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纤维骨架材料的性能及测试方法张燕轮胎、胶带、压力胶管及其它某些橡胶制品都是由几种化学性质及组织结构不尽相同的材料组合而成的复合体。
简单地讲，凡是非纯胶制品，从使用材料方面看都可以看成是胶料（或热塑性弹性体）与骨架材料的复合体。
骨架材料在橡胶制品中起重要作用。
从某种意义上讲，橡胶制品在结构、制造技术和产品性能方面的进步和新产品的开发都离不开新品种、新结构骨架材料的配合。
骨架材料对橡胶制品的产品性能和工作寿命有决定性作用。
1.纤维骨架材料在橡胶制品中的作用概括地讲骨架材料在橡胶制品中主要起两点作用：（1）承受载荷：轮胎、胶带、胶管等橡胶制品在使用时都要受到载荷作用。
轮胎承受车辆及所载货物的全部载荷；动力传动胶带即V带承受拉力作用，输送带除受到拉力作用外，还要受到所载物料的重力作用；胶管则承受着因传输介质的压力（包括负压）而产生的周向拉力（在负压作用时是压缩力）的作用。
橡胶制品所承受的各种作用力，绝大部分是由骨架材料承担的。
不难想见，没有骨架材料，橡胶制品的承载能力将是何等低下，没有骨架材料，上述三种橡胶制品不可能发展为今天这样的局面。
（2）维持橡胶制品有固定的几何形状，保持橡胶制品的尺寸稳定性：多数橡胶制品在使用时都承受着载荷的作用，橡胶本身是一种高弹性、低模量材料，在外力作用下极易产生变形。
要维持橡胶制品有固定的几何形状并保持橡胶制品的尺寸稳定性就不能不依赖骨架材料的支撑。
其尺寸稳定性决不仅与橡胶制品的外观质量有关，更主要的是它关系到橡胶制品的使用性能。
如果橡胶制品的尺寸稳定性不好，就会劣化其使用性能而达不到最佳工作状态。
对于轮胎来讲，其尺寸稳定性用周长变化和断面宽变化两项指标考核。
周向变形过大易使轮胎产生平点现象即轮胎在车辆停驶期间，由于仍受车辆及货物的重力作用而使接地部位产生失圆（局部变平），影响轮胎的行驶平稳性；断面宽增加量过大，会使并装轮胎间的间隙变小，不利于散热，严重者会造成夹带石块，划伤胎侧。
纤维骨架材料技术讲座第3讲 轮胎用纤维骨架材料的结构与性能(续完)高称意(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039) 中图分类号:TQ330138+9 文献标识码:E 文章编号:10002890X(2001)022*******(接上期)美国联信公司尺寸稳定型聚酯性能见表12。
日本帝人公司轮胎用聚酯帘布性能见表13。
潍坊大龙化纤有限公司聚酯帘布性能见表14和15。
315 维尼纶帘布维尼纶帘布的强度高、尺寸稳定性较好、耐干热性能较好,但耐湿热性能较差。
目前主要用于V带。
维尼纶帘布的物理性能见表16。
表11 中国神马帘子布集团有限公司改性尼龙66帘布的组织规格与性能项 目1400/3F941870/2HF107L 经线密度/[根・(10cm)-1]94107纬线密度/[根・(10cm)-1]10±16幅宽/cm142±210145+0-3匹长/m770(1±2%)770(1±4%)断裂强力/N≥300≥270覆胶量/%410±015510+110-115H抽出力/N≥16617≥12210回潮率/%—≤110表12 美国联信公司尺寸稳定型聚酯浸渍帘布的规格和物理性能规 格 初捻/复捻线密度/dtex断裂强力/N断裂伸长率/%5%定伸应力/(cN・dtex-1)定负荷伸长率/%177℃自由收缩率/%(定负荷伸长率+干热收缩率)/%1W70普通型 1100/2433/43324291491915182107412517919 1100/3358/358356320817151811954185171015 1440/2374/374305418911161411974165119171X30高强型DSP 