纤维骨架材料的性能及测试方法

1、纤维骨架材料的性能及测试方法,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。 （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 骨架材料对橡胶制品的性能和使用寿命有至关重要的影响,2. 纤维骨架材料的分类,按骨架材料所用的纺织材料分类: 骨架材料如按所用的纺织材料分类包括天然纤维和化学纤维两大类。 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制成的可用做纺织材料的纤维。 化学纤维是指以天然或合成的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

2、应的加工处理方法可分为人造纤维与合成纤维两大类,2. 纤维骨架材料的分类,按骨架材料品种分类： 轮胎用纤维骨架材料主要是帘子布，此外还有一些小部件骨架材料如子口布、胎圈包布（又称扎口布）和子口加强层用布等。 输送带一般用帆布或帘布做骨架材料;包布式V带分帘布型和线绳型两种;切割式V带用聚酯硬线绳，国外也有用芳纶硬线绳的;同步带一般用变形量小的纤维的线绳为骨架材料。 胶管用增强材料一般根据胶管结构分为两种：帆布（适用于包布胶管）和胶管纱线,2. 纤维骨架材料的分类,橡胶制品用骨架材料选用的纺织材料除根据不同制品、不同使用部位的不同要求而有所区别外，还受资源、经济性等诸多因素影响。如西欧尚有一定规

3、模的人造丝生产能力，子午线轮胎、胶管和胶带骨架材料中不少是以人造丝为纺织材料的。发达国家中芳纶用做橡胶制品骨架材料也渐成气候，全世界（主要是西欧、北美地区）每年用在管、带类橡胶制品中的芳纶已超过2500吨规模,3. 纤维骨架的性能及考核指标,轮胎用骨架材料的性能及测试 骨架材料的试验方法或产品标准（如JIS， 我国的国家标准及行业标准）及国际贸易合同中，一般考核物理性能11项，织物组织规格4项。 GB/T9100-1988粘胶浸胶帘子布，GB/T9101-2002锦纶66浸胶帘子布，GB/T9102-2003锦纶6浸胶帘子布，GB/T19390-2003轮胎用聚酯浸胶帘子布,3. 纤维骨架的性

4、能及考核指标,人造丝帘线强度比棉帘线高，拉伸变形率低，模量高，几乎不存在干热收缩，尺寸稳定性极佳，是制造高性能乘用子午胎的良好骨架材料，在欧洲仍拥有较大的用量。 我国的工业用人造丝长丝自1996年开始已不再生产， 因此，国标中的指标值已相对滞后。 除国标中规定的性能外，纤维骨架材料还有其它许多性能，这些性能对橡胶制品的性能同样有重大影响,3. 纤维骨架的性能及考核指标,轮胎帘子线的动态力学性能 ： 线性粘弹行为内的动态力学性能动态模量 帘子线（合成纤维帘子线更具典型性）属于高分子材料，其力学行为属粘弹性，在线性粘弹行为范围内（对帘线施以低应变可保证帘线的粘弹行为为线性粘弹行为），粘弹性材料在各

5、种动态应力的反复作用下表现出两项与轮胎性能密切相关的主要性能动态模量E*和损耗因子tg,3. 纤维骨架的性能及考核指标,帘线的动态力学性能动态模量与损耗因子与轮胎的滚动阻力和燃油消耗有直接关系 。 近期的研究结论： 帘线在轮胎滚动阻力中的贡献率不象旧的理论那样低。在不同结构的轮胎中，帘线对轮胎滚动阻力的贡献可达20%80%，。 帘线对轮胎滚动阻力贡献大小受轮胎驱动状态、充气压力、轮胎结构的影响，这些因素均可改变帘线对轮胎滚动阻力的贡献率。 帘子线受动态应力作用时，损耗能量转变为热能。因此 一种帘子线的损耗能量或损耗因子tg越大，这种帘子线 的动态力学性能越差，表现为在轮胎行驶时生热高,3. 纤

