礦用鋼絲繩芯輸送帶覆蓋膠阻燃性能的研究

劉世翔

（山西省節(jié)能中心有限公司，山西 太原 030045）

煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶（簡稱“阻燃帶”）要求符合《煤礦用鋼絲繩芯阻燃輸送帶》（MT668-2019）標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)前輸送帶覆蓋膠在生產(chǎn)過程中主要是以CR（氯丁橡膠）為主體膠料，加配一定量的阻燃劑進(jìn)行生產(chǎn)。從生產(chǎn)過程可知，CR 膠料工藝性能較差，加上易焦燒，產(chǎn)品的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性都存在問題。針對這一情況，開發(fā)了以SBR/BR（丁苯橡膠/丁二烯橡膠）為主體的膠料，調(diào)整相應(yīng)的配方和工藝[1-5]，研制了一種新型阻燃性能優(yōu)異的礦用阻燃帶覆蓋膠新配方。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

SBR1502（丁苯橡膠）、BR9000（丁二烯橡膠）、炭黑N220、氯化石蠟70#、Sb2O3、ZnHBO3、TCEP（磷酸三氯乙酯）。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

X（S）M-80×40 密煉機(jī)、QLB-400X400X2 框式平板硫化機(jī)、GT-7012-A 型阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)、TCS-2000 型伺服控制拉力試驗(yàn)機(jī)、K-R914 型酒精噴燈燃燒試驗(yàn)機(jī)。

1.3 試件的制備

將SBR 和BR 膠料按一定比例加入到密煉機(jī)中按常規(guī)工藝進(jìn)行混煉，要注意混煉時(shí)膠料以及阻燃劑的加料順序；將混煉膠置于平板硫化機(jī)中進(jìn)行硫化作業(yè)，硫化條件：145 ℃+ 45 min。

1.4 性能測試

膠料力學(xué)性能和阻燃性能按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 主體膠料對阻燃性能的影響

橡膠是一種含碳有機(jī)高分子聚合物，燃燒性能較好，其燃燒為熱分解、燃燒、持續(xù)燃燒三個(gè)階段。（1）熱分解階段。當(dāng)橡膠溫度達(dá)到其燃燒點(diǎn)溫度后，有機(jī)大分子的長鏈就逐漸發(fā)生斷裂，無明火出現(xiàn)。（2）燃燒階段。長鏈?zhǔn)軣釘嗔押蟮漠a(chǎn)物與O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放光、熱，促進(jìn)低分子量可燃物的生成。（3）持續(xù)燃燒過程，光、熱加速有機(jī)大分子長鏈的斷裂和低分子量可燃物的生成，直至可燃物燃盡為止。

CR、SBR、BR 的氧指數(shù)分別為38～41、21～22、18～19，CR 的氧指數(shù)最大，但是其加工缺點(diǎn)較多。試驗(yàn)確定采用SBR/BR 并用具有較好的氧指數(shù)，加入阻燃劑后，其磨損性能也較好，可以有效地保障阻燃帶覆蓋膠的使用壽命。

選 擇SBR/BR 并 用 比 為：70/20、30/20、60/40、50/50、40/60 五種比例，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進(jìn)行酒精噴燈燃燒試驗(yàn)和力學(xué)性能測試。試驗(yàn)結(jié)果表明：SBR/BR 并用比為60/40 時(shí)，無焰燃燒平均值較高，無焰燃燒較大，這時(shí)強(qiáng)度較為合適，耐磨性能較好。綜合混煉膠包輥因素、吃粉速度快慢因素，確定配方中SBR/BR 并用比為60/40。

2.2 阻燃體系對阻燃性能的影響

在覆蓋膠的配方中如果加入一定量的阻燃劑，會(huì)提高其阻燃性能，但是會(huì)降低其磨耗性能，因此必須確定合適的阻燃體系，在保障阻燃性能的基礎(chǔ)上不影響覆蓋膠的其他性能。

覆蓋膠的燃燒主要分為有焰燃燒和無焰燃燒兩種方式。在覆蓋膠的有焰燃燒過程中，試驗(yàn)確定鹵系化合物為較好的阻燃體系。選擇Sb2O3用量分別為5 份、10 份、15 份、20 份、25 份，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進(jìn)行酒精噴燈燃燒試驗(yàn)和力學(xué)性能測試。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)Sb2O3用量從5 份增加到25 份時(shí)，有焰燃燒時(shí)間表現(xiàn)為減小趨勢，拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)為減小趨勢，拉斷伸長率表現(xiàn)為減小趨勢，但是無焰燃燒時(shí)間表現(xiàn)為增加趨勢，體積磨耗量表現(xiàn)為增加趨勢。綜合考慮，確定Sb2O3用量為10 份。

