節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，采用以下工藝：（1）碳纖維布經超聲或等離子體處理，浸膠處理；（2）天然橡膠、合成橡膠、活性劑、防老劑、補強劑和增塑劑混煉得到一段混煉膠；加入促進劑和硫化劑混煉得到二段混煉膠，擠出出片得到覆蓋膠膠片；（3）天然橡膠、合成橡膠、活性劑、防老劑、膠粘劑、補強劑和增塑劑混煉得到一段混煉膠；再加入促進劑、硫化劑和粘合劑RA混煉得到二段混煉膠，擠出出片制得粘合膠膠片；（4）碳纖維布上下表面貼覆粘合膠膠片、逐層貼合制得骨架，骨架上下表面貼覆覆蓋膠膠片，制得帶坯；（5）硫化得到所述的輸送帶。本發(fā)明得到的輸送帶質量輕、強力高、抗疲勞、壽命長，可以大大節(jié)省輸送能耗。
【專利說明】節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，尤其是一種適用于煤礦、冶金、礦山等行業(yè)的長距離物料輸送的輸送帶，屬于橡膠制品【技術領域】。
【背景技術】
[0002]橡膠輸送帶是僅次于輪胎的第二大重要橡膠制品，主要應用于煤炭、冶金、建材、礦山、港口等工業(yè)領域，需求年增長率超過25%。隨著各工業(yè)領域不斷發(fā)展，輸送設備逐漸向重型化、大型化、長距離方向發(fā)展，相應地，對于輸送帶的性能要求也進一步地提高。常規(guī)的帆布帶強力有限，提高強力往往需要增加帶厚；而作為高強力輸送帶首選的鋼絲繩芯輸送帶，其每平方米帶重遠高于帆布帶。帶體越重，輸送機承受的壓力越大，輸送系統(tǒng)能耗便相應增大。因而，研發(fā)帶體輕、強度高的輸送帶，可以為工業(yè)領域減少能耗。
[0003]碳纖維是纖維狀的炭材料，具有質輕、高強、高模、耐腐蝕、低膨脹、抗疲勞、抗剪切等綜合優(yōu)異性能，其強度是鋼鐵的10倍，但重量卻輕很多。根據其原料及生產方式不同，主要分為聚丙烯腈基碳纖維及浙青基碳纖維。前者是把聚丙烯腈纖維在惰性氣體中高溫加熱所獲得的纖維，是高強度型碳纖維。后者是把煤焦油或石油浙青抽絲后經高溫燒結而成的纖維，是一種高彈性模量型的碳纖維。以碳纖維織物為增強體的碳纖維增強復合材料作為21世紀新材料領域中最先進的高科技產品之一，廣泛應用于航空航天、建筑建材、文化體育器材、交通及醫(yī)療等領域。
[0004]鑒于碳纖維兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟及可加工型，通過超聲技術或等離子體處理，經由改性的RFL浸膠體系進行浸膠處理，可得到性能優(yōu)異的碳纖維織物。選用碳纖維織物作為輸送帶骨架材料，通過調整碳纖維織物結構，可以適當減層，從而制備帶體輕、模量高的高強力輸送帶。而且，隨著碳纖維生產技術發(fā)展、產能增大，預計其成本將大幅降低，這對于輸送帶總體而言，不會產生太多的額外成本。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，該輸送帶質量輕、強力高、抗疲勞、壽命長，可以大大節(jié)省輸送能耗。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術方案，一種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，所述輸送帶包括骨架，骨架上下表面通過粘合膠貼合覆蓋膠；特征是，采用以下工藝制備:
[0007](I)骨架材料采用碳纖維布，碳纖維布經過超聲波處理或者等離子體處理；再將碳纖維布在浸膠膠乳中進行處理，浸膠膠乳的組份為:間苯二酚I?3重量份、甲醛0.5?2重量份、膠乳40?60重量份和添加劑I?5重量份,溫度為100?180°C,浸潰時間為I?lOmin，膠乳為丁苯膠乳、氯丁膠乳、氯磺化聚乙烯膠乳、丁腈膠乳或氫化丁腈膠乳中的一種或幾種，添加劑為硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧樹脂或異氰酸酯；
[0008](2)覆蓋膠的制備:將100重量份天然橡膠與合成橡膠混合橡膠基體、I?10重量份活性劑、I?5重量份防老劑、30?60重量份補強劑和5?10重量份增塑劑依次加入密煉機中混煉3?6min，混煉溫度為140?150°C，得到一段混煉膠料，停放4?8h ;再加入
