我國(guó)橡膠工業(yè)用化纖織物骨架材料的研發(fā)及應(yīng)用

李 濤，劉希華，陳 山，李志武

（山東海龍博萊特化纖有限責(zé)任公司，山東 安丘 262100）

纖維骨架材料作為橡膠制品的重要原材料，在很大程度上影響甚至決定著橡膠制品的性能，因此了解和合理選擇橡膠制品的骨架材料尤為重要。目前，在國(guó)內(nèi)以高模低縮聚酯簾布及聚酯、錦綸為代表的化纖浸膠帆布已成為半鋼子午線輪胎和分層帶的主要骨架材料。化纖浸膠簾帆布經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提高的基礎(chǔ)上，大力推行技術(shù)創(chuàng)新，為輪胎及分層帶骨架材料行業(yè)及下游產(chǎn)品不斷帶來(lái)生機(jī)與活力。

本文介紹國(guó)內(nèi)簾帆布行業(yè)近年內(nèi)在化纖浸膠簾帆布開(kāi)發(fā)方面取得的進(jìn)展。

1 輪胎用浸膠簾布的研發(fā)

1.1 高強(qiáng)度高模低縮聚酯簾布的開(kāi)發(fā)及推廣

高強(qiáng)高模低縮聚酯簾布的開(kāi)發(fā)使得簾線減密或減規(guī)格成為可能，目前在子午線輪胎中使用的聚酯簾線骨架材料主要為普強(qiáng)高模低縮聚酯簾線，高強(qiáng)高模低縮聚酯簾線則得到越來(lái)越多的重視與應(yīng)用。與普強(qiáng)高模低縮聚酯簾線相比，高強(qiáng)高模低縮聚酯簾線更具優(yōu)勢(shì)。

將高強(qiáng)高模低縮聚酯簾線用于轎車與輕型載重子午線輪胎，可大幅減小輪胎質(zhì)量。聚酯工業(yè)絲拉伸強(qiáng)度更高，使用更少量的聚酯簾布即可滿足輪胎強(qiáng)度要求。同時(shí)通過(guò)合理的簾線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以降低簾線密度或采用較低線密度規(guī)格的簾線替代，比如原輪胎用簾布規(guī)格為1100dtex/2×100根·dm-1，用高強(qiáng)度簾布可調(diào)整為1100dtex/2×93根·dm-1，調(diào)整后同規(guī)格輪胎簾布質(zhì)量減小7%，以每條輪胎用0.4 kg簾布、簾布市場(chǎng)價(jià)25 000元·t-1計(jì)，每條輪胎簾布成本減少約0.7元，按照年生產(chǎn)800萬(wàn)套輪胎計(jì)算，一年可節(jié)約560萬(wàn)元。

輪胎簾布用量減小，質(zhì)量減小，根據(jù)每條半鋼子午線輪胎中簾布質(zhì)量占輪胎總質(zhì)量的13%計(jì)算，采用高強(qiáng)度簾布可使輪胎質(zhì)量減小約1%，從而降低輪胎滾動(dòng)阻力，減小油耗，降低二氧化碳等尾氣排放量。輪胎輕量化還可降低生熱，提高輪胎使用壽命及翻新性。此外，簾線密度降低或采用低線密度規(guī)格簾線，可降低胎面彎曲剛度，提高輪胎舒適性和抓著性能。

綜上所述，高強(qiáng)度聚酯簾線是滿足綠色輪胎原材料用量減小、輕量化、低滾動(dòng)阻力、低排放、使用壽命延長(zhǎng)、翻新率提高等各項(xiàng)要求的新一代聚酯簾線產(chǎn)品。

高模低縮聚酯簾線產(chǎn)品強(qiáng)度等級(jí)及主要性能參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 高模低縮聚酯簾線主要性能指標(biāo)

1.2 高線密度高模低縮聚酯簾布的開(kāi)發(fā)及推廣

近年來(lái)，應(yīng)越來(lái)越多用戶要求，高線密度高模低縮聚酯簾布，如1670dtex/3，2200dtex/3和3300 dtex/2，正被逐步開(kāi)發(fā)和使用，主要性能見(jiàn)表2。

