钢丝绳芯带式输送机硫化工艺研究

李光辉

(河南能源化工集团城郊煤矿)

钢丝绳芯带式输送机硫化工艺研究

李光辉

(河南能源化工集团城郊煤矿)

为了提高钢丝绳芯强力胶带的接头硫化质量，通过对钢丝绳芯胶带接头搭接长度的计算、硫化工艺的研究、硫化三要素的分析，在钢丝绳芯强力胶带接头硫化过程中合理选择硫化工艺、硫化三要素对胶带接头硫化质量的提高起着重要作用。

钢丝绳芯 胶带 硫化 搭接 压力 温度 时间

钢丝绳芯带式输送机是井下煤流系统中常用的运载工具，因胶带中含有钢丝绳芯，有较好的抗拉强度和较小的收缩率，实现了运输距离长、运转速度高、运载量大的要求，且在生产中占有举足轻重的地位，其维护费用相对较低、故障发生率低、性能安全可靠、满足了连续运载的需要。

钢丝绳芯胶带输送机铺设长度大，目前钢丝绳芯强力胶带最长运输距离达8 000 m，钢丝绳芯胶带的连接方式为热硫化连接，将连接用的胶料置于连接部位，在给定的压力、温度和时间的作用下，使弹性和温度等性能不好的生胶变为弹性较高、黏接强度较高的熟胶，从而依靠橡胶与钢丝绳芯的黏接力，将两条输送带连接在一起。

1 钢丝绳芯胶带硫化原理

钢丝绳芯胶带接头的硫化常选用热黏接法，利用平板硫化机使钢丝绳搭接位置的生胶片通过给定的压力、时间、温度，借助硫磺作为交联剂交联使最初的天然橡胶经过交联作用而形成网状高分子的工艺过程[1]。通过硫化，使塑性橡胶转变为弹性橡胶或者硬质橡胶，钢丝绳芯胶带便是通过橡胶与钢丝绳之间的黏着力及橡胶本身具有的抗拉力把接头两处彼此无关联的钢丝绳用橡胶衔接起来，构成一条能够承受很大抗拉强度的完整胶带。

强力胶带由钢丝绳芯、上、下芯胶、上下面胶及边胶组成，钢丝绳以一定间距纵向排列在芯胶中，强力胶带的搭接就是通过硫化实现钢丝绳对橡胶的黏着力，钢丝绳的黏着力通常通过抽出力来表示，抽出力与钢丝绳埋入芯胶中的长度成正比[2]，埋入芯胶中钢丝绳长度越长，抽出力越大，当埋入长度增大至一定量时，抽出力就大于钢丝绳自身的破断力，此时钢丝绳不能再被抽出而被拉断。如果胶带接头搭接长度较短，接头强度就达不到要求，容易造成胶带断裂；如果搭接长度较长，就会造成不必要的浪费。胶带的搭接长度应根据胶带的强度和钢丝绳的抽出力来计算，选择比较合理的搭接长度。

2 钢丝绳搭接长度计算

钢丝绳搭接长度计算公式为:

S′=K×P/抽出力 ，

(1)

式中，S′为钢丝绳搭接长度，mm；P为钢丝绳拉断强度，kgf/根；K为钢丝绳搭接长度系数。

钢丝绳搭接长度计算可参考表1、表2直接选取S′，全搭接胶带接头长度计算公式为:

LS=K1S′+250 ，

(2)

式中，LS为钢丝绳全搭接长度，mm；K1为钢丝绳搭接基数。

表1 GX系列各种型号钢丝绳芯输送带钢丝绳抽出力、搭接长度和接头长度

表2 ST系列各种型号钢丝绳芯输送带钢丝绳抽出力、搭接长度和接头长度

3 钢丝绳芯胶带硫化工艺

3.1 硫化地点选择

胶带接头硫化的地点适宜选择在巷道宽阔平坦、运输方便、风速较小、空气湿度小、空气温度低、煤尘含量较小且顶板完好无淋水的地点[2]。

3.2 标画接头线

3.2.1 标中心线

为确保硫化过程中胶带接头不偏斜，需准确找出胶带的中心线，现场常采用三点连线法，即选择在胶带端头附近胶带完整的地点找出3处横向中点(为了提高精确度，要求两点间的间距大于1 m)连成直线，用小刀或粉笔画出，以防擦掉。中心线作法见图1。

