EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料的制備及性能研究

李靜宇，孫會娟，王 培，賈 麗

(衡水學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，河北 衡水 053000)

EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料的制備及性能研究

李靜宇，孫會娟，王 培，賈 麗

(衡水學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，河北 衡水 053000)

采用三元乙丙橡膠(EPDM)作為耐熱輸送帶覆蓋膠主體材料，根據(jù)耐熱輸送帶覆蓋膠的性能要求，采用機(jī)械共混、化學(xué)交聯(lián)的方法制得EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠，同時研究硫化體系、防老劑、補(bǔ)強(qiáng)填充劑對覆蓋膠性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)所用硫磺/TMTD/NOBS比例為1.6/1.4/1.4時，可以大幅減少膠料的硫化時間；同時防老劑BLE用量為2份，N330用量為60份時，制得的耐熱輸送帶覆蓋膠材料綜合性能最佳。

三元乙丙橡膠；硫化劑；防老劑；輸送帶

近年，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速的發(fā)展，帶動了電力、煤炭、鋼鐵等持續(xù)、快速的增長，給輸送帶工業(yè)帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇。輸送帶主要由骨架材料、覆蓋層及打底材料三大部分組成，而覆蓋層是決定輸送帶性能及用途的關(guān)鍵部分。冶金、煉焦、水泥等行業(yè)輸送的物料溫度較高[1]，并伴有嚴(yán)重的屈撓、磨損、沖擊作用，普通輸送帶無法滿足要求，這就需要與之相適應(yīng)的耐高溫輸送帶。耐熱輸送帶的耐熱性能主要取決于覆蓋膠[2-3]。

EPDM是一種通用合成橡膠[4-5]，其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)賦予其耐臭氧、耐酸堿、抗疲勞、抗撕裂、耐熱老化性能，耐熱溫度高，可在150℃下長期使用[6]。此外，EPDM還具有極好的硫化特性，用其煉制的橡膠不易龜裂、硬化程度低，且硬度增加后耐磨耗性有所提高，EPDM現(xiàn)被當(dāng)作是制造耐高溫輸送帶覆蓋膠的理想材料[7]。

針對EPDM作為覆蓋層的報道并不少見，通過配方設(shè)計(jì)，可改善其力學(xué)性能、耐熱性能、耐磨性能等，但仍存在一定的不足，如成本偏高、工藝性能不理想等。本文側(cè)重制備一種工藝、成本、性能綜合平衡的耐高溫輸送帶覆蓋膠[8-12]。

1 EPDM覆蓋膠的制備

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

EPDM4045，吉林石化；硫磺，河北辛集市康達(dá)化工廠；TMTD、NOBS，天津市大茂化學(xué)試劑廠；炭黑N330，龍星化工股份有限公司；BLE、DNP、4010NA、RD，天津市茂豐橡膠助劑有限公司；其余均為市售工業(yè)試劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

XK-160開煉機(jī)，大連嘉爾新橡塑機(jī)械有限公司；XLB-D350×350平板硫化機(jī)，青島華天鑫工貿(mào)有限公司；JC-2000E無轉(zhuǎn)子硫化儀，江都市精誠測試儀器有限公司；MZ-4030測厚儀，江蘇明珠實(shí)驗(yàn)機(jī)械有限公司；WSM-20KN萬能試驗(yàn)機(jī)，長春市智能儀器設(shè)備有限公司；LX-A橡膠硬度計(jì)，溫州一鼎儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

基礎(chǔ)配方(質(zhì)量份)：EPDM4045 100，古馬隆 4，ZnO 5，硬脂酸 1，硫磺+促進(jìn)劑(NOBS+TMTD) 4.4，N330+碳酸鈣 60，防老劑 變量。

硫化條件：140℃，10MPa。

本實(shí)驗(yàn)分三次進(jìn)行，將每次得出的各因素的最優(yōu)結(jié)果用于下次實(shí)驗(yàn)的配方中。實(shí)驗(yàn)順序依次為(1)硫磺+促進(jìn)劑(4.4份)，(2)防老劑(2份)，(3)N330+鈣粉(60份)。

