大傾角人字形PVG整芯阻燃輸送帶的研究與應(yīng)用

李銀鴻

（貴州盤江煤電多種經(jīng)營開發(fā)有限公司，貴州 六盤水 553536）

關(guān)鍵字：整體帶芯編制工藝；覆蓋膠配方設(shè)計(jì)；人字形輸送帶生產(chǎn)工藝；PVG 材質(zhì)

1 PVG整芯的材質(zhì)及其結(jié)構(gòu)選擇

1.1 整芯材質(zhì)選擇

帶芯制作時(shí)，應(yīng)用的材質(zhì)及其結(jié)構(gòu)是保障PVG整芯帶性能及應(yīng)用壽命的基礎(chǔ)，因此，針對(duì)整芯的骨架設(shè)計(jì)時(shí)，其骨架材料需要具備5個(gè)方面的基本性能：①需要具有高接頭強(qiáng)度、強(qiáng)斷裂與拉伸度；②需要具有較好的耐熱性；③需要具有較高的抗疲勞性；④需要具有較好的增塑糊浸漬性；⑤需要具有較小的密度及輕量化特點(diǎn)。所以，通過對(duì)不同類型的常用纖維、錦綸及滌綸等技術(shù)參數(shù)對(duì)比，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，2 200 dtex 工業(yè)長絲的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率、干熱收縮率、尺寸穩(wěn)定性指數(shù)性能良好，選其作為帶芯經(jīng)向受力線，選取1 100 dtex 超低收縮工業(yè)長絲作為緯向受力線，二個(gè)工業(yè)長絲配合使用提高了輸送帶強(qiáng)度，減輕輸送帶重量，同時(shí)按照MT/T 317—2019標(biāo)準(zhǔn)棉含量要求，只有添加適量的棉纖維，才能夠提高帶芯的吸糊量，保障其完整塑化。

1.2 整體帶芯編織結(jié)構(gòu)的選擇

帶芯編織采用高強(qiáng)滌綸工業(yè)長絲和工業(yè)棉紗分別配股，捻合成帶芯經(jīng)線，低收縮滌綸工業(yè)長絲和工業(yè)棉紗配股，捻合成帶芯緯線，并利用3～4層的方式交織成“B”形結(jié)構(gòu)，以此來提高具有增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體，棉紗經(jīng)線穿入織物中心，有助于糊料的滲透，可有效避免覆蓋層發(fā)生脫落的現(xiàn)象。

2 配方設(shè)計(jì)

2.1 浸漬芯糊配方調(diào)整設(shè)計(jì)

PVG 整芯阻燃輸送帶的設(shè)計(jì)中，在浸漬芯糊原配方的基礎(chǔ)上對(duì)芯糊的配方進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，這樣不僅可以增加帶芯的吸糊量，保障整體帶芯塑化之后的整體強(qiáng)度及芯體的拉伸強(qiáng)度，使其剛性得到提升，還能夠促進(jìn)整體帶芯和覆蓋膠之間的黏合強(qiáng)度得到提高，難以脫層[1]；改變阻燃體系，增加鹵系材料的使用，形成鹵銻阻燃體系，最終使芯糊形成三阻燃體系，保證輸送帶的阻燃性能更加優(yōu)良，確保井下使用安全。因此，選擇在原配方上添加了鹵系材料和增塑劑，減少三氯乙基磷酸酯（TCEP）的用量。

2.2 覆蓋膠配方調(diào)整設(shè)計(jì)

2.2.1 PVC樹脂材料選擇

PVC 樹脂是復(fù)合共混物的連續(xù)相，對(duì)最終生產(chǎn)出來的PVG 整體阻燃輸送帶的物理機(jī)械性能有著重要影響。因此，在選擇PVC 樹脂時(shí)，結(jié)合上述三者的比例條件展開了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PVC 的聚合度提高，復(fù)合共混物除了扯斷伸長率下降之外，其他屬性均得到提高。故選擇聚合度為1 250～1 350的Ⅲ型PVC 樹脂[2-3]。

