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          輸送帶用增強骨架材料及其組織結構

          點擊數:2209 發布時間:6/26/2019 來源:

          【摘要】輸送帶生產強度不高的厚實織物;錦綸纖維有很高的斷裂強度和彈性,但模量小、斷裂伸長率較大多用于運距短、安全系數大而要求彈性好的場合;條綸纖維斷裂強度、彈性和模量均....

                 輸送帶生產強度不高的厚實織物;錦綸纖維有很高的斷裂強度和彈性,但模量小、斷裂伸長率較大多用于運距短、安全系數大而要求彈性好的場合;條綸纖維斷裂強度、彈性和模量均大,是主要的骨架材料,其缺點是斷裂強度損失率較大;芳綸纖維斷裂強度極高,但不耐壓縮和動態疲勞且價格很高,在輸送帶中的應用有較大局限性;鋼絲具有高斷裂強度,其耐腐蝕能力有待提高。在平紋編織、整體編織和直經編織3種織物結構中,整體編織有明顯優勢,直經編織次之,平紋編織地位日趨下降u鋼絲繩的強度與鋼絲根數、直徑及捻合結構有關。

            輸送帶是由彈性體和增強骨架材料制成的復合材料制品,是帶式輸送機的關鍵功能件。輸送帶的發展離不開骨架材料性能的提高,其斷裂強度、延伸特性、彈性、剛韌性、尺寸穩定性等無不與骨架材料性能密切相關。因此,骨架材料性能的研究極為重要。
            通用輸送帶對骨架材料的總體要求如下:有足夠的斷裂強度,模量高、伸長;與彈性體有良好的粘合性;當今,輸送帶用骨架材料是各種纖維織物、鋼絲及其織物。骨架材料的選擇既始于對使用要求的調查及主要數據的規定,更需有對骨架材料性能與帶性能相關性的深刻了肖解以期做到技術與經濟的最佳結合。本文將對上述問題進行較詳細的討論,但不涉及簾線織物、鋼絲編織物、鋼條及捻織織物。
            限公司高級工程師,主要從事膠帶領域的新產品開發及技術管理工作。1纖維性能纖維材料是輸送帶用骨架材料的基礎,傳統的纖維材料是棉纖維,現代的是合成纖維(錦綸、滌綸和芳綸纖維)和鋼絲。它們的基本技術性能見表1及。
            11棉纖維棉纖維是最早用于輸送帶生產的纖維材料,至今仍有一定的使用比例。棉纖維是一種天然短纖維,具有中等斷裂強度,負荷下伸長小,干態下斷裂伸長率小,有較高的松密度,可生產強度不高的厚實織物供輸送帶用。
            棉的短纖維特性有助于提高織物與彈性體的粘合,高松密度使織物厚實,有利于提高帶的緩沖能力。棉纖維的缺點是斷裂強度相對較低,易腐蝕,疲勞壽命短,不能生產高強度帶。
            12錦綸纖維(聚釀胺)用于輸送帶的錦綸纖維主要是錦綸6與66長絲,二者的物理性能近似,但錦綸66的熔點較高,更具實用性。錦綸纖維具有很高的斷裂強度和彈性,耐壓縮撕裂,但模量小,斷裂伸長率和定負荷伸長率較大。對輸送帶來說,縱向定負荷伸長率大會使帶子“跑長”,滑動空轉,影響正常工作。因此,純錦綸纖維織物在輸送帶中多用于運距短、安全系數大而要求彈性好的場合。但錦綸長絲適于作帶用織物的緯向材料,可賦予輸送帶shingHouse.Allrightsreserved.表1輸送帶用各種纖維的性能項%―6―7351)0.2―耐熱性150C變黃160C良好160C良好160C良好160C良好250C良好―注:棉纖維延伸2%,錦綸66和滌綸纖維延伸3%;很好的抗沖擊和抗撕裂性能,便于成槽,可提高帶的輸送能力。
