耐熱T4 級超耐磨輸送帶覆蓋膠的研制

莊炳建，朱 帥，陳 凱

（浙江雙箭橡膠股份有限公司，浙江 嘉興 314513）

現今，由于能源成本不斷提高，許多運營公司都在致力于提高帶式輸送機的工作效率的同時降低運營成本。 而能耗以及各部件的磨耗性能對運營成本的影響尤為顯著[1]。輸送帶在長期的使用過程中由于受外部化學環境和物理環境的影響，經常會發生撕裂、 龜裂和破損等狀況，因此輸送帶的耐磨性能顯得尤為重要[2]。 其骨架材料上需覆以耐磨性能優良的特種合成橡膠[3]。 近年來，隨著國內鋼鐵、 水泥、煤炭等行業的快速發展，接觸的物料不僅溫度高而且對輸送帶表面覆蓋膠的磨損很大，對耐熱輸送帶的耐磨性提出了更高的要求[4]。普通耐熱輸送帶在使用過程中接觸高溫物料之后變硬磨損嚴重，嚴重限制了輸送帶的使用壽命。 有研究表明，耐熱輸送帶膠種選用高乙烯含量、 高門尼黏度的非充油型乙丙橡膠，可以有效提高EPDM 膠料的耐磨性能[5]，但對于覆蓋膠想達到超耐磨的要求依然差距很大。 所以本實驗選擇用高門尼高乙烯含量的二元乙丙橡膠KEP-070P 和三元乙丙橡膠Ke1tan 7441A。 作為主體材料，使用高結構超耐磨補強炭黑N234 作為填充劑，制得能夠在不影響耐熱性能的前提下達到超耐磨要求的耐熱超耐磨輸送帶的覆蓋膠，并且通過研究得出最佳填充比例、 防老體系、 硫化體系。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

二元乙丙橡膠KEP-070P （125 ℃門尼黏度為70，乙烯含量為71%），韓國錦湖； 三元乙丙橡膠Ke1tan 7441A （125 ℃門尼黏度為73，乙烯含量為62%），德國朗盛化學； 炭黑N220，江西黑貓炭黑股份有限公司； 炭黑N234，江西黑貓炭黑股份有限公司； 過氧化二異丙苯 （DCP），阿克蘇； 石蠟油，衡水璽皓化工； 其他助劑均為市售工業品。

1.2 主要設備

3 L 翻轉式密煉機，廣東利拿實業有限公司；BL-6175-A 小型開放式煉膠機，東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司； 無轉子硫化儀，臺灣高鐵股份有限公司； XLB 型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司； 電子拉力機，臺灣高鐵股份有限公司

1.3 主要儀器

邵氏A 型橡膠硬度計，上海三菱機械廠； 阿克隆耐磨試驗機，東莞永心 （耀科儀器） 電子科技有限公司； 熱空氣老化箱，上海市實驗儀器總廠。

1.4 試驗配方（質量份）

基本配方A： 乙丙橡膠 （KEP-070P+ Ke1tan 7441A），100； 納米氧化鋅，8； 硬脂酸，1.5； 防老劑，2； 炭黑 （N220），30； 炭黑 （N330），30；石蠟油，15； 硫化劑 （DCP），4； 助交聯劑TAIC，1； 兩種橡膠配比為變量，其他組分含量不變。

配方B，C，D： 在基本配方A 確定了最佳乙丙橡膠配比后研究補強體系、 防老體系和硫化體系對力學性能和耐磨性的影響。

1.5 混煉工藝

混煉順序： 密煉機加入兩種橡膠 （KEP-070P+Ke1tan 7441A） 密煉→加入硬脂酸、 氧化鋅、 防老劑→加入炭黑和石蠟油→加入硫化劑→膠料停放24 h。

1.6 試樣制備與性能測試

拉伸性能試樣、 磨耗試樣均按照相應國家標準的要求進行制樣。

1.7 性能測試

拉伸性能按照GB/T 528-2009 《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》 規定方法進行測定。

磨耗量按照GB/T 9867-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐磨性能的測定 （旋轉輥筒式磨耗機法）》規定方法進行測定。

老化性能按照GB/T 3512-2014 《橡膠熱空氣老化試驗方法》 規定方法進行測定，測試條件： 180 ℃×168 h。

硬度按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第1 部分： 邵氏硬度計法（邵爾硬度）》 的要求進行測定。

2 結果與討論

2.1 在基礎配方A 中確定最佳橡膠比例

2.1.1 配方內容

將二元乙丙橡膠 （KEP-070P） 和三元乙丙橡膠 （Ke1tan 7441A） 按照不同配比分別加入到基礎配方A 中，其他組分不變，進行變量試驗，具體見表1。

表1 覆蓋膠基礎配方內容

2.1.2 EPM-KEP-070P/EPDM-Ke1tan 7441A 共混比對膠料性能的影響

表2～表4 為不同測試條件下二元乙丙橡膠（KEP-070P） 和三元乙丙橡膠 （Ke1tan 7441A） 按照不同比例在基本配方A 中的檢測結果。

表2 兩種橡膠不同配比對膠料性能的影響

表4 兩種橡膠不同配比對膠料性能的影響

從表2 可以看出，A4 配方中的硫化曲線t10時間最長，t90時間幾乎無變化，說明A4 配方操作時間長，加工安全性最好。 拉伸強度、 扯斷伸長率隨著Ke1tan 7441A 橡膠份數的增加而增加，在A4 配方中拉伸強度最高，斷裂伸長率適中。 磨耗量隨著Ke1tan 7441A 橡膠份數增加而呈下降趨勢，但到一定程度以后沒有明顯變化，A4 配方中的磨耗量最小。 老化后拉伸強度變化率和扯斷伸長率變化率隨著Ke1tan 7441A 橡膠份數的增加而呈大幅度下降趨勢，這是因為三元乙丙橡膠中引入了第三單體，使其耐熱性不如直鏈型二元乙丙橡膠，兩者并用時促進了老化。 整體來看A4 配方耐熱性、 耐磨性最好，因此選定A4 配方進行下一步實驗。

