帘线及其与橡胶的粘合.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,帘线及其与橡胶的粘合,第一节 纤维材料,1.1,轮胎纤维材料的使用现状,2001,年美国轮胎帘线的组成,(%),带束层材料,车型,市场,钢丝,芳纶,尼龙,乘用、轻卡,原装,97,2,1,替换胎,99,1,0,胎体材料,乘用,原装,98,2,0,替换胎,98,2,0,子午轻卡,原装,100,0,0,替换胎,98,2,0,斜交轻卡,原装,0,0,100,替换胎,22,0,78,1.2,轮胎纤维材料的发展历程,充气轮胎织物的演变,帘线,时间,简述,爱尔兰亚麻,1888,短纤维,/,没有黏性,昂贵,棉花（正方形）,1900,短纤维,/,没有黏性,低成本,棉花（帘线）,1920,同上,低重量,钢丝（欧洲,),1937,首先在子午胎上使用,为了黏合而镀铜,人造丝,1938,黏胶纤维,RFL/NR,帘子布,尼龙,1947,拉伸帘布，为得到高的拉伸强度进行热处理,用,RFL/VP-SBR,增加黏性,钢丝（美国）,1955,镀黄铜提高黏性,聚酯,1962,拉伸帘布，为得到高的拉伸强度进行热处理,2,步法增强黏性,异氰酸盐,/RFL,玻璃纤维,1967,在单丝上用,RFL,增强黏性,芳纶,1974,特殊的,RFL/VP-SBR,增粘,人造丝,1975,高弹性人造丝,聚酯（二代）,1982,低收缩,钢丝,1980,年代,高渗透黏合,/,防腐蚀,聚酯（三代）,1995,高模量,/,低收缩,钢丝,1990,年代,高弹性,.,新拉拔和缠绕,(e.g.,BETRU),Pplyethylene naphthalate,1990-2000s,潜在的新的轮胎织品，还没有商业化,1.3,表征纤维材料的常用术语,纤维：,在纤维轴方向上有高的强度、长度至少大于直径,100,倍的一种材料。,单丝：,轮胎帘线的最小的连续单元。,纱线：,经进一步处理的丝线，通常从喷嘴直接聚集，轻轻扭转,(,例如,.,，每英寸,0.3,圈,),和缠绕到辊子上，经过其他一些工序捻合形成帘线。,帘线：,由两个或多个纱线经扭转而形成的结构。,经线：,沿纤维轴纵长方向的帘线。,旦尼尔：,纱线的线密度单位，被定义为,9000,米长度的克数。因此，旦数越大，强度越强。例如，,2000,旦尼尔纱线据推测在为,1000,旦尼尔纱线的两倍。,分特：,在,SI,单位制中的线性密度,(,部分地,),，被定义为在,10,000,米长度的重量的克数,捻：,每单位长度的纱线或帘线的,360,转数，例如每英寸,10,转或每,10cm 40,转。,捻向,：,垂直拿着的绳子，从顶向下如果螺旋按顺时针方向转动的为“,S”,，逆时针方向被命名为“,Z”,。,平衡帘线：,如果一束纱线和形成的帘线有相同转向则被命名平衡帘线。,捻度：,捻度是用于钢帘线结构的测量。,强度：,按一定拉伸率拉伸帘线所需的负荷，即给定帘线的破断力。轮胎帘线的强度用牛顿或磅远比,Mpa,常用的多。由于确定一束纤维的断面比较困难，纤维抗拉强度有时用,psi,来报告：,psi,=12800(,比重,)(,每旦尼尔的克数,),弹性：,轮胎的强度常常被作为每分特或每旦尼尔来报告，这个值作为相等重量的帘线的强度。当比较相似比重帘线的时候，它是有用的。举例来说，在子午胎上计算尼龙和钢丝帘线的时候，计算在哪儿使用相等容量远比在哪儿使用相同重量的帘线更加实用。,1.4,轮胎帘线的作用,承受负荷，保持气压,为制动和驱动提供力,为均匀、驾乘、处理提供尺寸均一性,保持耐久性，防止损伤和冲击,轮胎帘线是一个轮胎的骨架部件，它决定轮胎的形状，承担轮胎的负荷，封闭内部气压。