            提高錦綸纖維的模量一直是人們關心的問題。據稱荷蘭開發的Stanyl錦綸46具有尺寸穩定性好和斷裂伸長率小的特點。另據報道,一種商品名為Hyten的基于錦綸66的單絲截面為“球形扁柱”形的纖維,具有高纖度、高斷裂強度、高模量、高吸能和低收縮的特點。其單絲加工簡便,還可節省浸漬用的粘合劑和壓延貼膠,在輪胎中使用表明效果甚佳,其優越性亦將在輸送帶中體表2幾種錦綸纖維的性能比較斷裂強度/斷裂伸長中間伸長干熱收縮熔點/項目率/%錦綸綸46 66單絲注:1)Hyten錦綸66單絲在13.3cN°tex1強度下拉伸,其余均在47. 1強度下拉伸;2)Hyten錦綸66單絲的加熱溫現,但尚未見實用性報道。幾種錦綸纖維的性能1.3滌綸纖維(聚酯)比較見表ChhaAcad撕ic oalElectronicPublishing滌綸纖維的斷裂強度和彈性與錦/綸纖維近。net度為160°C,其余加熱溫度均為150似,但模量卻高出錦綸纖維近2倍。滌綸纖維的定負荷伸長率小、尺寸穩定性好且更耐水。滌綸長絲作輸送帶織物骨架的經向材料非常理想。對于不要求成槽的輸送帶來說,緯向使用滌綸纖維同樣適合,它能為輸送帶提供強的剛韌性和支撐能力。
            可供輸送帶生產選擇的國產工業用滌綸長絲有普通型、高模低收縮型、低收縮型、普通活化型、低收縮活化型等。
            除滌綸長絲大量應用于輸送帶用織物外,單絲與短纖維亦得到較廣泛的應用。直徑0.2~0.4mm的滌綸單絲用作平紋織物的緯線可發揮特殊功能:利用單絲的高剛性,可迫使經線產生高“織縮”。用這種織物制成的輕中型輸送帶在運行方向上的柔軟性好,可在小導向輥、甚至銳棱上作“刀尖輸送”,用于食品、煙草等行業。由于這種輸送帶的橫向剛性好,在輸送過程中可防止未定型的物件變形破損,保持物件在帶上的高度穩定。
            滌綸單絲還可用于生產無橫向屈撓度的中高強度擋邊帶。
            近年來,美、英等國已成功利用滌綸短纖維的松密度,在整體編織物中用濃密的短纖維紗取代棉紗作外表層經線,吸收沖擊力,保護內層載荷紗線。
            將滌綸纖維與棉紗線混紡、合股和交織以生產厚度較大和斷裂強度較高的低成本帶用平紋織物則是眾所周知的?梢哉f,滌綸纖維是當今織物芯輸送帶用纖維材料的主流。
            近年出現一種名為PEN的新型聚酯纖維材料,與普通滌綸纖維相比,其斷裂強度提高20%~25%,模量提高130%,熱收縮率相等,屈撓疲勞后斷裂強力保持率提高5%~10%,有望在輸送帶中應用。
            滌綸纖維的缺點是斷裂強度損失率較大,在高溫蒸汽下,特別是在胺的存在下會發生分解,使其性能下降。
            14芳綸纖維(聚芳酰胺)商品名宣布的一種可供橡膠制品用的新型增強材料,具有斷裂強度高、斷裂伸長率小、耐熱、尺寸穩捻斷裂強度和模量可分別達到840和3600MPa180°C下也不收縮,其斷裂強度/質量比是鋼絲的5倍。它的出現備受橡膠加工業的青睞。
