普通三角帶用滌綸浸膠繩的特性

摘要：本文主要探討與膠帶特性相關的一些滌綸浸膠線繩的特性，簡單分析滌綸浸膠線繩質量與三角帶質量間的關系，指出了加速滌綸線繩應用于三角帶所需解決的問題。
關鍵詞：纖維增強材料，聚脂纖維，繩，三角皮帶，特性
 
普通三角帶為滿足傳動功率高和使用壽命長的要求，橡膠的配方設計、成型工藝和骨架材料一直是研究的主導方向。滌綸浸膠線繩代替滌綸簾子線作為三角帶的強力層材料在歐美于70年代即已開始開發應用，三角帶的質量因而得到提高。我國化工部在90年代初就向膠帶行業提出三角帶線繩化的方向，但直至今天國內的線繩三角帶的生產仍未達到預想的規模。為促進滌綸浸膠線繩的生產及其在三角帶中的應用，我們對滌綸浸膠線繩的特性及其應用作了初步研究，以供借鑒。
1．滌綸浸膠線繩的物理及化學特性概述
滌綸浸膠線繩物理及化學特性通常采用粘合力、強力、定負荷伸長、定伸長負荷及熱收縮等指標來定義，一個容易忽視但決定產品質量特性的是批產品的質量穩定性，即上述各指標的穩定性，常用的衡量辦法為標準均方差。
滌綸白線必須經過表面改性后才能與橡膠有良好的親合力，線繩表面與橡膠間在硫化后產生的粘合力是衡量線繩處理好壞的標準。不同橡膠配方組成、不同三角帶制作工藝、不同三角帶種類要求用不同線繩浸漬膠工藝配合，這是對線繩生產廠家技術能力的考驗。
強力、定負荷伸長、定伸長負荷及熱收縮特性雖然很大程度上反應出的是原絲的特性，但通過定型處理在一定范圍內可改變并決定線繩的特性。線繩經過處理后其強力會下降，強力損失的大小與加工設備、操作方法甚至環境條件有關。定負荷伸長或定伸長負荷與熱收縮相關，如果在原絲熱收縮水平上降低線繩的熱收縮，通常線繩在高負荷下的定伸長會增大，定伸長負荷會減小；反之，則相反。伴隨調整熱收縮而引起的線繩在力作用下尺寸穩定性的變化程度與工藝條件有關。一個好的工藝條件的選定要求在實現目的的同時 可能地削弱產生的負面影響，這一問題處理得好與壞就是使用不同廠家生產的線繩加工成三角帶質量不同的原因之一。
線繩質量的穩定性，是全方位考驗一個生產廠家的綜合性指標，它不僅反應出該廠家的技術、生產、設備水平，更多的反應出的是管理水平。質量穩定性的評判不是從幾個樣品的測試結果就能見分曉的，它是建立在長期質量監控和使用基礎之上的。
2.滌綸浸膠線繩的使用特性
線繩三角帶的質量除取決于結構設計、橡膠配方設計和成型工藝以外，線繩的理化特性的設計同樣也至關重要。這些環節整體的配合可生產出傳動效率高、使用壽命長的三角帶。滌綸線繩作為普通三角帶的強力層應該具有高強力、高耐疲勞性、與橡膠的高粘合力及穩定的熱收縮等特性。
 
2.1滌綸線繩的強力特性
 
影響滌綸線繩的強力有三大因素：熱解、水解及氨解，見圖1。
 
圖1  滌綸線繩在150C高溫下強力損失與時間的關系
 
滌綸線繩在高溫下相對比較穩定。在100℃高溫干燥條件下500h后強力保持率為100％；150℃，5h后強力保持率為87％。在常用的硫化條件下，滌綸線繩的熱解可忽略不計。
對滌綸線繩來說水解及氨解是化學降解的主要因素。在室溫20℃下滌綸不發生水解，只有在高溫、潮濕條件下，水解造成的強力下降才比較顯著：150℃，5h后，強力損失大于10％。
氨解發生于滌綸聚酯分子與橡膠中的胺鹽在硫化時或硫化后，從圖1可見氨解的反應發生遲緩，但長時間后因氨解造成的強力損失就不可忽視了，100h后強力損失可達70％。氨解引起的強力損失與硫化條件特別是與橡膠成分有關。對以天然橡膠為主要成分的膠料為主要成分的膠料而言，160℃，20min的硫化引起的線繩強力損失在5％左右。因為天然橡膠所含氨類物質高于合成橡膠，因此強力下降的程度隨天然橡膠在配方中比例的增大而增大。
 
