输送带用织物和骨架材料发展趋势

沈耿亮，李 明

（浙江双箭橡胶股份有限公司，浙江 桐乡 314513）

输送带是带式输送机主要部件，也是带式输送设备最贵重部分，占输送机总成本的15%～50%。随着国民经济的飞速发展，输送带在煤炭、矿山、冶金、电力、化工、建材、粮食及港口等行业的应用越来越广泛，主要用于大规模连续化运输，运输物料为块状、粉状、糊状和成件物品等。

我国输送带制造业通过技术引进、新型原材料应用和技术改造，生产技术水平有了长足进步，并继续向大型化、强力化和多品种化发展。

1 输送带的组成、分类、结构及骨架材料

1.1 输送带的组成

输送带是安装在输送机上用以承载和输送物料的胶带，一般由骨架（带芯）、芯层胶料和盖胶3个主要部分组成。

（1）骨架（带芯）。其作用为：a.提供必要的拉伸强度；b.吸收输送物料的冲击；c.提供必要的纵向和横向刚度；d.使接头具有足够的强度。

（2）芯层胶料。芯层胶料使骨架织物层之间或钢丝绳之间有高的结合强度，并具有缓冲和隔离作用，使胶带具有良好的整体性和耐屈挠性。

（3）盖胶。盖胶为胶带表面层，起保护骨架、传递动力与输送物料、抵抗物料磨损和冲击、阻隔潮湿和微生物腐蚀的作用，并且能够增大牵引力倾斜度、控制物料并满足输送不同物品需要。

1.2 输送带的分类

输送带分类方法甚多，如金属材料抗拉输送带包括钢丝绳芯输送带、钢网特种输送带和钢丝绳牵引输送带，纤维材料抗拉输送带包括多层织物芯输送带、整体带芯输送带和少层（1～2层）织物芯输送带。输送带按骨架材料分为芳纶、钢丝绳芯、钢网、钢缆、锦纶、涤锦、涤棉、维纶、维棉、棉等输送带。按强度级别分为轻型、中型、重型及超重型输送带，容许工作强度分别为50，50～150，150～300和300 N mm-1以上。输送带的容许工作强度一般为胶带拉断强度的7%～14%，对设计者而言是很重要的参数。

1.3 输送带的结构

输送带的结构由于骨架材料种类和组织不同而有所差异，各种不同结构形式的输送带分别如图1～6所示。

图1 普通钢丝绳芯输送带

1.4 输送带用骨架材料

输送带用骨架材料有各种纤维织物和金属织物，如棉、维纶、锦纶、聚酯、芳纶及钢丝绳。

棉纤维强度最低，耐化学和耐热性能差，不耐冲击，吸湿性大，易腐蚀霉烂。维纶即聚乙烯醇纤维，在无机酸、霉菌和微生物作用下稳定，与棉纤维相比有若干长处，但远不如锦纶和聚酯纤维材料。

图2 抗撕裂钢丝绳芯输送带

图3 钢丝绳牵引输送带

图4 多层织物芯输送带

图5 整体带芯阻燃输送带

锦纶是聚酰胺纤维，有锦纶6和锦纶66。锦纶纤维具有很高的强度和弹性、较低的杨氏模量、较大的过渡负荷和破断伸长率，耐多次屈挠、耐冲击、耐磨，与橡胶粘合力高。

图6 双层织物输送带

聚酯即聚对苯二甲酸乙二醇酯。聚酯纤维的特点是强度和模量高、伸长率较小，是理想的输送带经线材料。

芳纶即芳香族聚酰胺纤维，其单位质量破断强度是钢的5倍，耐热、耐冲击、耐屈挠、耐化学作用，但价格昂贵。

钢丝是由碳素钢冷拉而成的圆形丝材，镀锌处理。钢丝绳是由一定数量、一层或多层股线捻制成的螺旋状结构。钢丝绳抗拉强度高、伸长率小、具有耐屈挠疲劳、耐冲击、与橡胶粘合好等特点。

各种骨架材料的性能如表1所示。

表1 各种骨架材料的性能

用于输送带的纺织物性能不但取决于纤维种类，还取决于织物组织结构。目前输送带用织物结构有平纹结构、整体编织结构、直经结构和帘线结构4种，在国内生产使用最多的是平纹结构织物，其次是整体编织结构织物。各种纤维织物特性见表2，输送带用钢丝绳规格性能参见GB/T 12753—2008《输送带用钢丝绳》。

表2 各种纤维织物的特性

2 芳纶输送带

2.1 芳纶纤维

1965年杜邦公司发明Kevlar®对位芳纶1414，结构见图7。对位芳纶具有刚性分子链，各向异性液晶溶液纺丝，基本为结晶结构，分子链高度伸展和取向。芳纶纤维具有伸长率低、强度和模量高等特点（见图8～10）。

