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                                輸送帶:輸送帶配方設計

                                日期: 2021-03-29 16:59 點擊:

                                ㈠概論
                                 
                                輸送帶:是膠帶運輸機等的主導部件,用途極為廣闊,大者從礦石開采的現場運輸,小到精密機器內的輕量物品傳遞,可以說到處都能見到輸送帶的身影。
                                作為搬運手段之一,輸送帶之所以能夠大量地使用在產業各個領域,主要是因為它比其他同類的運輸手段簡單,而且又十分經濟,可以大大降低運輸成本和維護保養費用。
                                 
                                ㈡發展歷程
                                 
                                ①輸送帶作為粉狀物料(包括粒狀、塊狀)的連續運輸手段,以及固體物件的單件運輸手段,在世界產業界中具有悠久的歷史。
                                ②早在 1795 年:美國即正式提出了輸送帶或運輸帶的概念,并于 1858 年申請了專利。1933年:英國最早對其進行了標準化。20 世紀40 年代:由于合成纖維、合成橡膠和樹脂的迅速發展,并應用于輸送帶行業,使得輸送帶產品的面貌發生了劃時代的變化,充分顯示了輸送帶的功能性和經濟活力。60年代:可說是世界輸送帶發展最快的時期,美歐及日本等工業發達國家,礦山開采的現代化,鋼鐵、煤炭和化學工業的迅速發展,使得輸送帶的需求急劇增長,從而形成了輸送帶行業。
                                ③世界輸送帶的發展,大體上經歷了四個時期。
                                a.第一個時期:輸送帶初創發展時期。從19世紀后半葉-20世紀中葉,主體材料為天然橡膠和棉帆布。生產工藝采用多次貼合成型和平板分段硫化方式,在使用上,以多驅動方式襯以滑輪作為提高運輸能力和長距運輸的手段。
                                b.第二個時期:1970s前后,輸送帶大發展時期,其特點是主體材料由天然橡膠和棉帆布大量改用合成橡膠、化纖帆布及鋼絲繩。
                                工藝上改用多層一次成型和平板式連續硫化的方式,在使用方面開始實現大運量、遠距離運輸,做到了功能化。
                                c.第三個時期:輸送帶技術改革時期。其特征是輸送帶的長壽命化和效率化,使用材料由合成橡膠擴大到熱塑性塑料,輸送帶開始實現輕量化。
                                同時多功能輸送帶,如耐熱、耐油、耐燃、耐酸堿、耐磨、抗沖擊、抗滑動輸送帶得到了進一步發展。
                                d.第四個時期:1990s開始,輸送帶進入了以整體成型、不用硫化、采用熱塑性彈性體、芳綸、無紡布等使結構和工藝簡化、強調環保的新時期。
                                 
                                ㈢現代輸送帶要求的10項功能
                                 
                                ①搬送物料所需的傳導強力。
                                ②在應力下的低伸長和小的拉緊性能。
                                ③保護搬運物料而用的高性能蓋膠。
                                ④直行(防止蛇行)要求的尺寸穩定性。
                                ⑤可以簡易接頭的性能。
                                ⑥對沖擊的扯裂抵抗力。
                                ⑦耐負荷運輸的構造和寬度。
                                ⑧具有防止膠帶剝離的牢固粘合力。
                                ⑨縱向的柔軟性和橫向的成槽性。
                                ⑩防靜電火花及避免由此引起火災的安全性和阻燃性。
                                 
