探究基于RFID 芯片的包膠橡膠傳送帶制備方法

孔德松，李強，焦清偉，沈玉海

(山東億和橡膠輸送帶有限公司，山東 棗莊 277000)

0 引言

傳送帶是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備，其性能和質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[1]。傳統(tǒng)的傳送帶在物流和生產(chǎn)管理方面存在一些限制，無法提供實時的物料追蹤和管理功能[2]。隨著科技的不斷進步，基于RFID(射頻識別)技術(shù)的傳送帶展現(xiàn)出了巨大的潛力[3]。RFID 技術(shù)利用射頻通信和數(shù)據(jù)存儲的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)物料的自動識別、追溯和監(jiān)控，從而提高生產(chǎn)管理的效率和精確度[4]。本文對采用RFID 芯片的包膠橡膠傳送帶的制備方法進行深入研究，并基于RFID 芯片的特性和選擇標(biāo)準(zhǔn)提出一種包膠橡膠傳送帶的制備方法，通過對橡膠材料配方、傳送帶結(jié)構(gòu)、RFID 芯片的嵌入與包膠固化的方法設(shè)計，并對其性能進行評估，旨在為工業(yè)生產(chǎn)提供一種有效的解決方案，以提高傳送帶的識別準(zhǔn)確性、使用壽命和可追溯性。本研究的目標(biāo)是為工業(yè)生產(chǎn)提供一種智能化的傳送帶解決方案，為物流管理和生產(chǎn)追溯提供更高效、準(zhǔn)確和可追溯的手段。

1 RFID 芯片的特性和選擇標(biāo)準(zhǔn)

RFID 是一種無線通信技術(shù)，用于自動識別和跟蹤物體[5]。RFID 系統(tǒng)由三個主要部分組成：RFID 讀寫器、RFID 標(biāo)簽和后端系統(tǒng)。RFID 芯片是嵌入在RFID 標(biāo)簽中的微型集成電路芯片，它包含一個天線和一個存儲器，用于存儲和處理數(shù)據(jù)，RFID 芯片使用無線電波進行通信，與RFID 讀寫器進行互動。當(dāng)RFID 標(biāo)簽靠近RFID 讀寫器時，讀寫器會向標(biāo)簽發(fā)送無線電波信號。標(biāo)簽內(nèi)的芯片接收到信號后，通過感應(yīng)電磁場中的能量進行激活后，將存儲在芯片中的數(shù)據(jù)發(fā)送回讀寫器。讀寫器可以讀取標(biāo)簽中存儲的數(shù)據(jù)，也可以向標(biāo)簽寫入新的數(shù)據(jù)。

RFID 芯片在選擇上有不同的類型和功能，有些芯片只能存儲少量的數(shù)據(jù)，如標(biāo)識碼或序列號，用于唯一標(biāo)識物體。有些芯片則具有更大的存儲容量，可以存儲更多的信息，如產(chǎn)品詳細信息、庫存數(shù)據(jù)等。某些高級芯片還具有加密功能，用于安全應(yīng)用，如身份驗證或支付系統(tǒng)。本文研究的包膠橡膠傳送帶制備方法中，采用Active RFID 芯片(主動式RFID 芯片)，其具有較長的讀取距離和實時定位功能，適用于需要實時監(jiān)測和追蹤傳送帶位置的應(yīng)用。

2 基于RFID 芯片的包膠橡膠傳送帶制備

2.1 橡膠材料配方設(shè)計

包膠橡膠傳送帶是一種常見的工業(yè)輸送設(shè)備，用于將物料從一個地點輸送到另一個地點，在惡劣的工作環(huán)境下需要具備優(yōu)異的耐磨性、耐張力、耐熱性和抗裂性能[6]。橡膠材料配方的設(shè)計需滿足傳送帶在各種工作條件下的性能要求，包括耐磨性、耐裂性、抗拉強度和耐化學(xué)腐蝕性，本文設(shè)計的橡膠材料配方包括橡膠基料、加硫體系、填料和助劑等成分，材料配方如表1 所示。

表1 橡膠材料配方表

在包膠橡膠傳送帶的制備中，使用天然橡膠作為橡膠基料，天然橡膠具有良好的柔韌性和耐磨性，是制備傳送帶的理想材料。其規(guī)格參數(shù)包括純度和Mooney 黏度，要求天然橡膠的純度達到99% 以上，Mooney 黏度在一定范圍內(nèi)。加硫體系包括加硫劑、加硫促進劑和加速劑，配料設(shè)計中加硫劑使用硫磺，加硫促進劑使用二苯基硫酚類(例如MBT)，加速劑常使用硫化促進劑(例如CBS)，這些成分的具體規(guī)格參數(shù)需要根據(jù)橡膠材料的需求進行調(diào)整，以獲得最佳的加硫效果。