1100/2433/43323431441114142158315314619 1100/3358/35835442101713182141318317715 1440/2374/37430381881214192155315316711 1670/2358/358351821017131421433183116191X40改进型DSP 1100/2433/43323421221514142148317214611 1100/3358/35835211791314112154315215610 1670/2358/358350019111141221623152176121X50改进型DSP 1100/2480/480—143101417—411117518 1100/3335/3353544213181714—315115510 1670/2335/3353478211111310—410114514A360最新型——120—185——— 注:1)定负荷伸长试验负荷分别为:1100/2 44N;1100/3和1670/2 66N;1440/2 58N。
纤维骨架材料技术讲座第6讲 纤维骨架材料的制造技术(续二)高称意(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039) 中图分类号:TQ330138+9;TQ33612 文献标识码:E 文章编号:10002890X(2001)1220744205(接上期)虽然热固性纤维不存在热收缩,但热处理也可在一定程度上消除加捻和织造过程中出现的捻缩和织缩等现象,并使织物结构稳定下来。
因此,热固性纤维骨架材料浸渍后同样需要进行热处理。
31212 工艺条件纤维骨架材料的浸渍热处理工艺条件包括温度、张力和时间。
(1)温度拉伸温度应选择在纤维材料的软化温度与熔化温度之间,若拉伸温度低于软化温度,则会破坏纤维的分子结构,造成毛丝和原纤化等缺陷,影响成品骨架材料的强度性能。
热定型温度通常选定为与热拉伸温度相同或稍低,相差幅度为10℃左右。
干燥温度不宜过高,否则会造成骨架材料浸渍层表面迅速固化,而内部的浸渍液尚未被烘干,其中的水分或有机溶剂会被汽化并冲破已经形成的浸渍膜,从而破坏浸渍膜的完整性和牢固度,而且若浸渍膜被破坏形成的粉状物落在烘箱内,会增大着火的危险性。
在浸渍热处理时,帘、帆布等重型织物的干燥工艺分两步进行:第一步温度仅比水的沸点高10～20℃;第二步温度比第一步温度高30～40℃,使织物在较低的温度下有充分的时间蒸发水分。
(2)张力在热处理拉伸阶段,对骨架材料施加张力以克服纤维分子的热收缩力,避免纤维大分子收缩卷曲。
通常,拉伸张力宜高于热收缩力,以减小变形、提高模量。
在热定型阶段,张力等于或稍低于热收缩力,以使纤维分子形态稳定,并消除内应力。
(3)时间热处理时间是保证热处理效果的必要条件。
纤维骨架材料在浸渍热处理机烘箱内的行程是一定的,因此,通常根据织物的厚度和经线疏密程度调节其在烘箱内的滞留时间。
31213 设备纤维骨架材料浸渍热处理工艺在浸渍机上进行。
按处理对象区分,浸渍机可分为帘布(亦包括帆布、直经直纬织物等)浸渍机、线绳浸渍机及实验室模拟工艺与配方用单线浸渍机,虽然这3种浸渍机的处理对象不同,但工作原理是相同的。
纤维骨架材料技术讲座第3讲轮胎用纤维骨架材料的结构与
性能(续完)的报告，800字
轮胎用纤维骨架材料的结构与性能是一个非常重要的话题，因此本讲座的第三部分将探讨这一话题。
轮胎用纤维骨架材料一般分为基体材料和增强材料两大类。
基体材料通常是为了改善轮胎的表面外观而制作的，而增强材料则是为了提高轮胎的耐磨性和耐久性而制作的。
具体而言，基体材料可以分为橡胶、涤纶和尼龙等多种类型，具体的种类取决于轮胎的特定用途。
