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输送带用增强骨架材料及其组织结构
浏览: 发布日期:2017-10-26

     锦纶纤维有很高的断裂强度和弹性,但模量小、断裂伸长率较大多用于运距短、安全系数大而要求弹性好的场合;条纶纤维断裂强度、弹性和模量均大,是主要的骨架材料,其缺点是断裂强度损失率较大;芳纶纤维断裂强度极高,但不耐压缩和动态疲劳且价格很高,在输送带中的应用有较大局限性;钢丝具有高断裂强度,其耐腐蚀能力有待提高。在平纹编织、整体编织和直经编织3种织物结构中,整体编织有明显优势,直经编织次之,平纹编织地位日趋下降u钢丝绳的强度与钢丝根数、直径及捻合结构有关。

  输送带是由弹性体和增强骨架材料制成的复合材料制品,是带式输送机的关键功能件。输送带的发展离不开骨架材料性能的提高,其断裂强度、延伸特性、弹性、刚韧性、尺寸稳定性等无不与骨架材料性能密切相关。因此,骨架材料性能的研究极为重要。

  通用输送带对骨架材料的总体要求如下:有足够的断裂强度,模量高、伸长小;与弹性体有良好的粘合性;当今,输送带用骨架材料是各种纤维织物、钢丝及其织物。骨架材料的选择既始于对使用要求的调查及主要数据的规定,更需有对骨架材料性能与带性能相关性的深刻了肖解以期做到技术与经济的最佳结合。本文将对上述问题进行较详细的讨论,但不涉及帘线织物、钢丝编织物、钢条及捻织织物。

  限公司高级工程师,主要从事胶带领域的新产品开发及技术管理工作。1纤维性能纤维材料是输送带用骨架材料的基础,传统的纤维材料是棉纤维,现代的是合成纤维(锦纶、涤纶和芳纶纤维)和钢丝。它们的基本技术性能见表1及。

  11棉纤维棉纤维是最早用于输送带生产的纤维材料,至今仍有一定的使用比例。棉纤维是一种天然短纤维,具有中等断裂强度,负荷下伸长小,干态下断裂伸长率小,有较高的松密度,可生产强度不高的厚实织物供输送带用。

  棉的短纤维特性有助于提高织物与弹性体的粘合,高松密度使织物厚实,有利于提高带的缓冲能力。棉纤维的缺点是断裂强度相对较低,易腐蚀,疲劳寿命短,不能生产高强度带。

  12锦纶纤维(聚酿胺)用于输送带的锦纶纤维主要是锦纶6与66长丝,二者的物理性能近似,但锦纶66的熔点较高,更具实用性。锦纶纤维具有很高的断裂强度和弹性,耐压缩撕裂,但模量小,断裂伸长率和定负荷伸长率较大。对输送带来说,纵向定负荷伸长率大会使带子“跑长”,滑动空转,影响正常工作。因此,纯锦纶纤维织物在输送带中多用于运距短、安全系数大而要求弹性好的场合。但锦纶长丝适于作带用织物的纬向材料,可赋予输送带shingHouse.Allrightsreserved.表1输送带用各种纤维的性能项%―6―7351)0.2―耐热性150C变黄160C良好160C良好160C良好160C良好250C良好―注:棉纤维延伸2%,锦纶66和涤纶纤维延伸3%;很好的抗冲击和抗撕裂性能,便于成槽,可提高带的输送能力。

  提高锦纶纤维的模量一直是人们关心的问题。据称荷兰开发的Stanyl锦纶46具有尺寸稳定性好和断裂伸长率小的特点。另据报道,一种商品名为Hyten的基于锦纶66的单丝截面为“球形扁柱”形的纤维,具有高纤度、高断裂强度、高模量、高吸能和低收缩的特点。其单丝加工简便,还可节省浸渍用的粘合剂和压延贴胶,在轮胎中使用表明效果甚佳,其优越性亦将在输送带中体表2几种锦纶纤维的性能比较断裂强度/断裂伸长中间伸长干热收缩熔点/项目率/%锦纶纶46 66单丝注:1)Hyten锦纶66单丝在13.3cN°tex1强度下拉伸,其余均在47. 1强度下拉伸;2)Hyten锦纶66单丝的加热温现,但尚未见实用性报道。几种锦纶纤维的性能1.3涤纶纤维(聚酯)比较见表ChhaAcad撕ic oalElectronicPublishing涤纶纤维的断裂强度和弹性与锦/纶纤维近。net度为160°C,其余加热温度均为150似,但模量却高出锦纶纤维近2倍。涤纶纤维的定负荷伸长率小、尺寸稳定性好且更耐水。涤纶长丝作输送带织物骨架的经向材料非常理想。对于不要求成槽的输送带来说,纬向使用涤纶纤维同样适合,它能为输送带提供强的刚韧性和支撑能力。

