粘合體系對(duì)橡膠-鍍鋅鋼絲繩粘合性能的影響研究

劉天哲

（河南天工科技股份有限公司，河南 平頂山 467000）

在替代產(chǎn)品（如芳綸芯輸送帶）全面投放市場(chǎng)之前，具有高強(qiáng)度、低伸長(zhǎng)、成槽性好和接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)的鋼絲繩芯輸送帶在大運(yùn)輸量和超長(zhǎng)距離的物料輸送場(chǎng)合發(fā)揮著重要作用。粘合膠與鍍鋅鋼絲繩之間的粘合強(qiáng)度對(duì)輸送帶使用壽命和接頭效率起著決定性作用。為滿(mǎn)足不斷提高的使用要求，進(jìn)一步改善和提高粘合膠與鋼絲繩之間的初始粘合強(qiáng)度以及老化后粘合強(qiáng)度保持率是鋼絲繩芯輸送帶技術(shù)工作的重點(diǎn)。

本工作對(duì)鈷鹽粘合體系、樹(shù)脂粘合體系和鈷鹽與樹(shù)脂并用粘合體系對(duì)阻燃鋼絲繩芯輸送帶粘合膠粘合性能的影響進(jìn)行研究，重點(diǎn)針對(duì)幾種不同的樹(shù)脂類(lèi)粘合劑與硼?；挷⒂皿w系對(duì)橡膠與鍍鋅鋼絲粘合性能的影響進(jìn)行對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），1#標(biāo)準(zhǔn)膠，云南農(nóng)墾集團(tuán)西雙版納景陽(yáng)橡膠有限責(zé)任公司產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，北京燕山石化橡塑化工有限責(zé)任公司產(chǎn)品；氯丁橡膠（CR），牌號(hào)320，重慶長(zhǎng)壽捷圓化工有限公司產(chǎn)品；硼?；挘铺?hào)B23，鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.225，海陽(yáng)市信業(yè)工業(yè)助劑有限公司產(chǎn)品；粘合劑AS-88，六甲氧基甲基蜜胺型亞甲基給予體與間苯二酚給予體的衍生物（60 ℃以下為白色蠟狀固體）、粘合劑RK（間苯二酚衍生物與活性填料的混合物，白色或淺棕色粉末），江蘇國(guó)立化工科技有限公司產(chǎn)品；粘合劑RE和A，江蘇省常州曙光化工廠(chǎng)產(chǎn)品；粘合劑PER，兼具亞甲基給予體與亞甲基接受體雙重功能，淺棕黃色粉末，常州市協(xié)盛化工有限公司產(chǎn)品；鍍鋅鋼絲繩，結(jié)構(gòu)為6×7-WSC，直徑為5.5 mm，華勤鋼絲繩有限公司產(chǎn)品。

1.2 基本配方

粘合膠與鍍鋅鋼絲繩之間的粘合是靠范德華力物理作用或鍵合力化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)的[1]。其中，鍵合力遠(yuǎn)大于范德華力且有益于提高粘合界面抗老化能力，在配方中使用粘合體系可以在粘合膠與骨架材料表面產(chǎn)生化學(xué)鍵，提高粘合強(qiáng)度[2]。研究表明，生膠、硫化/促進(jìn)劑、白炭黑、炭黑、氧化鎂、防老劑以及軟化劑品種和用量對(duì)橡膠與鍍鋅鋼絲的粘合性能都有影響[2-8]。本工作兼顧膠料的粘合性能和阻燃性能，確定試驗(yàn)基本配方為：CR/NR/BR 100，炭黑 40，白炭黑 10，氧化鋅 5，氧化鎂 2，硬脂酸 1，防老劑 2，阻燃劑 5.6，硫黃 2.5，促進(jìn)劑NS/DM 1.5，粘合劑 變量。

