芳纶材料在高性能输送带中的应用.doc

芳 纶 1313图 1 芳纶纤维结构式 对位芳纶专题芳纶材料在高性能输送带中的应用包志方吴建国孙业斌一、输送带的分类及骨架材料使用概况输 送 带 行 业 作 为 橡 胶 工 业 的 一 个 重 要 分 支 ，对国 民 经 济 健 康 、 平 稳 、 有 序 的 发 展 起 到 了 重 要 的 推 动 作 用 ， 被 广 泛 应 用 于 港 口 、 煤 炭 、 钢 铁 、 建 材 、 矿 山 、化 工 等 行 业 的 物 料 输 送 。 根 据 不 同 行 业 的 运 输 特 点 要 求 ， 输 送 带 主 要 分 为 普 通 输 送 带 、 难 燃 输 送 带 、耐 热 输 送 带 、耐 寒 输 送 带 、耐 油 输 送 带 和 耐 酸 碱 输 送 带 等 。 随 着 国 内 工 业 的 不 断 发 展 ，机 械 设 备 日 趋 大 型 化 、重 型 化 ，物 料 输 送 要 求 也 越 来 越 高 ，对 输 送 带 强 力 等 级 等 要 求 也 不 断 提 高 ，因 此 输 送 带 的 骨 架 材 料 经 历 了 从 棉 纤 维 、 锦 纶 到 涤 纶 、 钢 丝 绳 的 发 展 变 化 。 作 为 高 强 力 输 送 带 代 表 的 钢 丝 绳 芯 输 送 带 ，一 直 因 重 量 大 、 能 耗 高 、 运 输 难 、 接 头 复 杂 而 为 使 用 单 位 所 诟 病 ， 然 而 近 年 来 ， 随 着 工 业 技 术 水 平 的 进 步 及 国 家 倡 导 低 碳 经 济 和 节 能 减 排 的 大 背 景 下 ，具 有 低 能 耗 、 高 强 力 的 芳 纶 帆 布 高 性 能 输 送 带 的优势逐渐 显现出来 。其特殊的分 子结构赋予 了它们极其 优异的综合 性能 ，如芳纶 1414，具有优异 的力学性 ，是 目前使 用的 有机纤维中 强度最高的 ，其强度可 达 193.6cN/ tex，断裂伸长 率为 4%；初始模 量高 ，为涤纶 的 6 倍， 尺寸稳 定性好 ；密 度小 ，在 1.43g1.44g/cm3 之间 ，为 钢铁的 1/51/6；热 稳定性好 ，在 150下纤维的收 缩 率为 0，在较高 的温度下仍 能保持很高 的强度 ；熔点 大于 500，可在 300的 高温环境 下连续使用 ；化 学稳定性 好 ，具有良好 的耐碱性 ，耐 酸性好于 锦纶 ， 具有良 好的耐有机 溶剂 、漂白剂 以及抗虫蛀 和霉变 能 力。 芳纶与输 送带中其他 几种常用的 骨架材料性 能对照见 表 1。表 1Twaron R * 与输送带中其他几种常用骨架材料的性能 对 比项 目尼 龙 66聚 酯钢 丝TwaronR断 裂 强 力/ Nmm-2密 度/ gcm-39101.1478020726018045411001.12820131426018055323607.853302.01801540800100027101.4419403.570500300900二、全球芳纶帘布在输送带中的应用研究成果强 力/ mNtex-1断 裂 伸 长 率/%E 模 量/ GPa熔 点/ 连 续 使 用 温 度/ 耐 热 性 能(48h，200)/%热 收 缩 (160) / %芳 纶 是 一 种 芳 香 族 聚 酰 胺 纤 维 ，比 较 有 代 表 性的 产品 有 芳 纶 1414（聚 对 苯 二 甲 酰 对 苯 二 胺 PPTA） 和芳纶 1313（聚 间 苯 二 甲 酰 间 苯 二 胺 PMIA）。 