高性能輪胎用對位芳綸橡膠骨架材料的開發(fā)

李志武 劉希華 張玉友 陳 山 李瑞智

山東海龍博萊特化纖有限責(zé)任公司，山東 濰坊262100

對位芳綸學(xué)名“聚對苯二甲酰對苯二胺纖維”，簡稱PPTA纖維[1]，其最突出的性能是高強(qiáng)度、高模量，以及耐熱性能出色，同時還具有適當(dāng)?shù)捻g性可供紡織加工。標(biāo)準(zhǔn)對位芳綸的比強(qiáng)度是鋼絲的6～7倍[2]、玻纖的3倍、高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的2倍[3]；其拉伸模量是鋼絲的3倍、玻纖的2倍、高強(qiáng)尼龍工業(yè)絲的10倍；其在200 ℃的條件下經(jīng)歷100 h后，仍能保持原強(qiáng)度的75%，在160 ℃的條件下經(jīng)歷500 h 后，仍能保持原強(qiáng)度的95%。據(jù)此，對位芳綸大多被用作輕質(zhì)、耐熱的紡織結(jié)構(gòu)材料或復(fù)合結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料，但對位芳綸也存在一些缺點(diǎn)，如壓縮強(qiáng)度和壓縮模量較低、耐潮濕和耐紫外輻射性差、纖維表面與基體黏合性差等。

隨著國內(nèi)公司開始批量生產(chǎn)對位芳綸后，其價格有了大幅度的降低，這對高性能對位芳綸橡膠骨架材料的開發(fā)和應(yīng)用起到了一定的促進(jìn)作用，且隨著輪胎行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與需求擴(kuò)大，高性能輪胎用對位芳綸橡膠骨架材料的用量迅速增加。

目前，山東海龍博萊特公司密切配合橡膠工業(yè)對新材料的需求，以對位芳綸原材料為基礎(chǔ)，開發(fā)并生產(chǎn)了一系列高性能輪胎用對位芳綸橡膠骨架材料——對位芳綸浸膠簾子布、對位芳綸復(fù)合浸膠簾子布、對位芳綸防刺割布等。

1 對位芳綸浸膠簾子布

工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，對位芳綸浸膠簾子布用量很大。國內(nèi)方面，近年隨著對位芳綸價格的下跌、對位芳綸骨架材料生產(chǎn)裝備及技術(shù)水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量日趨成熟，對位芳綸浸膠簾子布的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。如今，對位芳綸浸膠簾子布已成為賽車輪胎等高性能輪胎的橡膠骨架材料。

1.1 對位芳綸浸膠簾子布制備技術(shù)

采用捻織-浸膠工藝制備對位芳綸浸膠簾子布，具體為：先采用CC3型直捻機(jī)(德國Allma公司)和AWSR 4/E型高速噴氣織布機(jī)(德國Dornier公司)，制備經(jīng)線分布均勻且?guī)缀鯚o織造強(qiáng)力損失的簾子布；再采用雙浴法浸膠機(jī)(美國Litzler公司)對簾子布進(jìn)行浸膠處理。

鑒于對位芳綸的化學(xué)惰性，其采用常規(guī)的滌綸浸膠配方不能達(dá)到理想的浸膠效果，只有采用針對對位芳綸簾子布研發(fā)的浸膠配方和浸膠生產(chǎn)工藝，才可使對位芳綸簾子布在獲得良好黏合性能的同時具有高斷裂強(qiáng)力、高尺寸穩(wěn)定性等性能。另外，專門開發(fā)的黑色浸膠配方，可有效彌補(bǔ)對位芳綸材料抗紫外線能力較差的不足。

1.2 芳綸簾線主要技術(shù)指標(biāo)

表1以1 670 dtex×2(即2根1 670 dtex的原絲捻線而成)的對位芳綸簾線為例展示了其技術(shù)指標(biāo)測試值。

表1 對位芳綸簾線技術(shù)指標(biāo)測試值

從表1可以看出，對位芳綸簾線具有高斷裂強(qiáng)力和高尺寸穩(wěn)定性，通過專用膠液處理后可與橡膠具有較好的黏合性能。

2 對位芳綸復(fù)合浸膠簾子布

由于對位芳綸具有剛度大、斷裂伸長率小的弱點(diǎn)，故生產(chǎn)出的對位芳綸簾子布在耐疲勞性和抗壓縮性方面相對較差。

對位芳綸復(fù)合簾線具有極大的發(fā)展空間[4]。通過將對位芳綸與錦綸66工業(yè)長絲或滌綸搭配使用，研發(fā)出對位芳綸復(fù)合簾子布，既彌補(bǔ)了上述不足，又降低了浸膠簾子布的原料成本(對位芳綸的價格約是錦綸66的8倍、滌綸的22倍)。對位芳綸復(fù)合浸膠簾子布兼具高模量、高強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性，以及耐疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn),是航空輪胎用優(yōu)異的纖維骨架材料[5]。