                                 
                                ㈣輸送帶的結構
                                 
                                 
                                ①通常指的輸送帶,其結構一般包括抗拉層、覆蓋膠層和邊膠組成,但由于抗拉層的種類的不同,它們的結構有所差異。
                                ②帆布芯輸送帶,其抗拉材料由多層膠帆布組成;鋼絲繩芯輸送帶,抗拉材料是由多根縱向排列的鋼絲繩組成。輸送帶在工作過程的全部負荷都由抗拉層承擔,要求其有一定的強度和剛度。
                                ③覆蓋膠、邊膠:是帶芯的保護層,在工作時能保護帶芯不受物料的直接沖擊、磨損、腐蝕,防止帶芯早期損壞,延長輸送的使用壽命。
                                ④覆蓋膠:一般分上覆蓋膠、下覆蓋膠,上覆蓋膠主要與輸送的物料接觸,也稱工作面,下覆蓋膠則與傳動輥筒接觸,為了防止輸送帶磨邊,一般在輸送帶的兩側加貼邊膠。
                                ⑤較大規格的輸送帶:在帶芯層與覆蓋膠之間加貼緩沖層,增大覆蓋膠與抗拉層之間的附著力,增大膠帶的耐沖擊性。
                                 
                                ㈤抗拉層骨架材料
                                 
                                ⑴骨架材料:為輸送帶提供主要的拉伸性能,并在傳遞動力、輸送物料、抵抗沖擊、保持輸送帶運行軌跡中起重要作用。因此骨架材料的性能:是決定輸送帶使用性能、工作壽命和加工方法的關鍵因素。
                                ⑵纖維材料的結構、性能
                                ①用于輸送帶骨架材料的纖維通常包括棉、維綸、錦綸、滌綸、芳綸、玻璃纖維等。
                                棉:作為最古老的抗拉層材料,其特點是強度較低,耐化學腐蝕性、耐熱性、耐沖擊性較差,并有較大的吸潮性。但棉帆布的負荷下伸長較小,與橡膠的粘合較好,現在已不大量應用,逐漸被滌綸、錦綸取代,或與其混紡使用。
                                ②目前經常使用的錦綸、滌綸經浸膠處理后,與橡膠同樣有較好的粘合性能,錦綸的強度較高,但模量較低、使用伸長較大、易變形。滌綸的強度與錦綸相近,并模量較高,尺寸穩定性較好,故輕型輸送帶和平型輸送帶大都采用滌綸交織,以保持經向尺寸的穩定,緯向便于成槽和有彈性。
                                ⑶金屬抗拉材料
                                輸送帶所用的鋼絲繩:采用高級碳鋼制造,基本單元為鋼絲,鋼絲直徑為012~110mm,鋼絲捻合成股,多股螺旋排列絞合成繩。繩的結構多為7股式,繩徑為210~1410mm,抗拉強度為1800~2600MPa,表面鍍鋅防銹。
                                 
                                 
                                ㈥輸送帶配方設計特點
                                 
                                ①輸送帶的廣泛應用使其對性能與成本的要求更趨于多樣化和苛刻化,輸送帶所用聚合物品種甚多,可分為橡膠類和樹脂類。
                                ②強度在中量級以上的織物芯帶與鋼絲繩芯帶所用聚合物品種多用橡膠,其中又以天然橡膠NR,丁苯橡膠SBR,異戊橡膠IR和順丁橡膠BR居多。
                                ③NR有較高的抗切割性能,SBR耐磨損,其它如氯丁橡膠CR,丁腈橡膠NBR,乙丙橡膠EPR,則用于有特殊性能要求的輸送帶。
                                ④硅橡膠和氟橡膠也有使用,但僅限于某些特殊性能帶的表面層。
                                ⑤PVC樹脂常用于整體編織芯輸送帶及輕型輸送帶,PU樹脂則多用于食品工業和表面光滑且耐磨性強的輕型帶。
                                 