1.4 實(shí)驗(yàn)基本流程

配料→塑煉→混煉→下片→壓片→硫化→試樣制備→性能測試

2 性能測試標(biāo)準(zhǔn)

硬度測試依據(jù)GB/T531.1-2008進(jìn)行，拉伸性能依據(jù)GB/T 528-2009進(jìn)行，撕裂測試依據(jù)GB/T529-2008中直角型試樣進(jìn)行，老化測試參照GB/T 3512-2014標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，測試條件：150℃×168h。

耐熱輸送帶覆蓋膠材料各項(xiàng)性能指標(biāo)依據(jù)GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》中耐熱等級為T3(可耐熱不大于150℃的實(shí)驗(yàn)溫度)進(jìn)行，具體指標(biāo)見表1。

表1 T3型耐熱輸送帶覆蓋膠材料的物理機(jī)械性能

3 結(jié)果與討論

3.1 硫磺/促進(jìn)劑對三元乙丙耐熱輸送帶覆蓋膠材料性能的影響

3.1.1 硫磺/促進(jìn)劑對覆蓋膠材料硫化時間的影響

硫化體系對耐熱輸送帶覆蓋膠材料硫化時間的影響見表2。

表2 硫磺/促進(jìn)劑EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料硫化時間的影響

由表2可以看出：采用硫磺作為硫化劑，TMTD和NOBS等量并用作為硫化促進(jìn)劑，隨著硫磺用量的增加和促進(jìn)劑用量的減少，覆蓋膠的tc10和tc90呈現(xiàn)增加的趨勢。這是因?yàn)榇龠M(jìn)劑的用量減少，延長了硫化時間。

3.1.2 硫磺/促進(jìn)劑對覆蓋膠材料物理機(jī)械性能的影響

硫化體系對耐熱輸送帶覆蓋膠材料硬度的影響見表3。

表3 硫磺/促進(jìn)劑對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料硬度的影響

根據(jù)表3中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：從硫磺/促進(jìn)劑用量由0.4/4到2.0/2.4，硬度在77-84HA變化。這是因硫化膠的交聯(lián)密度隨著硫磺/促進(jìn)劑的比例變化所導(dǎo)致的。

隨著硫磺/促進(jìn)劑的增加，覆蓋膠的拉伸強(qiáng)度大致呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，在硫磺/促進(jìn)劑為1.6/2.8時出現(xiàn)最大值15.6MPa。在硫磺/促進(jìn)劑從0.4/4到1.6/2.8，這是由于硫磺與促進(jìn)劑比例適中，覆蓋膠的交聯(lián)密度增大，因此拉伸強(qiáng)度增大；但當(dāng)硫磺/促進(jìn)劑比例繼續(xù)增大時，可能硫磺的過分增加導(dǎo)致游離硫含量增大，而促進(jìn)劑的減少進(jìn)一步引起EPDM的交聯(lián)鍵數(shù)量，即交聯(lián)密度的下降，故此拉伸強(qiáng)度大幅度下降。硫磺/促進(jìn)劑比例為0.4/4到1.6/2.8范圍內(nèi)，覆蓋膠有較好的斷裂伸長率。

綜合考慮拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率的結(jié)果，選用硫磺/促進(jìn)劑比例為1.6/2.8。

3.2 防老劑對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料物理機(jī)械性能的影響

防老體系對耐熱輸送帶覆蓋膠材料物理機(jī)械性能的影響見表4。

表4 防老劑對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料物理機(jī)械性能的影響

注：防老劑、并用防老劑(1:1)用量為2份，硫磺/促進(jìn)劑為1.6/2.8，炭黑N330為60份。

根據(jù)表4中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：加入不同種類防老劑的膠料的普遍上升，加入BLE、DNP、4010NA+RD的膠料老化前后后硬度變化相對較小。加入防老劑BLE、DNP的膠料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率老化前后變化較小，說明其耐老化性能較好，其中，以防老劑BLE為最佳。這是因?yàn)锽LE對熱、氧、臭氧、氣候和屈撓等均有良好的防護(hù)性，且在膠料中較易分散。

