骨架材料对输送带性能的影响(二)

七、关于胶带的“顺纹＂等外观问题
所谓输送带的“水波浪”、“顺纹”，是输送带硫化 后，输送带表面不平整的现象。其成形与不同金属 材料片的“热偶”现象相仿，帆布在高温下的热尺寸 稳定性，以及输送带硫化时的张力，是关键因素。
１．纤维的结构与性能 对于锦纶或涤纶工业丝，分子在纤维内部的状 态一般趋向于卷曲状态，如果在纺丝时，在高温下采 用较高的拉伸力，并保持到纤维冷却，可以使分子在 高温下伸直，并在冷却中固定下来。但如果再次受 热，在玻璃化温度以上时（约１００度），将再次收缩， 收缩量的大小完全取决于材料原先热处理中受到的 张力大小。因此，拉伸后高张力冷却的纤维其分子 伸直度好，意味着强度高、伸长低，但热收缩高；拉伸 后低张力冷却的纤维其分子伸直度差，因此强度低、 伸长高、收缩低。如果同一种纤维，在不同的温度、 张力下热处理后，得到不同性能的纤维，然后再在某 一种热处理条件下，让纤维自由收缩后，纤维的残余 收缩率将基本一致。 合成纤维具有的另外一个特性是，在高温下，材 料将会产生一个收缩力，而且预加的张力越大，收缩 力也越大，因此如果在硫化时，预加过大的拉伸量， 将导致经纱产生较大的收缩应力，而且是预加张力 越大，收缩力也越大，这种收缩力迫使纬纱进一步变 形，如果经纱排列紧密，则它将迫使帆布变宽，如果 输送带硫化时，没有空间让其变宽，就会导致帆布起 皱，出现“顺纹”。 材料收缩后，绝对强度没有多大的差异，但相对 强度变化极大，如果一种材料热收缩大，材料就会变 粗，相对强度大幅度降低；另一种热收缩小，材料粗 细就不会变化，相对强度也没有变化，所以往往是低 热收缩的纤维强度低。然而一旦材料通过同一种热 处理，发生收缩后，如果残余热收缩一致，其相对强 度也基本一致。因此用户在评价不同的骨架材料时， 应让其在正常生产的工艺条件下进行热处理，使材
图３ ＥＰ和ＮＮ帆布伸长比较
四、骨架材料的经纬向卷曲度对输 送带性能的影响
在谈到输送带的耐冲击性能、伸长、底层起皱等 现象时不得不提一下输送带帆布的卷曲度，这个指 标对ＥＰ输送带而言是比强度更重要的一个指标， 也是我国输送带厂长期忽略的一个指标，是造成输 送带性能不能改善的重要原因，或者说是用ＮＮ帆 布的性能指标来考核ＥＰ帆布所致。
差。 ⑧压缩量越大，材料越容易疲劳，压缩对材料的
损伤也越大。 （３）抗冲击性能降低 输送带的抗冲击性能的高低，与帆布的结构有
着紧密的关系。 一般帆布的经向卷曲度降低，往往意味着帆布
的纬向卷曲度的提高。当纬纱处于弯曲状态，材料 冲击帆布时，冲击力主要由处于紧张状态的经纱受 力，而纬纱仅仅将卷曲部分伸长而已，基本不受力， 也就不会拉动冲击点外的经纱一同受力，显然耐冲 击性能就差；当纬纱处于紧张状态，而经纱处于松弛 状态，冲击力作用下，纬纱受力，抵抗形变，从而迫使 相邻的经纱变形，逐步将冲击力向外传递。这与蹦 床的横竖方向均须将弹簧固定，才会有足够的弹性 道理一样。
五、如何提高输送带的抗冲击性能
上面已经提到帆布的经纬向卷曲度对输送带的 抗冲击性能带来一定的影响，要提高输送带的抗冲 击性能，我们希望骨架材料的经、纬向可以同时受 力。因为一个物体下落时，其冲量为质量和下落速 度的乘积ＭＶ，等于胶带的平均受力与物体作用时 间的乘积Ｆｒ。如果胶带有良好的缓冲，从而使物体 在下落过程中能够与胶带有较长的作用时间，如一 拳打在海绵上一样，使胶带的受力可以大幅度降低。 如果经纱的模量过高，不容易变形，和一个吹足气的 气球一样，外力的作用就容易使气球爆炸。如果是 一个吹气不足的气球，在同样的外力作用下，就不容 易爆炸；至于纬纱的卷曲度重要性在上一节也已经 谈到。
这是同样与帆布的经纬向卷曲度相关的问题。 如果经向卷曲度低，经纱出夹角小，那么纬纱容易从
