李漢堂

(曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，廣西桂林 541004)

復(fù)合簾線(xiàn)及其在橡膠制品中的應(yīng)用

李漢堂

(曙光橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，廣西桂林 541004)

概述了復(fù)合簾線(xiàn)的結(jié)構(gòu)、粘合處理、性能及其在橡膠制品中的應(yīng)用。復(fù)合簾線(xiàn)可用于子午線(xiàn)輪胎胎體增強(qiáng)層、帶束層和胎冠層，工程機(jī)械輪胎緩沖層以及其它橡膠制品等?？商岣呦鹉z制品的尺寸穩(wěn)定性和屈撓疲勞性，減小制品質(zhì)量，提高抗刺扎性能，延長(zhǎng)使用壽命。

復(fù)合簾線(xiàn);結(jié)構(gòu);粘合;輪胎;橡膠制品

0 前言

骨架材料是制造橡膠制品的重要原材料之一，它所起的作用是保持制品的形狀和尺寸穩(wěn)定性，抗機(jī)械損傷，支承負(fù)荷。骨架材料應(yīng)滿(mǎn)足橡膠制品所需的耐疲勞、耐沖擊、抗變形等性能要求，骨架材料還對(duì)輪胎的乘坐舒適性、噪音、高速性能、滯后性能、脫層和使用壽命等性能有重要影響。

迄今為止，還沒(méi)有一種簾線(xiàn)能完全滿(mǎn)足輪胎所要求的各種性能(輪胎對(duì)簾線(xiàn)性能的要求見(jiàn)表1［1］)。為充分利用簾線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，克服其固有的缺點(diǎn)，人們提出了采用復(fù)合簾線(xiàn)的方法。復(fù)合簾線(xiàn)有尼龍/聚酯復(fù)合簾線(xiàn)、芳綸(芳族聚酰胺)/尼龍、聚酯或碳纖維復(fù)合簾線(xiàn)以及鋼絲/合成纖維復(fù)合簾線(xiàn)等。據(jù)稱(chēng)，以尼龍長(zhǎng)絲作為表層，以聚酯絲作為芯線(xiàn)的復(fù)合簾線(xiàn)具有集聚酯簾線(xiàn)的彈性、強(qiáng)度和其他特性以及尼龍簾線(xiàn)良好的粘合性于一身的優(yōu)點(diǎn)［2］。

以由1～2股芳綸和1股尼龍或聚酯并捻而成的復(fù)合簾線(xiàn)為例。這種復(fù)合簾線(xiàn)與100%芳綸簾線(xiàn)相比，具有如下特征:

(1)耐疲勞性高;(2)伸長(zhǎng)率高;(3)模量低;(4)收縮率可控;(5)強(qiáng)度成本比更好或相等。

表1 輪胎所要求的簾線(xiàn)的性能

表2列出了尼龍/芳綸復(fù)合簾線(xiàn)與尼龍和芳綸簾線(xiàn)的性能對(duì)比。

總之，通過(guò)選用由不同增強(qiáng)材料制成的復(fù)合簾線(xiàn)作為橡膠制品的增強(qiáng)材料，可滿(mǎn)足橡膠制品的不同性能要求。

表2 尼龍/芳綸復(fù)合簾線(xiàn)與尼龍簾線(xiàn)和芳綸簾線(xiàn)的性能比較

1 復(fù)合簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)

復(fù)合簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)大致可分為兩種:一是由2股或多股股線(xiàn)捻合而成的合股復(fù)合簾線(xiàn);二是由芯線(xiàn)和纏繞芯線(xiàn)的皮層構(gòu)成的芯皮結(jié)構(gòu)復(fù)合簾線(xiàn)。

1.1 合股復(fù)合簾線(xiàn)

合股復(fù)合簾線(xiàn)可根據(jù)需要選擇2種以上增強(qiáng)材料加捻成股線(xiàn)，再將股線(xiàn)捻合成復(fù)合簾線(xiàn)。例如，一項(xiàng)歐洲專(zhuān)利提出由1股以上芳綸股線(xiàn)與1股以上鋼絲股線(xiàn)捻合成芳綸/鋼絲復(fù)合簾線(xiàn)。這種復(fù)合簾線(xiàn)的芳綸纖維股線(xiàn)由多根芳綸長(zhǎng)絲捻合而成;鋼絲股線(xiàn)由1根鋼絲構(gòu)成。復(fù)合簾線(xiàn)中芳綸纖維的總旦數(shù)為800～4 000旦;單根鋼絲的直徑為0.17～0.38 mm。該專(zhuān)利的復(fù)合簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1［3］。