  可供输送带生产选择的国产工业用涤纶长丝有普通型、高模低收缩型、低收缩型、普通活化型、低收缩活化型等。

  除涤纶长丝大量应用于输送带用织物外,单丝与短纤维亦得到较广泛的应用。直径0.2~0.4mm的涤纶单丝用作平纹织物的纬线可发挥特殊功能:利用单丝的高刚性,可迫使经线产生高“织缩”。用这种织物制成的轻中型输送带在运行方向上的柔软性好,可在小导向辊、甚至锐棱上作“刀尖输送”,用于食品、烟草等行业。由于这种输送带的横向刚性好,在输送过程中可防止未定型的物件变形破损,保持物件在带上的高度稳定。

  涤纶单丝还可用于生产无横向屈挠度的中高强度挡边带。

  近年来,美、英等国已成功利用涤纶短纤维的松密度,在整体编织物中用浓密的短纤维纱取代棉纱作外表层经线,吸收冲击力,保护内层载荷纱线。

  将涤纶纤维与棉纱线混纺、合股和交织以生产厚度较大和断裂强度较高的低成本带用平纹织物则是众所周知的。可以说,涤纶纤维是当今织物芯输送带用纤维材料的主流。

  近年出现一种名为PEN的新型聚酯纤维材料,与普通涤纶纤维相比,其断裂强度提高20%~25%,模量提高130%,热收缩率相等,屈挠疲劳后断裂强力保持率提高5%~10%,有望在输送带中应用。

  涤纶纤维的缺点是断裂强度损失率较大,在高温蒸汽下,特别是在胺的存在下会发生分解,使其性能下降。

  14芳纶纤维(聚芳酰胺)商品名宣布的一种可供橡胶制品用的新型增强材料,具有断裂强度高、断裂伸长率小、耐热、尺寸稳捻断裂强度和模量可分别达到840和3600MPa180°C下也不收缩,其断裂强度/质量比是钢丝的5倍。它的出现备受橡胶加工业的青睐。

  20世纪80年代是芳纶纤维在输送带中应用的黄金时代,虽然其价格很高,但欧洲的输送带厂家争相发展。以卓尔堡(TRELLBORG)为例,在1979~1984年间即生产了不同断裂强度和宽度的芳纶输送带2.5万延长米。然而好景不长,到20世纪90年代初,芳纶纤维在输送带中的应用几乎全面停止。原因是什么呢,经过近10年的实际应用发现,芳纶纤维虽然断裂强度极高,但断裂伸长率过小,不耐压缩和动态疲劳。在输送带的使用过程中,芳纶织物在带轮上反复地受到拉伸压缩和物料的冲击,持续的伸长、压缩使芳纶纤维先是局部屈服、微纤化,继而坍塌、折弯以致断裂。芳纶纤维输送带的使用寿命只有4 ~5年不及钢丝绳芯带寿命的1/2加之价格昂贵,接头强度低,在经济上极不合算。但应当指出,芳纶纤维在传动带和胶管上的应用还是很成功的。

  为克服芳纶纤维的不足,杜邦、阿克苏等公司进行了大量的研究工作,但其使用范围仍限于要求断裂强度大、断裂伸长率小的制品。

  15钢丝钢丝是构成钢丝绳的基本单元,用优质碳钢制造。带用钢丝钢材硫、磷质量分数均不得大于0.000 3.贝卡尔特(BEKAERT)公司规定输送带用钢丝钢材的各种化学成分质量分数如下:钢丝的制造过程如下:盘条一>酸洗一>拔丝一热浸锌一再拔丝。要求钢丝的直径在0. 18~1.12mm范围内,断裂强度在1800~ 2700MPa范围内。随着钢丝直径的增大,其断裂强度与动态性能(扭转和反复弯曲)变差。

  镀锌对钢丝有重要意义,一是防锈,二是对钢定性好4耐腐蚀等特点故纤维通过拉丝和bli丝与橡胶的粘合有促进作用。所镀锌的纯度要求net很高(质量分数0.999 9),镀层要牢固并保持一定的质量水平。已有为提高钢丝的防锈能力采用不锈钢的报道。

  2织物与钢丝绳的组织结构21织物结构与带性能bookmark1合理的织物结构可充分发挥纤维材料的力学性能。现代输送带用织物结构的主要形式包括平纹(席纹)编织、整体编织、直经编织及其变型。

