芳綸橡膠輸送帶接頭強(qiáng)度有限元分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、芳綸纖維(Aramid Fiber)具有比強(qiáng)度和比模量高、耐熱性能優(yōu)異、耐化學(xué)腐蝕穩(wěn)定等理化特性,同時(shí)兼顧無機(jī)材料的力學(xué)性能和有機(jī)材料的加工性能,是高性能橡膠基復(fù)合材料的理想骨架材料。但由于分子結(jié)構(gòu)中苯環(huán)位阻作用、缺少活性基團(tuán)等因素造成了芳綸纖維表面惰性及高度結(jié)晶性等特性限制了其在橡膠復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。芳綸纖維作為骨架材料在輸送帶領(lǐng)域的應(yīng)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(diǎn)于一身,在長運(yùn)距、大運(yùn)量或高溫、阻燃

2、要求等極端運(yùn)輸工況下應(yīng)用優(yōu)勢巨大。但接頭部位強(qiáng)度保持率低、運(yùn)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(yīng)用和普及。研究芳綸輸送帶接頭強(qiáng)度的影響因素、分析接頭力學(xué)響應(yīng)情況,對提高芳綸輸送帶接頭強(qiáng)度、制定完善的設(shè)計(jì)方案提供了理論支撐和實(shí)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(xué)理論本構(gòu)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(xué)行為。根據(jù)簡化假設(shè)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(xué)行為。通過提取參考節(jié)點(diǎn)A的支反力計(jì)算得到芳綸橡膠輸送帶接頭靜態(tài)拉伸強(qiáng)度為592kN/m,與實(shí)驗(yàn)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(yīng)力的分布、名義應(yīng)變的分布情況,為接頭失效情況作出了合理的預(yù)測。
　　(2)分析了影響芳綸橡膠輸送帶指型接頭拉伸強(qiáng)度可能的影響因素,

4、提出了通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高接頭拉伸強(qiáng)度的設(shè)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(qiáng)度的影響。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比和有限元法的計(jì)算得出較窄的指寬對提高接頭強(qiáng)度是明顯的。橡膠中的剪切應(yīng)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(yīng)力。比較了不同的貼膠厚度對指型接頭拉伸強(qiáng)度的影響。上下貼膠厚度的總和應(yīng)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(shí)又保證了良好的粘合強(qiáng)度。過厚的會(huì)增加貼膠內(nèi)部受到

5、的附加剪切力矩,影響強(qiáng)度。另外實(shí)踐加工中證明膠料較厚會(huì)影響共硫化過程中橡膠的流動(dòng)性,直接影響接頭強(qiáng)度。比較了不同織物增強(qiáng)層放置方向?qū)χ感徒宇^拉伸強(qiáng)度的影響。經(jīng)向方向放置的織物增強(qiáng)層接頭強(qiáng)度明顯優(yōu)于其它幾種放置方式,達(dá)到574kN/m,接頭強(qiáng)度保持率達(dá)到輸送帶試樣帶體強(qiáng)度的60％。經(jīng)向方向放置增強(qiáng)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(qiáng)層兩端的橡膠上,減小這部分橡膠處的應(yīng)力集中將是提高指型接頭強(qiáng)度的關(guān)鍵。指縫間的間隙對提

6、高指型接頭拉伸強(qiáng)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(yù)留的間隙也是造成氣泡等缺陷的源頭。
　　(3)表征了采用預(yù)浸液處理后的杜邦830D芳綸工業(yè)絲;嘗試分析杜邦預(yù)浸液成分中含有亞甲基、酯基和C-O等結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分。并對老化前后的粘合性能對比得出了杜邦預(yù)浸液處理對提高芳綸纖維/橡膠復(fù)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