圖1 鋼絲/芳綸合股復(fù)合簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

美國(guó)一項(xiàng)專(zhuān)利報(bào)道了芳綸/人造絲復(fù)合簾線(xiàn)在充氣輪胎中的應(yīng)用。此種復(fù)合簾線(xiàn)的結(jié)構(gòu)是由1股以上芳綸與1股以上人造絲合捻而成( 見(jiàn)圖 2)［4］。

圖2 芳綸/人造絲復(fù)合簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

美國(guó)固特異輪胎公司將芳綸與尼龍的復(fù)合簾線(xiàn)用作輪胎增強(qiáng)材料，采用芳綸與尼龍或聚酯的復(fù)合簾線(xiàn)替代鋼絲簾線(xiàn)用于子午線(xiàn)輪胎帶束層，以有效減小輪胎質(zhì)量，降低油耗，并且不損害操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性［5］。

另外，還有提出由1股尼龍46纖維和2股芳綸纖維捻合而成的復(fù)合簾線(xiàn)用于充氣子午線(xiàn)輪胎的胎體簾布層的［6］。

為了降低成本，有人提出采用PEN(聚萘二甲酸乙二酯)纖維和PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)纖維制成復(fù)合簾線(xiàn)(圖3)。據(jù)稱(chēng)，PEN/PET復(fù)合簾線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是其價(jià)格低于100%PEN簾線(xiàn)，而其性能則與PEN簾線(xiàn)相當(dāng)［7］。

圖3 PEN/PET復(fù)合簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

1.2 芯皮結(jié)構(gòu)復(fù)合簾線(xiàn)

芯皮結(jié)構(gòu)復(fù)合簾線(xiàn)通常用1根或多根鋼絲以及1股或多股纖維股線(xiàn)作芯線(xiàn)，用1股或多股纏繞芯線(xiàn)的纖維或鋼絲作為皮層，皮層可以是1層，也可以是2層。

合成纖維/鋼絲復(fù)合簾線(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)是，以單根鋼絲作芯線(xiàn)，在其外面纏繞1層纖維簾線(xiàn)，最外層再纏繞1層鋼絲簾線(xiàn)。芯鋼絲的直徑為0.15 ～0.25 mm;纖維簾線(xiàn)可以是 1 股，也可以是多股，品種可以是聚乙烯、尼龍、芳綸或聚酯，纖維簾線(xiàn)層的厚度為0.15～0.30 mm。最外層鋼絲被多根鋼絲纏繞，數(shù)量為7～11根，鋼絲直徑為0.12 ～0.20 mm［8］。另一種結(jié)構(gòu)是用1 根鋼絲長(zhǎng)絲作芯線(xiàn)，由纏繞鋼絲芯線(xiàn)的1根或多根非金屬長(zhǎng)絲構(gòu)成第一纏繞層，由第一纏繞層的4～12根鋼絲長(zhǎng)絲構(gòu)成了第二纏繞層(見(jiàn)圖4)［9］。

圖4 芯皮結(jié)構(gòu)復(fù)合簾線(xiàn)斷面圖

以碳纖維股線(xiàn)為芯線(xiàn)，用芳綸纖維股線(xiàn)纏繞碳纖維芯線(xiàn)的復(fù)合簾線(xiàn)可提高尺寸穩(wěn)定性和耐屈撓性。原因是采用碳纖維芯材可限制芳綸纖維股線(xiàn)伸長(zhǎng)，提高了復(fù)合簾線(xiàn)的尺寸穩(wěn)定性。通過(guò)將芳綸纖維股線(xiàn)纏繞在碳纖維芯線(xiàn)的周?chē)沙浞掷梅季]纖維優(yōu)良的屈撓性能(圖5)［10］。

圖5 碳纖維/芳綸纖維復(fù)合簾線(xiàn)斷面圖

2 提高復(fù)合簾線(xiàn)的粘合性能

復(fù)合簾線(xiàn)的浸膠工藝與普通簾線(xiàn)相同，浸膠配方視復(fù)合簾線(xiàn)的纖維品種而定。復(fù)合簾線(xiàn)多為芳綸與尼龍、聚酯、人造絲或碳纖維的復(fù)合。在浸膠配方的設(shè)計(jì)和調(diào)整方面，由于芳綸是大分子、高結(jié)晶、高取向的剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，分子鏈中活性官能團(tuán)少，是最難粘合的纖維材料，為此，應(yīng)以芳綸簾線(xiàn)的浸膠配方為主要研究對(duì)象。目前，解決芳綸簾線(xiàn)與橡膠粘合問(wèn)題的方法主要有以下幾種。

