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泰州科德橡胶机械-捏炼机:高性能再生橡胶在输送带中的应用

发布时间:2018-06-05 22:49:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

泰州科德橡胶机械-捏炼机2018年6月5日讯  介绍了高性能再生橡胶在输送带L级别覆盖胶中的应用,研究从再生胶对L级别覆盖胶的加工工艺、拉伸强度、耐磨、耐老化等多方面进行了分析实验,确定了合适的配方,满足了使用要求。

关键词:高性能再生橡胶、输送带、覆盖胶

橡胶是高分子材料的一种,高弹态是橡胶的独有特性,生胶,即尚未被交联的橡胶低温下变硬,高温下变软,没有保持形状的能力且力学性能较低,基本无使用价值,必须经过硫化才具有使用价值,例如我们常见的轮胎、传动带、胶管、输送带等都需要经过硫化这道工艺后才能够使用。橡胶在硫化前是可以进行加工的,但硫化后的橡胶成品就不具备再加工的性能,失去了再加工的能力。橡胶产品在使用过程中,随着岁月的洗礼,伴随着磨损、氧、热、臭氧、疲劳变形等的影响,橡胶产品慢慢也就失去了弹性,丧失了使用价值。这时候橡胶产品就完成了它一生的使命,变成了废旧橡胶。按照现有技术看,橡胶的硫化是不可逆的,也就是说废旧橡胶制品没有办法完全变成加工前的橡胶,国内外专家这一百年都在做这方面的研究,想把废旧橡胶再恢复到尽量接近加工前生胶的性能,我们把这种恢复后的胶称为再生胶或者复原橡胶。

现在国内把废旧橡胶变成可再加工再生胶的厂家非常多,采用的方式也各种各样,常见的大体有这么几种:高温动态脱硫罐、螺旋式常压高温连续脱硫、红外线微波等脱硫方法,但无论采用哪种方法,现在所谓的脱硫并不能真正实现把硫磺从硫化橡胶的交联键中分离出来。它的作用是在再生剂、热和氧及机械力的联合作用下使立体交联网断裂,一部分成为较小的交联碎片,一部分成为链状或者带支链的分子链,脱硫的过程可以用下面示意图1表示:

               图1

 

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理想化的橡胶再生是通过一定的方式,把硫化键中的多硫键-Sx-及单硫键-S-打开,而橡胶中的-C-C-键不能被破坏,这样就把网状的分子结构重新转化成链状的高分子结构,变的可以重新再加工,同时在硫化剂的作用下,以一定的温度压力和时间重新交联,交联后的物理性能指标等同或者接近原硫化橡胶。但现在的再生工艺还不能完全达到这种状况,经过脱硫再生后,再生橡胶的物理性能达到原橡胶指标的百分数越高,说明脱硫的技术越成熟,这个指标也是人们一直追求的方向。现在国内对这方面做了不少研究,从活化剂、脱硫工艺、设备等多方面进行了大量实验,以载重胎胶粉为基材,通过脱硫再生,可以达到10MPa.12MPa.14MPa.16MPa.在实验室甚至可以达到18MPa以上。

根据GB/T 13460-2008标准,通用再生胶中最高级别的为TA1,这种再生橡胶的拉伸强度达到14MPa以上,伸长率为420%以上,这个指标很接近输送带行业L级覆盖胶的级别(输送带行业GB/T 7984及GB/T 9770中L级别覆盖胶的指标如下:拉伸强度大于15MPa,扯断伸长率大于400%,磨耗小于200mm3,强伸指标在70℃×168h老化后变化率不能超过25%,),为此我们对TA1高强再生胶在橡胶输送带配方中的应用做了一些实验,我们从以下几个方面对配方进行考虑。

一、再生胶的使用对混炼胶物性的影响:

1、首先我们考虑加工工艺:好的配方首先要考虑是不是能很好的加工,输送带行业大部分仍采用压延机出片,开炼机或者挤出机供料,也有少数工厂采用冷喂料挤出出片机生产。无论是采用压延机还是挤出出片机出片,我们都需要加工的混炼胶在一定的门尼粘度之内,门尼粘度太高,混炼胶的加工工艺就比较差,容易发散,特别是在压延出片阶段,若用冷喂料挤出机供料,胶料的流动性差,出料慢,跟不上压延机的速度,严重制约生产效率的提高;若用开炼机热炼,由于再生胶生热慢,需要延长热炼时间,出的胶片容易不光滑,厚度也不一致,影响输送带产品的质量。

若门尼粘度太低,胶料经过密炼机混炼加工后具有了较高的温度,这时胶料变成了粘流态,通过辊距后成粘流薄片包覆在辊筒表面,这时胶料主要发生塑性流动和变形,缺少了橡胶应有的弹性,对辊筒发生黏附而难于切割,更无法进一步混炼与出片,所以我们首先要对所用的再生胶门尼的粘度进行控制:再生胶在生产过程中,由于生产工艺不同,产品的门尼粘度变化范围也会特别大,常见的有45~120之间,笔者曾经见过门尼粘度达到160以上的。