                                ㈦普通輸送帶配方設計
                                 
                                組成輸送帶的膠料:一般可分為上下覆蓋膠、緩沖膠、檫布膠、邊膠。
                                ⑴覆蓋膠
                                ①覆蓋膠的主要功能:保護帶芯,承受輸送物料帶來的磨損、沖擊、切割、腐蝕以及大氣環境的作用,滿足諸如耐熱、耐寒、耐油、耐酸堿、阻燃和導靜電等不同的特性要求。
                                ②從工藝角度來說:覆蓋膠的基本物理性能對輸送帶的使用壽命影響很大,覆蓋膠膠料需有較好的抗焦燒性、壓延、擠出和涂覆等加工性能以及自粘和互粘性、硫化或塑化后表面要光滑明亮。
                                覆蓋膠設計特點:
                                ①生膠選擇:
                                1.一般選擇天然橡膠就可滿足要,因為天然橡膠具有最佳綜合性能,亦可選則丁苯橡放、順丁橡膠等。
                                2.一般以天然橡膠為主,摻用部分丁苯橡膠、順丁橡膠,一方面可降低成本,另一方面還可改善工藝性能。
                                3.為保證其強度要求、較高的彈性和附著力,一般含膠率在 50-55%。
                                 
                                ②硫化體系:
                                1.若全用天然橡膠,則最好選用硫黃作硫化劑,硫黃用量為2.5份。
                                2.若全用丁苯橡膠,硫黃用量為2.0份,若全用順丁橡膠,硫黃用量為1.2份。
                                3.若天然橡膠與丁苯橡膠按 50/50 并用,則硫黃用量為2.1份左右。若天然橡膠與順丁橡膠按 50/50并用,則硫黃用量為1.6份左右。
                                4.隨著合成橡膠用量的增加,并用膠中的硫黃用量適當減少,而促進劑用量適當增加。
                                5.促進劑一般選用噻唑類,促M和促DM并用為宜, 因為這可保證有較快的硫化速度和較長的焦燒時間。
                                6.硫化活性劑一般選用氧化鋅和硬脂酸,用量分別為 5份和2-3份。
                                 
                                ③補強填充體系:
                                1.補強劑以碳黑為主,常用的有高耐磨碳黑、半補強碳黑、通用碳黑,用量為40-50份。
                                2.為了降低成本,在不影響產品性能的前提,可加入部分碳酸鈣、活性陶土以及其它無機填料。
                                ④軟化體系:
                                1.硫化覆蓋膠扯斷伸長率在500%左右,硬度在60-70度(邵爾 A),塑煉膠的可塑度控制在 0.25-0.30(威氏),軟化劑的合理使用是為了提高膠料的彈性、增加工藝粘和性。
                                2.對于NR效果最好的是松焦油,對于SBR效果較好的是石油樹脂等,而對于順丁膠等軟化效果較好的是芳烴油等,一般軟化劑用量在7-10份。
                                 
                                ⑤防老體系:覆蓋膠的使用條件決定其對耐老化性能有一定要求,化學防老劑一般使用胺類防老劑,用量在 1-2份,作為物理防老劑的石蠟一般在1份左右。
                                 
                                ★★普通輸送帶覆蓋膠配方應用舉例★★
                                配方如下:

                                原材料 基本配方
                                /質量份
                                原材料 基本配方
                                /質量份
                                天然/順丁橡膠 50/50 石蠟 2
                                氧化鋅 5 促進劑M 1
                                硬脂酸 2 促進劑CZ 1
                                防老劑D 2.5 硫黃 1.5
                                中超耐磨爐黑(N220) 50    
                                軟化重油 5 合計 170
                                       
                                硫化膠物性(150℃×20min);硬度(邵氏A型)60度;
                                拉伸強度20MPa;拉斷伸長率750%;磨耗量82mm3
                                說明:
                                1.生膠選用天然橡膠與順丁橡膠按 50/50 并用可以獲得較高的拉伸強度和良好的磨耗指標。
                                2. 填充補強體系用中超耐磨爐黑(N200),相對于用超耐磨炭黑(N110)和高耐磨炭黑(N330)所獲得膠料的可以兼顧拉伸強度、磨耗量和其它性能,用N220所獲得的膠料強度較高,硬度適中,耐磨性較好。
                                 