2.1 等離子體表面改性

低溫等離子體處理是提高芳綸纖維與橡膠粘合的有效方法之一。其原理是用低溫等離子體中的活性粒子轟擊纖維表面，將其表面分子中的化學(xué)鍵打開(kāi)，并與等離子體中的氧、氮等自由基結(jié)合，以提高芳綸表面的粘合性。低溫等離子體技術(shù)是一種干式工藝，具有節(jié)省能源、無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)，符合環(huán)境保護(hù)的要求。與放射線(xiàn)、電子束處理等其它干式工藝相比，等離子體表面處理的作用深度僅涉及材料表面幾個(gè)到數(shù)十個(gè)納米范圍，改性的區(qū)域和程度易于控制，在界面性能得到顯著改善的同時(shí)，材料本體不受影響［11］。

2.2 表面接枝改性

表面接枝改性是芳綸化學(xué)改性方法中被研究最多的一種。根據(jù)接枝官能團(tuán)位置不同可分為兩大類(lèi)，即發(fā)生在苯環(huán)上的接枝反應(yīng)和取代芳綸表面層分子中酰胺基團(tuán)上氫的接枝反應(yīng)。目前，利用發(fā)生在苯環(huán)上的反應(yīng)，改善芳綸粘合性能的方法是利用硝化還原反應(yīng)，引入氨基和利用氯磺化反應(yīng)引入氯磺酸基團(tuán)，以便進(jìn)一步引入活性基團(tuán)。硝化還原反應(yīng)是將芳綸浸在硝化介質(zhì)中，在苯環(huán)上引入硝基，隨后在一定介質(zhì)中用硼氫化鈉等還原劑將硝基還原成氨基，從而在纖維表面上引入極性基團(tuán)，促進(jìn)樹(shù)脂對(duì)纖維的濕潤(rùn)作用，提高界面粘合性。氯磺化反應(yīng)是發(fā)生在苯環(huán)上的另一類(lèi)取代反應(yīng)，它在芳綸表面上引入-SO2Cl基團(tuán)，然后與含有活性官能團(tuán)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在芳綸表面上接枝極性基團(tuán)。發(fā)生在苯環(huán)上的硝化還原和氯磺化反應(yīng)在改變芳綸表面結(jié)構(gòu)、增大纖維濕潤(rùn)表面積、降低表面自由能和提高界面強(qiáng)度方面都很有效，但這兩種方法都存在著反應(yīng)速度如何控制的問(wèn)題。速度控制不當(dāng)會(huì)使纖維內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)，降低纖維本身的強(qiáng)度。芳綸纖維表面的酰胺基團(tuán)中的-H可以被其它親電子基團(tuán)取代，從而引入極性基團(tuán)。例如被異氰酸酯類(lèi)取代，引入氨基;也可以進(jìn)行金屬化反應(yīng)，引入具有反應(yīng)活性的官能團(tuán)，改善纖維表面狀態(tài)［8］。

2.3 氟化處理法

用氟氣體處理芳綸是先將氟氣制成體積分?jǐn)?shù)為0.1、與氮?dú)獾臐饪s混合物，然后再將該混合物導(dǎo)入一個(gè)反應(yīng)器，用空氣稀釋?zhuān)瑢⒎鷼庀♂屩?.01～0.03的體積分?jǐn)?shù)，并使處理器稍呈負(fù)壓狀態(tài)，再將芳綸簾線(xiàn)通過(guò)氟化槽。通過(guò)氟化，不僅活化了芳綸簾線(xiàn)的表面，使之容易浸漬間苯二酚甲醛膠乳(RFL)，且不影響簾線(xiàn)的其他性能，此外，還改善了浸漬簾線(xiàn)的耐屈撓疲勞性。研究還表明，用氟氣處理過(guò)的預(yù)浸漬芳綸簾線(xiàn)與用環(huán)氧樹(shù)脂處理的簾線(xiàn)性能差別很?。?2］。