它们必须提供在汽车加速、制动时轮胎承受的周向和侧向力，乘坐舒适性，尺寸稳定性（均匀性），和驾车手感（平顺性）。它们也必须提供耐损伤、疲劳、冲击的性能而提高耐久性能。,轮胎对帘线的要求,-,对直径的大长度，长的单丝,-,高的轴向刚度和强度,-,好侧向灵活性,(,低抗弯刚度,),-,在轴向可以扭转其它单丝,-,可以扭转，轮胎设计时防止帘线经常受到压缩,轮胎胎体帘线的性质,尺寸稳定性：低的收缩,没有污斑,没有长期伸长,高拉伸强度、高拉伸模量,低的弯曲模量,高耐久：疲劳抵抗力强,低生热,与橡胶的高粘合,强的抗氧化，抗热能力,高冲击：抵抗 冲击和变形,高速时的低滞后损失,轮胎带束层帘线的性质,高拉伸强度、高拉伸模量,高刚度,超高拉伸模量,高压缩模数,高的橡胶粘合,耐化学腐蚀,选择轮胎帘线的依据,帘线的化学成分；,每单位长度和重量的成本（轮胎成本）；,旦：单丝长度和强度；,帘线结构：纱线层数；,帘线捻度；,在每层上单位长度帘线的数目；,轮胎帘线数目；,轮胎,5,种主要帘线单丝的性质,人造丝,尼龙,6,尼龙,66,聚酯,芳纶,钢丝,弹性,(cN/Tex),50,80,85,80,190,35,破断伸长率,%,6,19,16,13,4,2.5,模量,(cN/Tex),800,300,500,850,4000,1500,在,150C,收缩率,(%),0.1,6.0,5.0,2.0,0.1,0.1,湿气收复,(,%at RT),13,4.5,4.5,0.5,2.0,210,225,250,250,500,-,玻璃化转换温度,(C),-,55,55,80,-,-,抗热能力,(C),150,180,180,180,250,-,近似相对单位成本重量,1.33,-,1.13,100,5.00,-,(PET=1.00),轮胎,5,种帘线材料的相对表现,尺寸稳定性,(,胎体,),固化均匀性,人造丝,高级聚酯,尼龙,装饰性,(,胎侧硬度,),人造丝,高级聚酯,尼龙,受力的刚性,(,转向,),人造丝,高级聚酯,尼龙,胎面平点，停车变形,人造丝,高级聚酯,尼龙,耐久性,(,胎体,s),力疲劳,/,热生成,尼龙,高级聚酯,人造丝,冲击力,(,碰撞,),尼龙,高级聚酯,人造丝,高速,/,跑气包用轮胎,人造丝,高级聚酯,强度,芳纶,钢丝,尼龙,聚酯,人造丝,模量,(,刚度,),芳纶,钢丝,人造丝,聚酯,r,尼龙,伸长率,尼龙,聚酯,人造丝,钢丝,=,芳纶,压缩疲劳,尼龙,聚酯,人造丝,钢丝,=,芳纶,抗腐蚀性,芳纶,尼龙,人造丝,聚酯,钢丝,轮胎上帘线使用的普遍评价,聚酯,聚酯是乙二醇和对苯二荃树脂的聚合物，经改良后被称为,DSP-PET,，大约提高了,50%,的模量和降低了,50%,的收缩，接近人造丝的尺寸稳定性。它已经成为乘用胎和小型卡车轮胎的良好选择。,聚酯必须小心地设计它的黏性体系和胎体橡胶化合物，以防止在使用中性能恶化。聚酯帘线不适合在高承载和高温度下使用，在卡车、航空器和赛车上，超过,120,C,聚酯的性能迅速下降。,轮胎上帘线使用的普遍评价,人造丝,自从人造丝提高了凝固和热处理技术，轮胎帘线的强度增长了,300%,，其低收缩、高模量良好的粘合特性使它成为乘用车轮胎的最优选择。,但相对于聚酯的高成本和对资源的浪费，人造丝已经逐渐失去了市场。在历史上，人造丝被使用于卡车，但由于尼龙的高强度和冲击力的优势而被尼龙所代替。人造丝被用于低档胎，在乘用车翻新胎的使用上得到发展。,轮胎上帘线使用的普遍评价,尼龙,尼龙是脂肪族多醯胺的一个常用术语，有两个品种应用于轮胎：尼龙,6,和尼龙,66,。