普通三角带用涤纶浸胶绳的特性

摘要：本文主要探讨与胶带特性相关的一些涤纶浸胶线绳的特性，简单分析涤纶浸胶线绳质量与三角带质量间的关系，指出了加速涤纶线绳应用于三角带所需解决的问题。
关键词：纤维增强材料，聚脂纤维，绳，三角皮带，特性
 
普通三角带为满足传动功率高和使用寿命长的要求，橡胶的配方设计、成型工艺和骨架材料一直是研究的主导方向。涤纶浸胶线绳代替涤纶帘子线作为三角带的强力层材料在欧美于70年代即已开始开发应用，三角带的质量因而得到提高。我国化工部在90年代初就向胶带行业提出三角带线绳化的方向，但直至今天国内的线绳三角带的生产仍未达到预想的规模。为促进涤纶浸胶线绳的生产及其在三角带中的应用，我们对涤纶浸胶线绳的特性及其应用作了初步研究，以供借鉴。
1．涤纶浸胶线绳的物理及化学特性概述
涤纶浸胶线绳物理及化学特性通常采用粘合力、强力、定负荷伸长、定伸长负荷及热收缩等指标来定义，一个容易忽视但决定产品质量特性的是批产品的质量稳定性，即上述各指标的稳定性，常用的衡量办法为标准均方差。
涤纶白线必须经过表面改性后才能与橡胶有良好的亲合力，线绳表面与橡胶间在硫化后产生的粘合力是衡量线绳处理好坏的标准。不同橡胶配方组成、不同三角带制作工艺、不同三角带种类要求用不同线绳浸渍胶工艺配合，这是对线绳生产厂家技术能力的考验。
强力、定负荷伸长、定伸长负荷及热收缩特性虽然很大程度上反应出的是原丝的特性，但通过定型处理在一定范围内可改变并决定线绳的特性。线绳经过处理后其强力会下降，强力损失的大小与加工设备、操作方法甚至环境条件有关。定负荷伸长或定伸长负荷与热收缩相关，如果在原丝热收缩水平上降低线绳的热收缩，通常线绳在高负荷下的定伸长会增大，定伸长负荷会减小；反之，则相反。伴随调整热收缩而引起的线绳在力作用下尺寸稳定性的变化程度与工艺条件有关。一个好的工艺条件的选定要求在实现目的的同时 可能地削弱产生的负面影响，这一问题处理得好与坏就是使用不同厂家生产的线绳加工成三角带质量不同的原因之一。
线绳质量的稳定性，是全方位考验一个生产厂家的综合性指标，它不仅反应出该厂家的技术、生产、设备水平，更多的反应出的是管理水平。质量稳定性的评判不是从几个样品的测试结果就能见分晓的，它是建立在长期质量监控和使用基础之上的。
2.涤纶浸胶线绳的使用特性
线绳三角带的质量除取决于结构设计、橡胶配方设计和成型工艺以外，线绳的理化特性的设计同样也至关重要。这些环节整体的配合可生产出传动效率高、使用寿命长的三角带。涤纶线绳作为普通三角带的强力层应该具有高强力、高耐疲劳性、与橡胶的高粘合力及稳定的热收缩等特性。
 
2.1涤纶线绳的强力特性
 
影响涤纶线绳的强力有三大因素：热解、水解及氨解，见图1。
 
图1  涤纶线绳在150C高温下强力损失与时间的关系
 
涤纶线绳在高温下相对比较稳定。在100℃高温干燥条件下500h后强力保持率为100％；150℃，5h后强力保持率为87％。在常用的硫化条件下，涤纶线绳的热解可忽略不计。
对涤纶线绳来说水解及氨解是化学降解的主要因素。在室温20℃下涤纶不发生水解，只有在高温、潮湿条件下，水解造成的强力下降才比较显著：150℃，5h后，强力损失大于10％。
氨解发生于涤纶聚酯分子与橡胶中的胺盐在硫化时或硫化后，从图1可见氨解的反应发生迟缓，但长时间后因氨解造成的强力损失就不可忽视了，100h后强力损失可达70％。氨解引起的强力损失与硫化条件特别是与橡胶成分有关。对以天然橡胶为主要成分的胶料为主要成分的胶料而言，160℃，20min的硫化引起的线绳强力损失在5％左右。因为天然橡胶所含氨类物质高于合成橡胶，因此强力下降的程度随天然橡胶在配方中比例的增大而增大。
 
