节能型高强力碳纤维输送带的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，采用以下工艺：（1）碳纤维布经超声或等离子体处理，浸胶处理；（2）天然橡胶、合成橡胶、活性剂、防老剂、补强剂和增塑剂混炼得到一段混炼胶；加入促进剂和硫化剂混炼得到二段混炼胶，挤出出片得到覆盖胶胶片；（3）天然橡胶、合成橡胶、活性剂、防老剂、胶粘剂、补强剂和增塑剂混炼得到一段混炼胶；再加入促进剂、硫化剂和粘合剂RA混炼得到二段混炼胶，挤出出片制得粘合胶胶片；（4）碳纤维布上下表面贴覆粘合胶胶片、逐层贴合制得骨架，骨架上下表面贴覆覆盖胶胶片，制得带坯；（5）硫化得到所述的输送带。本发明得到的输送带质量轻、强力高、抗疲劳、寿命长，可以大大节省输送能耗。
【专利说明】节能型高强力碳纤维输送带的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，尤其是一种适用于煤矿、冶金、矿山等行业的长距离物料输送的输送带，属于橡胶制品【技术领域】。
【背景技术】
[0002]橡胶输送带是仅次于轮胎的第二大重要橡胶制品，主要应用于煤炭、冶金、建材、矿山、港口等工业领域，需求年增长率超过25%。随着各工业领域不断发展，输送设备逐渐向重型化、大型化、长距离方向发展，相应地，对于输送带的性能要求也进一步地提高。常规的帆布带强力有限，提高强力往往需要增加带厚；而作为高强力输送带首选的钢丝绳芯输送带，其每平方米带重远高于帆布带。带体越重，输送机承受的压力越大，输送系统能耗便相应增大。因而，研发带体轻、强度高的输送带，可以为工业领域减少能耗。
[0003]碳纤维是纤维状的炭材料，具有质轻、高强、高模、耐腐蚀、低膨胀、抗疲劳、抗剪切等综合优异性能，其强度是钢铁的10倍，但重量却轻很多。根据其原料及生产方式不同，主要分为聚丙烯腈基碳纤维及浙青基碳纤维。前者是把聚丙烯腈纤维在惰性气体中高温加热所获得的纤维，是高强度型碳纤维。后者是把煤焦油或石油浙青抽丝后经高温烧结而成的纤维，是一种高弹性模量型的碳纤维。以碳纤维织物为增强体的碳纤维增强复合材料作为21世纪新材料领域中最先进的高科技产品之一，广泛应用于航空航天、建筑建材、文化体育器材、交通及医疗等领域。
[0004]鉴于碳纤维兼备纺织纤维的柔软及可加工型，通过超声技术或等离子体处理，经由改性的RFL浸胶体系进行浸胶处理，可得到性能优异的碳纤维织物。选用碳纤维织物作为输送带骨架材料，通过调整碳纤维织物结构，可以适当减层，从而制备带体轻、模量高的高强力输送带。而且，随着碳纤维生产技术发展、产能增大，预计其成本将大幅降低，这对于输送带总体而言，不会产生太多的额外成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，该输送带质量轻、强力高、抗疲劳、寿命长，可以大大节省输送能耗。
[0006]按照本发明提供的技术方案，一种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，所述输送带包括骨架，骨架上下表面通过粘合胶贴合覆盖胶；特征是，采用以下工艺制备:
[0007](I)骨架材料采用碳纤维布，碳纤维布经过超声波处理或者等离子体处理；再将碳纤维布在浸胶胶乳中进行处理，浸胶胶乳的组份为:间苯二酚I?3重量份、甲醛0.5?2重量份、胶乳40?60重量份和添加剂I?5重量份,温度为100?180°C,浸溃时间为I?lOmin，胶乳为丁苯胶乳、氯丁胶乳、氯磺化聚乙烯胶乳、丁腈胶乳或氢化丁腈胶乳中的一种或几种，添加剂为硅烷偶联剂、环氧树脂或异氰酸酯；
[0008](2)覆盖胶的制备:将100重量份天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、I?10重量份活性剂、I?5重量份防老剂、30?60重量份补强剂和5?10重量份增塑剂依次加入密炼机中混炼3?6min，混炼温度为140?150°C，得到一段混炼胶料，停放4?8h ;再加入
0.5?4.0重量份促进剂和I?5重量份硫化剂混炼I?3min，混炼温度为80?100°C，得到二段混炼胶，停放8?16h ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，得到覆盖胶胶片；
