耐熱帆布的制備及其性能研究

姚 敏 畢松梅 謝艷霞 石 杰 周業(yè)昌

（1.安徽工程大學(xué) 紡織工程重點學(xué)科實驗室，安徽 蕪湖 241000；2.蕪湖華燁工業(yè)用布有限公司，安徽 蕪湖 241000）

由于鋼鐵、水泥等行業(yè)蓬勃發(fā)展，耐熱輸送帶的市場需求得到了快速提升。帆布芯耐熱輸送帶主要用于100℃及以上高溫物料的輸送， 一般由帶芯 （由一層或多層經(jīng)壓延覆膠的帆布構(gòu)成）、上覆蓋層、下覆蓋層和邊膠組成。 有時為了提高粘合性能，在覆蓋膠和帶芯間增設(shè)緩沖層。 帆布芯耐熱輸送帶的結(jié)構(gòu)如圖1 所 示[1]。

圖1 帆布芯耐熱輸送帶結(jié)構(gòu)示意圖

采用棉帆布或滌棉帆布作為骨架材料生產(chǎn)的輸送帶， 強力低，質(zhì)量重，使用壽命短。而用滌錦浸膠帆布作骨架材料生產(chǎn)的輸送帶，具有強力高、耐腐蝕、使用壽命長和粘合強度高等優(yōu)點[2]。采用耐熱滌綸浸膠帆布來生產(chǎn)耐熱輸送帶可以減少骨架材料的層數(shù)，降低制造成本。

本研究是利用聚酯纖維和錦綸6 纖維設(shè)計兩種新型耐熱輸送帶骨架帆布， 對帆布進行浸漬處理來測試常溫下其與貼膠的粘合性能。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

滌綸工業(yè)絲1 100dtex，江蘇恒力化纖股份有限公司；錦綸（6）絲1 400dtex，駿馬化纖股份有限公司；NBR 膠乳，上海立深行國際貿(mào)易有限公司；VP 膠乳，山東淄博合力化工有限公司；帆布浸漬液，自制；EPDM 貼膠，青島巨能輸送帶有限公司；SBR 貼膠，阜新橡膠有限公司。

1.2 實驗儀器

XLB-400 平板硫化機，青島科高橡塑機械技術(shù)裝備有限公司；微機控制拉力試驗機XFDQ WGJ-2500B Ⅱ，廣西師范大學(xué)秀峰電器廠制造；電熱鼓風(fēng)干燥箱101A-0 型，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；78-1 型磁力攪拌器，金壇市杰瑞爾電器有限公司；DTG-60H 型熱重分析儀，日本島津公司；DSC-60A 型差熱分析儀，日本島津公司。

1.3 試樣制備

實驗用的骨架材料為1/1 平紋EE200 （經(jīng)緯向滌綸）、NN200（經(jīng)緯向都是錦綸6）的白坯布。

將制備的白坯布放入自制的帆布浸漬液中浸漬5min 左右，待浸潤完全后取出，在烘箱里進行烘燥，浸膠帆布制備完成。

貼膠的厚度為1-1.1mm，長度為150mm，寬為75mm。 將烘干后的帆布裁成150mm×75mm 的長方形，按照兩布三膠法（即貼膠與帆布相互交替疊加）制得試樣，并修剪齊整。 試樣在平板硫化機上硫化。 將硫化后的試樣切成150mm×25mm 的形狀，然后在拉力機上進行端部層間剝離。

1.4 性能測試

1.4.1 纖維的物理性能。 拉伸斷裂性能參照GB/T14344-2008《化學(xué)纖維長絲拉伸性能試驗方法》。

1.4.2 纖維的耐熱性能。 采用差示掃描量熱法（DSC）從分子水平探索滌綸、錦綸6 這兩種纖維的耐熱性能，采用熱重分析法（TG）測試兩種纖維在連續(xù)的高溫條件下質(zhì)量跟溫度的關(guān)系，條件都是以氮氣為保護氣。