6、维骨架的性能及考核指标,测定帘线动态力学性能的仪器为粘弹仪，试验时对试样施加低频率的交变应变，粘弹仪即自动绘出每一周期内帘线的应力应变曲线并自动用积分方法求出每个周期内的能量损耗进而求出试样的动态模量E*和损耗因子tg。 每种帘子线都有一个使损耗模量E和损耗因子tg出现峰值的温度。显然，轮胎设计工作应避开选用此峰值温度与轮胎最高使用温度接近的帘线。广义地讲，帘子线的损耗模量E和损耗因子tg越小，出现峰值的温度越高，这种帘线的动态力学性能越好,3. 纤维骨架的性能及考核指标,非线性粘弹行为下的动态力学行为滞后性： 轮胎在实际使用时其内部帘线的应变幅度远大于按 线性粘弹行为处理所必备的条件应变幅度

7、很小（一般 为1%以下，此时帘线的动态模量E和损耗模量E为常 数）。当应变幅度高于1%时，帘线表现为非线性粘弹行 为。 试验有两种方法： 利用大应变动态粘弹仪； 利用能自动控制帘线拉伸回复并自动记录任意周期内 拉伸、回复、损耗能量的CRE型材料试验机,3. 纤维骨架的性能及考核指标,化纤帘线的滞后性是指作为粘弹性材料的化纤帘线在受到拉伸作用时其应变相对于应力的不同步性。在大应变下，帘线受到的应力即使是随时间呈正弦变化，其应变也是非正弦变化，这是非线性粘弹行为的表现。帘线的力学性能滞后性的宏观表现是生热。 拉伸回复试验可用两种方法进行：在一定的应力范围内或在一定的应变范围内,3. 纤维骨架的性能

8、及考核指标,温度对滞后生热的影响 ： 锦纶和聚酯帘线的生热由于存在玻璃化转变而对温度有极强的依赖性，生热均在玻璃化转变温度附近出现峰值， 水平大体相同，区别主要是峰值出现的温度和该峰的宽窄即出现峰值的温度范围。 芳纶在整个试验温度范围内的生热接近恒定，低于聚酯和锦纶帘线生热的1/51/15。人造丝的生热稍有增加,3. 纤维骨架的性能及考核指标,热塑性纤维（有明显的玻璃化转变温度）帘线都有一 使损耗功出现峰值的温度，玻璃化温度越低，峰值温 度越低。热固性的人造丝、芳纶帘线在任何温度下其 损耗功变化不大，这就是两种材料适宜作为高性能轮 胎骨架材料的原因,3. 纤维骨架的性能及考核指标,纤维骨架材料

9、的耐疲劳性能： 为对橡胶制品内的纤维骨架材料的性能做出更有价值 的评价，开发出了不同的帘线耐疲劳试验方法及相应 的试验装置。这些试验方法及装置按被测帘线的状态 可分为两类： 单纯检测帘线的耐疲劳性 ； 被测帘线以橡胶为介质即制成帘线橡胶复合体试样 进行试验。 这两类评价帘线的耐疲劳行为的试验方法属动态试验 方法,3. 纤维骨架的性能及考核指标,帘线的耐疲劳性能对橡胶制品的使用性能特别是使用 寿命有直接影响。 常用的评价帘线耐疲劳性能的试验方法为帘线弯曲疲劳试验机,3. 纤维骨架的性能及考核指标,帘线“在橡胶内”疲劳性能试验方法及相应的试验装置： Mallory胶管试验； U.S胶管试验； Go

10、odrich盘形疲劳试验； Firestone压缩屈挠疲劳试验； Dunlop疲劳试验； De Mattia 屈挠疲劳试验,3. 纤维骨架的性能及考核指标,帘子线的耐疲劳性能实质是其高聚物结构 、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。 改善帘线耐疲劳性能 ： 调节纤维单丝的线密度 ； 调节帘子线的捻度,3. 纤维骨架的性能及考核指标,帘线弯曲刚度： 弯曲刚度与轮胎的胎面磨耗、操纵性能及滚动阻力有关，帘线的弯曲刚度越强表明其抗弯曲性能越好。 常用纤维材料的相对弯曲刚度（10-7Ncm2）为：人造丝31.2，聚酯58.2，维尼纶29.4，锦纶6-13.2，锦纶66

