一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带及其制备方法与流程

1.本发明属于复合橡胶材料技术领域，尤其涉及一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带及其制备方法。


背景技术：

2.玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石作为原料破碎并在高温下熔融后，通过铂-铑合金漏板拉丝制成的连续纤维。玄武岩纤维可归类为可持续发展的材料，也是一种具有成本效益和高强度的材料，已被广泛用于道路建设，建筑物和其他需要加固方面的应用。此外，经玄武岩纤维制得的复合材料可广泛应用于航空航天、建筑、化工、医学、电子、农业等军工和民用领域。
3.输送带是用于皮带输送带中起承载和运送物料作用的橡胶与纤维、金属复合制品，或者是塑料和织物复合的制品。输送带中应用最广泛的是橡胶输送带，但是橡胶输送带在运输过程中易磨损、断裂的现象，现有技术中也有一些添加玄武岩纤维的橡胶制备，例如：
4.中国专利公开号cn113429640a，提供了一种含改性玄武岩纤维的橡胶复合材料及其制备方法。采用酸刻蚀助协同硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行改性，并在橡胶复合材料中添加该改性玄武岩纤维，提高了橡胶复合材料的整体力学性能。但是却对拉伸强度和撕裂强度产生了负面影响。
5.中国专利公开号cn109651655a，提供一种改性玄武岩纤维橡胶复合材料制备方法，以改性玄武岩纤维、天然橡胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020na、促进剂ns、炭黑、促进剂tmtd和硫磺混炼得到混炼胶，再经过硫化即制得改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料。但是改性玄武岩纤维/天然橡胶复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和直角撕裂强度有所降低。
6.中国专利公开号cn107652494a，涉及一种芳纶浆粕与玄武岩短纤维定向增强的橡胶复合材料及其制备方法，本发明通过芳纶浆粕与玄武岩短纤维并用，改善了单用玄武岩短纤维易脆断、模量低和单用芳纶浆粕屈挠性能差、变形差、价格贵的缺点。本发明制备的复合材料，工艺简单，加工性能优良，性能满足传动带使用要求。但是加入芳纶会造成产品价格昂贵。
7.中国专利公开号cn107226942a，涉及一种芳纶短纤维与玄武岩短纤维定向增强的橡胶复合材料及其制备方法，其组分和质量百分比为：氯丁橡胶100份、增塑剂1-10份、补强剂20-100份、硫化剂5-10份、芳纶短纤维1-20份、玄武岩短纤维1-20份、硅烷偶联剂1-3份、防老剂1-4份。本发明制备的复合材料，工艺简单，加工性能优良，性能满足传动带使用要求。但是加入芳纶会造成产品价格昂贵。


技术实现要素：

8.本发明的目的是针对于现有玄武岩纤维增强橡胶复合材料存在的问题，提供了一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带及其制备方法。本发明的复合材料利用改性的玄武岩纤
维网布作为骨架和橡胶交替粘结而得。将其应用于橡胶输送带中从而提高输送带的耐磨性、抗拉伸性、使用寿命和安全性。
9.本发明的技术方案之一为，一种浸润剂，由如下重量份配比的原料组成：主成膜剂25～45份、辅成膜剂5～10份、硅烷偶联剂20～35份、纳米sio210～15份、抗静电剂5～10份和水45～75份；
10.其中，所述的主成膜剂为水性环氧树脂溶液；
11.所述的辅成膜剂为聚酯溶液；
12.所述的硅烷偶联剂为水解的kh-550、水解的kh-560和水解的kh-580中的一种或多种的混合物；
13.所述的纳米sio2为纳米sio2粒子溶液；
14.所述的抗静电剂为nh4cl或licl溶液。
15.浸润剂，其特征在于，水性环氧树脂溶液为水性环氧树脂e-21溶液，质量分数为5％～15％；聚酯溶液为pet溶液，质量分数为5％～10％；纳米sio2粒子溶液的质量分数为1.67～2.5％，sio2粒子粒度300～400nm；nh4cl或licl溶液的质量分数6.67～10％。
16.进一步的，上述的浸润剂，水性环氧树脂溶液为水性环氧树脂e-21溶液，质量分数为5％～15％；聚酯溶液为pet溶液，质量分数为5％～10％；纳米sio2粒子溶液的质量分数为1.67～2.5％，sio2粒子粒度300～400nm；nh4cl或licl溶液的质量分数6.67～10％。
