耐熱阻燃輸送帶覆蓋膠的研制

馮紅明，朱 帥，陳 凱

（浙江雙箭橡膠股份有限公司，浙江 嘉興 314513）

在現代化輸送中，采用輸送帶輸送是最經濟、最簡單的方法[1]。耐熱阻燃輸送帶主要用于輸送高溫物料，如燒結礦、焦炭、水泥熟料、石灰等[2]。近年來，隨著我國工業的迅速發展，自動化程度不斷提高，對冶金、建材工業生產工藝的改進和生產能力的提高對耐熱阻燃輸送帶的質量提出了更高的要求[3]。特別是某些煤炭和礦山生產領域對耐熱阻燃輸送帶的耐高溫要求非常高[4]。

有研究表明，以三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA） 為阻燃劑， 二乙基次膦酸鋁 （Aluminum Diethylphosphinate，ADP） 和次磷酸鋁（PAH） 為阻燃協效劑,制備了無鹵阻燃的三元乙丙橡膠（Ethylene Propylene Diene Monomer，EPDM） 材料,拉伸強度為6.7 MPa，拉斷伸長率為330%[5]，然而這遠達不到產品性能使用標準。因此，本實驗選擇用耐熱性強的EPDM 為主體，添加傳統含鹵、銻阻燃劑并用環保型無鹵阻燃劑的方法制備出達到耐熱阻燃要求的覆蓋膠。通過實驗得到最佳的補強體系、防老體系和硫化體系，以解決常規耐熱阻燃輸送帶覆蓋膠在輸送高溫條件有明火的物料中出現的快速老化、龜裂和易燃等問題。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

EPDM-4045#，吉林化學工業股份有限公司；炭黑N220，江西黑貓炭黑股份有限公司；炭黑N330，江西黑貓炭黑股份有限公司，十溴二苯醚，瑞爾化工有限公司；硼酸鋅，廣州寶泰新材料科技有限公司；MCA，濟南金盈泰化工有限公司；石蠟油，衡水璽皓化工有限公司；硫化促進劑過氧化二異丙苯（Dicumyl Peroxide，DCP），合肥安邦化工有限公司；其他助劑均為市售工業品。

1.2 主要設備和儀器

3L 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；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。

1.3 試驗配方（質量份）

基本配方A：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，2；炭黑N220，30；炭黑N330，25；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯劑三烯丙基異氰脲酸酯（Triallyl Isocyanurate，TAIC），1，各類阻燃劑之比為變量。

配方B、C、D：在基本配方A 確定了最佳阻燃劑之比后確定最佳的補強體系、防老體系和硫化體系。

1.4 混煉工藝

混煉順序：密煉機加入EPDM 密煉→加入硬脂酸、氧化鋅、防老劑和阻燃劑→加入炭黑和石蠟油→加入硫化劑→膠料停放24 h。

1.5 試樣制備

拉伸性能試樣、燃燒試樣、撕裂力試樣均按照相應國家標準的要求進行制樣。

1.6 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。

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：150 ℃×168 h。

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。

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 中確定最佳阻燃劑比例

2.1.1 配方內容

將十溴二苯醚和環保型的磷氮類阻燃劑硼酸鋅按照不同配比分別加入到基礎配方A 中，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，2；炭黑N220，30；炭黑N330，25；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯劑TAIC，1），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 十溴二苯醚/硼酸鋅共混比對膠料燃燒性能和力學性能的影響

表2 為十溴二苯醚、硼酸鋅按照不同份數加入基本配方A 中的檢測結果。

表2 十溴二苯醚/硼酸鋅對膠料性能的影響

從表2 可以看出，在A3 配方中，t10時間最長，t90時間幾乎無變化，說明A3 配方操作時間長，加工安全性最好。調整阻燃劑的比例對膠料的硬度幾乎沒有影響，拉伸強度、扯斷伸長率隨著十溴二苯醚份數的減少在增加，在A3 配方中，當十溴二苯醚添加20 份、硼酸鋅添加15 份時達到最佳；但硼酸鋅增加到一定比例之后拉伸強度反而下降。磨耗量隨著十溴二苯醚份數的減少，數值明顯減少，說明十溴二苯醚對磨耗影響較大；而磷氮類阻燃劑硼酸鋅對磨耗量基本沒有影響。燃燒性能隨著十溴二苯醚份數的減少，燃燒時間明顯增大，在減少到15份以后燃燒不穩定達不到K2 級阻燃要求。老化后拉伸強度變化率基本變化不大，老化后扯斷伸長率變化率隨著十溴二苯醚份數的減小，數值逐漸增大，說明十溴二苯醚在高溫下分解量小，熱老化性更加穩定。整體來看，A3 配方阻燃性、耐熱性最佳，因此選定A3 配方進行下一步實驗。

