關(guān)于GB/T 20021—2005帆布芯耐熱輸送帶標(biāo)準(zhǔn)中耐熱老化性能試驗(yàn)方法的探討

曠榮南

（重慶中南橡膠有限公司, 重慶 401120）

關(guān)于GB/T 20021—2005帆布芯耐熱輸送帶標(biāo)準(zhǔn)中耐熱老化性能試驗(yàn)方法的探討

曠榮南

（重慶中南橡膠有限公司, 重慶 401120）

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》中附錄A“耐熱輸送帶的熱老化試驗(yàn)用試樣的制備方法”的分析，認(rèn)為由于該方法未明確規(guī)定老化試驗(yàn)時(shí)的試樣擺放方式，給試驗(yàn)人員留有太多的自由發(fā)揮空間，使得不同的試驗(yàn)人員理解不一致，其試驗(yàn)結(jié)果將出現(xiàn)較大的偏差；同時(shí)這種老化方法也不利于對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)要求的制片方法也對(duì)不同覆蓋層厚度帶來不同的試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)帆布芯耐熱輸送帶的老化試驗(yàn)，建議按GB/T 3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。

耐熱輸送帶；老化；老化箱；試驗(yàn)方法

0 前 言

作為輸送帶的一個(gè)主要品種——耐熱輸送帶，其被廣泛用于冶金、建材、化工等行業(yè)輸送燒結(jié)、焦炭、水泥熟料、磚瓦等高溫物料[1]，用量占整個(gè)輸送帶用量的30%左右。耐熱帶質(zhì)量的好壞代表著整個(gè)織物芯輸送帶行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平?，F(xiàn)階段作為驗(yàn)證織物芯耐熱輸送帶優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》[2]，該國家標(biāo)準(zhǔn)于2006年5月實(shí)施，取代了原化工部的HG 2297—92《耐熱輸送帶》[3]標(biāo)準(zhǔn)。

這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都是以國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4195/1-1997《輸送帶耐熱性試驗(yàn)方法》及ISO 4195/2-1988《輸送帶耐熱性規(guī)范》作為參照制訂的。GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》與HG 2297—92《耐熱輸送帶》的區(qū)別在于：首先，前者增加了T4的耐熱等級(jí)，及可耐熱不大于175 ℃的試驗(yàn)溫度（175 ℃×96 h）；其次，前者增加了耐熱輸送帶的熱老化前、后的縱向全厚度拉伸強(qiáng)度和縱向參考力伸長率的要求和試驗(yàn)方法；再次，前者增加了耐熱輸送帶常溫及高溫條件下的層間粘合強(qiáng)度的要求和試驗(yàn)方法；最后，前者用距帶邊至少100 mm的中部，切下兩塊500 mm×500 mm的縱向全厚度試樣置于符合GB/T 3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)要求的熱空氣老化箱中進(jìn)行相應(yīng)的老化試驗(yàn)。然后切下覆蓋層，并先在覆蓋層外表面切掉厚度為A的一層，若覆蓋層厚度為h1，則A≈0.5（h1-2），然后切下大約2.5 mm厚的一層，將兩面精細(xì)磨光，處理成2 mm厚的薄片；而后者是用400 mm×400 mm的縱向全厚度試樣置于符合GB/T3512標(biāo)準(zhǔn)要求的熱空氣老化箱中進(jìn)行相應(yīng)的老化試驗(yàn)。然后切下覆蓋層，再將兩面精細(xì)磨光，處理成2 mm厚的薄片即可。從上述對(duì)比可以看出，國標(biāo)比部標(biāo)有很大的進(jìn)步，要求也更高，規(guī)定也更細(xì)，對(duì)促進(jìn)國內(nèi)耐熱輸送帶的發(fā)展起了積極作用。

但是，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行縱向全厚度試樣的老化試驗(yàn)時(shí)，都未明確規(guī)定試樣如何放入老化箱，是平放還是立放？是工作面向上還是向下？離熱風(fēng)口及箱壁的距離是多少？這些問題都未明確規(guī)定，卻都會(huì)對(duì)最終的試驗(yàn)結(jié)果帶來極大的偏差。本文就此對(duì)按上述國標(biāo)進(jìn)行耐熱老化試驗(yàn)時(shí)可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行探討，望能引起各相關(guān)行業(yè)及從業(yè)者的注意。

