EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料的制備及性能研究

李靜宇，孫會娟，王 培，賈 麗

(衡水學院 應用化學系，河北 衡水 053000)

EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料的制備及性能研究

李靜宇，孫會娟，王 培，賈 麗

(衡水學院 應用化學系，河北 衡水 053000)

采用三元乙丙橡膠(EPDM)作為耐熱輸送帶覆蓋膠主體材料，根據耐熱輸送帶覆蓋膠的性能要求，采用機械共混、化學交聯的方法制得EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠，同時研究硫化體系、防老劑、補強填充劑對覆蓋膠性能的影響。結果表明：當所用硫磺/TMTD/NOBS比例為1.6/1.4/1.4時，可以大幅減少膠料的硫化時間；同時防老劑BLE用量為2份，N330用量為60份時，制得的耐熱輸送帶覆蓋膠材料綜合性能最佳。

三元乙丙橡膠；硫化劑；防老劑；輸送帶

近年，隨著我國國民經濟持續、快速的發展，帶動了電力、煤炭、鋼鐵等持續、快速的增長，給輸送帶工業帶來了良好的發展機遇。輸送帶主要由骨架材料、覆蓋層及打底材料三大部分組成，而覆蓋層是決定輸送帶性能及用途的關鍵部分。冶金、煉焦、水泥等行業輸送的物料溫度較高[1]，并伴有嚴重的屈撓、磨損、沖擊作用，普通輸送帶無法滿足要求，這就需要與之相適應的耐高溫輸送帶。耐熱輸送帶的耐熱性能主要取決于覆蓋膠[2-3]。

EPDM是一種通用合成橡膠[4-5]，其獨特的分子結構賦予其耐臭氧、耐酸堿、抗疲勞、抗撕裂、耐熱老化性能，耐熱溫度高，可在150℃下長期使用[6]。此外，EPDM還具有極好的硫化特性，用其煉制的橡膠不易龜裂、硬化程度低，且硬度增加后耐磨耗性有所提高，EPDM現被當作是制造耐高溫輸送帶覆蓋膠的理想材料[7]。

針對EPDM作為覆蓋層的報道并不少見，通過配方設計，可改善其力學性能、耐熱性能、耐磨性能等，但仍存在一定的不足，如成本偏高、工藝性能不理想等。本文側重制備一種工藝、成本、性能綜合平衡的耐高溫輸送帶覆蓋膠[8-12]。

1 EPDM覆蓋膠的制備

1.1 實驗試劑

EPDM4045，吉林石化；硫磺，河北辛集市康達化工廠；TMTD、NOBS，天津市大茂化學試劑廠；炭黑N330，龍星化工股份有限公司；BLE、DNP、4010NA、RD，天津市茂豐橡膠助劑有限公司；其余均為市售工業試劑。

1.2 實驗儀器

XK-160開煉機，大連嘉爾新橡塑機械有限公司；XLB-D350×350平板硫化機，青島華天鑫工貿有限公司；JC-2000E無轉子硫化儀，江都市精誠測試儀器有限公司；MZ-4030測厚儀，江蘇明珠實驗機械有限公司；WSM-20KN萬能試驗機，長春市智能儀器設備有限公司；LX-A橡膠硬度計，溫州一鼎儀器制造有限公司。

1.3 實驗配方

基礎配方(質量份)：EPDM4045 100，古馬隆 4，ZnO 5，硬脂酸 1，硫磺+促進劑(NOBS+TMTD) 4.4，N330+碳酸鈣 60，防老劑 變量。

硫化條件：140℃，10MPa。

本實驗分三次進行，將每次得出的各因素的最優結果用于下次實驗的配方中。實驗順序依次為(1)硫磺+促進劑(4.4份)，(2)防老劑(2份)，(3)N330+鈣粉(60份)。

1.4 實驗基本流程

配料→塑煉→混煉→下片→壓片→硫化→試樣制備→性能測試

2 性能測試標準

硬度測試依據GB/T531.1-2008進行，拉伸性能依據GB/T 528-2009進行，撕裂測試依據GB/T529-2008中直角型試樣進行，老化測試參照GB/T 3512-2014標準進行，測試條件：150℃×168h。

耐熱輸送帶覆蓋膠材料各項性能指標依據GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》中耐熱等級為T3(可耐熱不大于150℃的實驗溫度)進行，具體指標見表1。

表1 T3型耐熱輸送帶覆蓋膠材料的物理機械性能

3 結果與討論

3.1 硫磺/促進劑對三元乙丙耐熱輸送帶覆蓋膠材料性能的影響

3.1.1 硫磺/促進劑對覆蓋膠材料硫化時間的影響

硫化體系對耐熱輸送帶覆蓋膠材料硫化時間的影響見表2。

表2 硫磺/促進劑EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料硫化時間的影響

由表2可以看出：采用硫磺作為硫化劑，TMTD和NOBS等量并用作為硫化促進劑，隨著硫磺用量的增加和促進劑用量的減少，覆蓋膠的tc10和tc90呈現增加的趨勢。這是因為促進劑的用量減少，延長了硫化時間。

