趙之朋，俞正洲，郭 虎，劉玉帥，和 燕

（1.山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司，山東 陽(yáng)谷 252300；2.國(guó)家橡膠助劑工程技術(shù)研究中心，山東 陽(yáng)谷 252300；3.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100143）

阻燃輸送帶以鋼絲繩芯襯墊覆蓋橡膠制成，包括芯膠、鋼絲繩、覆蓋層和邊膠4個(gè)部分，可作為帶式輸送機(jī)的牽引和運(yùn)載構(gòu)件[1-2]，其特點(diǎn)為拉伸強(qiáng)度大、抗沖擊性能好、壽命長(zhǎng)、伸長(zhǎng)率小、成槽性和耐屈撓性能好，適用于長(zhǎng)距離、大運(yùn)程和高速度輸送物料[3-5]。輸送帶鋼絲繩一般由優(yōu)質(zhì)的高碳鋼（含碳量0.7%左右）拉制而成，鋼絲繩表面需要鍍鋅或者鍍銅，以增大鋼絲和橡膠之間的粘合力，同時(shí)防止鋼絲銹蝕。目前工業(yè)上使用的輸送帶鋼絲繩基本采用鍍鋅處理。

影響阻燃鋼絲繩芯輸送帶安全性能的因素較多，橡膠與鋼絲繩之間的粘合是阻燃輸送帶生產(chǎn)和使用中的關(guān)鍵[6-9]。芯膠性能很大程度上決定了阻燃輸送帶的使用壽命，芯膠與鍍鋅鋼絲的粘合性能也是影響阻燃輸送帶使用壽命的關(guān)鍵因素之一。目前生產(chǎn)的眾多阻燃鋼絲繩芯輸送帶芯膠中，大多采用粘合性能優(yōu)良的天然橡膠（NR），往往還會(huì)添加增粘效果優(yōu)良的鈷鹽[10]。由于鈷鹽較昂貴，添加粘合樹脂可以在提高芯膠與鍍鋅鋼絲粘合性能的前提下減小鈷鹽的用量，從而降低生產(chǎn)成本[11-12]。

本工作針對(duì)粘合樹脂對(duì)阻燃鋼絲繩芯輸送帶芯膠的門尼粘度、硫化特性、物理性能及芯膠與鍍鋅鋼絲靜態(tài)和動(dòng)態(tài)粘合性能的影響進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

NR，印度尼西亞產(chǎn)品；氯丁橡膠（CR）和順丁橡膠（BR），朗盛集團(tuán)產(chǎn)品；炭黑N330，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；白炭黑，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；改性間苯二酚甲醛樹脂（簡(jiǎn)稱粘合樹脂HT1005）、間苯二酚母粒（由80%間苯二酚、20%特種橡膠與分散劑組成，簡(jiǎn)稱粘合樹脂R-80）、亞甲基給予體（簡(jiǎn)稱HMMM-55）、促進(jìn)劑TBBS-80和MBTS-75、氧化鋅-80、氧化鎂-80和硫化劑S-80，山東陽(yáng)谷華泰化工有限公司產(chǎn)品；鍍鋅鋼絲簾線，中國(guó)貝爾卡特鋼簾線有限公司產(chǎn)品；其他材料均為橡膠工業(yè)常用原材料。

1.2 主要設(shè)備和儀器

XSM-1/10～120型密煉機(jī)，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機(jī)，大連誠(chéng)信橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；HS-100T-RTMO型平板硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技（深圳）有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；GT-7017-M型老化試驗(yàn)箱，高特威爾檢測(cè)儀器（青島）有限公司產(chǎn)品；3365型萬(wàn)能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；鋼絲簾線動(dòng)態(tài)粘合試驗(yàn)機(jī)，北京萬(wàn)匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.3 配方

芯膠基本配方如表1所示。

表1 芯膠基本配方 份

1.4 試樣制備

膠料采用3段煉膠工藝，一段和二段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，三段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行。一段混煉工藝：NR→炭黑N330、白炭黑和小料，共混煉275 s（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1）→排膠，溫度為（150±3） ℃。二段混煉工藝：一段混煉膠混煉180 s（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1）→排膠，溫度為（125±3） ℃。三段混煉工藝：在二段混煉膠中添加粘合樹脂、HMMM-55以及促進(jìn)劑MBTS-75和TBBS-80、硫化劑S-80，混煉均勻，下片。

停放后測(cè)試膠料的硫化特性，用平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150 ℃×20 min。試樣停放16 h后進(jìn)行性能測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能測(cè)試均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

不同粘合樹脂對(duì)膠料門尼粘度和硫化特性（150 ℃）的影響如表2所示。

表2 不同粘合樹脂對(duì)膠料門尼粘度和硫化特性的影響

從表2可以看出：與加入純鈷鹽的膠料相比，加入粘合樹脂的膠料門尼粘度降低，加工性能較好；加入粘合樹脂R-80的膠料Fmax－FL最高，與粘合樹脂R-80反應(yīng)活性高、橡膠內(nèi)分子交聯(lián)和纏結(jié)強(qiáng)有關(guān)；加入純鈷鹽膠料的t5最短，膠料的加工安全性較差，相比之下，加入粘合樹脂HT1005的膠料t5最長(zhǎng)，加工安全性較好。