而增强材料除了能改善轮胎的表面外观外，还要抵抗轮胎在使用中出现的内外压力，保持轮胎的稳定性，同时又不会导致轮胎的耐磨性和耐久性下降。
轮胎用纤维骨架材料的结构可以分为两部分：一部分是轮胎内侧区域，在这一区域中，常采用尼龙或聚酰胺纤维织物材料和钢丝或其它合金增强材料作为基体材料，以形成角位置的弹性架构；另一部分是轮胎外侧区域，这一区域的材料种类比较多，常采用尼龙、涤纶、聚酰胺和钢丝等材料，以形成可以抵抗外力的弹性支架结构。
轮胎用纤维骨架材料的性能特点主要有以下几点，其一是强度，这意味着纤维骨架材料要具备足够的强度，以保证轮胎结构的完整性；其二是可靠性，轮胎用纤维骨架材料要具备较高的耐磨性和耐久性，以保证轮胎能够承受较大的外力；其三是耐气候性，轮胎用纤维骨架材料要具备较好的耐候性，以保证轮胎在不同的气候环境中都能正常使用。
本讲座的第三部分结束，就轮胎用纤维骨架材料的结构与性能的相关内容来说，希望大家都有所收获，并能将这些知识运用到实际工作中。
橡胶纤维骨架材料现状及发展1. 引言橡胶纤维骨架材料是一种新兴的材料，具有优异的力学性能和多功能性。
本文将就橡胶纤维骨架材料的现状和发展进行探讨。
2. 橡胶纤维骨架材料的定义橡胶纤维骨架材料是指将橡胶与纤维材料相结合形成的一种复合材料。
橡胶作为基体材料，纤维材料则起到增强和支撑的作用。
2.1 橡胶的特性•具有优异的弹性和韧性•耐磨性好•耐腐蚀性强2.2 纤维材料的特性•高强度•高模量•易加工3. 橡胶纤维骨架材料的应用领域橡胶纤维骨架材料由于其独特的性能，在多个领域得到应用。
3.1 汽车工业•橡胶纤维骨架材料可以用于汽车悬挂系统，提高车辆的舒适性和操控性能。
•可以用于汽车密封件的制造，提高密封性能和耐久性。
3.2 航空航天工业•在航空航天工业中，橡胶纤维骨架材料可以用于制造飞机胎、降落伞等部件，以提高安全性能和耐用性。
•可以用于航天器的隔振和减震，保护载荷设备免受外界震动的干扰。
3.3 建筑工业•橡胶纤维骨架材料可以用于建筑结构的加固，提高抗震能力。
•可以用于建筑隔音材料的制造，改善室内环境。
3.4 医疗领域•在医疗领域中，橡胶纤维骨架材料可以用于制造假肢，提供良好的支撑和舒适性。
•可以用于医疗敷料的制造，具有良好的透气性和吸湿性。
4. 橡胶纤维骨架材料的发展趋势随着科技的不断进步，橡胶纤维骨架材料也在不断发展。
4.1 材料改进•对橡胶材料进行改进，提高强度和韧性。
•研发新型纤维材料，提高增强效果。
4.2 制造工艺改进•提高制造工艺的稳定性和可控性，提高产品质量和产能。
•探索新的制造工艺，降低成本和能源消耗。
4.3 多功能材料的研究•开展多功能橡胶纤维骨架材料的研究，拓展其应用领域。
•将其他功能材料与橡胶纤维骨架材料相结合，实现更多功能。
5. 结论橡胶纤维骨架材料作为一种新兴的材料，在多个领域都有广泛的应用前景。
随着科技的发展，橡胶纤维骨架材料将不断改进和创新，为各个领域带来更多的价值和便利。
纤维骨架材料技术讲座第4讲 管带类橡胶制品用纤维骨架材料的结构与性能(续完)高称意(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039) 中图分类号:TQ330138+9 文献标识码:E 文章编号:10002890X (2001)0620380203(接上期)胶管纱线有3种编织方法:(1)股线或多股束丝并线后经一次加捻而成,像力车轮胎帘线一样,表示方法为XXX (XXXX )×X ,乘号前后数字分别表示束丝线密度(单位为dtex )和股数。
(2)多股束丝经二次加捻而成,像轮胎用帘线一样,表示方法与轮胎帘线相同。
(3)单根棕丝胶管增强线一般用棕丝的断面直径表示。
