耐熱帆布的制備及其性能研究

姚 敏 畢松梅 謝艷霞 石 杰 周業昌

（1.安徽工程大學 紡織工程重點學科實驗室，安徽 蕪湖 241000；2.蕪湖華燁工業用布有限公司，安徽 蕪湖 241000）

由于鋼鐵、水泥等行業蓬勃發展，耐熱輸送帶的市場需求得到了快速提升。帆布芯耐熱輸送帶主要用于100℃及以上高溫物料的輸送， 一般由帶芯 （由一層或多層經壓延覆膠的帆布構成）、上覆蓋層、下覆蓋層和邊膠組成。 有時為了提高粘合性能，在覆蓋膠和帶芯間增設緩沖層。 帆布芯耐熱輸送帶的結構如圖1 所 示[1]。

圖1 帆布芯耐熱輸送帶結構示意圖

采用棉帆布或滌棉帆布作為骨架材料生產的輸送帶， 強力低，質量重，使用壽命短。而用滌錦浸膠帆布作骨架材料生產的輸送帶，具有強力高、耐腐蝕、使用壽命長和粘合強度高等優點[2]。采用耐熱滌綸浸膠帆布來生產耐熱輸送帶可以減少骨架材料的層數，降低制造成本。

本研究是利用聚酯纖維和錦綸6 纖維設計兩種新型耐熱輸送帶骨架帆布， 對帆布進行浸漬處理來測試常溫下其與貼膠的粘合性能。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

滌綸工業絲1 100dtex，江蘇恒力化纖股份有限公司；錦綸（6）絲1 400dtex，駿馬化纖股份有限公司；NBR 膠乳，上海立深行國際貿易有限公司；VP 膠乳，山東淄博合力化工有限公司；帆布浸漬液，自制；EPDM 貼膠，青島巨能輸送帶有限公司；SBR 貼膠，阜新橡膠有限公司。

1.2 實驗儀器

XLB-400 平板硫化機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司；微機控制拉力試驗機XFDQ WGJ-2500B Ⅱ，廣西師范大學秀峰電器廠制造；電熱鼓風干燥箱101A-0 型，上海三發科學儀器有限公司；78-1 型磁力攪拌器，金壇市杰瑞爾電器有限公司；DTG-60H 型熱重分析儀，日本島津公司；DSC-60A 型差熱分析儀，日本島津公司。

1.3 試樣制備

實驗用的骨架材料為1/1 平紋EE200 （經緯向滌綸）、NN200（經緯向都是錦綸6）的白坯布。

將制備的白坯布放入自制的帆布浸漬液中浸漬5min 左右，待浸潤完全后取出，在烘箱里進行烘燥，浸膠帆布制備完成。

貼膠的厚度為1-1.1mm，長度為150mm，寬為75mm。 將烘干后的帆布裁成150mm×75mm 的長方形，按照兩布三膠法（即貼膠與帆布相互交替疊加）制得試樣，并修剪齊整。 試樣在平板硫化機上硫化。 將硫化后的試樣切成150mm×25mm 的形狀，然后在拉力機上進行端部層間剝離。

1.4 性能測試

1.4.1 纖維的物理性能。 拉伸斷裂性能參照GB/T14344-2008《化學纖維長絲拉伸性能試驗方法》。

1.4.2 纖維的耐熱性能。 采用差示掃描量熱法（DSC）從分子水平探索滌綸、錦綸6 這兩種纖維的耐熱性能，采用熱重分析法（TG）測試兩種纖維在連續的高溫條件下質量跟溫度的關系，條件都是以氮氣為保護氣。

1.4.3 粘合強度的測試。 輸送帶試樣層間粘合強度試驗按照GB/T6759-2002《織物芯輸送帶的層間粘合強度試驗方法》進行[3-4]。

2 實驗結果

2.1 纖維的物理性能

錦綸6 與滌綸纖維的性能對比見表1。由表1 可見，與滌綸相比，錦綸6 纖維的密度小，耐磨性、耐疲勞性和耐化學品性都比較好，斷裂強度和斷裂伸長率都高于滌綸。 由于錦綸6 大分子的端基對熱比較敏感，導致其自身發脆，所以與滌綸相比，錦綸6的耐熱性差些。

表1 纖維各項物理性能

2.2 纖維的耐熱性能

耐熱輸送帶對骨架材料的要求是具有良好的耐熱性能，這是因為物料在運送過程中與輸送帶的摩擦較大，溫度會升高。纖維在制成后其結構一般沒有達到完全平衡， 受熱后纖維會進一步發生結晶完善、內應力松弛等過程。這些過程的速度取決于與溫度和機械張力有關的分子的活動性。 當溫度升高時，這些過程的速度增大， 在Tg 和Tm 之間的溫度范圍內速度達到最大值。在接近Tm 的較高溫度下，結構的無序化過程開始占主導地位，最終會由于高聚物熔融而失去纖維的形狀。 所以在高于最大結晶速度對應溫度的范圍內，纖維的性質會發生變化，如形變模量減小，強度降低等[5]。

（1）采用DSC 方法從分子水平探索纖維的耐熱性能，結果如下圖（圖2）所示。

圖2 纖維的DSC 曲線圖

從圖2DSC 分析圖譜可以看出， 滌綸的熔融峰溫約為262℃、錦綸6 的熔融峰溫約為229℃，滌綸熔融峰的溫度要高于錦綸6。 滌綸分子中約含有46%酯基， 酯基在高溫時能發生水解、熱裂解。 滌綸分子中還含有脂肪族烴鏈，它能使滌綸分子具有一定柔曲性，但由于滌綸分子中還有不能內旋轉的苯環，故滌綸大分子基本為剛性分子，分子鏈易于保持線型。 因此，滌綸大分子很容易形成結晶，故滌綸的結晶度和取向性較高，滌綸大分子的熔點較高。

