選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料及制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種既具有柔軟、彈性好、與金屬殼體粘合好、膠板表面平整，又具有高耐磨、防腐性能好的選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料及制備工藝，將環(huán)氧化天然橡膠與天然橡膠共混，在不損害天然橡膠固有性能的前提下，以改善天然橡膠的耐介質(zhì)性能、阻隔性能、與金屬的粘合性以及與活性填充劑的復(fù)合性能；將納米氮化硅加入環(huán)氧化天然橡膠/天然橡膠共混體系中，使得納米Si3N4粉體表面的氨基(-NH3)與環(huán)氧化天然橡膠分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)，充分發(fā)揮納米氮化硅的耐磨性和耐介質(zhì)等填充改性效果；通過給配方中加入UFPSBR解決了礦漿輸送管道高耐磨防腐蝕襯里膠板膠料，尤其是低硬度膠料收縮大、難于擠出膠板的困難。
【專利說明】選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料及制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種既具有柔軟(低硬度)、彈性好、與金屬殼體粘合好、膠板表面平整，又具有高腐磨、防腐性能好的選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料及制備工藝，屬礦漿輸送管道橡膠襯里材料制造領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]采礦選礦設(shè)備和礦石輸送系統(tǒng)是在劇烈的流體磨蝕和腐蝕條件下工作的，選礦過程中的金屬消耗占金屬耗量的很大比例。因此，在設(shè)計新的和改進現(xiàn)用的開采和加工設(shè)備時，必須對提高快速磨損零部件和裝置的各種結(jié)構(gòu)元件的耐久性予以密切的關(guān)注。采用硬質(zhì)和超硬質(zhì)材料來解決磨損問題并不是很好的方法，利用橡膠的高彈性形變、吸收和逸散礦漿流體或固體顆粒的沖擊能量來防止磨損是較適宜的。但是，盡管對防止采礦選礦設(shè)備的磨損進行著大量的工作，由于對彈性體材料在流體磨蝕和磨蝕流中磨損的有關(guān)物理一化學(xué)性質(zhì)還研究得不夠，加上設(shè)備品種多而使用條件各異，至今沒有完全有效的解決解決辦法。
[0003]彈性體材料在水懸浮固體粒流——礦漿(流體磨蝕磨損)、空氣懸浮粒流(氣體磨蝕磨損)、流動固體粒連續(xù)流(磨蝕磨損)中磨損時發(fā)生的物理化學(xué)現(xiàn)象取決于生膠品種、硫化膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、抗撕裂性、耐久性、耐磨、耐熱等性能及其缺陷和機械損傷等因素，橡膠襯里要經(jīng)受磨蝕沖擊、流體磨蝕破壞、氧化裂解、熱老化，介質(zhì)的腐蝕作用和溫度升高都會明顯加快橡膠襯里的破壞。橡膠不但要承受工作介質(zhì)的磨損，還要承受選礦浮選液體的腐蝕作用。
[0004]采用管道輸送的礦漿含固物達80%左右，介質(zhì)的pH值為4?12，介質(zhì)為含有浮選劑的水溶液或乳化液，溫度達50?60°C，在管道彎曲處、轉(zhuǎn)換器和三通管處的磨損最嚴(yán)重。通常礦山選礦耐磨橡膠襯里是由天然膠、異戊膠、丁苯膠以及它們與順丁膠的并用膠制造的，但是，選擇橡膠牌號還不足以滿足要求。因為只有綜合考慮了硫化膠的強度、疲勞強度、彈性滯后性能和硫化膠的結(jié)構(gòu)特點，針對選礦設(shè)備的耐磨、耐腐蝕工作環(huán)境科學(xué)設(shè)計橡膠配方和加工工藝，才能提高橡膠襯里在礦漿中的使用壽命。而常規(guī)的礦漿輸送管道橡膠襯里材料，只是考慮了其耐磨性、粘結(jié)性等因素。實際上作為礦漿輸送管道橡膠襯里，承受經(jīng)受磨蝕沖擊、流體磨蝕破壞是必然的，但橡膠在浮選液的作用下氧化裂解、熱老化等介質(zhì)的腐蝕作用都會明顯加快橡膠襯里的破壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]設(shè)計目的:避免【背景技術(shù)】中的不足之處，設(shè)計一種既具有柔軟(低硬度)、彈性好、與金屬殼體粘合好、膠板表面平整，又具有高腐磨、防腐性能好的選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料及制備工藝。