门尼粘度的影响因素主要有以下几点:软化剂的种类及用量、脱硫时间、脱硫温度、精炼过辊次数等。软化剂的加入,由于低分子软化剂对橡胶有溶胀作用,所以采用与橡胶极性相近的软化剂对橡胶的溶胀能力就强,以此来减少橡胶大分子间的相互作用力,从而降低再生胶的门尼粘度。另外过辊次数也是降低门尼粘度的方式之一,不过随着过辊次数的提高,再生橡胶的拉伸强度也逐渐降低,如图2:

                          图2

  



通过大量实验,在常用的输送带配方中,高强再生胶的门尼控制在60~90之间是比较合理的。

2、再生胶对拉伸强度的影响:拉伸强度是衡量和评价橡胶材料力学性能的主要指标之一,而TA1再生胶本身就具备比较高的拉伸强度,用检测配方进行测试就可以达到14MPa以上,所以从理论上来说,用TA1再生胶做L级别的输送带,在再生胶的基础配方中再添加少量天然胶或者合成胶就完全能达到15MPa以上,符合我们标准中的强力要求。

3、再生胶对磨耗的影响:橡胶制品在使用过程中,存在橡胶与其他物体之间的相对滑移与移动,这种作用会产生橡胶的损耗,这就是橡胶磨耗。常见的磨耗主要有以下三种形式:磨损磨耗、卷曲磨耗、疲劳磨耗,卷曲磨耗是橡胶与光滑的表面接触,由于摩擦力的作用使橡胶撕裂,撕裂的橡胶小片成卷脱落;疲劳磨耗是橡胶表面层在周期性应力作用下产生的表面疲劳带来的磨损。输送带L级别对覆盖胶的磨耗要求为邵泊尔磨耗不大于200mm3,而输送带覆盖胶受物料颗粒的冲击,主要承受的是磨损磨耗,其磨耗强度为:

I=Kµ(1-R)P/δ0

式中  I--磨耗强度;

K--摩擦表面常数;

          µ--摩擦系数;

R--橡胶的回弹性;

δ0--橡胶的拉伸强度;

P--压力。

可以看出磨耗强度主要与橡胶的回弹性和拉伸强度有关,由此可见,输送带覆盖胶的磨耗强度跟橡胶的拉伸强度和回弹性都有关系,拉伸强度越大,回弹性越高,橡胶的耐磨性就越好,所以在高含胶率配方中,再生胶的加入会降低橡胶的耐磨性,同样含胶率的配方中,高强度再生胶会优于低强度再生胶。

4再生胶对老化的影响:

再生胶对热氧老化抵制能力非常差,首先再生胶在被机械破碎过程中,钢丝帘线上的一些镀铜层被破坏,重金属铜等无法完全清除干净,一部分混进再生胶,影响了再生胶的老化。另外在生产再生胶的过程中,橡胶大分子链被强制机械破坏,形成更多的小分子链,小分子的形成,增加了与氧的接触机会,也会加速再生胶的老化。

 

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可以看出,在橡胶的氧化反应中,氢化过氧化物逐渐积累,同时陆续分解,发生大分子断裂、交联、或者支化反应,而再生胶中的小分子链又加剧了反应的进程。为此,在再生胶份额比较大的配方中,必须采用更合理更优越的防护体系,通过实验,对苯二胺类防老剂对再生胶的热氧老化有明显的效果。

二、配方设计与验证

根据以上分析,我们初步设计的配方如下:NR(泰国3L)  60;BR(燕山9000) 40;TA1再生胶(青岛海辰橡塑) 120;活性剂(氧化锌、硬脂酸) 10;补强剂 52;软化剂 8;促进剂 2.2;防老剂 5.8;考虑到再生橡胶耐热氧老化性能差,我们硫化体系采用无硫硫化体系(二硫化二吗啡啉DTDM和二硫化四甲基秋兰姆TMTD并用),用量为2.6。

硫化曲线如图3:           图3

           


覆盖胶物理性能测试结果:拉伸强度:16.2MPa;扯断伸长率:468%;邵泊尔磨耗:187.5mm3;硬度:62;撕裂强度:36.6N/mm;70℃×168h老化后拉伸强度:15.8MPa;70℃×168h老化后扯断伸长率:425%。

三 结论

1、在高强再生橡胶用量多的配方中,再生橡胶的门尼粘度是决定加工工艺的主要指标,根据配方的不同,高强再生橡胶的门尼要做出必要的调整;

2、大量使用高强再生橡胶后,配方的耐热氧老化、耐磨性能都会明显下降,但通过配方的调整,可以减少损失量;

3、采用高强再生胶作为是输送带L级别的覆盖胶是可行的,通过配方调整,覆盖胶的拉伸强度、磨耗、老化都能达到GB/T 7984及GB/T 9770标准中L级别覆盖胶的要求,满足输送带使用条件。


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