表2 高線密度高模低縮聚酯簾布主要性能

1.3 低硬度和高附膠量高模低縮聚酯簾布的開(kāi)發(fā)及推廣

因用戶對(duì)簾布產(chǎn)品高附膠量和低硬度的要求不同，對(duì)聚酯簾布采用不同浸膠工藝流程和浸膠配方。

1.3.1 單浴和雙浴處理方式

雙浴工藝流程：一浴→前干燥→熱牽伸→二浴→二干→回復(fù)。雙浴具有附膠量小、顏色淺、線密度小、簾線硬度偏大的特點(diǎn)。附膠量一般為1.5%～3.5%。

單浴工藝流程：?jiǎn)卧　稍铩鸁釥可臁貜?fù)。單浴具有附膠量大、顏色深、線密度大、簾線硬度小的特點(diǎn)。附膠量一般為3.5%～5.5%。

目前市面產(chǎn)品中，大量正常生產(chǎn)的產(chǎn)品是雙浴法聚酯簾布，單浴法聚酯簾布可作為成熟產(chǎn)品向有該類需求的用戶推廣并進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

1.3.2 浸膠配方的改進(jìn)和選擇

通過(guò)對(duì)浸膠預(yù)浸液中環(huán)氧樹(shù)脂和異氰酸酯等進(jìn)行合適比例搭配，對(duì)間苯二酚-甲醛-膠乳（RFL）浸漬液配方中材料含量比例改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出適合雙浴和單浴的浸膠配方，在充分保證粘合力的情況下，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)高模低縮聚酯簾布硬度和附膠量的不同要求。

近年來(lái)針對(duì)用戶不同要求，各廠家對(duì)聚酯預(yù)浸液（參照D417配方開(kāi)發(fā)）用異氰酸酯原材料進(jìn)行了開(kāi)發(fā)應(yīng)用，如己內(nèi)酰胺封閉的MDI（4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯，A材料）、己內(nèi)酰胺和苯酚封閉的MDI（B材料）、間苯二酚或丁酮肟封閉的MDI（C/D材料），采用不同封端基的異氰酸酯材料，可以在保證簾帆布粘合性能的情況下，適當(dāng)降低拉伸區(qū)（反應(yīng)區(qū)）烘箱溫度，從而在一定程度上降低浸膠織物的硬度，對(duì)提高橡膠產(chǎn)品的柔軟性和耐疲勞性能等有明顯效果。A，B和C/D材料活化溫度分別高于220，190和150 ℃。

1.4 高性能芳綸系列簾布的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

近年來(lái)，根據(jù)橡膠行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及用戶要求，各廠家先后成功開(kāi)發(fā)了系列芳綸簾布和芳綸混捻簾布產(chǎn)品，在高性能子午線輪胎及航空輪胎上得到了普遍應(yīng)用及推廣。芳綸混捻簾布通過(guò)芳綸和錦綸66兩種纖維股數(shù)和捻度搭配，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力和模量隨意調(diào)整。芳綸產(chǎn)品主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3和4。

表3 國(guó)內(nèi)某廠芳綸簾布性能指標(biāo)

2 輸送帶用纖維織物的研發(fā)

2.1 重型帆布的系列化開(kāi)發(fā)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)帆布廠家加大對(duì)重型帆布的開(kāi)發(fā)力度，先后完成了EP，NN，EE等所有品種帆布630型以內(nèi)所有規(guī)格的系列化開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，為膠帶減層設(shè)計(jì)提供了保障。EP重型帆布根據(jù)客戶使用要求可按斷斜紋及平紋兩種織物組織進(jìn)行設(shè)計(jì)。斷斜紋織物帆布耐沖擊性優(yōu)異，因曲率偏低（一般在3%左右），要求工作輥筒直徑至少在80 cm以上，適用于大型采礦場(chǎng)合；平紋織物帆布耐沖擊性差，但因曲率較高（一般在5%以上），帶體過(guò)輥筒性能優(yōu)異，可用于普通直徑的工作輥筒場(chǎng)合。

表4 國(guó)內(nèi)某廠芳綸混捻簾布性能指標(biāo)

國(guó)內(nèi)某廠家目前開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的EP重型浸膠帆布性能見(jiàn)表5。

表5 EP重型浸膠帆布性能

2.2 EP/EE帆布物理性能的差異化開(kāi)發(fā)

為了滿足輸送帶在不同應(yīng)用領(lǐng)域、不同使用環(huán)境下的要求，在標(biāo)準(zhǔn)型EP/EE帆布的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)開(kāi)發(fā)，先后開(kāi)發(fā)出高曲型和耐高溫型系列EP/EE帆布，為膠帶的差異化設(shè)計(jì)提供了保障。

