耐熱阻燃輸送帶覆蓋膠的研制

馮紅明，朱 帥，陳 凱

（浙江雙箭橡膠股份有限公司，浙江 嘉興 314513）

在現(xiàn)代化輸送中，采用輸送帶輸送是最經(jīng)濟、最簡單的方法[1]。耐熱阻燃輸送帶主要用于輸送高溫物料，如燒結(jié)礦、焦炭、水泥熟料、石灰等[2]。近年來，隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，自動化程度不斷提高，對冶金、建材工業(yè)生產(chǎn)工藝的改進和生產(chǎn)能力的提高對耐熱阻燃輸送帶的質(zhì)量提出了更高的要求[3]。特別是某些煤炭和礦山生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)δ蜔嶙枞驾斔蛶У哪透邷匾蠓浅８遊4]。

有研究表明，以三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA） 為阻燃劑， 二乙基次膦酸鋁 （Aluminum Diethylphosphinate，ADP） 和次磷酸鋁（PAH） 為阻燃協(xié)效劑,制備了無鹵阻燃的三元乙丙橡膠（Ethylene Propylene Diene Monomer，EPDM） 材料,拉伸強度為6.7 MPa，拉斷伸長率為330%[5]，然而這遠達不到產(chǎn)品性能使用標(biāo)準(zhǔn)。因此，本實驗選擇用耐熱性強的EPDM 為主體，添加傳統(tǒng)含鹵、銻阻燃劑并用環(huán)保型無鹵阻燃劑的方法制備出達到耐熱阻燃要求的覆蓋膠。通過實驗得到最佳的補強體系、防老體系和硫化體系，以解決常規(guī)耐熱阻燃輸送帶覆蓋膠在輸送高溫條件有明火的物料中出現(xiàn)的快速老化、龜裂和易燃等問題。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

EPDM-4045#，吉林化學(xué)工業(yè)股份有限公司；炭黑N220，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰荆惶亢贜330，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰?，十溴二苯醚，瑞爾化工有限公司；硼酸鋅，廣州寶泰新材料科技有限公司；MCA，濟南金盈泰化工有限公司；石蠟油，衡水璽皓化工有限公司；硫化促進劑過氧化二異丙苯（Dicumyl Peroxide，DCP），合肥安邦化工有限公司；其他助劑均為市售工業(yè)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

3L 翻轉(zhuǎn)式密煉機，廣東利拿實業(yè)有限公司；BL-6175-A 小型開放式煉膠機，東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司；無轉(zhuǎn)子硫化儀，臺灣高鐵股份有限公司；XLB 型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司；電子拉力機，臺灣高鐵股份有限公司；邵氏A 型橡膠硬度計，上海三菱機械廠；阿克隆耐磨試驗機，東莞永心（耀科儀器） 電子科技有限公司；熱空氣老化箱，上海市實驗儀器總廠。

1.3 試驗配方（質(zhì)量份）

基本配方A：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，2；炭黑N220，30；炭黑N330，25；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯(lián)劑三烯丙基異氰脲酸酯（Triallyl Isocyanurate，TAIC），1，各類阻燃劑之比為變量。

配方B、C、D：在基本配方A 確定了最佳阻燃劑之比后確定最佳的補強體系、防老體系和硫化體系。

1.4 混煉工藝

混煉順序：密煉機加入EPDM 密煉→加入硬脂酸、氧化鋅、防老劑和阻燃劑→加入炭黑和石蠟油→加入硫化劑→膠料停放24 h。

1.5 試樣制備

拉伸性能試樣、燃燒試樣、撕裂力試樣均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求進行制樣。

1.6 性能測試

拉伸性能按照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》規(guī)定方法進行測定。

老化性能按照GB/T 3512-2014《橡膠熱空氣老化試驗方法》規(guī)定方法進行測定，測試條件：150 ℃×168 h。

磨耗量按照GB/T 9867-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐磨性能的測定（旋轉(zhuǎn)輥筒式磨耗機法）》規(guī)定方法進行測定。

硬度按照GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第1 部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》的要求進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 在基礎(chǔ)配方A 中確定最佳阻燃劑比例

2.1.1 配方內(nèi)容

將十溴二苯醚和環(huán)保型的磷氮類阻燃劑硼酸鋅按照不同配比分別加入到基礎(chǔ)配方A 中，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，2；炭黑N220，30；炭黑N330，25；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯(lián)劑TAIC，1），進行變量試驗，具體見表1。