橡膠基料確定后需要確定填料的材料配比，填料在橡膠材料配方中起到增強材料強度和改善耐磨性的作用，設(shè)計中填料包括炭黑和高分子聚合物。炭黑能夠提高傳送帶的耐磨性和強度，使用的品牌為N550 炭黑，其規(guī)格參數(shù)以碘吸附值(iodine adsorption number)來表示，要求在35 mg/g±5 mg/g之間。高分子聚合物(例如EPDM) 能夠增加傳送帶的耐裂性和強度，其規(guī)格參數(shù)以乙烯含量(ethylene content) 來表示，要求在50 mol%±5 mol% 之間。助劑是為了滿足傳送帶在不同工作條件下的要求而添加的成分，本次設(shè)計的助劑包括防老劑和增塑劑，防老劑用于延長傳送帶的使用壽命，使用的品牌為RD(TMQ)，其規(guī)格參數(shù)包括外觀和熱損失(heating loss)；增塑劑用于提高橡膠材料的柔韌性，使用品牌為DOP，其規(guī)格參數(shù)包括密度(density) 和黏度(viscosity)。

2.2 傳送帶結(jié)構(gòu)設(shè)計

包膠橡膠傳送帶主要由帶體、膠層和帶接頭三部分組成。帶體是傳送帶的主要承載部分，通常采用多層織物增強層與橡膠覆蓋層相結(jié)合的方式，以提高其承載能力和抗拉強度，結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 傳送帶結(jié)構(gòu)圖

膠層是位于帶體表面的橡膠覆蓋層，主要用于提供摩擦力和保護帶體；帶接頭是傳送帶的連接部分，需要具備良好的強度和可靠性。在膠層的設(shè)計中，首先選擇的材料包括鋼絲繩、合成纖維簾線和簾布。鋼絲繩具有高強度和優(yōu)異的抗拉性能，適用于承載重載和遠距離輸送的場合；合成纖維簾線具有輕質(zhì)、高強度和耐磨性能，常用于中小型傳送帶；簾布由多層合成纖維布層構(gòu)成，具有較好的柔韌性和抗撕裂性能，適用于特殊工況或高速輸送。結(jié)構(gòu)設(shè)計采用多層的形式，多層骨架層由多根鋼絲繩或合成纖維簾線編織而成，可以提供更高的抗拉強度和穩(wěn)定性；單層骨架層由單根鋼絲繩或合成纖維簾線構(gòu)成，適用于較小載荷和短距離輸送的情況；簾布骨架層通常由多層合成纖維布層疊加而成，能提供較好的柔韌性和適應(yīng)性。根據(jù)輸送物料的重量和速度，需要計算所需的傳送帶張力，傳送帶的張力由驅(qū)動裝置提供，傳送帶張力T的計算公式如式(1) 所示：

式中：T為張力(N)；P為輸送物料的重量(kg/m)；V為傳送帶的線速度(m/s)。

然后用鋼絲繩和合成纖維簾線作為骨架材料，采用編織方式來構(gòu)建骨架層，編織方式為Z 形編織，其具有更高的強度和耐磨性，適用于極端工況或特殊需求。

2.3 RFID 芯片的嵌入

嵌入RFID 芯片是制備基于RFID 技術(shù)的包膠橡膠傳送帶的重要步驟。在嵌入過程中，選擇合適的嵌

入位置和固定方式，以確保芯片的穩(wěn)固性和可靠性。本文采用熱壓法作為芯片在傳送帶中的嵌入方式，使用切割工具根據(jù)RFID 芯片的尺寸和形狀在傳送帶的底部位置切割成2 mm×12 mm×12 mm 的芯片槽，槽的尺寸與芯片尺寸相匹配且略大于芯片尺寸，確保芯片能夠嵌入槽中并保持穩(wěn)固。為確保芯片槽沒有殘留的雜質(zhì)且表面平整，在切割完成后使用氣體噴槍對芯片槽進行清潔，將RFID 芯片放入預(yù)先準(zhǔn)備好的芯片槽中，確保芯片與槽底接觸，并保持水平。之后使用熱壓設(shè)備，根據(jù)芯片的最高耐溫和熱敏性將橡膠傳送帶加熱至160 ℃，將預(yù)先裝配好的壓力裝置(如加熱板)放置在加熱傳送帶上方，并施加足夠的壓力使橡膠材料軟化和流動，熱壓嵌入的壓力P的計算公式為：

式中：F為施加在傳送帶上的嵌入力；A為嵌入?yún)^(qū)域的面積。

等對手走到二十步外，喬十二郎鎮(zhèn)定地點燃焰火，“忽通”一聲，眾人眼前一亮，只見兩團湯圓大小的火球，快如流星，撞在對手身上，噼啪炸開，轉(zhuǎn)瞬之間，兩三個兵士已成火人，手足狂舞，大叫不止。其他人正在驚恐，第二撥、第三撥火球攻到，兵士計有七八個人被襲點燃。

在施加壓力的同時，讓傳送帶在加熱設(shè)備中保持5 min，使RFID 芯片完全固定在傳送帶底部。

2.4 包膠固化

紫外線固化設(shè)備在包膠橡膠傳送帶固化中應(yīng)用廣泛。本文使用Dymax BlueWave MX-150 型號的紫外線固化設(shè)備進行傳送帶包膠固化。在進行固化之前，必須確保工作區(qū)域清潔、干燥，并且配備適當(dāng)?shù)淖o目鏡和手套，以保護工作人員免受紫外線輻射。首先需要確定固化所需的紫外線輻射強度，紫外線輻射強度I的計算公式為：