0.5?4.0重量份促進劑和I?5重量份硫化劑混煉I?3min，混煉溫度為80?100°C，得到二段混煉膠，停放8?16h ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，得到覆蓋膠膠片；
[0009](3)粘合膠的制備:將100重量份天然橡膠與合成橡膠混合橡膠基體、I?10重量份活性劑、I?5重量份防老劑、3?7重量份膠粘劑、30?60重量份補強劑和I?5重量增塑劑依次加入密煉機中混煉2?5min，混煉時間為130?150°C，得到一段混煉膠料，停放4?8h ;再加入0.5?4.0重量份促進劑、I?5重量份硫化劑和O?3重量份粘合劑RA混煉I?3min，混煉溫度為80?100°C，得到二段混煉膠，停放8?16h ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，制得粘合膠膠片；
[0010](4)輸送帶帶坯的制備:于碳纖維布的上、下表面貼覆粘合膠膠片，并將I?5層碳纖維布逐層貼合制得骨架，再于骨架上下表面分別貼覆覆蓋膠膠片，制得輸送帶帶坯；
[0011](5)輸送帶的硫化:將輸送帶帶還進行硫化，硫化壓力為10?20MPa,硫化溫度為130?160°C，硫化時間為20?50min，硫化后經冷卻定型，清除廢邊后，即得到所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶。
[0012]在一個【具體實施方式】中，所述天然橡膠與合成橡膠混合橡膠基體中天然橡膠和合成橡膠的質量比為30:70?50:50 ;所述合成橡膠為丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠中的一種或幾種。
[0013]在一個【具體實施方式】中，所述補強劑為炭黑、白炭黑、陶土、碳酸鈣中的一種或幾種。
[0014]在一個【具體實施方式】中，所述促進劑為促進劑CZ、促進劑NS、促進劑M、促進劑D、促進劑DM、促進劑TMTD中的一種或幾種。
[0015]在一個【具體實施方式】中，所述硫化劑為硫磺、硫化劑PDM或硫化劑DCP。
[0016]在一個【具體實施方式】中，所述膠粘劑為粘合劑RS、粘合劑RE、粘合劑RA、粘合劑BN-1中的一種或幾種。
[0017]在一個【具體實施方式】中，所述活性劑為納米氧化鋅和硬脂酸，納米氧化鋅和硬脂酸的質量比為50:50?70:30。
[0018]在一個【具體實施方式】中，所述防老劑為防老劑4020、防老劑RD、防老劑MC、防老劑BLE或微晶蠟中的一種或多種。
[0019]在一個【具體實施方式】中，所述增塑劑為芳烴油、古馬隆、太陽油、氯化石蠟中的一種或兩種。
[0020]在一個【具體實施方式】中，步驟(I)中，所述碳纖維布超聲波處理的功率為100?400W,時間為I?5min ;所述碳纖維布等離子體處理氣氛為空氣氣氛，功率為50?150W，壓強為10?50Pa，時間為5?15min。
[0021]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:(1)本發(fā)明所述骨架材料采用輕質高強的碳纖維布，與傳統(tǒng)的鋼絲繩相比，在同等強度下，帶體重量減輕30%以上，可以降低輸送機的能耗；(2)本發(fā)明采用高強力的碳纖維布，可以適當?shù)販p少骨架層層數(shù)，從而簡化了輸送帶的成型工序，提高生產效率；(3)本發(fā)明采用的碳纖維布具有優(yōu)良的抗撕裂、抗剪切、耐銹蝕等性能，可以避免鋼絲繩芯輸送帶在使用中出現(xiàn)銹蝕而強力降低的問題；(4)本發(fā)明所述的碳纖維布經過超聲處理或等離子體處理，表面產生了大量的活性基團，如羰基、羧基、酯基等，提高了碳纖維織物與粘結劑的浸潤性，增大了其與粘結劑的結合強度和結合量，從而提高橡膠與碳纖維的粘合性能；(5)本發(fā)明所述的碳纖維布經過浸膠體系處理，可以改善橡膠與表面活性較低的碳纖維的粘合效果。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]本發(fā)明對覆蓋膠、粘合膠所使用的活性劑、防老劑、增塑劑沒有特別要求，均為市售的常規(guī)助劑。
[0024]所述碳纖維布為平紋結構、直徑直緯或斜紋組織；所述碳纖維布的經向為碳纖維，緯向為碳纖維、聚酯纖維或尼龍纖維。
