我國橡膠工業用化纖織物骨架材料的研發及應用

李 濤，劉希華，陳 山，李志武

（山東海龍博萊特化纖有限責任公司，山東 安丘 262100）

纖維骨架材料作為橡膠制品的重要原材料，在很大程度上影響甚至決定著橡膠制品的性能，因此了解和合理選擇橡膠制品的骨架材料尤為重要。目前，在國內以高模低縮聚酯簾布及聚酯、錦綸為代表的化纖浸膠帆布已成為半鋼子午線輪胎和分層帶的主要骨架材料。化纖浸膠簾帆布經過20多年的發展，在產品質量穩定提高的基礎上，大力推行技術創新，為輪胎及分層帶骨架材料行業及下游產品不斷帶來生機與活力。

本文介紹國內簾帆布行業近年內在化纖浸膠簾帆布開發方面取得的進展。

1 輪胎用浸膠簾布的研發

1.1 高強度高模低縮聚酯簾布的開發及推廣

高強高模低縮聚酯簾布的開發使得簾線減密或減規格成為可能，目前在子午線輪胎中使用的聚酯簾線骨架材料主要為普強高模低縮聚酯簾線，高強高模低縮聚酯簾線則得到越來越多的重視與應用。與普強高模低縮聚酯簾線相比，高強高模低縮聚酯簾線更具優勢。

將高強高模低縮聚酯簾線用于轎車與輕型載重子午線輪胎，可大幅減小輪胎質量。聚酯工業絲拉伸強度更高，使用更少量的聚酯簾布即可滿足輪胎強度要求。同時通過合理的簾線結構設計，可以降低簾線密度或采用較低線密度規格的簾線替代，比如原輪胎用簾布規格為1100dtex/2×100根·dm-1，用高強度簾布可調整為1100dtex/2×93根·dm-1，調整后同規格輪胎簾布質量減小7%，以每條輪胎用0.4 kg簾布、簾布市場價25 000元·t-1計，每條輪胎簾布成本減少約0.7元，按照年生產800萬套輪胎計算，一年可節約560萬元。

輪胎簾布用量減小，質量減小，根據每條半鋼子午線輪胎中簾布質量占輪胎總質量的13%計算，采用高強度簾布可使輪胎質量減小約1%，從而降低輪胎滾動阻力，減小油耗，降低二氧化碳等尾氣排放量。輪胎輕量化還可降低生熱，提高輪胎使用壽命及翻新性。此外，簾線密度降低或采用低線密度規格簾線，可降低胎面彎曲剛度，提高輪胎舒適性和抓著性能。

綜上所述，高強度聚酯簾線是滿足綠色輪胎原材料用量減小、輕量化、低滾動阻力、低排放、使用壽命延長、翻新率提高等各項要求的新一代聚酯簾線產品。

高模低縮聚酯簾線產品強度等級及主要性能參數指標如表1所示。

表1 高模低縮聚酯簾線主要性能指標

1.2 高線密度高模低縮聚酯簾布的開發及推廣

近年來，應越來越多用戶要求，高線密度高模低縮聚酯簾布，如1670dtex/3，2200dtex/3和3300 dtex/2，正被逐步開發和使用，主要性能見表2。

表2 高線密度高模低縮聚酯簾布主要性能

1.3 低硬度和高附膠量高模低縮聚酯簾布的開發及推廣

因用戶對簾布產品高附膠量和低硬度的要求不同，對聚酯簾布采用不同浸膠工藝流程和浸膠配方。

1.3.1 單浴和雙浴處理方式

雙浴工藝流程：一浴→前干燥→熱牽伸→二浴→二干→回復。雙浴具有附膠量小、顏色淺、線密度小、簾線硬度偏大的特點。附膠量一般為1.5%～3.5%。

單浴工藝流程：單浴→干燥→熱牽伸→回復。單浴具有附膠量大、顏色深、線密度大、簾線硬度小的特點。附膠量一般為3.5%～5.5%。

目前市面產品中，大量正常生產的產品是雙浴法聚酯簾布，單浴法聚酯簾布可作為成熟產品向有該類需求的用戶推廣并進行工業化生產。

1.3.2 浸膠配方的改進和選擇

通過對浸膠預浸液中環氧樹脂和異氰酸酯等進行合適比例搭配，對間苯二酚-甲醛-膠乳（RFL）浸漬液配方中材料含量比例改進，開發出適合雙浴和單浴的浸膠配方，在充分保證粘合力的情況下，實現用戶對高模低縮聚酯簾布硬度和附膠量的不同要求。

