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

1、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(200101200592051轮胎用纤维骨架材料考核项目轮胎用纤维帘布的性能有多项考核指标。美国材料试验协会标准ASTM D88598中对帘布的29项技术指标的试验方法做了规定,其中物理性能指标有21项,帘线及帘布组织规格指标7项,商业结算方法1项。ASTM D88564Appendix中规定了帘线耐疲劳性能的4种试验方法以及动态力学性能、物理性能等近30项考核指标。我国在骨架材料的试验方法或产品标准(如J IS、我

2、国的国家标准及行业标准及国际贸易合同中,一般考核11项物理性能,4项织物组织规格。轮胎小部件纤维骨架材料的物理性能包括经、纬向断裂强力、断裂伸长率、干热收缩率、剥离粘合强度等7项指标,组织规格包括经、纬线密度等4项。在本文中,一般都介绍国际和国内两套骨架材料的性能数据,国外数据选取该产品国际知名品牌制造公司的标准或产品保证值;国内数据按国家标准、行业标准、企业标准的顺序选取现行最高标准的数据,以便全面了解各种骨架材料的国际、国内水平。2轮胎帘线及帘布的表示方法帘布是轮胎用纤维骨架材料的主要产品,轮胎中帘布的质量约占轮胎总质量的10% 20%。帘布由帘线按一定的密度(即纬向单位宽度内的经线根数与

3、纬线(棉纱织造而成。帘线由2或3股初捻线(股线合并加捻而成,股线由化纤长丝或棉纱加捻而成。股线加捻称为初捻,股线合并后再加捻称为复捻。化纤股线一般由一束化纤长丝直接加捻而成,棉帘线的股线是由35股棉纱并线后加捻而成,维尼纶帘线的股线是由35股维尼纶牵切纱并线后加捻而成,因此棉和维尼纶帘线从棉纱和维尼纶牵切纱算起要经过3次加捻,而轮胎用化纤帘线只需2次加捻;力车轮胎用单股尼龙帘线只需1次加捻。轮胎用棉帘线的规格都是相同的,习惯表示为28tex/5×3或21s/5×3(s为英制纱线线密度定重制计量单位,对于同一纱线,tex×s= 591。力车轮胎用棉帘线的规格有:28

4、tex/3×3 (4×3,5×3或21s/3×3(4×3,5×3。维尼纶帘线规格习惯表示为2915tex/3×3(4×3,5×3或20s/3×3(4×3,5×3。棉帘布规格用4或5位数字表示,前2位表示帘线断裂强力(采用非国际制单位kg值的10倍,但若这2位数字是10,则表示帘线断裂强力为10kg;后2或3位数字表示帘线密度,单位为根(10cm-1。例如,1098表示帘线断裂强力为10kg,密度为98根(10cm-1; 8592表示帘线断裂强力为815kg,密度为92根(10

5、cm-1。轮胎用化纤帘布中,除维尼纶帘布外,帘线规格一般用XXX/X或XXXX/X表示,斜线上方的3或4位数字表示股线线密度,单位为dtex,斜线下方1位数字表示组成帘线的股数。例如,1400/2尼龙帘线表示将密度为1400 dtex的尼龙长丝加捻为初捻股线,再将2股初捻股线合股并加复捻制成尼龙帘线。轮胎帘布的经线密度通常在标准中单项专列。国外也有采用3或4位数字表示轮胎帘布的,以最后1位数字表示股数,其余2或3位表示股线线密度,单位为tex。例如,932相当于930/2;1403相当于1400/3。力车轮胎一般采用单股结构的尼龙帘线,即1股长丝只加初捻即成白坯帘线。帘布规格的表示方法是A(或

6、B,CXXXX或A(或B,C XXXXX,其中A表示帘线线密度为930dtex,B 表示帘线线密度为1400dtex,C表示帘线线密度为1870dtex;后4或5位数字的前2位表示帘布经线密度,单位为根(10cm-1,后2或3位表示帘布幅宽,单位为cm。例如,A9091,表示帘线线密度为930dtex,帘布经线密度为90根(10cm-1,帘布幅宽91cm;B80133,表示帘线线密度为1400dtex,帘布经线密度为80根(10cm-1,帘布幅宽133cm。当采用A (或B,CXXXXXX表示时,后6位数字中前3位表示帘布经线密度,单位为根(10cm-1;后3位表示帘布幅宽,单位为cm。例如,

7、116133表示帘线密度为116根(10cm-1,帘布幅宽133cm。力车轮胎尼龙帘布规格为930/2,习惯用A2XXXXX表示。维尼纶帘布表示方法中英文字母的含义分别为:A为2915tex/3×3,B为2915tex/4×3,C 为2915tex/5×3(2915tex=20s。3轮胎帘布的特点与性能311棉帘布棉帘布的优点是湿态下断裂强力高(与干态相比、无热收缩、浸渍处理工艺简便(无需RFL浸渍液浸渍。但由于棉帘线的断裂强力较小,因此帘线较粗,帘布经线密度较大,使其增强轮胎的胎体较厚、质量较大,不利于散热及节油。我国棉帘布组织规格和物理性能的国家标准为G B3