我国胶管纱线多为聚酯纱线,也有部分维尼纶(牵切纱或短纤纱)、维2棉、维2涤混纺纱,由于生产企业数量众多,但规模很小且分布分散,因此至今未实现标准化。
青岛新飞橡胶厂和吴江富达工业线绳有限公司的小规格芳纶软线绳即可用于胶管中。
国外胶管行业使用的芳纶纱线规格有1100×1,1680×1,1680×2,1680/2,1100/2和3360×1等。
日本帝人公司和德国米勒公司、F +W 公司胶管纱线的规格和物理性能见表41～43。
表41 日本帝人公司聚酯胶管纱线的规格和物理性能项 目 S503R 活化低收缩丝 P900M 普通高强低伸长丝 1100×11670×11100×21100×31670×21100/21100/31670×21670/31670/2×21670/2×3捻度/[捻・(10cm )-1] 初捻10±110±110±110±110±125252525211514 复捻—————25252525211514断裂强力/N 平均771411810153192261422614166162401124011339114581670416 最低631710010132131961019610——————定负荷伸长率/%410615415415415315410410511510512(1916N )(44N )(44N )(66N )(66N )(44N )(66N )(66N )(100N )(133N )(200N )断裂伸长率/%16151715171517101710151917141714171920192210粘合强度/(kN ・m -1) 平均39125818681688128812139161811318113166162151626416 最低29143912491068166816——————细度/mm 01290134014201530153015601670167018111021125干热收缩率/% 平均112112112115115315319319413415411 最高117117117210210—————— 注:1)S503R 纱线定负荷伸长率公差为±1%,初捻捻向为S ;2)括号内数据为定负荷。
橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY108第71卷第2期Vol.71 No.22024年2月F e b .2024芳纶短纤维对天然橡胶胶料性能的影响邱 健 ，蒋超杰，严 刚，李文超，葛孚宇，高 浩，李 利*（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）摘要：基于轮胎胎面胶配方，研究芳纶短纤维用量和长度对天然橡胶（NR ）胶料性能的影响。
结果表明：当芳纶短纤维长度为3 mm 时，芳纶短纤维用量为2份的胶料的Payne 效应最弱，硫化胶的拉伸强度最大，定伸应力和撕裂强度较大，耐磨性能和抗湿滑性能最好；当芳纶短纤维用量为2份时，芳纶短纤维长度为2 mm 的胶料的Payne 效应最弱，硫化胶的定伸应力和拉伸强度最大，芳纶短纤维长度为3 mm 的硫化胶的定伸应力和拉伸强度较大，撕裂强度最大，综合性能最好。
关键词：芳纶短纤维；天然橡胶；物理性能；动态力学性能中图分类号：TQ330.38＋3 文章编号：1000-890X （2024）02-0108-07文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2024.02.0108短纤维分为很多种类，在轮胎中的应用种类最多，不同种类的短纤维在轮胎胎面胶中的应用在各大轮胎企业得到了广泛的研究，结果表明加入短纤维可以显著提升胎面胶的性能。
芳纶短纤维具有高强度、抗拉伸、耐高温、优异的抗切割和耐化学腐蚀性能，现阶段芳纶短纤维应用的主要研究方向是将芳纶短纤维加入到轮胎胎面胶中以提高胎面胶的拉伸性能和耐磨性能，降低滚动阻力。