近年來針對用戶不同要求，各廠家對聚酯預浸液（參照D417配方開發）用異氰酸酯原材料進行了開發應用，如己內酰胺封閉的MDI（4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯，A材料）、己內酰胺和苯酚封閉的MDI（B材料）、間苯二酚或丁酮肟封閉的MDI（C/D材料），采用不同封端基的異氰酸酯材料，可以在保證簾帆布粘合性能的情況下，適當降低拉伸區（反應區）烘箱溫度，從而在一定程度上降低浸膠織物的硬度，對提高橡膠產品的柔軟性和耐疲勞性能等有明顯效果。A，B和C/D材料活化溫度分別高于220，190和150 ℃。

1.4 高性能芳綸系列簾布的開發與應用

近年來，根據橡膠行業發展趨勢及用戶要求，各廠家先后成功開發了系列芳綸簾布和芳綸混捻簾布產品，在高性能子午線輪胎及航空輪胎上得到了普遍應用及推廣。芳綸混捻簾布通過芳綸和錦綸66兩種纖維股數和捻度搭配，可實現強力和模量隨意調整。芳綸產品主要性能指標見表3和4。

表3 國內某廠芳綸簾布性能指標

2 輸送帶用纖維織物的研發

2.1 重型帆布的系列化開發

近年來，國內帆布廠家加大對重型帆布的開發力度，先后完成了EP，NN，EE等所有品種帆布630型以內所有規格的系列化開發生產，為膠帶減層設計提供了保障。EP重型帆布根據客戶使用要求可按斷斜紋及平紋兩種織物組織進行設計。斷斜紋織物帆布耐沖擊性優異，因曲率偏低（一般在3%左右），要求工作輥筒直徑至少在80 cm以上，適用于大型采礦場合；平紋織物帆布耐沖擊性差，但因曲率較高（一般在5%以上），帶體過輥筒性能優異，可用于普通直徑的工作輥筒場合。

表4 國內某廠芳綸混捻簾布性能指標

國內某廠家目前開發生產的EP重型浸膠帆布性能見表5。

表5 EP重型浸膠帆布性能

2.2 EP/EE帆布物理性能的差異化開發

為了滿足輸送帶在不同應用領域、不同使用環境下的要求，在標準型EP/EE帆布的基礎上進行了改進開發，先后開發出高曲型和耐高溫型系列EP/EE帆布，為膠帶的差異化設計提供了保障。

2.2.1 高曲型帆布

高曲型帆布通過織物結構設計和單獨浸膠工藝配合達到提高帆布經向曲率（卷曲度）的目的，避免了輸送帶在較小直徑的輥筒上使用時或膠帶生產過程中貼膠偏薄的情況下出現彎曲起皺，甚至使用過程中出現斷帶的現象。

曲率作為帆布的一項物理技術指標，從20世紀90年代初開始被關注，尤其對出口產品加以控制。曲率并非越大越好，且不應對所有規格帆布以同樣的曲率標準進行控制。增大曲率需要付出一定代價，要達到同樣強力需要增加單位平方米干質量，即增加成本，同時犧牲了帆布的滲膠性能。正常設計時，輕型帆布曲率偏小，這是由于輕型帆布較薄，實際使用中不需要與重型帆布達到相同的曲率。因此在確定帆布曲率時供需雙方需多溝通，以便按照膠帶的實際需求量身定做，達到既經濟、又確保質量的目的。

國內某廠家開發的高曲率CE帆布性能指標見表6。

表6 高曲率CE帆布的性能指標

2.2.2 耐高溫型帆布

耐高溫型帆布經向選用高性能聚酯工業絲，采用單獨浸膠工藝及配方進行浸膠處理，主要用作鋼廠、水泥廠等廠家使用的耐高溫輸送帶骨架材料，具有以下特點。

（1）高溫狀態下收縮率低，明顯優于傳統低收縮及高模低縮帆布，有效解決了輸送帶在惡劣高溫條件下出現荷葉邊的問題。

（2）在與橡膠粘合性能方面，具有良好的高溫粘合力及耐老化性能，所生產的輸送帶在高溫狀態下不易脫層。

（3）布面柔軟，曲率較高，伸長率較大，所生產的輸送帶過輥筒時不易起皺。

（4）應用成本低，在正常硫化過程中帆布基本不收縮，甚至稍有伸長，帆布用量減小。

國內某廠家開發的耐高溫型帆布與普通型、高曲型帆布性能對比如表7所示。

表7 普通型、高曲型和耐高溫型EE帆布性能對比

2.3 芳綸織物的系列化開發

近年來，伴隨著橡膠工業的快速發展，對高性能纖維骨架材料的開發和應用日漸活躍，特別是芳綸骨架材料正以其獨特的先進性得到越來越多的重視。

2.3.1 芳綸直經直緯浸膠帆布

芳綸材料本身已具備低伸長、低變形的特點，芳綸直經直緯浸膠帆布不發生彎曲，既強化了其不變形的性能特點，也確保了芳綸強力保持率更高，在一些特定場合成為替代鋼絲的理想骨架材料。芳綸直經直緯浸膠帆布將芳綸加捻線作織物主經，錦綸66加捻線作織物緯線，編織經采用低強高模低縮聚酯工業絲加捻線。