2.4 超聲波處理

超聲波對(duì)懸浮于液體中的纖維有兩種作用:一是崩潰時(shí)微射流的沖擊，二是崩潰激波對(duì)固體界面的損傷(或斑蝕)。作用結(jié)果是導(dǎo)致纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、聚合度及分布發(fā)生變化。在超聲波作用下，纖維壁上反應(yīng)性較差的外壁受到破壞進(jìn)而發(fā)生位移或脫除，水對(duì)纖維的溶脹作用大大加強(qiáng)，切斷纖維分子鏈間的氫鍵，打開(kāi)微孔結(jié)構(gòu)，增大纖維的內(nèi)表面積，提高其對(duì)試劑的可及度和化學(xué)反應(yīng)的活性，從而提高芳綸纖維的粘合性［13］。

2.5 水溶性聚氨酯粘合劑

荷蘭阿克蘇公司開(kāi)發(fā)的芳綸粘合處理劑Ionothane是一種易溶于水的離子型聚氨酯，經(jīng)其處理的芳綸簾線(xiàn)既有一定的硬度，又有一定的柔韌性，且具有粘合活性，主要用于膠帶等制品的生產(chǎn)。該粘合劑以水為介質(zhì)，生產(chǎn)過(guò)程中的污染大大減少，缺點(diǎn)是售價(jià)較高，高溫下釋放出酸性蒸氣，對(duì)浸漬設(shè)備有腐蝕作用［8］。

2.6 RFL 一浴法

經(jīng)各種表面改性處理的芳綸可采用傳統(tǒng)的RFL浸漬液進(jìn)行浸膠處理，即可獲得較好的粘合效果。未經(jīng)表面處理的芳綸也可采用一次浸漬處理，可在RFL浸漬液中添加對(duì)氯苯酚-甲醛樹(shù)脂、封閉異氰酸酯分散體等［8］。

2.7 二浴法

為提高芳綸與橡膠的粘合強(qiáng)度，人們除采用改性RFL體系對(duì)其進(jìn)行一次浸漬外，還采用二次浸漬工藝。一般二浴法是先將芳綸浸入環(huán)氧乳液或環(huán)氧化物和封閉異氰酸酯乳液，或以異氰酸酯、聚乙烯亞胺和三羥甲基酚類(lèi)化合物溶液作底涂，再將RFL涂于表層，這可提高芳綸與橡膠的粘合強(qiáng)度。與一浴法相比，經(jīng)二浴法浸漬的粘合活化芳綸長(zhǎng)絲與橡膠的粘合強(qiáng)度較高，且在受潮時(shí)間相同的情況下，經(jīng)烘干，兩種浸漬工藝的纖維絲與橡膠的粘合強(qiáng)度差異更顯著，前者僅為后者的62.6%。這表明用一浴法浸漬的芳綸纖維與橡膠的粘合強(qiáng)度的衰減速率明顯快于用二浴法浸漬的纖維粘合強(qiáng)度［12］。

2.8 三浴法

荷蘭Acordis-Akzo公司和美國(guó)杜邦公司均發(fā)明了用于芳綸粘合處理的三浴法浸漬技術(shù)，在傳統(tǒng)硬化和粘合處理技術(shù)的基礎(chǔ)上再增加專(zhuān)用的酚醛樹(shù)脂為增粘劑的第三浴浸漬液，這樣處理過(guò)的芳綸纖維無(wú)論在粘合性能方面，還是在硬化效果方面都達(dá)到了令人滿(mǎn)意的程度，粘合強(qiáng)度大大高于過(guò)去用二浴法浸漬處理的纖維［12］。

3 復(fù)合簾線(xiàn)在橡膠制品中的應(yīng)用

3.1 輪胎

輪胎在行駛過(guò)程中胎體簾線(xiàn)受到反復(fù)拉伸、壓縮和彎曲等極為復(fù)雜的作用力，這就要求胎體用簾線(xiàn)必須具有高強(qiáng)度、耐屈撓、耐疲勞、耐老化等性能。此外，胎體簾線(xiàn)與橡膠之間不僅應(yīng)具有良好的初始粘合性能，而且在動(dòng)態(tài)、高溫、潮濕的條件下和老化后也應(yīng)保持較好的粘合性能。

3.1.1 胎體簾布層

目前，輪胎設(shè)計(jì)人員正致力于研制能滿(mǎn)足較高功率和較高載荷汽車(chē)所要求的高性能輪胎。為了滿(mǎn)足較高功率和較高載荷汽車(chē)高速行駛的穩(wěn)定性和耐久性要求，已經(jīng)設(shè)計(jì)出了采用2層人造絲胎體簾布層的高性能充氣子午線(xiàn)輪胎。但是，含有2層人造絲胎體簾布層的輪胎會(huì)增加重量。