[0006]設(shè)計方案:為了實現(xiàn)上述設(shè)計目的。選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里的工作條件主要是礦漿的高速沖刷、磨損和腐蝕，要求其橡膠材料必須具有優(yōu)異的耐沖刷磨損和耐腐蝕性，同時作為選礦用礦漿輸送管道橡膠襯里必須柔軟(低硬度)、彈性好、與金屬殼體粘合好、膠板表面平整，所以其技術(shù)要求十分苛刻，因此本發(fā)明在材料的選擇上:
1、環(huán)氧化天然橡膠(ENR)是NR經(jīng)化學(xué)改性，在橡膠分子主鏈上引入環(huán)氧基而制成，由于引入了環(huán)氧基團，使橡膠分子的極性增大，分子間的作用力加強，從而使ENR產(chǎn)生了許多獨特的性能，主要有:優(yōu)異的阻隔性、優(yōu)良的耐油性、與其它材料間的良好粘合性、與其它高聚物較好的相容性。ENR可與其他橡膠、塑料等高分子材料共混，也可與白炭黑、炭黑、碳酸鈣等填料復(fù)合，制備各種性能優(yōu)良的共混物和復(fù)合材料。為此本發(fā)明將環(huán)氧化天然橡膠與天然橡膠共混，在不損害天然橡膠固有性能的前提下，以改善天然橡膠的耐油性能、阻隔性能、與金屬的粘合性以及與活性填充劑的復(fù)合性能。
[0007]2、納米氮化硅(Si3N4)是一種性能優(yōu)異的陶瓷粉體，具有良好的高溫強度，高斷裂強度，高硬度，優(yōu)良的耐摩擦磨損性能等優(yōu)點，但其在橡膠中的分散性不好，并且與橡膠基體的相互作用比較差。但納米Si3N4粉體表面的氨基(-NH3)、羥基(-0H)等活性官能團可與具有羧基或環(huán)氧基的化合物反應(yīng)。本發(fā)明將納米氮化硅加入環(huán)氧化天然橡膠/天然橡膠共混體系中，使得納米Si3N4粉體表面的氨基(-NH3)與環(huán)氧化天然橡膠分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)，充分發(fā)揮納米氮化硅的耐磨性和耐介質(zhì)等填充改性效果。
[0008]3、超細全硫化粉末丁苯橡膠(UFPSBR)是在橡膠乳液中加入輻照敏化劑，然后經(jīng)過特殊光輻射作用制成的超細凝膠粒產(chǎn)品。輻照交聯(lián)作用是從外向內(nèi)呈梯度發(fā)展的，橡膠粒子外部交聯(lián)程度高，呈剛性，內(nèi)部交聯(lián)程度低，呈彈性，理論上認(rèn)為既可以充分發(fā)揮交聯(lián)橡膠的優(yōu)勢，又能回避分散方面的工藝難題。將其加入胎面膠中提高耐磨性性，重要的是可以對硫化膠硬度影響不大的情況下，改善膠料的擠出性能。本發(fā)明通過給配方中加入UFPSBR解決了襯里膠板膠料，尤其是低硬度膠料(含膠率高)收縮大、難于擠出膠板的困難。
[0009]技術(shù)方案1:一種選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料，天然橡膠，1#煙片70-90份；環(huán)氧化天然橡膠，E-50 10-30份；UFPSBR 10-25份；納米氮化硅粉末3-6份；防老劑RD 2份；防老劑4010Na 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油樹脂，C6 5份；硫磺2.0份；促進劑CZ 1.5份；促進劑DM I份。
[0010]技術(shù)方案2:—種選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料，膠料混煉:膠料混煉采用兩段混煉，先用密煉機將生膠、軟化劑、填充劑等硫化體系之外的其他組分混煉成母煉I父，冷卻后在開煉機上將硫化體系加入，I父料經(jīng)過濾后出片、冷卻后裝箱；一段混煉:采用90立升全自動密煉生產(chǎn)線進行，依次將生膠、防老劑加入密煉機，然后將軟化劑與炭黑加入，混煉5-10分鐘，在120?130°C下排膠。主要操作要點如下:按順序依次稱好生膠、小料，通過輸送帶將其投入密煉機；投炭黑完畢，上頂栓下降，將轉(zhuǎn)速調(diào)至35，混煉約120秒后升栓，注如軟化劑(油)，上頂栓下降，混煉150秒；打開下頂栓，上頂栓升栓，排膠，30秒后關(guān)閉下定栓；二段混煉:將密煉機排料放入開煉機拉片冷卻，待膠料冷卻至60°C以下時，將硫化劑、促進劑加入，翻搗均勻，放厚輥距5?7mm下片，投入硬脂酸鋅水溶液冷卻，懸掛風(fēng)干進入下一工序；停放和過濾:上述混煉膠冷卻后在室溫下停放8小時以上，重新返煉出條，用濾膠機進行過濾，濾網(wǎng)為100目，濾膠溫度為80°C以下；切割下片:過濾好的膠料在開煉機上出成5?7mm膠片，并切割成300X400mm的膠片，冷卻后疊放入塑料袋、包裹后裝箱。