[0025]實施例1:一種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，所述輸送帶包括骨架，骨架上下表面通過粘合膠貼合覆蓋膠；特征是，采用以下工藝制備:
[0026](I)骨架材料采用碳纖維布，碳纖維布經過超聲波處理或者等離子體處理；再將碳纖維布在浸膠膠乳中進行處理，浸膠膠乳的組份為:間苯二酚I重量份、甲醛0.5重量份、丁苯膠乳40重量份和硅烷偶聯(lián)劑I重量份，溫度為100°C，浸潰時間為IOmin ;所述碳纖維布超聲波處理的功率為100W，時間為5min ;所述碳纖維布等離子體處理氣氛為空氣氣氛，功率為50W，壓強為10Pa，時間為15min ;該骨架材料的強度級別CF1000 ；
[0027](2)覆蓋膠的制備:將30重量份天然橡膠(SMR10)、40重量份丁苯橡膠(SBR1502)、30重量份順丁橡膠、5重量份納米氧氣鋅、2重量份硬脂酸、2重量份防老劑4020、2重量份微晶蠟、50重量份炭黑N220和8重量份芳烴油依次加入密煉機中混煉4min，混煉溫度為145°C，得到一段混煉膠料，停放6h ;再加入1.8重量份促進劑NS和2重量份硫磺混煉2min，混煉溫度為90°C，得到二段混煉膠，停放IOh ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，得到厚度為4mm的覆蓋膠膠片；
[0028](3)粘合膠的制備:將40重量份天然橡膠(SMR10)、60重量份丁苯橡膠、3重量份納米氧化鋅、I重量份硬脂酸、I重量份防老劑RD、2重量份膠粘劑BN-1、2重量份膠粘劑RS、30重量份炭黑N330、15重量份白炭黑和3重量芳烴油依次加入密煉機中混煉3min，混煉時間為140°C，得到一段混煉膠料，停放8h ;再加入1.5重量份促進劑DM、0.5重量份促進劑TMTD、2.3重量份硫磺和2重量份粘合劑RA混煉3min，混煉溫度為95°C，得到二段混煉膠，停放12h ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，制得粘合膠膠片；
[0029](4)輸送帶帶坯的制備:于碳纖維布的上、下表面貼覆粘合膠膠片，再于碳纖維布上下表面分別貼覆覆蓋膠膠片，制得輸送帶帶坯；
[0030](5)輸送帶的硫化:將輸送帶帶還進行硫化，硫化壓力為15MPa,硫化溫度為150°C，硫化時間為30min，硫化后經冷卻定型，清除廢邊后，即得到所述的節(jié)能型高強力碳
纖維輸送帶。
[0031]實施例2:—種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，所述輸送帶包括骨架，骨架上下表面通過粘合膠貼合覆蓋膠；特征是，采用以下工藝制備:
[0032](I)骨架材料采用碳纖維布，碳纖維布經過超聲波處理或者等離子體處理；再將碳纖維布在浸膠膠乳中進行處理，浸膠膠乳的組份為:間苯二酚3重量份、甲醛2重量份、丁腈膠乳20重量份、氫化丁腈膠乳40重量份和異氰酸酯5重量份，溫度為180°C，浸潰時間為Imin ;所述碳纖維布超聲波處理的功率為400W,時間為Imin ;所述碳纖維布等離子體處理氣氛為空氣氣氛，功率為150W，壓強為50Pa，時間為5min ;該骨架材料的強度級別CF500 ；
[0033](2)覆蓋膠的制備:將40重量份天然橡膠(SMR10)、40重量份丁苯橡膠、20重量份乙丙橡膠、0.5重量份納米氧化鋅、0.5重量份硬脂酸、I重量份防老劑MC、30重量份炭黑N115和5重量份古馬隆依次加入密煉機中混煉3min，混煉溫度為140°C，得到一段混煉膠料，停放4h ;再加入0.5重量份促進劑D、3重量份硫磺和2重量份硫化劑DCP混煉lmin，混煉溫度為100°C，得到二段混煉膠，停放16h ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，得到覆蓋膠膠片；
[0034](3)粘合膠的制備:將80重量份天然橡膠(SMR10)、20重量份乙丙橡膠、I重量份納米氧化鋅、I重量份硬脂酸、2重量份防老劑MC、1重量份防老劑BLE、3重量份粘合劑RE、2重量份粘合劑RS、20重量份炭黑N550、10重量份白炭黑和I重量太陽油依次加入密煉機中混煉2min，混煉時間為130°C，得到一段混煉膠料，停放4h ;再加入0.5重量份促進劑M、2重量份硫磺和3重量份硫化劑DCP混煉3min，混煉溫度為80°C，得到二段混煉膠，停放8h ；二段混煉膠于擠出機上擠出出片，制得粘合膠膠片；