,两种材料有相似的特性，但尼龙,6,相对便宜些，但在恶劣温度下对湿气和受抗拉强度的损失更加敏感。尼龙帘线经早期模量处理后，强度提高,25-50%,。,它低的模量和低的玻璃化转变温度使它作为带束层材料不被接受，然而作为装饰、乘用把手却是非常重要的。例如在乘用车轮胎上，尼龙有韧性、耐冲击，有高的强度和低的热疲劳。再例如，在中重型卡车、除路装备和航空器上，尼龙是基本的材料。在子午胎上，与钢丝帘线或芳纶用于带束层一起被用到胎体上。,轮胎上帘线使用的普遍评价,芳纶,芳纶是芳族聚酰胺，其最主要的是做承重材料。芳纶有非常高的强度、高模量、和低的伸长率。,相对高昂的成本降低了它作为子午胎带束层上的应用。它被应用到重量相对重要的场合，比如航空轮胎的带束层或者是高速轮胎的胎体上。与钢丝帘线相比，芳纶更能在运输带上做多层骨架材料。但是，在胎体的承重能力上，芳纶必须作为单层使用。,在承重的环境下，芳纶低的伸长率将防止外层胎体受到伤害，因此，把它放在内层保持压力。这降低了作为内层承受的力量，但是，严肃的说，内层的早期损坏是由于芳纶恶劣的动态疲劳所致。,1.5,轮胎帘线的制造,纺丝,纺丝,捻合,浸渍,纺丝,烘烤,打卷,包装,单丝的生产过程是融化纺丝（尼龙和聚酯）和溶液纺丝（人造丝和芳纶）,熔融纺丝,熔融聚合物被填充、挤压推动通过大量的小孔，沿正方向的位移精确地推到螺杆末端通过喷丝头。挤压出的熔融单丝由原先的长度被伸展,25,倍同时经过冷空气冷却。这束固体挤出物经处理后形成纱线，然后经冷拉牵引到滚筒上。经过拉的过程单丝伸长率达到了百分之几百而单丝仍然在玻璃化转变温度之上。这个过程通过晶度取向增强了强度和模量，减少了断裂伸长率。最后的拉拔结构，晶度取向获得了材料高模量。,控制的喂料率和拉拔速度对于单丝的形成与否是必须的。最后，单丝经聚集、缠绕，贮藏成辊便于后续工序加工和帘线生产。形成标准纱线成品和高模量的帘线，经拉拔后模量有,2-4,倍的提高而断裂伸长率在,10-20%,的范围。,轮胎帘线的制造,纺丝,溶液纺丝,人造丝和芳纶没有固定的融化温度，而必须溶解后挤出形成单丝。集中的解决办法是通过喷嘴湿法凝固或干法凝固。单丝经空气干燥后没有拉拔就获得高的伸展。芳纶由于高的强度性质，人造丝的弹性经过凝结改良获得了,3,倍进展。,轮胎帘线的制造,帘线组合,加捻效果,捻度对轮胎帘线来说是非常重要的。,a,、高的捻度使帘线在压力下不易散开，低的捻度使帘线象棒子一样绷直，容易散开。,b,、捻度增加，弹性下降，压力下的疲劳性能提高，每条胎的成本增加。在形变过程中收缩迅速，弹性和抗疲劳稳定性随着捻度的增加而降低。,c,、在轮胎的结构上如果没有捻度，帘线将出现松散、摩擦，在压力状态下受到损伤。帘线在压力下的疲劳表现在轮胎的胎侧受到高的应力和应变上面。,纺织帘线的干燥,烘烤和热处理温度,(C),帘线,干燥,烘烤,设定温度,人造丝,120-175,175-260,150-175,尼龙,120-175,225-240,180-245,聚酯,120-175,240-250,210-245,芳纶,120-175,240-250,230-260,帘线与橡胶粘合,强调帘线粘合的主要目的是避免帘布粘合表面、胶片粘合表面和粘合剂本身的分离。在帘线的制造过程中通过恰当的浸泡过程来实现这一目的。,粘合剂的浸泡和烘烤与帘布的拉伸和放松过程紧密相连,间苯二酚甲醛胶乳浸渍系统,(RFL),RFL,在,20,世纪,40,年代得到了广泛使用，与尼龙和人造丝一起应用到轮胎产业中。,在浸渍中，间苯二酚和甲醛提供了一个极强的极性聚合物与极性的轮胎帘线黏合，而乳汁的橡胶组分提供了与橡胶良好黏合的物质。,人造丝和尼龙的浸渍,RFL,被人造丝和尼龙完全使用。