[0009](3)粘合胶的制备:将100重量份天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、I?10重量份活性剂、I?5重量份防老剂、3?7重量份胶粘剂、30?60重量份补强剂和I?5重量增塑剂依次加入密炼机中混炼2?5min，混炼时间为130?150°C，得到一段混炼胶料，停放4?8h ;再加入0.5?4.0重量份促进剂、I?5重量份硫化剂和O?3重量份粘合剂RA混炼I?3min，混炼温度为80?100°C，得到二段混炼胶，停放8?16h ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，制得粘合胶胶片；
[0010](4)输送带带坯的制备:于碳纤维布的上、下表面贴覆粘合胶胶片，并将I?5层碳纤维布逐层贴合制得骨架，再于骨架上下表面分别贴覆覆盖胶胶片，制得输送带带坯；
[0011](5)输送带的硫化:将输送带带还进行硫化，硫化压力为10?20MPa,硫化温度为130?160°C，硫化时间为20?50min，硫化后经冷却定型，清除废边后，即得到所述的节能型高强力碳纤维输送带。
[0012]在一个【具体实施方式】中，所述天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体中天然橡胶和合成橡胶的质量比为30:70?50:50 ;所述合成橡胶为丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶中的一种或几种。
[0013]在一个【具体实施方式】中，所述补强剂为炭黑、白炭黑、陶土、碳酸钙中的一种或几种。
[0014]在一个【具体实施方式】中，所述促进剂为促进剂CZ、促进剂NS、促进剂M、促进剂D、促进剂DM、促进剂TMTD中的一种或几种。
[0015]在一个【具体实施方式】中，所述硫化剂为硫磺、硫化剂PDM或硫化剂DCP。
[0016]在一个【具体实施方式】中，所述胶粘剂为粘合剂RS、粘合剂RE、粘合剂RA、粘合剂BN-1中的一种或几种。
[0017]在一个【具体实施方式】中，所述活性剂为纳米氧化锌和硬脂酸，纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为50:50?70:30。
[0018]在一个【具体实施方式】中，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD、防老剂MC、防老剂BLE或微晶蜡中的一种或多种。
[0019]在一个【具体实施方式】中，所述增塑剂为芳烃油、古马隆、太阳油、氯化石蜡中的一种或两种。
[0020]在一个【具体实施方式】中，步骤(I)中，所述碳纤维布超声波处理的功率为100?400W,时间为I?5min ;所述碳纤维布等离子体处理气氛为空气气氛，功率为50?150W，压强为10?50Pa，时间为5?15min。
[0021]本发明具有如下优点:(1)本发明所述骨架材料采用轻质高强的碳纤维布，与传统的钢丝绳相比，在同等强度下，带体重量减轻30%以上，可以降低输送机的能耗；(2)本发明采用高强力的碳纤维布，可以适当地减少骨架层层数，从而简化了输送带的成型工序，提高生产效率；(3)本发明采用的碳纤维布具有优良的抗撕裂、抗剪切、耐锈蚀等性能，可以避免钢丝绳芯输送带在使用中出现锈蚀而强力降低的问题；(4)本发明所述的碳纤维布经过超声处理或等离子体处理，表面产生了大量的活性基团，如羰基、羧基、酯基等，提高了碳纤维织物与粘结剂的浸润性，增大了其与粘结剂的结合强度和结合量，从而提高橡胶与碳纤维的粘合性能；(5)本发明所述的碳纤维布经过浸胶体系处理，可以改善橡胶与表面活性较低的碳纤维的粘合效果。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0023]本发明对覆盖胶、粘合胶所使用的活性剂、防老剂、增塑剂没有特别要求，均为市售的常规助剂。
[0024]所述碳纤维布为平纹结构、直径直纬或斜纹组织；所述碳纤维布的经向为碳纤维，纬向为碳纤维、聚酯纤维或尼龙纤维。
