一種適用于煤礦井下阻燃輸送帶覆蓋膠膠料的開發(fā)

唐海龍，李德新，卓書平，朱德創(chuàng)，卓榮燕

（海南先進(jìn)天然橡膠復(fù)合材料工程研究中心, 海南 澄邁 571924）

一種適用于煤礦井下阻燃輸送帶覆蓋膠膠料的開發(fā)

唐海龍，李德新，卓書平，朱德創(chuàng)，卓榮燕

（海南先進(jìn)天然橡膠復(fù)合材料工程研究中心, 海南 澄邁 571924）

以天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）/丁二烯橡膠（BR）為生膠體系，采用多種阻燃體系并用，開發(fā)出一種可以滿足煤礦井下阻燃要求的輸送帶覆蓋膠用的膠料，用以替代傳統(tǒng)的氯丁膠膠料，具有成本低、加工工藝性能好等特點(diǎn)。

阻燃輸送帶；阻燃劑；耐火材料；膠料性能；成品性能

0 前 言

隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，對(duì)煤礦井下用阻燃輸送帶的需求大幅增加。傳統(tǒng)上，阻燃輸送帶用覆蓋膠配方多以氯丁膠作為原料膠，但國產(chǎn)氯丁膠多為三苯溶劑型，使用時(shí)會(huì)釋放出有毒氣體，嚴(yán)重影響了使用者的健康；而進(jìn)口氯丁膠價(jià)格高、易粘輥、焦燒時(shí)間短，增加了工藝控制的難度。通過大量研究，采用在傳統(tǒng)無鹵合成膠[丁苯橡膠（SBR）、丁二烯橡膠（BR）]與天然橡膠（NR）共混膠料中加入不同的阻燃體系，開發(fā)出滿足標(biāo)準(zhǔn)MT 668—2008《煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶》要求的輸送帶覆蓋膠用膠料，性價(jià)比高、工藝性好，具有競爭優(yōu)勢。和動(dòng)態(tài)性能；但其加工性能差，粘著性、抗撕裂性差；SBR具有良好的耐磨性、耐熱性、耐老化性。綜合考慮煤礦井下的使用環(huán)境，覆蓋膠采用NR/SBR/BR并用體系。

1.2 補(bǔ)強(qiáng)體系的選擇

阻燃覆蓋膠需要添加大量的阻燃材料，且不能添加對(duì)阻燃不利的軟化劑，考慮到要保證膠料的強(qiáng)度、磨耗等性能，優(yōu)先考慮選用中超耐磨爐黑N220作為補(bǔ)強(qiáng)劑。

1 配方設(shè)計(jì)

1.1 生膠體系的選擇

NR具有良好的綜合性能優(yōu)勢，拉伸強(qiáng)度高，彈性、耐磨性和耐疲勞性好，生熱低，工藝加工性好；BR具有良好的彈性、耐寒性、耐磨性

1.3 阻燃體系的選擇

阻燃體系的設(shè)計(jì)考慮采用阻燃材料和耐火材料并用體系。阻燃劑的選用以阻燃效率高、用量少、與膠料相容性好、不易遷出、具有足夠熱穩(wěn)定性、加工時(shí)不分解、不過多惡化膠料的物理力學(xué)性能以及工藝性能為基本原則；耐火材料的選用則以粒徑小、易分散、與膠料有一定相容性為基本原則。

1.3.1 鹵-銻復(fù)合阻燃體系

采用氯化石蠟-70與三氧化二銻復(fù)配的體系。燃燒過程中釋放出氯的游離基及氯化氫，游離基可以捕捉因燃燒分解出來的活潑自由基，抑制燃燒時(shí)的連鎖反應(yīng)，起到阻燃的作用，同時(shí)氯化氫還可以稀釋可燃性氣體。另外，氯化氫氣體不可燃、密度大，可以覆蓋在火焰區(qū)屏蔽可燃性氣體與空氣的接觸，增強(qiáng)阻燃效果。三氧化二銻在此間起協(xié)同作用[1]。

1.3.2 磷系阻燃體系

采用聚磷酸銨體系。作為一種高效的無機(jī)阻燃劑，聚磷酸銨的磷、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，且可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。其分解溫度高，熱穩(wěn)定性好，細(xì)度高，分散性好。受熱脫水生成的聚磷酸是強(qiáng)脫水劑，可促進(jìn)覆蓋膠表面生成碳化物，起到阻燃的作用；所生成的非揮發(fā)性磷氧化物或聚磷酸覆蓋在膠料表面，隔絕空氣，起到阻燃作用；另外可使膠料在熱分解階段的化學(xué)反應(yīng)向生成炭素而難于生成CO、CO2的方向進(jìn)行，炭素形成的表面膜則可阻擋住氧氣，阻止可燃?xì)怏w的擴(kuò)散[2]。

1.3.3 膨脹型無鹵阻燃劑

采用的是一種氮、磷復(fù)合的阻燃劑，受熱發(fā)泡，在材料表面形成多孔泡沫焦炭層，起到阻燃作用。

1.3.4 DIN-K新型阻燃劑

DIN-K型高效阻燃劑是按特定的物質(zhì)的量比例添加有多種協(xié)效劑的高效阻燃劑。在膠料燃燒過程中產(chǎn)生的不燃性氣體覆蓋于膠料表面，并于膠料表面產(chǎn)生致密炭化層，阻止其進(jìn)一步燃燒。另外，其分子表面含有硅醇結(jié)構(gòu)，增加了與膠料的相容性[3]。