2.2.2 補(bǔ)強(qiáng)體系及抗靜電劑選擇

補(bǔ)強(qiáng)劑的選擇可以提高復(fù)合共混物的導(dǎo)電性及物理機(jī)械性能。因此，經(jīng)對(duì)不同填充量展開對(duì)比試驗(yàn)得出結(jié)果，選擇用兩份預(yù)處理的N220高耐磨炭黑能夠起到最佳補(bǔ)強(qiáng)效果。阻燃輸送帶抗靜電性是十分關(guān)鍵的安全指標(biāo)，基于讓輸送帶在工作的同時(shí)將所帶來的靜電荷進(jìn)行傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移，選取合理的導(dǎo)電材料，以減少阻燃輸送帶的電阻值，使得表面電阻低于3×108Ω。在配制芯糊過程中加入季銨鹽陽離子型抗靜電劑，使其均勻分散于整個(gè)芯糊中，成型后逐漸遷移到帶芯表面，形成抗靜電分子層。在蓋膠配料中，利用炭黑粒子在輸送帶體中彼此接觸而形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來導(dǎo)電，進(jìn)而降低整芯帶的表面電阻。

2.2.3 阻燃劑選擇

復(fù)合共混物作為大傾斜角人字形PVG 整體帶芯阻燃輸送帶的重要材料，必須擁有最佳的阻燃性。因此，在覆蓋膠配方設(shè)計(jì)過程中，需要增添阻燃劑。所以，從消除和隔絕等效應(yīng)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)阻燃劑種類和用量選擇。①燃燒溫度下，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)阻燃劑與其他物質(zhì)之間會(huì)產(chǎn)生不可燃燒的氣體、液體、泡沫層乃至固體的覆蓋層，從而隔絕氧氣與火焰，起到阻燃的作用[5]。②鈍化反應(yīng)下，只有解決燃燒時(shí)鏈反應(yīng)中的O·、CH·、R·等自由基，才能夠有效阻斷鏈反應(yīng)，達(dá)到阻燃的作用。③經(jīng)反復(fù)測試再考慮經(jīng)濟(jì)成本、技術(shù)性能等因素，最終確定覆蓋膠的配方，具體見表1。

表1 覆蓋膠配方比例

經(jīng)試驗(yàn)檢測，試片在硫化條件175 ℃×6 min下，拉伸強(qiáng)度17.8 MPa，拉斷伸長率659%，磨耗量146 mm3；試片有焰燃燒平均值1.0 s，最大值2.65 s，無焰燃燒平均值0.32 s，最大值0.55 s；表面電阻，上表面2.1×107Ω，下表面3.3×107Ω。

3 輸送帶生產(chǎn)工藝的調(diào)整設(shè)計(jì)

在輸送帶生產(chǎn)過程當(dāng)中，其生產(chǎn)工藝同樣會(huì)最終產(chǎn)品的性能及效率造成一定程度的影響，因此對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，達(dá)到符合人字形輸送帶生產(chǎn)要求，具體改造兩個(gè)方面：經(jīng)過實(shí)踐論證改變四輥壓花輥的組合方式，擴(kuò)大輸送帶與輥面的接觸面積及增長覆蓋膠和芯體擠壓時(shí)長。改變壓花輥的安裝方式，上輥使用滑槽方式安裝導(dǎo)向輥，可進(jìn)行角度、受力方向的調(diào)整，下輥設(shè)計(jì)為可調(diào)整安裝，可根據(jù)花紋帶花紋深淺進(jìn)行導(dǎo)向輥調(diào)整，擴(kuò)大整體帶芯和導(dǎo)向輥的接觸面積，使花紋面受力面積更大、花紋成型時(shí)間更長，花紋更加飽滿美觀。

3.1 高速混合

將所有助劑按照正確的加料順序如：PVC →穩(wěn)定劑2→穩(wěn)定劑1→增塑劑→阻燃劑→抗靜電劑→填充劑→其他助劑等混合進(jìn)行攪拌，使得所有配料充分融合。經(jīng)多次試驗(yàn)最佳混合時(shí)間為10 min，混合溫度100～120℃。