                                ⑵緩沖膠
                                 
                                ①緩沖膠:位于覆蓋膠與帶芯之間,在輸送帶裝料和運輸過程中起緩沖作用,要求較高的彈性和附著力。
                                 
                                緩沖膠配方設計要點
                                 
                                ⒈生膠:NR或并用部分順丁橡膠BR,含膠率控制在50%左右,使其既柔軟又具有彈性。
                                ⒉硫化體系:一般采用硫黃硫化體系,硫黃用量低,一般控制在2.0份以下,目的在于保證體系的彈性和耐曲撓性等。
                                ⒊促進劑:一般采用促M、DM并用,活性劑一般采用氧化鋅5份,硬脂酸1份,其過多可能影響附著力。
                                ⒋軟化體系:緩沖膠可塑度控制在 0.37-0.40(威氏),應該選擇增黏性軟化劑,以增加膠與骨架的粘和性。一般選用松焦油、石油樹脂等,石蠟和硬脂酸不要采用或盡量少采用,用量控制在20份以下。
                                ⒌防老體系:緩沖膠膠種位于覆蓋膠與帶芯之間,并考慮其在動態下使用,主要是熱疲勞老化, 一般使用胺類防老劑等,用量在 1-2 份。
                                 
                                 
                                 
                                ⑶擦布膠
                                 
                                ①通過壓延的方式在骨架帆布的兩面附著一層膠片,使其與骨架結合成一個整體,并保證在反復彎曲、疲勞下不脫層。
                                ②對擦布膠的要求:第一應與骨架材料有很好的粘和性能,同時還要求耐屈撓、疲勞老化,生熱盡量低些。
                                 
                                擦布膠配方設計要點
                                 
                                1.生膠:一般選用天然橡膠,或并用一定量的丁苯橡膠(20-30 份),含膠率控制在 50-53%,以保證足夠的附著力及耐屈撓性。
                                2.硫化體系:通常采用硫黃硫化體系,考慮到疲勞熱老化,硫黃用量不能過多,應比通常用量偏低。促進劑采用促M、促DM并用,活性劑一般選擇氧化鋅5份,硬脂酸2-3份。
                                3.補強體系:一般采用半補強、通用炭黑,用量在10-30份,為降低成本還可加入少量的碳酸鈣和半補強粉。
                                4.軟化體系:
                                1.選用增粘性軟化劑,如松焦油、瀝青等,以利于膠料在膠布中的滲透,提高膠與骨架的粘和。
                                2.丁苯膠用量增大時應增大松焦油的用量,可進一步提高與骨架材料的粘和性和工藝粘和性,另一方面可對丁苯膠有補強作用。
                                3.為進一步提高膠料與骨架材料的附著力還應使用間甲白體系:即黏合劑 A(六羥甲基三聚氰胺五甲基醚,甲醛釋放體)2.5 份,黏合劑RS(間苯二酚與硬脂酸 2:1共熔物)3.7份,白炭黑 10-15 份。
                                4.在硫化過程中甲醛與間苯二酚發生酯化反應,提高膠料與織物骨架的粘和強度。
                                5.防老體系:使用一般胺類防老劑,用量1-2份。
                                 
                                ⑷邊膠
                                邊膠配方一般與覆蓋膠配方相同!
                                 
                                 
                                ㈧特殊性能要求輸送帶
                                 
                                目前阻燃輸送帶應用在礦山等易燃易爆場所,根據對燃燒性能指標要求的不同,阻燃輸送帶的等級也有所不同。
                                 
                                ⑴難燃輸送帶
                                ①阻燃輸送帶要求其覆蓋膠和芯層膠配方都有一定的阻燃要求,并且要保證帶體滿足一定的使用性能及物理機械性能。
                                ②首先覆蓋膠和芯層膠:配方的阻燃性能和導靜電性能應該達到相應的性能指標,配方組成一般以氯丁橡膠為主。
                                ③根據不同的阻燃性能要求也可以用 PVC 與丁腈橡膠,及要求不高時可使用天然膠與丁苯橡膠等,同時配合劑使用一定量的鹵系阻燃劑、含水系阻燃劑、磷系阻燃劑等,并且加入導電炭黑。
                                 
