阅读说明：本技术 一种矿井阻燃托辊用橡胶插板及其制备方法 (Rubber plug board for mine flame-retardant carrier roller and preparation method thereof ) 是由 刘益和 刘浩杰 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矿井阻燃托辊用橡胶插板及其制备方法,属于复合材料加工领域。包括托辊,固定在所述托辊外表面上的向外凸起的镂空金属插板或向内凹陷的沟槽金属插板,以及通过粘结连接在所述金属插板上的橡胶层。本发明通过对连接方式做出了改进发明,在金属材料和橡胶材料界面之间添加一层镂空金属层,橡胶材料部分嵌合于镂空空间或网状凹槽中,形成自锁固定,有效的抵消在切向摩擦力的作用；另在常规的粘合剂基础上复合配予一定比例的硅烷偶联剂,让硅烷偶联剂的醇羟基与金属表面的自由基键合成牢固的硅氧键,提高了粘合剂与金属基体表面的结合力,大大减小了温度对粘合剂的影响。(The invention discloses a rubber inserting plate for a mine flame-retardant carrier roller and a preparation method thereof, and belongs to the field of composite material processing. The support roller comprises a support roller, an outwards-convex hollow metal inserting plate or an inwards-concave groove metal inserting plate fixed on the outer surface of the support roller, and a rubber layer connected to the metal inserting plate through bonding. The invention improves the connection mode, a hollow metal layer is added between the interface of the metal material and the rubber material, and the rubber material is partially embedded in the hollow space or the reticular groove to form self-locking fixation, thereby effectively offsetting the action of tangential friction force; in addition, a certain proportion of silane coupling agent is compounded and matched on the basis of the conventional adhesive, so that the alcoholic hydroxyl group of the silane coupling agent and the free radical bond on the metal surface are combined into a firm silicon-oxygen bond, the bonding force between the adhesive and the metal matrix surface is improved, and the influence of temperature on the adhesive is greatly reduced.)

一种矿井阻燃托辊用橡胶插板及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料加工领域，尤其是一种矿井阻燃托辊用橡胶插板及其制备方法，也可以用于其它行业的带式输送系统上。

背景技术

目前，带式传输及作为矿井采矿中的主要输送工具。仅我国煤炭行业每年就要消耗500万套托辊。为了增加托辊的摩擦力，在托辊表面包裹一层橡胶材料，以提高托辊的摩擦力。考虑到托辊整体包胶的工艺的困难程度和后期维护的方便性，现在的大部分企业会在所述托辊外表面设置环形阵列的橡胶片，将多个橡胶插板通过可拆卸的连接方式环形阵列在托辊的圆周面上，相邻橡胶插板之间设置有压条，压条的两端焊接在滚筒的端面上。

但是上述产品在实际使用过程中，还是存在一定问题，由于矿井所处环境较为恶劣，滚动轴承很易被锈蚀或被异物卡住，相应的托辊常出现“卡轴”现象。如在同一输送机上若有多个托辊“卡轴”不转，皮带与托辊之间则变为滑动摩擦，使皮带传动阻力聚增，加剧摩擦，导致橡胶插板的温度急剧升高，严重时会产生发热甚至燃烧。目前，人们在研究阻燃材料方面，已经做了一个比较深入的研究并取得了不错的成果，已经能够避免托辊自燃现象的发生。但是，大部分托辊“卡轴”现象并不会直接达到自燃的效果，更多的是导致插板的温度急剧升高，橡胶材料发生热膨胀，使得橡胶材料与金属材料之间界面发生脱离或发生脱离的趋势，并在切向摩擦力的作用下，将橡胶材料从插板中剥离，脱离的橡胶材料也会造成新一轮的托辊“卡轴”现象。

发明内容

发明目的：提供一种矿井阻燃托辊用橡胶插板，以解决背景技术中所涉及的问题。可以在不用撤卸托辊，快速更换已坏橡胶面，保持托辊表面包裹橡胶材料的完整，继续提供摩擦力。

技术方案：本发明提供一种矿井阻燃托辊用橡胶插板，包括：托辊，固定在所述托辊外表面上的向外凸起的镂空金属插板或向内凹陷的沟槽金属插板，以及通过粘结剂连接在所述金属插板上的橡胶层。