其 结 构式见图 1。注 ：* Twaron R为帝人公司芳纶 1414。正 是 由 于 芳 纶 纤 维 这 一 系 列 优 异 的 性 能 ，使 其目 前 ， 世 界 对 于 芳 纶 1414 的 需 求 量 一 直 保 持 在10%以上的 高速增长 ， 远 高 于 其 他 高 性 能 纤 维 的 发 展速度 。芳 纶 纤 维 在 输 送 带 中 的 应 用 始 于 20 世 纪 70年代，德国 萨尔矿业 （Saarbergwerke AG）公 司使用芳 纶 输 送 带 代 替 钢 丝 绳 输 送 带 ，以 解 决 当 时 钢 丝 绳 输送带容易 锈蚀及纵 向撕裂破坏 的问题 。 荷兰 鹿特丹 煤 码 头 项 目 中 所 使 用 的 芳 纶 输 送 带 将 使 用 寿 命 从厚 度 薄 ，过 滚 筒 能 力 好 ；芳 纶 熔 点 高 于 聚 酯 帆 布 ，高 温 防 烧 灼 能 力 优 ，高 温 尺 寸 稳 定 性 好 ；相 同 总 厚 度 情 况 下 ，工 作 面 覆 盖 胶 厚 度 高 ，覆 盖 胶 使 用 寿命 可 提 高 100%以 上 ；若 采 用 相 同 覆 盖 胶 厚 度 ，同 样 可 以 增 大 单 卷 输 送 带 的 卷 取 长 度 ，减 少 安 装 时 输 送带 的 接 头 数 ；同 时 ，带 体 厚 度 的 减 小 ，可 以 降 低 输 送 机 滚 筒 直 径 ，给 井 下 输 送 机 的 安 装 、 拆 卸 工 作 带 来 方 便。最 初 钢 丝 绳 输 送 带 的 38 个 月 提 高 到 18 个 月 。目正 是 芳 纶 输 送 带 具 有 如 此 大 的 优 势 ，在 20 世前 ，地 中 海 最 大 热 电 厂 的 保 加 利 亚 热 电 厂 （ 总 装 机容 量 146.5 万 千 瓦 ）Maritsa Istok-2 项 目 中 所 使 用 的2612 米 的 芳 纶 输 送 带 ， 在 11 年 的 使 用 中 未 出 现 永 久 性 伸 长 ，至 今 平 稳 正 常 运 行 ，并 且 能 耗 比 当 初 设计 的 1315kW 要低 24%。此 外 ，芳 纶 1414 纤 维 熔 点 高 及 可 在 300的 高 温 环 境 下 连 续 使 用 ，因 此 可 以 用 于 生 产 耐 高 温 输 送带 ，以 解 决 尼 龙 66、聚 酯 输 送 带 在 高 温 下 发 生 软 化 ，与覆盖胶 发生脱层等 早期破坏现 象 。 德国和英 国公 司 还 分 别 开 发 了 芳 纶 阻 燃 输 送 带 ，在 煤 矿 上 取 得 了很好的使 用效果 。相 同 级 别 不 同 骨 架 材 料 输 送 带 的 参 数 对 比 见 表 2。从表 2 可以看 出:1.ST 3150 级 别 的 芳 纶 输 送 带 和 钢 丝 绳 芯 输 送 带 相 比 ：重 量 轻 ，降 低 约 41%，输 送 机 运 转 时 能 源 消 耗 低 ，符 合 国 家 倡 导 的 节 能 减 排 的 要 求 ；相 同 总 厚 度 情 况 下 ，覆 盖 胶 厚 度 比 钢 丝 绳 芯 输 送 带 标 准 厚 度 厚 75%，相 同 条 件 下 使 用 寿 命 提 高 75%。 若 采 用 相 同 覆 盖 胶 厚 度 ，可 以 增 大 单 卷 输 送 带 的 卷 取 长度 ，从 而 减 少 实 际 安 装 时 输 送 带 的 接 头 数 目 ，同 时 可 降 低 驱 动 辊 筒 直 径 ；芳 纶 帆 布 经 纬 交 织 ，防 撕 裂 ， 抗 冲 击 性 能 优 于 无 纬 向 骨 架 的 钢 丝 绳 输 送 带 ；芳 纶纤维化学 稳定性好 ，不 锈蚀 ，使用寿 命长 。