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经纱中滑脱，这是致命的，使用时间久了，皮带两端 的纬纱就会逐步滑脱。为此提高纬纱的密度，使纬 纱与经线的交叉点增加，可以提高输送带的机械接 头强度。有一种双层帆布，可以进一步提高输送带 的机械接头强度，其原因就在于经纱的卷取度比单 层的大，同时纬纱密度比单层高。
要解决输送带的跑长和打滑，除了必须有一个 良好的机械状态，及时维修张紧外，选择合适的骨架 材料是唯一可行的方法。从图３可见，锦纶帆布和 ＥＰ帆布在预张紧力作用下，预伸长差异不大；弹性 变形指满载时的伸长在空载时可以回复的部分，ＥＰ 帆布明显好于锦纶帆布，原因在于涤纶帆布有较高 的模量，更好的尺寸稳定性，不容易变形。而永久变 形（塑性变形）部分，是锦纶存在极大的缓弹性变形， 即无法及时恢复的那部分变形。
１．降低帆布卷曲度的优点
（１）降低帆布的平方米重量 国外的ＥＰ帆布，卷曲度在４．５％左右，热收缩率 在ｌ％～１．５％左右；而国内的ＥＰ帆布，卷曲度在２％ 以下，干热收缩率在４％以上。这是因为国内的生产 厂家，借助于浸渍帘子布的高张力浸胶机，通过高张 力拉伸、将纤维拉细、纤维拉直、卷曲度降低，热收缩 变高，从而降低帆布的平方米克重。通过降低卷曲 度可以降低克重２．５％左右，通过提高热收缩率３％ 左右，又可降低克重３％，总体降低克重５％左右， ＥＰ２００型帆布，大致可以降低３０９，而且强度更高。 为此国内大厂可以生产出所谓的“低克重、高强度” 帆布，而且这种帆布最为输送带厂采购部门的欢迎。 其实这种帆布生产成输送带后，强度损失大、性能 差、使用寿命短，特别是在小滚筒场合，容易断裂。 如果要追求低克重、高强度，只要改变织物结构 即可，采用经平组织，可以大幅度降低经纱卷曲度， 至少可以提高帆布强度５％，降低克重３％左右，达 到所谓的“超高强度、超低克重”，但此类织物决不可 以用于多层输送带。 生产高卷曲度ＥＰ帆布，就不可以用如此大的 拉伸力进行拉伸，热收缩率也必须降低，而且必须采 用低收缩工业丝生产。 其实输送带厂也可以将克重重、热收缩低、卷曲 度高的帆布，根据所生产输送带性能要求，采用不同 的拉伸量。因此１００米帆布，往往能生产出１００米
由于ＮＮ帆布中，锦纶纤维的模量极低，在较小 的应力作用下就可以变形伸长，因此ＮＮ输送带外 层的ＮＮ帆布极容易变形伸长，这样也就降低了内 层压缩，所以输送带弯曲后的褶皱情况不严重，带体 较柔软；ＥＰ输送带由于其自身的特性，特别是涤纶 材料的初始抗拉模量和抗弯模量是锦纶材料的５ 倍，既不容易伸长，也不容易弯曲，如果生产ＥＰ帆 布没有经过特别的处理，褶皱是非常严重的。橡胶 厂一般增加层间胶的厚度和底层胶的厚度，可以从
性将比ＥＰ帆布大得多。为此仅考核材料初始形变
是不够的，更重要的是材料在承受负荷前后的形变
大小，这就是所谓的尺寸稳定性。
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纶形变小；但输送带满载时，在满载负荷作用下，由 于锦纶６纤维与涤纶纤维的特性差异，锦纶纤维的 伸长就比涤纶大。显然伸长大的材料，意味着张紧 力的提高速度慢，也意味着其容易打滑。因此输送 带在启动时的打滑，特别是满载停车后再次启动时 的打滑，启动负载特别大时，ＮＮ输送带的打滑可能
在钢丝绳芯输送带生产过程中，出现了因粘合 胶不合格而停产的情况，他接受了粘合胶配方设计
任务。经过优化配方、多次实验，配制了合格的粘合 胶，这一技术难题的攻克解决了四个问题，即缩短 了钢丝绳芯输送带硫化时间，提高效率２５％；粘合 强度符合国标且老化后的粘合强度达到了老化前 的８５％以上；当年降低原材料成本２７万元；通过技 术手段处理了５０吨不合格的原材料。该配方最终 实现了质量、效率、效益的同步开发。