8、3094,目前已很少生产。312人造丝帘布人造丝帘线断裂强度比棉帘线高、扯断伸长率较低、模量高、几乎不存在干热收缩、尺寸稳定性极佳,而且其耐热性能较好,浸渍处理较容易(只需RFL浸渍处理且对胶乳种类要求不高。缺点是易吸湿且湿态强力低,耐疲劳性能不好。人造丝帘线是制造高性能轿车子午线轮胎的优良骨架材料,在欧洲仍大量使用。由于我国工业用人造丝长丝的生产设备先天不足、产品质量欠佳、生产过程严重污染环境,因此自1996年开始已不再生产,目前只通过边贸从俄罗斯少量进口强力人造丝帘布或线绳。荷兰Acordis2A KZO公司下属德国EN KA 公司的人造丝帘线规格与物理性能见表1和2。前苏联人造丝帘布物理

9、性能的国家标准见表3。表1ENKA公司人造丝帘线的物理性能项目KC29/92KC30/110规格二超丝1840/2三超丝1840/2断裂强力/N161171711544N定负荷伸长率/%21831521288N定负荷伸长率/%612618510断裂伸长率/%1415捻度/(捻m-1初捻480480复捻480480细度/mm01770177捻向ZS ZS表2ENKA公司子午线轮胎用人造丝帘线的物理性能项目二超丝三超丝1830/32440/21830/21220/2捻度/(捻m-1初捻260260300400复捻260260300400细度/mm0180170±01030153±

10、;01030145±0103断裂强力/N245235176127定负荷伸长率/%115210115210114210114210断裂伸长率/%8151010815101081510108151010注:定负荷伸长试验负荷为44N。表3前苏联人造丝帘布的规格与性能项目17B172B173B22B222B172BP232BP233BP帘线规格184tex/1×2184tex/1×2184tex/1×2244tex/1×2244tex/1×2184tex/1×2244tex/1×2244tex/1×2细度/mm

11、0167±01030167±01030167±010301800102-01030158±01030167±01030167±0103断裂强力/N1691816918169182151821518176162301523015断裂强力变异系数/%51051051041541551041541544N定负荷伸长率/%315±015315±015315±015312±015312±015117±015115±015115±015断

12、裂伸长率/%1415±1151415±1151415±1151610±1131610±1131018±1151210±1151210±115捻度/(捻m-1初捻480±20480±20480±20420±20420±20300±20260±20260±20复捻400±20400±20400±20360±20360±20300±20260±20260±20粘合

13、强力/N156916156916156916171617171617137314171617171617帘布密度/根(10cm-1经线94±175±147±189±172±170±175±170±1纬线10±112±115±110±112±112±112±112±1帘布质量/(gm-2392±20315±15199±10504±25408±20290±15410±15

14、380±15注:1172BP,232BP和233BP可以用于子午线轮胎带束层;2粘合强度试验方法不详。313尼龙帘布尼龙帘布是我国轮胎行业应用量大、面广的产品,我国轮胎帘布总消耗量中尼龙帘布约占85%90%。尼龙帘布强力高、耐疲劳和耐冲击性能好、滞后损失小,广泛用于斜交轮胎的胎体、缓冲层及子午线轮胎的冠带层,特别是大中型载重轮胎、工程机械轮胎、航空轮胎、越野轮胎等使用条件苛刻的轮胎中。尼龙帘布还是轮胎小部件的骨架材料,如胎圈包布、胎圈芯包布、胎圈加强层用布、肩带条等。尼龙帘布的变形大、模量低、尺寸稳定性差,增强轮胎易出现平点现象,影响乘坐舒适性。德国EN KA公司尼龙66帘布的物理性

15、能见表4。日本帝人公司尼龙6帘布的组织规格及物理性能见表5。表4德国ENKA公司1400/2尼龙66浸渍帘布的物理性能项目初/复捻捻度395/395320/320200/200线密度/dtex290028602740断裂强力/N20020020044N定负荷伸长率/%613518512干热收缩率/%312311312屈挠疲劳强度损失率/%131722142514注:1捻度单位为捻m-1;2干热收缩试验条件为160×4min。表5日本帝人公司T521型尼龙6帘布的组织规格与物理性能项目930/1930/21400/21870/22100/2捻度/捻(10cm-13047×47