1 GB/T 20021—2005與GB/T3512—2001中的不同老化試驗(yàn)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

1.1 試片制作

GB/T3512—2001中5.2規(guī)定不使用完整的制品或試片，而是采用標(biāo)準(zhǔn)的啞鈴試片。而GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)中附錄А.1“熱空氣老化試樣的制備”的規(guī)定是：將按規(guī)定切下的兩塊500 mm×500 mm的縱向全厚度試樣，置于符合GB/T 3512標(biāo)準(zhǔn)要求的熱空氣老化箱中進(jìn)行相應(yīng)的老化試驗(yàn)。這里的全厚度試樣實(shí)際是完整的制品，與GB/T3512—2001中5.2“熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)使用按GB/T 2941的規(guī)定進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)后的試樣，不使用完整的制品或試片”的規(guī)定不符。同時(shí)GB/T3512—2001中的8.1規(guī)定將老化箱調(diào)至試驗(yàn)溫度，把試樣呈自由狀態(tài)懸掛在老化箱中進(jìn)行試驗(yàn)。而按GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)中附錄А.1規(guī)定操作，試樣應(yīng)“置于”而不是“懸掛”在老化箱中。符合GB/ T 3512標(biāo)準(zhǔn)的老化箱在出廠時(shí)，共提供兩種可放樣品的方式，一種是平行隔板[圖1(a)]；另一種是旋轉(zhuǎn)掛架[圖1(b)]。故按GB/T 3512—2001 中8.1的規(guī)定，老化試樣只能懸掛在老化箱中，也就是只能用旋轉(zhuǎn)掛架。但這種旋轉(zhuǎn)掛架只能懸掛很輕的試樣。一塊500 mm×500 mm的縱向全厚度輸送帶試樣，輕則2.5 kg，重則達(dá)6 kg以上，掛一塊會(huì)單邊，掛兩塊旋轉(zhuǎn)掛架根本無法旋轉(zhuǎn)，這樣就只能如圖1(a)中所示，在平行隔板上放全厚度輸送帶試樣進(jìn)行老化，或直接立放在老化箱中（這兩種擺放方式的不足將在下文詳細(xì)討論）。由此必將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

圖1 GB/T 3512—2001老化箱

GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)中附錄А.1“熱空氣老化試樣的制備”中要求采用縱向全厚度輸送帶作樣品，這也不利于產(chǎn)品研制中的老化試樣的制作。在老化溫度和時(shí)間固定的情況下，樣品表面的老化損傷雖是一樣的，但實(shí)際輸送帶的規(guī)格千差萬別，骨架材料既有10層的也有3層的，布型既有100型的也有300型的，工作面蓋膠厚度既有4 mm的也有9 mm的，用不同厚度的蓋膠或不同層數(shù)的骨架材料等將對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生不同的結(jié)果。如按GB/T 3512—2001標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，則是先將其制成2 mm標(biāo)準(zhǔn)啞鈴試片來作老化試樣，試片的幾何尺寸基本一致，并都掛在旋轉(zhuǎn)架上。熱空氣在老化箱內(nèi)自由流通，在旋轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)下，老化箱內(nèi)的各處溫度相當(dāng)均勻，其試驗(yàn)結(jié)果與輸送帶的規(guī)格型號(hào)并不相關(guān)。