  表征织物性能的有关数据包括织物的厚度、质量、经炜密度、经炜强度、断裂伸长率、定负荷伸长率以及纱线的纤度、捻度、织缩与热空气收缩率。

  断裂强度是带用织物最重要的性能参数,人们对经向断裂强度的追求几乎是无止境的,因为只有这样才能不断增大带的运距与提升高度。断裂伸长率的大小显示了输送带能否抵抗瞬时超负荷的作用以及带的柔软性;定负荷伸长率则反映了其正常运转性能、寿命与维修工作量。织缩与带的屈挠性有关,也影响到带的长宽尺寸变化,而厚度对带的缓冲能力有影响。

  平纹编织是织物芯输送带用骨架材料的传统形式,使用量大,范围广。在平纹编织结构中,每根经线与炜线交替与邻近纱线相互上下交织,其特点是线的交叉点最多,纱线呈波浪形,织物的挺性好,断裂强度则受单位面积所能容纳线的根数限制,线密度越大,织缩越大。

  为提高平纹编织物的断裂强度,产生了平纹织物的改进型,即席纹编织。席纹编织使用了两根以上的纱线一起织造,增大了线密度,使断裂强度提高。一般平纹编织以L1X1表示,席纹编织以,21,2232等表示。两种编织形式结构示意见现代平纹(席纹)织物的最大额定断裂强度可达630kN°m1.各种合成纤维平纹(席纹)编织物的断裂强度见表3.输送带用合成纤维平纹(席纹)织物无论是坯布还是浸胶布都需进行热定型,以保持尺寸稳定性和物性的最佳平衡,减少受热后引起的性能变化。定型的关键因素是张力温度和时间。提高表3不同合成纤维平纹(席纹)编织物的断裂强度kN0m―材料轻薄型中厚型重厚型EE50(63)125(150200250)-EEEP.NN——315(400500)注:括号中为不同厚度的相同材料。表4热定型参数增大对织物性能的影响项目断裂强度模量热收缩耐疲劳性蠕变力度'间甘张温时,大小减大大大增增略小小“减减小小小。

  减减减W小大大"减增增。llF程序多,整体性差,纤维的强度利用率低(100dtex纱线、捻线、坯布、浸渍布和4层复合带的断平纹织物芯输送带除向减层化方向发展,以轻中量级带为主要使用对象外,它在输送带中的地位已有逐步被整体编织和直经编织取代之势。

  2.1.2整体编织整体编织即多层斜行交织,它的纬线一般为2~5层,呈平直状态与斜行经线相交,交叉点相对减少。线密度的增大原则上不在同一水平面上,而是向厚度方面发展。整体编织可制得组织疏松、厚度大、断裂强度高、经纬强度比大,有利于PVC糊浸渍的编织物,改变了过去带芯由多层织物构成的传统模式。

  整体编织原则上可分为有外层经线与无外层经线两大类。不同的结构形式会影响到浸糊效果及带性能。外层经线的主要作用是保护内层强力线,提高织物与PVC糊的粘合效果及增强抗冲击穿刺能力,但也存在不利于PVC糊充分渗透的缺点。外层经线材料包括棉纤维和涤纶短纤维。棉纤维多用于阻燃型带,它能吸收化纤的融滴,并形成坚硬的炭,维持带的完整。无外层经线整体编织物的经纬线则需分别与棉纱线合股,棉纱质量分数为0.15~0.30.是不同织物整体编织的结构示意。

  整体编织物的断裂强度为400 ~4000kN°m―、编织物断裂强度在1000kN°md以下,主经线材料使用锦纶和涤纶纤维均可;断裂强度在1000~2500kN之间,锦纶纤维的伸长过大难以应用,需使用涤纶纤维;断裂强度在2500kN+1以上则需使用芳纶纤维。纬线材料使用锦纶和涤纶纤维均可,涤纶纤维的价格便宜,而锦纶纤维的性能更优越,应用时需全面考虑,但两者都须与棉纤维并用,以保证纬向具有一定的弹性并与PVC糊良好粘合。

  整体编织物与PVC糊结合成带最早出现在20世纪70年代,用于地下煤矿安全生产。由于它的经线不是按层直线排列,过辊时斜向行走,产生的应力能围绕辊筒平衡,耐屈挠性比多层平纹织物带好,抗冲击性强,而且其接头强度高,因此受到人们的欢迎整体编织物在其它各种散料输送与斗式提升方面亦得到了广泛的应用,成为当今应用最成功的输送带用骨架材料。无论在国内还是国外,它的发展都是最快的。其制造技术还在不断进步,如在织造过程中将PVC糊喷于纱线上;使用预浸渍的经、纬线;开发与SBR和NR的粘合技术等,以扩大其使用领域。