图1 中心线做法示意

3.2.2 画接头线

准确的找出中线后就可依据流化板的形状和接头的长度画接头线，画接头线又分为画直角接头线和画斜角接头线2种，具体画法见图2。

图2 接头线画法(单位：mm)

3.3 带头剥离

(1)按照图2中虚线位置用刀将胶带上下两面复盖的胶割开露出钢丝绳，但不可割伤钢丝绳镀层，然后将该接头放置在工作台上。

(2)用刀子将2根钢丝绳间的橡胶割开至虚线位置，然后把每根钢丝绳上面的橡胶剔除，剔除橡胶的过程中注意对钢丝绳镀层进行保护，放置刀子割伤钢丝绳镀层。

(3)钢丝绳上橡胶剔除后按照顺序将钢丝绳排列在工作台上。

3.4 裁断钢丝绳

根据生产需要选定钢丝绳搭接形式、搭接长度，测量好需要保留的钢丝绳长度，然后用断线钳将钢丝绳裁断。根据搭接级数不同，钢丝绳裁留尺寸见图3～图5。

图3 一级搭接钢丝绳裁留尺寸左、右接头示意(单位：mm)

图4 二级搭接钢丝绳裁留尺寸左、右接头示意(单位：mm)

图5 三级搭接钢丝绳裁留尺寸左、右接头示意(单位：mm)

3.5 切割斜坡面

斜坡面的切割可分为传统斜坡面和错位斜坡面2种形式，2种切割方法相比而言，传统斜坡面施工工艺简单，作业效率高；错位斜坡面施工工艺复杂，但能够有效预防接头处接缝开裂。斜坡面切割方法见图6。

图6 斜坡面切割方法(单位：mm)

3.6 打磨及接头成型

用裁纸刀将钢丝绳上所附橡胶全部割去，逐根将钢丝绳表面及缝隙间残留的橡胶清除干净，操作时勿使钢丝绳镀锌层受损，钢丝绳根部间的橡胶、斜坡面和邻接斜坡面的面胶表面(宽约30 mm)用砂轮机打磨成粗糙面。打磨完毕后，将带头和钢丝绳上的胶末清除干净，将平台清理干净，将硫化机下托梁放到平台上，然后放置硫化机水压板、放置隔热板于水压板上、放置硫化机下加热板。

将两接头钢丝绳平铺在硫化机下加热板上对放1次，其中长钢丝绳的端部与另一带头钢丝绳的根部间距为50 mm，然后将两带头分别翻向两边(两边预先垫上干净白布)，用干净白布蘸120#汽油，逐根擦拭钢丝绳2遍以上，用干净的毛刷蘸120#汽油，涂刷打磨过的橡胶表面待汽油挥发干后，再涂胶浆1～2遍(前一遍胶浆干燥后再涂下一遍胶浆)，将提前黏合在一起的下面胶和下芯胶按接头形状大小裁好，下芯胶边缘比下面胶边缘窄5 mm左右，使裁好的接头对准带头斜坡面的上方，平铺在硫化机的下加热板上，在加热板与加热板相邻的缝隙处铺上白铁皮，把白布铺在硫化机下加热板上，再将下面胶和下芯胶放下铺在白布上，用毛刷蘸120#汽油清擦下芯胶表面1～2遍，凉干后在下芯胶表面并刷胶浆1～2遍，拉中心线，对齐2个接头，并使用钉子将胶带接头固定在平台上，用三点一线找中心线，将钢丝绳从中间开始向两边逐根拉紧、拉直、摆放，排列整齐均匀，要求2个接头数绳方向一致。钢丝绳摆放搭接示意见图7。