由于鋼絲繩內(nèi)部縫隙較多，鋼絲繩與膠料的粘合性能除了受粘合界面強(qiáng)度影響外，很大程度上取決于膠料在鋼絲繩縫隙間的流動(dòng)滲透性能，膠料流動(dòng)性越好、焦燒時(shí)間越長(zhǎng)，膠料越能充分地在鋼絲繩縫隙中滲透和包覆，從而提供更好的粘合性能。

2.2 物理性能

硫化膠的物理性能見表3。

表3 硫化膠的物理性能

從表3可以看出：加入粘合樹脂HT1005的硫化膠具有最高的定伸應(yīng)力及拉伸強(qiáng)度；純鈷鹽膠料定伸應(yīng)力最低、拉斷伸長(zhǎng)率較高。

2.3 芯膠-鍍鋅鋼絲繩粘合性能

2.3.1 靜態(tài)粘合性能

芯膠-鍍鋅鋼絲繩的靜態(tài)粘合性能見表4。

表4 芯膠-鍍鋅鋼絲繩的靜態(tài)粘合性能

從表4可以看出：加入粘合樹脂R-80的膠料老化前靜態(tài)粘合強(qiáng)度最大，加入粘合樹脂HT1005的膠料老化前粘合強(qiáng)度最??；添加粘合樹脂的膠料老化后粘合強(qiáng)度保持率較高，尤其是添加粘合樹脂HT1005效果更明顯。

靜態(tài)粘合試驗(yàn)后抽出鋼絲表面附著有厚橡膠層。

2.3.2 動(dòng)態(tài)粘合性能

動(dòng)態(tài)粘合性能測(cè)試[13]條件為：疲勞振幅 2.0 mm，頻率 30 Hz，溫度 80 ℃，時(shí)間 120 min。

芯膠-鍍鋅鋼絲繩試樣動(dòng)態(tài)粘合試驗(yàn)后沿鋼絲繩軸面切開，可以看到鋼絲表面有大量鍍層裸露，另有少量橡膠附著，無(wú)厚橡膠層，鋼絲表面形貌與靜態(tài)粘合試驗(yàn)鋼絲表面形貌差別很大，可以看出動(dòng)態(tài)粘合試驗(yàn)的破壞層為鋼絲繩與膠料之間的粘合層，由此推斷動(dòng)態(tài)粘合試驗(yàn)獲得的破壞強(qiáng)度更能表征粘合層的真實(shí)強(qiáng)度。

芯膠-鍍鋅鋼絲繩的動(dòng)態(tài)粘合性能見表5。

表5 芯膠/鍍鋅鋼絲繩的動(dòng)態(tài)粘合性能 kN·m-1

從表5可以看出，加入粘合樹脂HT1005的膠料老化后動(dòng)態(tài)粘合強(qiáng)度最大，加入粘合樹脂R-80的膠料次之，純鈷鹽膠料最小，老化后動(dòng)態(tài)粘合強(qiáng)度與老化后靜態(tài)粘合強(qiáng)度并不一致。這是因?yàn)殪o態(tài)抽出破壞的是橡膠基體，其測(cè)試結(jié)果與橡膠基體的強(qiáng)度相關(guān)，而動(dòng)態(tài)抽出破壞的是橡膠-鋼絲繩粘合層，其測(cè)試結(jié)果為粘合層破壞強(qiáng)度，可以更準(zhǔn)確地反映粘合樹脂與鈷鹽并用時(shí)的增粘效果。同時(shí)，靜態(tài)粘合與動(dòng)態(tài)粘合試驗(yàn)得出不同的結(jié)果，這可能是由于極性的粘合樹脂在非極性的NR基體中會(huì)向鋼絲繩表面遷移，形成鋼絲繩周圍的樹脂富集層，造成鍍鋅鋼絲繩周圍膠料強(qiáng)度與橡膠基體強(qiáng)度不一致。

3 結(jié)論

（1）加入粘合樹脂后，芯膠的焦燒時(shí)間和膠料在鋼絲繩中的滲透時(shí)間延長(zhǎng)，膠料粘合強(qiáng)度保持率更高，輸送帶安全性提高。

（2）膠料交聯(lián)密度、硫化速度及定伸應(yīng)力的差異可以通過調(diào)整配方組分（如炭黑、亞甲基給予體、硫化劑和促進(jìn)劑等）用量進(jìn)行改善。

（3）靜態(tài)粘合強(qiáng)度與橡膠基體的強(qiáng)度有關(guān)，而與粘合層強(qiáng)度相關(guān)性較小。動(dòng)態(tài)粘合試驗(yàn)破壞的是橡膠-鋼絲繩粘合層，其測(cè)試結(jié)果為粘合層破壞強(qiáng)度，可以更準(zhǔn)確地反映粘合樹脂與鈷鹽并用時(shí)的增粘效果。

（4）在鋼絲繩芯輸送帶芯膠中加入粘合樹脂HT1005較加入粘合樹脂R-80的優(yōu)勢(shì)明顯，可以有效解決間苯二酚升華冒煙的問題，消除對(duì)工人健康和環(huán)境造成的危害。綜合而言，在阻燃輸送帶鋼絲繩芯膠中應(yīng)用粘合樹脂HT1005效果更優(yōu)。