T2級耐熱輸送帶覆蓋膠耐熱老化性能的研究

曠榮南

（重慶中南橡膠有限公司，重慶 401120）

我國是鋼鐵、水泥等生產(chǎn)大國，對耐熱輸送帶的需求量較大，占輸送帶總量的10%以上，而發(fā)達(dá)國家耐熱輸送帶需求量所占比例更大[1]。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》將耐熱輸送帶的等級分為T1，T2，T3和T4，對應(yīng)的耐熱試驗(yàn)溫度分別為100，125，150和175 ℃。

為提高生產(chǎn)效率，耐熱輸送帶的工作溫度需不斷提高，如水泥廠熟料出爐后若不停放，其溫度可達(dá)150～200 ℃[2]，其使用的耐熱輸送帶需耐更高的溫度。T2級耐熱輸送帶雖不是高級別耐熱產(chǎn)品，但與T1，T3和T4級耐熱輸送帶相比，其生產(chǎn)工藝成熟、原材料[丁苯橡膠（SBR）]易得且價(jià)格便宜。由于SBR耐熱性能較差，若按橡膠鍵能計(jì)算，SBR只能在100 ℃下長期使用[3]，在常用橡膠耐熱性分級表中屬于第2級（70～100 ℃）[4]，故采用SBR生產(chǎn)耐125 ℃的T2級耐熱輸送帶已將SBR耐熱性能發(fā)揮到極致。

近年來，SBR向環(huán)保型發(fā)展，其耐熱性與非環(huán)保型SBR存在一定差距，這也導(dǎo)致我公司以環(huán)保型SBR為原料生產(chǎn)的耐熱輸送帶覆蓋膠在老化試驗(yàn)中性能出現(xiàn)較大波動(dòng)，而在實(shí)際使用中也常出現(xiàn)一批耐熱輸送帶使用效果較好而另一批又存在使用壽命短的情況。因此，穩(wěn)定和進(jìn)一步提高T2級耐熱輸送帶的耐熱性能成為研究重點(diǎn)。

本工作研究不同硫化體系和防護(hù)體系對T2級耐熱輸送帶覆蓋膠耐熱老化性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

SBR，牌號1500E，中國石油蘭州石化公司產(chǎn)品；硫化劑DCP，中國石化上海高橋石油化工公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑TMTD，DM和CZ，防老劑4010NA，4020和BLE-W，河南省開侖化工有限公司產(chǎn)品；防老劑TMQ，常州五洲化工有限公司產(chǎn)品；MC炭黑，鄭州金山化工有限公司產(chǎn)品；耐熱防老劑A和B（苯胺類反應(yīng)型防老劑），研制品。

1.2 基本配方

SBR 100，炭黑 60，活性劑 10，軟化增粘劑 16，防老劑（變體系） 變量，硫化劑（變體系） 變量。

1.3 主要設(shè)備和儀器

SK-160B型兩輥開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；XLB-D型平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；UR-201型無轉(zhuǎn)子硫化儀，優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；BP-TS2000S型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳高品檢測設(shè)備有限公司產(chǎn)品；LX-A型橡塑邵爾A硬度計(jì)，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；HAT213型熱空氣老化試驗(yàn)箱，重慶漢巴試驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

將除硫化劑和防老劑外的生膠和小料在開煉機(jī)上混煉均勻，薄通2次，然后加入硫化劑和防老劑混煉均勻，下片?；鞜捘z停放16 h后進(jìn)行硫化。

1.5 性能測試

耐熱老化性能按GB/T 3512—2001《硫化橡膠或熱塑性橡膠 熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化體系

采用基本配方，過氧化物和有效硫化體系對SBR耐熱老化性能的影響如表1所示。由表1可知：耐熱防老劑A/B體系硫化膠的邵爾A型硬度較大，這是因?yàn)槟蜔岱览蟿〢和B屬于反應(yīng)型防老劑，參與硫化反應(yīng)使膠料的交聯(lián)密度增大；與過氧化物硫化體系硫化膠相比，有效硫化體系硫化膠的耐熱老化性能較好，這是因?yàn)檫^氧化物硫化體系在不同生膠中脫氫反應(yīng)所需能量不同，過氧化物對天然橡膠、SBR和順丁橡膠進(jìn)行硫化時(shí)，其硫化膠的耐老化性能較差[5]。綜上所述，本試驗(yàn)選擇有效硫化體系研究不同防護(hù)體系和防老劑用量對耐熱輸送帶覆蓋膠耐熱老化性能的影響。