1.4.3 粘合強度的測試。 輸送帶試樣層間粘合強度試驗按照GB/T6759-2002《織物芯輸送帶的層間粘合強度試驗方法》進行[3-4]。

2 實驗結(jié)果

2.1 纖維的物理性能

錦綸6 與滌綸纖維的性能對比見表1。由表1 可見，與滌綸相比，錦綸6 纖維的密度小，耐磨性、耐疲勞性和耐化學(xué)品性都比較好，斷裂強度和斷裂伸長率都高于滌綸。 由于錦綸6 大分子的端基對熱比較敏感，導(dǎo)致其自身發(fā)脆，所以與滌綸相比，錦綸6的耐熱性差些。

表1 纖維各項物理性能

2.2 纖維的耐熱性能

耐熱輸送帶對骨架材料的要求是具有良好的耐熱性能，這是因為物料在運送過程中與輸送帶的摩擦較大，溫度會升高。纖維在制成后其結(jié)構(gòu)一般沒有達到完全平衡， 受熱后纖維會進一步發(fā)生結(jié)晶完善、內(nèi)應(yīng)力松弛等過程。這些過程的速度取決于與溫度和機械張力有關(guān)的分子的活動性。 當溫度升高時，這些過程的速度增大， 在Tg 和Tm 之間的溫度范圍內(nèi)速度達到最大值。在接近Tm 的較高溫度下，結(jié)構(gòu)的無序化過程開始占主導(dǎo)地位，最終會由于高聚物熔融而失去纖維的形狀。 所以在高于最大結(jié)晶速度對應(yīng)溫度的范圍內(nèi)，纖維的性質(zhì)會發(fā)生變化，如形變模量減小，強度降低等[5]。

（1）采用DSC 方法從分子水平探索纖維的耐熱性能，結(jié)果如下圖（圖2）所示。

圖2 纖維的DSC 曲線圖

從圖2DSC 分析圖譜可以看出， 滌綸的熔融峰溫約為262℃、錦綸6 的熔融峰溫約為229℃，滌綸熔融峰的溫度要高于錦綸6。 滌綸分子中約含有46%酯基， 酯基在高溫時能發(fā)生水解、熱裂解。 滌綸分子中還含有脂肪族烴鏈，它能使滌綸分子具有一定柔曲性，但由于滌綸分子中還有不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)的苯環(huán)，故滌綸大分子基本為剛性分子，分子鏈易于保持線型。 因此，滌綸大分子很容易形成結(jié)晶，故滌綸的結(jié)晶度和取向性較高，滌綸大分子的熔點較高。

錦綸6 大分子由于亞甲基數(shù)少，形成的氫鍵多，大分子之間的作用力強，故熔點高（229℃）。 這是因為聚酰胺纖維的熔點與大分子鏈中亞甲基數(shù)目的多少及基本鏈節(jié)中亞甲基為偶數(shù)或奇數(shù)有關(guān)。 如果亞甲基數(shù)多，大分子之間的作用力小，則纖維的熔點低，反之則熔點高。 如果基本鏈節(jié)中亞甲基為奇數(shù)量，纖維熔點要比亞甲基為偶數(shù)時低，因為亞甲基為偶數(shù)時全部-NH-正好對著-CO-，所以形成的氫鍵多；而亞甲基為奇數(shù)時只有一半的-NH-對著-CO-，形成的氫鍵少。

（2）熱重分析法（TG）是在程序控制溫度條件下測量物質(zhì)質(zhì)量跟溫度的關(guān)系的一種技術(shù)， 其主要功能是觀察質(zhì)量隨測試溫度升高而發(fā)生的改變，從而得到試樣失重百分率、初始分解溫度和終止溫度等信息。 該測試方法的最大優(yōu)勢是定量性強，并能準確地測定出物質(zhì)的起始溫度和分解速率，而且試樣用量少，分辨率高。 纖維試樣的TG 測試結(jié)果如圖3 所示。

圖3 纖維的TG 圖

一般來說，同種纖維在相似溫度段內(nèi)只出現(xiàn)一次質(zhì)量迅速降解，因此各種纖維的TG 曲線是唯一的，它們的差異見表2。

表2 纖維熱分解情況對比表

從圖3、表2 可見，在氮氣氣氛下，按照前文所述試驗參數(shù)，TG 試驗得到以下結(jié)果：由圖4 可看出滌綸和錦綸6 都出現(xiàn)一個大的失重峰，這個失重峰是纖維大分子主鏈的分解。這個分解階段，滌綸失重率為92.375%，錦綸6 的失重率達到83.373%，錦綸6 的失重率略低于滌綸。 滌綸的起始和終止溫度都略低于錦綸6，這是由于纖維在熱作用下會發(fā)生熱降解，引起分子量的下降和組成的變化，在熱作用下，纖維的結(jié)晶會解體，取向會下降。滌綸分子中存在苯環(huán)結(jié)構(gòu)而難以熱裂解，聚酰胺纖維中有酰胺基，酰胺基—CO—NH—中的C—N 鍵和大分子主鏈中的C—O 鍵受熱后均易斷裂，使大分子聚合度下降。