2.1 對位芳綸復(fù)合簾子布制備技術(shù)

與對位芳綸簾子布的生產(chǎn)不同，對位芳綸復(fù)合簾子布的生產(chǎn)需用到環(huán)錠捻線機(jī)，如FA726型、FA727型捻線機(jī)(中國宜昌紡機(jī))。這是因為對位芳綸復(fù)合簾子布采用高模低縮(HMLS)滌綸或錦綸66 與對位芳綸配伍，故采用了不同于一般簾子布的加捻設(shè)計。該產(chǎn)品的設(shè)計思路是引入有駁于傳統(tǒng)紡織理論的“初捻絲非對稱配置”和“藤捻加捻”的設(shè)計方法，實(shí)現(xiàn)了兩種不同伸長性能的工業(yè)絲在對位芳綸復(fù)合簾子布中幾乎同時斷裂的目的，以改善簾子布的耐疲勞性和對橡膠的黏合性能。

2.2 對位芳綸復(fù)合簾線主要技術(shù)指標(biāo)

表2以對位芳綸/錦綸66復(fù)合簾線(對位芳綸1 670 dtex×2 +錦綸66 2 100 dtex×1)為例展示了其技術(shù)指標(biāo)測試值。

表2 對位芳綸/錦綸66復(fù)合簾線技術(shù)指標(biāo)測試值

從表2可以看出，對位芳綸/錦綸66復(fù)合簾線具有對位芳綸簾線高模高強(qiáng)的性能，同時斷裂伸長率提高，與橡膠的黏合性能也有了很大的改進(jìn)。

圖1展示了幾種常見的簾線和KEVLAR復(fù)合簾線的拉伸性能，對應(yīng)的具體數(shù)據(jù)見表3。

圖1 幾種常見的簾線和KEVLAR復(fù)合簾線的拉伸性能

表3 幾種常見的簾線和KEVLAR復(fù)合簾線的拉伸性能數(shù)據(jù)

從圖1及表3可以看出：KEVLAR/錦綸66復(fù)合簾線具有KEVLAR簾線的高強(qiáng)力；KEVLAR與錦綸66 或HMLS滌綸配伍后，斷裂伸長率有了很大的提升。

3 對位芳綸防刺割布

對位芳綸防刺割布利用對位芳綸高強(qiáng)度的性能優(yōu)點(diǎn)，以對位芳綸捻線作為織物的經(jīng)緯線，防刺割性能優(yōu)秀，是山地自行車輪胎用優(yōu)異的骨架材料。

3.1 對位芳綸防刺割布制備技術(shù)

對位芳綸防刺割布采用低密度和低線密度設(shè)計，采用FA726型環(huán)錠捻線機(jī)捻線，采用PTS 4/S型劍桿織機(jī)(德國Dornier公司)織造，所得織物呈網(wǎng)格狀，再采用CCB-3H-1S-2D-V20型浸膠機(jī)(德國Benninger)進(jìn)行浸膠處理。當(dāng)最終所得織物用于輪胎制造時，骨架材料兩面的膠料可相互滲透并接觸，實(shí)現(xiàn)了與橡膠的良好浸潤。

3.2 對位芳綸防刺割布主要技術(shù)指標(biāo)

表4以對位芳綸防刺割布[規(guī)格75 根/(10 cm)×75根/(10 cm)]為例展示了其技術(shù)指標(biāo)測試值。

表4 對位芳綸防刺割布技術(shù)指標(biāo)測試值

從表4可以看出，對位芳綸防刺割布經(jīng)緯向都具有較高的斷裂強(qiáng)度，同時與橡膠具有優(yōu)異的黏合性能。

4 結(jié)語

山東海龍博萊特公司作為國內(nèi)研發(fā)橡膠工業(yè)用布的生產(chǎn)單位，已成功開發(fā)出一系列的高性能對位芳綸橡膠骨架材料，并已在賽車輪胎、航空輪胎、山地自行車輪胎等中得到廣泛應(yīng)用，得到了業(yè)界的認(rèn)可。相信伴隨著中國橡膠工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與快速發(fā)展，高性能對位芳綸橡膠骨架材料將邁出新高度。