輕型芳綸骨架在煤礦用織物芯阻燃輸送帶中的應用研究

王軍龍，姜麗，李旭東，李琳曉，胡政，賀擁軍

(1.西安重裝渭南橡膠制品有限公司，陜西 渭南 714000；2.西安科技大學，陜西 西安 71000)

降低能耗和生產成本是企業生存和發展必由之路。芳綸帆布作為新興化纖骨架材料具有與鋼絲繩相當的強度，且密度更小，柔順性、防撕裂、抗沖擊更具有優勢，是輸送帶可選的優質骨架材料，能夠為行業的發展及下游客戶提供必要的支撐，同時也能夠落實國家節能減排的政策。

介紹輕型芳綸煤礦用阻燃輸送帶的文獻相對較少，更多的研究對芳綸的改性及浸漬液的優化，以提高芳綸骨架材料與橡膠的黏合強度[1～2]。僅有劉天哲以氯丁膠、丁苯膠、天然膠為主材研究阻燃芳綸輸送帶貼膠[3]；孫桂美等研究DEP芳綸輸送帶黏合性能，并未涉及阻燃性能[4]；因此研究煤礦用芳綸阻燃輸送帶具有很大的意義。

本文主要研究以丁苯膠（SBR1502）、天然橡膠（SCR5）為基材，探究炭黑、硫化體系、黏合體系及阻燃體系對黏合性能的影響，設計能夠滿足MT/T 668-2019要求的配方體系，最后對國內不同廠家生產的芳綸帆布進行對比，選取中性能相對穩定的芳綸帆布骨架材料。

1 實驗部分

1.1 原材料

丁苯橡膠SBR1502，中國石化齊魯石油化工公司；天然橡膠SCR，云南農墾；促進劑NOBS、，山東尚舜化工有限公司；炭黑，江西黑貓炭黑股份有限公司；阻燃劑、硫磺、黏合劑等均為市售工業級橡膠用材料；芳綸帆布為市售輸送帶用骨架材料。

1.2 實驗設備與檢測儀器

2L小型密煉機，瑞安市金諾橡塑機械有限公司；XK-160型開煉機，大連華韓橡塑機械有限公司；600×600型平板硫化機，青島祥杰橡膠機械制造有限公司；GT-M2000AN硫化儀，高特威爾檢測儀器（青島）有限公司；WDW型微機控制電子萬能試驗機，上海龍華測試儀器有限公司；SJPR-01A型輸送帶用酒精噴燈燃燒性能試驗箱，青島中橡化科技有限公司。

1.3 貼膠的制備

將原材料按照實驗配方稱量后，按照以下混煉工藝進行混煉：密煉機轉速25 r/min，上頂栓壓力0.5 MPa。添加丁苯膠與天然橡膠混煉120 s；添加氧化鋅、防老劑、阻燃劑等小料，混煉60 s；添加炭黑，混煉150 s；提上頂栓，落上頂栓，混煉60 s，混煉膠成團后經開煉機薄通5遍，下片、放置冷卻，以備檢測用。

1.4 試樣的制備與檢測

貼膠與骨架材料的黏合強度按GB/T 6759—2013的規定進行制樣、檢測。

燃燒性能按照MT/T914-2019附錄F試驗方法制樣、檢測。

2 結果討論

2.1 丁苯膠比例對貼膠與芳綸帆布黏合性能的影響。

貼膠配方如表1所示，制備過程按照1.3實驗過程進行。

表1 丁苯膠/天然膠比例對黏合性能的影響

按照表1中配方，參照2.3的混煉膠制備方法，分別制備了不同丁苯膠、天然膠比例的貼膠；采用A廠家DPP1250芳綸布作為樣布，檢測貼膠黏合性能。硫化工藝參數：貼膠厚度2.5 mm、硫化溫度150℃、硫化時間35min、硫化壓力3.5 MPa。按照GB/T 6759—2013輸送帶黏合強度試驗方法中A方法進行貼膠與芳綸帆布的黏合強度檢測，結果如下圖所示：

由圖1可知，隨著丁苯膠的比例增加，貼膠與芳綸帆布的黏合值呈上升趨勢，這是因為芳綸帆布生產時采用的RFL（間苯二酚、甲醛、膠乳）浸漬液浸漬，而膠乳的主要成分為丁吡膠乳，由于丁吡膠乳的分子結構與丁苯膠類似，具有良好的浸潤性與相容性，故能產生良好的黏合力。

