托辊用材料的研究进展

孙亚楠，杨玮婧，田广华

(神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司研发中心，宁夏银川 750411)



托辊用材料的研究进展

孙亚楠，杨玮婧，田广华

(神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司研发中心，宁夏银川 750411)

摘要：从金属托辊和非金属托辊两个方面，概述了目前生产托辊的主要材料钢、陶瓷、橡胶、塑料(尼龙、超高分子量聚乙烯、脲醛树脂、聚氨酯、聚氯乙烯)、聚合物基复合材料及其托辊成品的优缺点，并指明未来托辊用料的研究方向。

关键词：托辊，钢质，塑料，聚合物基复合材料

托辊被广泛用于露天、粉尘大、腐蚀性高的恶略环境中，如采矿、化工、焦化、钢铁、热电、洗煤、水泥生产、冶金等行业。它是带式输送机上的重要部件和易损件，其质量好坏直接决定带式输送机的使用寿命和成本。托辊按材质可分为金属和非金属两种。

1金属托辊

目前国内外普遍使用的托辊依然为钢质托辊，由辊筒和轴承座焊接而成，其中辊筒大多采用无缝高频焊接的钢管，轴承座采用锻造加工方式生产。该托辊具有抗压抗折强度高、承载能力强、制造工艺成熟等优点。缺点是耐磨性差，且磨损产生的毛刺会破坏皮带；耐化学腐蚀性差，在高腐蚀环境下使用时，使用寿命比设计值低很多，通常小于3个月，给设备的管理和维护带来极大的不便，降低了企业的生产效率；同时，重量重、运行阻力大、运行噪音大等缺点，使得单纯的钢质托辊无法满足企业的正常生产需要[1]。

2非金属托辊

非金属托辊是指用陶瓷、橡胶、塑料等非金属材料所制造的托辊。

2.1陶瓷托辊

陶瓷托辊是用粘土烧结而成，具有耐磨、耐腐蚀、抗氧化、运行稳定性高等优点，可有效防止皮带跑偏，减少皮带的局部磨损，延长皮带使用寿命，陶瓷托辊的使用寿命比普通钢质托辊长2 倍以上[2]。此外，陶瓷托辊的耐高温、抗氧化、耐腐蚀能力强，适用于各种恶劣环境，但陶瓷托辊的成型工艺复杂、重量重、韧性差、安装精度低等缺点限制了它的应用范围。

2.2橡胶托辊

橡胶托辊是在陶瓷或金属托辊的辊筒表面套有橡胶密封圈的组合式托辊[1]。这种托辊的耐磨性和缓冲性能对输送带有很好的保护作用。但因橡胶托辊是组合式托辊，价格比钢质托辊和陶瓷托辊贵；另外，橡胶与陶瓷、金属的热膨胀系数存在差异，大大缩短了其实际使用寿命。

2.3塑料托辊

塑料托辊是以塑料为基材的托辊。目前，主要有以下几种：

2.3.1尼龙托辊

尼龙具有韧性高、弹性好、绝缘性好、耐热、耐磨损、耐腐蚀、耐候等优点，是以塑代钢、铁、铜等金属的好材料，是重要的工程塑料。

据专利报道[3]，利用尼龙材料所固有的强度高、重量轻的特点，将之液态化，并加入阻燃剂、耐腐剂、抗老化剂和固化剂等材料混合后经加温抽真空工艺，脱去水分，并倒入高速旋转的圆筒形模具中，经加温凝固后形成尼龙圆筒，再经热处理、机加工并在圆筒中穿入带轴承的转轴，两端装入密封块后，便制成了具有抗静电、耐腐蚀、重量轻和寿命长的尼龙托辊。

专利CN 201180040 Y公开了[4]一种尼龙托辊，轴承座和辊筒均采用PA尼龙材料，具有重量轻、运行阻力小、径向跳动小、对胶带磨损小、使用寿命长、耐腐蚀等特点。

2.3.2超高分子量聚乙烯托辊

超高分子量聚乙烯是一种新型的工程塑料，它具有耐磨损、耐腐蚀、耐冲击性能，自润滑为铜的数倍。

刘广建等[5]采用三道密封结构通过模压成型制得一种超高分子量聚乙烯托辊，与金属托辊相比，具有质量轻、耐磨损、耐腐蚀、抗静电等特点，同时密封性能也得到了增强，更适用于煤矿潮湿、粉尘大的作业环境。

卢彬等[6]用稀土对超高分子量聚乙烯的改性料，研制出超高分子量聚乙烯托辊。该托辊摩擦系数为0.05～0.11、拉伸强度34MPa、拉伸断裂伸长率为360%、工作温度≤132℃，具有质轻、耐磨损、耐腐蚀等特性，寿命长达2.5万小时以上。

2.3.3脲醛树脂托辊

脲醛树脂是一种热固性树脂，是目前用量最大的氨基树脂之一。它是由尿素和甲醛通过酸性或碱性催化剂在一定条件下缩聚而成，在固化剂或助剂存在下制成的不溶不熔的树脂[7]。

河北冀州市广通矿山设备厂研制出脲醛树脂托辊，该托辊同钢质托辊相比，具有抗静电、阻燃性能强等优点，且在同等条件下其耐磨和防腐性能较钢质托辊高5倍以上[8]。

2.3.4聚氨酯托辊

聚氨酯托辊的内部结构有聚氨酯弹性体，它是一种介于橡胶和塑料之间的新型高分子合成材料，既具有塑料的高强度又具有橡胶的高弹性。

专利CN 201746067U报道了[9]一种聚氨酯托辊。该托辊结构合理、工作阻力小、耐磨损、耐腐蚀、弹性好、防水防尘、运行无噪音，广泛适用于冶金、矿山、码头、煤炭、建筑建材等行业。

