耐熱劑的應(yīng)用對(duì)丁苯橡膠（SBR）耐熱輸送帶物理性能的影響

都鳴（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司 天津 300384）

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耐熱劑的應(yīng)用對(duì)丁苯橡膠（SBR）耐熱輸送帶物理性能的影響

都鳴
（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司 天津 300384）

摘要：選用新型耐熱劑以不同配比添加到丁苯橡膠混煉膠中，通過(guò)一系列試驗(yàn)與未添加耐熱劑的丁苯橡膠進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，分析耐熱劑對(duì)丁苯橡膠耐熱輸送帶物理性能的影響，并展望未來(lái)耐熱輸送帶的改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：耐熱輸送帶，丁苯橡膠，耐熱劑。

前言

耐熱輸送帶是由多層橡膠棉帆布（滌棉布）或者聚酯帆布上下覆有耐高溫或耐熱橡膠，經(jīng)高溫硫化粘合在一起，適合輸送175℃以下熱焦碳、水泥、熔渣和熱鑄件等。

隨著我國(guó)煤炭、鋼鐵、水泥等行業(yè)的發(fā)展，耐熱輸送帶的需求也隨之增長(zhǎng)。耐熱輸送帶現(xiàn)有的性能已經(jīng)漸漸不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，所以在技術(shù)上需要有所創(chuàng)新?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)煉焦、水泥、冶金等行業(yè)輸送物料的溫度常在200～500℃，有時(shí)候甚至在800℃以上，加上嚴(yán)重的磨損、沖擊和曲撓作用，需要與之相適應(yīng)的耐高溫輸送帶。目前化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG2297-1992《耐熱輸送帶》按試驗(yàn)溫度不同將耐熱輸送帶分為三種型號(hào)：

Ⅰ型：可耐不大于100℃試驗(yàn)溫度，最高短時(shí)運(yùn)行溫度150℃，代號(hào)T1。

Ⅱ型：可耐不大于125℃試驗(yàn)溫度，最高短時(shí)運(yùn)行溫度170℃，代號(hào)T2。

Ⅲ型：可耐不大于150℃試驗(yàn)溫度，最高短時(shí)運(yùn)行溫度200℃，代號(hào)T3。

目前耐熱輸送帶的覆蓋層材料大多以丁苯橡膠、三元乙丙橡膠為基體材料。丁苯橡膠可以在125℃下長(zhǎng)期使用，常被用于生產(chǎn)T2級(jí)別以下的耐熱輸送帶覆蓋層，具有良好的耐磨性、粘合性，價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但在某些實(shí)際使用過(guò)程中，如輸送工礦物料溫度過(guò)高等情況，會(huì)導(dǎo)致丁苯橡膠覆蓋層老化龜裂，使用壽命降低。而使用三元乙丙橡膠代替丁苯橡膠，原材料成本過(guò)高，并且在溫度不是很高的環(huán)境下，三元乙丙橡膠不能體現(xiàn)出其耐熱性能的優(yōu)勢(shì)，反而因其耐磨性能較差、膠料硫化時(shí)間長(zhǎng)，性價(jià)比較低。

綜上所述，為了提高丁苯橡膠在某些極端高溫條件下的使用壽命，本文選用了一種新型耐熱劑作為助劑添加到丁苯混煉膠中，通過(guò)一系列物理性能試驗(yàn)與未添加耐熱劑的丁苯橡膠進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)分析。

添加耐熱劑后期望耐熱輸送帶可以滿足以下要求：（1）可以在150℃條件下長(zhǎng)期使用，可以在高于150℃的條件下短期使用。（2）不但要在常溫下有較好的耐磨性，而且要求在高溫條件下不劣化。（3）硫化前要有一定的自粘性和與緩沖膠的互粘性，硫化后有較高的粘合強(qiáng)度。（4）硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、定伸應(yīng)力、耐磨性能、耐老化性能等主要物理指標(biāo)達(dá)到要求。

一　試驗(yàn)部分

1膠料配方

丁苯橡膠100；耐熱劑變量（0、20、40）；炭黑40；白炭黑15；促進(jìn)劑TT1；硫化劑DTDM0.8；促進(jìn)劑DM0.5；促進(jìn)劑CZ1；氧化鋅10；硬脂酸1；芳烴油4