2.2滌綸線繩的熱收縮特性
 
滌綸在高溫條件下會有收縮現象。國產的滌綸標準絲在有張力條件下，150℃，2min的熱收縮率在6％左右。熱收縮率隨溫度的升高而增大，用不同的原絲加工成的線繩對溫度的敏感性亦不同，從圖2可見采用不同廠家生產的同樣線密度滌綸長絲加工成的線繩，在測試條件一致的情況下，其熱收縮隨溫度的變化趨勢。線繩的熱收縮率可根據需要調整，國內通常在2.5％～3.5％左右。
 
圖2  不同原絲加工的線繩（結構：1100dtex×3×3）3min的熱收縮率與溫度的關系
正是因為滌綸線繩的熱收縮特性使膠帶在設計、制作及使用上都有不少值得推敲之處，比如：
(1)對確定的滌綸長絲，如何選擇滌綸線繩的熱收縮率與伸長的平衡點，使三角帶在使用時因產熱而引起的線繩收縮與線繩受力后的伸長相平衡。
(2)對平板硫化的三角帶，如何根據線繩的熱收縮確定帶芯的長度，如何選擇具有穩定熱收縮的線繩，以減小批量產品間的長短誤差。
(3)對采用膠套圓模硫化的三角帶，如何根據膠套和圓模尺寸及硫化條件選定線繩的熱收縮率，從而保證帶子硫化后的順利脫模。另外，膠套圓模硫化的三角帶，在保證脫模溫度下，其外觀長度誤差雖然很有限，但仍要考慮怎樣的線繩使三角帶在成組傳動時盡可能地同步變形，從而保證三角帶的傳動功率和使用壽命。
 
2.3滌綸線繩的回彈性和耐疲勞特性
 
滌綸具有良好的回彈率（3％定伸長下回彈率為95％）。在負荷作用下滌綸線繩會發生形變，當外力撤除后，一部分高彈形變（急回彈形變）會很快回縮，并留下一部分形變（剩余形變）。線繩的剩余形變小，回彈性好，則耐疲勞性好。線繩三角帶傳動時承受的負荷通常為其 強力的5%～30%。對結構為1100dtex×5×6的線繩在125N至750N負荷范圍內循環10000次的循環負荷伸長曲線（11ysterese）測試分析可見（圖3），線繩的伸長隨循環次數的增加越來越大，回彈形變越來越小，剩余形變逐步減小并不斷累積。在循環初期，線繩伸長的程度很大，隨循環次數的增加伸長趨勢的變化越來越?。ㄘ摵膳c伸長率曲線斜率增大）。線繩的這樣一種回彈特性決定了三角帶的使用伸長的問題不可避免，但可通過線繩的熱收縮以及滌綸原絲的選擇，使三角帶在使用時的伸長減小到 限度。線繩的這種尺寸變形特點直接影響三角帶的傳動功率及使用壽命，因此線繩在膠帶中的設計，除線繩結構、排線方式以外，線繩的熱收縮性與定負荷伸長關系的協調是決定三角帶質量的一個重要任務。
 
圖3  滌綸線繩1100dtex×6×5 多次循環負荷伸長曲線
 
2.4滌綸線繩與橡膠的粘合特性
 
影響三角帶質量的原因之一是三角帶各組成部分間的整體配合，其中 重要的是線繩與橡膠的粘合。線繩與橡膠的粘合好壞主要受下面幾種因素影響：①線繩表面處理與橡膠的配合。②三角帶成型的硫化條件。③線繩的儲存與使用。
因為滌綸線繩與橡膠之間無機械與物理粘附可言，因此它們間的粘合依賴化學作用，即線繩表面經化學改性后與橡膠通過化學鍵聯結。普遍采用的方法為RFL，浸膠法，RFL浸漬體系實際上可形象地理解為在線繩與橡膠之間架起一座“橋”。增強界面間的化學作用要考慮的有：怎樣使兩界面的化學基團和膠聯劑配合，應該提供怎樣的化學反應條件，線繩表面活性基團如何保護等。線繩粘合力的好壞的對比，只有針對同一橡膠而言才有意義，因為橡膠作為一個復雜的高分子體系，各組分的混合均勻程度、時間和環境條件均正面或負面影響著線繩與橡膠的粘合。
衡量線繩與橡膠的粘合力好壞，一是看T或H抽出力，二是看線繩與橡膠間的剝離，三是膠帶動態試驗后觀察線繩與頂、底膠的界面情況。值得一提的是，看抽出力或剝離要確定是否反映的是線繩與橡膠間的情況，因此看試樣抽出或剝離的斷面或剝離面比單純看數據更有意義一些。
雖然提高線繩與橡膠間的粘合力是線繩廠家的重要任務，但單方面的努力很多情況下是盲目的，而且是有極限的，上下游甚至至 終用戶的合作會見效更快、效果更好。
 
