EPDM/CR共混耐热输送带覆盖层的制备及性能

李静宇，孙会娟，王 培，贾 丽



EPDM/CR共混耐热输送带覆盖层的制备及性能

李静宇，孙会娟，王 培，贾 丽

(衡水学院 化工学院，河北 衡水 053000)

采用氯丁橡胶(CR)与三元乙丙橡胶(EPDM)作为耐高温输送带覆盖胶，通过不同配方设计，着重研究了覆盖胶的耐热性能．探讨了CR和白炭黑配比及防老剂种类对共混物力学性能和耐热老化性能的影响．结果表明：CR与EPDM共混比为10/90，白炭黑用量为20份，防老体系为4010NA和DNP共用时，胶料具有良好的耐热耐老化性能．

三元乙丙橡胶；氯丁橡胶；输送带；耐热性；防老剂

输送带应用于距离较短、输送量较大的场合．随着我国工业化技术水平的不断提高，在不同环境中对输送带性能的要求也不断提高，尤其是在冶金、焦化、建筑等行业中热物料的输送，要求输送带具有良好的耐热性[1-2]．输送带耐热性的高低主要由其表面覆盖层决定．CR作为用量最大的耐热输送带覆盖层材料之一，其分子链的双键上连接有氯原子，使得双键和氯原子都变得不活泼[3]．CR具有良好的稳定性、耐热性、耐候、耐臭氧、耐油、耐水、耐化学腐蚀和耐透气性等，可在80 ~ 100 ℃长期使用，短期可耐120 ~ 150 ℃[4-6]．CR虽然价格相对较低，但在耐高温橡胶材料中，其耐高温性能处于较低端的水平，制成的输送带产品也因耐高温性能不足而出现覆盖胶老化、龟裂、脱层等问题[7]．为提高CR覆盖层的耐热性，本实验选用耐热性良好的EPDM与其共混，改变防老剂种类及白炭黑用量，进而提高CR耐热输送带覆盖层的耐热性，扩大CR的使用范围，提高热材料的输送效率，降低热材料的输送成本．

1 实验部分

1.1 主要原料

实验中所用的原材料如下：CR SN32，山纳合成橡胶有限责任公司；EPDM4045，吉林石化；CPE135A，烟台泓铭化工制品有限公司；防老剂RD、DNP，天津市茂丰橡胶助剂有限公司；4010NA，江苏圣奥化学科技有限公司；BLE，晋城天成化工有限公司；氧化镁，天津市塘沽邓中化工厂；炭黑N220，上海复瑞化工有限公司；白炭黑HT-199，潍坊海之源化工有限公司；轻质碳酸钙XF-6008，井陉县丰和钙业有限公司；DCP，成都艾科达化学试剂有限公司；其他助剂均为常用工业助剂．

1.2 实验设备及测试仪器

橡胶开炼机XK-160，大连嘉尔新橡胶机械有限公司；平板硫化机XLB-D350×350，青岛华天鑫工贸有限公司；无转子硫化仪JC-2000E，江都市精诚测试仪器厂；老化试验箱KHSB-408L，合肥安科环境试验设备有限公司；微机控制电子万能试验机WSM-20KN，长春市智能仪器设备有限公司；邵氏硬度计LX-A，莱州市德州试验仪器有限公司．

1.3 实验配方

实验过程中所涉及的基本配方如下(质量份，下同)：

CR+EPDM，100；防老剂RD/4010NA/BLE/DNP，2(单独使用或并用总量)；N220+白炭黑，50；CPE，3；ZnO，4；SA，1；CaCO3，20；DM，0.5；MgO，1；S，0.5；DCP，4.5．

1.4 样品的制备

1.4.1 样品制备过程

生胶、配合剂称量 → 塑炼 → 混炼 → 橡胶硫化

硫化条件：温度，140 ℃；压力，10 MPa；时间，15 min．

1.4.2 样品制备的标准要求

按照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》裁切I型哑铃型拉伸样条；按照国标GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》制取直角形撕裂样条．

1.5 性能测试标准

1.5.1 样条的老化

参照《GB/T 3512-2014 橡胶热空气老化试验方法》将样条放在老化试验箱中测试耐热老化性能，测试条件：100℃×168h．

1.5.2 硬度测试

按照国标GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》的要求测定．

1.5.3 拉伸性能测试

按照国标GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》测试．

1.5.4 撕裂性能测试

按照国标GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》的要求测试．

2 结果与讨论

2.1 CR用量对耐热输送带覆盖层耐热性能的影响

只改变生胶体系，其他组分不变的耐热输送带覆盖层材料配方见表1．

表1 改变生胶体系的耐热输送带覆盖层配方

CR用量对耐热输送带覆盖层耐热性能的影响见表2．

由表2可知：在实验数据范围内，输送带覆盖层老化前后的硬度随着CR用量的增加而减小．拉伸强度及断裂伸长率随着CR用量的增加先增大后减小．这是因为EPDM为非极性橡胶，CR是极性橡胶，二者化学结构差异较大，共混比例相差较大，即加入10份CR时，两者相容性较好，表现为力学性能改善．但当CR加入量超过10份时，两种橡胶不能很好地相容，出现了分层，影响交联键的形成，导致输送带覆盖层老化前后的拉伸强度及断裂伸长率有所下降．综合性能以加入10份CR时为最佳．

