橡胶骨架材料

橡胶骨架材料
第一节
骨架材料概述
由于橡胶的弹性大，弹性模量较低，在外力作用下极易产生变形。因此很多橡胶制 品都必须用纺织材料或金属材料作骨架，以增加橡胶制品的强度和抗形变的能力。轮 胎、胶管、胶带、胶鞋等绝大多数的橡胶制品都离不开骨架材料。 橡胶制品对骨架材料性能的要求是：强度高、伸长率适当、耐屈挠疲劳和耐热性能 好、吸湿性小以及能与橡胶基质很好地粘合等。
造物网 第六章 橡胶骨架材料 ・ 5$, ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 仅供学习查阅之用
用不产生滞后现象，因此也部分地用于 ! 带、同步传动带。
三、帘
布
帘布与普通的纺织物不同处是经线密度大，纬线密度很稀疏。经线承受制品的全部 负荷，纬线仅起连结经线的作用，并保持经线均匀排列，使其不致于紊乱。 帘布主要用于轮胎和胶带制品中。因此要求帘布具有强度高、耐疲劳、耐冲击、伸 长率尽可能低、耐热稳定性好、与橡胶粘着性好、耐老化及易加工等。橡胶工业中常用 的帘布有棉帘布、粘胶丝帘布、合成纤维帘布和钢丝帘布。在选用帘布时，应依据制品 的结构、使用条件和经济效果综合考虑。 "# 棉帘布 棉帘线的结构用棉纱的细度、每根帘线包含的股数和每股线所含纱的 根数来表示。例如，$%& ’ ( ) $，表示纱的细度为 $% 支，( 表示每股线含 ( 根细度为 $% 支的纱线，$ 表示每根帘线由 $ 股线捻合而成。 棉帘布根据不同的用途分各种规格，用经线的密度和单根经线强度表示，一般是四 ，后两位数字表示 位数字，如 "*+,、"*++、+(-. 等。前两位数表单根帘线的强度（ /01） 。例如 "*,+ 表示单根帘线的强度为 "*/01，每 该帘布每 "*23 距离内的经线密度（根数） "*23 帘布中有经线 ,+ 根。帘布规格的完整表示为 "*,+ ) $%& ’ ( ) $、"*++ ) $%& ’ ( ) $、 +(-. ) $%& ’ ( ) $ 等。 常用的帘布规格如表 . 4 5 所示。 表.45
定者叫湿强度。 ，当外力除去后，在 !回弹率 把纤维拉伸到一定的伸长率（一般为 !" # $" ） %&’ 内形变恢复的程度称回弹率，以百分数（ " ）表示。回弹率越高，纤维的耐疲劳性 能越好。
! "初始弹性模量 是指纤维单位面积上产生单位形变所要的力，用公斤力 ( 毫米 （ )*+,--! ）表示。可见，模量值越大，表明纤维变形越困难。由于纤维的应力 . 应变曲
线仅仅在开始的一段为直线，故初始弹性模量通常采用纤维伸长率为在 /" 时的应力值 表示。 #吸湿率 潮率。 纤维在 !&0 下、相对湿度为 %$" 时，测定的含水量称为吸湿率或称回
橡胶用纤维材料有用于轮胎、胶管等橡胶本身得到补强的材料，以及用于胶鞋和胶 布等制品发挥纤维本来的用途，与橡胶粘合而纤维本身外露共同形成产品的补强材料。 其种类很多，可根据使用目的进行选择。 纤维补强材料的主要作用是支承负荷和保持制品形状，而制品的本质性能则由基质 橡胶（此时的基质一般是粒子分散补强橡胶）承担。 棉纤维是使用最早的补强材料，它与橡胶的粘合性好，作为补强材料和外用材料均 具中等特性。但是，合成纤维是目前的主流，用量最大的轮胎帘线基本都是尼龙或聚酯 （子午胎多用钢丝帘线） 。由于商品要求特性多样化和高度化，适宜于不同产品的纤维材 料要根据其特性及经济性选择。橡胶使用的纤维材料主要有棉纤维、人造丝、聚酰胺纤 维（又称尼龙） 、聚乙烯醇纤维（又称维尼纶） 、聚酯纤维、玻璃纤维、碳纤维、钢丝帘 线等。 表 % . / 是关于各种纤维材料的主要用途。 表%./