表1 過氧化物和有效硫化體系對SBR耐熱老化性能的影響

2.2 防護(hù)體系

不同防護(hù)體系覆蓋膠配方如表2所示。

表2 不同防護(hù)體系覆蓋膠配方 份

不同防護(hù)體系覆蓋膠的耐熱老化性能如表3和4所示。從表3和4可以看出：耐熱防老劑A/B體系覆蓋膠的耐熱老化性能較好，其次為耐熱防老劑A/防老劑4020體系，再次為耐熱防老劑A/防老劑RD；凡采用反應(yīng)型防老劑防護(hù)體系的覆蓋膠耐熱老化性能均較好。分析認(rèn)為，反應(yīng)型防老劑分子以化學(xué)鍵形式與橡膠分子結(jié)合，可減少其自由移動(dòng)。綜合防老劑價(jià)格和加工性能考慮，選取耐熱防老劑A/B體系、耐熱防老劑A/防老劑4020體系和防老劑MB/RD體系進(jìn)一步研究防老劑用量對覆蓋膠耐熱老化性能的影響。

表3 不同防護(hù)體系覆蓋膠的耐熱老化性能之一

表4 不同防護(hù)體系覆蓋膠的耐熱老化性能之二

防老劑用量對覆蓋膠耐熱老化性能的影響如表5所示。從表5可以看出：同一防護(hù)體系，隨著防老劑用量增大，膠料的MH-ML呈減小趨勢，t10延長，這說明焦燒安全性獲得改善；硫化膠的邵爾A型硬度變化不大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率呈減小趨勢；采用反應(yīng)型防老劑防護(hù)體系的硫化膠耐熱老化性能較好；135 ℃×7 d老化后，耐熱防老劑A/B體系用量比為4/4時(shí)，其硫化膠性能基本達(dá)到T2級耐熱輸送帶覆蓋膠國際指標(biāo)要求；防老劑用量為8份、未采用反應(yīng)型防老劑防護(hù)體系硫化膠的耐熱老化性能仍比防老劑用量為4份、采用反應(yīng)型防老劑防護(hù)體系的硫化膠差。

表5 防老劑用量對覆蓋膠耐熱老化性能的影響

2.3 大配合試驗(yàn)

綜合考慮，選取耐熱防老劑A/防老劑RD體系、耐熱防老劑A/防老劑4020體系和現(xiàn)有生產(chǎn)配方進(jìn)行大配合試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出：采用反應(yīng)型防老劑防護(hù)體系膠料的t10和t90延長，這有利于生產(chǎn)操作，防止焦燒；與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)硫化膠相比，大配合試驗(yàn)硫化膠的耐熱老化性能較好，這可能是因?yàn)榇笈浜显囼?yàn)密煉機(jī)的溫度較高，能將樹脂熔化并均勻地混入膠料；現(xiàn)有生產(chǎn)配方硫化膠性能雖能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但其拉斷伸長率變化率相對變化較大；耐熱防老劑A/防老劑RD（或4020）體系硫化膠的耐熱老化性明顯優(yōu)于現(xiàn)有生產(chǎn)配方硫化膠，尤其在高溫長時(shí)下表現(xiàn)突出。

表6 大配合試驗(yàn)覆蓋膠的耐熱老化性能

3 結(jié)論

（1）有效硫化體系硫化膠的耐熱老化性能優(yōu)于過氧化物硫化體系硫化膠。

（2）采用反應(yīng)型防老劑防護(hù)體系硫化膠的耐熱老化性能較好。

（3）與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)硫化膠相比，大配合試驗(yàn)硫化膠的耐熱老化性能較好。

（4）與現(xiàn)有生產(chǎn)配方硫化膠相比，耐熱防老劑A/防老劑RD（或4020）體系硫化膠的耐熱老化性能較好，尤其在高溫長時(shí)下表現(xiàn)突出。