EPDM/CR共混耐熱輸送帶覆蓋層的制備及性能

李靜宇，孫會(huì)娟，王 培，賈 麗

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EPDM/CR共混耐熱輸送帶覆蓋層的制備及性能

李靜宇，孫會(huì)娟，王 培，賈 麗

(衡水學(xué)院 化工學(xué)院，河北 衡水 053000)

采用氯丁橡膠(CR)與三元乙丙橡膠(EPDM)作為耐高溫輸送帶覆蓋膠，通過不同配方設(shè)計(jì)，著重研究了覆蓋膠的耐熱性能．探討了CR和白炭黑配比及防老劑種類對(duì)共混物力學(xué)性能和耐熱老化性能的影響．結(jié)果表明：CR與EPDM共混比為10/90，白炭黑用量為20份，防老體系為4010NA和DNP共用時(shí)，膠料具有良好的耐熱耐老化性能．

三元乙丙橡膠；氯丁橡膠；輸送帶；耐熱性；防老劑

輸送帶應(yīng)用于距離較短、輸送量較大的場合．隨著我國工業(yè)化技術(shù)水平的不斷提高，在不同環(huán)境中對(duì)輸送帶性能的要求也不斷提高，尤其是在冶金、焦化、建筑等行業(yè)中熱物料的輸送，要求輸送帶具有良好的耐熱性[1-2]．輸送帶耐熱性的高低主要由其表面覆蓋層決定．CR作為用量最大的耐熱輸送帶覆蓋層材料之一，其分子鏈的雙鍵上連接有氯原子，使得雙鍵和氯原子都變得不活潑[3]．CR具有良好的穩(wěn)定性、耐熱性、耐候、耐臭氧、耐油、耐水、耐化學(xué)腐蝕和耐透氣性等，可在80 ~ 100 ℃長期使用，短期可耐120 ~ 150 ℃[4-6]．CR雖然價(jià)格相對(duì)較低，但在耐高溫橡膠材料中，其耐高溫性能處于較低端的水平，制成的輸送帶產(chǎn)品也因耐高溫性能不足而出現(xiàn)覆蓋膠老化、龜裂、脫層等問題[7]．為提高CR覆蓋層的耐熱性，本實(shí)驗(yàn)選用耐熱性良好的EPDM與其共混，改變防老劑種類及白炭黑用量，進(jìn)而提高CR耐熱輸送帶覆蓋層的耐熱性，擴(kuò)大CR的使用范圍，提高熱材料的輸送效率，降低熱材料的輸送成本．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

實(shí)驗(yàn)中所用的原材料如下：CR SN32，山納合成橡膠有限責(zé)任公司；EPDM4045，吉林石化；CPE135A，煙臺(tái)泓銘化工制品有限公司；防老劑RD、DNP，天津市茂豐橡膠助劑有限公司；4010NA，江蘇圣奧化學(xué)科技有限公司；BLE，晉城天成化工有限公司；氧化鎂，天津市塘沽鄧中化工廠；炭黑N220，上海復(fù)瑞化工有限公司；白炭黑HT-199，濰坊海之源化工有限公司；輕質(zhì)碳酸鈣XF-6008，井陘縣豐和鈣業(yè)有限公司；DCP，成都艾科達(dá)化學(xué)試劑有限公司；其他助劑均為常用工業(yè)助劑．

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測試儀器

橡膠開煉機(jī)XK-160，大連嘉爾新橡膠機(jī)械有限公司；平板硫化機(jī)XLB-D350×350，青島華天鑫工貿(mào)有限公司；無轉(zhuǎn)子硫化儀JC-2000E，江都市精誠測試儀器廠；老化試驗(yàn)箱KHSB-408L，合肥安科環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司；微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)WSM-20KN，長春市智能儀器設(shè)備有限公司；邵氏硬度計(jì)LX-A，萊州市德州試驗(yàn)儀器有限公司．

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

實(shí)驗(yàn)過程中所涉及的基本配方如下(質(zhì)量份，下同)：

CR+EPDM，100；防老劑RD/4010NA/BLE/DNP，2(單獨(dú)使用或并用總量)；N220+白炭黑，50；CPE，3；ZnO，4；SA，1；CaCO3，20；DM，0.5；MgO，1；S，0.5；DCP，4.5．