有文獻(xiàn)提出，采用由芳綸之類(lèi)的高彈性纖維與尼龍的低彈性纖維捻合而成的復(fù)合簾線(xiàn)作為胎體簾布層，在保持高速耐久性和行駛穩(wěn)定性的前提下減輕輪胎重量。

美國(guó)專(zhuān)利US200913962則提出，由1股尼龍46纖維和2股芳綸纖維捻合而成的復(fù)合簾線(xiàn)可消除在芳綸/尼龍復(fù)合簾線(xiàn)中采用尼龍66和尼龍6纖維產(chǎn)生的“平點(diǎn)”現(xiàn)象，而輪胎若產(chǎn)生“平點(diǎn)”會(huì)使輪胎在行駛中產(chǎn)生振動(dòng)［6］。

美國(guó)專(zhuān)利US4389839報(bào)道了芳綸和人造絲復(fù)合簾線(xiàn)在充氣輪胎中的應(yīng)用。據(jù)稱(chēng)，此復(fù)合簾線(xiàn)用在輕載子午線(xiàn)輪胎中只需2層簾布;用在轎車(chē)輪胎中只需1層骨架材料［4］。

鋼絲簾線(xiàn)材料疲勞是由于反復(fù)應(yīng)變和在相鄰金屬絲之間的接觸區(qū)產(chǎn)生磨損造成的。高簾線(xiàn)拉伸會(huì)明顯增加鋼絲之間的接觸壓力，簾線(xiàn)彎曲會(huì)導(dǎo)致鋼絲之間產(chǎn)生相對(duì)位移和相互擠壓，進(jìn)而導(dǎo)致鋼絲嚴(yán)重磨損。從簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，減少簾線(xiàn)磨損的最好方法是減小高拉伸力下的鋼絲間的接觸壓力。通常，橡膠層是介于平行排列的鋼絲之間，不幸的是，并不是所有的鋼絲簾線(xiàn)都“開(kāi)放”得足以讓適量的橡膠滲透到簾線(xiàn)的單絲間的間隙中。因此，需要采取非常規(guī)簾線(xiàn)結(jié)構(gòu)來(lái)減少簾線(xiàn)磨損。由單根鋼絲作芯，外面纏繞一層纖維股線(xiàn)，最外面再纏繞一層鋼絲股線(xiàn)構(gòu)成的復(fù)合簾線(xiàn)，可以防止由于材料疲勞而導(dǎo)致金屬絲增強(qiáng)材料的疲勞性能下降。據(jù)稱(chēng)，這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合簾線(xiàn)可以用于輸送帶、膠管和輪胎，最適用于輪胎的帶束層和胎體簾布層。

目前開(kāi)發(fā)的安全充氣輪胎，多為胎側(cè)增強(qiáng)的安全充氣輪胎。胎側(cè)增強(qiáng)安全充氣輪胎是在胎側(cè)部的胎體簾布層里面配置斷面為新月形的比較硬質(zhì)的增強(qiáng)橡膠層。如果輪胎在行駛中被剌穿漏氣，由增強(qiáng)橡膠增強(qiáng)的胎側(cè)部依靠其固有的剛性支承負(fù)荷，可以以一定的速度行駛一定的距離。這樣，輪胎在漏氣狀態(tài)下行駛會(huì)使胎側(cè)變形進(jìn)一步增大，由于在行駛時(shí)會(huì)承受數(shù)倍的動(dòng)負(fù)荷，所以，胎側(cè)部會(huì)完全被壓扁，且在反復(fù)被壓扁的狀態(tài)下行駛。結(jié)果，夾在輪輞凸緣與填充膠之間的外層膠和胎體簾布層反包部會(huì)由于受壓生熱而熔融，以致輪胎不能繼續(xù)行駛。另外，由于普通的漏氣保用輪胎胎體采用聚酯簾線(xiàn)增強(qiáng)，盡管其耐熱性好，但在漏氣行駛時(shí)會(huì)因屈撓而容易生熱，使輪胎溫度提高，導(dǎo)致簾線(xiàn)與橡膠粘合不好，進(jìn)而產(chǎn)生簾線(xiàn)與橡膠剝離。通過(guò)在胎體簾布層中采用芳綸/尼龍復(fù)合簾線(xiàn)可以獲得乘坐舒適性和耐久性?xún)?yōu)異的安全輪胎。如果采用芳綸/尼龍復(fù)合簾線(xiàn)作為胎體簾布層，由于其在低張力下的彈性模量低，所以可以防止在正常行駛條件下乘坐舒適性下降。在輪胎漏氣情況下，輪胎胎體簾布層承受大的作用力，由于芳綸/尼龍復(fù)合簾線(xiàn)張力增大，芳綸股線(xiàn)突然被拉伸，彈性模量增大，這樣，可以抑制輪胎變形，提高漏氣保用輪胎的耐久性［14］。

