徐春美，尤兆鑫

(泰克國際（上海）技術橡膠有限公司，上海 201600)

煤炭帶式輸送機滾筒用包覆層俗稱“滾筒包膠”，對于帶式輸送機系統(tǒng)來說滾筒包膠是必不可少的，如果沒有滾筒包膠，金屬滾筒表面會逐漸氧化，而且運載的物料也會對金屬滾筒表面產生磨損、腐蝕；金屬滾筒的表面十分光滑，在輸送系統(tǒng)中摩擦力不足，會發(fā)生輸送帶打滑的現(xiàn)象，影響輸送系統(tǒng)的正常運轉，所以滾筒包膠是滾筒表面保護、增大摩擦力的必須產品；它具有很好的抗沖擊能力，能夠減少輸送帶在滾筒表面的打滑現(xiàn)象，這些對于帶式輸送機運轉體系是非常重要的。

煤礦的安全生產非常重要，井下輸送帶要求阻燃抗靜電，同時也要求滾筒包膠具有阻燃抗靜電性能，傳統(tǒng)的阻燃配方生膠體系會選用氧指數(shù)高的氯丁橡膠，氯丁橡膠價格高，工藝性能不好，易焦燒、粘輥筒。本文采用氧指數(shù)比較低天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠三種生膠與阻燃、補強、防護、硫化體系并用，開發(fā)出滿足MT/T 962-2019《煤炭帶式輸送機滾筒用包覆層》[1]要求的包覆層覆蓋膠，膠料工藝性能好，性價比高。

1 配方設計

1.1 生膠體系

滾筒包膠包覆層配方生膠選用天然橡膠/ 丁苯橡膠/ 順丁橡膠并用，這個組合在橡膠工業(yè)中廣泛應用于輪胎、輸送帶、橡膠履帶、膠管等常見的橡膠產品；三種生膠單獨使用時有各自的缺陷，并用后可以相互補缺，三者的并用膠在低溫性能、耐屈撓、耐磨性等方面得以加強，具有良好的物理機械性能。

1.2 補強體系

在天然橡膠/ 丁苯橡膠/ 順丁橡膠三者中，天然橡膠是結晶型橡膠，具有自補強性，丁苯橡膠和順丁橡膠都是非結晶型橡膠，自補強性很低，需要通過添加補強劑來實現(xiàn)膠料的強度和耐磨性的提高；炭黑作為一種高導電性能材料，考慮導電及加工性能，優(yōu)先考慮橡膠工業(yè)中常用的N220 中超耐磨炭黑，炭黑的基本粒子是由石墨類物質構成，在橡膠中添加到一定的量，混煉均勻后，炭黑粒子之間相互形成了導鏈，具有導電功能，可以避免輸送帶和滾筒在運行過程中產生靜電，引發(fā)煤礦火災。不同結構炭黑的硫化膠體積電阻率見表1[2]。

表1 不同結構炭黑的硫化膠體積電阻率

1.3 防護體系

天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠都是二烯類橡膠，由于分子鏈主鏈結構中含不飽和的雙鍵，導致這類橡膠耐老化性能不好，必須通過添加防老劑來提升老化性能；防老劑6PPD 能夠防止在靜態(tài)和動態(tài)操作條件下的疲勞降解；防老劑TMQ 作為自由基消除劑，廣泛用于橡膠中防止氧化老化作用。配方中選用防老劑6PPD 和防老劑TMQ 并用，這兩種防老劑是橡膠工業(yè)中常用防老劑。

1.4 阻燃體系

本文選用氯化石蠟、十溴二苯醚、硼酸鋅、三氧化二銻（Sb2O3）組合作為阻燃體系。軟化體系一般是油類產品，屬于易燃物，在本次配方設計中不添加，它不利于阻燃性能的提高。

1.4.1 鹵-銻組合（X-Sb）

鹵-銻組合（X-Sb），這個阻燃配合中，含鹵素化合物一般與具有協(xié)同作用的阻燃劑并用，這類阻燃劑有很多種，最常用的是Sb2O3。

鹵-銻協(xié)同組合的氣相阻燃反應機理是：在高溫下Sb2O3與鹵系阻燃劑反應，生成三鹵化銻或者鹵氧化銻[3]。

生成的鹵氧化銻又在比較寬泛的溫度范圍內按下面的反應繼續(xù)分解為三鹵化銻，這是一個吸熱的反應過程，可降低橡膠的本體的溫度與分解速率，不利于燃燒的繼續(xù)進行。

在更高溫度下，固態(tài)的三氧化二銻會氣化成氣態(tài)三氧化二銻。

三鹵化銻氣體的密度比較大，（三氯化銻密度3.14 g/cm3，三溴化銻密度4.15 g/cm3），膠料燃燒產生的三鹵化銻氣體的密度比空氣大的多，不易擴散，覆蓋在橡膠表面，起到隔絕空氣的作用，由于空氣不能繼續(xù)與橡膠本體接觸，在缺少氧氣的情況下，燃燒便不能繼續(xù)進行。