圖1 天然膠/丁苯膠比例對貼膠與芳綸帆布黏合的影響

由于丁苯膠在混煉過程的生熱量較大，會影響混煉膠操作工藝，造成混煉膠的質量下降；丁苯膠的撕裂能力與自黏性均相對天然橡膠具有一定的不足。故在具有相對較高的黏合力的情況下，為了保證芳綸輸送帶具有良好的使用效果，選擇丁苯膠與天然膠的比例為60/40。

2.2 黏合劑對貼膠與芳綸帆布黏合性能的影響。

按照2.1確定的丁苯膠/天然膠比例60:40，除黏合劑以外其他材料與表1中配方組成相同，黏合劑份數如表2所示：

表2 貼膠中黏合劑的份數

按照表2中黏合劑分數制備了相應的貼膠，按照3.1中貼膠與芳綸帆布的黏合性能檢測方法檢測了不同試驗編號的黏合性能，具體如圖2所示：

圖2 不同黏合劑比例對貼膠與芳綸帆布黏合值的影響

由圖2可知采用RA、RS作為黏合劑時，RS、RS分別為5份、3份時的黏合值最大，這是因為間甲白體系作為黏合劑時，間苯二酚與甲醛反應生產酚醛樹脂的機理決定的。覃小紅博士在間苯二酚與甲醛樹脂的黏合性能一文中介紹的甲苯二份與甲醛的比例為2:1左右時的黏合性能最佳[5]，也驗證了該比例下黏合值最大的原因。但因RS、RA樹脂酯化反應的溫度較低，混煉過程溫度過高可能會提前發生反應，影響黏合效果，故對比了雙組份黏合劑HL-10、DF-1075的黏合力，由上圖可知，單用HL-10與HL-10/DF-1075為1:1時黏合值相當，但HL-10/DF-1075為1:1時芳綸帆布的附膠更均勻、附膠效果更好，這可能是因為DF-1075經過了改性，增加了黏合劑與橡膠的相容性，促進了黏合效果的提升，因此選擇HL-10/DF-1075并用，且分別為4份。

2.3 硫化體系對貼膠與芳綸帆布黏合性能的影響。

按照2.1確定的丁苯膠/天然膠比例60:40，3.2確定的黏合劑HL-10、DF-1075分別4份，其他材料與表1中配方組成相同，硫磺與促進劑份數如表3所示：

表3 貼膠中硫磺、促進劑的份數

按照表3中硫化體系份數制備了相應的貼膠，按照2.1中貼膠與芳綸帆布的黏合性能檢測方法檢測了不同試驗編號的黏合性能，具體如下圖所示：

由圖3可知，隨著硫磺用量的增加，貼膠與芳綸帆布的黏合力呈上升趨勢，這是因為硫磺用量的增加，貼膠的撕裂力增大，對應的貼膠與芳綸帆布的黏合值增加。隨著促進劑NOBS用量的增加，貼膠與芳綸帆布的黏合值先增大后減小，這可能是因為隨著促進劑用量的增加，貼膠的交聯速度與芳綸帆布膠乳交聯的速度存在差異，貼膠交聯快而膠乳交聯慢，造成了貼膠與芳綸帆布的黏合力下降。因此選擇硫磺用量為3.5份、促進劑NOBS用量為1.5份。

圖3 硫化體系S/NOBS比例對貼膠與芳綸帆布黏合的影響

2.4 再生膠比例對貼膠與芳綸帆布黏合性能的影響。

再生膠因粒子較粗而具有良好的滲透性、排氣性和成本低，常用在貼膠配方的設計之中。按照2.1確定的丁苯膠/天然膠比例60:40，3.2確定的黏合劑HL-10和DF-1075分別4份，3.3確定的硫磺3.5份、NOBS1.5份，其他材料與表1中配方組成相同，再生膠的份數如表4所示：