                                ⑵耐熱、耐灼燒輸送帶
                                ①根據耐熱程度的不同,可分為不同的耐熱級別,但均要求不產生老化、龜裂。
                                 
                                ②在溫度120℃環境下工作的輸送帶:
                                a.生膠:選擇以丁本橡膠、氯丁橡膠為主,含膠率55%左右。
                                b.硫化體系:生膠以氯丁橡膠為主,硫化體系宜選擇氧化鎂4份,氧化鋅5份,為加快硫化進度和提高定伸應力,可加入0.5-1.0份的噻唑類促進劑NA-22,但超過1份則易產生焦燒。
                                丁苯橡膠硫化體系宜采用低硫高促的硫化體系。
                                c.補強劑:常用的有高耐磨炭黑等,用量為 40-50 份。
                                d.軟化體系:以選擇沸點高、揮發性低的軟化劑為主,常用的有瀝青、機油等。
                                e.防老劑:應選擇耐熱耐老化性好、不易出油的耐老劑,如MB、10l 等,用量 2-3 份。
                                 
                                ③在溫度130℃環境下工作的輸送帶:
                                a.生膠:以丁基橡膠為主,含膠率為50%左右。
                                b.硫化體系:由于丁基橡膠不飽和度低,而交聯困難,故一般可用樹脂交聯,但需要較長時間,效率低。若采用硫黃硫化,硫黃用量為1.0份,促進劑量要適當多些,如促進劑TT為2.0份,DM用量1.0份。
                                c.補強劑:丁基橡膠本身強度高,補強劑一般可選用高耐磨炭黑和半補強炭黑并用,用量40-50份。
                                d.軟化劑:丁基橡膠粘度低,只需少許軟化劑即可,一般加入飽和度高的石蠟系操作油。
                                e.防老劑:由于丁基橡膠飽和度高,耐熱氧老化性好,一般不需加入防老劑,如有特殊要求,可加入少量防老劑MB或RD,用量1份左右。
                                 
                                ④在160-180℃環境下工作的輸送帶:
                                a.生膠:一般選用三元乙丙橡膠,含膠率50 - 55%。
                                b.硫化體系:由于三元乙丙橡膠飽和度高,雙鍵少,硫黃交聯慢,宜采用DCP(過氧化二異丙苯)交聯,用量為4-6份。
                                c.補強填充劑:一般加補強性好的硬質炭黑,用量40-50份。
                                d.軟化劑:最好選用沸點高、揮發性低的軟化劑,如砧烯樹脂較好,用量5份左右。
                                e.防老劑:由于三元乙丙橡膠飽和度高,耐熱耐老化性能好,只需加入少量防老劑,如MB l-2 份。
                                 
                                ⑶食品輸送帶
                                食品輸送帶覆蓋膠:要求無毒、無臭、無污染,一般使用淺色煙片。
                                硫化體系:一般用低硫或無硫硫化,不能使用促進劑M、DM,采用無污染的防老劑。
                                 
                                ⑷耐寒輸送帶
                                有良好的耐寒性能,在-40℃時正常使用,生膠一般選擇NR與BR并用,并加入適量的DOS等耐寒軟化劑。
                                 
                                ⑸耐酸堿輸送帶
                                一般要求在40℃以下,能耐一定濃度的稀酸稀堿。
                                a.生膠:一般選用氯丁橡膠,若要求較高則選用丁基橡膠,或丁苯橡膠與聚乙烯并用(可耐 98%的硫酸)。
                                b.填充補強體系:一般加入硬質炭黑和硫酸鋇為宜,以提高其抗耐性。
                                c.軟化劑:應防止抽出,用量應適當,一般在5-10 份。
                                 
                                 
                                 
                                ★★耐熱輸送帶覆蓋膠的配方設計舉例★★
                                耐熱輸送帶覆蓋膠性能要求:
                                (1)可以在160℃條件下長期使用,可以在高于160℃的條件下短期使用。
                                (2)不但要在常溫下有較好的耐磨性,而且要求在高溫條件下不劣化。
                                (3)硫化前要有一定的自粘性和與緩沖膠的互粘性,硫化后有較高的粘合強度。
                                (4)硬度和拉伸性能達到要求。
                                配方如下