[0011]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，一是將環(huán)氧化天然橡膠與天然橡膠共混，在不損害天然橡膠固有性能的前提下，以改善天然橡膠的耐介質(zhì)性能、阻隔性能、與金屬的粘合性以及與活性填充劑的復(fù)合性能；二是將納米氮化硅加入環(huán)氧化天然橡膠/天然橡膠共混體系中，使得納米Si3N4粉體表面的氨基(-NH3)與環(huán)氧化天然橡膠分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)，充分發(fā)揮納米氮化硅的耐磨性和耐介質(zhì)等填充改性效果；三是通過給配方中加入UFPSBR解決了襯里膠板膠料，尤其是低硬度膠料(含膠率高)收縮大、難于擠出膠板的困難；四是采用高結(jié)構(gòu)炭黑的超耐磨炭黑，改善硫化膠的力學(xué)性能；五是采用工藝性性能標(biāo)膠好控制的硫磺硫化體系；六是采用RD、4010Na并用的防老劑體系，以適應(yīng)礦漿輸送管道襯里的工作環(huán)境。

【具體實施方式】
[0012]實施例1:一種選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料，天然橡膠，1#煙片70-90份；環(huán)氧化天然橡膠，E-50 10-30份；UFPSBR 10-25份；納米氮化硅粉末 3_6份；防老劑RD 2份；防老劑4010Na 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油樹脂，C6 5份；硫磺2.0份；促進劑CZ 1.5份；促進劑DM I份。所述UFPSBR是指超細全硫化粉末丁苯橡膠。
[0013]實施例2:在實施例1的基礎(chǔ)上，天然橡膠，1#煙片70份；環(huán)氧化天然橡膠，E-5010份；UFPSBR 10份；納米氮化硅粉末3份；防老劑RD 2份；防老劑4010Na 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油樹脂，C6 5份；硫磺2.0份；促進劑CZ 1.5份；促進劑DM I份。
[0014]實施例3:在實施例1的基礎(chǔ)上，天然橡膠，1#煙片90份；環(huán)氧化天然橡膠，E-5030份；UFPSBR 25份；納米氮化硅粉末6份；防老劑RD 2份；防老劑4010Na 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油樹脂，C6 5份；硫磺2.0份；促進劑CZ 1.5份；促進劑DM I份。
[0015]實施例4:在實施例1的基礎(chǔ)上，天然橡膠，1#煙片80份；環(huán)氧化天然橡膠，E-5020份；UFPSBR 17.5份；納米氮化硅粉末4.5份；防老劑RD 2份；防老劑4010Na 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油樹脂，C6 5份；硫磺2.0份；促進劑CZ 1.5份；促進劑DM I份。
[0016]實施例5:在實施例1的基礎(chǔ)上，天然橡膠，1#煙片85份；環(huán)氧化天然橡膠，E-5025份；UFPSBR 20份；納米氮化硅粉末5份；防老劑RD 2份；防老劑4010Na 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油樹脂，C6 5份；硫磺2.0份；促進劑CZ 1.5份；促進劑DM I份。
[0017]實施例6:在實施例1的基礎(chǔ)上，一種選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料制備工藝:
膠料混煉:膠料混煉采用兩段混煉，先用密煉機將生膠、軟化劑、填充劑等硫化體系之外的其他組分混煉成母煉膠，冷卻后在開煉機上將硫化體系加入，膠料經(jīng)過濾后出片、冷卻后裝箱；
一段混煉:采用90立升全自動密煉生產(chǎn)線進行，依次將生膠、防老劑加入密煉機，然后將軟化劑與炭黑加入，混煉5-10分鐘，在120?130°C下排膠。主要操作要點如下:按順序依次稱好生膠、小料，通過輸送帶將其投入密煉機；投炭黑完畢，上頂栓下降，將轉(zhuǎn)速調(diào)至35，混煉約120秒后升栓，注如軟化劑(油)，上頂栓下降，混煉150秒；打開下頂栓，上頂栓升栓，排膠，30秒后關(guān)閉下定栓；
二段混煉:將密煉機排料放入開煉機拉片冷卻，待膠料冷卻至60°C以下時，將硫化劑、促進劑加入，翻搗均勻，放厚輥距5?7_下片，投入硬脂酸鋅水溶液冷卻，懸掛風(fēng)干進入下一工序；
