国内外输送带技术现状及发展趋势

曾宪奎，宗殿瑞(青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266042)

摘要:从输送带带芯、生产工艺和设备等方面，综述了国内外各种输送带的技术现状及发展趋势，并且结合国内输送带工业的现状和输送带用户的要求，对输送带产品今后一段时期内的开发与创新提出了建议。

关键词:输送带;织物带芯;钢丝绳芯;PVC难燃输送带中图分类号:TQ336.2

文献标识码:A 文章编号:1005一4030(2007)05一0047一06

输送带是带式输送机的主要部件之一，其造价约占整机造价的60%。与其他输送形式相比，采用带式输送机具有操作安全、使用方便、维修容易、运费低廉和输送量大、输送连续等优点。在较短距离输送粒状、粉状等物料上，有着其他运输形式无可比拟的优势。自带式输送机诞生以来，人们一直不懈努力，向增大单机跨度、提高输送速度、拓展输送机宽度等方向发展。目前，世界上已经生产出单机跨度超过10km、带宽超过3m、带速超过4m/5、高度集控管理的大型带式输送机，极大地提高了短距离输送的能力。分为管状输送带、挡边输送带、花纹输送带、提升输送带和盖状输送带等[1j。2 输送带常用骨架材料的种类和性能1 基本结构与分类输送 带 是 一种复合体，主要由柔性的增强骨架与橡胶或塑料复合而成。所用橡胶可分为骨架材料粘合用橡胶和骨架层保护用橡胶两部分。骨架层是输送带的结构主体，表征输送带的基本力学性能，其作用是承受工作时的全部负荷;因而需要具有一定的强度和刚度;粘合橡胶是连接骨架使之具有力学相应的整体性和一致性，保证输送带力学性能的关键部分;援盖橡胶层是骨架层的保护层，其作用是保护骨架层免受物料的直接冲击、磨损和腐蚀，保障输送带的有效使用寿命。输送 带 的 品种很多，根据带芯材质，分为织物芯输送带、钢丝绳芯输送带、牵引钢丝绳芯输送带(钢缆输送带)和钢网输送带等;根据使用性能，分为普通输送带、阻燃输送带、耐热输送带、耐寒输送带、耐汕输送带和耐酸碱输送带等;根据形状，收稿日期:2006一07一25作者简介:曾宪奎(1967一).男，硕士，主要从率教学和橡胶及塑料加工 机 械 的 研 究 开 发 工 作。骨架 材 料 的作用是承受来自橡胶制品内部和外部的作用力，提高橡胶制品的强度，并限制其变形量。它在很大程度上决定着橡胶制品的使用性能、使用寿命和使用价值。骨架材料由纺织纤维(包括天然纤维和化学纤维)、钢丝、玻璃纤维等加工处理制成。对 织物 带 芯和钢丝绳芯输送带而言，发达国家的棉帆布输送带已遭淘汰，化纤帆布输送带已逐渐由强度性能优异的直经直纬织物芯输送带替代，直经直纬织物芯输送带产量已占织物芯输送带总产量的10%一20%;高强度(断裂强度不低于20ookN/m)输送带多采用钢丝绳芯结构，钢丝绳芯输送带产量约占输送带总产量的25%。受传统因素的影响，我国棉帆布输送带产量仍占输送带总产量的25%左右，而钢丝绳芯输送带产量仅占15%，直经直纬织物芯输送带的研究尚处于起步阶段[2j。目前 ， 世 界先进的胶带生产技术被欧、美、日等国家和地区的工业集团所垄断。其中，北美生产输送带的公司有9家，欧洲(俄罗斯除外)有40家之多。近年来，大多数工业化国家的生产能力过剩，而亚洲却成为世界工业的发展热点，号称世界工厂。