表3 兩種橡膠不同配比對膠料性能的影響

2.2 填充補強劑、 防老劑、 硫化劑對覆蓋膠性能的影響

2.2.1 填充補強劑對覆蓋膠性能的影響

在已經確定最佳橡膠比例的基礎配方A4 中，研究添加不同比例的補強炭黑對覆蓋膠性能的影響,具體添加比例見表5，其他配方組成為： KEP-070P，70； Ke1tan 7441A，30； 納 米 氧 化 鋅，8；硬脂酸，1.5； 防老劑TMQ，2； 石蠟油，15 ； 硫化劑 （DCP），4； 助交聯劑TAIC，1。 具體性能見第115 頁圖1～圖4。

圖1 填充補強體系對覆蓋膠磨耗量的影響

圖4 填充補強體系對覆蓋膠硬度的影響

表5 添加補強炭黑后的覆蓋膠配方內容

由圖1 知，隨著高結構超耐磨炭黑N234 份數的增加，覆蓋膠磨耗量呈下降趨勢，這是因為高結構炭黑N234 理論粒徑為22 nm，比表面積接觸更大，耐磨性最好。 由圖2 知，隨著高結構超耐磨炭黑N234 份數的增加，覆蓋膠拉伸強度老化前后有所提高，在添加到45 份時性能最佳。 由圖3 知，斷裂伸長率老化前有所下降，但在老化后整體趨勢平緩，在添加到45 份時老化前后差距最小。 由圖4知，隨著高結構超耐磨炭黑N234 份數的增加，覆蓋膠硬度在老化前后有所提高。 整體來看B4 配方耐磨性最好，因此選定B4 配方進行下一步實驗。

圖2 填充補強體系對覆蓋膠拉伸強度的影響

圖3 填充補強體系對覆蓋膠斷裂伸長率的影響

2.2.2 防老劑對覆蓋膠性能的影響

在已經確定最佳補強劑比例的B4 配方中，研究添加不同比例的防老劑對覆蓋膠性能的影響。 具體添加比例見表6，其他配方組成為： KEP-070P，70； Ke1tan 7441A，30； 納米氧化鋅，8； 硬脂酸1.5； 炭黑 （N220），15； 炭黑 （N234），45； 石蠟油，15 ； 硫化劑 （DCP），4； 助交聯劑TAIC，1。具體性能見第116 頁表7。

表6 添加補強劑的覆蓋膠配方內容

由于乙丙橡膠本身就有很好的耐老化性能，因此在添加不同種類的防老劑后對膠料的整體性能影響很小，尤其是對本文重點研究的磨耗量來看影響更小。

從表7 的實驗數據來看，在C1 配方中各添加1 份防老劑2264 和MB 時，其老化后拉伸強度變化率和斷裂伸長率的變化率效果最佳。 而且2264 為酚類非污染性防老劑中的優良品種，不僅更加環保，而且對熱氧、 天候老化以及對變價金屬的抑制作用更加突出，同時分散性和相溶性非常好，并且用MB 時可產生協同效應。 整體來看C1 配方的總和性能最好，因此選定C1 配方進行下一步實驗。

表7 不同比例的防老劑對覆蓋膠性能的影響

2.2.3 硫化劑DCP 含量對覆蓋膠性能的影響

在已經確定最佳防老劑體系的配方C1 中，研究不同的DCP 含量對覆蓋膠性能的影響，具體添加比例見第116 頁表8，其他配方組成為： KEP-070P，70； Ke1tan 7441A，30； 納 米 氧 化 鋅，8；硬脂酸，1.5； 炭黑 （N220），15； 炭黑 （N234），45； 石蠟油，15 ； 防老劑2264，1； 防老劑MB，1。 各項性能見第116 頁表9。

表8 添加DCP 的覆蓋膠配方內容

由表9 可知，提高DCP 份數可以提高膠料的交聯度，增加拉伸強度，但添加到一定程度后強度反而下降。 而且對硬度影響較大，硬度提高之后會使得磨耗量增加反而達不到效果，D2 配方中添加4 份DCP 和一份TAIC 后膠料的各項性能最佳。

表9 不同比例的DCP 份數對覆蓋膠性能的影響

3 結論

1） 配方主體材料選擇高門尼、 高乙烯含量的乙丙膠對耐磨性有明顯提高。

2） 使用高結構超耐磨的N234 炭黑45 份，N220 炭黑15 份時膠料的耐磨性和力學性能最佳。

3） 使用防老劑2264 和MB 各添加1 份時對耐磨性沒有明顯影響，但膠料老化后的物理性能最佳。

4） 配方中添加硫化劑DCP 4 份、 TAIC 1 份時，對膠料的耐磨性和老化前后的物理性能最佳。

5） 實 驗 所 得 最 佳 配 方 為： KEP-070P，70；Ke1tan 7441A，30； 納米氧化鋅，8； 硬脂酸，1.5；炭黑 （N220），15； 炭黑 （N234），45； 石蠟油，15； 防 老 劑2264，1； 防 老 劑MB，1 ； 硫 化 劑（DCP），4； 助交聯劑TAIC，1。