图7 钢丝绳摆放搭接示意(单位：mm)

用芯胶作边胶将两边补齐，确保四角填满填平，用芯胶将钢丝绳各接头30 mm的间隙填满填平，将提前黏合在一起的上面胶和上芯胶用毛刷蘸120#汽油清刷2～3遍，干燥后将清刷后的上芯胶铺贴在钢丝绳上，用皮锤砸平，压牢，按接头形状大小裁好，下芯胶边缘比下面胶边缘窄5 mm左右，将多余的面胶和芯胶割去，成型完毕，用毛刷蘸120#汽油将封口处清擦一下，在上面胶上铺上报纸，并在加热板与加热板相邻的缝隙处铺上白铁皮，在成型好的带头两旁输送带表面上各铺3～4层报纸。

3.7 接头硫化

将下加热板电源插上，开始加热约80 ℃，将接头处的水份通过加热尽量蒸发掉，将两边δ16挡板紧贴胶带边上紧，为防止挡板与胶带黏住，应提前在挡板与胶带中间增加一层报纸，将所做硫化接头编号放入合适的位置，并做好接头档案，放置硫化机上加热板；放置隔热板于加热板上，将硫化机上托梁放置到隔热板上，挂上紧固螺栓，用专用扳手由中间向两边同时拧紧托梁，插上加热板电源接头，测温插头，打压水管接头等，接通电源，通过温控箱对上、下加热板加热，当温度上升到80 ℃时，开始打压到1.2 MPa。当温度上升到120 ℃时进行一次完全卸压，然后打压到1.5 MPa停止打压，稳定压力，待温度达到145 ℃时，恒温控制45 min，然后自然冷却到120 ℃，然后利用硫化机所配置的水循环冷却系统降温，待温度下降至60℃时释放压力，泄压后拆除硫化设备，检查硫化接头。硫化器安装示意见图8。

图8 硫化器安装示意

接头硫化注意事项：①硫化过程中要确保供电可靠，特别是在温度上升到120 ℃后，此时胶带熔化，断电后不能发生充分硫化，将导致接头报废；②硫化过程中确保上下加热板温度一致，在上下加热板插入温度计，使硫化板上下面及整个硫化历程中保证温度在±3 ℃范围内；③钢丝绳摆放过程中，钢丝绳要摆放平直、钢丝绳间距均匀。

3.8 硫化三要素浅析

3.8.1 硫化压力

硫化作业时施加一定的压力主要是为了避免硫化胶料产生气泡，提高其致密性，使得胶料能够在模具间充分流动，提高胶料与钢丝绳间的黏着力，提高硫化后胶板的物力性能。

钢丝绳芯胶带硫化时一般应遵循以下原则：胶板塑性大的，压力适当小一些，胶板厚度大，压力适当大一些。钢丝绳芯胶带硫化压力通过液压泵提供压力经平板硫化机把压力传递给模具，通常根据胶带厚度、钢丝绳分布规律硫化压力一般控制在1.5～2.8 MPa。

实践中，为使接头的硫化质量达到最佳值，硫化工艺选择2次加压，当第1次加压到1.2 MPa时，进行送电升温，温度达到120 ℃时，泄压后再对硫化机进行2次加压到规定值升温后恒温保持，其目的就是让硫化接头中残存的空气和没有完全挥发的溶剂气体完全溢出，避免硫化后产生气泡，同时可保证硫化过程中胶料在模具中能够充分流动，使钢丝绳芯与胶料更好的结合，提高胶料的致密性及强度。

3.8.2 硫化温度

橡胶进行硫化温度是其反应的基本条件，硫化过程中温度大小直接影响硫化进程及橡胶性能，实际生产中，硫化用的胶料是厂家提前生产的半成品，硫化温度宜控制在147 ℃左右，在硫化过程中，橡胶的物理性能、机械性能、交联程度伴随硫化时间的延长逐渐上升，达到最佳状态时其性能开始下降，这一过程被称为硫化历程，其又可分成4个阶段，即焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段、过硫化阶段。

