耐热T4 级超耐磨输送带覆盖胶的研制

庄炳建，朱 帅，陈 凯

（浙江双箭橡胶股份有限公司，浙江 嘉兴 314513）

现今，由于能源成本不断提高，许多运营公司都在致力于提高带式输送机的工作效率的同时降低运营成本。 而能耗以及各部件的磨耗性能对运营成本的影响尤为显著[1]。输送带在长期的使用过程中由于受外部化学环境和物理环境的影响，经常会发生撕裂、 龟裂和破损等状况，因此输送带的耐磨性能显得尤为重要[2]。 其骨架材料上需覆以耐磨性能优良的特种合成橡胶[3]。 近年来，随着国内钢铁、 水泥、煤炭等行业的快速发展，接触的物料不仅温度高而且对输送带表面覆盖胶的磨损很大，对耐热输送带的耐磨性提出了更高的要求[4]。普通耐热输送带在使用过程中接触高温物料之后变硬磨损严重，严重限制了输送带的使用寿命。 有研究表明，耐热输送带胶种选用高乙烯含量、 高门尼黏度的非充油型乙丙橡胶，可以有效提高EPDM 胶料的耐磨性能[5]，但对于覆盖胶想达到超耐磨的要求依然差距很大。 所以本实验选择用高门尼高乙烯含量的二元乙丙橡胶KEP-070P 和三元乙丙橡胶Ke1tan 7441A。 作为主体材料，使用高结构超耐磨补强炭黑N234 作为填充剂，制得能够在不影响耐热性能的前提下达到超耐磨要求的耐热超耐磨输送带的覆盖胶，并且通过研究得出最佳填充比例、 防老体系、 硫化体系。

1 实验部分

1.1 主要原材料

二元乙丙橡胶KEP-070P （125 ℃门尼黏度为70，乙烯含量为71%），韩国锦湖； 三元乙丙橡胶Ke1tan 7441A （125 ℃门尼黏度为73，乙烯含量为62%），德国朗盛化学； 炭黑N220，江西黑猫炭黑股份有限公司； 炭黑N234，江西黑猫炭黑股份有限公司； 过氧化二异丙苯 （DCP），阿克苏； 石蜡油，衡水玺皓化工； 其他助剂均为市售工业品。

1.2 主要设备

3 L 翻转式密炼机，广东利拿实业有限公司；BL-6175-A 小型开放式炼胶机，东莞市宝轮精密检测仪器有限公司； 无转子硫化仪，台湾高铁股份有限公司； XLB 型平板硫化机，湖州宏侨橡胶机械有限公司； 电子拉力机，台湾高铁股份有限公司

1.3 主要仪器

邵氏A 型橡胶硬度计，上海三菱机械厂； 阿克隆耐磨试验机，东莞永心 （耀科仪器） 电子科技有限公司； 热空气老化箱，上海市实验仪器总厂。

1.4 试验配方（质量份）

基本配方A： 乙丙橡胶 （KEP-070P+ Ke1tan 7441A），100； 纳米氧化锌，8； 硬脂酸，1.5； 防老剂，2； 炭黑 （N220），30； 炭黑 （N330），30；石蜡油，15； 硫化剂 （DCP），4； 助交联剂TAIC，1； 两种橡胶配比为变量，其他组分含量不变。

配方B，C，D： 在基本配方A 确定了最佳乙丙橡胶配比后研究补强体系、 防老体系和硫化体系对力学性能和耐磨性的影响。

1.5 混炼工艺

混炼顺序： 密炼机加入两种橡胶 （KEP-070P+Ke1tan 7441A） 密炼→加入硬脂酸、 氧化锌、 防老剂→加入炭黑和石蜡油→加入硫化剂→胶料停放24 h。

1.6 试样制备与性能测试

拉伸性能试样、 磨耗试样均按照相应国家标准的要求进行制样。

1.7 性能测试

拉伸性能按照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》 规定方法进行测定。

磨耗量按照GB/T 9867-2008 《硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定 （旋转辊筒式磨耗机法）》规定方法进行测定。

老化性能按照GB/T 3512-2014 《橡胶热空气老化试验方法》 规定方法进行测定，测试条件： 180 ℃×168 h。

硬度按照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）》 的要求进行测定。

2 结果与讨论

2.1 在基础配方A 中确定最佳橡胶比例

2.1.1 配方内容

将二元乙丙橡胶 （KEP-070P） 和三元乙丙橡胶 （Ke1tan 7441A） 按照不同配比分别加入到基础配方A 中，其他组分不变，进行变量试验，具体见表1。

表1 覆盖胶基础配方内容

2.1.2 EPM-KEP-070P/EPDM-Ke1tan 7441A 共混比对胶料性能的影响

表2～表4 为不同测试条件下二元乙丙橡胶（KEP-070P） 和三元乙丙橡胶 （Ke1tan 7441A） 按照不同比例在基本配方A 中的检测结果。

表2 两种橡胶不同配比对胶料性能的影响

表4 两种橡胶不同配比对胶料性能的影响

从表2 可以看出，A4 配方中的硫化曲线t10时间最长，t90时间几乎无变化，说明A4 配方操作时间长，加工安全性最好。 拉伸强度、 扯断伸长率随着Ke1tan 7441A 橡胶份数的增加而增加，在A4 配方中拉伸强度最高，断裂伸长率适中。 磨耗量随着Ke1tan 7441A 橡胶份数增加而呈下降趋势，但到一定程度以后没有明显变化，A4 配方中的磨耗量最小。 老化后拉伸强度变化率和扯断伸长率变化率随着Ke1tan 7441A 橡胶份数的增加而呈大幅度下降趋势，这是因为三元乙丙橡胶中引入了第三单体，使其耐热性不如直链型二元乙丙橡胶，两者并用时促进了老化。 整体来看A4 配方耐热性、 耐磨性最好，因此选定A4 配方进行下一步实验。