1.4.2 硼酸鋅-鹵組合

硼酸鋅是一種無機的阻燃劑，它是由B2O3、ZnO、和H20 組成的無機化合物，當燃燒達到260℃以上的高溫時，結晶水會脫出形成水蒸氣，水蒸氣蒸發(fā)吸收了大量的燃燒熱，稀釋了生成的可燃氣體和空氣中氧氣濃度[4]，緩和燃燒過程；硼酸鋅在燃燒過程中分解B2O3，這是一種表面有滑膩感、穩(wěn)定的玻璃態(tài)物質，能夠覆蓋在橡膠表面，起到一層保護膜的作用，隔絕空氣和膠料內部生成的可燃氣體接觸，起到阻燃作用。由于橡膠配方中添加含有鹵素的的阻燃劑，燃燒過程中會分解產生BX3和B2O3,BX3與水蒸氣反應生成HX 氣體，燃燒的火焰中存在生成的鹵素游離基，該游離基能阻止羥基游離基的鏈反應，從而起到阻燃作用[5]。

1.5 硫化體系

天然橡膠/ 丁苯橡膠/ 順丁橡膠都是二烯類橡膠，分子鏈主鏈含有大量的雙鍵，選用了生產安全性好和物理機械性能高的普通硫磺硫化體系。

2 配方及性能評價

2.1 主要試驗設備及儀器

PHM-2.2 型小密煉機，壁宏機械工業(yè)股份有限公司產品；XK-160 型開煉膠，無錫第一橡塑機械有限公司產品；LX-A 型橡膠硬度計、MZ-4060 型滾筒式磨耗機、401A 型老化箱，江蘇明珠試驗機械有限公司產品；GT-M2000A 型無轉子硫化儀，高鐵科技股份有限公司產品；ZY6155A 型氧指數(shù)測定儀，東莞市中諾質檢儀器設備有限公司產品；SN-30TYJ/B型試驗平板硫化機，無錫森納精密機械設備廠產品；XLB-Q2200×10 700 mm 平板硫化機，青島祥杰橡膠機械有限公司產品；壓延機XY-Γ810×2430，大連華韓橡塑機械有限公司產品。

2.2 配方與工藝

2.2.1 經過反復試驗測試，確定配方如下：（單位：份）

NR 50.0，SBR1502 15.0,BR9000 35.0,N220 炭黑55.0,硼酸鋅15.0，三氧化二銻12.0，氯化石蠟-70 15.0，十溴二苯醚18.0，防老劑TMQ 1.5,防老劑6PPD 1.5，硫磺+ 促進劑+ 活性劑10.0。

2.2.2 混煉工藝

采用兩段混煉工藝,

一段在PHM-2.2 型小密煉機中進行，密煉投料順序為；

二段：在XK-160 小開煉機上進行；

一段母膠熱煉包輥后留一定量積膠→加硫磺、促進劑吃盡→薄通打卷三次→三角包三次后出片。

2.2.3 硫化工藝

在平板硫化機上，將模具在15 ℃條件下預熱30 min,然后按照150 ℃×20 min,壓力10 MPa 硫化試片。

2.2.4 混煉膠性能測試結果

混煉膠性能測試結果結果見表2。

表2 混煉膠性能測試結果

2.3 成品試生產工藝及成品評價

2.3.1 混煉及硫化工藝

（1）混煉：采用兩段混煉，一段采用190 L 密煉機生產，轉速35 r/min，上頂栓壓力7.0±0.5 kgf/cm2，投料順序為：生膠、小藥、炭黑→90 ℃升上頂栓、清掃、加阻燃劑→135 ℃升上頂栓、清掃→150 ℃排膠。二段工藝：轉速28 r/min,上頂栓壓力4.0±0.5 kgf/cm2，2/3 一段母膠、硫磺+ 促進劑、1/3 一段母膠→80 ℃升上頂栓、清掃→100 ℃升上頂栓、排膠。

（2）成型硫化：將混煉膠在壓延生產線上熱煉、壓延出片、墊布收卷，停放8 h 后將膠料移動至XLB-Q2200×10 700 mm 平板硫化機后面的移動專用放卷裝置上放卷，然后平鋪在可移動托板上復合，定長裁斷，然后將復合好的膠坯隨托板送入平板硫化機硫化，硫化條件150 ℃×40 min，壓力14 MPa。

2.3.2 滾筒用包覆層成品性能

在試生產的包覆層成品上裁樣，送至國家安全生產上海礦用設備檢測檢驗技術中心測試，其測試性能數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 成品數(shù)據(jù)

3 結論

（1）采用氧指數(shù)比較低的天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠與不同阻燃體系、補強體系等并用，開發(fā)出了滾筒用包覆層膠料，其性能全部達到標準MT/T 962-2019《煤炭帶式輸送機滾筒用包覆層》的要求；酒精噴燈燃燒性能、酒精燈燃燒性和表面電阻性能遠高于MT/T 962-2019 的要求，產品現(xiàn)在已經批量上市，在國內很多煤礦使用。

（2）天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠價格目前的市場價格在13 000 元/t 左右，氯丁橡膠價格55 000元/t 左右，成本優(yōu)勢明顯；新配方膠料在煉膠、壓延、成型復合、硫化的過程中工藝性能好于氯丁橡膠配方的膠料。