一种高阻燃高强度橡胶输送带及其制备工艺

技术领域

本发明涉及橡胶合成技术领域，具体为一种高阻燃高强度橡胶输送带及其制备工艺。

背景技术

输送带是带式输送机的主要部件，主要用于煤矿、化工、建筑、交通等部门的大规模连续化运输中。输送带可以大大减少物资搬运过程中的人工劳动，在提高生产效率和工作效率的同时，降低物流运输成本，提高企业的竞争力。使用输送带还可以避免人工搬运中出现的意外情况，提高生产安全性。

橡胶输送带是指表面覆盖有橡胶材料层的输送带，不同的橡胶材料能赋予输送带不同的性能，因此根据性能不同，可将橡胶输送带分为耐热带、耐油带、耐寒带等多种不同的类型。在使用橡胶输送带的时候，橡胶的耐磨程度在一定意义上决定了输送带的使用寿命。此外，由于橡胶是高分子绝缘材料，具有良好的绝缘性，在使用过程中容易产生静电，不仅会对运输的货物造成损坏，严重时可能引发火灾。因此非常有必要对橡胶输送带进行改性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高阻燃高强度橡胶输送带及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高阻燃高强度橡胶输送带及其制备工艺，包括以下步骤：

步骤1：向磷酸中加入树枝型大分子-聚酰胺，在110～130℃下搅拌反应1～2h，随后降温至30～40℃，得到混合溶液A；

步骤2：将三聚氰胺加入到无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至65～75℃，反应1～1.5h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：对丁苯橡胶生胶进行1～3次塑炼，使其满足胶料可塑度的要求；加入炭黑、二氧化硅、硬脂酸、阻燃添加剂、促进剂NS、氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成胶片，经过热压工艺制备成坯带，对坯带进行硫化，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2～1.25倍，随后对坯带进行冷定型，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

进一步的，步骤1中，所述混合溶液A中，各组分含量，按重量计，180～220份磷酸、10～13份树枝型大分子-聚酰胺。

进一步的，步骤1中，所述磷酸的质量浓度为30～85％。

进一步的，步骤1中，所述树枝型大分子-聚酰胺末端至少带有1个羟基。

进一步的，步骤2中，按重量计，30～40份三聚氰胺，150～200份无水乙醇。

进一步的，S1中，所述混炼胶料中，各组分含量，按重量计，100～120份丁苯橡胶生胶、10～15份炭黑、20～24份二氧化硅、2～5份硬脂酸、45～56份阻燃添加剂、2.4～3.3份促进剂NS、4～8份氧化锌。

进一步的，S1中，所述丁苯橡胶生胶的塑炼方法为前辊温度为310～320℃，后辊温度为350～360℃，辊距为6～8mm。

进一步的，S2中，所述胶片的厚度为5～8mm。

进一步的，S2中，所述热压工艺的温度为300～340℃，压力为1.2～1.5MPa。

进一步的，S2中，所述硫化温度为160～180℃。

进一步的，所述冷定型温度为5～10℃，冷定型时间为50～60min。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明将带有端羟基的树枝型大分子-聚酰胺与磷酸反应生成磷酸酯，再通过与三聚氰胺反应制备得到大分子的阻燃添加剂。将阻燃添加剂、炭黑、二氧化硅与丁苯橡胶共混后制备得到的橡胶输送带具有优异的性能。其中，所述阻燃添加剂与丁苯橡胶的相容性良好，具有阻燃效率高、发烟量低、安全无毒等优点；炭黑和二氧化硅能够有效提高橡胶材料的力学性能和防静电效果，不仅耐磨性能优良，使用寿命长，还能有效避免产生静电火花，降低矿井火灾发生的概率。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中使用的原料及其来源如下：磷酸(CAS号：7664-38-2)购买于阿拉丁；C