2.2 補強、防老和硫化體系對覆蓋膠性能的影響

2.2.1 填充補強體系對覆蓋膠性能的影響

在已經確定最佳阻燃劑比例的基礎配方A3 中，研究添加不同比例的補強炭黑對覆蓋膠性能的影響，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，2；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯劑TAIC，1），進行變量試驗，具體添加比例見表3。具體性能見圖1、圖2。

表3 添加補強炭黑后的覆蓋膠配方內容

圖1 不同比例的補強炭黑對覆蓋膠拉伸強度的影響

由圖1 和圖2 可知，B4 配方膠料的拉伸強度和斷裂伸長率在老化前后變化幅度小，這是因為N220 炭黑粒徑小，比表面積接觸大，補強效果好。白炭黑不僅粒徑細而且熱穩定性強，在1 000 ℃灼燒下損失量極低，兩者配合使得膠料在老化前后性能更好。因此，選擇B4 配方進行下一步實驗。

圖2 不同比例的補強炭黑對覆蓋膠斷裂伸長率的影響

2.2.2 防老體系對覆蓋膠性能的影響

在已經確定最佳補強體系的配方B4 中，研究添加不同比例的防老劑對覆蓋膠性能的影響，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；炭黑N220，30；炭黑N330，20；白炭黑，10；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯劑TAIC，1），進行變量試驗，具體添加比例見表4。

表4 添加防老劑后的覆蓋膠配方內容

具體性能見表5。

表5 不同比例的防老劑對覆蓋膠性能的影響

由表5 可知，在C2 配方中，當防老劑AW 和TMQ 各添加1 份時，老化后的拉伸強度變化率和斷裂伸長率變化率效果最佳。這是因為防老劑AW 對熱、氧、臭氧、氣候和屈撓等均有良好的防護性能，在膠料中較易分散；防老劑TMQ 除去對熱和氧引起的老化防護效果極佳之外，在橡膠中相溶性非常好，在用量高時仍不噴出；防老劑AW 和TMQ兩者產生協同效應。因此，選擇C2 配方進行下一步實驗。

2.2.3 硫化體系對覆蓋膠性能的影響

在已經確定最佳防老劑體系的配方C2 中，研究不同的硫化體系對覆蓋膠性能的影響，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，5；炭黑N220，30；炭黑N330，20；白炭黑，10；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；防老劑TMQ，1；防老劑AW，1），進行變量試驗，具體添加比例見表第96頁表6。具體性能見第96頁表7。

表6 添加硫化劑后的覆蓋膠配方內容

由表7 可知，在D3 配方中使用的硫化體系表現出最佳的物理性能，這是因為單純提高DCP 含量雖然可以提高膠料拉伸強度，但是對斷裂伸長率沒有改善而且對硬度變化影響較大；而當適當添加0.3 份硫磺時，不僅提高了膠料的交聯度，而且提高了交聯層次，在應力集中和高溫下交聯鍵不易斷裂，對老化后保持斷裂伸長率有很大好處。

表7 不同比例的硫化體系對覆蓋膠性能的影響

3 結論

1） 膠料中添加十溴二苯醚在20 份、硼酸鋅在15 份時，燃燒性能符合要求。

2） 使用炭黑N220、炭黑N330、白炭黑比例為30∶20∶10 時，膠料的拉伸強度和斷裂伸長率最佳。

3） 防老劑264 和AW 各添加1 份時，可顯著提高膠料耐熱性能。

4） 硫化劑DCP、TAIC、硫磺的比例為3∶1∶0.3時，膠料老化前后的物理性能效果最佳。

5） 實驗所得最佳配方為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑AW，1；防老劑TMQ，1；炭黑N220，30；炭黑N330，20；白炭黑，10；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯劑TAIC，1；硫磺，0.3。