A.L.WALKER 等[1]在工程机械轮胎胎面胶中加入质量分数为2.5%的纤维素短纤维，胎面胶的耐磨性能提高，与未添加纤维素短纤维的胎面胶的轮胎相比，添加纤维素短纤维的胎面胶的轮胎的使用寿命延长80%。
R ．DATTA 等[2]在载重轮胎胎面胶中加入了芳纶短纤维，胎面胶的抗切割性能和抗撕裂性能增强，生热降低，动态力学性能提高。
纤维骨架材料技术讲座第5讲 纤维骨架材料对橡胶制品性能的影响(续完)高称意(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039) 中图分类号:TQ330138+9;TQ33612 文献标识码:E 文章编号:10002890X(2001)0920572203(接上期) 温度越高、作用时间越长,纤维骨架材料的断裂强度损失越大;反之亦然。
150℃以下,轮胎帘线受热后强度损失由小到大的顺序是:聚酯<芳纶<棉纤维<人造丝<尼龙<维尼纶;在160℃以上,芳纶的耐热性最好。
1116 耐化学品作用性能在化学品作用下,纤维骨架材料的物理性能会出现不同程度的降低,表现为断裂强度及断裂伸长率下降以及在溶剂中溶胀、溶解等。
对纤维骨架材料有侵害作用的化学品包括酸、碱、盐及各种有机溶剂。
在进行胶料配方设计时,应密切关注各种组分对纤维骨架材料的侵害作用,如聚酯纤维受氨作用后产生氨解,断裂强度下降,因此应选用不含氨类物质的硫化促进剂。
1117 耐候性纤维骨架材料的耐候性是指抵抗因日光及在大气中长期暴露产生不同程度性能下降的能力。
帘线性能下降表现为断裂强度和断裂伸长率下降,下降的程度除与材料固有特性有关外,还与照射强度、时间、光线波长等因素有关。
对纤维骨架材料性能有破坏作用的光线主要是波长为25317～36514nm的紫外光。
纤维骨架材料的耐候性如表5所示。
为改善纤维骨架材料的耐候性,可以在纺丝时加入防老化剂或光稳定剂。
在骨架材料制造及使用过程中,应注意原料、半成品及成品的表5 纤维骨架材料的耐候性纤维骨架材料日照时间/h强度损失/%棉纤维94050人造丝90050尼龙20036聚酯60060芳纶优优维尼纶5001711包装,如帘布、帆布、线绳等包装中都有黑色PVC薄膜就是为避免日光照射。
骨架材料被打开包装后应尽快使用,使用不完时应闭光保存。
日照对纤维骨架材料的强度和粘合强度均有明显的影响。
2 纤维骨架材料对胶带性能的影响211 动力传动带提高动力传动带品质和使用性能的关键是提高其强度并保持尺寸稳定性,这与骨架材料的性能密切相关。
纤维骨架材料技术讲座第2讲 纤维骨架材料的分类和性能高称意(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039) 中图分类号:TQ330138+9 文献标识码:E 文章编号:10002890X(2000)11206952061 纤维骨架材料的分类111 按骨架材料所用的纺织材料分类11111 天然纤维天然纤维是指植物、动物所产的纤维及无机矿物纤维或由无机材料抽成的可用作纺织材料的细丝。
目前,骨架材料用植物纤维只有棉纤维,过去曾用麻纤维(亚麻或苎麻)的纱线作胶管的增强纱,但由于经过深加工后麻纤维可制成中、高档的服装面料,加之资源丰富和物美价廉的合成纤维已出现,因此现在已不再使用麻纤维。
动物纤维系蛋白质纤维,是高档服装面料的纺织材料。
在橡胶制品中,除某些机械专用部件中有用到毛毡外,一般不用动物纤维作骨架材料。
骨架材料用矿物纤维只有玻璃纤维。
11112 化学纤维化学纤维是指天然或合成高分子聚合物经人工化学处理与纺丝加工而成的纤维。
化学纤维按原料来源及相应的加工处理方法可分为人造纤维与合成纤维两大类。