2.2.1 高曲型帆布

高曲型帆布通過(guò)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和單獨(dú)浸膠工藝配合達(dá)到提高帆布經(jīng)向曲率（卷曲度）的目的，避免了輸送帶在較小直徑的輥筒上使用時(shí)或膠帶生產(chǎn)過(guò)程中貼膠偏薄的情況下出現(xiàn)彎曲起皺，甚至使用過(guò)程中出現(xiàn)斷帶的現(xiàn)象。

曲率作為帆布的一項(xiàng)物理技術(shù)指標(biāo)，從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始被關(guān)注，尤其對(duì)出口產(chǎn)品加以控制。曲率并非越大越好，且不應(yīng)對(duì)所有規(guī)格帆布以同樣的曲率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。增大曲率需要付出一定代價(jià)，要達(dá)到同樣強(qiáng)力需要增加單位平方米干質(zhì)量，即增加成本，同時(shí)犧牲了帆布的滲膠性能。正常設(shè)計(jì)時(shí)，輕型帆布曲率偏小，這是由于輕型帆布較薄，實(shí)際使用中不需要與重型帆布達(dá)到相同的曲率。因此在確定帆布曲率時(shí)供需雙方需多溝通，以便按照膠帶的實(shí)際需求量身定做，達(dá)到既經(jīng)濟(jì)、又確保質(zhì)量的目的。

國(guó)內(nèi)某廠家開(kāi)發(fā)的高曲率CE帆布性能指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 高曲率CE帆布的性能指標(biāo)

2.2.2 耐高溫型帆布

耐高溫型帆布經(jīng)向選用高性能聚酯工業(yè)絲，采用單獨(dú)浸膠工藝及配方進(jìn)行浸膠處理，主要用作鋼廠、水泥廠等廠家使用的耐高溫輸送帶骨架材料，具有以下特點(diǎn)。

（1）高溫狀態(tài)下收縮率低，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)低收縮及高模低縮帆布，有效解決了輸送帶在惡劣高溫條件下出現(xiàn)荷葉邊的問(wèn)題。

（2）在與橡膠粘合性能方面，具有良好的高溫粘合力及耐老化性能，所生產(chǎn)的輸送帶在高溫狀態(tài)下不易脫層。

（3）布面柔軟，曲率較高，伸長(zhǎng)率較大，所生產(chǎn)的輸送帶過(guò)輥筒時(shí)不易起皺。

（4）應(yīng)用成本低，在正常硫化過(guò)程中帆布基本不收縮，甚至稍有伸長(zhǎng)，帆布用量減小。

國(guó)內(nèi)某廠家開(kāi)發(fā)的耐高溫型帆布與普通型、高曲型帆布性能對(duì)比如表7所示。

表7 普通型、高曲型和耐高溫型EE帆布性能對(duì)比

2.3 芳綸織物的系列化開(kāi)發(fā)

近年來(lái)，伴隨著橡膠工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高性能纖維骨架材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用日漸活躍，特別是芳綸骨架材料正以其獨(dú)特的先進(jìn)性得到越來(lái)越多的重視。

2.3.1 芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布

芳綸材料本身已具備低伸長(zhǎng)、低變形的特點(diǎn)，芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布不發(fā)生彎曲，既強(qiáng)化了其不變形的性能特點(diǎn)，也確保了芳綸強(qiáng)力保持率更高，在一些特定場(chǎng)合成為替代鋼絲的理想骨架材料。芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布將芳綸加捻線作織物主經(jīng)，錦綸66加捻線作織物緯線，編織經(jīng)采用低強(qiáng)高模低縮聚酯工業(yè)絲加捻線。

與高線密度芳綸浸膠簾布相比，芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布應(yīng)用于膠帶更方便操作，同時(shí)兼顧經(jīng)向增強(qiáng)和緯向防撕裂性能，無(wú)需另外增加防撕裂層織物，在膠帶成型時(shí)不需要增加額外的用工。該結(jié)構(gòu)織物在強(qiáng)度級(jí)別不高的情況下有著較多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，且膠帶制品的橫向成槽性較好。

與高線密度芳綸浸膠簾布相比，芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布的膠帶應(yīng)用級(jí)別低1 000 N·mm-1左右，其實(shí)際應(yīng)用級(jí)別最高可達(dá)3 150 N·mm-1。這是由于該結(jié)構(gòu)經(jīng)線與緯線均占用一定的分布空間，而高線密度芳綸浸膠簾布則不存在緯向占用空間的問(wèn)題，因此織物級(jí)別即膠帶級(jí)別相對(duì)較高。但芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布與高線密度芳綸浸膠簾布相比在膠帶生產(chǎn)時(shí)更有利于接頭。