表2 CR对耐热输送带覆盖层耐热性能的影响

2.2 防老剂对耐热输送带覆盖层耐热性能的影响

只改变防老剂种类，其他组分不变的耐热输送带覆盖层材料配方见表3．

表3 改变防老剂种类及用量的输送带覆盖层配方

注：CR/EPDM=10/90．

防老剂对耐热输送带覆盖层材料的影响见表4．

表4 防老剂对耐热输送带覆盖层耐热性能的影响

由表4可知：在实验数据范围内，输送带覆盖层老化后硬度有所增加．老化前后输送带覆盖层拉伸强度及断裂伸长率变化最小的是加入防老剂4010NA/DNP=1/1的配方．这是因为4010NA/DNP并用时起到了协同增效作用，对热氧老化的抑制作用好于单独使用4010NA或DNP．

2.3 填料对耐热输送带覆盖层耐热性能的影响

只改变填料种类，其他组分不变的耐热输送带覆盖层材料配方见表5．

表5 改变填料种类及用量的输送带覆盖层配方

注：CR/EPDM=10/90，4010NA 1份，DNP1份．

填料对耐热输送带覆盖层材料的影响见表6．

由表6可知：炭黑(N220)的补强效果较明显，覆盖胶老化后硬度较老化前有所增加．拉伸强度先增大后减小，N220/白炭黑用量为30/20时其拉伸强度最大，当N220/白炭黑在50/0~30/20范围内变化时，对覆盖胶材料老化前后的各项性能影响较小，说明白炭黑可以取代部分N220使用，同时白炭黑的价格相对N220较低，使用白炭黑部分取代N220降低了使用成本．

2.4 最终配方耐热性

根据以上数据，实验所得的最终配方为EPDM 90，CR 10，CPE 3，4010NA 1，DNP 1，ZnO 4，SA 1，N220 30，白炭黑 20，CaCO320，MgO 1，S 0.5，DM 0.5，DCP 4.5．最终配方制得的样品在恒温恒湿箱中100 ℃下存放168 h后，测得其老化前后性能变化与国标GB/T 20021-2005《帆布芯耐热输送带》中T1型耐热输送带覆盖胶性能要求比较如表7．

表6 填料对CR/EPDM耐热输送带覆盖层耐热性能的影响

表7 最终配方在100 ℃下存放168 h后性能变化与国标标准比较

由表7可知：实验所得EPDM/CR共混耐热输送带覆盖层最佳配方的性能优于国标GB/T 20021-2005《帆布芯耐热输送带》中T1型耐热输送带覆盖胶性能要求．

3 结论

1) EPDM中并用一定量的CR(10份)可改善覆盖层的力学性能及耐热老化性能．

2) 覆盖层胶料中加入胺类防老剂4010NA/DNP(2份)可显著提高其耐热老化性能．

3) 适宜的填料用量比例(N220/白炭黑为30/20)可提高覆盖层胶料的拉伸强度，对硬度、断裂伸长率及老化后性能影响不明显．但增加白炭黑的加入比例可降低胶料成本．

4) 实验所得的最佳配方为EPDM 90，CR 10，CPE 3，4010NA 1，DNP 1，ZnO 4，SA 1，N220 30，白炭黑 20，CaCO320，MgO 1，S 0.5，DM 0.5，DCP 4.5．其性能优于国标GB/T 20021-2005《帆布芯耐热输送带》中T1型耐热输送带覆盖胶性能要求．

[1] 姜必多.过期变质氧化镁在氯丁橡胶耐热耐酸输送带中的应用实验[J].特种橡胶制品,2000,21(2):27-29.

[2] 丁攀攀.输送带技术现状及发展趋势[J].橡胶科技,2010(7):5-9.

[3] 周琼.橡胶配合加工技术讲座[J].橡胶工业,1998(11):635-638.

[4] 陈福林,岑兰,周彦豪.通过实验研究硫化体系对CR/EPDM并用胶性能的影响[J].橡胶工业,2007,54(4):271-273.

[5] 李进卫.特种橡胶的性能特点及其应用[J].化学工业,2014,32(9):38-43.

[6] 谷正,单春鹏,李培耀,等.有机蒙脱土/氯丁橡胶纳米复合材料的结构与性能及在输送带中的应用[J].化学与生物工程,2012,59(3):161-165.

[7] 方海珍.耐高温输送带的研究与开发[J].世界橡胶工业,2009,12(36):37-42.

The Preparation and Performance of EPDM/CR Heat Resistant Conveyor Belt Cover

LI Jingyu, SUN Huijuan, WANG Pei, JIA Li

(College of Chemical Engineering, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

Taking EPDM and CRblends as high-temperature-resistant belt cover, the heat-resisting properties of the cover are studied through different formulation designs. The influence of mixture ratio of CR, white carbon black and antioxidant on the mechanical properties and heat-resisting properties are discussed. The results show that when the ratio of CR:EPDM is 10:90, the potion of white carbon black is 20, and 4010NA are combined with DNP, the belt cover material has better heat-resisting and aging-resisting properties.

EPDM; CR; conveyor belt; heat-resistance; antioxidant

(责任编校：李建明 英文校对：李玉玲)

10.3969/j.issn.1673-2065.2017.04.005

TQ336.4+2

A

1673-2065(2017)04-0017-04

2017-04-05

河北省科技计划项目(15211222)

李静宇(1981-)，男，河北武邑县人，衡水学院化工学院讲师，理学硕士；孙会娟(1985-)，女，内蒙古通辽市，衡水学院化工学院讲师，工学硕士.