硫化过程中的焦烧阶段是早期的硫化过程，热硫化阶段反应了硫化速度，平坦硫化阶段中橡胶的各项物力性能、机械性能、交联程度等各项指标都保持在最佳状态，而过流反应，橡胶的交联键发生了重新排列，进行了裂解反应，橡胶的各项性能由最佳状态开始下降，硫化性能变差，出现返原现象，接头烧焦有糊味，胶料与钢丝绳芯出现剥离，橡胶弹性、抗拉强度变差，硫化温度控制的好坏直接决定硫化质量的优劣。

钢丝绳芯胶带硫化的温度应综合考虑橡胶的种类、硫化体系及制品结构等因素，根据硫化选取橡胶的种类选择合适的硫化温度，根据经验，钢丝绳芯胶带硫化温度宜控制在145±5 ℃[3]。

3.8.3 硫化时间

在给定的温度、压力作用下，使胶料从塑性状态变成弹性状态，且能够达到交联密度最大状态，物理性能、机械性能达到理想状态所用的时间称为橡胶制品的硫化时间，此过程不含操作过程的辅助作业时间。在硫化过程当中，硫化橡胶的各项物理性能、力学性能到达或临近最佳状态时，这种硫化过程称之为正硫化过程。达到正硫化需要的时间称之为正硫化时间，在给定的硫化温度下对应有给定的正硫化时间。在胶料配方和硫化温度一定的情况下，硫化时间长短决定硫化是否达到最佳状态，不同大小和不同厚度的橡胶通过控制硫化时间能有效控制硫化程度，通常而言越厚的胶带，硫化的时间越长。

如果硫化时达不到规定的硫化温度或者硫化时间小于规定值，那么可能造成胶料硫化不熟，即“欠硫”，此时的橡胶弹性和抗拉强度虽然有所提高，但这种情况下没有达到最佳的硫化状态，橡胶与钢丝绳芯黏着力达不到理想值，而且这种现象不易被发现，故硫化过程中容易存在最大的安全隐患就是“欠硫，

硫化时间过久会造成运输带接头部位发生“返原”反应，使运输带的物理机械性能下降，这一现象被称为“过硫”。在“过硫”的情况下，胶料会变软、变黏、失去弹性，易造成皮带与钢丝绳体呈现分层现象，强力胶带接头的质量和使用寿命会降低很多[4]。

通常根据橡胶厚度硫化时间应合理控制在30～50 min，在150 ℃的温度受控范围内，适当延长硫化恒温的时间5～10 min，以使橡胶料分子的硫化反应趋于完全，这时150 ℃的温度只比理论温度稍高一点，在这段时间内过硫反应的程度很小。实践证明，这种情况下，完全避免了欠硫现象的发生，实现了橡胶料充分反应，达到了钢丝绳芯与橡胶有机地结合，保证了钢丝绳胶接的质量。

4 结 论

(1)通过对钢丝绳芯强力胶带接头搭接长度的研究可知，钢丝绳搭接长度、搭接级数的选择是硫化质量好坏的基础。

(2)通过对钢丝绳芯强力胶带硫化工艺的研究，给出合理的硫化工艺是钢丝绳芯胶带硫化质量的关键。

(3)通过对硫化三要素的分析，阐述了硫化过程中硫化因素控制不当产生的问题及硫化过程中应该注意的事项，为各种钢丝绳芯胶带硫化研究提供了可靠的参考。

[1] 杨清芝.实用橡胶工艺学[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2] 张云杰.钢丝绳芯输送带接头硫化工艺分析及维护[J].中州煤炭，2006(2)：45-46.

[3] 汪振幅.钢丝绳芯输送带硫化接头技术应用[J].煤矿机械，2005(3)：78-79.

[4] 翁国文.橡胶硫化[M].北京：化学工业出版社，2005.

2015-01-16)

李光辉(1984—)，男，助理工程师，476600 河南省永城市西城区城郊煤矿。