16、38×3834×3433×33细度/mm0136±01030156±01030167±01030180±01030185±0103断裂强力/N平均781414710220152941032314最小681613213205182641630318定负荷伸长率/%1115±115810±115810±115810±115910±115断裂伸长率/%21102212231523152610干热收缩率/%610610610610610T抽出力/N6317142111861

17、22251424510注:1定负荷伸长试验负荷分别为:930/1和930/244N;1400/266N;1870/288N;2100/2100N。2干热收缩试验条件为150×30min。我国尼龙帘布的组织规格及物理性能国家标准见表69。无锡三力工业布厂力车轮胎用浸渍尼龙帘布的物理性能见表10。中国神马帘子布集团有限责任公司专为子午线轮胎生产的改性尼龙66帘布的组织规格与物理性能见表11。表6我国尼龙6帘布的组织规格项目1870/21400/2930/2V1V2V1V2V3V1V2V3经线密度/根(10cm-1887410074521269460边密度/根(10cm-192781057

18、8551309864纬线密度/根(10cm-181081016101214棉纬纱密度/tex283028302830布长/m L±2%L L±2%L L±2%L幅宽/cm145±3145±3145±3注:布长L根据生产厂的设备而定。表7我国尼龙66帘布的组织规格项目930/21400/21870/22100/21400/3V3V1V2V3V1V23V2V1V2V1V2经线密度/根(10cm-16010074528874681488748874边密度/根(10cm-163105785592787292789278纬线密度/根(10cm-

19、1148101499999810布长/m11601160116011609009001360770770770770注:3加密帘布。棉纬线密度为2830tex,接头布长度为10cm,幅宽为(145±3cm。表8我国尼龙66浸渍帘布物理性能指标规格断裂强力/N定负荷伸长率/%H抽出力/N覆胶量/%断裂伸长率/%细度/mm捻度/捻(10cm-1初捻复捻930/2优等品13712815±01610718510±0192015±20153±01054610±1154610±115一等品13213815±0189810510

20、±1122015±20153±01054610±1154610±115合格品12714815±1109810510±1152015±20153±01054610±1154610±115 1400/2优等品21516815±01613712510±0192115±20165±01053910±1153710±115一等品21117815±01812714510±1122115±20165±

21、01053910±1153710±115合格品20518815±11011716510±1152115±20165±01053910±1153710±115 1870/2优等品28412817±01615618510±01922±20174±01053210±1153210±115一等品27414817±01813712510±11222±20174±01053210±1153210±115合格品

22、26416817±11012714510±11522±20174±01053210±1153210±115 2100/2优等品31316910±01615618415±01522±20178±01053210±2103210±210一等品30318910±01814710415±01522±20178±01053210±2103210±210合格品29410910±11013712415±0152

23、2±20178±01053210±2103210±210 1400/3优等品31316910±01815618410±01522±20178±01053210±2103210±210一等品30318910±11014710410±01522±20178±01053210±2103210±210合格品29410910±11213712410±01522±20178±01053210±210

24、3210±210注:1定负荷伸长试验负荷为:930/24411N;1400/26616N;1870/28812N;2100/2和1400/3100N。2930/2, 1400/2和1870/2的干热收缩率为5%;2100/2和1400/3的干热收缩率为515%。3断裂强力不匀率分别为:优等品3%;一等品4%;合格品5%;4断裂伸长率不匀率分别为:优等品5%;一等品6%;二等品7%。表9我国尼龙6帘线的物理性能规格断裂强力/N定负荷伸长率/%H抽出力/N断裂强力不匀率/%断裂伸长率不匀率/%覆胶量/%细度/mm捻度/捻(10cm-1初捻复捻干热收缩率/%930/2优级品137128&#

25、177;01510718355±1100155±010346±11546±1156一等品132138±1109810465±1150155±010446±11546±1158合格品127148±1109810575±1150155±010546±11546±1158 1400/2优级品215168±01513712355±1100165±010339±11537±1156一等品205188±017

26、11716465±1150165±010439±11537±1158合格品200198±11010718575±1150165±010539±11537±1158 1870/2优级品279138±01515618355±1100175±010333±11533±1156一等品269158±11013712465±1150175±010433±11533±1158合格品259178±11012714

27、575±1150175±010533±11533±1158注:1定负荷伸长试验负荷分别为:930/24411N;1400/26616N;1870/28812N。2断裂伸长率均为22%±2%。表10无锡三力工业布厂力车轮胎用尼龙6浸渍帘布的物理性能规格断裂强力/N定负荷伸长率/%H抽出力/N断裂强力不匀率/%断裂伸长率不匀率/%细度/mm断裂伸长率/%捻度/(捻m-1930/1优等品69715±018544106100132±01032010±210210±15一等品67715±110494156150132±01032010±210210±15合格品65715±110445107100132±01032010±210210±15 930/2优等品1378±018983155150152±01032210±