1.3 主要設(shè)備與儀器

XK-160型兩輥開(kāi)煉機(jī)，煙臺(tái)橡膠機(jī)械廠(chǎng)產(chǎn)品；F270型密煉機(jī)和XM140型密煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；UR-2010SD型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；XLB-600-3（D）型平板硫化機(jī)，青島雙菱科技設(shè)備有限公司產(chǎn)品；TCS-2000型電腦系統(tǒng)電子拉力機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行混煉，加料順序?yàn)椋荷z→小料（氧化鋅、硬脂酸、防老劑、硼?；挕⒉糠终澈蟿┑龋枞紕a(bǔ)強(qiáng)填充劑→硫黃、促進(jìn)劑和另一部分粘合劑→薄通6次，下片。生膠塑煉輥距為0.5～1 mm，輥溫為（50±5） ℃；加料混煉輥距為2～3 mm，每種料吃完后左右割刀4～5次；薄通輥距為0.5～0.6 mm，打三角包；下片輥距為3～4 mm。

膠料在平板硫化機(jī)上硫化，粘合強(qiáng)度試樣硫化條件為147 ℃×45 min，其余試樣硫化條件為147 ℃×35 min。

1.5 性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗(yàn)

2.1.1 粘合體系對(duì)粘合膠性能的影響

研究表明，當(dāng)鈷鹽類(lèi)粘合劑硼酰化鈷的用量為2份[3]、樹(shù)脂類(lèi)粘合劑RE/A用量為3/2.5份時(shí)，可明顯改善粘合膠的粘合性能[4]。鈷鹽、樹(shù)脂和鈷鹽/樹(shù)脂并用粘合體系對(duì)阻燃鋼絲繩芯輸送帶粘合膠粘合性能的影響試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知：1#配方粘合膠的粘合強(qiáng)度最低，這是由于硫化鋅膜增長(zhǎng)緩慢且生成量極小[2]；與1#配方相比，2#，3#和4#配方粘合膠的粘合強(qiáng)度和老化后粘合強(qiáng)度保持率都有不同程度的提高，可見(jiàn)硼酰化鈷、粘合劑RE/A、硼?；捄驼澈蟿㏑E/A并用的粘合體系對(duì)粘合膠的粘合強(qiáng)度有增進(jìn)作用，硼?；挼恼澈显鲞M(jìn)作用比粘合劑RE/A顯著，4#配方粘合膠的粘合強(qiáng)度最高，是由于硼?；捙c粘合劑RE/A發(fā)生協(xié)同作用的結(jié)果；與1#配方相比，2#和4#配方粘合膠的拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力略大，3#配方粘合膠差別不大。由此可知，粘合劑RE/A體系可稍提高粘合膠物理性能，并利于粘合，而硼?；拰?duì)粘合膠物理性能影響不大。

表1 不同粘合體系對(duì)粘合膠性能的影響

2.1.2 粘合體系中樹(shù)脂類(lèi)粘合劑種類(lèi)對(duì)粘合膠性能的影響

粘合劑RK/A、PER和AS-88分別與硼?；捊M成并用體系，其對(duì)粘合膠粘合性能的影響試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知：在試驗(yàn)用量范圍內(nèi)，隨著粘合劑RK和粘合劑PER用量的增大，粘合膠t10有縮短的趨勢(shì)，硫化膠的拉伸強(qiáng)度和300%定伸應(yīng)力逐漸增大，拉斷伸長(zhǎng)率減小，邵爾A型硬度增大，粘合強(qiáng)度先增大后略有減?。浑S著粘合劑AS-88用量的增大，粘合膠t10縮短，邵爾A型硬度、300%定伸應(yīng)力和拉斷伸長(zhǎng)率變化不明顯，粘合劑AS-88用量為3～4份時(shí)硫化膠拉伸強(qiáng)度稍高，粘合強(qiáng)度逐漸減小，這是由于隨著t10的縮短，硫化過(guò)程中粘合膠向鋼絲繩縫隙中的滲透時(shí)間縮短，不利于粘合。