实施例1：

步骤1：向180g质量浓度为30％的磷酸中加入10gC

步骤2：将30g三聚氰胺加入到150g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至65℃，反应1h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将100kg丁苯橡胶生胶进行1次塑炼，前辊温度为310℃，后辊温度为350℃，辊距为6mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入10kg炭黑、20kg二氧化硅、2kg硬脂酸、45kg阻燃添加剂、2.4kg促进剂NS、4kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为5mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为300℃，压力为1.2MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为160℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在5℃下冷定型50min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实施例2：

步骤1：向185g质量浓度为35％的磷酸中加入10.6gC

步骤2：将35g三聚氰胺加入到160g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至70℃，反应1h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将105kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为315℃，后辊温度为355℃，辊距为6.5mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入11kg炭黑、21kg二氧化硅、2.5kg硬脂酸、46kg阻燃添加剂、2.5kg促进剂NS、4.5kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为5.6mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为305℃，压力为1.25MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为165℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.25倍，在6℃下冷定型52min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实施例3：

步骤1：向190g质量浓度为40％的磷酸中加入11gC

步骤2：将33g三聚氰胺加入到165g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至70℃，反应1.2h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将110kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为315℃，后辊温度为355℃，辊距为7mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入11.5kg炭黑、21.5kg二氧化硅、3.4kg硬脂酸、46.5kg阻燃添加剂、2.6kg促进剂NS、5.2kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为6.6mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为318℃，压力为1.35MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为175℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在7℃下冷定型54min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实施例4：

步骤1：向200g质量浓度为55％的磷酸中加入12gC

步骤2：将36g三聚氰胺加入到170g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至70℃，反应1.3h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将114kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为317℃，后辊温度为358℃，辊距为6.8mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入13.4kg炭黑、22.1kg二氧化硅、3.6kg硬脂酸、47.3kg阻燃添加剂、2.6kg促进剂NS、5.7kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为7.5mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为325℃，压力为1.4MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为173℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在8℃下冷定型53min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实施例5：

步骤1：向210g质量浓度为55％的磷酸中加入12.6gC

步骤2：将37.5g三聚氰胺加入到175g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至70℃，反应1.5h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将116.3kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为312℃，后辊温度为355℃，辊距为7.5mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入13.7kg炭黑、22.3kg二氧化硅、3.4kg硬脂酸、47kg阻燃添加剂、2.8kg促进剂NS、6.75kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为7.4mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为330℃，压力为1.33MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为174℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在8℃下冷定型57min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实施例6：

步骤1：向205g质量浓度为65％的磷酸中加入10gC

步骤2：将33g三聚氰胺加入到190g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至65℃，反应1h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将110kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为315℃，后辊温度为350℃，辊距为7mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入14kg炭黑、23kg二氧化硅、3.8kg硬脂酸、54kg阻燃添加剂、3.1kg促进剂NS、7.5kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为5mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为330℃，压力为1.5MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为170℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.25倍，在9℃下冷定型60min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实施例7：

步骤1：向220g质量浓度为80％的磷酸中加入12gC

步骤2：将38g三聚氰胺加入到195g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至70℃，反应1.5h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将118kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为317℃，后辊温度为355℃，辊距为7mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入14.5kg炭黑、23.9kg二氧化硅、4.8kg硬脂酸、55kg阻燃添加剂、3.2kg促进剂NS、7.8kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为7.5mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为330℃，压力为1.4MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为175℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在10℃下冷定型55min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实施例8：

步骤1：向220g质量浓度为85％的磷酸中加入13gC

步骤2：将40g三聚氰胺加入到200g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至75℃，反应1.5h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将120kg丁苯橡胶生胶进行3次塑炼，前辊温度为320℃，后辊温度为360℃，辊距为8mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入15kg炭黑、24kg二氧化硅、5kg硬脂酸、56kg阻燃添加剂、3.3kg促进剂NS、8kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为8mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为340℃，压力为1.5MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为180℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.25倍，在10℃下冷定型60min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

