高性能轮胎用对位芳纶橡胶骨架材料的开发

李志武 刘希华 张玉友 陈 山 李瑞智

山东海龙博莱特化纤有限责任公司，山东 潍坊262100

对位芳纶学名“聚对苯二甲酰对苯二胺纤维”，简称PPTA纤维[1]，其最突出的性能是高强度、高模量，以及耐热性能出色，同时还具有适当的韧性可供纺织加工。标准对位芳纶的比强度是钢丝的6～7倍[2]、玻纤的3倍、高强尼龙工业丝的2倍[3]；其拉伸模量是钢丝的3倍、玻纤的2倍、高强尼龙工业丝的10倍；其在200 ℃的条件下经历100 h后，仍能保持原强度的75%，在160 ℃的条件下经历500 h 后，仍能保持原强度的95%。据此，对位芳纶大多被用作轻质、耐热的纺织结构材料或复合结构增强材料，但对位芳纶也存在一些缺点，如压缩强度和压缩模量较低、耐潮湿和耐紫外辐射性差、纤维表面与基体黏合性差等。

随着国内公司开始批量生产对位芳纶后，其价格有了大幅度的降低，这对高性能对位芳纶橡胶骨架材料的开发和应用起到了一定的促进作用，且随着轮胎行业的技术进步与需求扩大，高性能轮胎用对位芳纶橡胶骨架材料的用量迅速增加。

目前，山东海龙博莱特公司密切配合橡胶工业对新材料的需求，以对位芳纶原材料为基础，开发并生产了一系列高性能轮胎用对位芳纶橡胶骨架材料——对位芳纶浸胶帘子布、对位芳纶复合浸胶帘子布、对位芳纶防刺割布等。

1 对位芳纶浸胶帘子布

工业发达的国家，对位芳纶浸胶帘子布用量很大。国内方面，近年随着对位芳纶价格的下跌、对位芳纶骨架材料生产装备及技术水平的提高，产品质量日趋成熟，对位芳纶浸胶帘子布的技术水平已经达到国际先进水平。如今，对位芳纶浸胶帘子布已成为赛车轮胎等高性能轮胎的橡胶骨架材料。

1.1 对位芳纶浸胶帘子布制备技术

采用捻织-浸胶工艺制备对位芳纶浸胶帘子布，具体为：先采用CC3型直捻机(德国Allma公司)和AWSR 4/E型高速喷气织布机(德国Dornier公司)，制备经线分布均匀且几乎无织造强力损失的帘子布；再采用双浴法浸胶机(美国Litzler公司)对帘子布进行浸胶处理。

鉴于对位芳纶的化学惰性，其采用常规的涤纶浸胶配方不能达到理想的浸胶效果，只有采用针对对位芳纶帘子布研发的浸胶配方和浸胶生产工艺，才可使对位芳纶帘子布在获得良好黏合性能的同时具有高断裂强力、高尺寸稳定性等性能。另外，专门开发的黑色浸胶配方，可有效弥补对位芳纶材料抗紫外线能力较差的不足。

1.2 芳纶帘线主要技术指标

表1以1 670 dtex×2(即2根1 670 dtex的原丝捻线而成)的对位芳纶帘线为例展示了其技术指标测试值。

表1 对位芳纶帘线技术指标测试值

从表1可以看出，对位芳纶帘线具有高断裂强力和高尺寸稳定性，通过专用胶液处理后可与橡胶具有较好的黏合性能。

2 对位芳纶复合浸胶帘子布

由于对位芳纶具有刚度大、断裂伸长率小的弱点，故生产出的对位芳纶帘子布在耐疲劳性和抗压缩性方面相对较差。

对位芳纶复合帘线具有极大的发展空间[4]。通过将对位芳纶与锦纶66工业长丝或涤纶搭配使用，研发出对位芳纶复合帘子布，既弥补了上述不足，又降低了浸胶帘子布的原料成本(对位芳纶的价格约是锦纶66的8倍、涤纶的22倍)。对位芳纶复合浸胶帘子布兼具高模量、高强度、高热稳定性，以及耐疲劳性能好等优点,是航空轮胎用优异的纤维骨架材料[5]。

2.1 对位芳纶复合帘子布制备技术

与对位芳纶帘子布的生产不同，对位芳纶复合帘子布的生产需用到环锭捻线机，如FA726型、FA727型捻线机(中国宜昌纺机)。这是因为对位芳纶复合帘子布采用高模低缩(HMLS)涤纶或锦纶66 与对位芳纶配伍，故采用了不同于一般帘子布的加捻设计。该产品的设计思路是引入有驳于传统纺织理论的“初捻丝非对称配置”和“藤捻加捻”的设计方法，实现了两种不同伸长性能的工业丝在对位芳纶复合帘子布中几乎同时断裂的目的，以改善帘子布的耐疲劳性和对橡胶的黏合性能。

2.2 对位芳纶复合帘线主要技术指标

表2以对位芳纶/锦纶66复合帘线(对位芳纶1 670 dtex×2 +锦纶66 2 100 dtex×1)为例展示了其技术指标测试值。

表2 对位芳纶/锦纶66复合帘线技术指标测试值

从表2可以看出，对位芳纶/锦纶66复合帘线具有对位芳纶帘线高模高强的性能，同时断裂伸长率提高，与橡胶的黏合性能也有了很大的改进。

图1展示了几种常见的帘线和KEVLAR复合帘线的拉伸性能，对应的具体数据见表3。

图1 几种常见的帘线和KEVLAR复合帘线的拉伸性能

表3 几种常见的帘线和KEVLAR复合帘线的拉伸性能数据

从图1及表3可以看出：KEVLAR/锦纶66复合帘线具有KEVLAR帘线的高强力；KEVLAR与锦纶66 或HMLS涤纶配伍后，断裂伸长率有了很大的提升。

3 对位芳纶防刺割布

对位芳纶防刺割布利用对位芳纶高强度的性能优点，以对位芳纶捻线作为织物的经纬线，防刺割性能优秀，是山地自行车轮胎用优异的骨架材料。

3.1 对位芳纶防刺割布制备技术

对位芳纶防刺割布采用低密度和低线密度设计，采用FA726型环锭捻线机捻线，采用PTS 4/S型剑杆织机(德国Dornier公司)织造，所得织物呈网格状，再采用CCB-3H-1S-2D-V20型浸胶机(德国Benninger)进行浸胶处理。当最终所得织物用于轮胎制造时，骨架材料两面的胶料可相互渗透并接触，实现了与橡胶的良好浸润。

3.2 对位芳纶防刺割布主要技术指标

表4以对位芳纶防刺割布[规格75 根/(10 cm)×75根/(10 cm)]为例展示了其技术指标测试值。

表4 对位芳纶防刺割布技术指标测试值

从表4可以看出，对位芳纶防刺割布经纬向都具有较高的断裂强度，同时与橡胶具有优异的黏合性能。

4 结语

山东海龙博莱特公司作为国内研发橡胶工业用布的生产单位，已成功开发出一系列的高性能对位芳纶橡胶骨架材料，并已在赛车轮胎、航空轮胎、山地自行车轮胎等中得到广泛应用，得到了业界的认可。相信伴随着中国橡胶工业的技术进步与快速发展，高性能对位芳纶橡胶骨架材料将迈出新高度。