表4 貼膠中再生膠的份數

按照表4中再生膠份數制備了相應的貼膠，按照2.1中貼膠與芳綸帆布的黏合性能檢測方法檢測了不同試驗編號的黏合性能，具體如下圖所示：

由圖4可知：當再生膠的份數從10份增加到40份時，貼膠與芳綸帆布的黏合力逐步增加。這是因為，隨著再生膠的增加，提高了貼膠的流動性，增加了貼膠與芳綸帆布縫隙的錨點，提高了貼膠與芳綸帆布的黏合力。但當再生膠的份數繼續增加到50份時，貼膠與芳綸帆布的黏合力出現下降趨勢，這是因為隨著再生膠比例的提升，貼膠的撕裂力降低，貼膠的撕裂力小于貼膠與膠乳的結合力。綜合考慮貼膠的流動性和黏合力，確定再生膠的份數為40份。

圖4 再生膠份數對貼膠與芳綸帆布黏合力的影響

2.5 阻燃劑用量對貼膠性能的影響

按照3.1～3.4確定的材料份數，阻燃劑用量如表5所示：

表5 貼膠中阻燃劑的份數

按照表5中阻燃劑份數制備了相應的貼膠，按照2.1中貼膠與芳綸帆布的黏合性能檢測方法檢測了不同試驗編號的黏合性能，按照MT/T914-2019附錄F試驗方法制樣、檢測了貼膠的燃燒性能，具體如表6所示。

表6 不同阻燃劑含量貼膠與芳綸帆布的黏合力值與燃燒值

由表6可知隨著氯化石蠟量的增加，貼膠的有焰燃燒呈下降趨勢，當氯化石蠟的量增加到30份時，有焰燃燒達到了MT/T914-2019標準的要求，這是因為氯化石蠟與三氧化二銻反應，生產三氧化二銻，三氧化二銻附著于表面，隔絕了空氣，阻斷了材料的繼續燃燒[6]。

隨著硼酸鋅和聚磷酸銨量的增加無焰燃燒呈下降趨勢，當硼酸鋅與聚磷酸銨增加到20份時，無焰燃燒達到了標準要求，這是因為硼酸鋅受熱后會釋放出大量的結晶水，降低了材料表面的溫度，延緩了無焰燃燒的繼續；聚磷酸銨在受熱后會分解成偏磷酸，偏磷酸具有較強的脫水作用，能夠在材料表面形成隔離層，阻止了無焰燃燒的繼續[6～7]。

由表6可知，隨著阻燃劑量的增加，貼膠與芳綸帆布的黏合值呈下降趨勢，試驗3對應阻燃劑含量出現了黏合值降低加速趨勢，這是因為阻燃劑在橡膠中沒有明顯的補強作用，隨著阻燃劑量的增加，還會出現團聚等影響物料分散的現象，從而導致了貼膠物理性能的下降，降低了貼膠的撕裂力，綜合考慮黏合值和安全性能，確定了試驗4的阻燃劑用量。

2.6 不同廠家芳綸帆布性能對比

按照試驗（2.1-2.5）確定的貼膠配方，對市售的A、B、C三家芳綸帆布分別進行了5輪黏合性能對比，對比結果如表7所示：

表7 不同廠家芳綸帆布的黏合值

由表7可知，不同廠家的芳綸帆布的黏合值存在差異，A廠家芳綸帆布的黏合值達到要求，且波動較小；B廠家次之，黏合值雖達到要求，但波動較大；C廠家的芳綸帆布值遠小于A、B廠家。這可能是C廠家提供的芳綸帆布樣品存放時間較長，帆布浸膠膠乳發生降解，或者是生產過程控制出現偏差。綜合考慮后續試驗選擇A廠家芳綸帆布。

3 結論

（1）以A廠家芳綸帆布為樣品，設計了與芳綸帆布黏合均值達到19.7 N/mm的煤礦用芳綸織物芯阻燃輸送帶用貼膠，其有焰燃燒均值1.3 s、無焰燃燒均值1.6 s，達到了MT/T914-2019標準的要求，同時貼膠的混煉工藝也能與生產設備相匹配，為后續公司該類產品的生產打好了基礎，也為煤礦企業降本增效提供了新的舉措。

（2）丁苯膠與天然膠比例和硫化體系對貼膠與芳綸帆布的黏合力影響最大。

（3）在配方確定的情況下，芳綸帆布的生產過程控制與存放環境對黏合值有很大影響。

（4）合理的增加再生膠不僅可以提高黏合效果還能降低材料成本。