对比例1：

不加入阻燃添加剂。

S1：将100kg丁苯橡胶生胶进行1次塑炼，前辊温度为310℃，后辊温度为350℃，辊距为6mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入10kg炭黑、20kg二氧化硅、2kg硬脂酸、2.4kg促进剂NS、4kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为5mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为300℃，压力为1.2MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为160℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在5℃下冷定型50min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

对比例2：

选用氢氧化镁作为无机阻燃剂。

S1：将105kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为315℃，后辊温度为355℃，辊距为6.5mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入11kg炭黑、21kg二氧化硅、2.5kg硬脂酸、46kg氢氧化镁、2.5kg促进剂NS、4.5kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为5.6mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为305℃，压力为1.25MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为165℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.25倍，在6℃下冷定型52min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

对比例3：

选用十溴二苯乙烷作为阻燃剂。

S1：将110kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为315℃，后辊温度为355℃，辊距为7mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入11.5kg炭黑、21.5kg二氧化硅、3.4kg硬脂酸、46.5kg十溴二苯乙烷、2.6kg促进剂NS、5.2kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为6.6mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为318℃，压力为1.35MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为175℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在7℃下冷定型54min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

对比例4：

不加入炭黑和二氧化硅。

步骤1：向200g质量浓度为55％的磷酸中加入12gC

步骤2：将36g三聚氰胺加入到170g无水乙醇中，搅拌均匀后加入至步骤1中所述的混合溶液A中，水浴加热至70℃，反应1.3h，直至析出白色沉淀物，静置、抽滤、去离子水洗涤、干燥后得到阻燃添加剂；

步骤3：

S1：将114kg丁苯橡胶生胶进行2次塑炼，前辊温度为317℃，后辊温度为358℃，辊距为6.8mm，使其满足胶料可塑度的要求；加入3.6kg硬脂酸、47.3kg阻燃添加剂、2.6kg促进剂NS、5.7kg氧化锌进行混炼得到混炼胶料；

S2：将混炼胶料制成厚度为7.5mm的胶片，经过热压工艺制备成坯带，热压工艺温度为325℃，压力为1.4MPa；对坯带进行硫化，硫化温度为173℃，将硫化后的坯带拉伸至原长度的1.2倍，在8℃下冷定型53min，得到所述高阻燃高强度橡胶输送带。

实验：

对实施例1～8和对比例1～4进行如下实验，其中：

阻燃性：按照UL94所规定的方法进行测试；

拉伸性能：采用HY-5080万能拉力试验机，按GB/T528-2009所规定的方法测试拉伸强度和拉断伸长率；

表面平均电阻：按照ISO14309:2019所规定的方法进行测试；

同时通过观察记录燃烧是否有烟尘产生，结果如下表所示：

结论：实施例1～8数据表明，本发明制备的橡胶输送带具有良好的高阻燃性能和良好的力学性能，阻燃等级达到V-0级，拉伸强度大于15MPa，拉断伸长率大于350％。以实施例1为参照，对比例1数据表明，本发明通过树枝型大分子-聚酰胺与磷酸和三聚氰胺反应生成的膨胀型阻燃添加剂具有良好的阻燃效果；以实施例2为参照，对比例2数据表明，加入无机阻燃剂氢氧化镁后，橡胶输送带的力学性能降低，而本发明制备的阻燃添加剂与橡胶的相容性较好，共混后对橡胶的影响较小；以实施例3为参照，对比例3数据表明，与十溴二苯乙烷相比，本发明制备的阻燃添加剂阻燃速率更快，阻燃过程中几乎不会产生烟尘和有害气体，对环境友好；以实施例4为参照，对比例4数据表明，添加炭黑和二氧化硅对橡胶输送带的力学性能提升有帮助，且炭黑的存在可以降低表面平均电阻，有效地降低静电危害。此外，本发明制备的橡胶输送带的具有良好的耐磨性能，在实际应用中，使用寿命比常规输送带长50％，且具有良好的耐热性能，耐受温度最高可达350℃。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。