3.1.2 帶束層

帶束層是子午線(xiàn)輪胎的主要受力部件，它周期性地承受拉伸、彎曲、剪切等形變應(yīng)力，同時(shí)起箍緊胎體的作用，使輪胎的外直徑不致變大。因此，帶束層簾線(xiàn)應(yīng)具有如下性能:

(1)應(yīng)具有合適的剛度和強(qiáng)度，以提高輪胎的耐磨性能和抗側(cè)滑性能，改善輪胎的安全性和操縱穩(wěn)定性;

(2)具有較好的膠料滲透性和耐腐蝕性，提高帶束層間的粘合強(qiáng)度，使簾線(xiàn)與膠料之間不僅具有較高的初始粘合力，而且老化后粘合力保持率也較高，從而提高輪胎的耐久性能。

如果僅采用芳綸簾線(xiàn)帶束層，會(huì)由于芳綸非常高的定伸應(yīng)力且比重小而不能使輪胎具有足夠的剛度。結(jié)果，芳綸帶束層輪胎的操縱穩(wěn)定性比鋼絲帶束層輪胎的差。另外，由于降低了胎面剛度，輪胎在滾動(dòng)中容易產(chǎn)生變形和振動(dòng)，導(dǎo)致輪胎噪聲增大。為了防止胎面剛度下降，曾提出過(guò)將鋼絲帶束層與芳綸帶束層并用的方法，但采用該法不可避免地會(huì)增加帶束層的厚度和增加輪胎的重量。

據(jù)歐洲專(zhuān)利EP0621143A1介紹，采用復(fù)合簾線(xiàn)作為帶束層的輪胎，可在保持胎面剛度的同時(shí)減輕輪胎的重量。復(fù)合簾線(xiàn)由1股以上芳綸纖維和1股以上鋼絲捻合而成。芳綸股線(xiàn)由芳綸長(zhǎng)絲捻合而成;鋼絲股線(xiàn)由鋼絲單絲構(gòu)成。每根復(fù)合簾線(xiàn)中的所有芳綸的總旦數(shù)最好是800～4 000旦;每根鋼絲的直徑最好是0.17～0.38 mm。采用芳綸/鋼絲復(fù)合簾線(xiàn)帶束層，當(dāng)復(fù)合簾線(xiàn)承受壓縮力時(shí)，該壓縮力由鋼絲股線(xiàn)承受，從而提高胎面剛度和沿壓縮力方向的簾線(xiàn)強(qiáng)度［15］。

3.1.3 冠帶層

冠帶層簾線(xiàn)應(yīng)具有較好的抗沖擊性能和膠料滲透性能，較大的斷裂伸長(zhǎng)率，較強(qiáng)的抗壓縮能力和抗剪切能力，且要求耐疲勞性能好。

在帶束層的外圓周面上配置冠帶層可提高胎面的周向剛度，可以獲得降低道路噪聲的效果。通?？刹捎媚猃埡熅€(xiàn)作為冠帶層的增強(qiáng)簾線(xiàn)。近年來(lái)為了提高增強(qiáng)效果，有人提出采用脂肪族聚酮、聚酯和芳綸等簾線(xiàn)。然而，脂肪族聚酮簾線(xiàn)雖然與橡膠的粘合性好，但其伸長(zhǎng)率小，如果將其配置在胎面中央部位，硫化時(shí)很難隨著胎面膠的膨脹(輪胎徑向膨脹)而膨脹。聚酯簾線(xiàn)的定伸應(yīng)力比尼龍的高，但其增強(qiáng)效果未必充分，從粘合性方面看比尼龍的差。芳綸簾線(xiàn)不僅粘合性差，而且由于其伸長(zhǎng)率小，在硫化時(shí)也很難隨著胎面膠的膨脹而膨脹。