錦綸6 大分子由于亞甲基數少，形成的氫鍵多，大分子之間的作用力強，故熔點高（229℃）。 這是因為聚酰胺纖維的熔點與大分子鏈中亞甲基數目的多少及基本鏈節中亞甲基為偶數或奇數有關。 如果亞甲基數多，大分子之間的作用力小，則纖維的熔點低，反之則熔點高。 如果基本鏈節中亞甲基為奇數量，纖維熔點要比亞甲基為偶數時低，因為亞甲基為偶數時全部-NH-正好對著-CO-，所以形成的氫鍵多；而亞甲基為奇數時只有一半的-NH-對著-CO-，形成的氫鍵少。

（2）熱重分析法（TG）是在程序控制溫度條件下測量物質質量跟溫度的關系的一種技術， 其主要功能是觀察質量隨測試溫度升高而發生的改變，從而得到試樣失重百分率、初始分解溫度和終止溫度等信息。 該測試方法的最大優勢是定量性強，并能準確地測定出物質的起始溫度和分解速率，而且試樣用量少，分辨率高。 纖維試樣的TG 測試結果如圖3 所示。

圖3 纖維的TG 圖

一般來說，同種纖維在相似溫度段內只出現一次質量迅速降解，因此各種纖維的TG 曲線是唯一的，它們的差異見表2。

表2 纖維熱分解情況對比表

從圖3、表2 可見，在氮氣氣氛下，按照前文所述試驗參數，TG 試驗得到以下結果：由圖4 可看出滌綸和錦綸6 都出現一個大的失重峰，這個失重峰是纖維大分子主鏈的分解。這個分解階段，滌綸失重率為92.375%，錦綸6 的失重率達到83.373%，錦綸6 的失重率略低于滌綸。 滌綸的起始和終止溫度都略低于錦綸6，這是由于纖維在熱作用下會發生熱降解，引起分子量的下降和組成的變化，在熱作用下，纖維的結晶會解體，取向會下降。滌綸分子中存在苯環結構而難以熱裂解，聚酰胺纖維中有酰胺基，酰胺基—CO—NH—中的C—N 鍵和大分子主鏈中的C—O 鍵受熱后均易斷裂，使大分子聚合度下降。

2.3 常溫粘合性能

粘合強度是輸送帶產品的關鍵性能指標，試驗結果如下面表3 所示。

表3 常溫粘合性能比較

從表3 可以看出： 當試驗溫度為常溫時， 對于貼膠采用SBR 橡膠的試樣， 聚酯帆布試樣的粘合強度略低于錦綸6 帆布試樣，且剝離等級都是最好的，橡膠并未從帆布上剝離；當貼膠采用EPDM 橡膠的試樣， 聚酯帆布試樣粘合強度略低于錦綸6帆布試樣，只有當膠乳是VP 時，剝離等級是極好的，即橡膠并未從帆布上剝離，其余三組都是橡膠完全從帆布上剝離。

由于VP 膠乳中引進了吡啶基團，增加了極性，因而能大大提高纖維與橡膠直接粘合的能力；NBR 膠乳中由于大分子鏈上引入了強極性的羧基，提高了活性和粘接強度；膠乳與間甲液配置成浸漬液后，廣泛用于尼龍、滌綸、芳綸等骨架材料的浸漬，主要用于纖維和橡膠的粘合上。 EPDM 橡膠的極性小，SBR 橡膠的極性大， 根據相似相容原理，VP 膠乳能夠和SBR 橡膠很好地粘合，剝離面能夠達到最高等級，而NBR 膠乳和EPDM 橡膠的粘合就不是很好。

因為聚酯分子的活性不強，所以采用水基環氧樹脂對其進行一浴浸漬，后與間苯二酚－甲醛－膠乳（RFL）浸漬液進行二浴浸膠，水基環氧樹脂固化反應后能夠生成熱塑性和熱固性樹脂，從而能夠提高粘合強度； 由于錦綸6 分子中含有較多的酰胺基氮原子，酰胺基氮原子極易與氫原子形成氫鍵，所以分子間的作用力和界面間的粘合強度都可以得到提高； 錦綸6 帆布通常采用RFL 浸漬液一浴浸漬來提高其與橡膠的粘合強度，浸漬液經硫化和粘合反應得到的間苯二酚－甲醛樹脂中含有羥甲基，易與錦綸6 帆布中的酰胺基發生縮合反應， 且酚羥基的氧原子能夠與酰胺基的氫原子形成氫鍵[6]，因而錦綸6 帆布在常溫時也具有較好的粘合性能。

3 結論

（1）當浸漬液和貼膠相同時，NN200 骨架材料的粘合力比EE200 骨架材料大；

（2）在常溫下，綜合粘合力和剝離等級來看，與EPDM 橡膠相比，選用SBR 貼膠較好；

（3）在常溫下，綜合粘合力和剝離等級來看，NN200 與SBR的粘合效果最好。

[1]謝艷霞，宗志敏，孫桂美，等.帆布芯耐熱輸送帶高溫粘合性能的研究[J].橡膠工業，2011（12）:747-750.

[2]李桂英，陳雪存.高模量低收縮EP 帆布的研發與應用[J].廣西紡織科技，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]畢松梅，陸娟，謝艷霞.新型改性聚酯纖維骨架帆布的制備與性能研究[J].化工新型材料，2013，41（11）:59-61.

[6]呂百齡，余傳文，蒲啟君，等.橡膠助劑手冊[M].北京:化學工業出版社，2000:527-530.