作为一个优选方案，所述金属插板为表面粗糙度为SP3、SP4、SP5、SP6级别的钢板。

作为一个优选方案，所述镂空金属插板为将网状结构的金属镂空层通过点焊工艺焊接在金属板上的得到网状结构。

作为一个优选方案，所述镂空金属插板与橡胶层之间形成一个镂空空间，且所述镂空空间的与金属板接触面的面积大于所述镂空空间与橡胶层的接触面。

作为一个优选方案，所述镂空空间的六边形台体，且所述台体的底角的余切值大于所述橡胶的热膨胀系数与所述金属板热膨胀系数的差值。

作为一个优选方案，所述镂空空间的总面积占总面积比例为15～22.5%。

作为一个优选方案，所述橡胶保护层以丁腈橡胶为主材，以质量份数计，包括如下组分：丁腈橡胶90～100份，氯丁橡胶5～10，分散剂5～6份，阻燃剂10～20份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2～5份，硫化剂8份，软化剂5～6份，液体古马隆树脂5～6份。

作为一个优选方案，所述粘结剂，以质量百分数计，粘合剂是在总固形物中包括如下组分：50～70份的聚氨酯树脂、10～20份的氯化聚乙烯、1～3份的阻燃剂和10～20份的硅烷偶联剂A-151、1～5份的氧化钴。

本发明还提一种矿井阻燃托辊用橡胶插板的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、以金属板作为焊件，网状结构的镂空金属层为联接件，通过点焊工艺连接在一起；

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物；

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分：50～70份的聚氨酯树脂、10～20份的氯化聚乙烯、1～3份的阻燃剂和10～20份的硅烷偶联剂A-151、1～5份的氧化钴；

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶90～100份，氯丁橡胶5～10，分散剂5～6份，阻燃剂10～20份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2～5份，硫化剂8份，软化剂5～6份，液体古马隆树脂5～6份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂覆抹在粘合剂上，静置干燥；

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为145～170℃，硫化压力为16～18Mpa，每模硫化时间6～9min。

有益效果：本发明涉及一种矿井阻燃托辊用橡胶插板，通过对连接方式做出了改进发明，金属材料和橡胶材料之间界面加装一层镂空金属层，橡胶材料部分嵌合于镂空空间或网状凹槽中，形成自锁固定，有效的抵消在切向摩擦力的作用；在常规的粘合剂上复合配予一定比例的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的醇羟基与金属表面的自由基键合成牢固的硅氧键，提高了粘合剂与金属基体表面的结合力，大大减小了温度对粘合剂的影响。本发明也使运用带式输送机在托辊损坏时，有了一种不撤卸直接更换的新方法。从而提高的效率，延长了输送机托辊的寿命，利于降低经济成本。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

由于矿井所处环境较为恶劣，滚动轴承很易被锈蚀或被异物卡住，相应的托辊常出现“卡轴”现象。如在同一输送机上若有多个托辊“卡轴”不转，皮带与托辊之间则变为滑动摩擦，使皮带传动阻力聚增，加剧摩擦，导致橡胶插板的温度急剧升高，严重时会产生发热甚至燃烧。目前，人们在研究阻燃材料方面，已经做了一个比较深入的研究并取得了不错的成果，已经能够避免托辊自燃现象的发生。但是，大部分托辊“卡轴”现象并不会直接达到自燃的效果，更多的是导致插板的温度急剧升高，橡胶材料发生热膨胀，使得橡胶材料与金属材料之间发生脱离或发生脱离的趋势，并在切向摩擦力的作用下，将橡胶材料从插板中剥离，脱离的橡胶材料也会造成新一轮的托辊“卡轴”现象。

一方面，本申请对连接方式做出了发明改进，金属材料和橡胶材料之间增加装一层镂空金属层，具体插板包括：固定在托辊外表面上的向外凸起的镂空金属插板或向内凹陷的沟槽金属插板，以及通过粘结连接在所述金属插板上的橡胶层。

在进一步实施过程中，所述金属插板为表面粗糙度为SP3、SP4、SP5、SP6级别的钢板。主要利用喷砂、喷丸等表面处理工艺，使得材料表面变得更为粗糙，在表面处理后，在其表面能够形成大量分子自由基，加大与粘合剂反应的交联度，因而使得插板的胶接强度提高。