[0035](4)輸送帶帶坯的制備:于碳纖維布的上、下表面貼覆粘合膠膠片，并將3層碳纖維布逐層貼合制得骨架，再于骨架上下表面分別貼覆覆蓋膠膠片，制得輸送帶帶坯；
[0036](5)輸送帶的硫化:將輸送帶帶還進行硫化，硫化壓力為IOMPa,硫化溫度為160°C，硫化時間為20min，硫化后經冷卻定型，清除廢邊后，即得到所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶。
[0037]實施例3:—種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，所述輸送帶包括骨架，骨架上下表面通過粘合膠貼合覆蓋膠；特征是，采用以下工藝制備:
[0038](I)骨架材料采用碳纖維布，碳纖維布經過超聲波處理或者等離子體處理；再將碳纖維布在浸膠膠乳中進行處理，浸膠膠乳的組份為:間苯二酚2重量份、甲醛I重量份、氯丁膠乳25重量份、氯磺化聚乙烯膠乳25重量份和環(huán)氧樹脂2重量份，溫度為150°C，浸潰時間為5min ;所述碳纖維布超聲波處理的功率為200W，時間為2min ;所述碳纖維布等離子體處理氣氛為空氣氣氛，功率為100W，壓強為20Pa，時間為IOmin ;該骨架材料的強度級別CF500 ；
[0039](2)覆蓋膠的制備:將50重量份天然橡膠(SMR10)、25重量份丁腈橡膠、25重量份氯丁橡膠、7重量份納米氧化鋅、3重量份硬脂酸、2重量份防老劑BLE、2重量份微晶蠟、I重量份防老劑RD、50重量份炭黑N220和10重量份碳酸鈣依次加入密煉機中混煉6min，混煉溫度為150°C，得到一段混煉膠料，停放8h ;再加入4.0重量份促進劑CZ和I重量份硫化劑PDM混煉3min，混煉溫度為80°C，得到二段混煉膠，停放8h ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，得到覆蓋膠膠片；
[0040](3)粘合膠的制備:將70重量份天然橡膠、30重量份氯丁橡膠、8重量份納米氧化鋅、2重量份硬脂酸、2重量份防老劑RD、I重量份防老劑4020、2重量份防老劑BLE、2重量份粘合劑RE、2重量份粘合劑RS、3重量份粘合劑BN-1、30重量份炭黑N330補強劑、15重量份陶土、15重量份白炭黑和5重量份芳烴油依次加入密煉機中混煉5min，混煉時間為150°C，得到一段混煉膠料，停放6h ;再加入1.5重量份促進劑DM、2重量份促進劑D、0.5重量份促進劑TMTD、I重量份硫磺和3重量份粘合劑RA混煉2min，混煉溫度為100°C，得到二段混煉膠，停放16h ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，制得粘合膠膠片；
[0041](4)輸送帶帶坯的制備:于碳纖維布的上、下表面貼覆粘合膠膠片，并將5層碳纖維布逐層貼合制得骨架，再于骨架上下表面分別貼覆覆蓋膠膠片，制得輸送帶帶坯；
[0042](5)輸送帶的硫化:將輸送帶帶坯進行硫化，硫化壓力為20MPa，硫化溫度為130°C，硫化時間為50min，硫化后經冷卻定型，清除廢邊后，即得到所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶。
[0043]本發(fā)明所述碳纖維輸送帶骨架的徑向斷裂強度> 500N/mm，緯向斷裂強度^ 200N/mm ;骨架的層數(shù)為I~5層，其在輸送帶中起承載重量的作用；粘合膠的作用是粘結骨架層以及骨架層與覆蓋膠；覆蓋膠的作用是保護骨架材料，緩沖輸送物料對骨架材料的損傷。
[0044]實施例1~3的碳纖維輸送帶的性能如表1所示。
[0045]表1實施例1~3碳纖維輸送帶的性能
[0046]
【權利要求】