2試驗(yàn)儀器設(shè)備

XK-160型開煉機(jī)——上海輕工機(jī)械廠產(chǎn)品

MDR2000A型無(wú)轉(zhuǎn)子硫變儀——美國(guó)Alpha-Technologies公司產(chǎn)品

XLB-D350×350×1Z油壓電熱平板硫化機(jī)——上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品

Series IX4465 型萬(wàn)能材料拉力試驗(yàn)機(jī)——美國(guó)Instron 公司產(chǎn)品

LX-A 型橡膠硬度儀——上?；C(jī)械四廠產(chǎn)品

CS101-1EB 鼓風(fēng)干燥老化箱——重慶恒達(dá)儀器廠產(chǎn)品

輥筒式磨耗試驗(yàn)機(jī)——上海化工機(jī)械四廠產(chǎn)品

電子天平——奧豪斯儀器（上海）有限公司產(chǎn)品

3試樣制備

首先將丁苯橡膠（生膠）包輥，再將小料加入，其中耐熱劑分別加入0份、20份、40份，混煉均勻后，再將白炭黑加入，之后加入硫化劑，薄通6次后冷卻下片。然后將上述混煉膠在室溫下停放24h，采用平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃×30min。

硫化試片在室溫下放置24h后，裁成標(biāo)準(zhǔn)試樣供物理性能測(cè)試。

0份耐熱劑的試樣標(biāo)注為1號(hào)試樣；添加20份耐熱劑的試樣標(biāo)注為2號(hào)試樣；添加40份耐熱劑的試樣標(biāo)注為3號(hào)試樣。

4物理性能測(cè)試

（1）混煉膠工藝性能：

混煉膠硫化特性在150℃下按照GB/T9869-1997《橡膠膠料硫化特性的測(cè)定（圓盤振蕩硫化儀法）》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；混煉膠的門尼粘度按照GB/T1232.1-2000《未硫化橡膠用圓盤剪切粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定第一部分門尼粘度的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

（2）橡膠硬度和密度測(cè)試：

硬度按GB/T531.1-2008《橡膠袖珍硬度計(jì)壓入硬度試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

密度按GB/T533-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠密度的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

（3）力學(xué)性能：

拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、拉斷永久變形、定伸應(yīng)力性能按GB/T528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。試樣為1型啞鈴狀試片，拉伸速度500mm/min。

（4）熱空氣老化

熱空氣老化按標(biāo)準(zhǔn)GB/T3512-2014《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)測(cè)試。

（5）耐磨性能

耐磨性能按GB/T9867-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐磨性能的測(cè)定（旋轉(zhuǎn)輥筒式磨耗機(jī)法）》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

二　測(cè)試結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

1硬度和密度

表1、硬度和密度

由上表數(shù)據(jù)可以看出各試樣的硬度和密度都隨著耐熱劑用量的增加而升高，說(shuō)明耐熱劑的添加使橡膠硬度升高，增加了輸送帶通過(guò)輥筒時(shí)的張力，會(huì)導(dǎo)致輸送帶的使用壽命降低；而密度的增大會(huì)導(dǎo)致輸送帶使用能耗相應(yīng)增加。

2力學(xué)性能

表2、力學(xué)性能

由上表數(shù)據(jù)可以看出試樣的拉斷伸長(zhǎng)率、拉斷永久變形隨著耐熱劑用量的增加而增大，拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力隨著耐熱劑用量的增加而降低，分析原因可能是由于耐熱劑的增加降低了試樣的含膠量，使橡膠內(nèi)部交聯(lián)點(diǎn)變得稀疏，當(dāng)橡膠受到拉伸時(shí)不足以承受應(yīng)力使分子鏈斷裂，同時(shí)大量的填充劑導(dǎo)致了橡膠內(nèi)部分子鏈卷曲程度下降可能導(dǎo)致橡膠彈性的降低。