                                原材料 基本配方
                                /質量份
                                原材料 基本配方
                                /質量份
                                三元乙丙橡膠 100 氧化鎂 10
                                氧化鋅 10 促進劑M 2
                                硬脂酸 1 促進劑TMTD 2
                                防老劑D 2 促進劑ZDC 1.5
                                中超耐磨爐黑(N220) 50 硫黃 2.5
                                四線油 15    
                                歧化松油 5 合計 201
                                硫化膠物性(153℃×50min);硬度(邵氏A型)69度;拉伸強度12.45MPa;
                                300%定伸應力5.49MPa;扯斷永久變形20%;阿克隆磨耗1.062cm3。
                                 
                                配方說明
                                ①生膠的選擇:耐熱輸送帶覆蓋膠最常用的橡膠品種是SBR,IIR和EPR。目前,SBR是最常用的,但它只適合在12O℃以下使用;IIR的耐高溫性能比SBR好,但工藝性能差,價格又太高,國內使用得很少;EPR耐熱性能和價格都比較適中,適于生產耐熱輸送帶。
                                EPR的耐熱性良好,長期使用也不易龜裂,受熱后硬度雖然也升高,但升高程度比SBR低得多,而且硬度升高后,其耐磨性能還有所改善。EPM 硫化太慢,因此生產中多采用EPDM。另外,我國國內已有EPDM 在大量生產,價格也比IIR便宜得多。
                                因此,生膠最好使用三元乙丙橡膠!
                                ②硫化體系的選擇:過氧化物硫化膠料的耐熱性最好,但硫化速率較慢。為了提高硫化速度,可以加入少量硫黃和促進劑。即氧化鋅10、硬脂酸1、硫黃2.5、氧化鎂10、促進劑M  2、促進劑TMTD  2、促進劑ZDC  1.5
                                ③填充補強體系的選擇:膠料的強度較高,硬度適中,耐磨性較好,即填充可用中超耐磨爐黑N220,50份
                                ④軟化增塑體系的選擇:加入軟化劑可大大提高EPDM 的自粘性和拉斷伸長率,但是用量過多會降低膠料的耐熱性能。
                                ⑤防護體系的選擇:延緩橡膠的老化,延長制品的使用壽命。因此,防老劑用D  2份
                                 
                                此外,因為EPDM的特殊性,其工藝與其它橡膠有所不一樣,特此說明工藝要點:
                                工藝說明
                                (1)膠料混煉:
                                加料順序:EPDM→氧化鋅,硬脂酸,氧化鎂→防老劑D→中超耐磨爐黑→四線油, 歧化松油→硫黃→促進劑TMTD,促進劑M,促進劑ZDC
                                EPDM的工藝性能較差,開煉機混煉時易脫輥,混煉困難;緩沖膠中因加入了大量軟化劑,采用開煉機混煉極易粘輥,操作相當困難。
                                (2)成型工藝
                                EPDM 自粘性差,利用緩沖膠的熱粘性,在成型機的壓力下趁熱可以將覆蓋膠順利貼合,但出片后放置時間過長就難以貼合。因此,出片后1 h之內必須貼合完成。
                                (3)硫化工藝
                                時間:50min ;溫度:153℃;
                                EPDM 硫化慢,硫化時間是普通輸送帶的2倍,硫化時間不足或溫度偏低容易造成膠層起泡,因此在生產中要嚴格按照工藝規程執行才能保證產品質量。EPDM 自粘性差在成型工序中是個缺點,但是在硫化工序中卻有一定的好處,因為膠料不粘平板,硫化時排氣較容易,平板壓合后經一二次擠壓即可將窩在膠帶表面的空氣排盡。生熟口交接處的質量比普通輸送帶還要好,整條輸送帶的外觀也不比普通輸送帶差。
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