2.芳 纶 输 送 带 和 聚 酯 高 温 输 送 带 相 比 ：带 芯纪 80 年 代 ，在 国 外 ，特 别 是 欧 洲 的 很 多 大 型 输 送 带企 业 都 开 发 了 自 己 的 芳 纶 输 送 带 产 品 ，如 日 本 的 普 利 司 通 公 司 、横 滨 公 司 ，英 国 的 邓 禄 普 公 司 ，德 国 的大陆公司等 。 这些芳纶输 送带已大量 应用于露天 煤 矿 、港 口 、采 石 矿 等 领 域 ，并 充 分 展 示 出 了 它 的 性 能 优势。三、我国芳纶帘布在输送带中的应用研究进展我 国 芳 纶 输 送 带 的 研 究 工 作 起 步 较 晚 ，主 要 是由 于 芳 纶 纤 维 的 生 产 技 术 掌 握 在 杜 邦 、帝 人 等 少 数 几 个 西 方 跨 国 企 业 手 中 ，芳 纶 价 格 昂 贵 。 随 着 国 内 科 技 的 进 步 和 工 业 水 平 的 提 高 ，国 内 已 有 几 家 企 业能 够 进 行 芳 纶 1414 的 生 产 ，但 规 模 都 不 大 ，如 烟 台 氨 纶 、仪 征 化 纤 、 河 北 硅 谷 化 工 、 四 川 金 路 集 团 、 河南神马 、上海艾麦 达等 。近 年 来 ，芳 纶 价 格 的 下 降 、 市 场 对 高 性 能 输 送 带 需 求 的 增 加 ，推 动 了 我 国 芳 纶 输 送 带 的 发 展 。 台湾 大 王 胶 带 公 司 在 使 用 芳 纶 骨 架 材 料 制 造 输 送 带方 面 做 了 大 量 的 工 作 。 1993 年 以 来 ，该 公 司 采 用 德 国 Oble 公司的芳 纶直经直纬 织 物 制 成 重 型 输 送 带 ， 最 长的 达 600m，最 宽 达 2.2m，最 厚 达 30mm，经 荷 兰 和 英 国 的 一 些 煤 矿 使 用 ，最 长 的 工 作 寿 命 可 达 3 年 以 上 。 我 国 的 芳 纶 高 性 能 输 送 带 尚 处 于 试 制 阶 段 ，表 2 相同级别不同骨架材料输送带的参数对比 芳 纶 输 送 带10002 14+4聚酯高温输送带 10005 8+8钢 丝 绳 输 送 带 ST3150 10008+8.1+8项目全厚度拉伸强度/Nmm-1输 送 带 厚 度/mm 骨 架 消 耗/ kgm-1 带 芯 厚 度/mm带 芯 重 量/kg输 送 带 重 量/kgm-13150243.666.5（帆 布+贴 胶 ）24.93150307.51414（帆 布+贴 胶 ）33.2315024.115.58.115.6（钢 丝 绳 ）42尚 未 大 规 模 应 用 ，有 几 家 企 业 在 这 方 面 进 行 了 积 极的研制 。 国 内耐高温 输送带的领 军企业无锡宝 通 带 业 股 份 有 限 公 司 ，在 保 持 耐 高 温 带 技 术 国 内 领 先 的 同 时 ，进 行 了 积 极 开 发 ，将 芳 纶 材 料 引 入 到 耐 高 温 输 送 带 中 。 目 前 ，其 研 制 的 耐 高 温 贴 胶 在 常 温 下 的 粘 合 强 度 可 达 15N/mm 以 上 ，150下 的 粘 合 强 度 可达 7N/mm 以上，可 有效解 决 目 前 高 温 带 中 存 在 的 高 温 下 胶 与 布 脱 层 的 现 象 ，提 高 了 输 送 带 的 使 用 寿 命 ；同 时 ，为 了 配 合 高 性 能 的 芳 纶 材 料 ，宝 通 公 司 对 其 耐 高 温 覆 盖 胶 进 行 了 优 化 ，提 高 了 覆 盖 胶 的 耐 老 化 性 能 。 