與高線密度芳綸浸膠簾布相比，芳綸直經直緯浸膠帆布應用于膠帶更方便操作，同時兼顧經向增強和緯向防撕裂性能，無需另外增加防撕裂層織物，在膠帶成型時不需要增加額外的用工。該結構織物在強度級別不高的情況下有著較多技術優勢，且膠帶制品的橫向成槽性較好。

與高線密度芳綸浸膠簾布相比，芳綸直經直緯浸膠帆布的膠帶應用級別低1 000 N·mm-1左右，其實際應用級別最高可達3 150 N·mm-1。這是由于該結構經線與緯線均占用一定的分布空間，而高線密度芳綸浸膠簾布則不存在緯向占用空間的問題，因此織物級別即膠帶級別相對較高。但芳綸直經直緯浸膠帆布與高線密度芳綸浸膠簾布相比在膠帶生產時更有利于接頭。

與鋼絲繩相比，芳綸直經直緯浸膠帆布用于生產輸送帶具有以下優點：

（1）同等強力規格輸送帶質量大幅減小，減幅40%～50%；

（2）能耗降低10%左右；

（3）帶輪直徑約減小20%；

（4）輸送帶張緊距離增大70%以上；

（5）接頭數量減少20%左右。

國內某廠家目前開發生產的DPP芳綸直經直緯浸膠帆布性能如表8所示。

表8 DPP芳綸直經直緯帆布性能

2.3.2 芳綸防撕裂布

芳綸防撕裂布將芳綸工業絲用作織物的緯線，經線采用高模低縮聚酯或普通聚酯工業絲。織物采用經向低密度低纖度設計，使織物呈現一種比低密度簾布還要稀疏的織物風格，這種織物用于膠帶制造時，可以很好地讓骨架層兩面的膠料相互滲透和接觸，作為膠帶的防撕裂層應用于橡膠制品能夠很好地與橡膠結合，充分發揮緯向芳綸的防撕裂性能。芳綸防撕裂布應用于輸送帶防撕裂層可在實現防撕裂功能的同時兼具耐高溫、阻燃、彈性好等優點，同時還具有同比強度體積小的特點，是任何防撕裂材料所不能具備的。目前較多采用的錦綸和聚酯防撕裂網格布具備防撕裂功能，但在耐高溫性能方面明顯遜于芳綸防撕裂布，且在達到同等強度的情況下，體積厚度提高2倍以上。

國內某廠家目前開發生產的芳綸防撕裂布性能見表9。

表9 芳綸防撕裂布性能

2.4 橫向剛性布的開發與生產

近幾年，國內部分簾帆布廠家就剛性布進行過多種開發，根據不同需求，經線主要采用錦綸66纖維，緯線采用斷裂伸長率小的有機纖維單絲，目前已形成多品種系列化生產。

橫向剛性布材質不同，適用的場合也各不相同。玻璃纖維剛性布適用于耐熱場合，聚酯單絲型剛性布適用于常溫帶剛性層。根據剛性層要求的高低不同，織物的緯向設計也會有所側重，在整個織物設計中，經向的結構與組織完全服從于緯向剛性的保持和要求。

國內某廠家目前開發生產的橫向剛性布的性能見表10。

表10 橫向剛性布性能

2.5 寬幅帆布的開發應用

無論NN還是EP、PP帆布，寬幅化是帆布及膠帶發展的一個方向，更符合節能、高效的社會發展趨勢。目前，國內部分帆布廠家浸膠線能實現2.54 m（100英寸）浸膠布寬度的成熟生產，可以滿足國內外用戶對帆布寬幅化的要求。

3 結語

化纖浸膠簾帆布在完成質量穩定期的過渡后，正進入品種差別化、品質個性化的時代，骨架材料開發與輪胎、管帶制造業的交流合作是推動新產品開發與應用的直接動力。在簾帆布骨架材料開發的道路上，我國簾布行業需始終以適應和引導用戶需求為開發原則，并及時將產品信息通過可行的方式向橡膠制品行業傳遞，以期達到幫助更多橡膠制品研究開發人員了解和選擇合適的纖維骨架材料的目的。