17.进一步的，上述浸润剂的制备方法，包括如下步骤：
18.1)在搅拌速率为200～400r/min的条件下按照质量比为4～7:2～3的比例将球磨后的纳米sio2粒子溶液加入到水解的硅烷偶联剂中，搅拌20～40min后可得到纳米sio2粒子-硅烷偶联剂混合溶液；
19.2)在300～500r/min速率下，按比例向主成膜剂中依次加入聚酯和纳米sio2粒子-硅烷偶联剂混合溶液，搅拌20～30min，再加入抗静电剂，搅拌15～20min混合均匀后，再加入水继续搅拌15～20min，即得到浸润剂。
20.本发明的技术方法之二为，一种改性的玄武岩纤维，为经酸性介质处理、多巴胺处理和上述浸润剂处理后的连续玄武岩纤维。
21.进一步的，上述改性的玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：
22.1)将连续玄武岩纤维于酸性介质中60～70℃处理30～60min，取出后反复洗涤至滤液ph为中性，然后干燥；
23.2)将酸性介质处理后的连续玄武岩纤维置于缓冲溶液中，待浸润分散后加入盐酸多巴胺，于25～40℃处理4～7h后取出，反复洗涤至滤液ph为中性，然后干燥；
24.3)将步骤2)处理后的连续玄武岩纤维于浸润剂中浸泡60～120min后取出，反复洗涤至滤液ph为中性，然后干燥，既得。
25.进一步的，上述改性的玄武岩纤维的制备方法，所述步骤1)中，酸性介质为0.5～1.5mol/l的hcl，0.5～1.5mol/l的h2so4，或1.0～3.0mol/l的ch3cooh。
26.进一步的，上述改性的玄武岩纤维的制备方法，所述步骤2)中，缓冲溶液为ph值8～9、质量分数为0.10wt％～0.30wt％的三(羟甲基)氨基甲烷水溶液。
27.进一步的，上述改性的玄武岩纤维的制备方法，所述步骤2)中酸性介质处理后的连续玄武岩纤维与缓冲溶液的质液比为1:20～33.3g/ml；盐酸多巴胺与缓冲溶液的质液比
为1:30～50g/ml。
28.本发明的技术之三为，一种连续玄武岩纤维网布，采用上述的改性的玄武岩纤维编织而成。
29.本发明的技术之四为，一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带，由作为骨架的上述的连续玄武岩纤维网布和分别粘结于骨架上下面的橡胶组成；
30.或者，由数层粘结在一起的天然橡胶和粘结于相邻两层橡胶间的作为骨架的上述的连续玄武岩纤维网布组成。
31.进一步的，上述的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的制备方法，包括如下步骤：
32.1)以连续玄武岩纤维网布为骨架，采用粘结剂将橡胶分别粘结于骨架上下面，或者，将数层橡胶粘结在一起并在相邻两层橡胶间粘结改性的玄武岩纤维网布骨架，得到预处理的橡胶输送带；
33.2)将预处理的橡胶输送带硫化即得含有玄武岩纤维网布的橡胶输送带。
34.进一步的，上述的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的制备方法，硫化条件为：在130～150℃，1.1～1.3mpa条件下硫化45～60min。
35.与现有技术相比，本发明的优势在于：
36.在玄武岩纤维具有抗拉伸、耐腐蚀、耐高温和耐磨性好等多种优异性能的基础上，通过玄武岩纤维改性提高其与有机材料的相容性，将其与橡胶粘合硫化制备抗磨、抗拉伸的橡胶输送带，提高工业橡胶输送带的使用寿命和安全性。
具体实施方式
37.下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
38.实施例与对比例所述的各种原料的来源：
39.盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸、无水乙醇、nh4cl和licl均来自于国药集团化学试剂有限公司；水性环氧树脂、聚氨酯乳液和聚酯均来自东莞广通化工制品有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷均来自东莞市常平昱信塑化经营部；三(羟甲基)氨基甲烷、粘结剂as-88、sio2粉末、天然橡胶和玄武岩纤维分别来自佛山市南海江顺化学制品厂、任丘市供信化工科技有限公司、东莞市常平昱信塑化经营部、衡水润桥工程橡胶有限公司和贵州石鑫玄武岩科技有限公司。
40.γ-氨丙基三乙氧基硅烷用kh-550表示；
41.γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷用kh-560表示；