通 过 与 使 用 单 位 的 积 极 协 调 沟 通 ，宝 通 公司 新一代芳纶 耐高温输送 带即将投入 市场 。 此举 在 确 保 宝 通 公 司 耐 高 温 产 品 在 市 场 的 领 头 羊 地 位 的 同 时 ，必 将 推 动 中 国 耐 高 温 输 送 带 迈 入 一 个 新 的 发展 水平 。良 好 的 耐 高 温 、 耐 老 化 性 能 ， 但 两 者 之 间 的 界面浸 渍 胶 浆 有 可 能 在 高 温 环 境 下 发 生 软 化 或 者 老 化 ，从 而 导 致 脱 层 现 象 的 发 生 ，这 也 是 研 发 人 员 在 进 行 耐 高 温 芳 纶 输 送 带 产 品 开 发 时 应 该 注 意 考虑 的问题 。五、应用前景及发展建议在 欧 美 等 发 达 国 家 ，芳 纶 输 送 带 的 应 用 已 经 很 普 遍 ，并 且 也 取 得 了 显 著 的 效 果 ，而 目 前 我 国 的 芳 纶 输 送 带 发 展 正 处 于 起 步 阶 段 。 一 方 面 ，随 着 国 内 芳 纶 生 产 技 术 水 平 的 不 断 进 步 及 国 外 主 要 生 产 厂 商 产 能 的 扩 大 ，芳 纶 材 料 的 竞 争 也 必 然 激 烈 ，芳 纶 价 格 会 有 所 降 低 ； 另 一 方 面 ，国 家 对 节 能 环 保 理 念 的 倡 导 ，及 使 用 厂 家 对 长 距 离 、高 强 度 、长 寿 命 的 追 求 ， 必 然 会 促 进 芳 纶 高 性 能 输 送 带 的 开 发 和 应 用 。 未 来 输 送 带 的 发 展 方 向 是 功 能 化 、低 耗 能 、长 距 离 、 长 寿 命 、高 强 度 、高 负 荷 ，所 有 这 些 都 预 示 着 芳 纶 高 性 能 输 送 带 的 广 阔 发 展 前 景 与 使 用 空 间 ，在 不 远 的 将 来 它 非 常 有 可 能 取 代 钢 丝 绳 输 送 带 ，承 担 起 长 距 离、高负 荷的物料输 送任务 。芳 纶 输 送 带 的 未 来 发 展 离 不 开 国 内 科 技 工 作 者 的一致努力 。 芳纶生产 企业努力引 进 、学习、吸收国 外 生 产 技 术 ，生 产 出 质 量 稳 定 、可 靠 的 芳 纶 材 料 ， 摆 脱 高 性 能 纤 维 依 靠 进 口 的 困 局 ；织 布 企 业 积 极 开 发 、 研 制 或 优 化 适 合 于 高 性 能 纤 维 材 料 的 帆 布 结构 ，如 帘 子 布 结 构 、直 经 直 纬 结 构 等 ；输 送 带 生 产 企 业 做 好 与 高 性 能 芳 纶 纤 维 相 适 用 的 贴 胶 、覆 盖 胶 的 研 发 工 作 ；最 后 所 有 这 些 工 作 的 开 展 都 需 要 国 家 一定 产 业 政 策 的 合 理 引 导 与 支 撑 ，避 免 重 复 建 设 和 恶 性 竞 争 ，合 理 配 置 科 研 、生 产 资 源 ，逐 步 打 造 出 高 品质的中国品 牌芳纶高 性能输送带 。 四、芳纶输送带存在问题分析芳 纶 纤 维 属 于 高 分 子 材 料 ，具 有 一 定 的 可 加 工 操 作 性 ，在 经 过 适 当 预 处 理