托輥用材料的研究進展

孫亞楠，楊瑋婧，田廣華

(神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司研發中心，寧夏銀川 750411)

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托輥用材料的研究進展

孫亞楠，楊瑋婧，田廣華

(神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司研發中心，寧夏銀川 750411)

摘要：從金屬托輥和非金屬托輥兩個方面，概述了目前生產托輥的主要材料鋼、陶瓷、橡膠、塑料(尼龍、超高分子量聚乙烯、脲醛樹脂、聚氨酯、聚氯乙烯)、聚合物基復合材料及其托輥成品的優缺點，并指明未來托輥用料的研究方向。

關鍵詞：托輥，鋼質，塑料，聚合物基復合材料

托輥被廣泛用于露天、粉塵大、腐蝕性高的惡略環境中，如采礦、化工、焦化、鋼鐵、熱電、洗煤、水泥生產、冶金等行業。它是帶式輸送機上的重要部件和易損件，其質量好壞直接決定帶式輸送機的使用壽命和成本。托輥按材質可分為金屬和非金屬兩種。

1金屬托輥

目前國內外普遍使用的托輥依然為鋼質托輥，由輥筒和軸承座焊接而成，其中輥筒大多采用無縫高頻焊接的鋼管，軸承座采用鍛造加工方式生產。該托輥具有抗壓抗折強度高、承載能力強、制造工藝成熟等優點。缺點是耐磨性差，且磨損產生的毛刺會破壞皮帶；耐化學腐蝕性差，在高腐蝕環境下使用時，使用壽命比設計值低很多，通常小于3個月，給設備的管理和維護帶來極大的不便，降低了企業的生產效率；同時，重量重、運行阻力大、運行噪音大等缺點，使得單純的鋼質托輥無法滿足企業的正常生產需要[1]。

2非金屬托輥

非金屬托輥是指用陶瓷、橡膠、塑料等非金屬材料所制造的托輥。

2.1陶瓷托輥

陶瓷托輥是用粘土燒結而成，具有耐磨、耐腐蝕、抗氧化、運行穩定性高等優點，可有效防止皮帶跑偏，減少皮帶的局部磨損，延長皮帶使用壽命，陶瓷托輥的使用壽命比普通鋼質托輥長2 倍以上[2]。此外，陶瓷托輥的耐高溫、抗氧化、耐腐蝕能力強，適用于各種惡劣環境，但陶瓷托輥的成型工藝復雜、重量重、韌性差、安裝精度低等缺點限制了它的應用范圍。

2.2橡膠托輥

橡膠托輥是在陶瓷或金屬托輥的輥筒表面套有橡膠密封圈的組合式托輥[1]。這種托輥的耐磨性和緩沖性能對輸送帶有很好的保護作用。但因橡膠托輥是組合式托輥，價格比鋼質托輥和陶瓷托輥貴；另外，橡膠與陶瓷、金屬的熱膨脹系數存在差異，大大縮短了其實際使用壽命。

2.3塑料托輥

塑料托輥是以塑料為基材的托輥。目前，主要有以下幾種：

2.3.1尼龍托輥

尼龍具有韌性高、彈性好、絕緣性好、耐熱、耐磨損、耐腐蝕、耐候等優點，是以塑代鋼、鐵、銅等金屬的好材料，是重要的工程塑料。

據專利報道[3]，利用尼龍材料所固有的強度高、重量輕的特點，將之液態化，并加入阻燃劑、耐腐劑、抗老化劑和固化劑等材料混合后經加溫抽真空工藝，脫去水分，并倒入高速旋轉的圓筒形模具中，經加溫凝固后形成尼龍圓筒，再經熱處理、機加工并在圓筒中穿入帶軸承的轉軸，兩端裝入密封塊后，便制成了具有抗靜電、耐腐蝕、重量輕和壽命長的尼龍托輥。

專利CN 201180040 Y公開了[4]一種尼龍托輥，軸承座和輥筒均采用PA尼龍材料，具有重量輕、運行阻力小、徑向跳動小、對膠帶磨損小、使用壽命長、耐腐蝕等特點。

2.3.2超高分子量聚乙烯托輥

超高分子量聚乙烯是一種新型的工程塑料，它具有耐磨損、耐腐蝕、耐沖擊性能，自潤滑為銅的數倍。

劉廣建等[5]采用三道密封結構通過模壓成型制得一種超高分子量聚乙烯托輥，與金屬托輥相比，具有質量輕、耐磨損、耐腐蝕、抗靜電等特點，同時密封性能也得到了增強，更適用于煤礦潮濕、粉塵大的作業環境。

盧彬等[6]用稀土對超高分子量聚乙烯的改性料，研制出超高分子量聚乙烯托輥。該托輥摩擦系數為0.05～0.11、拉伸強度34MPa、拉伸斷裂伸長率為360%、工作溫度≤132℃，具有質輕、耐磨損、耐腐蝕等特性，壽命長達2.5萬小時以上。

2.3.3脲醛樹脂托輥

脲醛樹脂是一種熱固性樹脂，是目前用量最大的氨基樹脂之一。它是由尿素和甲醛通過酸性或堿性催化劑在一定條件下縮聚而成，在固化劑或助劑存在下制成的不溶不熔的樹脂[7]。

河北冀州市廣通礦山設備廠研制出脲醛樹脂托輥，該托輥同鋼質托輥相比，具有抗靜電、阻燃性能強等優點，且在同等條件下其耐磨和防腐性能較鋼質托輥高5倍以上[8]。

2.3.4聚氨酯托輥

聚氨酯托輥的內部結構有聚氨酯彈性體，它是一種介于橡膠和塑料之間的新型高分子合成材料，既具有塑料的高強度又具有橡膠的高彈性。

專利CN 201746067U報道了[9]一種聚氨酯托輥。該托輥結構合理、工作阻力小、耐磨損、耐腐蝕、彈性好、防水防塵、運行無噪音，廣泛適用于冶金、礦山、碼頭、煤炭、建筑建材等行業。