42.γ-巯丙基三乙氧基硅烷用kh-580表示。
43.实施例与对比例所述的缓冲溶液的配制方法为：称取0.20g三(羟甲基)氨基甲烷于100g去离子水中搅拌溶解均匀后，再用5wt％的稀盐酸调节溶液ph值至8.5。
44.实施例与对比例所述的硅烷偶联剂kh-550的水解方法为：将350g无水乙醇和50g水分别加入1000ml烧瓶中并混匀作为反应媒介，再边搅拌边缓慢滴入26.67g kh550，用醋酸调节ph至2.5，搅拌转速700r/min下加热至80℃，回流反应50min，再加入醋酸调节ph至5.5即得kh550水解产品。
45.实施例与对比例所述的硅烷偶联剂kh-560的水解方法为：将300g无水乙醇和200g
水分别加入1000ml烧瓶中并混匀作为反应媒介，边搅拌边缓慢滴入29.411g kh560，搅拌速率为800r/min，待kh560滴加完毕后继续搅拌50min，溶液澄清透明、表面无油状物存在即得水解产品。
46.实施例与对比例所述的硅烷偶联剂kh-580的水解方法为：向1000烧杯中加入500ml水，并用醋酸调节ph至3.5，一边搅拌一边缓慢加入28.57g硅烷偶联剂kh-580，搅拌速率为400r/min，待kh580滴加完毕后继续搅拌50min，直至溶液澄清透明即得水解产品。
47.实施例与对比例所述的纳米sio2粒子的处理方法为：取50ml去离子水于烧杯中，再加入2g的sio2粉末，sio2粉末的粒度为d(0.5)＝350nm，用玻璃棒搅拌均匀后倒入球磨容器里，并用50ml去离子水冲洗干净烧杯和玻璃棒，冲洗液体倒入球磨容器里，球磨40min后即得到预处理的纳米sio2粒子溶液。
48.实施例与对比例所述的抗静电剂为nh4cl或licl的配制方法为：称取300g去离子水于烧杯中，再加入40g的nh4cl或licl并不断搅拌直至固体完全溶解，再将溶液转移至500ml容量瓶中，将玻璃棒和烧杯用去离子水冲洗干净，冲洗液体置于容量瓶中，用去离子水定容后上下摇匀即得到抗静电剂。
49.实施例的浸润剂由以下重量份的原料组成：水性环氧树脂35份、聚酯8份、硅烷偶联剂kh550、kh560和kh580混合物30份、纳米sio213份、抗静电剂nh4cl溶液7份和水65份。制备方法为：
50.1)在搅拌速率为300r/min的条件下按照质量比将球磨后的纳米sio2粒子溶液加入到水解的硅烷偶联剂中，搅拌30min后可得到纳米sio2粒子-硅烷偶联剂混合溶液；
51.2)在400r/min速率下，按比例向主成膜剂中依次加入聚酯和纳米sio2粒子-硅烷偶联剂混合溶液，搅拌25min，再加入抗静电剂，搅拌20min混合均匀后，再加入水继续搅拌15min，即得到浸润剂。
52.实施例1
53.一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带制备方法，包括如下步骤：
54.(1)称取连续玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入浓度1.0mol/l的hcl溶液1000ml，60℃恒温水浴30min后取出反复用去离子水洗涤至滤液ph为7并于60℃下干燥；
55.(2)将步骤(1)处理后的连续玄武岩纤维40g浸泡于1000ml缓冲溶液中，待浸润分散后加入33.33g盐酸多巴胺，并25℃恒温水浴4h后取出用去离子水反复洗涤至滤液ph为7并在60℃下烘干；
56.(3)将步骤(2)处理后的连续玄武岩纤维于1000ml浸润剂中浸泡60min后取出用去离子水反复洗涤并于70℃下烘干；
57.(4)将步骤(3)处理后的改性连续玄武岩纤维通过机械成网编制工艺编制成网布，经密：430根/10cm，纬密：250根/10cm；
58.(5)在橡胶和玄武岩纤维网布表面均匀涂抹粘结剂as-88，将网布粘结于橡胶上，玄武岩网布和橡胶交替依次粘结，玄武网布共4层，输送带上下表面层均为橡胶即得到含有4层玄武岩纤维网布的橡胶输送带；
59.(6)将步骤(5)制得的改性玄武岩纤维橡胶输送带在130℃、1.1mpa条件下硫化45min即得产品。
60.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐
磨性提高45％，耐磨次数达到421次，抗拉伸强度提高了57％，为364.08n/mm2。
61.实施例2
62.一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带制备方法，包括如下步骤：