式中：P為紫外線燈管的功率(W)；A為固化區(qū)域的面積(cm2)。

本文設(shè)定紫外線燈管的功率為250 MW/cm2，設(shè)定固化時間為10 s。在開始固化之前，打開紫外線固化設(shè)備，讓紫外線燈管預(yù)熱至穩(wěn)定的工作溫度。之后將已嵌入RFID 芯片的橡膠傳送帶放置在固化設(shè)備的工作臺上，保證芯片位于固化區(qū)域內(nèi)，以確保固化效果的一致性。將紫外線燈管置于傳送帶的固化區(qū)域上方，并保持適當(dāng)距離，并根據(jù)設(shè)備的規(guī)格和傳送帶的特性進行調(diào)整，以確保紫外線能夠均勻地覆蓋整個固化區(qū)域。最后啟動紫外線固化設(shè)備，開始輻射紫外線光束進行固化。在固化過程中，紫外線會引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，將橡膠材料固化，并確保在設(shè)定的固化時間內(nèi)完成固化過程。當(dāng)固化完成后，將傳送帶放置在通風(fēng)區(qū)域或冷卻臺上進行冷卻，確保傳送帶在固化后能夠達到所需的強度和性能。

3 包膠橡膠傳送帶的性能評估

3.1 性能評估環(huán)境

包膠橡膠傳送帶的性能評估是確保其質(zhì)量和可靠性的重要環(huán)節(jié)，分別采用不同的測試設(shè)備對包膠橡膠傳送帶的各項性能進行測試，其中包括采用Taber耐磨試驗機測試傳送帶的耐磨性能、萬能試驗機評估傳送帶抗拉強度和耐撕裂性能、疲勞試驗機評估傳送帶在長期運行中的耐久性。耐磨試驗機的磨損輪壓力為500 N，磨損輪轉(zhuǎn)速為500 r/min；萬能試驗機試驗速度為500 mm/min；疲勞試驗機施加負荷為1 000 N，循環(huán)次數(shù)為50 000 次。

3.2 性能評估結(jié)果

性能評估環(huán)境確定后，對傳送帶的各項性能進行5 次測試，耐磨性能采用滾筒式磨損試驗，測試參數(shù)為固定的磨損輪壓力、磨損輪轉(zhuǎn)速和試驗時間，通過磨損前后傳送帶的質(zhì)量損失計算質(zhì)量損失速率(mm3/s)來評估耐磨性能；使用萬能試驗機對包膠橡膠傳送帶進行拉伸和撕裂試驗，記錄拉伸試驗測量的傳送帶最大抗拉強度(MPa) 以及撕裂強度(N/mm) 來評估傳送帶的強度性能；采用循環(huán)負荷試驗，固定施加負荷值，進行周期性負荷并記錄傳送帶的循環(huán)疲勞壽命，5 次的實驗結(jié)果如表2 所示。

表2 傳送帶性能測試結(jié)果

實驗數(shù)據(jù)顯示了包膠橡膠傳送帶的性能評估結(jié)果。耐磨性能測試中，包膠橡膠傳送帶的質(zhì)量損失速率 最 高 為0.035 mm3/s，最 低 為0.030 mm3/s，平 均 值0.032 mm3/s，表明其具有較高的耐磨性能；在強度測試中，包膠橡膠傳送帶的最大抗拉強度最高為24.8 MPa，最低為24.3 MPa，平均值24.58 MPa，顯示出良好的強度特性；撕裂試驗結(jié)果顯示，包膠橡膠傳送帶的撕裂強度最高為45.3 N/mm，最低為44.8 N/mm，平均值45.06 N/mm，表明其具有良好的撕裂性能；疲勞壽命測試結(jié)果顯示，包膠橡膠傳送帶經(jīng)過50 030 次循環(huán)負荷后仍保持正常運行，顯示出優(yōu)異的疲勞壽命。實驗結(jié)果表明，基于RFID 芯片的包膠橡膠傳送帶在耐磨性能、強度特性、撕裂性能和疲勞壽命方面表現(xiàn)出卓越的性能，具備廣闊的應(yīng)用潛力。

4 結(jié)語

通過對基于RFID 芯片的包膠橡膠傳送帶進行耐磨性能、強度特性和疲勞壽命等方面的評估，得出了一系列較好的實驗結(jié)果。該傳送帶在耐磨性能方面表現(xiàn)出低質(zhì)量損失速率，并具備高抗拉強度和伸長率，以及優(yōu)異的撕裂強度和撕裂延伸率，此外經(jīng)過大量循環(huán)負荷測試后，傳送帶仍能保持正常運行，表現(xiàn)出出色的疲勞壽命。因此基于RFID 芯片的包膠橡膠傳送帶具有優(yōu)異的性能，適用于多種工業(yè)應(yīng)用，未來的研究可以進一步探索其在實際生產(chǎn)環(huán)境中的應(yīng)用，并對其性能進行更深入的研究和優(yōu)化。