结焦剂PNC-6在耐灼烧带中的应用

结炭剂PNC-6在耐灼烧带中的应用刘山根江建梁摘要本文介绍了一种新型结炭剂PNC-6的应用，在输送物料温度为400～600℃的环境下，添加PNC-6的输送带覆盖胶能迅速炭化，表面形成一层质量优异的炭化层，以此提高热物料对覆盖胶的耐灼烧性，另外可以降低物料热量进一步向带体传递，保护了输送带的骨架材料,提高了耐灼烧输送带的使用寿命。关键词耐灼烧输送带结炭剂PNC-61．耐灼烧输送带概况耐热输送带在输送带产品中占有很重要的地位，被广泛用于煤炭、水泥、钢铁、冶炼等行业，用作固体热物料的输送，如烧结矿石、球团矿石、水泥熟料、烘干水泥、石灰等。根据耐热输送带的使用环境，为了便于区分，根据GB/T20021-2005标准，我们又把耐热输送带分为以下几个等级：T1、T2、T3、T4四个级别，但由于经济的快速发展与设备扩张的不协调，实际耐热输送带的工作环境在某些时候已远远超过GB/T20021标准中的规定级别，如国内一些水泥、冶金等行业生产过程中需要输送的物料温度非常高，达到400～600℃，个别工序甚至瞬间温度达到800℃以上，这时输送带已经不是传统的耐热输送带，为了便于区分，我们把为这种使用使用场合而设计的输送带定义为耐灼烧输送带。2.耐灼烧配方的设计原理传统意义的耐热输送带一般是在GB/T20021－2005中规定的温度下进行老化实验，看输送带老化后是否还具有一定弹性和强力，能否满足进一步的使用要求，这时耐热输送带主要考察的是覆盖胶的热氧老化能力。耐热输送带使用过程中覆盖胶的损坏除物理机械损坏外，还有一个主要原因就是热物料对橡胶进行地缓慢的热氧老化；而耐灼烧输送带一般用到钢厂烧结矿等温度特别高的使用场合，好多地方甚至存在明火，在这样的条件下任何通用橡胶都无法长期使用。如图1所示，即使耐热性能很好硅胶、氟胶、乙丙胶、丁基橡胶等也不能在超过250℃的状况下长期使用。图1由于耐灼烧输送带的使用条件非常苛刻，虽然环境温度不算很高，但物料温度常常会超过600℃，甚至会达到800℃。这么高的物料与上覆盖胶直接接触，势必会引起带体的温度升高，考虑到接触系数、强制冷却、热传导等的影响，带体表面温度也常常会超过400摄氏度，这样按照传统的耐热配方设计就不能满足这个环境下的使用要求，为此我们就必须从另外的思路来提高输送带的使用寿命。考虑到耐灼烧输送带是对橡胶的一种破坏性使用，因此耐灼烧配方设计时常用的方法就是通过大量无机填料的增加来降低橡胶的热损坏程度，但此方法的显著缺点就是覆盖胶的物理机械性能大大降低。另外还有一种方式就是在覆盖胶加入一些结炭剂，让表面橡胶在这种温度下迅速炭化，提高输送带对热物料的抗灼烧能力，另外可以显著降低物料对高温下输送带的磨损程度（高温下一般橡胶的耐磨性会降低很多），以此延长输送带的使用寿命。3.结炭剂PNC－6在耐灼烧带中的应用橡胶受热，当表面温度达到300～1500℃时，表面一般会炭化，成炭过程一般要经历交联、芳构化、芳环的熔化、涡轮层状炭生成、石墨化一系列过程。但由于配方成份的不同，特别是一些挥发份小分子的存在会使炭化不能及时完成，或炭化物随时脱落，不能形成有效的炭化层。而结炭剂PNC-6是一种可以协同橡胶结炭的产品，通过它的使用能让输送带覆盖胶在与高温物料接触过程中很好的行成炭化层。这样首先可显著改善覆盖胶的阻燃性能，使输送带不至于燃烧损坏，这时因为：第一，成炭能使可燃裂解产物避免形成气体燃料，从而抑制橡胶着火；第二，成炭过程往往伴随水的合成，气体燃烧可以被高热容的不可燃水蒸气稀释，降低燃烧概率。其次成炭后可以在输送带上覆盖胶和热物料间形成一层热传导的壁垒，从而可以保护下层的橡胶和骨架材料，另外炭化层还能提高对热物料的抗灼烧能力，延长输送带的使用寿命。下面以实验的方式向大家介绍说明结炭剂PNC-6对覆盖胶物理机械性能及结炭性的影响。3.1实验部分3.1.1主要原材料SBR1502齐鲁石化产品；结炭剂PNC-6上海悠伦有限公司产品；其余原材料均为市售品。3.1.2主要仪器和设备XK-160试验用开炼机，大连橡塑机械厂产品；电子拉力试验机，台湾高铁产品；邵泊尔磨耗试验机，台湾高铁产品；马弗炉，上海实验电炉厂产品。3.1.3结炭剂ＰＮＣ－６与无机填料及其它结炭剂的对比输送带在运输热物料过程中，主要是通过物料与上覆盖胶间的摩擦力来完成，另外当物料下落到带子时，覆盖胶与物料间有个相对的运动，这个运动产生较大的摩擦力，耐灼烧输送带覆盖胶的损坏部分原因就是这些摩擦力造成的。另外耐灼烧输送带是输送高温的物料，被高温物料灼烧也是被破坏的原因。也就是说耐灼烧输送带损坏主要产生于两个方面，一个就是物理方面的破坏，另外一个是被烧蚀破坏。