通過(guò)采用脂肪族聚酮纖維和尼龍纖維捻合而成的復(fù)合簾線(xiàn)作為冠帶層，可以獲得與尼龍同等的粘合性，確保輪胎良好的耐久性。這種復(fù)合簾線(xiàn)與尼龍或聚酯簾線(xiàn)相比，由于其高彈性且增強(qiáng)效果好，可降低輪胎的滾動(dòng)阻力和道路噪聲。另外，這種復(fù)合簾線(xiàn)比脂肪族聚酮纖維簾線(xiàn)具有更高的伸長(zhǎng)率，即使將其配置在帶束層中央，也可以隨著胎面膠硫化時(shí)的膨脹而膨脹，防止由于簾線(xiàn)伸長(zhǎng)率低而造成生胎于硫化模內(nèi)膨脹時(shí)拉穿簾線(xiàn)掛膠，進(jìn)而導(dǎo)致輪胎均勻性不良［16］。

法國(guó)米其林輪胎公司在低斷面高性能子午線(xiàn)輪胎［235/35ZR1991Y，225/40ZR18(88～92W，Y)］中將芳綸/尼龍復(fù)合簾線(xiàn)1 100dtex/3(二股芳綸、一股尼龍)用于冠帶層，輪胎滾動(dòng)速度達(dá)到 300 km·h-1［8］。

3.2 齒形帶

膠帶要反復(fù)承受彎曲應(yīng)力從而容易產(chǎn)生屈撓疲勞，致使其性能下降。另外，增強(qiáng)纖維與橡膠基質(zhì)之間會(huì)產(chǎn)生脫層，且增強(qiáng)纖維會(huì)受到磨損，因此，橡膠制品的強(qiáng)度容易降低。為了提供合適的同步傳動(dòng)值，用于汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)曲軸的齒形帶需要較高的尺寸穩(wěn)定性。近年來(lái)，齒形帶不僅用于驅(qū)動(dòng)曲軸，而且還用于輔助驅(qū)動(dòng)壓注泵等，所以，需要高強(qiáng)度和高彈性來(lái)承載高載荷。

采用由一種增強(qiáng)纖維制造的普通橡膠增強(qiáng)簾線(xiàn)是很難平衡強(qiáng)度和屈撓性這二種性能的。例如，聚對(duì)苯撐苯并雙唑(PBO)纖維簾線(xiàn)具有高拉伸強(qiáng)度，但由于其抗壓縮疲勞性能低，所以其屈撓性差，且PBO纖維不能提供足夠的簾線(xiàn)與橡膠之間的粘合性能。用玻璃纖維制造的簾線(xiàn)具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，但受到長(zhǎng)時(shí)間的彎曲時(shí)其強(qiáng)度保持率不足。

美國(guó)一項(xiàng)專(zhuān)利聲稱(chēng)，用較高彈性模量的PBO(聚對(duì)苯撐苯并雙唑)纖維或類(lèi)似纖維長(zhǎng)絲作為芯線(xiàn)，以玻璃纖維或類(lèi)似纖維纏繞芯線(xiàn)構(gòu)成的復(fù)合簾線(xiàn)可對(duì)橡膠進(jìn)行增強(qiáng)，可獲得足夠的強(qiáng)度、優(yōu)異的屈撓疲勞性、出色的橡膠與簾線(xiàn)的粘合性以及尺寸穩(wěn)定性。采用這種簾線(xiàn)制造的齒形帶表明，用復(fù)合簾線(xiàn)增強(qiáng)的齒形帶具有較高的強(qiáng)度、優(yōu)異的屈撓疲勞性、出色的耐久性和尺寸穩(wěn)定性［17］。

3.3 傳動(dòng)帶

日本發(fā)明了適用于傳動(dòng)帶和履帶的復(fù)合簾線(xiàn)。這種復(fù)合簾線(xiàn)由以碳纖維股線(xiàn)為芯線(xiàn)，再用芳綸纖維股線(xiàn)纏繞碳纖維芯線(xiàn)構(gòu)成。據(jù)稱(chēng)，用此種復(fù)合簾線(xiàn)制造傳動(dòng)帶和履帶可提高制品的尺寸穩(wěn)定性和耐屈撓性。原因是采用碳纖維芯材限制了芳綸纖維股線(xiàn)的伸長(zhǎng)，提高了復(fù)合簾線(xiàn)的尺寸穩(wěn)定性;通過(guò)用芳綸纖維股線(xiàn)纏繞碳纖維芯線(xiàn)，可充分利用芳綸纖維優(yōu)良的屈撓性能［10］。

4 結(jié)語(yǔ)