造物网 第六章 橡胶骨架材料 ・ 10+ ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 仅供学习查阅之用
第六章
一、纺织纤维的分类、主要性能参数及用途
纺织纤维的种类很多，总起来可分为天然纤维和化学纤维两个大类。
纺织纤维
{
天然纤维— — —如棉、麻、毛、蚕丝、石棉和玻璃丝等 化学纤维
{
人造纤维— — —如粘胶纤维、醋酸纤维和酪素纤维等 合成纤维— — —如锦纶、涤纶和维纶等
纺织纤维的主要性能参数有如下几个。 !细度 "支数 纤维的细度表示纤维粗细的程度，一般用支数或纤度表示。 单位重量的纤维所具有的长度。以每克重纤维的长度（米数）来表示。例
二、主要纤维及其性能
!" 棉纤维 棉纤维在橡胶工业中的用量曾占主要地位，但目前它仅占纤，但延伸度、耐疲劳性及耐热性等较好，而且与橡胶的 粘合比合成纤维容易，因此作为一种常见材料用于特殊用途。 棉纤维是一种天然纤维，其性能依产地而异，此外，在青黄不接时期存在着质量多 少下降的问题，因此要注意其强度。棉纤维用作汽车轮胎帘线现已很少，多用作胶带及 胶管等的骨架材料。此外，还用于布面鞋、聚乙烯基布的凉鞋、化学鞋，以及皮包和雨 具等胶布制品。 %" 粘胶纤维 也称人造丝，使用继棉纤维之后，曾作为橡胶工业用纤维独占鳌头， 但因其成本、强度及耐疲劳性等均处劣势，所以它的地位正在被尼龙代替。但是，由于 子午线轮胎的普及和人造丝尺寸稳定性的提高，人造丝被其它纤维取代的期限得以延 长，欧洲依然将其作为轮胎帘线的主要材料。日本的木材资源比较缺乏，人造丝供给不 足，因此成本高。再有，其重视质量莫过于重视公害，所以不得不迅速转向聚酯纤维。 人造丝的历史已久，此间对其进行过许多技术改进。因此，现在的三超人造丝帘线 的强度为普通人造丝的 !"% & !"’ 倍；耐疲劳性为普通人造丝 !"’ & !"( 倍。超高模数人 造丝帘线是为子午线轮胎开发的，其特性是强度高、延伸率小、结晶性大。人造丝的缺 点是耐水性差，在潮湿季节吸收空气中水分后强度降低，延伸率增大。人造丝被水完全 淋湿时，其强度降低显著，因此，即使部分浸入水的也不可使用。 ’" 聚酰胺纤维 也称尼龙或锦纶，它的强度、韧性及疲劳性优异，价格也较便宜。 因此，作为橡胶工业用纤维它的消耗量最大，约占总消耗量的 )*$ 。特别在轮胎方面， 人造丝的用量从 !+#* 年下半年开始大量使用，到 !+)# 年就居首位。 当前尼龙在轮胎方面发展的原因大概还是强度问题。尼龙的强度约为人造丝的 ’ 倍，而且相对密度小，因此，纤维用量少也可获得较强的结构体。另外，尼龙耐疲劳、 耐冲击性能优异，但缺乏耐热性和尺寸稳定性。关于尼龙的耐热性，通过添加有效的抗 热老化剂可以大大改善，但尺寸稳定性却没有改善。为防止轮胎在行驶中膨胀，对尼龙 帘线进行热伸张是必须的；为了消除热收缩现象，轮胎硫化后充气工序是不可缺的。这 些工序对人造丝来说都是不必要的，因为它会增加轮胎的生产成本，但对尼龙轮胎来 说，它的利益远比付出的代价高。尼龙不能用于子午胎的缓冲层和 , 带等，其原因就 是尼龙的尺寸稳定性差。 用于橡胶工业的尼龙品种有尼龙 ) 和尼龙 ))，日本主要用尼龙 )，而欧美主要用尼 龙 ))。但是，尼龙 )) 的热特性优于尼龙 )。因此，近年来日本也重视发展尼龙 ))。 (" 聚酯纤维 也称涤纶聚酯，是橡胶工业部门使用的主要纤维之一。聚酯的尺寸
