耐热帆布的制备及其性能研究

姚 敏 毕松梅 谢艳霞 石 杰 周业昌

（1.安徽工程大学 纺织工程重点学科实验室，安徽 芜湖 241000；2.芜湖华烨工业用布有限公司，安徽 芜湖 241000）

由于钢铁、水泥等行业蓬勃发展，耐热输送带的市场需求得到了快速提升。帆布芯耐热输送带主要用于100℃及以上高温物料的输送， 一般由带芯 （由一层或多层经压延覆胶的帆布构成）、上覆盖层、下覆盖层和边胶组成。 有时为了提高粘合性能，在覆盖胶和带芯间增设缓冲层。 帆布芯耐热输送带的结构如图1 所 示[1]。

图1 帆布芯耐热输送带结构示意图

采用棉帆布或涤棉帆布作为骨架材料生产的输送带， 强力低，质量重，使用寿命短。而用涤锦浸胶帆布作骨架材料生产的输送带，具有强力高、耐腐蚀、使用寿命长和粘合强度高等优点[2]。采用耐热涤纶浸胶帆布来生产耐热输送带可以减少骨架材料的层数，降低制造成本。

本研究是利用聚酯纤维和锦纶6 纤维设计两种新型耐热输送带骨架帆布， 对帆布进行浸渍处理来测试常温下其与贴胶的粘合性能。

1 实验部分

1.1 实验材料

涤纶工业丝1 100dtex，江苏恒力化纤股份有限公司；锦纶（6）丝1 400dtex，骏马化纤股份有限公司；NBR 胶乳，上海立深行国际贸易有限公司；VP 胶乳，山东淄博合力化工有限公司；帆布浸渍液，自制；EPDM 贴胶，青岛巨能输送带有限公司；SBR 贴胶，阜新橡胶有限公司。

1.2 实验仪器

XLB-400 平板硫化机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司；微机控制拉力试验机XFDQ WGJ-2500B Ⅱ，广西师范大学秀峰电器厂制造；电热鼓风干燥箱101A-0 型，上海三发科学仪器有限公司；78-1 型磁力搅拌器，金坛市杰瑞尔电器有限公司；DTG-60H 型热重分析仪，日本岛津公司；DSC-60A 型差热分析仪，日本岛津公司。

1.3 试样制备

实验用的骨架材料为1/1 平纹EE200 （经纬向涤纶）、NN200（经纬向都是锦纶6）的白坯布。

将制备的白坯布放入自制的帆布浸渍液中浸渍5min 左右，待浸润完全后取出，在烘箱里进行烘燥，浸胶帆布制备完成。

贴胶的厚度为1-1.1mm，长度为150mm，宽为75mm。 将烘干后的帆布裁成150mm×75mm 的长方形，按照两布三胶法（即贴胶与帆布相互交替叠加）制得试样，并修剪齐整。 试样在平板硫化机上硫化。 将硫化后的试样切成150mm×25mm 的形状，然后在拉力机上进行端部层间剥离。

1.4 性能测试

1.4.1 纤维的物理性能。 拉伸断裂性能参照GB/T14344-2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》。

1.4.2 纤维的耐热性能。 采用差示扫描量热法（DSC）从分子水平探索涤纶、锦纶6 这两种纤维的耐热性能，采用热重分析法（TG）测试两种纤维在连续的高温条件下质量跟温度的关系，条件都是以氮气为保护气。

1.4.3 粘合强度的测试。 输送带试样层间粘合强度试验按照GB/T6759-2002《织物芯输送带的层间粘合强度试验方法》进行[3-4]。

2 实验结果

2.1 纤维的物理性能

锦纶6 与涤纶纤维的性能对比见表1。由表1 可见，与涤纶相比，锦纶6 纤维的密度小，耐磨性、耐疲劳性和耐化学品性都比较好，断裂强度和断裂伸长率都高于涤纶。 由于锦纶6 大分子的端基对热比较敏感，导致其自身发脆，所以与涤纶相比，锦纶6的耐热性差些。

表1 纤维各项物理性能

2.2 纤维的耐热性能

耐热输送带对骨架材料的要求是具有良好的耐热性能，这是因为物料在运送过程中与输送带的摩擦较大，温度会升高。纤维在制成后其结构一般没有达到完全平衡， 受热后纤维会进一步发生结晶完善、内应力松弛等过程。这些过程的速度取决于与温度和机械张力有关的分子的活动性。 当温度升高时，这些过程的速度增大， 在Tg 和Tm 之间的温度范围内速度达到最大值。在接近Tm 的较高温度下，结构的无序化过程开始占主导地位，最终会由于高聚物熔融而失去纤维的形状。 所以在高于最大结晶速度对应温度的范围内，纤维的性质会发生变化，如形变模量减小，强度降低等[5]。

（1）采用DSC 方法从分子水平探索纤维的耐热性能，结果如下图（图2）所示。

图2 纤维的DSC 曲线图

从图2DSC 分析图谱可以看出， 涤纶的熔融峰温约为262℃、锦纶6 的熔融峰温约为229℃，涤纶熔融峰的温度要高于锦纶6。 涤纶分子中约含有46%酯基， 酯基在高温时能发生水解、热裂解。 涤纶分子中还含有脂肪族烃链，它能使涤纶分子具有一定柔曲性，但由于涤纶分子中还有不能内旋转的苯环，故涤纶大分子基本为刚性分子，分子链易于保持线型。 因此，涤纶大分子很容易形成结晶，故涤纶的结晶度和取向性较高，涤纶大分子的熔点较高。