結(jié)合表4中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選用BLE作為防老劑，用量為2份。

3.3 填料對EPDM耐熱輸送帶覆蓋物理機(jī)械膠性能的影響

實(shí)驗(yàn)采用的填料為(炭黑N330+碳酸鈣)60份，通過總量不變而改變兩者加入比例來研究填料對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠填充補(bǔ)強(qiáng)性能的影響，見表5。

表5 填料對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠性能的影響

表5(續(xù))

注：硫磺/促進(jìn)劑為1.6/2.8，BLE為2份。

由表5可以看出：當(dāng)填料中碳酸鈣比例增加(N330減少)時，膠料的綜合性能有所下降。老化前的硬度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率下降；但老化前后的性能變化率，尤其是拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率的變化率較小。結(jié)合技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性能，當(dāng)N330/碳酸鈣為60/0-30/30時，覆蓋膠的綜合性能滿足國標(biāo)GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》中耐熱等級為T3型耐熱輸送帶材料的要求。

3.4 EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠配方的確定

結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)測試的結(jié)果，考慮綜合性能及成本，本實(shí)驗(yàn)最終確定耐熱輸送帶覆蓋膠材料配方為(份)：EPDM4045 100，硫磺 1.6，NOBS 1.4，TMTD 1.4，ZnO 5，硬脂酸 1，BLE 2，古馬隆 4，N330/碳酸鈣為60/0-30/30。國標(biāo)的指標(biāo)要求與上述配方的測試結(jié)果見表6。

表6 國標(biāo)T3型的指標(biāo)要求與選定配方的測試結(jié)果比較

上述配方的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》T3型的技術(shù)要求。

4 結(jié)語

(1)實(shí)驗(yàn)所用硫磺/TMTD/NOBS比例為1.6/1.4/1.4時，覆蓋膠的硫化特性較好；

(2)防老劑BLE采用2份時，輸送帶覆蓋膠有較好的綜合性能，同時滿足技術(shù)指標(biāo)要求；

(3)填料中碳酸鈣起填充及降低成本的作用，炭黑N330對膠料可起到補(bǔ)強(qiáng)的作用，隨著炭黑用量的減少，橡膠的綜合性能隨之下降，炭黑用量與碳酸鈣用量在60/0-30/30范圍內(nèi)時，橡膠老化前后的各項(xiàng)指標(biāo)符合國標(biāo)的要求；

(4)考慮綜合性能及成本，本實(shí)驗(yàn)最終確定符合GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》耐熱等級為T3型耐熱輸送帶材料要求的配方為(份)：EPDM4045 100，硫磺 1.6，NOBS 1.4，TMTD 1.4，ZnO 5，硬脂酸 1，BLE 2，古馬隆 4，N330/碳酸鈣為60/0-30/30。

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ThePreparationandPerformanceoftheEPDMHeatResistantConveyorBeltCover

LiJingyu，SunHuijuan，WangPei，JiaLi

(Department of Applied Chemistry, Hengshui University, Hengshui 053000,China)

EPDM was used as main body material of rubber conveyor belt cover.According to the requirements of the heat resistant conveyor belt cover rubber performance, EPDM heat resistant conveyor belt cover was made by mechanical blending and chemical crosslinking, at the same time vulcanizing agent (percentage of sulfur and accelerator), antiager, filling reinforcing agent (calcium carbonate) effect on the properties of rubber.The results showed that when the sulfur/TMTD/ NOBS proportion is 1.4/1.6/1.4, the curing time can be greatly reduced; At the same time when BLE was used 2 parts and N330 was used 60 parts, the heat resistant conveyor belt cover had the best comprehensive performance.

EPDM;curing agent;antioxidant;conveyor belt

2017-07-12

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(15211222)

李靜宇(1981—),河北武邑縣人,衡水學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系講師,理學(xué)碩士。

TQ330.7

A

1008-021X(2017)18-0031-03

(本文文獻(xiàn)格式李靜宇，孫會娟，王培，等.EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料的制備及性能研究[J].山東化工，2017，46(18)：31-33.)