2.2涤纶线绳的热收缩特性
 
涤纶在高温条件下会有收缩现象。国产的涤纶标准丝在有张力条件下，150℃，2min的热收缩率在6％左右。热收缩率随温度的升高而增大，用不同的原丝加工成的线绳对温度的敏感性亦不同，从图2可见采用不同厂家生产的同样线密度涤纶长丝加工成的线绳，在测试条件一致的情况下，其热收缩随温度的变化趋势。线绳的热收缩率可根据需要调整，国内通常在2.5％～3.5％左右。
 
图2  不同原丝加工的线绳（结构：1100dtex×3×3）3min的热收缩率与温度的关系
正是因为涤纶线绳的热收缩特性使胶带在设计、制作及使用上都有不少值得推敲之处，比如：
(1)对确定的涤纶长丝，如何选择涤纶线绳的热收缩率与伸长的平衡点，使三角带在使用时因产热而引起的线绳收缩与线绳受力后的伸长相平衡。
(2)对平板硫化的三角带，如何根据线绳的热收缩确定带芯的长度，如何选择具有稳定热收缩的线绳，以减小批量产品间的长短误差。
(3)对采用胶套圆模硫化的三角带，如何根据胶套和圆模尺寸及硫化条件选定线绳的热收缩率，从而保证带子硫化后的顺利脱模。另外，胶套圆模硫化的三角带，在保证脱模温度下，其外观长度误差虽然很有限，但仍要考虑怎样的线绳使三角带在成组传动时尽可能地同步变形，从而保证三角带的传动功率和使用寿命。
 
2.3涤纶线绳的回弹性和耐疲劳特性
 
涤纶具有良好的回弹率（3％定伸长下回弹率为95％）。在负荷作用下涤纶线绳会发生形变，当外力撤除后，一部分高弹形变（急回弹形变）会很快回缩，并留下一部分形变（剩余形变）。线绳的剩余形变小，回弹性好，则耐疲劳性好。线绳三角带传动时承受的负荷通常为其 强力的5%～30%。对结构为1100dtex×5×6的线绳在125N至750N负荷范围内循环10000次的循环负荷伸长曲线（11ysterese）测试分析可见（图3），线绳的伸长随循环次数的增加越来越大，回弹形变越来越小，剩余形变逐步减小并不断累积。在循环初期，线绳伸长的程度很大，随循环次数的增加伸长趋势的变化越来越小（负荷与伸长率曲线斜率增大）。线绳的这样一种回弹特性决定了三角带的使用伸长的问题不可避免，但可通过线绳的热收缩以及涤纶原丝的选择，使三角带在使用时的伸长减小到 限度。线绳的这种尺寸变形特点直接影响三角带的传动功率及使用寿命，因此线绳在胶带中的设计，除线绳结构、排线方式以外，线绳的热收缩性与定负荷伸长关系的协调是决定三角带质量的一个重要任务。
 
图3  涤纶线绳1100dtex×6×5 多次循环负荷伸长曲线
 
2.4涤纶线绳与橡胶的粘合特性
 
影响三角带质量的原因之一是三角带各组成部分间的整体配合，其中 重要的是线绳与橡胶的粘合。线绳与橡胶的粘合好坏主要受下面几种因素影响：①线绳表面处理与橡胶的配合。②三角带成型的硫化条件。③线绳的储存与使用。
因为涤纶线绳与橡胶之间无机械与物理粘附可言，因此它们间的粘合依赖化学作用，即线绳表面经化学改性后与橡胶通过化学键联结。普遍采用的方法为RFL，浸胶法，RFL浸渍体系实际上可形象地理解为在线绳与橡胶之间架起一座“桥”。增强界面间的化学作用要考虑的有：怎样使两界面的化学基团和胶联剂配合，应该提供怎样的化学反应条件，线绳表面活性基团如何保护等。线绳粘合力的好坏的对比，只有针对同一橡胶而言才有意义，因为橡胶作为一个复杂的高分子体系，各组分的混合均匀程度、时间和环境条件均正面或负面影响着线绳与橡胶的粘合。
衡量线绳与橡胶的粘合力好坏，一是看T或H抽出力，二是看线绳与橡胶间的剥离，三是胶带动态试验后观察线绳与顶、底胶的界面情况。值得一提的是，看抽出力或剥离要确定是否反映的是线绳与橡胶间的情况，因此看试样抽出或剥离的断面或剥离面比单纯看数据更有意义一些。
虽然提高线绳与橡胶间的粘合力是线绳厂家的重要任务，但单方面的努力很多情况下是盲目的，而且是有极限的，上下游甚至至 终用户的合作会见效更快、效果更好。
 