人造纤维是以天然含纤维素的物质,如木材、棉短绒等材料,经化学处理与纺丝加工而制成的纤维,因此又称为天然纤维素再生纤维。
骨架材料中的人造丝纤维就是人造纤维。
合成纤维是指以煤、石油、天然气和农副产品等天然低分子有机物为原料,经一系列的化学反应合成为高分子聚合物,再经不同的纺丝工艺而制成的纤维。
现在橡胶制品骨架材料用纺织材料中,化学纤维已占绝对优势。
合成纤维还可以按不同的特定条件进行分类。
通常按合成纤维的分子结构分为碳链纤维和杂链纤维两类,前者包括维尼纶和丙纶(即聚丙烯纤维,由于其耐热性不好、熔点低,因此不用于制造骨架材料,但它是织造橡胶工业用垫布的理想材料);后者包括尼龙6、尼龙66(脂肪族聚酰胺纤维)、聚酯(聚芳酯纤维)和芳纶(芳香族聚酰胺纤维)。
按材料在高温下的热行为还可将纤维分为热塑性纤维和热固性纤维。
热塑性纤维有一定的熔限(因高分子材料聚合度不同,熔点不像低分子材料那样固定,而是有一个不大的温度范围),在一定的温度下会剧烈收缩、熔化。
纤维骨架材料技术讲座第5讲 纤维骨架材料对橡胶制品性能的影响(续一)高称意(北京橡胶工业研究设计院,北京 100039) 中图分类号:TQ330138+9;TQ33612 文献标识码:E 文章编号:10002890X (2001)0820507205(接上期) 胶管两端被固定于方向互相垂直的实心主动轴和空心从动轴上,空心从动轴与一气泵相通,以给胶管充气。
试验时,胶管被弯成90°并转动,帘线经历拉伸2压缩的交替作用。
这种试验方法用于测试帘线的耐拉伸2压缩疲劳性能。
考核的内容包括:①比较帘线由于疲劳作用而损坏(胶管爆破)的试验周次(试验机主动轴转动总转数);②在主动轴转数一定的条件下,测试帘线的强力保持率。
在试验过程中,测试胶管弯曲部位的温度亦可从生热角度考察被测帘线的耐疲劳性能。
(2)U 1S 1胶管试验U 1S 1胶管试验的基本原理与Mallory 胶管试验基本相同,也是测试帘线的耐拉伸2压缩疲劳性能,不同之处在于U 1S 1胶管试验机的主动轴与气泵中心轴线处于直线状态,不直接带动胶管而是带动一个转盘,被测胶管被固定在转盘的边缘。
试验时,主动轴旋转带动转盘,进而带动胶管旋转。
其试验装置见图5。
图5 U 1S 1胶管疲劳试验装置 采用U 1S 1胶管疲劳试验机测试帘线耐疲劳性能的考核内容与Mallory 胶管试验相同,也可通过测试帘线温度的升高情况,对其力学滞后性能进行评价。
(3)固特里奇盘形疲劳试验固特里奇盘形疲劳试验的试样是矩形橡胶试样,中间夹有沿矩形长边方向平行排列的被测帘线。
这种试验是测试帘线的拉伸2压缩疲劳性能,其中心是两块倾斜的盘,盘的中心分别与主动轴和从动轴相连,主动轴与从动轴的轴线不在同一条直线而是互成一定角度。
由于两根转动轴呈折线排列,因此当主动轴转动时带动盘一起转动,且两块盘在通过上、下位置时的间距不同,从而对试样施加拉伸和压缩作用。
试验装置见图6。
图6 固特里奇盘形疲劳试验装置试验时,将试样的两条短边分别固定在两个盘上,胶片内的被测帘线随试验机每转动一周要经历拉伸和压缩的交替作用,疲劳方式与前述两种试验方法相同。
这种试验方法的试验条件并不像前两种试验那样苛刻(帘线被弯曲,胶管充内压),被测帘线不易断裂损坏,通常以疲劳试验后胶样中帘线的强力保持率评价帘线的耐疲劳性能。
(4)费尔斯通压缩2屈挠疲劳试验费尔斯通压缩2屈挠疲劳试验主要用于测试帘线的耐压缩2屈挠疲劳性能,试验装置见图7。
试验的试样为由两层平行排列帘线组成的外覆橡胶的带状试样,其中一层帘线为被测帘线,另一层为钢丝帘线。
试验原理是将试样绕过一根轴并将两端固定,由于试验载荷下钢丝帘线不能被拉伸,而使橡胶层和被测帘线处于被压缩状态。
图7 费尔斯通压缩疲劳试验装置(5)登录普疲劳试验登录普疲劳试验主要用于测试帘线的耐拉伸2屈挠疲劳性能,其试验装置见图8。
