[发明专利]一种轻质高强橡胶输送带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻质高强橡胶输送带及其制备方法，特别适用于煤矿、冶金、矿山等行业的长距离物料输送。

背景技术

橡胶输送带在各行业，尤其是重型的运输业中发挥着极其重要的作用。随着橡胶输送带向着长距离、高速度、大宽度、大输送量发展，输送带的动力能耗面临着巨大挑战。钢丝绳芯橡胶输送带，目前广泛应用于冶金、矿山、电厂、港口等行业，是大运量、长距离物料输送最常用的输送带。从使用寿命上看，国产钢丝绳输送带使用寿命一般为8～10年，而发达国家钢丝绳输送带的使用寿命为15年以上。然而钢丝绳输送带的最大缺点是带体重量大，运送及使用中动力能耗较大，因此解决长距离输送带的节能，控制输送带动力能耗，降低生产及运作成本，是非常必要的。

长距离输送带的能耗，其主要影响因素是输送带带体的自重。影响带体自重，有两个重要方面。第一，输送带骨架材料；第二，输送带橡胶材料的填充体系。为了降低带体自重，根据输送带性能的要求，首先从骨架材料的选材着手。

当今可选用的骨架材料主要有钢丝、锦纶、涤纶、高强力人造丝和各种短纤维。从减轻带体自重的角度考虑，尽量选用比重小的骨架材料，有机合成纤维比金属材料的比重小得多，可优先考虑采用化纤。然而，由于强度和成本问题，目前长距离输送带的骨架材料仍以钢丝绳芯为主。

芳纶纤维，既有钢丝的强度，又有传统合成纤维的柔性。日本普利司通公司(JP 2008105847A)报道了芳纶作为骨架材料的橡胶输送带，它具有优良的耐磨、抗切割和耐火特性。日本普利司通公司和横滨公司已实现芳纶骨架大型输送带的工业化生产。与传统钢丝输送带相比，芳纶输送带在保持带体强度不下降的情况下，质量减少30％～60％，由于采用了有机纤维，带芯也不再受电磁干扰，同时还提高了耐磨性，因此非常适用于矿山和港口等现场的长距离物料输送。但芳纶纤维的昂贵价格限制了其广泛应用。

超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)是上世纪90年代出现的高性能纤维，由于分子量极高，主链结合好，取向度、结晶度高，密度小(0.97g/mm³)，具有突出的抗冲击、抗切割韧性、电绝缘性和耐磨性，其强度与芳纶纤维相近。超高分子量聚乙烯纤维的模量、抗紫外线能力、耐各类化学物品腐蚀性和加工性能均比芳纶纤维要好，而且密度仅为芳纶纤维的2/3，高模碳纤维的1/2，价格比芳纶纤维低30％～50％。

目前，UHMWPE纤维的主要用途是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、防弹装甲及舰艇、船舶等。我国是世界上四个可生产UHMWPE纤维的国家(荷兰、美国、日本及中国)之一，已具备年产300吨的生产能力。但是，超高分子量聚乙烯纤维在橡胶行业当中的应用至今还未见报道。超高分子量聚乙烯纤维是轻质高强橡胶输送带使用的一种潜在新型骨架材料。然而，超高分子量聚乙烯纤维由于其高度的取向和高结晶性能，使得其表面光滑近乎完美，从而带来自粘与互粘性差的缺点。超高分子量聚乙烯纤维的熔点低(145℃)，其加工温度一般小于(135℃)，无法承受一般橡胶制品的硫化温度(150℃左右)，也带来其耐热性能差的弱点。由于其低熔点和低耐热性，无法满足一般橡胶制品的成型工艺条件，因而阻碍了超高分子量聚乙烯纤维在橡胶行业中的应用。

为了改善UHMWPE纤维的表面活性，研究者用各种方法对UHMWPE纤维加以改性，主要有等离子体处理、化学氧化法、化学接枝法、压延法及涂层法等。西北大学王永科等用过氧化氢酶催化的方法对UHMWPE进行氧化刻蚀，增大了聚乙烯的表面粗糙度，提高了其表面能[过氧化氢酶催化聚乙烯表面改性的研究，西北大学学报，2007，37(4)：55-57.]。王结良在[Studies onsurface modification of UHMWPE fibers via UV initiated grafting，AppliedSurface Science，2006，253：668-673.]中报道了采用UV辐射接枝的方法对超高分子量聚乙烯纤维进行表面改性，用高能紫外光照之后接枝活性较高的丙烯酰胺，可以提高超高分子量聚乙烯纤维和环氧树脂的界面粘合。

总体而言，以上的表面改性方法仅针对于超高分子量聚乙烯与树脂的粘合性能，但未见提高与橡胶粘合性能的报道，而且以上改性方法步骤繁琐，成本高，处理过程中产生毒性物质，不仅对环境造成污染，还对超高分子量聚乙烯本身易造成强度损伤，不宜工业化生产。

发明内容