[0025]实施例1:一种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，所述输送带包括骨架，骨架上下表面通过粘合胶贴合覆盖胶；特征是，采用以下工艺制备:
[0026](I)骨架材料采用碳纤维布，碳纤维布经过超声波处理或者等离子体处理；再将碳纤维布在浸胶胶乳中进行处理，浸胶胶乳的组份为:间苯二酚I重量份、甲醛0.5重量份、丁苯胶乳40重量份和硅烷偶联剂I重量份，温度为100°C，浸溃时间为IOmin ;所述碳纤维布超声波处理的功率为100W，时间为5min ;所述碳纤维布等离子体处理气氛为空气气氛，功率为50W，压强为10Pa，时间为15min ;该骨架材料的强度级别CF1000 ；
[0027](2)覆盖胶的制备:将30重量份天然橡胶(SMR10)、40重量份丁苯橡胶(SBR1502)、30重量份顺丁橡胶、5重量份纳米氧气锌、2重量份硬脂酸、2重量份防老剂4020、2重量份微晶蜡、50重量份炭黑N220和8重量份芳烃油依次加入密炼机中混炼4min，混炼温度为145°C，得到一段混炼胶料，停放6h ;再加入1.8重量份促进剂NS和2重量份硫磺混炼2min，混炼温度为90°C，得到二段混炼胶，停放IOh ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，得到厚度为4mm的覆盖胶胶片；
[0028](3)粘合胶的制备:将40重量份天然橡胶(SMR10)、60重量份丁苯橡胶、3重量份纳米氧化锌、I重量份硬脂酸、I重量份防老剂RD、2重量份胶粘剂BN-1、2重量份胶粘剂RS、30重量份炭黑N330、15重量份白炭黑和3重量芳烃油依次加入密炼机中混炼3min，混炼时间为140°C，得到一段混炼胶料，停放8h ;再加入1.5重量份促进剂DM、0.5重量份促进剂TMTD、2.3重量份硫磺和2重量份粘合剂RA混炼3min，混炼温度为95°C，得到二段混炼胶，停放12h ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，制得粘合胶胶片；
[0029](4)输送带带坯的制备:于碳纤维布的上、下表面贴覆粘合胶胶片，再于碳纤维布上下表面分别贴覆覆盖胶胶片，制得输送带带坯；
[0030](5)输送带的硫化:将输送带带还进行硫化，硫化压力为15MPa,硫化温度为150°C，硫化时间为30min，硫化后经冷却定型，清除废边后，即得到所述的节能型高强力碳
纤维输送带。
[0031]实施例2:—种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，所述输送带包括骨架，骨架上下表面通过粘合胶贴合覆盖胶；特征是，采用以下工艺制备:
[0032](I)骨架材料采用碳纤维布，碳纤维布经过超声波处理或者等离子体处理；再将碳纤维布在浸胶胶乳中进行处理，浸胶胶乳的组份为:间苯二酚3重量份、甲醛2重量份、丁腈胶乳20重量份、氢化丁腈胶乳40重量份和异氰酸酯5重量份，温度为180°C，浸溃时间为Imin ;所述碳纤维布超声波处理的功率为400W,时间为Imin ;所述碳纤维布等离子体处理气氛为空气气氛，功率为150W，压强为50Pa，时间为5min ;该骨架材料的强度级别CF500 ；
[0033](2)覆盖胶的制备:将40重量份天然橡胶(SMR10)、40重量份丁苯橡胶、20重量份乙丙橡胶、0.5重量份纳米氧化锌、0.5重量份硬脂酸、I重量份防老剂MC、30重量份炭黑N115和5重量份古马隆依次加入密炼机中混炼3min，混炼温度为140°C，得到一段混炼胶料，停放4h ;再加入0.5重量份促进剂D、3重量份硫磺和2重量份硫化剂DCP混炼lmin，混炼温度为100°C，得到二段混炼胶，停放16h ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，得到覆盖胶胶片；
[0034](3)粘合胶的制备:将80重量份天然橡胶(SMR10)、20重量份乙丙橡胶、I重量份纳米氧化锌、I重量份硬脂酸、2重量份防老剂MC、1重量份防老剂BLE、3重量份粘合剂RE、2重量份粘合剂RS、20重量份炭黑N550、10重量份白炭黑和I重量太阳油依次加入密炼机中混炼2min，混炼时间为130°C，得到一段混炼胶料，停放4h ;再加入0.5重量份促进剂M、2重量份硫磺和3重量份硫化剂DCP混炼3min，混炼温度为80°C，得到二段混炼胶，停放8h ；二段混炼胶于挤出机上挤出出片，制得粘合胶胶片；