,一般来说，间苯二酚和甲醛混合成溶液存放,24,个小时，共混后将帘线拉紧浸渍。浸渍配方包含,2-5%,的固体量，附着量被控制在大约,6-8%,，然后帘线被拉紧后烘烤。为了防止影响黏合力，进行帘线的湿润以清除斑点是必须的。为了得到好的黏合和密实度，良好的浸渍渗透是非常重要的，,2-3,层的渗透是最佳优选。,对聚酯和芳纶的浸渍采用标准,RFL,是较不易反应的，必须进行预处理以获得良好的黏着力。普遍做法是使用一个多级浸洗的过程。,帘线在一种易反应的化学制品的水溶液中首先被浸洗，例如环氧化物，丙三醇或异氰酸盐等与少量润湿剂一起给定附着量。经过拉紧烘烤过程，帘线再用标准,RFL,进行最后的烘烤和放松，然后进行浸洗，其中每一步的处理时间通常为,30-60,秒。,聚酯和芳纶的浸渍,质量管理,浸渍配方、附着量、处理条件和所有影响黏合的因素必须进行优选，严格的质量管理制度一经建立，必须实施。,必须避免的问题有：帘线湿润不充分，附着量不足，胶粘剂剥落，热处理过程的过度烘烤，这些情况中的任一个都可能减少附着力。如果帘线与橡胶一起存放或运输，处理后的帘线必须免受氧化亚氮（油热法烤箱使用气体）、曝晒、湿气或者臭氧的侵蚀。,帘线通常用聚丙烯布料和黑聚乙烯薄膜密封保存。,第二节 钢丝帘线,钢丝帘线的要求,A,、有一定硬度、高模量、高强度带状材料，,B,、在适当弯曲刚度下具有高强度和高压缩硬度，,C,、良好的抗疲劳强度及其与橡胶的粘合性能,。,描写钢丝帘线结构的术语,钢丝帘线由单丝、股、线、外缠丝组成,单丝,一根钢帘线的基本要素是单根优良钢丝线，直径在,0.150.38mm,之间。,股,两根和多根单丝组合而成。,线,一股钢丝用来做最终的产品，或者通常情况是由股与股或单丝缠绕而成。,外缠丝,单根细丝通常直径,0.15mm,缠绕包裹钢线，保持紧密。,单丝、子线、帘线、外缠丝,1,、单丝；,2,、股；,3,、帘线；,4,、外缠丝,描写钢丝帘线特性的术语,1,钢帘线直径,测量钢帘线最大和最小直径算出平均数（,mm,）,2,线性密度,单位长度钢帘线质量（,g/m,）,3,破断力,破坏钢帘线要达到力（,N,）,4,抗拉强度,破坏单丝单位面积的力（,Mpa,）,5,捻距,任意股或线组成部件完成,360,度旋转轴距。标准范围是,2.5mm,到,25mm,。反向扭转。,6,捻向,Z,和,S,方向被确定在纤维工业（见表,3.3,）,7,弯曲刚度,在规定载下抗弯曲能力。弯曲刚度取决于细丝直径和钢帘线结构。,单丝的加工,尽管单丝制造成本高，然而更高强度单丝可以得到更强或者更轻的等强度的带束层，从而一个轮胎总体成本可能降低。,使用硼砂润滑处理过的,56mm,直径棒通过碳化钨的模具拉拔，使直径缩小到,13mm,。钢丝通过热处理（铅淬火钢丝）以消除内应变和改变铁碳晶相组织结构，从而使钢丝得到最大抗拉强度。再进行电镀，先镀铜，再镀锌，热处理是金属相互扩散产生黄铜镀层（含铜量,63/70,和含锌量,37/30,）。黄铜镀层更利于拉拔获得最终直径为,0.150.4mm,单丝，并且是钢绳与橡胶粘合的一个决定性因素。黄铜镀层最后厚度大约为,0.10.7,微米。拉拔模具必须无毛刺以防止刮伤黄铜镀层，否则当接触水汽或橡胶化学药品时，可能在铜与铁之间出现腐蚀问题。,典型单丝的抗拉强度,单丝,含碳量,%,抗拉强度,Mpa,直径,0.2mm,直径,0.35mm,正常拉伸,0.7,3000,2600,高拉伸,0.8,3400,3000,超高拉伸,0.9,3650,3400,特高拉伸,0.96,4000,3650,钢帘线结构识别,一个轮胎帘线的完整定义是由钢帘线的结构，捻距和捻向，产品类型。