实施例8-10是在实施例1的基础上，改变混合物的制备手段，随着改变程度的不同，复合材料的性能变化也有所不同。说明在特定超声条件下提前混合凹凸棒土、芳纶纤维、钠长石粉，在与其它原料混合，能更加充分发挥原料间的特殊配合效果。
经过特殊制备而得的复合材料应用于传送带最外层，其具有良好的抗冲击、耐磨、耐热等性能，能够更好保护带芯等组件，从而延长传送带的使用寿命。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种含芳纶纤维的复合材料，其特征在于，按照质量份数，包括以下原料：70-90份丁苯橡胶、10-25份天然橡胶、1-4份硫化剂、0.1-2份硬脂酸、5-10份氧化锌、20-40份填料、0.1-3份防老剂、0.1-3份促进剂、2-3.5份钠长石粉、10-15份凹凸棒土、7-13份芳纶纤维；
所述丁苯橡胶与天然橡胶的质量比为1：（0.15-0.2），以丁苯橡胶的质量为基准；
所述钠长石粉的粒径为15-25μm。
2.一种基于权利要求1所述的含芳纶纤维的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将天然橡胶、丁苯橡胶混合，于160-180℃的条件下混炼5-15min，得到初混胶；
然后往初混胶中加入硫化剂、硬脂酸、防老剂、填料、促进剂、钠长石粉、凹凸棒土、芳纶纤维共同密炼，得到混合胶；
停放混合胶，然后再于150-170℃的条件下硫化，得到复合材料。
3.根据权利要求2所述的含芳纶纤维的复合材料的制备方法，其特征在于：将所述钠长石粉与水混合，得到悬浊液；
将悬浊液与凹凸棒土、芳纶纤维于超声功率200-300W、超声频率10-15kHz的条件下分散10-20min；
然后再于50-60℃下静置2-4h；
固液分离后，固体物为混合物；
将混合物与硫化剂、硬脂酸、防老剂、填料、促进剂、初混胶共同密炼。
4.根据权利要求3所述的含芳纶纤维的复合材料的制备方法，其特征在于：所述钠长石粉与水混合以质量比1：（10-20）的比例混合，以钠长石粉的质量为基准。
5.一种含芳纶纤维的复合材料的传送带，其特征在于，包括复合材料层(1)、带芯胶层(2)、带芯(3)，带芯(3)设置于上下两层带芯胶层(2)之间，复合材料层(1)设置于带芯胶层(2)背离带芯(3)的侧面；
复合材料层(1)由权利要求1所述的复合材料组成。
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