芳綸橡膠輸送帶接頭強度有限元分析及實驗研究.pdf

1、芳綸纖維(Aramid Fiber)具有比強度和比模量高、耐熱性能優(yōu)異、耐化學腐蝕穩(wěn)定等理化特性,同時兼顧無機材料的力學性能和有機材料的加工性能,是高性能橡膠基復合材料的理想骨架材料。但由于分子結構中苯環(huán)位阻作用、缺少活性基團等因素造成了芳綸纖維表面惰性及高度結晶性等特性限制了其在橡膠復合材料領域的應用。芳綸纖維作為骨架材料在輸送帶領域的應用近年來受到物料輸送行業(yè)的重視。芳綸橡膠輸送帶集芳綸纖維的優(yōu)點于一身,在長運距、大運量或高溫、阻燃

2、要求等極端運輸工況下應用優(yōu)勢巨大。但接頭部位強度保持率低、運行穩(wěn)定性差和使用壽命短等問題制約了芳綸輸送帶的應用和普及。研究芳綸輸送帶接頭強度的影響因素、分析接頭力學響應情況,對提高芳綸輸送帶接頭強度、制定完善的設計方案提供了理論支撐和實用參考。
　　(1)對芳綸橡膠輸送帶指型接頭建立了有限元模型。比較了超彈體連續(xù)介質(zhì)力學理論本構模型,選擇了2參數(shù)的Mooney-Rivlin模型定義了覆蓋膠和貼膠材料的力學行為。根據(jù)簡化假設將纖維帆

3、布視為彈性材料,通過纖維各取向的彈性模量E、剪切模量G和泊松比μ定義了芳綸帆布和EP聚酯帆布的力學行為。通過提取參考節(jié)點A的支反力計算得到芳綸橡膠輸送帶接頭靜態(tài)拉伸強度為592kN/m,與實驗測試的得到的574kN/m誤差為3.1％,分析了誤差產(chǎn)生了原因。由場變量云圖直觀的觀察到模型中各材料Mises應力的分布、名義應變的分布情況,為接頭失效情況作出了合理的預測。
　　(2)分析了影響芳綸橡膠輸送帶指型接頭拉伸強度可能的影響因素,

4、提出了通過改變結構參數(shù)來提高接頭拉伸強度的設想。在指型長度一定的條件下,比較了不同的指根寬度對指型接頭拉伸強度的影響。經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)的對比和有限元法的計算得出較窄的指寬對提高接頭強度是明顯的。橡膠中的剪切應力集中在指縫處,通過指寬的減小可以分散指縫間的剪切應力。比較了不同的貼膠厚度對指型接頭拉伸強度的影響。上下貼膠厚度的總和應與織物骨架層的厚度基本保持一致,這樣在基本保持骨架織物吃膠量的同時又保證了良好的粘合強度。過厚的會增加貼膠內(nèi)部受到

5、的附加剪切力矩,影響強度。另外實踐加工中證明膠料較厚會影響共硫化過程中橡膠的流動性,直接影響接頭強度。比較了不同織物增強層放置方向對指型接頭拉伸強度的影響。經(jīng)向方向放置的織物增強層接頭強度明顯優(yōu)于其它幾種放置方式,達到574kN/m,接頭強度保持率達到輸送帶試樣帶體強度的60％。經(jīng)向方向放置增強層能夠明顯延緩覆蓋膠受到的剪切形變。接頭試樣失效發(fā)生在增強層兩端的橡膠上,減小這部分橡膠處的應力集中將是提高指型接頭強度的關鍵。指縫間的間隙對提

6、高指型接頭拉伸強度是不利的,指縫間的膠料在拉伸過程中是最先發(fā)生形變的部分。預留的間隙也是造成氣泡等缺陷的源頭。
　　(3)表征了采用預浸液處理后的杜邦830D芳綸工業(yè)絲;嘗試分析杜邦預浸液成分中含有亞甲基、酯基和C-O等結構的化學成分。并對老化前后的粘合性能對比得出了杜邦預浸液處理對提高芳綸纖維/橡膠復合材料的粘合性能及耐老化性能效果顯著。采用國產(chǎn)芳綸產(chǎn)品制備了普通用途和耐高溫橡膠輸送帶樣帶,對其粘合性能、耐老化性能及高溫粘合性能