我国努力扩大内需，刺激经济增长，特别是增加对水利、农业、能源和城市基础建设投人的宏观调控政策，拉动了运输行业的经济增长;同时我国煤炭、冶金、电力和港口等领域运行状况的好转，增大了对各种用途输送带的需求量。根据煤万方数据特种橡胶制品第28卷第4期炭工业和冶金工业的统计，2005年主要工业领域的输送带需求量为90。。万mZ，其中，煤炭35%，冶金25%，港口2%，化工建材12写，其他6%;出口量500万m，。2.1 织物带芯带芯 是 输 送带的骨架材料，几乎承受输送带工作时的全部负荷，其成本约占输送带的60%;覆盖胶是织物带芯的保护层，使织物带芯免受冲击、磨损和腐蚀，其成本约占输送带的40%。输送带织物带芯从结构上主要分为帆布(分层式织物)带芯、整体式织物带芯、直经直纬织物带芯及其变型。前两类带芯我国已形成生产规模，比较成熟，而直经直纬织物带芯的生产正处于起步阶段。发达 国家 输送带织物带芯的材料主要为锦纶6、锦纶66、聚醋/锦纶和芳纶等，其中锦纶“ 和聚酷消耗量大，芳纶刚进人应用阶段。我国输送带织物带芯的材料主要为聚醋、锦纶和棉。2.1.1 棉帆布棉帆 布 主 要包括聚醋/棉、丙棉、纯棉等帆布。棉纤维具有与橡胶粘合性能好的特点。用棉帆布制成的输送带具有柔韧性好和成槽性好、价格便宜等优点，主要适用于小块状、粉末状物料(木屑、稻谷、水泥和矿砂等)的中短距离输送。棉帆布的缺点是断裂强度较低，易腐蚀，疲劳寿命短。2.1.3 聚酉旨帆布2.1.2 锦纶帆布锦纶 帆 布 的经线和纬线均为锦纶纤维，其最突出的优点是耐磨性和耐疲劳性好、强度高，用锦纶帆布制成的输送带具有带体薄、强力高、抗冲击、成槽性好、层间粘合强度大、屈挠性能优异及使用寿命长等特点，但锦纶纤维模量低、断裂伸长率和定负荷伸长率较大，会导致输送带产生“跑长”现象，因此目前锦纶帆布多用于输送距离适中、安全因数大且要求带体弹性好的输送带中。锦纶 帆 布 主要包括锦纶6和锦纶“ 帆布。锦纶6与锦纶6的物理性能相当，但熔点较高，耐热性能较好，因此锦纶“ 帆布用于高性能、高品质的输送带及耐热输送带中。但锦纶6价格便宜，有助于降低输送带的生产成本和销售价格，因此目前在国内锦纶6帆布的销售量仍大于锦纶66帆布。聚酚 纤 维 具有高模量、低收缩的特点。聚酷帆布包括聚酷帆布和聚醋/锦纶交织帆布。聚酩帆布除具有锦纶帆布的优点外，还具有伸长率小、耐热性能好、价格低等优点。聚酷/锦纶交织帆布由于经线为普通或高模量低收缩聚酷工业丝，纬线为锦纶6工业丝，因此帆布具有经向伸长率小和纬向成槽性好的优点，成为帆布的重点发展产品，其需求量正在不断增长。用 聚醋 帆 布制备的输送带具有带体模量高、伸长率小、耐疲劳、抗冲击和成槽性好等优点，因此聚酷帆布主要用于输送距离大、负荷大、耐化学腐蚀性强，尤其是要求尺寸稳定性好的输送带中。我 国 的聚 醋/锦纶交织帆布用量增长缓慢，而国外的聚醋/锦纶帆布已占有相当大的市场份额。目前，在我国输送带帆布市场上，锦纶帆布、聚醋帆布、棉帆布、维纶/棉帆布等共存。2.1.4 芳纶芳纶 作 为 输送带骨架材料的优势是明显的，尤其是用在断裂强度大于180N，甚至高达4000N的超高强度织物芯输送带上。使用芳纶纤维织造的帘布骨架强度保持率高，伸长率可低于0.5%。