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材料的尺寸稳定性至关重要。 纤维材料有另外一个性能，我们称作“松弛”，如
果我们给纤维施加一个预加张力后，保持长度不变， 这与Ｖ带的受力相仿，但经过一定时间后，材料应 力却在逐步降低，从本质上讲，与材料蠕变伸长时相 仿。因此ＮＮ输送带就更容易出现预张力降低，造成 打滑。
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表面上解决上述问题，但增加了生产成本。根本的 解决方法应该是：提高经纱的织缩率，增加经纱在帆 布中的弯曲程度。也就是尽量降低经纱的初始模量， 使外层经纱在小张力的作用下会像橡皮筋一样容易 伸长。或者也就是让输送带在预张紧时适当增加张 紧量，使各层帆布均处在伸长状态。今后在经过滚 筒时，让贴近滚筒的内层帆布的伸长量缩短，就不会 出现压缩褶皱现象。
骨架材料对输送带性能的影响（二）
嗣陈风伟顾征宇
（接上期）
三、输送带出现“打滑＂的原因
输送带的张紧力不足十分容易打滑，但帆布蠕 变伸长造成的张紧力降低，是骨架材料的固有特性， 与骨架材料的种类有关。在这里，我们想讨论的是 骨架材料在工作区段内的模量，或定负荷伸长率对 输送带的影响。
我们往往喜欢考核ＥＰ帆布和ＮＮ帆布的定负 荷伸长率，这里同样有一个认识误区，如图２，假定 虚线为锦纶６，实线为涤纶，假定锦纶的定负荷伸长 小，在输送带空载启动时的受力条件下，锦纶６比涤
以上的输送带；而高收缩率、低克重的帆布，１００米 帆布未必可以生产出１００米的输送带。所以输送带 厂评价帆布的经济性应该是在生产出输送带后进行 最终的评价。
（２）提高经向强度 如果经纱的弯曲程度小，则经纱和帆布方向之 间的夹角就小，经纱在帆布方向的分力就大，对强度 的贡献大。 （３）提高模量 如果经纱弯曲程度小，意味着降低了帆布的断 裂伸长率和定负荷伸长，在小张力作用下，材料不容 易伸长变形。这是ＮＮ输送带追求的一个重要指标， 如果用ＮＮ输送带的理念来考核帆布，就认为这种 帆布好。其实这一点我们认为恰恰是ＥＰ帆布最大 的缺点，是造成ＥＰ输送带性能缺陷的主要原因。因 为ＥＰ帆布总体而言，与锦纶帆布相比，是帆布变形 小，不容易伸长，所以定负荷伸长对ＥＰ帆布的重要 性没有ＮＮ帆布高。分层输送带的层数与模量是密 切联系在一起的。要求模量高，就必须降低层数，选 择高强度等级的材料，比如直经直纬、经二重双层帆 布等等。采用普通帆布，生产４层以上，就必须提高 帆布卷曲度，降低ＥＰ帆布模量。 ２．降低帆布卷曲度的缺点 （１）输送带底层容易起皱，易出现分层脱胶现象 由于橡胶输送带弯曲起皱，底层的橡胶与骨架 材料之间压缩变形，剪切应力大幅度提高，造成橡胶 与骨架材料的粘合界面遭到破坏，与顶层之间就会 长期受到一个分离力的作用，最后导致分层脱胶。 由于输送带底层起皱，输送带与滚筒之间的接触不 再是面接触，而是线接触，动力传动受到极大的影 响，容易打滑；这种线接触也造成了输送带底面的橡 胶在滚筒的作用下被“咬掉”。 （２）耐疲劳性能下降 骨架材料在压缩拉伸的交替应力作用与仅有大 小变化拉伸应力作用相比较，即使变化幅度相等，前 者的耐疲劳性能也会显著下降。需要注意的是： ①当材料的捻系数提高，也就是捻度提高，像钢 丝绕成螺旋形弹簧一样，圈数越多，模量越低，耐疲 劳性能越好。 ②材料的模量越高，就越需要通过提高捻度来 降低材料的模量，提高其耐疲劳性。显然锦纶的耐 疲劳性最好，而芳纶与人造丝模量高，耐疲劳性能