在覆蓋膠的無焰燃燒過程中，試驗(yàn)確定ZnHBO3具有最佳的阻燃效果。選擇ZnHBO3用量分別為10 份、15 份、20 份、25 份、30 份，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進(jìn)行酒精噴燈燃燒試驗(yàn)和力學(xué)性能測試。試驗(yàn)結(jié)果表明：有焰燃燒時(shí)間表現(xiàn)為減小趨勢（減小幅度?。?，拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)為減小趨勢，拉斷伸長率表現(xiàn)為減小趨勢，無焰燃燒時(shí)間表現(xiàn)為減小趨勢，體積磨耗量表現(xiàn)為增大趨勢。綜合考慮，確定ZnHBO3用量為20 份。

2.3 填充體系對阻燃性能的影響

SBR+BR 兩者都屬于非結(jié)晶橡膠，制備成阻燃帶覆蓋膠時(shí)必須填充一定量的補(bǔ)強(qiáng)填料，這樣才能保障其具有較好的力學(xué)性能。在阻燃帶覆蓋膠中一般都會(huì)添加粒徑較細(xì)的炭黑提高材料的耐磨耗性能，在生產(chǎn)過程中炭黑易出現(xiàn)分散不均現(xiàn)象，試驗(yàn)確定添加N330 可以做為較好的補(bǔ)強(qiáng)填充劑。選擇炭黑用量分別為40 份、45 份、50 份、55 份、60 份，保持配方中其他組分和用量不變的情況下，對制備的覆蓋膠進(jìn)行酒精噴燈燃燒試驗(yàn)和力學(xué)性能測試。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著炭黑用量從40 份增加到60 份的過程中，覆蓋膠有焰燃燒時(shí)間表現(xiàn)為增大趨勢（增大幅度?。鞆?qiáng)度表現(xiàn)為增加趨勢，拉斷伸長率表現(xiàn)為減小趨勢，無焰燃燒時(shí)間表現(xiàn)為增大趨勢，體積磨耗量表現(xiàn)為減小趨勢。綜合考慮，確定炭黑用量為45 份。

2.4 增塑體系對阻燃性能的影響

試驗(yàn)表明，添加液態(tài)增塑劑可以明顯改善混煉膠的均勻性，降低無焰燃燒最大值。試驗(yàn)確定在覆蓋膠中添加一定量的TCEP（磷酸三氯乙酯）后，具有較高的阻燃效率。由于Sb2O3+鹵系化合物阻燃體系當(dāng)中具有的70#氯化石蠟也具有增塑作用，因此綜合確定TCEP 用量為5 份。

3 覆蓋膠配方的確定和性能檢測

3.1 覆蓋膠配方的確定

通過試驗(yàn)優(yōu)化，確定本次以SBR+BR 為主體膠料的覆蓋膠配方如下：SBR/BR 并用比為60/40，鹵系化合物體系中Sb2O3用量為10 份，ZnHBO3用量為20 份，炭黑用量為45 份，TCEP用量為5 份。

3.2 產(chǎn)品性能

采用研發(fā)的以SBR/BR 并用膠為主體膠料的新型阻燃帶覆蓋膠配方生產(chǎn)了阻燃帶覆蓋膠，對比以CR 為主體膠料的覆蓋膠，該配方在煉膠、壓延、成型各工序性能較為優(yōu)異，混煉膠在常溫存放條件下，無焦燒現(xiàn)象發(fā)生。

以該覆蓋膠生產(chǎn)的新型阻燃帶的檢測結(jié)果如下：

覆蓋膠性能：拉伸強(qiáng)度為16.2 MPa，拉斷伸長率為400%，磨耗量為187 mm3；70 ℃+168 h 熱空氣老化后，拉伸強(qiáng)度變化率為-4%，拉斷伸長率變化率為-14%；

表面電阻：上表面電阻為1.7×105Ω，下表面電阻為1.9×105Ω；

輥筒摩擦試驗(yàn)：輥筒表面最高溫度為291 ℃，無火焰及火星；

酒精噴燈燃燒試驗(yàn)：全厚度有焰平均值1.7 s，全厚度有焰最大值3.1 s；全厚度無焰平均值1.5 s，全厚度無焰最大值4.1 s；剝?nèi)ジ采w膠有焰平均值1.7 s，剝?nèi)ジ采w膠有焰最大值4.2 s；剝?nèi)ジ采w膠無焰平均值1.8 s，剝?nèi)ジ采w膠無焰最大值為5.2 s。

4 總結(jié)

利用SBR/BR 并用膠為主體膠料研發(fā)了新型阻燃帶覆蓋膠配方，阻燃帶的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝可控，各項(xiàng)性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)。新型阻燃帶在山西汾西礦業(yè)高陽煤礦和山西離柳焦煤集團(tuán)朱家店煤礦的各帶式輸送機(jī)上進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。