1.2 老化方式

按GB/T3512—2001中3.1“熱空氣加速老化”的原理解釋是——在本試驗(yàn)方法中，氧氣濃度很低，即使氧化作用很快，氧氣也無法充分?jǐn)U散到橡膠內(nèi)部以保持一致的氧化作用。而橡膠的熱氧老化機(jī)理是橡膠在使用過程中往往在經(jīng)受熱的同時(shí)與空氣中氧接觸，此時(shí)熱將促進(jìn)氧化，而氧則促進(jìn)熱降解，橡膠的熱氧老化是橡膠老化現(xiàn)象中最常見、最重要的方式[4]。橡膠在熱和氧的共同作用下發(fā)生的老化現(xiàn)象稱為熱氧老化。即，橡膠熱氧老化過程具有自動(dòng)催化的特征，同時(shí)不斷地吸氧[5]，在高溫下橡膠中的低揮發(fā)物還會(huì)逐漸揮發(fā)和碳化，并且這個(gè)過程是由表及里的過程。而GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)中附錄А.1對(duì)熱空氣老化試樣的制備的規(guī)定是用縱向全厚度輸送帶作樣品，其工作面蓋膠只有表面直接與熱和氧接觸，也就是只有工作面蓋膠表面作熱氧老化，并在熱氧作用下被老化；而工作面蓋膠的內(nèi)部未與氧接觸，只是干熱老化而已，并且高溫下內(nèi)部的低揮發(fā)物在表面膠的保護(hù)下不會(huì)揮發(fā)和碳化，這與熱氧老化有很大的區(qū)別。同時(shí)GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)中附錄А.2又規(guī)定其老化后制片時(shí)又要先去掉覆蓋層外表面厚度為A的一層，只用覆蓋層內(nèi)部膠作試片（這種老化和制樣方式的不足將在下文予以討論）。由此也必將對(duì)不同規(guī)格的樣品帶來不同的試驗(yàn)結(jié)果。

2 對(duì)GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)的探討

2.1 擺放方式

2.1.1 平放

按GB/T 20021—2005帆布芯耐熱輸送帶標(biāo)準(zhǔn)中附錄А.1的要求，500 mm×500 mm的輸送帶縱向全厚度試樣應(yīng)置于符合GB/T 3512標(biāo)準(zhǔn)的老化箱中，但并未說明是平放還是立放，一個(gè)老化箱內(nèi)是放一個(gè)樣還是兩個(gè)樣等。如果平放，其擺放方式又有如圖2中(a)靠下擺放和(b)靠上擺放兩種，甚至也可以居中擺放，或是將兩塊試樣同時(shí)上下放入等方式，這些都對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果帶來不確定性。

圖2 平放試樣

如若靠下擺放[圖2(a)]，其距老化箱下底面多高為佳？GB/T 3512標(biāo)準(zhǔn)中的“4”規(guī)定了試樣與老化箱壁至少應(yīng)相距50 mm，而熱風(fēng)出風(fēng)口是在老化箱的內(nèi)壁靠底板下方，故它離熱風(fēng)出風(fēng)口很近，且會(huì)在試樣和底板間形成一個(gè)小的獨(dú)立空間，熱風(fēng)被吹出后將先被限定在這個(gè)獨(dú)立空間內(nèi)，使老化箱內(nèi)被吹出的熱氣不能自由流動(dòng)，各處溫度相當(dāng)不均勻，將使這個(gè)獨(dú)立空間內(nèi)的溫度比老化箱內(nèi)其他地方的更高。而溫度傳感器則是在老化箱的內(nèi)壁上方（靠頂板），當(dāng)溫度傳感器的溫度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，在這個(gè)獨(dú)立空間內(nèi)的實(shí)際溫度已超過了規(guī)定溫度，這將嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果。如若靠上擺放[圖2(b)]，其距老化箱上頂面多高為佳？圖2(b)的溫度真實(shí)性確比圖2(a)的好，但老化箱內(nèi)被吹出的熱氣也不能完全自由流動(dòng)，各處溫度的一致性也受到影響，也會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

在平放中，工作面應(yīng)向下還是向上？GB/ T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》標(biāo)準(zhǔn)中附錄А.1也未作具體的要求。工作面是向下還是向上，對(duì)工作面而言所受實(shí)際溫度并不一樣，試驗(yàn)結(jié)果也就有很大出入。如果是放兩塊，一上一下擺放，除了這種不確定性外，兩個(gè)試樣都工作面向下，兩個(gè)試樣都工作面向上，或是一個(gè)向上一個(gè)向下等問題，都將嚴(yán)重影響試樣結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。

如果是上下兩塊試樣放入，老化箱內(nèi)被吹出的熱氣比只放一個(gè)試樣時(shí)更加不能自由流動(dòng)，各處溫度的不均勻性比只放一個(gè)試樣時(shí)還要不均勻，會(huì)使上、下兩個(gè)試樣的實(shí)際熱空氣老化溫度不一致。