63.(1)称取连续玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入浓度1.0mol/l的h2so4溶液1000ml，62℃恒温水浴40min后取出反复用去离子水洗涤至滤液ph为7并于65℃下干燥；
64.(2)将步骤(1)处理后的连续玄武岩纤维浸30g泡于1000ml缓冲溶液中，待浸润分散后加入28.57g盐酸多巴胺，并30℃恒温水浴5h后取出用去离子水反复洗涤至滤液ph为7并在65℃下烘干；
65.(3)将步骤(2)处理后的连续玄武岩纤维于1000ml浸润剂中浸泡80min后取出用去离子水反复洗涤并于75℃下烘干；
66.(4)将改性连续玄武岩纤维通过机械成网编制工艺编制成网布，经密：430根/10cm，纬密：250根/10cm；
67.(5)在橡胶和玄武岩纤维网布表面均匀涂抹粘结剂as-88，将玄武岩网布和橡胶交替依次粘结，玄武网布共4层，输送带上下表面层均为橡胶即得到含有若干层玄武岩纤维网布的橡胶输送带；
68.(6)将步骤(5)制得的改性玄武岩纤维橡胶输送带在135℃、1.15mpa条件下硫化50min即得产品。
69.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高62％，耐磨次数达到460次，抗拉伸强度提高了69％，为391.91n/mm2。
70.实施例3
71.浸润剂由以下重量份的原料组成：水性环氧树脂35份、聚酯8份、硅烷偶联剂kh55030份、纳米sio213份、抗静电剂licl溶液7份和水65份。
72.输送带的制备方法同实施例2。
73.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高45％，耐磨次数达到412次，抗拉伸强度提高了51％，为350.17n/mm2。
74.实施例4
75.浸润剂由以下重量份的原料组成：水性环氧树脂35份、聚酯8份、硅烷偶联剂kh56030份、纳米sio213份、抗静电剂nh4cl溶液7份和水65份。
76.输送带的制备方法同实施例2。
77.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高39％，耐磨次数达到395次，抗拉伸强度提高了43％，为331.62n/mm2。
78.实施例5
79.浸润剂由以下重量份的原料组成：水性环氧树脂35份、聚酯8份、硅烷偶联剂kh58030份、纳米sio213份、抗静电剂licl溶液7份和水65份。
80.输送带的制备方法同实施例2。
81.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高57％，耐磨次数达到446次，抗拉伸强度提高了66％，为384.95n/mm2。
82.实施例6
83.浸润剂由以下重量份的原料组成：水性环氧树脂35份、聚酯8份、硅烷偶联剂kh550
和kh580混合物30份、纳米sio213份、抗静电剂nh4cl溶液7份和水65份。
84.输送带的制备方法同实施例2。
85.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高52％，耐磨次数达到432次，抗拉伸强度提高了63％，为378.00n/mm2。
86.对比例1
87.浸润剂由以下重量份的原料组成：水性环氧树脂35份、聚酯8份、纳米sio213份、抗静电剂nh4cl溶液7份和水65份。
88.输送带的制备方法同实施例2。
89.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高29％，耐磨次数达到366次，抗拉伸强度提高了16％，为269.00n/mm2。
90.对比例2
91.浸润剂由以下重量份的原料组成：聚酯8份、硅烷偶联剂kh550、kh560和kh580混合物30份、纳米sio213份、抗静电剂nh4cl溶液7份和水65份。
92.输送带的制备方法同实施例2。
93.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高27％，耐磨次数达到361次，抗拉伸强度提高了13％，为262.05n/mm2。
94.对比例3
95.浸润剂由以下重量份的原料组成：低分子环氧树脂17份、水性环氧树脂18份、聚酯8份、硅烷偶联剂kh550、kh560和kh580混合物30份、纳米sio213份、抗静电剂nh4cl溶液7份和水65份。
96.输送带的制备方法同实施例2。
97.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高40％，耐磨次数达到398次，抗拉伸强度提高了31％，为303.79n/mm2。