试样为环形橡胶2帘线复合材料试样,内有5层包覆了橡胶的帘线,从内层起的第2和5层帘线为被测帘线。
在试验时,环形试样在主动轮与从动轮间被拉伸,一段给定的时间之后,取出被测帘线,并测试其剩余强力,以考核帘线的耐疲劳性能。
(6)德墨西亚屈挠疲劳试验德墨西亚屈挠疲劳试验的试样是被测帘线沿长轴方向平行排列的橡胶块,其两端固定于试验机上。
以试验后被测帘线的强力保持率考察帘线的耐屈挠疲劳性能。
德墨西亚屈挠疲劳试验装置见图9。
图8 登录普疲劳试验装置图9 德墨西亚屈挠疲劳试验装置帘线耐疲劳性能的实质是其高聚物结构(热固性还是热塑性纤维、刚性分子链还是柔性分子链)、粘弹性(滞后性)等性能在动态作用下的综合反映,对轮胎的耐久性有直接影响。
轮胎不同部位帘线的耐疲劳损坏性能不同,疲劳后内层帘线的强力损失比外层帘线容易出现;胎侧较柔软部位帘线的强力损失程度比胎冠硬挺部位帘线更大。
轮胎内尼龙帘线的强力损失受轮胎旋转方向和帘布交叉方向的影响,因此,尼龙斜交轮胎两个胎侧内帘线的强力损失速率明显不同,承受载荷的尼龙帘线强力损失率高于承受拖拽作用的帘线。
帘线的耐疲劳性能是纤维材料的固有特性,由分子结构决定:分子链柔性越强,耐疲劳性越好;分子链刚性越强,耐疲劳性越差。
通常可以通过调节纤维单丝的线密度和捻度改善帘线的耐疲劳性能。
原则是:耐疲劳性能较好的纤维(如尼龙),其单丝线密度可大些;耐疲劳性能差的纤维(如芳纶、人造丝),应降低其单丝线密度。
帘线用纤维单丝的线密度分别为:尼龙 617dtex;人造丝 1114～1183dtex;芳纶 1168dtex;聚酯纤维 510～516dtex。
近年来,纤维制造商开发出了单丝线密度为313 dtex的聚酯束丝,以进一步改善聚酯帘线的耐疲劳性能。
在一定范围内,提高捻度可以改善帘线的耐疲劳性能,因此,耐疲劳性能好的纤维加工成帘线时,捻度可稍低,而耐疲劳性能差的纤维加工成帘线时,捻度应较高。
114 弯曲刚度帘线在弯曲作用下的弹性模量与断面惯性矩的乘积为弯曲刚度,它对轮胎的胎面磨耗、操纵性能及滚动阻力有影响,帘线的弯曲刚度越大,表明其抗弯曲性能越好。
为便于比较,将线密度为1tex的纤维材料弯曲刚度定义为相对弯曲刚度。
常用纤维材料的相对弯曲刚度(10-7N・cm2)为:人造丝 3112,聚酯 5812,维尼纶 2914,尼龙6 1312,尼龙66 1318。
115 压缩性能行驶中轮胎内的帘线抵抗轴向和横向压缩作用的能力用压缩模量表征。
帘线的压缩模量远小于拉伸模量,因此帘线受到弯曲扭转压缩应力的破坏作用远大于拉伸应力的作用。
帘线的压缩模量与轮胎胎面磨耗和操纵性能有直接关系。
116 耐冲击性能高速行驶中的轮胎会受到冲击作用,使帘线遭到破坏引起轮胎的损坏。
帘线的耐冲击性能是其断裂强度、拉伸变形量与断裂功等性能的综合反映,实验室模拟冲击试验就是通过以极快的应变速率检测帘线的力学性能来评价其耐冲击性能。
帘线的耐冲击性能也是纤维分子结构的表现,在宏观物理性能方面,帘线的断裂功可以较全面地反映其耐冲击性能。
帘线在高温、高速状态下的变形量、断裂强力和断裂功等物理性能与常温、低速条件下的性能大不相同。
在低应变速率条件下,尼龙帘线的断裂功最大;在高应变速率条件下,则是聚酯帘线的断裂功最大。
117 捻度帘线的捻度可用单位长度内的捻回次数表征。
不同线密度帘线或线绳间的捻度不可比,为此引入捻角概念———即束丝或股线因加捻而呈螺旋爬升状,爬升方向相对于帘线或股线轴的夹角即为捻角,捻角相同的帘线或股线的加捻程度相同。
在实际工作中,测定捻角比较困难,因此又引入捻系数概念,利用捻系数就可对同种材料、不同线密度的股线或帘线和不同纤维材料的股线或帘线的加捻程度进行对比,捻系数相同表示加捻程度相同。
帘线加捻后,纤维由伸直排列变为对帘线轴向有倾角,帘线的长度较束丝的长度缩短,称为捻缩。