[0035](4)输送带带坯的制备:于碳纤维布的上、下表面贴覆粘合胶胶片，并将3层碳纤维布逐层贴合制得骨架，再于骨架上下表面分别贴覆覆盖胶胶片，制得输送带带坯；
[0036](5)输送带的硫化:将输送带带还进行硫化，硫化压力为IOMPa,硫化温度为160°C，硫化时间为20min，硫化后经冷却定型，清除废边后，即得到所述的节能型高强力碳纤维输送带。
[0037]实施例3:—种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，所述输送带包括骨架，骨架上下表面通过粘合胶贴合覆盖胶；特征是，采用以下工艺制备:
[0038](I)骨架材料采用碳纤维布，碳纤维布经过超声波处理或者等离子体处理；再将碳纤维布在浸胶胶乳中进行处理，浸胶胶乳的组份为:间苯二酚2重量份、甲醛I重量份、氯丁胶乳25重量份、氯磺化聚乙烯胶乳25重量份和环氧树脂2重量份，温度为150°C，浸溃时间为5min ;所述碳纤维布超声波处理的功率为200W，时间为2min ;所述碳纤维布等离子体处理气氛为空气气氛，功率为100W，压强为20Pa，时间为IOmin ;该骨架材料的强度级别CF500 ；
[0039](2)覆盖胶的制备:将50重量份天然橡胶(SMR10)、25重量份丁腈橡胶、25重量份氯丁橡胶、7重量份纳米氧化锌、3重量份硬脂酸、2重量份防老剂BLE、2重量份微晶蜡、I重量份防老剂RD、50重量份炭黑N220和10重量份碳酸钙依次加入密炼机中混炼6min，混炼温度为150°C，得到一段混炼胶料，停放8h ;再加入4.0重量份促进剂CZ和I重量份硫化剂PDM混炼3min，混炼温度为80°C，得到二段混炼胶，停放8h ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，得到覆盖胶胶片；
[0040](3)粘合胶的制备:将70重量份天然橡胶、30重量份氯丁橡胶、8重量份纳米氧化锌、2重量份硬脂酸、2重量份防老剂RD、I重量份防老剂4020、2重量份防老剂BLE、2重量份粘合剂RE、2重量份粘合剂RS、3重量份粘合剂BN-1、30重量份炭黑N330补强剂、15重量份陶土、15重量份白炭黑和5重量份芳烃油依次加入密炼机中混炼5min，混炼时间为150°C，得到一段混炼胶料，停放6h ;再加入1.5重量份促进剂DM、2重量份促进剂D、0.5重量份促进剂TMTD、I重量份硫磺和3重量份粘合剂RA混炼2min，混炼温度为100°C，得到二段混炼胶，停放16h ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，制得粘合胶胶片；
[0041](4)输送带带坯的制备:于碳纤维布的上、下表面贴覆粘合胶胶片，并将5层碳纤维布逐层贴合制得骨架，再于骨架上下表面分别贴覆覆盖胶胶片，制得输送带带坯；
[0042](5)输送带的硫化:将输送带带坯进行硫化，硫化压力为20MPa，硫化温度为130°C，硫化时间为50min，硫化后经冷却定型，清除废边后，即得到所述的节能型高强力碳纤维输送带。
[0043]本发明所述碳纤维输送带骨架的径向断裂强度> 500N/mm，纬向断裂强度^ 200N/mm ;骨架的层数为I~5层，其在输送带中起承载重量的作用；粘合胶的作用是粘结骨架层以及骨架层与覆盖胶；覆盖胶的作用是保护骨架材料，缓冲输送物料对骨架材料的损伤。
[0044]实施例1~3的碳纤维输送带的性能如表1所示。
[0045]表1实施例1~3碳纤维输送带的性能
[0046]
【权利要求】