在进一步实施过程中，所述镂空金属插板为将网状结构的金属镂空层通过点焊工艺焊接在金属板上的得到网状结构。同样的，沟槽金属插板在金属板表面印刻一层内凹陷的网状沟槽。在金属板的表面包覆橡胶材料后，橡胶材料部分嵌合于镂空空间或网状凹槽中，形成自锁固定，有效的抵消在切向摩擦力的作用。当橡胶材料急剧升温，发生热膨胀时，橡胶材料向镂空空间或网状凹槽膨胀，反而加强了自锁效应，提高橡胶插板的连接强度。需要说明的是，一般情况，焊接强度远大于胶接强度，故在本发明中，对金属镂空层的强度不做过多说明。

在进一步发明研究后，当镂空空间的与金属板接触面的面积大于所述镂空空间与橡胶层的接触面。尤其是，所述镂空空间为蜂窝状时，即其截面为六边形台体，且所述台体的底角的余切值大于所述橡胶的热膨胀系数与所述金属板热膨胀系数的差值。同样的，当所述镂空沟槽的截面为梯形，且所述梯形的底角的余切值大于所述橡胶的热膨胀系数与所述金属板热膨胀系数的差值。在具体实施过程中，金属板的热膨胀系数可忽略不计。当橡胶材料部分嵌合于镂空空间或网状凹槽中，形成自锁固定，有效的抵消切向作用力。当橡胶材料急剧升温，发生热膨胀时，橡胶材料向镂空空间或网状凹槽内膨胀，反而加强了自锁效应，提高橡胶插板的连接强度。

另一方面，由于橡胶材料与金属插板之间连接与机械连接和焊接不同，胶接需要在被连接件之间使用粘合剂，具有连接效率高、结构质量轻、抗疲劳强度大等优点。但是市场上的粘合剂对温度和湿度比较敏感，高温或潮湿环境下粘结工艺容易失效、破坏，而这种破坏模式为瞬间开裂，失效后瞬间失去承载能力。当托辊出现“卡轴”现象时，橡胶材料的高温环境，会导致现有的粘合剂的胶接作用大幅度的降低。为了减少温度对粘合剂的影响，本发明在常规的粘合剂上复配一定比例的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的醇羟基与金属表面的自由基键合成牢固的硅氧键，提高了粘合剂与金属基体表面的结合力，而且硅醇的缩合而形成Si-O-Si键而具有很好的耐热性，大大减小了温度对粘合剂的影响。另外也有橡胶包裹嵌合于镂空空间外，又形成另一种连接方式，更不易受温度的影响。

至于橡胶材料本发明采用耐磨性较高，耐热性、阻燃性较好，粘接力强的丁腈橡胶和氯丁橡胶，以质量份数计，其具体配方如下：丁腈橡胶90～100份，氯丁橡胶5～10，分散剂5～6份，阻燃剂10～20份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2～5份，硫化剂8份，软化剂5～6份，液体古马隆树脂5～6份。

另外，在硅烷偶联剂中添加少量的具有粘合促进作用的金属氧化物，例如氧化钴，提高硅烷组分与胶粘剂的反应，可以有效地将橡胶组分粘合至金属表面上。由于橡胶组合物和被粘物之间的初始粘合特性高，通过将橡胶组合物中氧化钴或其类似物（氧化锌）的粘合促进剂添加至胶粘剂中，减小橡胶组分中氧化钴、氧化锌等粘合促进剂的含量，不仅可以提高橡胶组合物和金属板之间的耐热粘合性，同时避免硫化返原，提高橡胶的耐老化性。

下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制

实施例1

步骤一、以金属板作为焊件，网状结构的镂空金属层为联接件，通过点焊工艺连接在一起；所述金属插板为表面粗糙度为SP4。

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物。

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分60份的聚氨酯树脂、18份的氯化聚乙烯、1.5份的阻燃剂和12份的硅烷偶联剂A-151、2份的氧化钴。

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶100份，氯丁橡胶10，分散剂6份，阻燃剂10份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2份，硫化剂8份，软化剂6份，液体古马隆树脂6份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂覆抹在粘合剂上，静置干燥。

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为160℃，硫化压力为16Mpa，每模硫化时间8min。

实施例2

步骤一、以金属板作为焊件，网状结构的镂空金属层为联接件，通过点焊工艺连接在一起；所述金属插板为表面粗糙度为SP4。

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物。

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分：50份的聚氨酯树脂、100份的氯化聚乙烯、1份的阻燃剂和10份的硅烷偶联剂A-151、1份的氧化钴。