  1.3直经编织组成,分单经和双经两种类型(见)。它的纬线与主经线直角相交平行排列在主经线上、下面,由夹在两主经线间细小的编织经线连接固定,主经线与纬线都比较粗。直经编织物的断裂强度在200 ~3150kN加一1范围内。主经线材料包括锦纶、涤纶和芳纶纤维。编织物断裂强度在800kN"m1以下,使用涤纶和锦纶纤维均可;断裂强"m1之间使用涤纶纤维;断裂强度超过1800kN°m1时需使用芳纶纤维。直经编织的经线使用锦纶和涤纶纤维均可,纬线材料以锦纶纤维为主。直经编织的特点是:主经线呈最小波形,平直性好,可保持纤维强度的90%,带不易跑偏;织物的伸长特性不因织造而变化;纬线排列在主经线上、下,保证了主经线抗冲击与撕裂性能,双经结构更优越;织物的凸凹表面与橡胶粘合强度大。

  在输送带中使用直经编织物骨架,一般为1 ~2层,制造工序减少,性能提高,是输送带用织物骨架发展的另一方向,但其发展速度不及整体带心。

  22带用钢丝绳结构与特性输送带用钢丝绳没有油芯,不允许有油脂污染。带用钢丝绳通常为七股式,钢丝捻合成股,股再捻合成绳。绳的强度与直径取决于每股所含钢丝的根数及钢丝的直径,并与捻合结构有关。股的捻合结构形式包括普通左右交叉捻、单向捻、平行捻和交叉捻(见)绳的捻合形式包括普通式、平行式和复合式。股捻合成绳,通常芯股直径要大于外股直径,以便胶的渗透。对于普通式捻绳,芯股与外股的捻合像股那样以相反方向捻合。

  它的优点是扭转小,扭矩相互抵制;缺点是点接触,易磨损。但在输送带中这种结构占多数。平行式结构中股与绳具有相同的捻向和捻距,钢丝与股都是平行排列成线接触,减轻了作业中的磨损,可制得紧密的横断面,在相同的绳径下强度较高,适于生产超高强度的输送带。复合式是普通式与平行式的结合,取二者之长,可以是芯股为平行式,外股为左右交叉式,也可以是芯股为左右交叉式,外股为平行式。

  带用钢丝绳主要型号有7X7,7X127X19和7X31.更具体的可表示如下:其中,D为钢丝直径。

  现代钢丝绳芯输送带的断裂强度在500 400kN°m1范围内可任意选择。表5示出了表5输送带用钢丝绳型号与绳径。强度和输送带断裂强度的关系钢丝型号2范围1范围2范围1范围2范围1范围2绳径/mm3.0注:范围1为主要应用范围,范围2为可能应用范围。

  输送带用钢丝绳型号、绳径和强度与输送带断裂强度的关系。与绳性能有关的技术参数包括捻向、捻节距、绳径、线密度、直线度、端头扩散度、残余扭力、断裂强度、断裂伸长率、有效截面积及开放率等。对这些参数总的要求是:股、绳的捻向、捻节距须一致,捻合强度损失小;较小的直径与较大的断裂强度;均匀的弹性伸长,无张力、无扭转,端头钢丝不扩散;良好的柔软性,高的动态承载能力。

  3结语纤维材料是构成输送带用骨架的基础。在现有纤维材料中,涤纶纤维占主要地位,锦纶纤维次之,但没有锦纶纤维的配合生产不出高性能带用织物,棉纤维在阻燃型整体编织物中也不能缺少。今后还需研究开发适合输送带要求的高性能合成纤维才能取得突破性的进展。

  好的织物结构能充分发挥纤维材料的性能。

  在现有结构中,整体编织有明显优势,直经编织次之,平纹编织在整个织物芯输送带中的地位将日趋下降。

  钢丝绳芯输送带在带强、运距、提升高度、接头效率等方面都占有优势,特别是在覆盖胶中设置横向增强层,加入预埋线圈后,带的抗冲击、抗穿刺、抗撕裂性能和预警能力全面提高,但仍需进一步提高钢丝强度与耐腐蚀能力,降低成本。

  多样化是输送带用骨架材料的特点。其构成的总体趋势是轻中量级带以平纹织物为主,中高强度级带以整体编织物和直经织物为主,超高强度级带应用钢丝绳。合理地使用资源与结构形式是提高输送带质量和经济效益的一个重要方面。

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