礦用鋼絲繩芯輸送帶覆蓋膠阻燃性能的研究

劉世翔

（山西省節(jié)能中心有限公司，山西 太原 030045）

煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶（簡稱“阻燃帶”）要求符合《煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶》（MT668-2019）標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)前輸送帶覆蓋膠在生產(chǎn)過程中主要是以CR（氯丁橡膠）為主體膠料，加配一定量的阻燃劑進行生產(chǎn)。從生產(chǎn)過程可知，CR 膠料工藝性能較差，加上易焦燒，產(chǎn)品的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性都存在問題。針對這一情況，開發(fā)了以SBR/BR（丁苯橡膠/丁二烯橡膠）為主體的膠料，調(diào)整相應(yīng)的配方和工藝[1-5]，研制了一種新型阻燃性能優(yōu)異的礦用阻燃帶覆蓋膠新配方。

1 試驗

1.1 主要原材料

SBR1502（丁苯橡膠）、BR9000（丁二烯橡膠）、炭黑N220、氯化石蠟70#、Sb2O3、ZnHBO3、TCEP（磷酸三氯乙酯）。

1.2 試驗儀器與設(shè)備

X（S）M-80×40 密煉機、QLB-400X400X2 框式平板硫化機、GT-7012-A 型阿克隆磨耗試驗機、TCS-2000 型伺服控制拉力試驗機、K-R914 型酒精噴燈燃燒試驗機。

1.3 試件的制備

將SBR 和BR 膠料按一定比例加入到密煉機中按常規(guī)工藝進行混煉，要注意混煉時膠料以及阻燃劑的加料順序；將混煉膠置于平板硫化機中進行硫化作業(yè)，硫化條件：145 ℃+ 45 min。

1.4 性能測試

膠料力學(xué)性能和阻燃性能按國家標(biāo)準(zhǔn)進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 主體膠料對阻燃性能的影響

橡膠是一種含碳有機高分子聚合物，燃燒性能較好，其燃燒為熱分解、燃燒、持續(xù)燃燒三個階段。（1）熱分解階段。當(dāng)橡膠溫度達到其燃燒點溫度后，有機大分子的長鏈就逐漸發(fā)生斷裂，無明火出現(xiàn)。（2）燃燒階段。長鏈?zhǔn)軣釘嗔押蟮漠a(chǎn)物與O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放光、熱，促進低分子量可燃物的生成。（3）持續(xù)燃燒過程，光、熱加速有機大分子長鏈的斷裂和低分子量可燃物的生成，直至可燃物燃盡為止。

CR、SBR、BR 的氧指數(shù)分別為38～41、21～22、18～19，CR 的氧指數(shù)最大，但是其加工缺點較多。試驗確定采用SBR/BR 并用具有較好的氧指數(shù)，加入阻燃劑后，其磨損性能也較好，可以有效地保障阻燃帶覆蓋膠的使用壽命。

選 擇SBR/BR 并 用 比 為：70/20、30/20、60/40、50/50、40/60 五種比例，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進行酒精噴燈燃燒試驗和力學(xué)性能測試。試驗結(jié)果表明：SBR/BR 并用比為60/40 時，無焰燃燒平均值較高，無焰燃燒較大，這時強度較為合適，耐磨性能較好。綜合混煉膠包輥因素、吃粉速度快慢因素，確定配方中SBR/BR 并用比為60/40。

2.2 阻燃體系對阻燃性能的影響

在覆蓋膠的配方中如果加入一定量的阻燃劑，會提高其阻燃性能，但是會降低其磨耗性能，因此必須確定合適的阻燃體系，在保障阻燃性能的基礎(chǔ)上不影響覆蓋膠的其他性能。

覆蓋膠的燃燒主要分為有焰燃燒和無焰燃燒兩種方式。在覆蓋膠的有焰燃燒過程中，試驗確定鹵系化合物為較好的阻燃體系。選擇Sb2O3用量分別為5 份、10 份、15 份、20 份、25 份，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進行酒精噴燈燃燒試驗和力學(xué)性能測試。試驗結(jié)果表明：當(dāng)Sb2O3用量從5 份增加到25 份時，有焰燃燒時間表現(xiàn)為減小趨勢，拉伸強度表現(xiàn)為減小趨勢，拉斷伸長率表現(xiàn)為減小趨勢，但是無焰燃燒時間表現(xiàn)為增加趨勢，體積磨耗量表現(xiàn)為增加趨勢。綜合考慮，確定Sb2O3用量為10 份。