在等质量的情况下，芳纶的强度约为钢丝的7倍，模量为钢丝的2倍，故有“合成钢丝”的美称。在目前使用的输送带增强材料中，芳纶的强度质量比最大，其断裂伸长率和蠕变率低于聚醋和锦纶而至少高于钢丝。芳纶的抗拉仲疲劳性能与锦纶相当，优于钢丝;其耐压疲劳性能稍低于锦纶，优子钢丝。芳纶 用 作 输送带的骨架材料可延长单机运距、减少带体厚度和输送带自身重量，这不仅可以减小输送机自身的功率消耗，更主要的是可以增强输送带运行的稳定性、减少维修的工作量，有利于输送带的搬运、安装和拆卸。耐磨 型 输 送带:提高输送带覆盖胶的耐磨性能，在不改变输送带带体结构的条件下，可以大幅度提高输送带的使用寿命。目前国内对于这方面的研究较少，德国W型输送带标准要求覆盖胶的拉伸强度不小于18MPa，DIN磨耗量不大于gomm3，拉断伸长率不小于400%。2.1.5 整体织物带芯整体 织 物 带芯是输送带专用骨架材料，其组万方数据2007年曾宪奎等国内外输送带技术现状及发展趋势织结构复杂，分为双经线和单经线两种结构。国外整体织物带芯的经线一般为锦纶和聚醋纤维，纬线一般为锦纶/棉纤维，为提高带芯与覆盖胶的粘合性能，有时经线表面还瞿盖棉纤维。整体织物带芯浸渍PVC乳液可制的PVC(全塑)整体织物芯阻燃输送带，而在PVC整体织物芯阻燃输送带基础上加贴胶层即制得PVG(橡塑)整体织物芯阻燃输送带。整体织物芯阻燃输送带是不分层输送带，综合性能优于分层式帆布芯输送带。随着国家对煤炭行业管理力度的加强及煤炭行业形势的好转，PVC和PVG整体织物芯阻燃输送带的需求量正以20%的速度增长。2.1。6 直经直纬织物带芯直经 直 纬 织物带芯的结构特点是主经纬线互不相交，纬线在主经线两侧，由边经线连接。由于经线和纬线伸直排列，不织缩，因而纤维的强度保持率高，织物的尺寸稳定性好。直经直纬织物带芯的经线一般为聚醋或芳纶纤维，纬线为锦纶6纤维，带芯通常由1一2层织层组成，成品输送带具有芯薄盖厚的特点。直经直纬织物带芯是今后的发展方向。2.2 钢丝绳芯钢丝 是 用 一种优质的特制高碳钢，含炭量在0.7%左右的钢丝拉制而成的。输送带用钢丝的表面需要镀锌或镀铜，镀层的意义一是增加钢丝与橡胶的粘着力，二是防止钢丝锈蚀。从防腐的角度上讲，镀铜比镀锌更好。目前工业上所生产的输送带用钢丝绳基本上都是镀锌处理。常用 的 纤 维骨架材料的一般性能见表1，不同织物芯输送带的综合性能见表2。表1 常用骨架材料的一般性能种类搽纶芳纶玻璃纤维钢丝6 661.54l5锦纶1，14 1.1425 256 7 6。7加5 527 乙31.6230 2250585215000 减，目4 驯)0 .’" 只40 0.13s0850n850198030685016855058巧25。相对密度单纤维直径，拜m单纤维细度，dtex断裂强度，MPa拉断伸长率，写拉断强度，cN/tex初始模量，cN八ex15。℃下的收缩率，%表2 不同织物芯输送带的综合性能项目多层平纹织物芯输送带整体织物芯输送带直经织物芯输送带帘布芯输送带钢丝绳芯输送带EP250 D100O 77(钢丝绳)1衫俐214拉仲强度，kN/m带芯织物型号织物层数，层织物厚度，rnm织物质量，kg/mZ强度质量比，(kN/m)/(kg/澎)上下覆盖胶厚度，mm胶带厚度，mm胶带质量，kg/m“辊筒最小直径，mm冲击强度，kgf·m45a槽角时最小带宽，mm10%定负荷仲长率，%机械接头的适用性最小硫化接头长度，mm1‘4X4 2.3X23338+3 8+6心山卜﹄‘该八U 泣十己咋J . 