阻燃劑對膠帶性能的影響

呂彥陽

（華越機械有限公司奧倫膠帶分公司，山西 陽泉 045000）

0 引言

帶式輸送機為煤礦生產中的關鍵設備，其承擔著綜采工作面煤炭的主要運輸任務。輸送帶為帶式輸送機的直接承載體，其耐磨性、承載性能以及阻燃性是其關鍵因素。目前，新型的輸送帶已經在逐步取代傳統的橡膠輸送帶。新型輸送帶在表層覆蓋一層聚氯乙烯，其本身具有較好的阻燃性能，但是，其作為軟質材料使用時，需要加入一定的增塑劑，從而導致其阻燃性能下降[1-2]。因此，綜合保證膠帶的阻燃性能、剝離強度以及耐磨性是當前急需解決的問題。本文將重點對阻燃劑影響膠帶性能的機理展開研究。具體闡述如下。

1 實驗方案設計

聚氯乙烯作為在輕型膠帶表面覆蓋的主體材料，其本身具有一定的阻燃特性；為了保證膠帶柔韌性，在聚氯乙烯樹脂中加入一定量的增塑劑；與此同時，增塑劑的添加會導致膠帶中氯含量的降低，進而影響整個膠帶的阻燃性能[3]。因此，在加入增塑劑的同時還需繼續加入一定量的阻燃劑，確保所成型膠帶的阻燃性能滿足標準要求。

氫氧化鋁、三氧化二銻以及硼酸鋅為膠帶成型過程中常用的阻燃劑。本文對上述三種阻燃劑中的一種或者多種組合所成型膠帶的力學性能、阻燃性能進行對比，最終得出最佳的阻燃劑類型或組合。根據上述實驗要求，選用的實驗試劑包括有鄰苯二甲酸二辛酯、三氧化二銻、硼酸鋅、碳酸鈣、聚氯乙烯糊狀樹脂以及氫氧化鋁，涉及到的實驗儀器及型號見表1。

表1 實驗儀器及型號

膠帶成型的基體配方如下：90 g 的鄰苯二甲酸二辛酯、100 g 聚氯乙烯糊狀樹脂、20 g 的碳酸鈣、0～40 g的氫氧化鋁、0～40 g 三氧化二銻以及0～40 g 的硼酸鋅。膠帶成型工序包括有制糊、涂覆以及加熱。

制糊工藝：在分散機中依次加入鄰苯二甲酸二辛酯、聚氯乙烯糊狀樹脂、填充劑以及不同比例的阻燃劑；分散機設定的攪拌速度為300 r/min，攪拌時間為6 min；而后將分散機的攪拌缸抽為真空狀態，并以1 000 r/min 的速度攪拌3 min 后靜置30 min。

涂覆工藝：將尺寸為500 mm×300 mm 的膠帶基體材料固定在涂覆試驗機上，設定張緊力為100 N。首先將Nap 均勻涂覆于膠帶的基體材料上；而后將所制備的PVC 糊均勻涂覆于基體材料上。

加熱工藝：將涂覆完成的材料放置于烘箱中，將烘烤溫度設置為190 ℃，在上述恒溫環境中保溫4 min。

基于上述工藝所制備的膠帶對其剝離強度、硬度、磨耗、垂直燃燒以及氧指數等指標進行測試。其中，剝離強度測試遵循GB/T 6759—2013；硬度測試遵循GB/T 2411—2008；磨耗測試遵循GB/T 9876—2008；垂直燃燒測試遵循ISO 340：2004；氧指數測試遵循GB/T 2406—1993。

2 實驗結果分析

基于上述實驗方案所研究的阻燃劑的組合包括有單獨使用三氧化二銻、硼酸鋅和氫氧化鋁，氫氧化鋁和三氧化二銻共同使用、氫氧化鋁和硼酸鋅共同使用、三種阻燃劑共同使用，對這六種情況進行研究。

2.1 單獨使用一種阻燃劑對膠帶性能的影響

以三氧化二銻為例，對其不同用量阻燃劑對膠帶的剝離強度、磨耗、硬度等指標進行測試，測試結果如圖1 所示。

圖1 不同用量的三氧化二銻阻燃劑對膠帶性能的影響

綜合分析圖1 中的試驗曲線得出如下結論，直接表現為：

1）隨著三氧化二銻阻燃劑的增加對應膠帶的剝離強度下降；磨耗減小，即耐磨性能增強；硬度增加。

2）對于阻燃性能而言，隨著三氧化二銻添加量的增加其阻燃性能逐漸變好，火焰的持續時間縮短；但是總的來講，當三氧化二銻添加量為40 份時，其阻燃性能仍然達不到標準要求。

同理得出，單獨采用氫氧化鋁阻燃劑所成型膠帶的阻燃效果仍然無法達到標準要求；單獨采用硼酸鋅阻燃劑所導致所成型膠帶中分子鏈狀結構被破壞，膠帶的磨耗性能下降，無法達到標準要求[4-5]。

2.2 多種阻燃劑對膠帶性能的影響

以氫氧化鋁和三氧化二銻兩種阻燃劑聯合使用為例，結合上述實驗結論固定添加氫氧化鋁阻燃劑的量為20 g，對其中添加不同量三氧化二銻阻燃劑對應的膠帶性能進行對比，對比結果如圖2 所示，重點考核其阻燃性能。

圖2 氫氧化鋁和三氧化二銻阻燃劑對膠帶阻燃性能的影響

綜合分析氫氧化鋁和三氧化二銻阻燃劑對膠帶剝離強度、磨耗、硬度、氧指數、火焰持續時間以及阻燃時間等指標得出如下結論：

隨著三氧化二銻阻燃劑添加量的增加，火焰的持續時間和陰燃時間減少，均小于5 s；說明，在氫氧化鋁阻燃劑的基礎上加入20 g 三氧化二銻具有較好的阻燃效果。但是，三氧化二銻的成本較高，因此，初步確定在20 g 氫氧化鋁阻燃劑的基礎上添加10 g 三氧化二銻阻燃劑。

在上述兩種阻燃劑配合使用的基礎上，對三種阻燃劑的聯合使用效果進行實驗驗證，實驗基礎條件為：氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，對添加不同硼酸鋅對膠帶阻燃性能的影響進行驗證，實驗結果如圖3 所示。

圖3 三種阻燃劑對膠帶阻燃性能的影響

由圖3 可知，當氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，在此基礎上添加硼酸鋅，隨著硼酸鋅添加量的增加，所成型膠帶的陰燃現象達到消除效果。最終確定阻燃劑的最佳配方為氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，硼酸鋅20 g，所成型膠帶進行測定其性能見表2。

表2 阻燃配方對應膠帶的性能參數

3 結語

帶式輸送機新型膠帶在制備過程中由于增塑劑的添加會影響其阻燃性，因此在加入增塑劑的同時還需添加一定量的阻燃劑。本文重點對阻燃劑的最佳配方通過實驗方式進行確定。經實驗研究，最終確定新型膠帶最佳阻燃劑的配方為：氫氧化鋁為20 g，三氧化二銻為10 g，硼酸鋅為20 g，并對最終所成型膠帶的綜合性能進行測定。