經(jīng)高速混合后的PVC 粉料放入低速冷卻器中，待溫度降至50℃之后，加入粉末丁腈膠粉，繼續(xù)攪拌均勻，就能夠得到PNBR/PVC 混合粉料。

3.2 造粒

在造粒時(shí)，選擇擠出法通過單螺桿擠出機(jī)設(shè)備將PNBR/PVC 混合粉料加熱硫化擠出。本文選擇利用單螺桿造粒機(jī)，將復(fù)合混合粉料通過擠出的方式制成顆粒狀以有效避免在造粒時(shí)物料出現(xiàn)提前硫化的現(xiàn)象。

3.3 動(dòng)態(tài)硫化處理

擠出機(jī)貼面成型工藝施工過程當(dāng)中，進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化處理時(shí)，需要對(duì)擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速，以及擠出機(jī)溫度、模具溫度進(jìn)行控制。因此，經(jīng)反復(fù)多次試驗(yàn)，選擇的擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為（19.2±5） r/min，模具溫度為（162±5）℃，而動(dòng)態(tài)硫化時(shí)間為（7±1 min），整體帶芯表面溫度為145～160 ℃，擠出機(jī)溫度為120～170℃。

3.4 大傾斜角人字形花紋與擋邊高度設(shè)計(jì)

對(duì)大傾斜角的輸送帶壓輥進(jìn)行了設(shè)計(jì)，將其設(shè)計(jì)成“人”字形，具體如圖1所示。設(shè)計(jì)此類型壓輥的目的是使花紋突出部更加飽滿，凹陷面面積增大，在使用過程中的作用：①增大物體與帶面的接觸面，從而使摩擦力增大，防止滑落；②方便使用完成后對(duì)帶面的打掃和清潔，防止凹陷面物體聚集，影響使用。

圖1 人字形輸送帶壓輥

經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果證明，人字形的輸送帶壓輥制作出來的PVG 整芯阻燃輸送帶的花紋厚度和擋邊高度都得到了提高，而輸送機(jī)的傾斜角也滿足了實(shí)際需求，而花紋的磨損速度得到了降低。因此，當(dāng)花紋厚度與擋邊高度分別上升到10 mm 之后，這時(shí)整芯阻燃輸送機(jī)的傾斜角增加減緩，而花紋的磨損速度提高。所以，在對(duì)輸送帶的花紋厚度與擋邊剛度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)將其合理地控制在5～10 mm。

4 性能測試

為了證明設(shè)計(jì)的大傾斜角人字形PVG 整芯阻燃輸送帶的性能，根據(jù)所研制的配方及其優(yōu)化調(diào)整后的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)了大傾斜角整芯阻燃輸送帶，并對(duì)其安全性能、物理性能等進(jìn)行測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其性能均滿足MT/T 914—2019《煤礦用織物芯阻燃輸送帶》的標(biāo)準(zhǔn)要求，具體測試結(jié)果見表2。

表2 輸送帶的安全及物理機(jī)械形成測試結(jié)果

5 結(jié)束語

為充分滿足煤礦井的大運(yùn)輸量、長距離、大傾斜角及安全性等要求。對(duì)大傾斜角人字形PVG 整芯阻燃輸送帶的配方及其生產(chǎn)工藝展開了全面研究。對(duì)帶芯生產(chǎn)工藝、輸送帶芯糊配方優(yōu)化改良設(shè)計(jì)以及測試，對(duì)覆蓋膠配方及其生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和輸送帶生產(chǎn)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得最后生產(chǎn)的花紋輸送帶的物理性能及其安全性能得到進(jìn)一步的提高，且制作出來的人字形整芯阻燃輸送帶的花紋厚度超過了3 mm，這不僅使得輸送帶的使用壽命得到延長，還縮短了井下運(yùn)輸距離，保障井下生產(chǎn)作業(yè)安全。