在覆蓋膠的無焰燃燒過程中，試驗確定ZnHBO3具有最佳的阻燃效果。選擇ZnHBO3用量分別為10 份、15 份、20 份、25 份、30 份，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進行酒精噴燈燃燒試驗和力學(xué)性能測試。試驗結(jié)果表明：有焰燃燒時間表現(xiàn)為減小趨勢（減小幅度小），拉伸強度表現(xiàn)為減小趨勢，拉斷伸長率表現(xiàn)為減小趨勢，無焰燃燒時間表現(xiàn)為減小趨勢，體積磨耗量表現(xiàn)為增大趨勢。綜合考慮，確定ZnHBO3用量為20 份。

2.3 填充體系對阻燃性能的影響

SBR+BR 兩者都屬于非結(jié)晶橡膠，制備成阻燃帶覆蓋膠時必須填充一定量的補強填料，這樣才能保障其具有較好的力學(xué)性能。在阻燃帶覆蓋膠中一般都會添加粒徑較細的炭黑提高材料的耐磨耗性能，在生產(chǎn)過程中炭黑易出現(xiàn)分散不均現(xiàn)象，試驗確定添加N330 可以做為較好的補強填充劑。選擇炭黑用量分別為40 份、45 份、50 份、55 份、60 份，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進行酒精噴燈燃燒試驗和力學(xué)性能測試。試驗結(jié)果表明：隨著炭黑用量從40 份增加到60 份的過程中，覆蓋膠有焰燃燒時間表現(xiàn)為增大趨勢（增大幅度小），拉伸強度表現(xiàn)為增加趨勢，拉斷伸長率表現(xiàn)為減小趨勢，無焰燃燒時間表現(xiàn)為增大趨勢，體積磨耗量表現(xiàn)為減小趨勢。綜合考慮，確定炭黑用量為45 份。

2.4 增塑體系對阻燃性能的影響

試驗表明，添加液態(tài)增塑劑可以明顯改善混煉膠的均勻性，降低無焰燃燒最大值。試驗確定在覆蓋膠中添加一定量的TCEP（磷酸三氯乙酯）后，具有較高的阻燃效率。由于Sb2O3+鹵系化合物阻燃體系當(dāng)中具有的70#氯化石蠟也具有增塑作用，因此綜合確定TCEP 用量為5 份。

3 覆蓋膠配方的確定和性能檢測

3.1 覆蓋膠配方的確定

通過試驗優(yōu)化，確定本次以SBR+BR 為主體膠料的覆蓋膠配方如下：SBR/BR 并用比為60/40，鹵系化合物體系中Sb2O3用量為10 份，ZnHBO3用量為20 份，炭黑用量為45 份，TCEP用量為5 份。

3.2 產(chǎn)品性能

采用研發(fā)的以SBR/BR 并用膠為主體膠料的新型阻燃帶覆蓋膠配方生產(chǎn)了阻燃帶覆蓋膠，對比以CR 為主體膠料的覆蓋膠，該配方在煉膠、壓延、成型各工序性能較為優(yōu)異，混煉膠在常溫存放條件下，無焦燒現(xiàn)象發(fā)生。

以該覆蓋膠生產(chǎn)的新型阻燃帶的檢測結(jié)果如下：

覆蓋膠性能：拉伸強度為16.2 MPa，拉斷伸長率為400%，磨耗量為187 mm3；70 ℃+168 h 熱空氣老化后，拉伸強度變化率為-4%，拉斷伸長率變化率為-14%；

表面電阻：上表面電阻為1.7×105Ω，下表面電阻為1.9×105Ω；

輥筒摩擦試驗：輥筒表面最高溫度為291 ℃，無火焰及火星；

酒精噴燈燃燒試驗：全厚度有焰平均值1.7 s，全厚度有焰最大值3.1 s；全厚度無焰平均值1.5 s，全厚度無焰最大值4.1 s；剝?nèi)ジ采w膠有焰平均值1.7 s，剝?nèi)ジ采w膠有焰最大值4.2 s；剝?nèi)ジ采w膠無焰平均值1.8 s，剝?nèi)ジ采w膠無焰最大值為5.2 s。

4 總結(jié)

利用SBR/BR 并用膠為主體膠料研發(fā)了新型阻燃帶覆蓋膠配方，阻燃帶的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝可控，各項性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)。新型阻燃帶在山西汾西礦業(yè)高陽煤礦和山西離柳焦煤集團朱家店煤礦的各帶式輸送機上進行了實踐應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。