只甘18。620 717l913.514。818.124.563020乃0.3差60)0 0 ﹄ 6 ，.。050 孰一0. 差2l(630209141.5可6080Qlo侧2.5可100010 00EbPbl0OOl7 54. 1424 23+ 3l42063 022 091 42.5~3。0好17 00万方数据特种橡胶制品第28卷第4期3 输送带生产工艺技术与装备3.1 织物芯输送带3.1.1 带芯成型国外 织 物 芯输送带的带芯成型主要采用两种方法:一种是多环路联合成型机成型法(奇约夫时输送带成型机，东欧国家和俄罗斯较多采用此法);另一种是多层复合成型机成型，多为美国、日本和西欧国家所采用田。多环 路 联 合成型是使胶布经过对齐和调中心后，通过封闭的环路输送线，将胶布送人复合辊内得到质量均匀的输送带带芯。其优点是工艺简单、自动化程度高、节约垫布，缺点是布层间张力不够均匀。多层 复 合 成型是通过胶布导开装置、复合压辊、调中心装置、调张力装置和卷曲装置完成成型操作，带芯各层间张力均匀。青岛胶带(集团)有限公司从德国SiemPe1Kamp公司引进的具有合幅拼缝功能的恒张力成型机就是此类设备的先进机型。国内 大 多 数胶带企业带芯成型采用胶布多层贴合和覆盖胶贴合在同一成型机上完成，无定中心和调张力装置，半成品质量不稳定，劳动生产率也低。3.1.2 援盖胶贴合援盖 胶 贴 合方式基本上分为两种:一是带芯成型过程中同时贴菠盖胶;一是带芯成型后在压延机上贴覆盖胶。压延 机 上 贴茬盖胶对提高输送带的外观质量、简化覆盖胶贴合工艺、降低材料消耗、提高生产效率都大有好处‘由于此法为热贴合，有利于授盖胶与带芯之间的粘合，有利于排除覆盖胶贴合过程中可能产生的隔层起泡，有利于克服SR比例较高时胶料不粘而造成的翟盖胶打褶。德 国 贝尔 斯托夫公司设计制造的两条输送带生产线代表着当今的国际水平。一条是生产织物芯输送带的四辊压延机生产线，成品宽度23O0mm，它的核心是5型四辊压延机，该压延机生产线可用于帆布双面贴胶和单面擦胶以及输送带带芯的双面贴橙盖胶。另一条是配备三辊压延机的辊筒机头挤出生产线，用于生产钢丝绳芯输送带和织物芯输送带筱盖胶出片，成品宽度为1800mm，胶片厚度为1.5~1.smm。3.1.3 硫化织物 芯 输 送带的硫化基本上为平板硫化机硫化或鼓式硫化机硫化。国外还有一种兼具鼓式硫化机和平板硫化机特点的连续平板硫化装置，可用于制造输送带。它既像平板硫化机一样，加热时间长、单位压力大，又像鼓式硫化机一样，可以连续硫化。英国TBA公司已采用这种设备制造了橡塑难燃输送带。我国山东安泰橡胶有限责任公司引进了该设备，也用于橡塑难燃输送带的生产。3.2 钢丝绳芯输送带钢丝 绳 芯 输送带的生产方法基本上分为恒张力成型硫化法和低张力成型硫化法。恒 张力 成 型硫化法是主流，包括美国、日本和欧洲多数国家在内的许多国家均采用此方法，国内基本上也都采用恒张力成型硫化法。采用此法的设备以德国辛贝尔坎普公司和加拿大帕特斯(PATHEX)公司的产品为代表。