2.3.5聚氯乙烯托辊

聚氯乙烯树脂具有耐酸碱、耐腐蚀、耐冲击、耐磨损、韧性好、不导电等优点。

李翔[10]采用聚氯乙烯制作辊筒和轴承座，内置迷宫式密封圈，在结构上采用了托辊轴可注油制冷方式。该托辊具有重量轻、更换方便，阻燃、抗静电、耐腐蚀、耐疲劳、抗冲击等特点。

专利CN 202464709 U报道了[11]一种聚氯乙烯托辊，该托辊抗静电性能强、阻燃性能优秀、抗腐蚀性是钢质托辊的10 倍以上，寿命长、重量轻，可以用于煤矿井下具有瓦斯或煤尘爆炸危险的工作环境中。

塑料托辊与陶瓷托辊、橡胶托辊相比，具有质量轻、抗冲击、耐腐蚀、高速运转噪音低等优点。此外，塑料托辊报废后，塑料还可回收利用。但其耐热性、耐磨性和强度均不及陶瓷和金属托辊，价格高也限制了它的推广应用。

2.4聚合物基复合材料托辊

近年来，随着高分子科学的发展，用聚合物基复合材料代替金属、陶瓷、橡胶、塑料制造托辊成为该领域内研究的重点，也是今后的发展方向。市场迫切需要性能好、价格低、使用寿命长、应用环境更具针对性、更换快捷的新型高性能托辊材料。

栾振辉等[12]采用酚醛树脂、短棉纤维、填料、阻燃剂、抗静电剂、固化促进剂、脱模剂，通过模压成型研制出一种聚合物基复合材料托辊，该托辊具有优良的机械物理性能和高等级的阻燃抗静电性能，可以适应煤矿井下恶劣、危险的工作环境。

刘广建等[13]采用经超细玻璃微珠、铜粉、二硫化钼、硅烷类偶联剂等改性后的超高分子量聚乙烯制得了托辊，该托辊结构简单、成本低、不需润滑、克服了卡死不转现象，耐温性和耐磨性也有所提高。

陈林[14]以玻纤、石墨填充MC尼龙，研制出一种MC尼龙托辊。该托辊耐磨损、使用寿命长、成本较低。但尼龙低温脆性大，使其在低温环境中使用受到限制。

3结语

随着现代工业的不断发展，对托辊综合性能的要求也在不断提高。用聚合物基复合材料代替钢、陶瓷、橡胶、塑料制造托辊逐渐成为该领域的必然趋势。近年来，虽然托辊用聚合物基复合材料在抗冲击、耐磨损、耐腐蚀、抗撕裂等方面带来改善，但仍存在多种问题。为此研究出一种价格便宜、性能优良、应用环境更具针对性的托辊用聚合物基复合材料仍然是我们今后努力的方向。

参考文献

[1] 谢磊.托辊用耐低温尼龙6基耐磨复合材料的研制[D].湖南：湖南大学材料科学与工程学院，2013.

[2] 张跃，桑建华.耐磨陶瓷托辊的研制[J].山东陶瓷，2007，30(2)：32-34.

[3] 陈红升.一种尼龙托辊及其制备方法：中国，1438103A[P]. 2003-08-27.

[4] 龚安华，张纪民，王运俭，等.钢轴尼龙托辊：中国，201180040 Y[P]. 2009-01-14.

[5] 刘广建，曾新芳.新型UHMWPE托辊的研制与应用[J].工程塑料应用，2009，37(5)：57-59.

[6] 卢彬，侯涛.超高分子量聚乙烯托辊的研制与开发[J].矿山机械，2007(6)：88-89.

[7] 荣荣，顾继友.脲醛树脂在复合材料中的研究进展[J].中国胶粘剂，2011，20(2)：52-56.

[8] 徐美君.新产品脲醛树脂托辊[J].中国建材，2004(8)：90.

[9] 夏仁松.一种高分子托辊：中国，201746067 U[P]. 2011-02-16.

[10] 李翔.注油式非金属托辊的研制与应用[J].煤炭科技，2008(1)：14-15.

[11] 王端胜，刘旭东，宋军苇.PVC托辊：中国，202464709U[P]. 2012-10-03.

[12] 栾振辉，唐兵，朱正杰. 酚醛塑料托辊的阻燃抗静电性能[J].煤矿安全，2000(7)：44-45.

[13] 刘广建，曾庆良，苏梦香.新型结构皮带机托辊的试验研究[J].新技术新工艺，1999(1)：1-4.

[14] 陈林.MC尼龙托辊在重碱皮带输送机上的应用[J].纯碱工业，2007，38(2)：38-39.

中图分类号：TQ 325

The Research Progress of Roller Materials

SUN Ya-nan，YANG Wei-jing，TIAN Guang-hua

(R&D and training center of Shenhua Ningxia coal group coal chemical company，Yinchuan 750411，Ningxia，China)

Abstract：In this paper，from two aspects of metal roller and non-metal roller，the current the main material to produce roller，such as steel，ceramics，rubber，plastic(nylon，ultra-high molecular weight polyethylene，urea-formaldehyde resin，polyurethane，PVC) and polymer matrix composites were overviewed. At the same time，the advantages and disadvantages of these types roller were introduced. And the research direction of roller materials in the future was indicated.

Key words：roller，steel，plastic，polymer matrix composites