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶100份，氯丁橡胶10，分散剂6份，阻燃剂10份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂5份，硫化剂8份，软化剂5份，液体古马隆树脂5份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂抹在粘合剂上，静置干燥。

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为145℃，硫化压力为16Mpa，每模硫化时间6min。

实施例3

步骤一、以金属板作为焊件，网状结构的镂空金属层为联接件，通过点焊工艺连接在一起；所述金属插板为表面粗糙度为SP4。

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物。

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分：70份的聚氨酯树脂、20份的氯化聚乙烯、3份的阻燃剂、20份的硅烷偶联剂A-151、5份的氧化钴。

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶100份，氯丁橡胶10，分散剂6份，阻燃剂20份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂5份，硫化剂8份，软化剂6份，液体古马隆树脂6份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂抹在粘合剂上，静置干燥。

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为170℃，硫化压力为18Mpa，每模硫化时间9min。

实施例4

步骤一、以金属板作为焊件，网状结构的镂空金属层为联接件，通过点焊工艺连接在一起；所述金属插板为表面粗糙度为SP4。

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物。

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分60份的聚氨酯树脂、18份的氯化聚乙烯、1.5份的阻燃剂。

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶100份，氯丁橡胶5，分散剂6份，阻燃剂10份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2份，硫化剂8份，软化剂6份，液体古马隆树脂6份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂抹在粘合剂上，静置干燥。

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为160℃，硫化压力为16Mpa，每模硫化时间8min。

实施例5

步骤一、以金属板作为焊件，网状结构的镂空金属层为联接件，通过点焊工艺连接在一起；所述金属插板为表面粗糙度为SP4。

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物。

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分60份的聚氨酯树脂、18份的氯化聚乙烯、1.5份的阻燃剂和12份的硅烷偶联剂A-151。

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶100份，氯丁橡胶-10，分散剂6份，阻燃剂10份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2份，硫化剂8份，软化剂6份，液体古马隆树脂6份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂抹在粘合剂上，静置干燥。

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为160℃，硫化压力为16Mpa，每模硫化时间8min。

实施例6

步骤一、以金属板作为基板，金属板表面印刻一层内凹陷的网状沟槽；所述金属插板为表面粗糙度为SP4。

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物。

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分60份的聚氨酯树脂、18份的氯化聚乙烯、1.5份的阻燃剂和12份的硅烷偶联剂A-151、2份的氧化钴。

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶-90份，氯丁橡胶-10，分散剂6份，阻燃剂10份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2份，硫化剂8份，软化剂6份，液体古马隆树脂6份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂抹在粘合剂上，静置干燥。

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为160℃，硫化压力为16Mpa，每模硫化时间8min。

实施例7

步骤一、以金属板作为基板；所述金属插板为表面粗糙度为SP4。

步骤二、首先是由油酯清洗剂对金属板表面进行脱脂清理，然后使用高压水枪对金属板进行清洗，去除金属板表面的清洗剂和其它污染物。

步骤三、将上述金属板进行干燥，然后将粘合剂浸涂在金属表面，其中，所述粘合剂，以质量份数计，包括如下组分60份的聚氨酯树脂、18份的氯化聚乙烯、1.5份的阻燃剂。

步骤四、将丁腈橡胶按照配比混合，并通过密炼机炼胶，其配比如下：丁腈橡胶100份，氯丁橡胶10，分散剂6份，阻燃剂10份，N330炭黑13.5份，促进剂0.4份，防老剂1份，固化剂2份，硫化剂8份，软化剂6份，液体古马隆树脂6份；

步骤五、然后丁腈橡胶炼胶均匀涂抹在粘合剂上，静置干燥。

步骤六、最后进入大型平板硫化机中进行硫化作业，其中，硫化温度为160℃，硫化压力为16Mpa，每模硫化时间8min。

检测例

将实施例1～7得到的橡胶插板进行破坏性试验，具体包括：在不同温度下的剪切强度和剥离强度。具体实验数据如下

对比上述实施例。可以看出实施例1、实施例2、实施例3、实施例6中所得到的产品的耐剥离强度和剪切强度强度原大于实施例7中所得到产品。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。