            20世紀80年代是芳綸纖維在輸送帶中應用的黃金時代,雖然其價格很高,但歐洲的輸送帶廠家爭相發展。以卓爾堡(TRELLBORG)為例,在1979~1984年間即生產了不同斷裂強度和寬度的芳綸輸送帶2.5萬延長米。然而好景不長,到20世紀90年代初,芳綸纖維在輸送帶中的應用幾乎全面停止。原因是什么呢,經過近10年的實際應用發現,芳綸纖維雖然斷裂強度極高,但斷裂伸長率過小,不耐壓縮和動態疲勞。在輸送帶的使用過程中,芳綸織物在帶輪上反復地受到拉伸壓縮和物料的沖擊,持續的伸長、壓縮使芳綸纖維先是局部屈服、微纖化,繼而坍塌、折彎以致斷裂。芳綸纖維輸送帶的使用壽命只有4 ~5年不及鋼絲繩芯帶壽命的1/2加之價格昂貴,接頭強度低,在經濟上極不合算。但應當指出,芳綸纖維在傳動帶和膠管上的應用還是很成功的。
            為克服芳綸纖維的不足,杜邦、阿克蘇等公司進行了大量的研究工作,但其使用范圍仍限于要求斷裂強度大、斷裂伸長率小的制品。
            15鋼絲鋼絲是構成鋼絲繩的基本單元,用優質碳鋼制造。帶用鋼絲鋼材硫、磷質量分數均不得大于0.000 3.貝卡爾特(BEKAERT)公司規定輸送帶用鋼絲鋼材的各種化學成分質量分數如下:鋼絲的制造過程如下:盤條一>酸洗一>拔絲一熱浸鋅一再拔絲。要求鋼絲的直徑在0. 18~1.12mm范圍內,斷裂強度在1800~ 2700MPa范圍內。隨著鋼絲直徑的增大,其斷裂強度與動態性能(扭轉和反復彎曲)變差。
            鍍鋅對鋼絲有重要意義,一是防銹,二是對鋼定性好4耐腐蝕等特點故纖維通過拉絲和bli絲與橡膠的粘合有促進作用。所鍍鋅的純度要求net很高(質量分數0.999 9),鍍層要牢固并保持一定的質量水平。已有為提高鋼絲的防銹能力采用不銹鋼的報道。
            2織物與鋼絲繩的組織結構21織物結構與帶性能bookmark1合理的織物結構可充分發揮纖維材料的力學性能,F代輸送帶用織物結構的主要形式包括平紋(席紋)編織、整體編織、直經編織及其變型。
            表征織物性能的有關數據包括織物的厚度、質量、經煒密度、經煒強度、斷裂伸長率、定負荷伸長率以及紗線的纖度、捻度、織縮與熱空氣收縮率。
            斷裂強度是帶用織物最重要的性能參數,人們對經向斷裂強度的追求幾乎是無止境的,因為只有這樣才能不斷增大帶的運距與提升高度。斷裂伸長率的大小顯示了輸送帶能否抵抗瞬時超負荷的作用以及帶的柔軟性;定負荷伸長率則反映了其正常運轉性能、壽命與維修工作量?椏s與帶的屈撓性有關,也影響到帶的長寬尺寸變化,而厚度對帶的緩沖能力有影響。
            平紋編織是織物芯輸送帶用骨架材料的傳統形式,使用量大,范圍廣。在平紋編織結構中,每根經線與煒線交替與鄰近紗線相互上下交織,其特點是線的交叉點最多,紗線呈波浪形,織物的挺性好,斷裂強度則受單位面積所能容納線的根數限制,線密度越大,織縮越大。
            為提高平紋編織物的斷裂強度,產生了平紋織物的改進型,即席紋編織。席紋編織使用了兩根以上的紗線一起織造,增大了線密度,使斷裂強度提高。一般平紋編織以L1X1表示,席紋編織以,21,2232等表示。兩種編織形式結構示意見現代平紋(席紋)織物的最大額定斷裂強度可達630kN°m1.各種合成纖維平紋(席紋)編織物的斷裂強度見表3.輸送帶用合成纖維平紋(席紋)織物無論是坯布還是浸膠布都需進行熱定型,以保持尺寸穩定性和物性的最佳平衡,減少受熱后引起的性能變化。定型的關鍵因素是張力溫度和時間。提高表3不同合成纖維平紋(席紋)編織物的斷裂強度kN0m―材料輕薄型中厚型重厚型EE50(63)125(150200250)-EEEP.NN——315(400500)注:括號中為不同厚度的相同材料。表4熱定型參數增大對織物性能的影響項目斷裂強度模量熱收縮耐疲勞性蠕變力度'間甘張溫時,大小減大大大增增略小小“減減小小小。