1.3.5 耐火材料

選擇粒徑小的超細(xì)硅酸鋁做耐火填料。

2 膠料性能評(píng)價(jià)

2.1 主要試驗(yàn)設(shè)備與測試儀器

XK-150型開煉機(jī)，大連富泰橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；LN-10L試驗(yàn)型密煉機(jī)，東莞利拿實(shí)業(yè)產(chǎn)品；630kN平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；酒精噴燈燃燒試驗(yàn)機(jī)，東莞納瑞儀表設(shè)備有限公司；AI-7000LA20電子拉力試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；AI-7000S電子拉力試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品。

2.2 覆蓋膠試驗(yàn)配方及性能評(píng)價(jià)

2.2.1 覆蓋膠試驗(yàn)配方

覆蓋膠基本配方（單位：份）：NR 30.0，SBR1502 40.0，BR9000 30.0，炭黑N220 43.0，三氧化二銻 6.5，氯化石蠟-70 13.0， DIN-K阻燃劑 36.0，聚磷酸酯 4.0，超細(xì)硅酸鋁 16.0，膨脹型無鹵阻燃劑 16.0，硫化劑 4.5，其他 11.0。

2.2.2 試樣制備

（1）采用兩段混煉工藝，一段在LN-10L型密煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行，二段在XK-150型開煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行。加料順序?yàn)橐欢危荷z→炭黑→氧化鋅、阻燃材料→防老劑→排膠；二段：一段混煉膠→硫化劑及促進(jìn)劑→薄通打三角包四次→出片。

（2）在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，145 ℃下硫化40 min，壓力8 MPa。

2.2.3 性能測試結(jié)果

試驗(yàn)配方膠料的性能測試結(jié)果如表1所示。

表1 膠料性能測試結(jié)果

2.3 試生產(chǎn)工藝及成品評(píng)價(jià)

2.3.1 膠料試生產(chǎn)工藝

（1）混煉：采用兩段工藝，一段采用XM-370密煉機(jī)生產(chǎn)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速50 r/min，上頂栓壓力5 MPa，加料順序?yàn)樯z、小藥→90 ℃升栓加炭黑，落栓→120 ℃升栓，落栓→155 ℃升栓，排膠；二段采用XMN-270密煉機(jī)生產(chǎn)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r/min，上頂栓壓力4 MPa，加料順序?yàn)橐欢位鞜捘z、小藥（同時(shí)加）→90 ℃升栓，落栓→105 ℃升栓，排膠。

（2）成型硫化：將密煉加工好的膠料停放8 h以上，按施工標(biāo)準(zhǔn)壓延出片，通過移動(dòng)式復(fù)合成型機(jī)，將導(dǎo)開的覆蓋膠與掛膠復(fù)合好的芯膠在鋼絲張力恒定的條件下上下復(fù)合，加工成帶胚，修邊后硫化（150 ℃硫化，40 min，壓力3 MPa）。

2.3.2 成品輸送帶膠料性能評(píng)價(jià)

采用試生產(chǎn)的膠料在某輸送帶廠進(jìn)行成品試制，其性能測試結(jié)果如表2所示。

表2 輸送帶覆蓋膠成品性能結(jié)果

3 結(jié) 論

（1）采用以NR/SBR/BR為生膠，采用多種阻燃體系并用，開發(fā)出了阻燃輸送帶覆蓋膠膠料，各項(xiàng)性能均達(dá)到MT 668—2008《煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶》標(biāo)準(zhǔn)要求，目前已成功地為兩家輸送帶廠量產(chǎn)供貨。

（2）該技術(shù)改變了煤礦阻燃輸送帶覆蓋膠以氯丁膠為主導(dǎo)的現(xiàn)狀，材料成本降低25%以上，工藝控制性好，膠料性價(jià)比高，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 王笛輝, 杜虹, 張春醫(yī).耐寒難燃鋼絲繩芯輸送帶的研制[J]. 橡塑技術(shù)與裝備, 2004,30(5):22-24.

[2] 歐育湘, 李建軍.阻燃劑——性能、制造及應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2006:231-233.

[3] 葉龍健, 錢立軍, 王瀾, 等. 硅系阻燃劑研究進(jìn)展[J]. 中國塑料，2009, 23(11):8-12.

[責(zé)任編輯：朱 胤]

Development of Cover Compound for Flame-Retardant Conveyor Belt Used in Coalmine

Tang Hailong, Li Dexin, Zhuo Shuping, Zhu Dechuang, Zhuo Rongyan
(Hainan Advanced Natural Rubber Composite Materials Engineering Research Center, Haikou 571924, China)

A new kind of cover compound for fl ame-retardant conveyor belt used in coalmine which is made of NR/SBR/BR and some fl ame retardant agents was developed. It can replace the same function compound made of CR. Its low cost and process performance shows very well.

Flame-Retardant Conveyor Belt; Flame Retardant Agent; Refractory Material; Compound Property; Finished Property

TQ 336.2

B

1671-8232(2015)10-0023-03

2015-05-18

唐海龍（1974—），男，黑龍江省牡丹江市人，工程師，主要從事天然橡膠復(fù)合材料的研發(fā)工作。