下面我们就从这两个方面进行对比实验说明。3.１.3.1物理性能的对比无机填料由于来源丰富、低廉的价格及高温下的化学稳定性被广泛应用到耐灼烧带覆盖胶中，常见的有陶土、硅酸盐等，但无机填料在橡胶中仅仅做为一种填料使用，它的加入对橡胶的物性有很大的影响。究其原因是无机填料具有亲水性，与橡胶的亲和性不好。在无机填料填充橡胶中表现为两方面的现象：一是界面积小，无机填料粒子不容易被橡胶大分子湿润，往往是填料粒子间的亲和性大于粒子与橡胶间的亲和性。所以填料粒子容易结团，分散在胶中的粒子凝聚，这样就不能充分发挥填料粒子与比表面积的作用，与橡胶间形成相应的界面积。二是界面结合不良，有时无机填料粒子与橡胶间存在缝隙。这样无机填料的过量加入会严重影响橡胶的物理机械性能。结炭剂PNC-6是一种经过特殊处理的材料，它与橡胶有很好的相容性，不同于普通填料，在橡胶中加到30份以上时对橡胶的物理机械性能影响不大。以常用的丁苯耐灼烧配方为例，我们做一下无机填料陶土及季戊四醇和结炭剂PNC-6的对比实验，实验配方及物性见表1。表1：实验配方及物性份配方组分配方编号0#1#2#3#SBR1502100100100100活性剂（ZnOS.A）12.512.512.512.5促进剂1.61.61.61.6增塑剂16121212补强剂45353535防老剂5.55.55.55.5硫化剂2.22.22.22.2PNC-6–30––陶土––30–季戊四醇–––30物理性能扯断强度MPa19.217.413.115.6扯断伸长率%690630510550硬度绍尔A59657169邵泊尔磨耗mm3147161256224通过表1对比实验，发现在配方中等量添加30份陶土、季戊四醇和结炭剂PNC-6时，添加结炭剂的混炼胶扯断强度、扯断伸长率、邵泊尔磨耗等物理机械性能均远远优于填充炭陶土和季戊四醇的混炼胶。3.1.3.2结炭性的对比耐灼烧带一般所接触的物料温度都高于400℃，在这个温度下，若覆盖胶能迅速结炭，在表面形成一层质量优异的炭化层的话，就可以提高覆盖胶对热物料的耐灼烧性，以此来保护带体。另外覆盖胶表面形成一层炭化层后，在带子经过辊筒的过程中，由于带体的弯曲，会使炭化层形成很小的微细裂口，这样还可以起到一定的散热作用。因此对结炭剂的评价就是看是否能在与热物料接触时及时形成炭化层以及炭化层的质量如何。为考察热物料是否能让覆盖胶形成炭化层，我们参照国外一些资料，采用钢球灼烧的方式来进行模拟实验。实验方法如下：将直径为36.3mm的钢球加热到400℃、600℃、800℃，然后迅速将钢球放到覆盖胶上保持3分钟后取走钢球，用目测的方式看是否形成炭化层以及炭化层的质量如何。图2图3图4图5图6图7图2是填加陶土的覆盖胶被400℃热的钢球灼烧后的现象，在600℃、800℃钢球灼烧这两个实验条件下，由于胶料开始燃烧，瞬间就破坏了覆盖胶的表面，所以无法与添加结炭剂PNC-6和季戊四醇的胶料对比。图5、图6、图7是加结炭剂PNC-6的胶料在400℃、600℃、800℃钢球灼烧3min后的现象。图3、图4是添加季戊四醇的胶料在400℃、600℃钢球灼烧3min的现象，800℃钢球灼烧时，添加季戊四醇的胶料也开始着火，无法进行实验。从以上6幅图可以看出，在不高于600℃的热物料灼烧下，结炭剂PNC-6在覆盖胶中能很好的形成炭化层，起到保护带体的作用，当物料温度达到800℃左右时，覆盖胶仍不燃烧，并且能形成较薄的炭化层，但由于在这个温度下，覆盖胶中的有机材料瞬间丧失，所以形成的炭化层不是很致密，容易脱落。而用陶土和季戊四醇做为结炭剂的胶料在实验温度下根本不能形成致密的结炭层。4.结论4.1耐热输送带主要考察的是覆盖胶的热氧老化能力，盖胶的损坏表现为一种缓慢的热氧老化；而耐灼烧输送带则是对橡胶的一种破坏性的使用，它的配方设计不能仅仅考虑耐热氧老化的能力，还要考虑覆盖胶结炭性能的好坏。4.2在耐灼烧输送带配方设计中，加入结炭剂PNC-6对橡胶的物理机械性能影响不大，当份数为30份时，仍有很好的弹性和耐磨性能。4.3结炭剂PNC-6能让输送带覆盖胶在使用温度下迅速于表面结成一层致密的炭化层，这层炭化层可以提高覆盖胶的抗灼烧能力，保护带体；另外炭化层提高了橡胶的耐磨性，起到延长输送带使用寿命的作用。参考文献[1]H.B.阿纳耶夫等著.运输带覆盖胶的耐烧蚀性［J］.世界橡胶工业，1985.[2]张军，纪奎江，夏延致.聚合物燃烧与阻燃技术［M］.北京：化学工业出版社，2004.[3]杨清芝.现代橡胶工艺学［M］.北京：中国石化出版社，1997.[4]杨书卿，张恩波，邢明海.运输带覆盖胶的耐烧蚀性［J］.橡胶工业，1997.