高性能輪胎用對位芳綸橡膠骨架材料的開發

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任公司，山東 濰坊262100

對位芳綸學名“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度、高模量，以及耐熱性能出色，同時還具有適當的韌性可供紡織加工。標準對位芳綸的比強度是鋼絲的6～7倍[2]、玻纖的3倍、高強尼龍工業絲的2倍[3]；其拉伸模量是鋼絲的3倍、玻纖的2倍、高強尼龍工業絲的10倍；其在200 ℃的條件下經歷100 h后，仍能保持原強度的75%，在160 ℃的條件下經歷500 h 后，仍能保持原強度的95%。據此，對位芳綸大多被用作輕質、耐熱的紡織結構材料或復合結構增強材料，但對位芳綸也存在一些缺點，如壓縮強度和壓縮模量較低、耐潮濕和耐紫外輻射性差、纖維表面與基體黏合性差等。

隨著國內公司開始批量生產對位芳綸后，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和應用起到了一定的促進作用，且隨著輪胎行業的技術進步與需求擴大，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對新材料的需求，以對位芳綸原材料為基礎，開發并生產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

工業發達的國家，對位芳綸浸膠簾子布用量很大。國內方面，近年隨著對位芳綸價格的下跌、對位芳綸骨架材料生產裝備及技術水平的提高，產品質量日趨成熟，對位芳綸浸膠簾子布的技術水平已經達到國際先進水平。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

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(德國Allma公司)和AWSR 4/E型高速噴氣織布機(德國Dornier公司)，制備經線分布均勻且幾乎無織造強力損失的簾子布；再采用雙浴法浸膠機(美國Litzler公司)對簾子布進行浸膠處理。

鑒于對位芳綸的化學惰性，其采用常規的滌綸浸膠配方不能達到理想的浸膠效果，只有采用針對對位芳綸簾子布研發的浸膠配方和浸膠生產工藝，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力、高尺寸穩定性等性能。另外，專門開發的黑色浸膠配方，可有效彌補對位芳綸材料抗紫外線能力較差的不足。

1.2 芳綸簾線主要技術指標

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指標測試值。

表1 對位芳綸簾線技術指標測試值

從表1可以看出，對位芳綸簾線具有高斷裂強力和高尺寸穩定性，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，故生產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。

對位芳綸復合簾線具有極大的發展空間[4]。通過將對位芳綸與錦綸66工業長絲或滌綸搭配使用，研發出對位芳綸復合簾子布，既彌補了上述不足，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)。對位芳綸復合浸膠簾子布兼具高模量、高強度、高熱穩定性，以及耐疲勞性能好等優點,是航空輪胎用優異的纖維骨架材料[5]。

2.1 對位芳綸復合簾子布制備技術

與對位芳綸簾子布的生產不同，對位芳綸復合簾子布的生產需用到環錠捻線機，如FA726型、FA727型捻線機(中國宜昌紡機)。這是因為對位芳綸復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計。該產品的設計思路是引入有駁于傳統紡織理論的“初捻絲非對稱配置”和“藤捻加捻”的設計方法，實現了兩種不同伸長性能的工業絲在對位芳綸復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 對位芳綸復合簾線主要技術指標

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

表2 對位芳綸/錦綸66復合簾線技術指標測試值

從表2可以看出，對位芳綸/錦綸66復合簾線具有對位芳綸簾線高模高強的性能，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。

圖1展示了幾種常見的簾線和KEVLAR復合簾線的拉伸性能，對應的具體數據見表3。

圖1 幾種常見的簾線和KEVLAR復合簾線的拉伸性能

表3 幾種常見的簾線和KEVLAR復合簾線的拉伸性能數據

從圖1及表3可以看出：KEVLAR/錦綸66復合簾線具有KEVLAR簾線的高強力；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度的性能優點，以對位芳綸捻線作為織物的經緯線，防刺割性能優秀，是山地自行車輪胎用優異的骨架材料。

3.1 對位芳綸防刺割布制備技術

對位芳綸防刺割布采用低密度和低線密度設計，采用FA726型環錠捻線機捻線，采用PTS 4/S型劍桿織機(德國Dornier公司)織造，所得織物呈網格狀，再采用CCB-3H-1S-2D-V20型浸膠機(德國Benninger)進行浸膠處理。當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，實現了與橡膠的良好浸潤。

3.2 對位芳綸防刺割布主要技術指標

表4以對位芳綸防刺割布[規格75 根/(10 cm)×75根/(10 cm)]為例展示了其技術指標測試值。

表4 對位芳綸防刺割布技術指標測試值

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

4 結語

山東海龍博萊特公司作為國內研發橡膠工業用布的生產單位，已成功開發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用，得到了業界的認可。相信伴隨著中國橡膠工業的技術進步與快速發展，高性能對位芳綸橡膠骨架材料將邁出新高度。