98.实施例7
99.一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带制备方法，本发明所述，包括如下步骤：
100.(1)称取连续玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入1000ml 1.5mol/lh2so4，65℃恒温水浴45min后取出反复用去离子水洗涤至滤液ph为7并于70℃下干燥；
101.(2)将步骤(1)处理后的连续玄武岩纤维50g浸泡于1000ml缓冲溶液中，待浸润分散后加入25.00g盐酸多巴胺，并33℃恒温水浴6.0h后取出用去离子水反复洗涤至滤液ph为7并在70℃下烘干；
102.(3)将步骤(2)处理后的连续玄武岩纤维于1000ml浸润剂中浸泡100min后取出用去离子水反复洗涤并于80℃下烘干；
103.(4)将改性连续玄武岩纤维通过机械成网编制工艺编制成网布；
104.(5)在橡胶和表面均匀涂抹粘结剂as-88，将步骤(4)制得的玄武岩纤维网布粘结于橡胶上，玄武岩网布和橡胶交替依次粘结，玄武网布共4层，输送带上下表面层均为橡胶即得到含有若干层玄武岩纤维网布的橡胶输送带；
105.(6)将步骤(5)制得的改性玄武岩纤维橡胶输送带在140℃、1.20mpa条件下硫化54min即得产品。
106.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐
磨性提高88％，耐磨次数达到534次，抗拉伸强度提高了92％，为445.25n/mm2。
107.实施例8
108.一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带制备方法，包括如下步骤：
109.(1)称取连续玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入2.0mol/l的ch3cooh溶液1000ml，67℃恒温水浴50min后取出反复用去离子水洗涤至滤液ph为7并于75℃下干燥；
110.(2)将步骤(1)处理后的连续玄武岩纤维40g浸泡于1000ml缓冲溶液中，待浸润分散后加入22.22g盐酸多巴胺，并35℃恒温水浴6.5h后取出用去离子水反复洗涤至滤液ph为7并在75℃下烘干；
111.(3)将步骤(2)处理后的连续玄武岩纤维于1000ml浸润剂中浸泡110min后取出用去离子水反复洗涤并于85℃下烘干；
112.(4)将步骤(3)改性的连续玄武岩纤维通过机械成网编制工艺编制成网布；
113.(5)在橡胶和表面均匀涂抹粘结剂as-88，将步骤(4)制得的玄武岩纤维网布粘结于橡胶上，玄武岩网布和橡胶交替依次粘结，玄武网布共4层，输送带上下表面层均为橡胶即得到含有若干层玄武岩纤维网布的橡胶输送带；
114.(6)将步骤(5)制得的改性玄武岩纤维橡胶输送带在145℃、1.25mpa条件下硫化57min即得产品。
115.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高79％，耐磨次数达到508次，抗拉伸强度提高了81％，为419.74n/mm2。
116.实施例9
117.一种连续玄武岩纤维复合橡胶输送带制备方法，本发明所述，包括如下步骤：
118.(1)称取连续玄武岩纤维放入大烧杯中，缓慢倒入1000ml 3.0mol/lch3cooh，70℃恒温水浴60min后取出反复用去离子水洗涤至滤液ph为7并于80℃下干燥；
119.(2)将步骤(1)处理后的连续玄武岩纤维40g浸泡于1000ml缓冲溶液中，待浸润分散后加入20.00g盐酸多巴胺，并40℃恒温水浴7h后取出用去离子水反复洗涤至滤液ph为7并在80℃下烘干；
120.(3)将步骤(2)处理后的连续玄武岩纤维于1000ml浸润剂中浸泡120min后取出用去离子水反复洗涤并于90℃下烘干；
121.(4)将改性连续玄武岩纤维通过机械成网编制工艺编制成网布；
122.(5)在橡胶和表面均匀涂抹粘结剂as-88，将步骤(4)制得的玄武岩纤维网布粘结于橡胶上，玄武岩网布和橡胶交替依次粘结，玄武网布共4层，输送带上下表面层均为橡胶即得到含有若干层玄武岩纤维网布的橡胶输送带；
123.(6)将步骤(5)制得的改性玄武岩纤维橡胶输送带在150℃、1.30mpa条件下硫化60min即得产品。
124.与层数相同的尼龙橡胶输送带相比，制备的连续玄武岩纤维复合橡胶输送带的耐磨性提高72％，耐磨次数达到488次，抗拉伸强度提高了78％，为412.78n/mm2。