1.4 樣品的制備

1.4.1 樣品制備過程

生膠、配合劑稱量 → 塑煉 → 混煉 → 橡膠硫化

硫化條件：溫度，140 ℃；壓力，10 MPa；時(shí)間，15 min．

1.4.2 樣品制備的標(biāo)準(zhǔn)要求

按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》裁切I型啞鈴型拉伸樣條；按照國標(biāo)GB/T 529-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強(qiáng)度的測定(褲形、直角形和新月形試樣)》制取直角形撕裂樣條．

1.5 性能測試標(biāo)準(zhǔn)

1.5.1 樣條的老化

參照《GB/T 3512-2014 橡膠熱空氣老化試驗(yàn)方法》將樣條放在老化試驗(yàn)箱中測試耐熱老化性能，測試條件：100℃×168h．

1.5.2 硬度測試

按照國標(biāo)GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法(邵爾硬度)》的要求測定．

1.5.3 拉伸性能測試

按照國標(biāo)GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》測試．

1.5.4 撕裂性能測試

按照國標(biāo)GB/T 529-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強(qiáng)度的測定(褲形、直角形和新月形試樣)》的要求測試．

2 結(jié)果與討論

2.1 CR用量對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層耐熱性能的影響

只改變生膠體系，其他組分不變的耐熱輸送帶覆蓋層材料配方見表1．

表1 改變生膠體系的耐熱輸送帶覆蓋層配方

CR用量對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層耐熱性能的影響見表2．

由表2可知：在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，輸送帶覆蓋層老化前后的硬度隨著CR用量的增加而減小．拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率隨著CR用量的增加先增大后減?。@是因?yàn)镋PDM為非極性橡膠，CR是極性橡膠，二者化學(xué)結(jié)構(gòu)差異較大，共混比例相差較大，即加入10份CR時(shí)，兩者相容性較好，表現(xiàn)為力學(xué)性能改善．但當(dāng)CR加入量超過10份時(shí)，兩種橡膠不能很好地相容，出現(xiàn)了分層，影響交聯(lián)鍵的形成，導(dǎo)致輸送帶覆蓋層老化前后的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率有所下降．綜合性能以加入10份CR時(shí)為最佳．

表2 CR對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層耐熱性能的影響

2.2 防老劑對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層耐熱性能的影響

只改變防老劑種類，其他組分不變的耐熱輸送帶覆蓋層材料配方見表3．

表3 改變防老劑種類及用量的輸送帶覆蓋層配方

注：CR/EPDM=10/90．

防老劑對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層材料的影響見表4．

表4 防老劑對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層耐熱性能的影響

由表4可知：在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，輸送帶覆蓋層老化后硬度有所增加．老化前后輸送帶覆蓋層拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率變化最小的是加入防老劑4010NA/DNP=1/1的配方．這是因?yàn)?010NA/DNP并用時(shí)起到了協(xié)同增效作用，對(duì)熱氧老化的抑制作用好于單獨(dú)使用4010NA或DNP．

2.3 填料對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層耐熱性能的影響

只改變填料種類，其他組分不變的耐熱輸送帶覆蓋層材料配方見表5．

表5 改變填料種類及用量的輸送帶覆蓋層配方

注：CR/EPDM=10/90，4010NA 1份，DNP1份．

填料對(duì)耐熱輸送帶覆蓋層材料的影響見表6．

由表6可知：炭黑(N220)的補(bǔ)強(qiáng)效果較明顯，覆蓋膠老化后硬度較老化前有所增加．拉伸強(qiáng)度先增大后減小，N220/白炭黑用量為30/20時(shí)其拉伸強(qiáng)度最大，當(dāng)N220/白炭黑在50/0~30/20范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)覆蓋膠材料老化前后的各項(xiàng)性能影響較小，說明白炭黑可以取代部分N220使用，同時(shí)白炭黑的價(jià)格相對(duì)N220較低，使用白炭黑部分取代N220降低了使用成本．