3.存在的问题
 
目前，涤纶浸胶线绳的生产及其在三角带中的应用存在如下问题：
(1)资金问题：用涤纶浸胶线绳制作三角带的设备与用涤纶帘子布制作三角带的设备有所不同。三角带生产厂家在更换强力层材料时首先要解决的是资金问题。
(2)国内市场对三角带的质量和价格的认可问题：胶带用户对胶带质量概念模糊，或者因为使用上的误区和三角带本身的质量问题，使得线绳三角带高质量的优势没有得到认同和发挥，加上胶带市场混乱，因此不容易让胶带用户接受线绳三角带比帘子布三角带高的销售价格。
(3)涤纶浸胶线绳的生产及使用技术问题：涤纶浸胶线绳的生产，我国虽然在80年代末90年代初就已开始起步，专业化线绳生产厂家的数量近年亦不断增多，然而对线绳的理化特性的了解，不同类产品的开发和线绳在三角带成型时的技术应用，以及线绳与三角带的质量关系等方面仍在研究探讨。线绳表面改性及定型处理有一定的技术、设备和工艺要求，故而各线绳生产厂家推向市场的产品良莠不齐，给使用线绳的厂家增加了困难。
以上问题尚待有关部门着力解决。
 
4.结论
 
（1）线绳三角带的质量与线绳的质量特别是线绳质量的稳定性紧密相关，它反映出生产厂家的技术、生产、设备以及管理水平。
（2）线绳理化特性的指标，目前国内比较关注的是强力、粘合力、定负荷伸长及热收缩。线绳的强力很大程度上反映的是原丝的强力，各线绳厂家生产的线绳强力不同，主要原因是加工机械造成的机械损伤，用进口设备加工成的线绳强力损失可控制在小于10％。涤纶线绳的水解、氧化及氨解造成的强力损失在避光、避潮及目前的硫化条件下可忽略不计。
（3）定负荷伸长及热收缩是涤纶线绳固有的特性，影响着三角带的质量与寿命。热处理可对它们进行调整，但调整到哪个指标与三角带的加工、使用环境等有关，有待于上下游厂家共同探讨。
（4）目前国内普遍采用T或H抽出评判线绳与橡胶的粘合力。经验告诉我们，只有在所有边界条件相同的情况下数值才有可比性，因为橡胶配方不同、或者相同配方但不同的环境条件测试出的粘合力会有很大程度的不同。即使上述条件相同，单橡胶组分的混合均匀程度就会造成粘合力50N～100N的区别，因此判断线绳粘合力的好坏除了看T或H抽出以外， 和线绳与橡胶的剥离力以及三角带的动态试验结合起来。如果条件所限，只能用T或H抽出对比粘合力好坏，尽量用同时炼成的胶料，并同时、同条件做成测试模块进行抽出力对比，并保证对比用的线绳具有相当的储存期与储存条件。同样，在考虑样品的粘合力的同时，对批量产品粘合力的稳定性也应该有个考证，因为线绳加工的工艺稳定性以及处理线绳的浆料稳定性直接反应在粘合力的稳定性上。
（5）涤纶线绳在生产及其在三角带中的应用目前存在一些问题，需要有关部门合力解决。
 
参 考 文 献
 
[1]  Abbas M. Adbhesion of Textile Reinforcing Matcrials in Mcchanical Rubber Goods.Akzo Industrial Fibers Netherland Nobel,1996
[2]  Abbas M. Chemical and Thermal Resistance of Textile Reinforcing Materials in Mechanical Rubber Goods. Akzo Industrial Fibers Netherland Nobel,1995
[3]  Rein van den Berg. Conveyor Belting IER/174. Akzo Industrial Fibers Netherland Nobel
[4]  李延林，吴宇方.橡胶工业手册第五分册：胶带、胶管与胶布.北京：化学工业出版社，1989.296～303
[5]  Moellers P. Arntz-Optibelt-KG. Mechanische Verstellgetriebe mit Breitkeilriemen. Die Kautschukindustrie: Flexible Kraftucbertrabung. Fachtagung,  96
 
 ————本文摘自《产业用纺织品》1999年第6