1.一種節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，所述輸送帶包括骨架，骨架上下表面通過粘合膠貼合覆蓋膠；其特征是，采用以下工藝制備: (1)骨架材料采用碳纖維布，碳纖維布經過超聲波處理或者等離子體處理；再將碳纖維布在浸膠膠乳中進行處理，浸膠膠乳的組份為:間苯二酚f 3重量份、甲醛0.5~2重量份、膠乳40-60重量份和添加劑I飛重量份，溫度為10(Tl8(rC，浸潰時間為f lOmin，膠乳為丁苯膠乳、氯丁膠乳、氯磺化聚乙烯膠乳、丁腈膠乳或氫化丁腈膠乳中的一種或幾種，添加劑為硅烷偶聯(lián)劑、環(huán)氧樹脂或異氰酸酯； (2)覆蓋膠的制備:將100重量份天然橡膠與合成橡膠混合橡膠基體、f10重量份活性劑、f 5重量份防老劑、30-60重量份補強劑和5~10重量份增塑劑依次加入密煉機中混煉3~6min，混煉溫度為14(Tl50°C，得到一段混煉膠料，停放4~8h ;再加入0.5~4.0重量份促進劑和I飛重量份硫化劑混煉I~3min，混煉溫度為8(Tl00°C，得到二段混煉膠，停放8~16h ；二段混煉膠于擠出機上擠出出片，得到覆蓋膠膠片； (3)粘合膠的制備:將100重量份天然橡膠與合成橡膠混合橡膠基體、f10重量份活性劑、I飛重量份防老劑、3~7重量份膠粘劑、30-60重量份補強劑和I飛重量增塑劑依次加入密煉機中混煉2~5min，混煉時間為13(Tl50°C，得到一段混煉膠料，停放4~8h ;再加入0.5^4.0重量份促進劑、廣5重量份硫化劑和0-3重量份粘合劑RA混煉f 3min，混煉溫度為8(TlO(TC，得到二段混煉膠，停放8~16h ;二段混煉膠于擠出機上擠出出片，制得粘合膠膠片； (4)輸送帶帶坯的制備:于碳纖維布的上、下表面貼覆粘合膠膠片，并將I飛層碳纖維布逐層貼合制得骨架，再于骨架上下表面分別貼覆覆蓋膠膠片，制得輸送帶帶坯； (5)輸送帶的硫化:將輸送帶帶坯進行硫化，硫化壓力為l(T20MPa，硫化溫度為13(Tl60°C，硫化時間為2(T50min，硫化后經冷卻定型，清除廢邊后，即得到所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶。
2.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述天然橡膠與合成橡膠混合橡膠基體中天然橡膠和合成橡膠的質量比為30:70-50:50 ;所述合成橡膠為丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁腈橡膠中的一種或幾種。
3.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述補強劑為炭黑、白炭黑、陶土、碳酸鈣中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述促進劑為促進劑CZ、促進劑NS、促進劑Μ、促進劑D、促進劑DM、促進劑TMTD中的一種或幾種。
5.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述硫化劑為硫磺、硫化劑PDM或硫化劑DCP。
6.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述膠粘劑為粘合劑RS、粘合劑RE、粘合劑RA、粘合劑BN-1中的一種或幾種。
7.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述活性劑為納米氧化鋅和硬脂酸，納米氧化鋅和硬脂酸的質量比為50:50-70:30。
8.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述防老劑為防老劑4020、防老劑RD、防老劑MC、防老劑BLE或微晶蠟中的一種或多種。
9.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:所述增塑劑為芳烴油、古馬隆、太陽油、氯化石蠟中的一種或兩種。
10.如權利要求1所述的節(jié)能型高強力碳纖維輸送帶的制備方法，其特征是:步驟(1)中，所述碳纖維布超聲波處理的功率為10(T400W，時間為f5min ;所述碳纖維布等離子體處理氣氛為空氣氣氛，功 率為5(Tl50W，壓強為l(T50Pa，時間為5~15min。
【文檔編號】D06M15/41GK103753901SQ201410007364
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權日:2014年1月7日
【發(fā)明者】薩日娜, 張立群, 范旭夢, 田明, 吳建國, 袁佳春, 施潔, 吳宇航, 劉珊, 蔡必鳳, 曹暉, 張 浩, 陳金坤, 單世業(yè), 周鐵 申請人:無錫寶通帶業(yè)股份有限公司, 北京化工大學