3.1.2 硫磺/促進劑對覆蓋膠材料物理機械性能的影響

硫化體系對耐熱輸送帶覆蓋膠材料硬度的影響見表3。

表3 硫磺/促進劑對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料硬度的影響

根據表3中實驗數據可以看出：從硫磺/促進劑用量由0.4/4到2.0/2.4，硬度在77-84HA變化。這是因硫化膠的交聯密度隨著硫磺/促進劑的比例變化所導致的。

隨著硫磺/促進劑的增加，覆蓋膠的拉伸強度大致呈現先增加后下降的趨勢，在硫磺/促進劑為1.6/2.8時出現最大值15.6MPa。在硫磺/促進劑從0.4/4到1.6/2.8，這是由于硫磺與促進劑比例適中，覆蓋膠的交聯密度增大，因此拉伸強度增大；但當硫磺/促進劑比例繼續增大時，可能硫磺的過分增加導致游離硫含量增大，而促進劑的減少進一步引起EPDM的交聯鍵數量，即交聯密度的下降，故此拉伸強度大幅度下降。硫磺/促進劑比例為0.4/4到1.6/2.8范圍內，覆蓋膠有較好的斷裂伸長率。

綜合考慮拉伸強度及斷裂伸長率的結果，選用硫磺/促進劑比例為1.6/2.8。

3.2 防老劑對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料物理機械性能的影響

防老體系對耐熱輸送帶覆蓋膠材料物理機械性能的影響見表4。

表4 防老劑對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料物理機械性能的影響

注：防老劑、并用防老劑(1:1)用量為2份，硫磺/促進劑為1.6/2.8，炭黑N330為60份。

根據表4中實驗數據可知：加入不同種類防老劑的膠料的普遍上升，加入BLE、DNP、4010NA+RD的膠料老化前后后硬度變化相對較小。加入防老劑BLE、DNP的膠料拉伸強度和斷裂伸長率老化前后變化較小，說明其耐老化性能較好，其中，以防老劑BLE為最佳。這是因為BLE對熱、氧、臭氧、氣候和屈撓等均有良好的防護性，且在膠料中較易分散。

結合表4中實驗數據，選用BLE作為防老劑，用量為2份。

3.3 填料對EPDM耐熱輸送帶覆蓋物理機械膠性能的影響

實驗采用的填料為(炭黑N330+碳酸鈣)60份，通過總量不變而改變兩者加入比例來研究填料對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠填充補強性能的影響，見表5。

表5 填料對EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠性能的影響

表5(續)

注：硫磺/促進劑為1.6/2.8，BLE為2份。

由表5可以看出：當填料中碳酸鈣比例增加(N330減少)時，膠料的綜合性能有所下降。老化前的硬度、拉伸強度、斷裂伸長率下降；但老化前后的性能變化率，尤其是拉伸強度、斷裂伸長率的變化率較小。結合技術指標及經濟性能，當N330/碳酸鈣為60/0-30/30時，覆蓋膠的綜合性能滿足國標GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》中耐熱等級為T3型耐熱輸送帶材料的要求。

3.4 EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠配方的確定

結合以上實驗測試的結果，考慮綜合性能及成本，本實驗最終確定耐熱輸送帶覆蓋膠材料配方為(份)：EPDM4045 100，硫磺 1.6，NOBS 1.4，TMTD 1.4，ZnO 5，硬脂酸 1，BLE 2，古馬隆 4，N330/碳酸鈣為60/0-30/30。國標的指標要求與上述配方的測試結果見表6。

表6 國標T3型的指標要求與選定配方的測試結果比較

上述配方的各項性能指標均符合國家標準GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》T3型的技術要求。

4 結語

(1)實驗所用硫磺/TMTD/NOBS比例為1.6/1.4/1.4時，覆蓋膠的硫化特性較好；

(2)防老劑BLE采用2份時，輸送帶覆蓋膠有較好的綜合性能，同時滿足技術指標要求；

(3)填料中碳酸鈣起填充及降低成本的作用，炭黑N330對膠料可起到補強的作用，隨著炭黑用量的減少，橡膠的綜合性能隨之下降，炭黑用量與碳酸鈣用量在60/0-30/30范圍內時，橡膠老化前后的各項指標符合國標的要求；

(4)考慮綜合性能及成本，本實驗最終確定符合GB/T 20021-2005《帆布芯耐熱輸送帶》耐熱等級為T3型耐熱輸送帶材料要求的配方為(份)：EPDM4045 100，硫磺 1.6，NOBS 1.4，TMTD 1.4，ZnO 5，硬脂酸 1，BLE 2，古馬隆 4，N330/碳酸鈣為60/0-30/30。

[1] 方海珍.耐150℃～300℃高溫輸送帶的研制[D]. 南京:南京理工大學,2007:1-9.

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ThePreparationandPerformanceoftheEPDMHeatResistantConveyorBeltCover

LiJingyu，SunHuijuan，WangPei，JiaLi

(Department of Applied Chemistry, Hengshui University, Hengshui 053000,China)

EPDM was used as main body material of rubber conveyor belt cover.According to the requirements of the heat resistant conveyor belt cover rubber performance, EPDM heat resistant conveyor belt cover was made by mechanical blending and chemical crosslinking, at the same time vulcanizing agent (percentage of sulfur and accelerator), antiager, filling reinforcing agent (calcium carbonate) effect on the properties of rubber.The results showed that when the sulfur/TMTD/ NOBS proportion is 1.4/1.6/1.4, the curing time can be greatly reduced; At the same time when BLE was used 2 parts and N330 was used 60 parts, the heat resistant conveyor belt cover had the best comprehensive performance.

EPDM;curing agent;antioxidant;conveyor belt

2017-07-12

河北省科技計劃項目(15211222)

李靜宇(1981—),河北武邑縣人,衡水學院應用化學系講師,理學碩士。

TQ330.7

A

1008-021X(2017)18-0031-03

(本文文獻格式李靜宇，孫會娟，王培，等.EPDM耐熱輸送帶覆蓋膠材料的制備及性能研究[J].山東化工，2017，46(18)：31-33.)