2.3.5聚氯乙烯托輥

聚氯乙烯樹脂具有耐酸堿、耐腐蝕、耐沖擊、耐磨損、韌性好、不導電等優點。

李翔[10]采用聚氯乙烯制作輥筒和軸承座，內置迷宮式密封圈，在結構上采用了托輥軸可注油制冷方式。該托輥具有重量輕、更換方便，阻燃、抗靜電、耐腐蝕、耐疲勞、抗沖擊等特點。

專利CN 202464709 U報道了[11]一種聚氯乙烯托輥，該托輥抗靜電性能強、阻燃性能優秀、抗腐蝕性是鋼質托輥的10 倍以上，壽命長、重量輕，可以用于煤礦井下具有瓦斯或煤塵爆炸危險的工作環境中。

塑料托輥與陶瓷托輥、橡膠托輥相比，具有質量輕、抗沖擊、耐腐蝕、高速運轉噪音低等優點。此外，塑料托輥報廢后，塑料還可回收利用。但其耐熱性、耐磨性和強度均不及陶瓷和金屬托輥，價格高也限制了它的推廣應用。

2.4聚合物基復合材料托輥

近年來，隨著高分子科學的發展，用聚合物基復合材料代替金屬、陶瓷、橡膠、塑料制造托輥成為該領域內研究的重點，也是今后的發展方向。市場迫切需要性能好、價格低、使用壽命長、應用環境更具針對性、更換快捷的新型高性能托輥材料。

欒振輝等[12]采用酚醛樹脂、短棉纖維、填料、阻燃劑、抗靜電劑、固化促進劑、脫模劑，通過模壓成型研制出一種聚合物基復合材料托輥，該托輥具有優良的機械物理性能和高等級的阻燃抗靜電性能，可以適應煤礦井下惡劣、危險的工作環境。

劉廣建等[13]采用經超細玻璃微珠、銅粉、二硫化鉬、硅烷類偶聯劑等改性后的超高分子量聚乙烯制得了托輥，該托輥結構簡單、成本低、不需潤滑、克服了卡死不轉現象，耐溫性和耐磨性也有所提高。

陳林[14]以玻纖、石墨填充MC尼龍，研制出一種MC尼龍托輥。該托輥耐磨損、使用壽命長、成本較低。但尼龍低溫脆性大，使其在低溫環境中使用受到限制。

3結語

隨著現代工業的不斷發展，對托輥綜合性能的要求也在不斷提高。用聚合物基復合材料代替鋼、陶瓷、橡膠、塑料制造托輥逐漸成為該領域的必然趨勢。近年來，雖然托輥用聚合物基復合材料在抗沖擊、耐磨損、耐腐蝕、抗撕裂等方面帶來改善，但仍存在多種問題。為此研究出一種價格便宜、性能優良、應用環境更具針對性的托輥用聚合物基復合材料仍然是我們今后努力的方向。

參考文獻

[1] 謝磊.托輥用耐低溫尼龍6基耐磨復合材料的研制[D].湖南：湖南大學材料科學與工程學院，2013.

[2] 張躍，桑建華.耐磨陶瓷托輥的研制[J].山東陶瓷，2007，30(2)：32-34.

[3] 陳紅升.一種尼龍托輥及其制備方法：中國，1438103A[P]. 2003-08-27.

[4] 龔安華，張紀民，王運儉，等.鋼軸尼龍托輥：中國，201180040 Y[P]. 2009-01-14.

[5] 劉廣建，曾新芳.新型UHMWPE托輥的研制與應用[J].工程塑料應用，2009，37(5)：57-59.

[6] 盧彬，侯濤.超高分子量聚乙烯托輥的研制與開發[J].礦山機械，2007(6)：88-89.

[7] 榮榮，顧繼友.脲醛樹脂在復合材料中的研究進展[J].中國膠粘劑，2011，20(2)：52-56.

[8] 徐美君.新產品脲醛樹脂托輥[J].中國建材，2004(8)：90.

[9] 夏仁松.一種高分子托輥：中國，201746067 U[P]. 2011-02-16.

[10] 李翔.注油式非金屬托輥的研制與應用[J].煤炭科技，2008(1)：14-15.

[11] 王端勝，劉旭東，宋軍葦.PVC托輥：中國，202464709U[P]. 2012-10-03.

[12] 欒振輝，唐兵，朱正杰. 酚醛塑料托輥的阻燃抗靜電性能[J].煤礦安全，2000(7)：44-45.

[13] 劉廣建，曾慶良，蘇夢香.新型結構皮帶機托輥的試驗研究[J].新技術新工藝，1999(1)：1-4.

[14] 陳林.MC尼龍托輥在重堿皮帶輸送機上的應用[J].純堿工業，2007，38(2)：38-39.

中圖分類號：TQ 325

The Research Progress of Roller Materials

SUN Ya-nan，YANG Wei-jing，TIAN Guang-hua

(R&D and training center of Shenhua Ningxia coal group coal chemical company，Yinchuan 750411，Ningxia，China)

Abstract：In this paper，from two aspects of metal roller and non-metal roller，the current the main material to produce roller，such as steel，ceramics，rubber，plastic(nylon，ultra-high molecular weight polyethylene，urea-formaldehyde resin，polyurethane，PVC) and polymer matrix composites were overviewed. At the same time，the advantages and disadvantages of these types roller were introduced. And the research direction of roller materials in the future was indicated.

Key words：roller，steel，plastic，polymer matrix composites