行業動態

二浸法處理聚脂滌綸線繩技術

發布時間:2013-9-14  瀏覽次數:2734

余智梅

 

摘要    目前我國采用聚脂滌綸線繩作為橡膠制品的骨架材料的情況越來越多。然而活化聚脂在我國仍處在開發階段,上規模的生產目前仍為非活化聚脂滌綸。非活化聚脂滌綸的浸膠處理在技術上仍具有一定的難度。建立在傳統的RFL#處理基礎之上的二浸法工藝的提出,為非活化聚脂滌綸作為骨架材料在橡膠行業的應用提供了技術保障。

 

 

一、         二浸法工藝提出的目的和意義

 

用滌綸原絲加工而成的工業線繩,在作為橡膠制品的骨架材料之前,必須要經過一定的物理化學處理,以滿足橡膠制品的使用目的。如為實現普通三角帶的使用功能:高傳動功率,長的使用壽命,線繩的定伸長和熱應力的物理特性必須作調整。因為滌綸線繩與橡膠之間無機械與物理粘附可言[1],因此它們間的粘合依賴化學作用,即線繩表面經化學改性后與橡膠通過化學鍵的聯結。普遍被采用的方法為RFL(Resocin-Formadehyd-Latex)浸膠法。RFL浸漬體系實際上可形象地理解為在線繩與橡膠之間架起一座“橋”。橋的二側分別是線繩和橡膠。

與錦綸、人造絲等不同的是,聚脂本身的分子鏈結構中不含有活潑基團,屬于化學惰性物質,因此聚脂分子與RF反應困難。因此聚脂在進行RFL處理之前,必須要對它進行活化處理。橡膠與線繩的化學粘合可理解為由橡膠層、RFL處理層及活化層構成的多層結構。

 

 

圖1  滌綸線繩與橡膠間構成的多界面層

 

因此非活化聚脂滌綸的活化處理是滌綸作為骨架材料應用的重要步驟,通常有二條途徑:

1.       前期處理——對滌綸原絲進行活化處理。

2.       后期處理——滌綸線繩在加工時進行活化處理。

在歐美國家,化纖工業的發展已有一定的歷史,滌綸的活化處理在原絲生產過程中就能得以完成,即滌綸的前期活化處理。但是我國的滌綸的前期活化處理還處于開發階段,但用滌綸作為橡膠制品骨架材料的需求卻越來越大,品質的要求也愈來愈高,因此滌綸的活化處理到目前為止還有賴于線繩生產廠家在加工時進行后期處理。

 

二、二浸法工藝路線及其化學反應初探

 

非活化的聚脂白線首先由一浸液進行活化處理,使線繩表面的聚脂分子帶上活性基團。經過一浸液這樣處理的線繩活化并不很徹底,再通過調整二浸液的漿料配方和合適的反應條件,使活化反應繼續,并通過漿料中的RF成分同時完成與聚脂分子間的化學鍵建立。

滌綸線繩在加工時進行活化處理目前常用的方法為二種,一種用苯酚類聚合物,另一種用異氰酸脂類。即線繩在用RFL處理之前,用上述的活化反應劑使滌綸白線表面極性化。這一極性化過程雖然取決于活化反應劑的選擇,但對工業生產來說,更有意義去提的是如何在確定的反應劑的條件下更有效地達到理想的活化反應效果:反應均勻和徹底。

 

 

圖2  滌綸線繩活化工藝示意圖(滌綸線繩浸膠處理的一級反應)

 

從圖2可見:線繩在浸漬后進入烘箱進行熱處理。線繩在漿槽內的停留時間、線繩的表面張力、漿料的粘滯特性是決定線繩對漿料的“吸”著量的重要因素。漿槽輥以及導向輥幫助漿料在線繩表面的均勻分布。因為滌綸的疏水性以及熱伸縮性造成的線繩張力,給漿料在線繩表面的“吸著”增加了困難。在一浸液內加入表面活性劑及增綢劑,有利于漿料在線繩上的附著。烘箱內的線繩實際上是化學反應完成過程。用苯酚類聚合物完成活化反應的溫度為220℃~230℃,在烘箱內的停留時間為80s~120s。因為其化學反應很復雜,很有說服力的化學反應方程式未見報導過,但經過徹底活化的滌綸線繩可理解為給線繩表面的聚脂分子加上了強極性基團,通過這些強極性基團與后續的RF發生成鍵的作用。

 

                            

 

圖3  滌綸線繩第二級工藝示意圖(滌綸線繩浸膠處理的二級反應)

 

經過一浸液活化處理后的線繩,在二浸液漿槽中浸漬后進入第二次熱處理。二浸液可以是純RFL,也有加入其他少量的粘合劑混用的,也有根據客戶橡膠情況調整RFL中R、F、L間比例的,因此二浸液的使用無普遍性可言,這里隱含著大量的研究開發工作。通常在第二次熱處理時完成線繩的拉伸定型的,拉伸輥組是浸膠工藝中不可缺少的組成部件之一(見圖3)。在烘箱內活化的滌綸線繩其表面與RFL發生反應。因為活化后的聚脂分子分子式不詳,用人造絲與RFL反應方程式可幫助理解滌綸線繩、RFL漿料以及橡膠間的反應。

 

 

化學反應1:RF樹脂與人造絲的化學反應(推測)

 

 

               化學反應2:RF樹脂與膠乳/橡膠的化學反應(推測)