表3 两种橡胶不同配比对胶料性能的影响

2.2 填充补强剂、 防老剂、 硫化剂对覆盖胶性能的影响

2.2.1 填充补强剂对覆盖胶性能的影响

在已经确定最佳橡胶比例的基础配方A4 中，研究添加不同比例的补强炭黑对覆盖胶性能的影响,具体添加比例见表5，其他配方组成为： KEP-070P，70； Ke1tan 7441A，30； 纳 米 氧 化 锌，8；硬脂酸，1.5； 防老剂TMQ，2； 石蜡油，15 ； 硫化剂 （DCP），4； 助交联剂TAIC，1。 具体性能见第115 页图1～图4。

图1 填充补强体系对覆盖胶磨耗量的影响

图4 填充补强体系对覆盖胶硬度的影响

表5 添加补强炭黑后的覆盖胶配方内容

由图1 知，随着高结构超耐磨炭黑N234 份数的增加，覆盖胶磨耗量呈下降趋势，这是因为高结构炭黑N234 理论粒径为22 nm，比表面积接触更大，耐磨性最好。 由图2 知，随着高结构超耐磨炭黑N234 份数的增加，覆盖胶拉伸强度老化前后有所提高，在添加到45 份时性能最佳。 由图3 知，断裂伸长率老化前有所下降，但在老化后整体趋势平缓，在添加到45 份时老化前后差距最小。 由图4知，随着高结构超耐磨炭黑N234 份数的增加，覆盖胶硬度在老化前后有所提高。 整体来看B4 配方耐磨性最好，因此选定B4 配方进行下一步实验。

图2 填充补强体系对覆盖胶拉伸强度的影响

图3 填充补强体系对覆盖胶断裂伸长率的影响

2.2.2 防老剂对覆盖胶性能的影响

在已经确定最佳补强剂比例的B4 配方中，研究添加不同比例的防老剂对覆盖胶性能的影响。 具体添加比例见表6，其他配方组成为： KEP-070P，70； Ke1tan 7441A，30； 纳米氧化锌，8； 硬脂酸1.5； 炭黑 （N220），15； 炭黑 （N234），45； 石蜡油，15 ； 硫化剂 （DCP），4； 助交联剂TAIC，1。具体性能见第116 页表7。

表6 添加补强剂的覆盖胶配方内容

由于乙丙橡胶本身就有很好的耐老化性能，因此在添加不同种类的防老剂后对胶料的整体性能影响很小，尤其是对本文重点研究的磨耗量来看影响更小。

从表7 的实验数据来看，在C1 配方中各添加1 份防老剂2264 和MB 时，其老化后拉伸强度变化率和断裂伸长率的变化率效果最佳。 而且2264 为酚类非污染性防老剂中的优良品种，不仅更加环保，而且对热氧、 天候老化以及对变价金属的抑制作用更加突出，同时分散性和相溶性非常好，并且用MB 时可产生协同效应。 整体来看C1 配方的总和性能最好，因此选定C1 配方进行下一步实验。

表7 不同比例的防老剂对覆盖胶性能的影响

2.2.3 硫化剂DCP 含量对覆盖胶性能的影响

在已经确定最佳防老剂体系的配方C1 中，研究不同的DCP 含量对覆盖胶性能的影响，具体添加比例见第116 页表8，其他配方组成为： KEP-070P，70； Ke1tan 7441A，30； 纳 米 氧 化 锌，8；硬脂酸，1.5； 炭黑 （N220），15； 炭黑 （N234），45； 石蜡油，15 ； 防老剂2264，1； 防老剂MB，1。 各项性能见第116 页表9。

表8 添加DCP 的覆盖胶配方内容

由表9 可知，提高DCP 份数可以提高胶料的交联度，增加拉伸强度，但添加到一定程度后强度反而下降。 而且对硬度影响较大，硬度提高之后会使得磨耗量增加反而达不到效果，D2 配方中添加4 份DCP 和一份TAIC 后胶料的各项性能最佳。

表9 不同比例的DCP 份数对覆盖胶性能的影响

3 结论

1） 配方主体材料选择高门尼、 高乙烯含量的乙丙胶对耐磨性有明显提高。

2） 使用高结构超耐磨的N234 炭黑45 份，N220 炭黑15 份时胶料的耐磨性和力学性能最佳。

3） 使用防老剂2264 和MB 各添加1 份时对耐磨性没有明显影响，但胶料老化后的物理性能最佳。

4） 配方中添加硫化剂DCP 4 份、 TAIC 1 份时，对胶料的耐磨性和老化前后的物理性能最佳。

5） 实 验 所 得 最 佳 配 方 为： KEP-070P，70；Ke1tan 7441A，30； 纳米氧化锌，8； 硬脂酸，1.5；炭黑 （N220），15； 炭黑 （N234），45； 石蜡油，15； 防 老 剂2264，1； 防 老 剂MB，1 ； 硫 化 剂（DCP），4； 助交联剂TAIC，1。