            減減減W小大大"減增增。llF程序多,整體性差,纖維的強度利用率低(100dtex紗線、捻線、坯布、浸漬布和4層復合帶的斷平紋織物芯輸送帶除向減層化方向發展,以輕中量級帶為主要使用對象外,它在輸送帶中的地位已有逐步被整體編織和直經編織取代之勢。
            2.1.2整體編織整體編織即多層斜行交織,它的緯線一般為2~5層,呈平直狀態與斜行經線相交,交叉點相對減少。線密度的增大原則上不在同一水平面上,而是向厚度方面發展。整體編織可制得組織疏松、厚度大、斷裂強度高、經緯強度比大,有利于PVC糊浸漬的編織物,改變了過去帶芯由多層織物構成的傳統模式。
            整體編織原則上可分為有外層經線與無外層經線兩大類。不同的結構形式會影響到浸糊效果及帶性能。外層經線的主要作用是保護內層強力線,提高織物與PVC糊的粘合效果及增強抗沖擊穿刺能力,但也存在不利于PVC糊充分滲透的缺點。外層經線材料包括棉纖維和滌綸短纖維。棉纖維多用于阻燃型帶,它能吸收化纖的融滴,并形成堅硬的炭,維持帶的完整。無外層經線整體編織物的經緯線則需分別與棉紗線合股,棉紗質量分數為0.15~0.30.是不同織物整體編織的結構示意。
            整體編織物的斷裂強度為400 ~4000kN°m―、編織物斷裂強度在1000kN°md以下,主經線材料使用錦綸和滌綸纖維均可;斷裂強度在1000~2500kN之間,錦綸纖維的伸長過大難以應用,需使用滌綸纖維;斷裂強度在2500kN+1以上則需使用芳綸纖維。緯線材料使用錦綸和滌綸纖維均可,滌綸纖維的價格便宜,而錦綸纖維的性能更優越,應用時需全面考慮,但兩者都須與棉纖維并用,以保證緯向具有一定的彈性并與PVC糊良好粘合。
            整體編織物與PVC糊結合成帶最早出現在20世紀70年代,用于地下煤礦安全生產。由于它的經線不是按層直線排列,過輥時斜向行走,產生的應力能圍繞輥筒平衡,耐屈撓性比多層平紋織物帶好,抗沖擊性強,而且其接頭強度高,因此受到人們的歡迎整體編織物在其它各種散料輸送與斗式提升方面亦得到了廣泛的應用,成為當今應用最成功的輸送帶用骨架材料。無論在國內還是國外,它的發展都是最快的。其制造技術還在不斷進步,如在織造過程中將PVC糊噴于紗線上;使用預浸漬的經、緯線;開發與SBR和NR的粘合技術等,以擴大其使用領域。
            1.3直經編織組成,分單經和雙經兩種類型(見)。它的緯線與主經線直角相交平行排列在主經線上、下面,由夾在兩主經線間細小的編織經線連接固定,主經線與緯線都比較粗。直經編織物的斷裂強度在200 ~3150kN加一1范圍內。主經線材料包括錦綸、滌綸和芳綸纖維。編織物斷裂強度在800kN"m1以下,使用滌綸和錦綸纖維均可;斷裂強"m1之間使用滌綸纖維;斷裂強度超過1800kN°m1時需使用芳綸纖維。直經編織的經線使用錦綸和滌綸纖維均可,緯線材料以錦綸纖維為主。直經編織的特點是:主經線呈最小波形,平直性好,可保持纖維強度的90%,帶不易跑偏;織物的伸長特性不因織造而變化;緯線排列在主經線上、下,保證了主經線抗沖擊與撕裂性能,雙經結構更優越;織物的凸凹表面與橡膠粘合強度大。