11、-13.8,3. 纤维骨架的性能及考核指标,轮胎帘子线的耐冲击性能 ： 帘子线的耐冲击性能是其强度、拉伸变形量与断裂功等性能的综合反映 。在宏观物理性能方面，断裂功能较全面地反映帘线的耐冲击性能。 断裂比功 ：即单位长度、单位线密度的帘线的断裂功。 断裂比功单位为N/tex或cN/dtex。 可在一定意义上表征帘线的耐冲击性能，与轮胎的抗冲击性能和使用寿命相关,3. 纤维骨架的性能及考核指标,帘线的耐热性： 干热收缩； 高温作用后帘线等纤维骨架材料物理性能（主要 是强伸性能）的下降程度。 帘线的热收缩性能是其尺寸稳定性的主要指标之一。 干热收缩性能主要通过干热收缩仪来测试,3. 纤维骨架的性能

12、及考核指标,3. 纤维骨架的性能及考核指标,轮胎帘子线的捻度对性能的影响： 加捻程度与帘线强力的关系 刚开始加捻时，由于纤维间抱和力提高，单丝间协同效应提高， 因此随捻度增加，帘线或线绳的强力增加，在某一捻度达到强力 最大值，这个捻度被称为临界捻度。此后再提高捻度，强力随捻 度增加而降低； 帘线（或线绳）的断裂伸长率随捻度提高增加； 帘线（或线绳）的冲击断裂功随捻度（以捻缩表征）增大降低； 帘线（或线绳）的动态能量（贮存能量、损耗能量）随捻度增大 降低,3. 纤维骨架的性能及考核指标,初始模量： 帘线的初始模量定义为帘线受到拉伸作用时，伸长为 原标距的1%时的应力。以N/tex或cN/dtex

13、为计量单位。 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）尺寸稳定性的一个度量指标,3. 纤维骨架的性能及考核指标,胶带用骨架材料的性能 ： 动力传动胶带用骨架材料的性能： 提高动力传动胶带的品质，改善使用性能的关键是提高胶带的强度和保持胶带的尺寸稳定性。这两项性能都与胶带骨架材料的性能密不可分。 提高胶带骨架材料的强度可从两个方面解决： 材料方面 ； 骨架材料的结构,3. 纤维骨架的性能及考核指标,骨架材料诸如耐疲劳性、生热性等性能对V带的性能亦有影响，其影响的原理与前述轮胎骨架材料一节相仿，骨架材料对V带性能影响最大的还是强度和尺寸稳定性两项指标。 性能指标及测试方法见HG

14、/T22821-1996V带和多楔带用浸胶聚酯线绳,3. 纤维骨架的性能及考核指标,输送带用骨架材料的性能 ： 输送带对骨架材料的要求主要有：强度、尺寸稳定性、耐屈挠性和接头牢固性，应有良好的成槽性。 强度：提高强度的途径有采用合成纤维和改变织物结构 尺寸稳定性：提高输送带用骨架材料的尺寸稳定性有两条途径：采用尺寸稳定性好的纤维材料和改善织物结构 耐屈挠性：采用合成纤维； 改善织物结构 输送带的接头牢固性：主要由织物结构决定 成槽性 ：纬线选用拉伸变形较大的纤维材料和织物浸渍热处理工艺,3. 纤维骨架的性能及考核指标,输送带的其它性能与骨架材料的关系与轮胎情况相仿。 输送带用帆布的性能指标及测试方法见： HG/T2820-1996、FZ/T13010-1998 GB/T6759-86输送带的层间粘合强度测定方法 GB/T532-1997硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定,3. 纤维骨架的性能及考核指标,胶管骨架材料的性能： 胶管的用途传输气体与液体 、传输粉末状固态物料、密闭承压系统某一部位的挠性连接件 胶管按使用骨架材料结构分类： 包布胶管、编织胶管 、缠绕胶管、针织胶管 、铠装胶管,3. 纤维骨架的性能及