與鋼絲繩相比，芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布用于生產(chǎn)輸送帶具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）同等強(qiáng)力規(guī)格輸送帶質(zhì)量大幅減小，減幅40%～50%；

（2）能耗降低10%左右；

（3）帶輪直徑約減小20%；

（4）輸送帶張緊距離增大70%以上；

（5）接頭數(shù)量減少20%左右。

國(guó)內(nèi)某廠家目前開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的DPP芳綸直經(jīng)直緯浸膠帆布性能如表8所示。

表8 DPP芳綸直經(jīng)直緯帆布性能

2.3.2 芳綸防撕裂布

芳綸防撕裂布將芳綸工業(yè)絲用作織物的緯線，經(jīng)線采用高模低縮聚酯或普通聚酯工業(yè)絲。織物采用經(jīng)向低密度低纖度設(shè)計(jì)，使織物呈現(xiàn)一種比低密度簾布還要稀疏的織物風(fēng)格，這種織物用于膠帶制造時(shí)，可以很好地讓骨架層兩面的膠料相互滲透和接觸，作為膠帶的防撕裂層應(yīng)用于橡膠制品能夠很好地與橡膠結(jié)合，充分發(fā)揮緯向芳綸的防撕裂性能。芳綸防撕裂布應(yīng)用于輸送帶防撕裂層可在實(shí)現(xiàn)防撕裂功能的同時(shí)兼具耐高溫、阻燃、彈性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有同比強(qiáng)度體積小的特點(diǎn)，是任何防撕裂材料所不能具備的。目前較多采用的錦綸和聚酯防撕裂網(wǎng)格布具備防撕裂功能，但在耐高溫性能方面明顯遜于芳綸防撕裂布，且在達(dá)到同等強(qiáng)度的情況下，體積厚度提高2倍以上。

國(guó)內(nèi)某廠家目前開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的芳綸防撕裂布性能見(jiàn)表9。

表9 芳綸防撕裂布性能

2.4 橫向剛性布的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)

近幾年，國(guó)內(nèi)部分簾帆布廠家就剛性布進(jìn)行過(guò)多種開(kāi)發(fā)，根據(jù)不同需求，經(jīng)線主要采用錦綸66纖維，緯線采用斷裂伸長(zhǎng)率小的有機(jī)纖維單絲，目前已形成多品種系列化生產(chǎn)。

橫向剛性布材質(zhì)不同，適用的場(chǎng)合也各不相同。玻璃纖維剛性布適用于耐熱場(chǎng)合，聚酯單絲型剛性布適用于常溫帶剛性層。根據(jù)剛性層要求的高低不同，織物的緯向設(shè)計(jì)也會(huì)有所側(cè)重，在整個(gè)織物設(shè)計(jì)中，經(jīng)向的結(jié)構(gòu)與組織完全服從于緯向剛性的保持和要求。

國(guó)內(nèi)某廠家目前開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的橫向剛性布的性能見(jiàn)表10。

表10 橫向剛性布性能

2.5 寬幅帆布的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

無(wú)論NN還是EP、PP帆布，寬幅化是帆布及膠帶發(fā)展的一個(gè)方向，更符合節(jié)能、高效的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)部分帆布廠家浸膠線能實(shí)現(xiàn)2.54 m（100英寸）浸膠布寬度的成熟生產(chǎn)，可以滿足國(guó)內(nèi)外用戶對(duì)帆布寬幅化的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

化纖浸膠簾帆布在完成質(zhì)量穩(wěn)定期的過(guò)渡后，正進(jìn)入品種差別化、品質(zhì)個(gè)性化的時(shí)代，骨架材料開(kāi)發(fā)與輪胎、管帶制造業(yè)的交流合作是推動(dòng)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的直接動(dòng)力。在簾帆布骨架材料開(kāi)發(fā)的道路上，我國(guó)簾布行業(yè)需始終以適應(yīng)和引導(dǎo)用戶需求為開(kāi)發(fā)原則，并及時(shí)將產(chǎn)品信息通過(guò)可行的方式向橡膠制品行業(yè)傳遞，以期達(dá)到幫助更多橡膠制品研究開(kāi)發(fā)人員了解和選擇合適的纖維骨架材料的目的。