表3、老化性能變化

由表3數(shù)據(jù)可以看出：

1號(hào)試樣中未添加耐熱劑，其老化試驗(yàn)僅在96小時(shí)后可以測(cè)出拉伸強(qiáng)度降低73.4％，伸長(zhǎng)率未能測(cè)出數(shù)據(jù)；老化時(shí)間160小時(shí)和168小時(shí)的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都未能測(cè)出數(shù)據(jù)，外觀狀態(tài)呈現(xiàn)塑料態(tài)，說(shuō)明其耐150℃老化性能極差。

2號(hào)試樣只有拉伸強(qiáng)度能在各老化時(shí)間點(diǎn)后得出測(cè)試數(shù)據(jù)，伸長(zhǎng)率均未能測(cè)出；拉伸強(qiáng)度在96小時(shí)老化后下降57.8％，160小時(shí)后下降73.8％，168小時(shí)后下降92.4％。其耐150℃老化性能優(yōu)于1號(hào)試樣，但性能降低仍然比較嚴(yán)重。

3號(hào)試樣在老化試驗(yàn)96小時(shí)后拉伸強(qiáng)度僅下降24.3％，伸長(zhǎng)率下降56.3％；試驗(yàn)160小時(shí)后拉伸強(qiáng)度減下降51.4％，伸長(zhǎng)度下降91.6％；試驗(yàn)168小時(shí)后拉伸強(qiáng)度下降52.7％，伸長(zhǎng)度下降93.1％。其耐熱性能較1號(hào)試樣和2號(hào)試樣大大提升。說(shuō)明耐熱劑添加至一定份額后橡膠的耐老化性能得到了顯著提升。

表4、磨耗試驗(yàn)

由上表數(shù)據(jù)可以看出隨著耐熱劑用量的增加試樣的磨耗增大，其中3號(hào)試樣添加40份耐熱劑后的磨耗量是未添加耐熱劑的2倍，說(shuō)明耐熱劑的添加降低了橡膠的耐磨性。

三　結(jié)論

1、耐熱劑的添加使橡膠的硬度和密度升高，降低了橡膠的拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力，可能會(huì)導(dǎo)致輸送帶使用壽命的降低和能耗的增加。

2、耐熱劑的添加可能會(huì)降低輸送帶的耐磨性能。

3、耐熱劑的添加明顯提高了輸送帶的耐熱性能。

綜上所述，耐熱劑的添加使耐熱輸送帶橡膠覆蓋層在常溫下的力學(xué)性能、耐磨性能均有所下降。因此長(zhǎng)期在常溫或不超過(guò)125℃的工況下使用，建議選用不添加耐熱劑的耐熱輸送帶。當(dāng)長(zhǎng)期在150℃左右的工況下使用時(shí)，加入耐熱劑的輸送帶耐熱性能明顯提升，力學(xué)指標(biāo)的下降得到了有效的控制。加入耐熱劑后耐熱性能的提升足以抵消耐熱劑對(duì)橡膠力學(xué)性能的影響。今后的研究方向應(yīng)為如何提升加入耐熱劑的耐熱輸送帶在常溫下的力學(xué)性能和耐磨性能，降低橡膠覆蓋層的硬度和密度，使其在常溫和高溫的工作狀態(tài)下均能保證良好的使用壽命，降低工作能耗，從而具有更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

HG2297-1992《耐熱輸送帶》

GB/T528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》

GB/T531.1-2008《橡膠袖珍硬度計(jì)壓入硬度試驗(yàn)方法》

GB/T533-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠密度的測(cè)定》

GB/T3512-2014《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》

GB/T9867-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐磨性能的測(cè)定（旋轉(zhuǎn)輥筒式磨耗機(jī)法）》

GB/T9869-1997《橡膠膠料硫化特性的測(cè)定（圓盤振蕩硫化儀法）》

GB/T1232.1-2000《未硫化橡膠用圓盤剪切粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定第一部分門尼粘度的測(cè)定》

作者簡(jiǎn)介：都鳴（1981年～），男，太原理工大學(xué)（1999.9～2003.7），高分子材料科學(xué)與工程，現(xiàn)就職天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站第四十二站，從事高分子材料試驗(yàn)開發(fā)。