图7 对位芳纶分子结构

图8 纤维的应力-应变行为比较

2.2 芳纶长纤维在输送带中的应用

芳纶长纤维输送带具有强度高、热稳定性优良、质量小、节能、不生锈、阻燃等特点。芳纶长纤维与输送带常用骨架材料的性能对比见表3。

表3 芳纶长纤维与输送带常用骨架材料的性能比较

图9 温度对纤维比强度的影响

图10 老化时间（180 °C）对纤维强力保持率的影响

芳纶长纤维在输送带中主要用作骨架材料（整芯、直经、帘布和绳芯结构如图11所示）和防撕裂层。整芯结构用于PVC和PVG带，强力经纱使用芳纶纤维，整体性高、带厚大大减小（与聚酯比较），抗撕裂性能好。直经结构用于橡胶输送带，强力经纱为芳纶纤维，纬纱为其他纤维，如锦纶。该结构强度利用率高，抗撕裂性能好，厚度和伸长率小，可减少脱层、皱褶、荷叶边等。帘布结构用于橡胶输送带，需加抗撕裂层。绳芯结构用于橡胶输送带，强力非常高，需加抗撕裂层。防撕裂层采用帘布方式，纬线采用芳纶纤维，主要用于钢丝输送带。

图11 芳纶长纤维作输送带骨架材料的结构

芳纶输送带接头分指形拼接（见图12）和机械拼接两种。

图12 指形拼接

2.3 芳纶输送带

芳纶输送带集高强度、低延伸、耐屈挠、耐冲击、防穿刺撕裂、耐高温、防火、防腐蚀等性能于一体，适用于长距离、大运量、高速度输送物料。更为突出的是，芳纶输送带比钢丝绳芯输送带及聚酯输送带质量和厚度小，可降低输送机制造成本和工作能耗，节省能源，更好地体现和突出了轻量化这一特色。

芳纶输送带规格系列如表4所示，不同规格芳纶输送带推荐使用的最小滚筒直径如表5所示，钢丝绳芯输送带、芳纶输送带和聚酯输送带对比如表6所示，芳纶输送带性价比如表7所示。

表4 芳纶输送带规格系列

表5 不同规格芳纶输送带推荐使用的最小滚筒直径

表6 钢丝绳芯、芳纶、聚酯输送带对比

表7 钢丝绳芯、芳纶、聚酯输送带性价比对比

3 芳纶输送带国内外发展情况

在欧美等发达地区和国家，芳纶输送带的应用已经很普遍，并且也取得了显著的效果，而目前我国芳纶输送带正处于起步阶段。

随着国内芳纶生产技术水平的不断进步及国外主要厂商产能的扩大，芳纶材料的价格会大幅度降低；国家对节能环保理念的倡导及使用厂家对长距离、高强度、长寿命的追求，必然会推进芳纶高性能输送带的开发和应用。

未来输送带的发展方向是功能化、低能耗、长距离、高强度、高负荷，所有这些都预示着芳纶高性能输送带具有广阔的发展前景，在不远的将来，芳纶输送带非常有可能取代钢丝绳输送带承担长距离、高负荷物料输送任务。

4 建议

针对目前国内输送带的发展情况，提出以下建议。

（1）国内芳纶纤维生产企业吸收国外先进生产技术，生产出质量稳定可靠的芳纶材料，摆脱高性能纤维依赖进口的局面。

（2）织布企业应积极研制开发适合于高性能芳纶纤维材料的帆布结构，如帘布结构、直经直纬结构等。

（3）应做好与高性能芳纶纤维相适应的盖胶、贴胶的研发工作。

（4）当今，输送线长度已达几十千米乃至几百千米，输送带生产企业在基础研究及前沿应用方面与国外还有一定差距，因此，在要求高生产率的同时，还要求输送带具有高稳定性与可靠性，以保证输送系统的安全性与经济性。

5 结论

经过半个多世纪的努力，人们利用输送带解决了许多过去难以解决的物料输送问题，输送带运输被认为是现代物料搬运与加工中解决环境、能源、交通、空间拥挤、劳动力和生产安全性最为经济有效的方式之一。

随着科学技术的不断进步，新技术、新材料、新设备的逐渐普及与应用，工业生产的自动化、数字化、智能化程度显著提高，输送带的使用范围越来越广。自20世纪40年代以来，随着合成纤维的迅速发展及其在输送带行业的应用，特别是随着芳纶输送带研究不断取得新进展，输送带开始向高强度、大规格、大运量、长距离、大倾角、高速度、轻薄化发展，国内输送带生产企业应继续以高起点、高技术含量、高附加值、无污染、长寿命的产品为发展方向，努力开拓中高端产品，重点发展环境友好型、能源节约型等符合国家政策的产品，充分展示输送带的功能性和经济活力。