阻燃劑對(duì)膠帶性能的影響

呂彥陽

（華越機(jī)械有限公司奧倫膠帶分公司，山西 陽泉 045000）

0 引言

帶式輸送機(jī)為煤礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，其承擔(dān)著綜采工作面煤炭的主要運(yùn)輸任務(wù)。輸送帶為帶式輸送機(jī)的直接承載體，其耐磨性、承載性能以及阻燃性是其關(guān)鍵因素。目前，新型的輸送帶已經(jīng)在逐步取代傳統(tǒng)的橡膠輸送帶。新型輸送帶在表層覆蓋一層聚氯乙烯，其本身具有較好的阻燃性能，但是，其作為軟質(zhì)材料使用時(shí)，需要加入一定的增塑劑，從而導(dǎo)致其阻燃性能下降[1-2]。因此，綜合保證膠帶的阻燃性能、剝離強(qiáng)度以及耐磨性是當(dāng)前急需解決的問題。本文將重點(diǎn)對(duì)阻燃劑影響膠帶性能的機(jī)理展開研究。具體闡述如下。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

聚氯乙烯作為在輕型膠帶表面覆蓋的主體材料，其本身具有一定的阻燃特性；為了保證膠帶柔韌性，在聚氯乙烯樹脂中加入一定量的增塑劑；與此同時(shí)，增塑劑的添加會(huì)導(dǎo)致膠帶中氯含量的降低，進(jìn)而影響整個(gè)膠帶的阻燃性能[3]。因此，在加入增塑劑的同時(shí)還需繼續(xù)加入一定量的阻燃劑，確保所成型膠帶的阻燃性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

氫氧化鋁、三氧化二銻以及硼酸鋅為膠帶成型過程中常用的阻燃劑。本文對(duì)上述三種阻燃劑中的一種或者多種組合所成型膠帶的力學(xué)性能、阻燃性能進(jìn)行對(duì)比，最終得出最佳的阻燃劑類型或組合。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)要求，選用的實(shí)驗(yàn)試劑包括有鄰苯二甲酸二辛酯、三氧化二銻、硼酸鋅、碳酸鈣、聚氯乙烯糊狀樹脂以及氫氧化鋁，涉及到的實(shí)驗(yàn)儀器及型號(hào)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器及型號(hào)

膠帶成型的基體配方如下：90 g 的鄰苯二甲酸二辛酯、100 g 聚氯乙烯糊狀樹脂、20 g 的碳酸鈣、0～40 g的氫氧化鋁、0～40 g 三氧化二銻以及0～40 g 的硼酸鋅。膠帶成型工序包括有制糊、涂覆以及加熱。

制糊工藝：在分散機(jī)中依次加入鄰苯二甲酸二辛酯、聚氯乙烯糊狀樹脂、填充劑以及不同比例的阻燃劑；分散機(jī)設(shè)定的攪拌速度為300 r/min，攪拌時(shí)間為6 min；而后將分散機(jī)的攪拌缸抽為真空狀態(tài)，并以1 000 r/min 的速度攪拌3 min 后靜置30 min。

涂覆工藝：將尺寸為500 mm×300 mm 的膠帶基體材料固定在涂覆試驗(yàn)機(jī)上，設(shè)定張緊力為100 N。首先將Nap 均勻涂覆于膠帶的基體材料上；而后將所制備的PVC 糊均勻涂覆于基體材料上。

加熱工藝：將涂覆完成的材料放置于烘箱中，將烘烤溫度設(shè)置為190 ℃，在上述恒溫環(huán)境中保溫4 min。

基于上述工藝所制備的膠帶對(duì)其剝離強(qiáng)度、硬度、磨耗、垂直燃燒以及氧指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行測試。其中，剝離強(qiáng)度測試遵循GB/T 6759—2013；硬度測試遵循GB/T 2411—2008；磨耗測試遵循GB/T 9876—2008；垂直燃燒測試遵循ISO 340：2004；氧指數(shù)測試遵循GB/T 2406—1993。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