锦纶6 大分子由于亚甲基数少，形成的氢键多，大分子之间的作用力强，故熔点高（229℃）。 这是因为聚酰胺纤维的熔点与大分子链中亚甲基数目的多少及基本链节中亚甲基为偶数或奇数有关。 如果亚甲基数多，大分子之间的作用力小，则纤维的熔点低，反之则熔点高。 如果基本链节中亚甲基为奇数量，纤维熔点要比亚甲基为偶数时低，因为亚甲基为偶数时全部-NH-正好对着-CO-，所以形成的氢键多；而亚甲基为奇数时只有一半的-NH-对着-CO-，形成的氢键少。

（2）热重分析法（TG）是在程序控制温度条件下测量物质质量跟温度的关系的一种技术， 其主要功能是观察质量随测试温度升高而发生的改变，从而得到试样失重百分率、初始分解温度和终止温度等信息。 该测试方法的最大优势是定量性强，并能准确地测定出物质的起始温度和分解速率，而且试样用量少，分辨率高。 纤维试样的TG 测试结果如图3 所示。

图3 纤维的TG 图

一般来说，同种纤维在相似温度段内只出现一次质量迅速降解，因此各种纤维的TG 曲线是唯一的，它们的差异见表2。

表2 纤维热分解情况对比表

从图3、表2 可见，在氮气气氛下，按照前文所述试验参数，TG 试验得到以下结果：由图4 可看出涤纶和锦纶6 都出现一个大的失重峰，这个失重峰是纤维大分子主链的分解。这个分解阶段，涤纶失重率为92.375%，锦纶6 的失重率达到83.373%，锦纶6 的失重率略低于涤纶。 涤纶的起始和终止温度都略低于锦纶6，这是由于纤维在热作用下会发生热降解，引起分子量的下降和组成的变化，在热作用下，纤维的结晶会解体，取向会下降。涤纶分子中存在苯环结构而难以热裂解，聚酰胺纤维中有酰胺基，酰胺基—CO—NH—中的C—N 键和大分子主链中的C—O 键受热后均易断裂，使大分子聚合度下降。

2.3 常温粘合性能

粘合强度是输送带产品的关键性能指标，试验结果如下面表3 所示。

表3 常温粘合性能比较

从表3 可以看出： 当试验温度为常温时， 对于贴胶采用SBR 橡胶的试样， 聚酯帆布试样的粘合强度略低于锦纶6 帆布试样，且剥离等级都是最好的，橡胶并未从帆布上剥离；当贴胶采用EPDM 橡胶的试样， 聚酯帆布试样粘合强度略低于锦纶6帆布试样，只有当胶乳是VP 时，剥离等级是极好的，即橡胶并未从帆布上剥离，其余三组都是橡胶完全从帆布上剥离。

由于VP 胶乳中引进了吡啶基团，增加了极性，因而能大大提高纤维与橡胶直接粘合的能力；NBR 胶乳中由于大分子链上引入了强极性的羧基，提高了活性和粘接强度；胶乳与间甲液配置成浸渍液后，广泛用于尼龙、涤纶、芳纶等骨架材料的浸渍，主要用于纤维和橡胶的粘合上。 EPDM 橡胶的极性小，SBR 橡胶的极性大， 根据相似相容原理，VP 胶乳能够和SBR 橡胶很好地粘合，剥离面能够达到最高等级，而NBR 胶乳和EPDM 橡胶的粘合就不是很好。

因为聚酯分子的活性不强，所以采用水基环氧树脂对其进行一浴浸渍，后与间苯二酚－甲醛－胶乳（RFL）浸渍液进行二浴浸胶，水基环氧树脂固化反应后能够生成热塑性和热固性树脂，从而能够提高粘合强度； 由于锦纶6 分子中含有较多的酰胺基氮原子，酰胺基氮原子极易与氢原子形成氢键，所以分子间的作用力和界面间的粘合强度都可以得到提高； 锦纶6 帆布通常采用RFL 浸渍液一浴浸渍来提高其与橡胶的粘合强度，浸渍液经硫化和粘合反应得到的间苯二酚－甲醛树脂中含有羟甲基，易与锦纶6 帆布中的酰胺基发生缩合反应， 且酚羟基的氧原子能够与酰胺基的氢原子形成氢键[6]，因而锦纶6 帆布在常温时也具有较好的粘合性能。

3 结论

（1）当浸渍液和贴胶相同时，NN200 骨架材料的粘合力比EE200 骨架材料大；

（2）在常温下，综合粘合力和剥离等级来看，与EPDM 橡胶相比，选用SBR 贴胶较好；

（3）在常温下，综合粘合力和剥离等级来看，NN200 与SBR的粘合效果最好。

[1]谢艳霞，宗志敏，孙桂美，等.帆布芯耐热输送带高温粘合性能的研究[J].橡胶工业，2011（12）:747-750.

[2]李桂英，陈雪存.高模量低收缩EP 帆布的研发与应用[J].广西纺织科技，2006，35（4）:9-10.

[3]Hamano N.Heat-resistant conveyor belts. JPN:JP0930624 .1997.

[4]Okamoto H，Hirase K.Heat-resistant conveyor belts. JPN:JP 60 137645.1985.

[5]毕松梅，陆娟，谢艳霞.新型改性聚酯纤维骨架帆布的制备与性能研究[J].化工新型材料，2013，41（11）:59-61.

[6]吕百龄，余传文，蒲启君，等.橡胶助剂手册[M].北京:化学工业出版社，2000:527-530.