2.1.2 立放

如果是立放500 mm×500 mm的輸送帶縱向全厚度試樣，其擺放方式又有如圖3(a)、(b)、(c)三種方式。若是將兩塊試樣同時(shí)立放，還會(huì)有更多可能性。同平放一樣，也存在熱空氣自由流動(dòng)情況、作面朝向、試樣放入的數(shù)量等影響因素。

圖3 立放試樣

2.2 薄片的制作方法

按GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》標(biāo)準(zhǔn)要求，須在成品中切下距帶邊至少100 mm的中部區(qū)域的兩塊500 mm×500 mm的縱向全厚度試樣，置于符合GB/T 3512標(biāo)準(zhǔn)要求的熱空氣老化箱中進(jìn)行相應(yīng)的老化試驗(yàn)。然后切下覆蓋層，并先在工作面覆蓋層外表面切掉厚度為A的一層，若覆蓋層厚度為h1，則A≈0.5（h1-2）；然后再切下大約2.5 mm厚的一層，將兩面精細(xì)磨光，處理成2 mm厚的薄片。這種制樣方法，對(duì)不同的工作面覆蓋膠厚度和不同的覆蓋膠結(jié)構(gòu)或成型方式，其測(cè)試結(jié)果具有相當(dāng)大的差別。

2.2.1 輸送帶的不同工作面覆蓋膠厚度對(duì)耐熱老化測(cè)試結(jié)果的影響

無論輸送帶的工作面覆蓋膠厚度是4 mm或是9 mm，它們所作耐熱老化測(cè)試的溫度和時(shí)間是一致的，也就是說熱老化對(duì)輸送帶工作面覆蓋膠表面的損傷程度是一致的（骨架材料的品種、規(guī)格和層數(shù)對(duì)熱老化的影響暫且忽略不計(jì)）。而根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的薄片制作方式，輸送帶工作面覆蓋膠厚度不同，所切掉的外表面厚度也不同，9 mm厚的工作面覆蓋膠應(yīng)切掉厚度A：0.5× （9-2）＝3.5 mm；而4 mm厚的工作面覆蓋膠應(yīng)切掉厚度A=0.5×（4-2）＝1.0 mm厚。這就出現(xiàn)一個(gè)問題：如果在一定溫度和一定時(shí)間內(nèi)的熱老化對(duì)橡膠表面的損傷（龜裂、碳化、老化等）是2.0 mm厚，則用9 mm厚的工作面覆蓋膠的測(cè)試結(jié)果可能合格，而用4 mm厚的工作面覆蓋膠的測(cè)試結(jié)果就一定不合格，并且可能連薄片都不能制作，因它只切掉工作面覆蓋膠外表面1.0 mm厚，而在這一熱老化溫度和時(shí)間內(nèi)對(duì)橡膠表面的損傷（龜裂、碳化、老化等）是2.0 mm厚，它還有1.0 mm是受損傷（龜裂、碳化、老化等）的，沒有被切掉。按此方法，有用全丁苯膠做鋼絲螺旋網(wǎng)芯耐灼燒輸送帶的企業(yè)，蓋膠厚度在6 mm以上時(shí)，做175 ℃的熱老化后，硬度+14，拉伸強(qiáng)度變化率-34%，拉斷伸長率變化率-45%，全面達(dá)到T4型耐高溫輸送帶的標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。筆者公司用EP200型6層，工作面覆蓋膠7.5 mm厚的T2型耐熱帶（也是全丁苯膠的），按GB/ T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)用立放的方式在老化箱中進(jìn)行175 ℃×96 h的熱老化試驗(yàn)（T4型耐熱帶的熱老化溫度和時(shí)間），并按GB/T 20021—2005帆布芯耐熱輸送帶標(biāo)準(zhǔn)的薄片制作方式制片，其試驗(yàn)結(jié)果完全符合T4標(biāo)準(zhǔn)（見表1）；而此T2型耐熱帶按GB/T 3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行不同溫度下的老化試驗(yàn)（見表2），在135 ℃×4 d以上老化后就不合格了。

表1 某T2型耐熱帶按GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)老化試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 對(duì)T3型以上耐高溫輸送帶的影響