如上所述，復(fù)合簾線(xiàn)有尼龍/聚酯復(fù)合簾線(xiàn)、芳綸/尼龍、聚酯或碳纖維復(fù)合簾線(xiàn)以及鋼絲/合成纖維復(fù)合簾線(xiàn)等。利用各種增強(qiáng)材料制成的復(fù)合簾線(xiàn)可有效利用各種增強(qiáng)材料的優(yōu)點(diǎn)，克服各種簾線(xiàn)的固有缺點(diǎn)，獲得性能較為完善的增強(qiáng)簾線(xiàn)。通過(guò)選用由不同增強(qiáng)材料制成的復(fù)合簾線(xiàn)作為橡膠制品的增強(qiáng)材料，可滿(mǎn)足不同性能要求的橡膠制品。因此，復(fù)合簾線(xiàn)在輪胎等橡膠制品中具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ Kawamura.Kazuhiko，Suzuki.Koji，Nakayasu.Rituo，et al.Tire with nylon-polyester composite reinforcement cords［P］.GB DE FR:EP0 355 822 A2，1990-02-28.

［2］ E R.Barron.Hybrid Tire Cords Containing Kevlar Aramid［J］.Kautschuk Gummi Kunststoffe，1987，(1):130-135.

［3］ Komatsuki，Masato.Pneumatic tyre［P］.Japan:EP0621143A1，1994-10-26.

［4］ Oebele P.Van der Werff.Reinforcement cord for elastomeric articles，shaped articles of reinforced elastomeric material，more particularly pneumatic tires for vehicles，and a process for the manufac-ture of reinforcement cord and a process for the manufacture of vehicle tires［P］.USA:US4389839A.1983-06-28.

［5］ Nguyen，Gia V，Boisflearg D，el a1.Hybrid cord［P］.USA:US6658836.2003-12-O9.

［6］ Makoto Ozaki，Shinya Harikae.PNEUMATIC RADIAL TIRE［P］. Japan:US2009139626A1，2009-06-04.

［7］ Jean-Francois Fritsch， PaulRugraff， Allen Funderburk.HYBRID CABLED CORD AND A METHOD TO MAKE IT ［P］. USA:US2003159768A1，2003-08-28.

［8］ 張清水.芳綸復(fù)合簾線(xiàn)的加工、粘合與應(yīng)用［J］.輪胎工業(yè) 2006，26(10):594-597.

［9］ Gia Van Nguyen，F(xiàn)lorence de Boisfleury，Mustafa Goksoy， etc. HYBRID CORD ［P］.USA:US2002174645A1，2002-11-28.

［10］ 渡邊博佐.ハイブリツドコード［J］.Japan:特開(kāi) 2004-285498，2003-03-20.

［11］ 嚴(yán)志云，劉安華，賈德民.氮?dú)獾入x子體處理對(duì)芳綸與橡膠粘合性能的影響［J］.橡膠工業(yè)，2007，54(8):467-470.

［12］ 廖穎芳，申明霞，蔣林華.改善芳綸與橡膠粘合性能的處理方法［J］.高科技纖維與應(yīng)用，2005，30(3):32-35.

［13］ 嚴(yán)志云，劉安華，賈德民.超聲波處理對(duì)芳綸簾線(xiàn)表面形態(tài)及與膠料粘合性能的影響［J］.橡膠工業(yè)，2004，51(6):325-329.

［14］ 佐藤隆之.空氣入リ安全タイヤ［P］.JPN:特開(kāi)平 11-227427，1998-02-18.

［15］ Komatsuki，Masato.Pneumatic tyre［P］.Japan:EP0621143A1，1994-10-26.

［16］ 由良出.空氣入りラジアルタイヤ［P］.Japan:特開(kāi) 2005-205933，2004-01-20.

［17］ Mitsuharu Akiyama，TakeshiMaeda，Yukinari Okuyama.HYBRID CORD FOR RUBBER REINFORCEMENT AND RUBBER PRODUCT EMPLOYING THE SAME ［P］. Japan:US2004226641A1，2004-11-18.

Hybrid Cord and Its Applications for Rubber Products

LI Han-tang
(Shuguang Rubber Industry Research＆ Design Institute，Guilin 541004，Guangxi，China)

The constructions，adhesion treat and performances of hybrid cords and its applications in the rubber products were summarized.The hybrid cords can be used for carcass ply，belt(breaker)and cap ply of tire and other rubber products.It can improve the dimensional stability and flexural fatigue，reduce product quality，improve cut resistance and delay service life for rubber products.

hybrid cords;construction;adhesion;tires;rubber products;performances

TQ 330.38+9

B

1671-8232(2011)11-0038-07

李漢堂(1950-)，男，廣西平南縣人，副譯審，從事化工信息和期刊編輯工作。

［責(zé)任編輯:張啟躍］

2010-07-28

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