这种捻缩在帘线受到外力作用时会伸长,因此加捻后帘线的断裂伸长率较束丝大。
帘线在加捻过程中,束丝或初捻股线受到加捻张力的作用产生伸长变形,外层纤维受到的张力较内层纤维大,产生的伸长变形也比内层纤维大,使束丝的纤维间或组成帘线的股线间产生向心压力。
随着捻度的增大,线的密实程度加大,帘线的物理性能亦随之改变,断裂强力增大(在一定的捻度范围内),硬度、耐冲击性能和耐疲劳性能提高。
加捻方向分为S和Z向,单股帘线多为Z 向,经2次加捻制成的双股或3股帘线多采用初捻为Z向、复捻为S向,有些3次加捻制成的帘线,如棉帘线、维尼纶帘线、芳纶帘线及线绳要经过束丝加捻、股线加捻、帘线或线绳加捻3道工艺才能完成,多采用Z2S2Z向的加捻方式,这种帘线的结构和捻度均较为稳定。
捻度对帘线或线绳的性能有很大影响。
一般,随捻度增大,帘线(或线绳)的断裂强力、初始模量、耐往复拉伸疲劳性能下降,断裂伸长率、断裂功和耐压缩疲劳性能则提高。
分子链刚性越大的纤维(如芳纶、聚酯、人造丝)越应取较大捻度,而对柔性分子链的纤维(如尼龙、维尼纶)应取相对低的捻度。
芳纶、聚酯、人造丝帘线通常为对称捻度,而尼龙、维尼纶帘线为非对称捻度。
118 断裂强度帘线的断裂强度与轮胎胎体强度直接相关,决定了轮胎的安全性、使用寿命和耐久性。
在胎体强度相同的条件下,采用断裂强度高的帘线可以减小帘线用量和胎体厚度,有利于轮胎散热和实现轻量化。
由于帘线由多根纤维单丝组成,每根单丝的横截面积很小,不易测量,因此帘线的强度不采用绝对强度单位(如Pa)表示,而采用相对强度单位表示,即帘线横截面积采用相对面积单位———dtex表示。
通过计算得出的1dtex纤维的断面直径和截面面积见表4,其中断面直径或截面面积是其当量断面直径或当量截面面积而不是表观断面直径或表观截面面积。
帘线的断裂强度主要由材料种类决定,捻度、浸渍热处理条件等对帘线的断裂强度亦有影响。
表4 轮胎帘线的断面直径和截面面积材 料断面直径/(m・dtex-1)截面面积/(m2・dtex-1)棉、人造丝9115×10-66158×10-11聚酯9161×10-67125×10-11 PEN9167×10-67154×10-11尼龙1106×10-58178×10-11芳纶9147×10-67104×10-11维尼纶9197×10-67181×10-11 注:PEN为对萘二甲酸乙二醇酯纤维。
119 断裂伸长率及定负荷伸长率断裂伸长率及定负荷伸长率是表征帘线在拉伸应力作用下变形行为的两个指标,主要取决于纤维材料种类:热固性纤维的断裂伸长率及定负荷伸长率低于热塑性纤维;刚性分子链纤维的断裂伸长率及定负荷伸长率低于柔性分子链纤维。
捻度、加捻工艺、浸渍热处理条件等对帘线的断裂伸长率及定负荷伸长率也有一定影响。
1110 初始模量帘线初始模量定义为帘线受到拉伸力作用时,伸长为原标距1%时的应力,即应力2应变曲线上原点与1%变形对应点间连线的斜率。
美国材料试验学会标准(ASTM)中对芳纶束丝及帘线初始模量的求法有专门的规定,仍采用两点法,只是两个点的选取方法不同于其它纤维。
帘线的初始模量是其抵抗小变形能力的表征参数,是帘线(或纤维)尺寸稳定性的一个质量指标。
初始模量高,则表明帘线承受同样拉伸力作用下的变形较小或帘线产生一定变形所需施加的应力较大。
帘线的初始模量由纤维材料的强度和变形性能综合决定,帘线浸渍热处理工艺参数也对初始模量有影响。
1111 断裂功和断裂比功帘线的断裂功指帘线在被拉伸过程中外力拉断帘线对帘线所做的功,即帘线在被拉伸至断裂过程中吸收的能量,在数值上等于其应力2应变曲线与横轴形成的图形的面积,主要取决于帘线的强伸性能———强度与变形性能,也与帘线的长度、线密度成正比。
为便于相互比较,引入了断裂比功的概念,即单位长度、单位线密度帘线的断裂功。