加拿大帕特斯公司的产品除能进行恒张力成型外，还有横向钢丝绳铺设装置的特点，每组可铺设六根横向钢丝绳(绳间距为10一20mln )，具有横向抗撕裂的特点。我国阜新橡胶有限责任公司引进了该生产线。意大 利 塞 雅(SAIGA)公司的产品采用的是低张力成型法。它的特点一是采用特殊的钢丝绳，即三股钢丝和尼龙合股形成三叉状，避免了钢丝内摩擦，降低了生热，提高了钢丝绳与橡胶间的粘合力、提高了胶带寿命;二是简化了工艺，成型和硫化均不需要较高和恒定的张力，因此使用一般的成型设备在较低的张力下即可完成，投资大大减少。3.3 PVC整芯难燃抗静电输送带此类 设 备 以英国芬那公司采用浸渍法生产工艺的设备为代表。此种输送带的PVC浸渍带芯经塑化完成。浸胶 是 PVC整芯难燃抗静电输送带特有的工艺步骤，目的是使编织带芯的纤维上充分附着胶浆，硫化后能形成密实的整体。浸胶在专用生产线上进行。首先将带芯预热，使其中水分充分挥发;然后通过浸浆槽，先是经过多道5辊使带芯的纬向受到拉伸和挤压，使胶浆自然渗透，然后再经过液下搓擦辊强行浸渍，最后通过真空箱真空浸渍，通过调整真空度可以使各种厚度的带芯充分浸透;浸透的带芯进人塑化箱，经一次塑化、二次塑化后，用热风将带芯迅速烘干并冷却定型，最后卷取。浸渍 带 芯 所用的胶浆中胶料与溶剂(汽油)的万方数据2007年曾宪奎等国内外输送带技术现状及发展趋势质量配比为1，33。也有 另 外 一种方法，即在此基础上加贴援盖胶，然后导人平板硫化机，最后在50℃以下冷脱模。后一种方法热能消耗高、生产效率低，而且硫化平板长期使用容易变形，目前国内两种方法都在采用。4 输送带技术的发展趋势目前 国 内 的输送带工艺技术装备，虽然通过引进、消化和吸收已逐步接近国外先进水平，但行业总体水平与国外差距还很大，发展也不平衡，特别是在产品寿命和档次上存在着较大的差距[4j。因此结合国内输送带工业的现状和输送带用户的要求，对输送带产品今后一段时期内的开发与创新提出如下建议。4.1 开发低伸长尼龙织物芯输送带发达 国家 的织物芯输送带骨架材料早已替换为尼龙和聚醋纤维。尽管我国也已大量采用尼龙和聚醋，但以棉帆布为骨架的织物芯输送带仍占输送带总量的30%左右。尼龙织物芯输送带的使用寿命约为棉帆布输送带的2一3倍，但存在的最大问题是产品使用初期伸长大，这给用户带来了不少麻烦。虽然以经向聚酷、纬向尼龙为骨架材料的聚酚输送带初始仲长有所改善，但其密度大、成本高、带体硬、使用寿命又不及尼龙输送带。因此开发低仲长的尼龙输送带仍将成为市场热点，也是织物芯输送带产品发展的趋势。新型 尼 龙 纤维材料和织物结构的变革为解决当前尼龙芯输送带初始伸长大的问题开辟了新途径。杜邦 公 司 的HYTEN高强度聚酞胺纤维是一种具有扁平断面形状的尼龙“ 单丝，其强度分别比聚醋和普通尼龙线高38%和10%，具有模量高、收缩率低、尺寸稳定性好的特点。日本的聚乙二酞丁二胺纤维(尼龙64)具有高温下低蠕变、低收缩的特点，性能优良。采用这些尺寸稳定性好的纤维是降低输送带初始伸长的有效途径之一。直经 织 物 芯输送带是织物结构上的变革。其骨架材料集平纹织物和帘布织物的优点于一身，主经纬线不相互交织，强度保持率在90%以上，既能保证织物在工作负荷下的低伸长，又能提高胶带的耐冲击性能和撕裂强度，同时由于织物上的凹凸面增大，还有利于层间粘合强度的提高，有效延长胶带的使用寿命，这也是尼龙输送带解决初始仲长大的有效途径之一。