表2 并用粘合體系中樹(shù)脂類(lèi)粘合劑種類(lèi)對(duì)粘合膠性能的影響

與4#配方粘合膠相比，在試驗(yàn)用量范圍內(nèi)，使用以上樹(shù)脂組成的并用粘合體系的配方均能獲得比粘合劑RE/A體系更好的粘合效果。從硫化儀數(shù)據(jù)看，這幾種粘合體系配方粘合膠的t10和t50都比4#配方粘合膠長(zhǎng)，在硫化過(guò)程中膠料有充足的時(shí)間滲入合股鋼絲繩縫隙中，利于粘合強(qiáng)度的提高；從物理性能上看，使用粘合劑RK/A和粘合劑PER粘合膠的拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力高于粘合劑RE/A粘合膠，有利于提高粘合膠的粘合強(qiáng)度。

2.2 大配合試驗(yàn)

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮成本和性能等因素，確定車(chē)間大配合試驗(yàn)配方為4#，6#，11#和14#。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉，一段混煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：生膠、小料、硼?；挕⒄澈蟿㏑K、PER、RE和阻燃劑，壓壓砣40 s 炭黑，壓壓砣30s壓壓砣25s壓壓砣25s混煉300s排膠，溫度為110 ℃；二段混煉在XM140型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，壓砣壓力為0.4 MPa，混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑、粘合劑AS-88和A，壓壓砣30s壓壓砣30s排膠，溫度小于105 ℃。

在大配合試驗(yàn)過(guò)程中，6#配方一段混煉排膠時(shí)有刺激性氣味的白煙冒出，這是粘合劑RK合成過(guò)程中沒(méi)有反應(yīng)完全的間苯二酚和有機(jī)酸高溫?fù)]發(fā)造成的，將一段混煉排膠溫度由110 ℃調(diào)整為105 ℃后此現(xiàn)象明顯改善；11#配方混煉過(guò)程無(wú)異常，粘合劑PER吃粉容易，分散均勻；14#配方粘合劑AS-88為軟蠟狀固體，導(dǎo)致混煉膠打滑，分散不均，在混煉過(guò)程增加了一次提壓砣動(dòng)作后混煉效果得到改善，而且混煉溫度高于90 ℃時(shí)，粘合劑AS-88膠料粘合性能降低很多，需控制混煉排膠溫度低于90 ℃；4#和6#配方二段混煉加入粘合劑A時(shí)也出現(xiàn)混煉膠打滑現(xiàn)象，故增加了一次提壓砣操作。

表3所示為樹(shù)脂類(lèi)粘合劑與硼?；挷⒂谜澈象w系對(duì)大配合試驗(yàn)粘合膠性能的影響。由表3可知：大配合混煉膠的FL和Fmax值比小配合混煉膠大，這是由于混煉膠門(mén)尼粘度以及混煉設(shè)備、工藝過(guò)程與小配合試驗(yàn)不同所致；大配合粘合膠的t10比小配合粘合膠稍短，是因?yàn)榇笈浜显囼?yàn)密煉機(jī)混煉溫度比小配合試驗(yàn)小開(kāi)煉機(jī)混煉溫度高；4#配方粘合膠的t10和t50明顯縮短，是粘合劑RE/A對(duì)溫度更加敏感，在混煉時(shí)過(guò)早發(fā)生樹(shù)脂化反應(yīng)造成的。由此可見(jiàn)：粘合劑RK，PER和AS-88對(duì)含有CR的膠料而言，具有更好的加工安全性；物理性能和小配合粘合膠數(shù)據(jù)接近；4#配方粘合膠的粘合性能比小配合粘合膠差，是由于其t10縮短造成的，6#，11#和14#配方粘合膠粘合性能與小配合粘合膠差別不大。

表3 樹(shù)脂類(lèi)粘合劑與硼?；挷⒂谜澈象w系對(duì)大配合試驗(yàn)粘合膠性能的影響

大配合配方粘合性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，其中粘合劑RK/A體系粘合膠的粘合性能最佳。

將以上樹(shù)脂類(lèi)粘合體系擴(kuò)大應(yīng)用到普通鋼絲繩芯輸送帶以及一般難燃鋼絲繩芯輸送帶粘合膠中，使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這些粘合劑各具特點(diǎn)。