3.存在的問題
 
目前，滌綸浸膠線繩的生產及其在三角帶中的應用存在如下問題：
(1)資金問題：用滌綸浸膠線繩制作三角帶的設備與用滌綸簾子布制作三角帶的設備有所不同。三角帶生產廠家在更換強力層材料時首先要解決的是資金問題。
(2)國內市場對三角帶的質量和價格的認可問題：膠帶用戶對膠帶質量概念模糊，或者因為使用上的誤區和三角帶本身的質量問題，使得線繩三角帶高質量的優勢沒有得到認同和發揮，加上膠帶市場混亂，因此不容易讓膠帶用戶接受線繩三角帶比簾子布三角帶高的銷售價格。
(3)滌綸浸膠線繩的生產及使用技術問題：滌綸浸膠線繩的生產，我國雖然在80年代末90年代初就已開始起步，專業化線繩生產廠家的數量近年亦不斷增多，然而對線繩的理化特性的了解，不同類產品的開發和線繩在三角帶成型時的技術應用，以及線繩與三角帶的質量關系等方面仍在研究探討。線繩表面改性及定型處理有一定的技術、設備和工藝要求，故而各線繩生產廠家推向市場的產品良莠不齊，給使用線繩的廠家增加了困難。
以上問題尚待有關部門著力解決。
 
4.結論
 
（1）線繩三角帶的質量與線繩的質量特別是線繩質量的穩定性緊密相關，它反映出生產廠家的技術、生產、設備以及管理水平。
（2）線繩理化特性的指標，目前國內比較關注的是強力、粘合力、定負荷伸長及熱收縮。線繩的強力很大程度上反映的是原絲的強力，各線繩廠家生產的線繩強力不同，主要原因是加工機械造成的機械損傷，用進口設備加工成的線繩強力損失可控制在小于10％。滌綸線繩的水解、氧化及氨解造成的強力損失在避光、避潮及目前的硫化條件下可忽略不計。
（3）定負荷伸長及熱收縮是滌綸線繩固有的特性，影響著三角帶的質量與壽命。熱處理可對它們進行調整，但調整到哪個指標與三角帶的加工、使用環境等有關，有待于上下游廠家共同探討。
（4）目前國內普遍采用T或H抽出評判線繩與橡膠的粘合力。經驗告訴我們，只有在所有邊界條件相同的情況下數值才有可比性，因為橡膠配方不同、或者相同配方但不同的環境條件測試出的粘合力會有很大程度的不同。即使上述條件相同，單橡膠組分的混合均勻程度就會造成粘合力50N～100N的區別，因此判斷線繩粘合力的好壞除了看T或H抽出以外， 和線繩與橡膠的剝離力以及三角帶的動態試驗結合起來。如果條件所限，只能用T或H抽出對比粘合力好壞，盡量用同時煉成的膠料，并同時、同條件做成測試模塊進行抽出力對比，并保證對比用的線繩具有相當的儲存期與儲存條件。同樣，在考慮樣品的粘合力的同時，對批量產品粘合力的穩定性也應該有個考證，因為線繩加工的工藝穩定性以及處理線繩的漿料穩定性直接反應在粘合力的穩定性上。
（5）滌綸線繩在生產及其在三角帶中的應用目前存在一些問題，需要有關部門合力解決。
 
參 考 文 獻
 
[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，吳宇方.橡膠工業手冊第五分冊：膠帶、膠管與膠布.北京：化學工業出版社，1989.296～303
[5]  Moellers P. Arntz-Optibelt-KG. Mechanische Verstellgetriebe mit Breitkeilriemen. Die Kautschukindustrie: Flexible Kraftucbertrabung. Fachtagung,  96
 
 ————本文摘自《產業用紡織品》1999年第6