 

RF與化學纖維分子發生化學反應,由化學鍵相互連接(見化學反應1),線繩與橡膠的粘合作用推測既有RF與橡膠的反應(見化學反應2)又有線繩與橡膠共同硫化時因硫化劑的滲透作用進入經RFL改性后的線繩表面層與其中的膠乳作用而實現的[2]。這步活化后線繩與RFL的反應條件的選擇,對線繩成品(浸膠線繩)與橡膠間的粘合力影響很大。圖4給出在三種溫度條件下線繩在烘箱內的停留時間對粘合力的影響。

過小及過低的反應時間及溫度,使線繩活化反應不完全或與RFL反應不徹底,造成了線與RFL附著層間粘合力低的現象。過長的反應時間及過高溫的溫度,使反應過頭,減少了RFL附著層中有效成份用于硫化過程,從而降低了RFL附著層與橡膠間粘合。

從圖4中所給出的三組溫度及不同線繩的停留時間下線繩與橡膠的粘合曲線可以看出,對工業生產更有意義的工藝溫度為200℃。因為曲線在高峰處比較平坦,能幫助消除生產中工藝條件的波動。

成品線繩因為使用目的不同,線繩粗細也有區別,比較理想的工藝溫度與時間分別為200℃~220℃和80s~120s。因為線繩通常也是在這一步完成拉伸定型的,所以溫度的選擇同時必須考慮這一因素。

線繩成品的RFL附膠量為5%左右,過大或過小均達不到理想的線繩與橡膠間接的粘合作用。

 

 

圖4:溫度及停留時間對粘合力效果的影響

 

三、滌綸線繩的產品特性

 

滌綸線繩的特性很大程度取決于原絲,浸膠處理在改善滌綸線繩與橡膠的粘合以外,通過拉伸定型在一定范圍內可調整熱收縮及伸長特性。絲的強力在生產過程中因受機械磨損及因漿料滲透伴隨的化學作用而削弱。

對線繩作為傳送帶骨架材料這樣一個使用目的來說,線繩強力大、定負荷伸長小、熱收縮率穩定,以及線繩與橡膠的高粘合力是線繩作為膠帶骨架材料的主要特性,也可以說是衡量滌綸線繩質量的尺度。

下面四點,是影響線繩質量的主要技術因素:

1.捻線工藝參數。

2.一浸液和二浸液的配方及配制。

3.一浸液和二浸液浸漬后的化學反應條件及熱處理程度,即浸膠的工藝。

4.浸膠設備的設計與制作。

原絲按捻線工藝打成白線。捻度影響線繩的強力及伸長率。在一定范圍內,強力隨捻度的增加而提高,至一個限值后回落。捻度越大則線繩伸長率增大。膠料的配方及浸膠工藝決定線繩的粘合力特性。影響線繩強力的因素可以說貫穿整個生產過程,可見的及不可見因素。可見的如機器設備:捻線機和浸膠設備的各個組成部件。不可見的如膠料在線繩中的滲透量。值得一提的是,上述的各項影響因素不是單獨作用的,是相互交織在一起的,特別是浸膠工藝本身伴隨對滌綸線繩的熱冷定型,加之滌綸的熱收縮特性使其中的關系更是錯綜復雜。

線繩的熱收縮與伸長是一對相關關系,當一個量確定后,另一個量即自動生成。取哪一個為控制量取決于線繩的使用目的。通過拉伸定型,這兩個量可在一定的范圍內作調整,對極端的要求則通過更換原絲品種來滿足。

四、結論

 

滌綸線繩于橡膠的粘合是多界面共同作用的結果,其界面間的粘合純粹是化學作用的結果。線繩的測試或使用結果反應出的是各界面間的最低粘結力。非活化滌綸其活化的效果好壞,決定著線繩與RFL處理層間的結合牢度程度。RFL處理程度及橡膠制品中的組分本身決定線繩與橡膠界面的結合程度。

線繩產品應具有的物理特性取決于線繩的使用目的,決定于原絲的品質。其對橡膠的化學粘合通過線繩表面化學改性得以實現。除要求線繩于橡膠之間有高的粘合力以外,線繩物理特性確切地說強力、熱收縮和定伸長必須穩定,從而可有效地保證終端產品質量的穩定。

非活化滌綸通過二浸法處理可以達到線繩作為膠帶及膠管骨架材料的使用目的。工藝過程看似簡單,但要滿足不同的使用目的,對工藝條件摸索的工作仍是大量和艱巨的。特別是滌綸線繩在橡膠制品骨架材料的使用在我國才只有幾年的歷史,只有原絲生產商、線繩生產商及線繩使用廠家密切地合作和同步開發,才能迅速推動我國橡膠制品與國際接軌的進程。

 

參 考 文 獻

 

[1] M.Abbas.Adhesion of Textille Reinforcing Materialss inn Mechanical Rubber Goods.Akzo Industrial Fibers Netherland Nobel, 1996

[2] M.AABBAS, Chemical and Thermal Resistance of Textile Reinforcing Matercing Materials in Mechanical Rubber Goods. Akzo Industrial Fibers Netherland Nobel, 1995

[3] Rein van den Berg. Conveyor Belting IER/174. Akzo Lndustrial Fibers Netherland Nobel

[4] 李延林 吳宇方.橡膠工業手冊.第五分冊:膠帶、膠管與膠布.北京:化學工業出版社,1989.296~303

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