粘合劑RK可以自動(dòng)稱(chēng)量，稱(chēng)量精準(zhǔn)、配料方便，但排膠溫度高時(shí)產(chǎn)生的刺激性氣味白煙污染環(huán)境，危害職工身體健康。該產(chǎn)品適用于CR（排膠溫度低于105 ℃），抗焦燒性能好，膠料粘合強(qiáng)度和老化后粘合強(qiáng)度保持率高，且拉伸強(qiáng)度高。

粘合劑AS-88是白色蠟狀固體，需要手工配料、單獨(dú)盛裝，配料不易且多耗費(fèi)一個(gè)小料袋。二段混煉時(shí)為了提高混煉均勻性增加了一次提壓砣動(dòng)作，增加了能耗和時(shí)間成本。

粘合劑PER是粉劑，配料方便，混煉容易，在含CR膠料中使用可使粘合膠獲得良好的加工安全性，于140 ℃以上反應(yīng)生成堅(jiān)韌的樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使粘合膠獲得良好的粘合性能。但該產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，夏季存放期只有3個(gè)月，存放超過(guò)半年后投入密煉機(jī)中分散不開(kāi)，混煉膠經(jīng)過(guò)開(kāi)煉機(jī)薄通后依然可見(jiàn)棕灰色的粘合劑PER顆粒，失去粘合性能。

粘合劑RE配料時(shí)需將整塊的琥珀色固體敲碎，單配單裝，且軟化點(diǎn)低，夏季表面發(fā)粘，配料不便。

粘合劑A為無(wú)色透明蠟狀固體或粘性液體，需手工配料、單獨(dú)盛裝，但穩(wěn)定性好，低于40 ℃時(shí)長(zhǎng)期存放性能穩(wěn)定。其混煉存在與粘合劑AS-88相同的能耗問(wèn)題。采用粘合劑RA代替粘合劑A，效果良好。

粘合劑PER和AS-88兼具亞甲基給予體與亞甲基接受體功能，可單獨(dú)使用；粘合劑RE和RK是亞甲基接受體，需與亞甲基給予體配合使用。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）粘合劑RE/A粘合體系、硼?；挕⒄澈蟿㏑E/A與硼?；挷⒂谜澈象w系對(duì)橡膠與鍍鋅鋼絲的粘合都有增進(jìn)作用；硼?；拰?duì)粘合膠粘合性能的影響大于粘合劑RE/A粘合體系；粘合劑RE/A與硼?；挷⒂谜澈象w系因協(xié)同作用，粘合膠粘合性能最好。

（2）與硼?；捊M合，粘合劑RK/A，PER和AS-88在阻燃鋼絲繩芯輸送帶粘合膠配方（含CR）中使用，可獲得比粘合劑RE/A粘合體系粘合膠更高的粘合強(qiáng)度及老化后粘合強(qiáng)度保持率，且混煉膠焦燒時(shí)間長(zhǎng)，加工安全性好。在試驗(yàn)用量范圍內(nèi)，粘合劑RK/A體系粘合膠的粘合性能最佳。

（3）不同粘合劑的混煉工藝不同。粘合劑PER，RK和RE在一段混煉時(shí)加入，粘合劑AS-88在二段混煉時(shí)加入；粘合劑RK高溫混煉有刺激性氣味的白煙生成，混煉溫度以不高于105 ℃為宜，粘合劑PE和RE的混煉溫度不高于120 ℃時(shí)粘合效果好，粘合劑AS-88混煉溫度低于90 ℃時(shí)，需增加一次提壓砣動(dòng)作。

（4）本工作研究的幾種樹(shù)脂類(lèi)粘合劑各有優(yōu)缺點(diǎn)，與硼酰化鈷并用對(duì)橡膠與鍍鋅鋼絲繩皆有一定的粘合增進(jìn)作用，設(shè)計(jì)者可根據(jù)輸送帶產(chǎn)品對(duì)粘合性能的要求、材料價(jià)格、產(chǎn)品穩(wěn)定性、配料操作和混煉工藝等因素綜合考慮，選擇合適的粘合劑品種。