2.3 常溫粘合性能

粘合強度是輸送帶產(chǎn)品的關(guān)鍵性能指標，試驗結(jié)果如下面表3 所示。

表3 常溫粘合性能比較

從表3 可以看出： 當試驗溫度為常溫時， 對于貼膠采用SBR 橡膠的試樣， 聚酯帆布試樣的粘合強度略低于錦綸6 帆布試樣，且剝離等級都是最好的，橡膠并未從帆布上剝離；當貼膠采用EPDM 橡膠的試樣， 聚酯帆布試樣粘合強度略低于錦綸6帆布試樣，只有當膠乳是VP 時，剝離等級是極好的，即橡膠并未從帆布上剝離，其余三組都是橡膠完全從帆布上剝離。

由于VP 膠乳中引進了吡啶基團，增加了極性，因而能大大提高纖維與橡膠直接粘合的能力；NBR 膠乳中由于大分子鏈上引入了強極性的羧基，提高了活性和粘接強度；膠乳與間甲液配置成浸漬液后，廣泛用于尼龍、滌綸、芳綸等骨架材料的浸漬，主要用于纖維和橡膠的粘合上。 EPDM 橡膠的極性小，SBR 橡膠的極性大， 根據(jù)相似相容原理，VP 膠乳能夠和SBR 橡膠很好地粘合，剝離面能夠達到最高等級，而NBR 膠乳和EPDM 橡膠的粘合就不是很好。

因為聚酯分子的活性不強，所以采用水基環(huán)氧樹脂對其進行一浴浸漬，后與間苯二酚－甲醛－膠乳（RFL）浸漬液進行二浴浸膠，水基環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)后能夠生成熱塑性和熱固性樹脂，從而能夠提高粘合強度； 由于錦綸6 分子中含有較多的酰胺基氮原子，酰胺基氮原子極易與氫原子形成氫鍵，所以分子間的作用力和界面間的粘合強度都可以得到提高； 錦綸6 帆布通常采用RFL 浸漬液一浴浸漬來提高其與橡膠的粘合強度，浸漬液經(jīng)硫化和粘合反應(yīng)得到的間苯二酚－甲醛樹脂中含有羥甲基，易與錦綸6 帆布中的酰胺基發(fā)生縮合反應(yīng)， 且酚羥基的氧原子能夠與酰胺基的氫原子形成氫鍵[6]，因而錦綸6 帆布在常溫時也具有較好的粘合性能。

3 結(jié)論

（1）當浸漬液和貼膠相同時，NN200 骨架材料的粘合力比EE200 骨架材料大；

（2）在常溫下，綜合粘合力和剝離等級來看，與EPDM 橡膠相比，選用SBR 貼膠較好；

（3）在常溫下，綜合粘合力和剝離等級來看，NN200 與SBR的粘合效果最好。

[1]謝艷霞，宗志敏，孫桂美，等.帆布芯耐熱輸送帶高溫粘合性能的研究[J].橡膠工業(yè)，2011（12）:747-750.

[2]李桂英，陳雪存.高模量低收縮EP 帆布的研發(fā)與應(yīng)用[J].廣西紡織科技，2006，35（4）:9-10.

[3]Hamano N.Heat-resistant conveyor belts. JPN:JP0930624 .1997.

[4]Okamoto H，Hirase K.Heat-resistant conveyor belts. JPN:JP 60 137645.1985.

[5]畢松梅，陸娟，謝艷霞.新型改性聚酯纖維骨架帆布的制備與性能研究[J].化工新型材料，2013，41（11）:59-61.

[6]呂百齡，余傳文，蒲啟君，等.橡膠助劑手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:527-530.