纤维名称 棉纤维 人造丝 尼龙 % 尼龙 %% 聚酯 维尼龙 聚芒酰胺 钢丝 玻璃纤维 主
各种纤维的主要用途
要 用 途 体积 , 价格 强度 , 价格、体积、弹性模量 强度 , 价格、韧性 强度 , 价格、韧性 强度 , 价格、弹性模量 强度 , 价格、弹性模量 强度、弹性模量 强度、刚度、弹性模量 强度、刚度、弹性模量 主 要 特 征
造物网 橡胶、塑料技术标准实用手册 ・ !2% ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 仅供学习查阅之用
造物网 橡胶、塑料技术标准实用手册 ・ +0, ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 仅供学习查阅之用
稳定性优于尼龙，而且用于轮胎时不出现偏平点，它是作为轮胎帘线而出现的。聚酯的 耐热、耐水性等也很优异，因此它还用于 ! 带、输送带及胶管类产品。 聚酯的缺点是，它与橡胶的粘合比人造丝和尼龙等都要困难，目前仍然在研究改 善。此外，橡胶中的聚酯纤维在某种条件下会出现水解和加胺分解，结果造成帘线老 化，使强度降低，而降低程度依硫化促进剂和防老剂差异很大，因此要注意。 "# 聚乙烯醇纤维 也称维尼龙或维纶，它以帆布为主广泛用于工业部门。作为橡 胶制品用织物，具有人造丝和尼龙中间性能的长纤维维尼纶多用于输送带帆布的经线， 而其短纤维多用于胶管。 维尼纶的耐候性、耐腐蚀性优异，作为橡胶制品用布，其伸长率也比较适宜，而且 容易与橡胶粘合。但是，维尼纶受热含水时性能变差。因此，用大分散系粘合剂对其进 行处理时，要注意质量因干燥条件不同而极大降低。此外，维尼纶耐磨性很好，可用于 运动鞋及其它鞋的鞋面。 $# 聚芳基酰胺 聚芳基酰胺纤维的强力和弹性都很高，杜邦公司的 %&’()* 是其代 表。聚芳基酰胺纤维的强度为 +#,-.)，初始模数为 $/-.)，与钢丝的 +#0-.)、 +11-.) 和聚酯的 /-.)、+1-.) 等相比较，其性能应说是划时期性的。 聚芳基酰胺纤维的耐热性极为优异，热收缩也比较小，耐屈挠、耐冲击性也很优 秀，适用于子午线轮胎和带束斜交轮胎的缓冲层、帘布层。聚芳基酰胺纤维的价格较 高，但与钢丝帘线竞争还是一种可取的素材。 2# 钢丝 管。 诞生于欧洲的钢丝子午线轮胎，是与伴随高速公路网的完备、汽车性能的提高而要 求高操纵性和经济性相配合的。这种轮胎的需求量在日本和美国均在不断增加。但是， 钢丝子午线轮胎还有许多缺点，即重量大、生产管理困难、不耐坏路面、乘坐舒适性差 及废胎翻新困难等。 今后，预计钢丝会与上述的聚芳基酰胺纤维竞争，但作为具有独特性能的钢丝帘线 素材大概会确保它的地位。 ,# 碳纤维 碳纤维是有机纤维经碳化而得的纤维状碳。碳纤维具有极高的弹性模 量，近年来多用于制作高尔夫球杆、钓鱼竿及航空部件等纤维增强塑料（67.）制品。 碳纤维在橡胶工业中几乎还没有实际使用，但今后它将用于要求低伸长和高尺寸稳 定性的胶带、耐热性胶带、导电性胶带等带类制品。 8# 玻璃纤维 玻璃纤维是直径 " 3 8 5 的细玻璃丝。其强度高，耐热、耐水、耐化 ! 学药品性优异。该纤维的特点是动态屈挠性和耐磨性差。玻璃纤维可用于子午线轮胎及 带束斜交轮胎的缓冲层。此外，玻璃纤维的延伸度很小，尺寸稳定性优异，外力反复作 这是将高碳钢拉拔为约 1#/ 3 1#455 粗的单丝，再经捻合成股的材料。钢 丝的特点是强度大、延伸率和变形小，耐热性优异，因此多用于汽车轮胎、胶带和胶