            在輸送帶中使用直經編織物骨架,一般為1 ~2層,制造工序減少,性能提高,是輸送帶用織物骨架發展的另一方向,但其發展速度不及整體帶心。
            22帶用鋼絲繩結構與特性輸送帶用鋼絲繩沒有油芯,不允許有油脂污染。帶用鋼絲繩通常為七股式,鋼絲捻合成股,股再捻合成繩。繩的強度與直徑取決于每股所含鋼絲的根數及鋼絲的直徑,并與捻合結構有關。股的捻合結構形式包括普通左右交叉捻、單向捻、平行捻和交叉捻(見)繩的捻合形式包括普通式、平行式和復合式。股捻合成繩,通常芯股直徑要大于外股直徑,以便膠的滲透。對于普通式捻繩,芯股與外股的捻合像股那樣以相反方向捻合。
            它的優點是扭轉小,扭矩相互抵制;缺點是點接觸,易磨損。但在輸送帶中這種結構占多數。平行式結構中股與繩具有相同的捻向和捻距,鋼絲與股都是平行排列成線接觸,減輕了作業中的磨損,可制得緊密的橫斷面,在相同的繩徑下強度較高,適于生產超高強度的輸送帶。復合式是普通式與平行式的結合,取二者之長,可以是芯股為平行式,外股為左右交叉式,也可以是芯股為左右交叉式,外股為平行式。
            帶用鋼絲繩主要型號有7X7,7X127X19和7X31.更具體的可表示如下:其中,D為鋼絲直徑。
            現代鋼絲繩芯輸送帶的斷裂強度在500 400kN°m1范圍內可任意選擇。表5示出了表5輸送帶用鋼絲繩型號與繩徑。強度和輸送帶斷裂強度的關系鋼絲型號2范圍1范圍2范圍1范圍2范圍1范圍2繩徑/mm3.0注:范圍1為主要應用范圍,范圍2為可能應用范圍。
            輸送帶用鋼絲繩型號、繩徑和強度與輸送帶斷裂強度的關系。與繩性能有關的技術參數包括捻向、捻節距、繩徑、線密度、直線度、端頭擴散度、殘余扭力、斷裂強度、斷裂伸長率、有效截面積及開放率等。對這些參數總的要求是:股、繩的捻向、捻節距須一致,捻合強度損失;較小的直徑與較大的斷裂強度;均勻的彈性伸長,無張力、無扭轉,端頭鋼絲不擴散;良好的柔軟性,高的動態承載能力。
            3結語纖維材料是構成輸送帶用骨架的基礎。在現有纖維材料中,滌綸纖維占主要地位,錦綸纖維次之,但沒有錦綸纖維的配合生產不出高性能帶用織物,棉纖維在阻燃型整體編織物中也不能缺少。今后還需研究開發適合輸送帶要求的高性能合成纖維才能取得突破性的進展。
            好的織物結構能充分發揮纖維材料的性能。
            在現有結構中,整體編織有明顯優勢,直經編織次之,平紋編織在整個織物芯輸送帶中的地位將日趨下降。
            鋼絲繩芯輸送帶在帶強、運距、提升高度、接頭效率等方面都占有優勢,特別是在覆蓋膠中設置橫向增強層,加入預埋線圈后,帶的抗沖擊、抗穿刺、抗撕裂性能和預警能力全面提高,但仍需進一步提高鋼絲強度與耐腐蝕能力,降低成本。
            多樣化是輸送帶用骨架材料的特點。其構成的總體趨勢是輕中量級帶以平紋織物為主,中高強度級帶以整體編織物和直經織物為主,超高強度級帶應用鋼絲繩。合理地使用資源與結構形式是提高輸送帶質量和經濟效益的一個重要方面。