停放和過濾:上述混煉膠冷卻后在室溫下停放8小時以上，重新返煉出條，用濾膠機進行過濾，濾網(wǎng)為100目，濾膠溫度為80°C以下；
切割下片:過濾好的膠料在開煉機上出成5?7mm膠片，并切割成300X400mm的膠片，冷卻后疊放入塑料袋、包裹后裝箱。
[0018]選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里技術(shù)指標(biāo):
(1)相對體積磨耗量60mm3；
(2)阿克隆磨耗(cm3/l.61km): ^ 0.18cm3 ；
(3)硬度，邵氏A，40±5度
(4)拉伸強度:彡18MPa；
(5)拉斷伸長率:彡500%
(6)扯斷永久變形S15%
(7)回彈性40%
(8)撕裂強度:彡30kN/m
(9)耐水體積變化(70°CX70h) 5%
(10)耐紫外光臭氧老化:無裂紋
(11)壓縮永久變形(70°CX24h): ^ 25%
(12)熱空氣老化(700CX72h),拉伸強度降低率:< 10%
(13)耐酸堿(室溫X7d):20%HC1 Λ W -2 ?+2 40%H2S04 Λ W -1 ?+1
70%Η3Ρ04 Δ W -1 ?+1 40%Na0H AW-1?+1。
[0019]需要理解到的是:上述實施例雖然對本發(fā)明的設(shè)計思路作了比較詳細的文字描述，但是這些文字描述，只是對本發(fā)明設(shè)計思路的簡單文字描述，而不是對本發(fā)明設(shè)計思路的限制，任何不超出本發(fā)明設(shè)計思路的組合、增加或修改，均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料，其特征重量配比是:天然橡膠，1#煙片70-90份；環(huán)氧化天然橡膠，E-50 10-30份；UFPSBR 10-25份；納米氮化硅粉末3-6份；防老劑RD 2份；防老劑4010Na 1.5份；炭黑，N-220 20份；石油樹脂，C65份；硫磺2.0份；促進劑CZ 1.5份；促進劑DM 1份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料，其特征是:所述UFPSBR是指超細全硫化粉末丁苯橡膠。
3.—種選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料制備工藝，其特征是: 膠料混煉:膠料混煉采用兩段混煉，先用密煉機將生膠、軟化劑、填充劑等硫化體系之外的其他組分混煉成母煉膠，冷卻后在開煉機上將硫化體系加入，膠料經(jīng)過濾后出片、冷卻后裝箱； 一段混煉:采用90立升全自動密煉生產(chǎn)線進行，依次將生膠、防老劑加入密煉機，然后將軟化劑與炭黑加入，混煉5-10分鐘，在120?130°C下排膠，主要操作要點如下:按順序依次稱好生膠、小料，通過輸送帶將其投入密煉機；投炭黑完畢，上頂栓下降，將轉(zhuǎn)速調(diào)至35，混煉約120秒后升栓，注如軟化劑(油)，上頂栓下降，混煉150秒；打開下頂栓，上頂栓升栓，排膠，30秒后關(guān)閉下定栓； 二段混煉:將密煉機排料放入開煉機拉片冷卻，待膠料冷卻至60°C以下時，將硫化劑、促進劑加入，翻搗均勻，放厚輥距5?7_下片，投入硬脂酸鋅水溶液冷卻，懸掛風(fēng)干進入下一工序； 停放和過濾:上述混煉膠冷卻后在室溫下停放8小時以上，重新返煉出條，用濾膠機進行過濾，濾網(wǎng)為100目，濾膠溫度為80°C以下； 切割下片:過濾好的膠料在開煉機上出成5?7mm膠片，并切割成300 X 400mm的膠片，冷卻后疊放入塑料袋、包裹后裝箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里材料制備工藝，其特征是選礦用高耐磨防腐礦漿輸送管道橡膠襯里技術(shù)指標(biāo): (1)相對體積磨耗量60mm3； (2)阿克隆磨耗(cm3/l.61km): ^ 0.18cm3 ； (3)硬度，邵氏A，40±5度 (4)拉伸強度:彡18MPa； (5)拉斷伸長率:彡500% (6)扯斷永久變形S15% (7)回彈性40% (8)撕裂強度:彡30kN/m (9)耐水體積變化(70°CX70h) 5% (10)耐紫外光臭氧老化:無裂紋 (11)壓縮永久變形(70°CX24h): ^ 25% (12)熱空氣老化(70。。X72h),拉伸強度降低率:<10% (13)耐酸堿(室溫X7d):20%HC1 Λ W -2 ?+2 40%H2S04 Λ W -1 ?+1 70%H3P04 Δ ff -1 ?+1CO
【文檔編號】C08K5/18GK104403139SQ201410661056
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】張慶虎 申請人:杭州順豪橡膠工程有限公司