直经织物芯输送带是织物芯输送带向少层化发展的典型产品，目前在发达国家中此结构产品已占输送带总产量的10%一20%。4.2 研究耐高温输送带的核心技术国外 耐 热 输送带占输送带的比例约为8%。我国是钢铁、水泥生产大国，耐热输送带的需求量较大，耐高温输送带需求量的增长则更快。市场调查表明，需求量增大的原因除钢铁、水泥生产增长导致的正常增长外，还有相当一部分是选型不合理或使用不当引起的早期破坏，这一点是值得关注的。以SBR体系普通耐热输送带代替耐高温输送带使用或使输送带长时间输送高温物料，以及突发停机时，高温物料长时间停留在胶带局部等不正常使用，导致输送带使用寿命大大降低。国内耐高温输送带的主要破坏或失效形式有:援盖胶龟裂、烧穿、掉块，布层起泡和带体受高温而产生荷叶边等。提 高耐 高 温输送带使用寿命的核心技术有;以EPDM为主体材料，提高覆盖胶的耐龟裂性能，提高粗盖胶与带芯的热附着力，克服掉块、脱层;采用DSP聚酷纤维、尼龙64或玻璃纤维等低热收缩骨架材料以消除带体产生荷叶边;提高覆盖胶的耐灼烧性能等。4.3 开发尼龙阻燃输送带目前 我 国 煤矿井下使用的阻燃输送带主要以PVC或PVG整芯织物芯阻燃带为主，由于接头强度低、耐磨性差，使用寿命只有原来尼龙织物芯输送带的1/3，因此进一步研究能适应煤矿井下使用的分层尼龙阻燃输送带延长胶带使用寿命，将成为阻燃输送带制造企业和煤矿单位寻找新经济增长点的共同课题。4.4 延长钢丝绳芯输送带的使用寿命我 国钢 丝 绳芯输送带正常使用寿命为8~01年，国外已达到15年以上。因此如何进一步延长钢丝绳芯输送带使用寿命是国内所关注的。正常损坏失效形式主要是筱盖胶层磨损、老化龟裂和受冲击而引起的畏盖胶层逐步损坏;非正常损坏失效形式主要是胶带纵向撕裂引起的瞬时失效。提高钢丝绳芯输送带使用寿命的方法有:)1提 高 瞿 盖胶耐氧和臭氧老化性能，提高带芯胶与钢丝绳，特别是提高带芯胶与钢丝绳瞿胶的粘合力。万方数据52 特种橡胶制品第28卷第4期)2采 用 新 结构钢丝绳。钢丝绳芯输送带的钢丝绳一般为同一直径的多根单丝合股而成，多为7x7或7x19，而新型钢丝绳芯则由多种不同直径的单丝合股，在排列上采用的是开放式结构，即中心的钢丝较粗，外围的钢丝较细，这样合股的钢丝绳外围空隙相对较大，可增大橡胶与钢丝绳芯的粘合强度，对提高钢丝绳芯输送带的寿命有较理想的效果，国外先进国家均已采用此种结构。近期国外还出现三股钢丝和尼龙合股在一起的钢丝绳芯，尼龙在中间形成三叉状。这种钢丝绳的特点是降低了钢丝绳间的摩擦，纵向仲长大、横向弹性变形小，在冲击负荷下，具有良好的收缩性，用其制成的输送带具有良好的柔韧性和成槽性，使用寿命延长。)3采 用 抗 撕裂钢丝绳芯输送带。国外钢丝帘线横向增强的抗撕裂钢丝绳芯输送带正在发展，目前已有了150/DIS 15326标准。国内上海胶带股份有限公司和阜新橡胶有限责任公司也已有生产。实际使用认为，这种输送带有着较好的抗撕裂效果，是抗撕裂钢丝绳芯输送带的发展趋势。整体 而 言 ，我国输送带在产品品种和产量上基本能满足国内需求，并有部分出口，但.与发达国家相比，还存在一定的差距，如产品规格系列不完全、使用寿命较短、产品档次较低和测试手段不完善等问题。