1.一种节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，所述输送带包括骨架，骨架上下表面通过粘合胶贴合覆盖胶；其特征是，采用以下工艺制备: (1)骨架材料采用碳纤维布，碳纤维布经过超声波处理或者等离子体处理；再将碳纤维布在浸胶胶乳中进行处理，浸胶胶乳的组份为:间苯二酚f 3重量份、甲醛0.5~2重量份、胶乳40-60重量份和添加剂I飞重量份，温度为10(Tl8(rC，浸溃时间为f lOmin，胶乳为丁苯胶乳、氯丁胶乳、氯磺化聚乙烯胶乳、丁腈胶乳或氢化丁腈胶乳中的一种或几种，添加剂为硅烷偶联剂、环氧树脂或异氰酸酯； (2)覆盖胶的制备:将100重量份天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、f10重量份活性剂、f 5重量份防老剂、30-60重量份补强剂和5~10重量份增塑剂依次加入密炼机中混炼3~6min，混炼温度为14(Tl50°C，得到一段混炼胶料，停放4~8h ;再加入0.5~4.0重量份促进剂和I飞重量份硫化剂混炼I~3min，混炼温度为8(Tl00°C，得到二段混炼胶，停放8~16h ；二段混炼胶于挤出机上挤出出片，得到覆盖胶胶片； (3)粘合胶的制备:将100重量份天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体、f10重量份活性剂、I飞重量份防老剂、3~7重量份胶粘剂、30-60重量份补强剂和I飞重量增塑剂依次加入密炼机中混炼2~5min，混炼时间为13(Tl50°C，得到一段混炼胶料，停放4~8h ;再加入0.5^4.0重量份促进剂、广5重量份硫化剂和0-3重量份粘合剂RA混炼f 3min，混炼温度为8(TlO(TC，得到二段混炼胶，停放8~16h ;二段混炼胶于挤出机上挤出出片，制得粘合胶胶片； (4)输送带带坯的制备:于碳纤维布的上、下表面贴覆粘合胶胶片，并将I飞层碳纤维布逐层贴合制得骨架，再于骨架上下表面分别贴覆覆盖胶胶片，制得输送带带坯； (5)输送带的硫化:将输送带带坯进行硫化，硫化压力为l(T20MPa，硫化温度为13(Tl60°C，硫化时间为2(T50min，硫化后经冷却定型，清除废边后，即得到所述的节能型高强力碳纤维输送带。
2.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述天然橡胶与合成橡胶混合橡胶基体中天然橡胶和合成橡胶的质量比为30:70-50:50 ;所述合成橡胶为丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述补强剂为炭黑、白炭黑、陶土、碳酸钙中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述促进剂为促进剂CZ、促进剂NS、促进剂Μ、促进剂D、促进剂DM、促进剂TMTD中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述硫化剂为硫磺、硫化剂PDM或硫化剂DCP。
6.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述胶粘剂为粘合剂RS、粘合剂RE、粘合剂RA、粘合剂BN-1中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述活性剂为纳米氧化锌和硬脂酸，纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为50:50-70:30。
8.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD、防老剂MC、防老剂BLE或微晶蜡中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:所述增塑剂为芳烃油、古马隆、太阳油、氯化石蜡中的一种或两种。
10.如权利要求1所述的节能型高强力碳纤维输送带的制备方法，其特征是:步骤(1)中，所述碳纤维布超声波处理的功率为10(T400W，时间为f5min ;所述碳纤维布等离子体处理气氛为空气气氛，功 率为5(Tl50W，压强为l(T50Pa，时间为5~15min。
【文档编号】D06M15/41GK103753901SQ201410007364
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】萨日娜, 张立群, 范旭梦, 田明, 吴建国, 袁佳春, 施洁, 吴宇航, 刘珊, 蔡必凤, 曹晖, 张 浩, 陈金坤, 单世业, 周铁 申请人:无锡宝通带业股份有限公司, 北京化工大学