基于上述實(shí)驗(yàn)方案所研究的阻燃劑的組合包括有單獨(dú)使用三氧化二銻、硼酸鋅和氫氧化鋁，氫氧化鋁和三氧化二銻共同使用、氫氧化鋁和硼酸鋅共同使用、三種阻燃劑共同使用，對(duì)這六種情況進(jìn)行研究。

2.1 單獨(dú)使用一種阻燃劑對(duì)膠帶性能的影響

以三氧化二銻為例，對(duì)其不同用量阻燃劑對(duì)膠帶的剝離強(qiáng)度、磨耗、硬度等指標(biāo)進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同用量的三氧化二銻阻燃劑對(duì)膠帶性能的影響

綜合分析圖1 中的試驗(yàn)曲線得出如下結(jié)論，直接表現(xiàn)為：

1）隨著三氧化二銻阻燃劑的增加對(duì)應(yīng)膠帶的剝離強(qiáng)度下降；磨耗減小，即耐磨性能增強(qiáng)；硬度增加。

2）對(duì)于阻燃性能而言，隨著三氧化二銻添加量的增加其阻燃性能逐漸變好，火焰的持續(xù)時(shí)間縮短；但是總的來講，當(dāng)三氧化二銻添加量為40 份時(shí)，其阻燃性能仍然達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

同理得出，單獨(dú)采用氫氧化鋁阻燃劑所成型膠帶的阻燃效果仍然無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；單獨(dú)采用硼酸鋅阻燃劑所導(dǎo)致所成型膠帶中分子鏈狀結(jié)構(gòu)被破壞，膠帶的磨耗性能下降，無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[4-5]。

2.2 多種阻燃劑對(duì)膠帶性能的影響

以氫氧化鋁和三氧化二銻兩種阻燃劑聯(lián)合使用為例，結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論固定添加氫氧化鋁阻燃劑的量為20 g，對(duì)其中添加不同量三氧化二銻阻燃劑對(duì)應(yīng)的膠帶性能進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖2 所示，重點(diǎn)考核其阻燃性能。

圖2 氫氧化鋁和三氧化二銻阻燃劑對(duì)膠帶阻燃性能的影響

綜合分析氫氧化鋁和三氧化二銻阻燃劑對(duì)膠帶剝離強(qiáng)度、磨耗、硬度、氧指數(shù)、火焰持續(xù)時(shí)間以及阻燃時(shí)間等指標(biāo)得出如下結(jié)論：

隨著三氧化二銻阻燃劑添加量的增加，火焰的持續(xù)時(shí)間和陰燃時(shí)間減少，均小于5 s；說明，在氫氧化鋁阻燃劑的基礎(chǔ)上加入20 g 三氧化二銻具有較好的阻燃效果。但是，三氧化二銻的成本較高，因此，初步確定在20 g 氫氧化鋁阻燃劑的基礎(chǔ)上添加10 g 三氧化二銻阻燃劑。

在上述兩種阻燃劑配合使用的基礎(chǔ)上，對(duì)三種阻燃劑的聯(lián)合使用效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件為：氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，對(duì)添加不同硼酸鋅對(duì)膠帶阻燃性能的影響進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 三種阻燃劑對(duì)膠帶阻燃性能的影響

由圖3 可知，當(dāng)氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，在此基礎(chǔ)上添加硼酸鋅，隨著硼酸鋅添加量的增加，所成型膠帶的陰燃現(xiàn)象達(dá)到消除效果。最終確定阻燃劑的最佳配方為氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，硼酸鋅20 g，所成型膠帶進(jìn)行測定其性能見表2。

表2 阻燃配方對(duì)應(yīng)膠帶的性能參數(shù)

3 結(jié)語

帶式輸送機(jī)新型膠帶在制備過程中由于增塑劑的添加會(huì)影響其阻燃性，因此在加入增塑劑的同時(shí)還需添加一定量的阻燃劑。本文重點(diǎn)對(duì)阻燃劑的最佳配方通過實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行確定。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，最終確定新型膠帶最佳阻燃劑的配方為：氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，硼酸鋅為20 g，并對(duì)最終所成型膠帶的綜合性能進(jìn)行測定。