表1 覆蓋膠基礎(chǔ)配方內(nèi)容

2.1.2 十溴二苯醚/硼酸鋅共混比對膠料燃燒性能和力學(xué)性能的影響

表2 為十溴二苯醚、硼酸鋅按照不同份數(shù)加入基本配方A 中的檢測結(jié)果。

表2 十溴二苯醚/硼酸鋅對膠料性能的影響

從表2 可以看出，在A3 配方中，t10時間最長，t90時間幾乎無變化，說明A3 配方操作時間長，加工安全性最好。調(diào)整阻燃劑的比例對膠料的硬度幾乎沒有影響，拉伸強度、扯斷伸長率隨著十溴二苯醚份數(shù)的減少在增加，在A3 配方中，當(dāng)十溴二苯醚添加20 份、硼酸鋅添加15 份時達到最佳；但硼酸鋅增加到一定比例之后拉伸強度反而下降。磨耗量隨著十溴二苯醚份數(shù)的減少，數(shù)值明顯減少，說明十溴二苯醚對磨耗影響較大；而磷氮類阻燃劑硼酸鋅對磨耗量基本沒有影響。燃燒性能隨著十溴二苯醚份數(shù)的減少，燃燒時間明顯增大，在減少到15份以后燃燒不穩(wěn)定達不到K2 級阻燃要求。老化后拉伸強度變化率基本變化不大，老化后扯斷伸長率變化率隨著十溴二苯醚份數(shù)的減小，數(shù)值逐漸增大，說明十溴二苯醚在高溫下分解量小，熱老化性更加穩(wěn)定。整體來看，A3 配方阻燃性、耐熱性最佳，因此選定A3 配方進行下一步實驗。

2.2 補強、防老和硫化體系對覆蓋膠性能的影響

2.2.1 填充補強體系對覆蓋膠性能的影響

在已經(jīng)確定最佳阻燃劑比例的基礎(chǔ)配方A3 中，研究添加不同比例的補強炭黑對覆蓋膠性能的影響，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，2；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯(lián)劑TAIC，1），進行變量試驗，具體添加比例見表3。具體性能見圖1、圖2。

表3 添加補強炭黑后的覆蓋膠配方內(nèi)容

圖1 不同比例的補強炭黑對覆蓋膠拉伸強度的影響

由圖1 和圖2 可知，B4 配方膠料的拉伸強度和斷裂伸長率在老化前后變化幅度小，這是因為N220 炭黑粒徑小，比表面積接觸大，補強效果好。白炭黑不僅粒徑細而且熱穩(wěn)定性強，在1 000 ℃灼燒下?lián)p失量極低，兩者配合使得膠料在老化前后性能更好。因此，選擇B4 配方進行下一步實驗。

圖2 不同比例的補強炭黑對覆蓋膠斷裂伸長率的影響

2.2.2 防老體系對覆蓋膠性能的影響

在已經(jīng)確定最佳補強體系的配方B4 中，研究添加不同比例的防老劑對覆蓋膠性能的影響，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；炭黑N220，30；炭黑N330，20；白炭黑，10；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯(lián)劑TAIC，1），進行變量試驗，具體添加比例見表4。

表4 添加防老劑后的覆蓋膠配方內(nèi)容

具體性能見表5。

表5 不同比例的防老劑對覆蓋膠性能的影響

由表5 可知，在C2 配方中，當(dāng)防老劑AW 和TMQ 各添加1 份時，老化后的拉伸強度變化率和斷裂伸長率變化率效果最佳。這是因為防老劑AW 對熱、氧、臭氧、氣候和屈撓等均有良好的防護性能，在膠料中較易分散；防老劑TMQ 除去對熱和氧引起的老化防護效果極佳之外，在橡膠中相溶性非常好，在用量高時仍不噴出；防老劑AW 和TMQ兩者產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。因此，選擇C2 配方進行下一步實驗。

2.2.3 硫化體系對覆蓋膠性能的影響

在已經(jīng)確定最佳防老劑體系的配方C2 中，研究不同的硫化體系對覆蓋膠性能的影響，其他組分不變（其他配方組成為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑，5；炭黑N220，30；炭黑N330，20；白炭黑，10；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；防老劑TMQ，1；防老劑AW，1），進行變量試驗，具體添加比例見表第96頁表6。具體性能見第96頁表7。

表6 添加硫化劑后的覆蓋膠配方內(nèi)容

由表7 可知，在D3 配方中使用的硫化體系表現(xiàn)出最佳的物理性能，這是因為單純提高DCP 含量雖然可以提高膠料拉伸強度，但是對斷裂伸長率沒有改善而且對硬度變化影響較大；而當(dāng)適當(dāng)添加0.3 份硫磺時，不僅提高了膠料的交聯(lián)度，而且提高了交聯(lián)層次，在應(yīng)力集中和高溫下交聯(lián)鍵不易斷裂，對老化后保持?jǐn)嗔焉扉L率有很大好處。

表7 不同比例的硫化體系對覆蓋膠性能的影響

3 結(jié)論

1） 膠料中添加十溴二苯醚在20 份、硼酸鋅在15 份時，燃燒性能符合要求。

2） 使用炭黑N220、炭黑N330、白炭黑比例為30∶20∶10 時，膠料的拉伸強度和斷裂伸長率最佳。

3） 防老劑264 和AW 各添加1 份時，可顯著提高膠料耐熱性能。

4） 硫化劑DCP、TAIC、硫磺的比例為3∶1∶0.3時，膠料老化前后的物理性能效果最佳。

5） 實驗所得最佳配方為：EPDM-4045#，100；納米氧化鋅，8；硬脂酸，1.5；防老劑AW，1；防老劑TMQ，1；炭黑N220，30；炭黑N330，20；白炭黑，10；十溴二苯醚，20；硼酸鋅，15；石蠟油，5；硫化促進劑DCP，3；助交聯(lián)劑TAIC，1；硫磺，0.3。