,钢帘线完整描述公式：,股,1,（,N*F,）*,D+,股,2,（,N*F,）*,D+,股,3,（,N*F,）*,D+,N=,股数,F=,单丝数,D=,单丝直径,注：当是,N,或,F=1,简单结构，,1,可以不写，假如几股单丝直径相同时，,D,仅仅需要最后标明，外缠通常单独标记。,几例常用帘线结构,1 x 2 x0.30mm,1 x 3 x.20mm+6 x.35mm,3+9+15 x.22mm+1 x.15mm,7 x 7 x.22mm,钢帘线产品类型,Lang,氏捻钢丝帘线,(LL),股线的捻向与帘线的捻向相同，是一种关闭式钢丝帘线。高伸长钢丝帘线,(HE),是一种变形的,Lang,氏捻钢丝帘线，股线间呈松散状态且可相对移位。这种帘线适合较大的舒展，当使用在子午胎的防护层上时能够有效保护，在岩石渗透区能够降低冲击，适合做矿山轮胎。,开放式钢丝帘线,(OC),这种钢丝帘线的结合地比较松散，可以相对移动。它允许橡胶传入帘线，形成单丝间的最大粘合力，防止可能导致腐蚀帘线的湿气进入。这种钢丝帘线用标准的设备很难处理，很容易关闭帘线间的空隙。开放式结构的帘线是许多技术研究的专题，专门设计钢丝帘线。贝卡尔特提议一种对压延不敏感的,BETRU,芯式帘线。,钢帘线产品类型,钢帘线产品类型,密集型钢丝帘线,(CC),这种帘线由一根单丝相互之间线接触加捻形成。这种结构对使用在严重疲劳下的载重子午胎的胎体是有用的。,子午胎帘线的结构和性质,结构,Lay,Lay,破断力,帘线直径,线密度,乘用胎带束层,2+1x0.28 HT,16,S,555,0.7,1.47,2+2x0.25 HT,14/14,SS,605,0.65,1.55,轻卡胎胎体,3x0.20+9x0.175(CC),10,S,855,0.75,2.49,2+7x0.20 HT,5.6/11.2,SS,915,0.76,2.26,轻卡胎带束层,2+2x0.35 HT,16/16,SS,1060,0.84,3.03,中型卡车胎体,3+9x0.22+0.15,6.3/12.5/3.5,SSZ,1290,1.17,3.85,0.20+18x0.175(CC),12.5,Z,1300,0.9,3.71,中型卡车带束层,3x0.20+6x0.35,10,月,18,日,SZ,1660,1.13,5.34,重型卡车胎体,3+9+15x0.175,2005-10-18,SSZ,1770,1.07,5.2,0.25+18x0.22(CC),16,Z,2050,1.13,5.85,重型卡车带束层,3+9+15x0.22+0.15,6.3/12.5/18/3.5,2750,1.62,8.5,3+7x0.22(HE),4.5/8,SS,1820,1.52,6.95,典型胎圈钢丝的特性,直径,mm,破断力,N,断裂伸长率,%,Plating metal,Bronze,Plating metal,Brass,0.96 NT,1350,5,0.3/0.65,0.3/0.6,1.42 NT,2880,5,0.15/0.45,0.3/0.6,2.00 NT,5260,5,0.1/0.3,0.2/0.4,0.96 HT,1525,/,/,/,1.295 HT,2795,/,/,/,2.00 HT,6125,/,/,/,0.86 ST,1350,/,/,/,NT-normal tensile,HT-high tensile.ST-super high tensile,Bronze:3%,Sn,max.Brass:72%+/-5 Cu,钢帘线粘合,硫化过程中在极性金属和非极性橡胶之间形成以,Cu-S-,橡胶形式的化学键,