用三元乙丙橡膠、二元乙丙橡膠等為主體材料生產(chǎn)的T3、T4型高溫輸送帶，出于生產(chǎn)工藝、粘合性和生產(chǎn)成本上考慮，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是：在工作面蓋膠與骨架材料之間加一層1.0～1.5 mm厚的過渡層（其厚度計(jì)入工作面蓋膠中），作為工作面蓋膠與骨架材料之間的粘合層，骨架材料的貼膠采用通用膠，只是適當(dāng)加大貼膠厚度，增強(qiáng)骨架材料之間的粘合強(qiáng)度；非工作面蓋膠采用T2型耐熱蓋膠，這樣既滿足了工藝要求，又解決了粘合性能（包括骨架材料之間以及骨架材料與覆蓋膠之間的粘合性能），同時(shí)也符合覆蓋層耐高溫的要求，提高了耐高溫輸送帶的使用壽命，還能降低生產(chǎn)成本。用這種方式生產(chǎn)的耐高溫輸送帶，其覆蓋膠按GB/T 3512標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試（即試片懸掛法）可完全符合T3、T4型耐高溫輸送帶的要求，筆者研究發(fā)現(xiàn)，其測(cè)試條件在180 ℃×7 d時(shí)也能達(dá)到T4型的指標(biāo)要求；而如果按這種方式生產(chǎn)的耐高溫輸送帶工作面蓋膠只有4.5 mm時(shí)，其中最里層的1.00～1.50 mm是過渡層，按GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試（即整體試樣法），老化后又要去掉表面的1.25 mm，這樣用來做試驗(yàn)的就可能是覆蓋膠與過渡層的混合體，其試驗(yàn)結(jié)果可能就不符合T3、T4型耐高溫輸送帶的要求。而用6 mm以上的T2型（全用丁苯膠）耐熱輸送帶工作面蓋膠按GB/T 20021—2005標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試（即整體試樣法），結(jié)果則是合格的（見2.2.1），顯然具有不合理性。

表2 某T2型耐熱帶按GB/T 3512標(biāo)準(zhǔn)老化試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 語

國標(biāo)GB/T 20021—2005雖然比部標(biāo)HG 2297—92 已經(jīng)有了很大進(jìn)步，要求更高，規(guī)定也更細(xì)，在一定程度上對(duì)促進(jìn)國內(nèi)耐熱輸送帶的發(fā)展起到了積極作用，但是由于沒有具體規(guī)定老化試樣的放置方法，不同試驗(yàn)人員的不同理解，將對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果造成很大影響。同時(shí)這種老化方法也不利于對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)試驗(yàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新材料的不斷出現(xiàn)，筆者認(rèn)為GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》中的附錄А“耐熱輸送帶的熱老化試驗(yàn)用試樣的制備方法”已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要，不能促進(jìn)帆布芯耐熱輸送帶的技術(shù)進(jìn)步，故建議在該標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)，對(duì)老化試驗(yàn)按GB/T3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

[1] 肖棟才. 我國膠帶工業(yè)現(xiàn)狀及產(chǎn)品開發(fā)方向[J].膠帶工業(yè)，2000(5)：4.

[2] GB/T 20021—2005.帆布芯耐熱輸送帶[S].

[3] HG 2297—92.耐熱輸送帶[S].

[4] 董素芳. 橡膠的老化與三元乙丙橡膠的性能分析[C].2011年塑料助劑生產(chǎn)與應(yīng)用信息交流會(huì)論文集：286.

[5] 高松. 最新橡膠配方優(yōu)化設(shè)計(jì)與配方1000例及鑒定測(cè)試實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：北方工業(yè)出版社：192.

[6] 孟凡佑. 鋼絲螺旋網(wǎng)芯耐灼燒輸送帶的研究[C]. 2013年膠管膠帶信息與技術(shù)論壇文集：171.

[責(zé)任編輯：朱 胤]

TQ330.7+3

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1671-8232(2014)08-0051-05

2014-01-13

曠榮南（1963—），男，河南鞏縣人，重慶中南橡膠有限公司工程師，主要從事輸送帶的產(chǎn)品開發(fā)以及生產(chǎn)工藝的技術(shù)管理工作。