2.4 最終配方耐熱性

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)所得的最終配方為EPDM 90，CR 10，CPE 3，4010NA 1，DNP 1，ZnO 4，SA 1，N220 30，白炭黑 20，CaCO320，MgO 1，S 0.5，DM 0.5，DCP 4.5．最終配方制得的樣品在恒溫恒濕箱中100 ℃下存放168 h后，測得其老化前后性能變化與國標(biāo)GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》中T1型耐熱輸送帶覆蓋膠性能要求比較如表7．

表6 填料對(duì)CR/EPDM耐熱輸送帶覆蓋層耐熱性能的影響

表7 最終配方在100 ℃下存放168 h后性能變化與國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比較

由表7可知：實(shí)驗(yàn)所得EPDM/CR共混耐熱輸送帶覆蓋層最佳配方的性能優(yōu)于國標(biāo)GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》中T1型耐熱輸送帶覆蓋膠性能要求．

3 結(jié)論

1) EPDM中并用一定量的CR(10份)可改善覆蓋層的力學(xué)性能及耐熱老化性能．

2) 覆蓋層膠料中加入胺類防老劑4010NA/DNP(2份)可顯著提高其耐熱老化性能．

3) 適宜的填料用量比例(N220/白炭黑為30/20)可提高覆蓋層膠料的拉伸強(qiáng)度，對(duì)硬度、斷裂伸長率及老化后性能影響不明顯．但增加白炭黑的加入比例可降低膠料成本．

4) 實(shí)驗(yàn)所得的最佳配方為EPDM 90，CR 10，CPE 3，4010NA 1，DNP 1，ZnO 4，SA 1，N220 30，白炭黑 20，CaCO320，MgO 1，S 0.5，DM 0.5，DCP 4.5．其性能優(yōu)于國標(biāo)GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》中T1型耐熱輸送帶覆蓋膠性能要求．

[1] 姜必多.過期變質(zhì)氧化鎂在氯丁橡膠耐熱耐酸輸送帶中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)[J].特種橡膠制品,2000,21(2):27-29.

[2] 丁攀攀.輸送帶技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].橡膠科技,2010(7):5-9.

[3] 周瓊.橡膠配合加工技術(shù)講座[J].橡膠工業(yè),1998(11):635-638.

[4] 陳福林,岑蘭,周彥豪.通過實(shí)驗(yàn)研究硫化體系對(duì)CR/EPDM并用膠性能的影響[J].橡膠工業(yè),2007,54(4):271-273.

[5] 李進(jìn)衛(wèi).特種橡膠的性能特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè),2014,32(9):38-43.

[6] 谷正,單春鵬,李培耀,等.有機(jī)蒙脫土/氯丁橡膠納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能及在輸送帶中的應(yīng)用[J].化學(xué)與生物工程,2012,59(3):161-165.

[7] 方海珍.耐高溫輸送帶的研究與開發(fā)[J].世界橡膠工業(yè),2009,12(36):37-42.

The Preparation and Performance of EPDM/CR Heat Resistant Conveyor Belt Cover

LI Jingyu, SUN Huijuan, WANG Pei, JIA Li

(College of Chemical Engineering, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

Taking EPDM and CRblends as high-temperature-resistant belt cover, the heat-resisting properties of the cover are studied through different formulation designs. The influence of mixture ratio of CR, white carbon black and antioxidant on the mechanical properties and heat-resisting properties are discussed. The results show that when the ratio of CR:EPDM is 10:90, the potion of white carbon black is 20, and 4010NA are combined with DNP, the belt cover material has better heat-resisting and aging-resisting properties.

EPDM; CR; conveyor belt; heat-resistance; antioxidant

(責(zé)任編校：李建明 英文校對(duì)：李玉玲)

10.3969/j.issn.1673-2065.2017.04.005

TQ336.4+2

A

1673-2065(2017)04-0017-04

2017-04-05

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(15211222)

李靜宇(1981-)，男，河北武邑縣人，衡水學(xué)院化工學(xué)院講師，理學(xué)碩士；孫會(huì)娟(1985-)，女，內(nèi)蒙古通遼市，衡水學(xué)院化工學(xué)院講師，工學(xué)碩士.