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（一）橡膠輪胎纖維骨架材料的結構和性能

1、骨架材料的分類及基本性能

（1）天然纖維：包括植物纖維（棉、亞麻纖維等）、動物纖維（羊毛纖維等）和礦物纖維（石棉、玻璃纖維）。

（2）化學纖維：包括人造纖維和合成纖維。

①人造纖維

人造纖維是以天然高聚物為原料，經過化學處理與機械加工而再生制得的纖維，所以人造纖維也稱再生纖維。如粘膠纖維、銅胺纖維、醋酯纖維等。作為橡膠工業用的骨架材料是指高強力粘膠纖維。但現已逐步被其它合成纖維和鋼絲簾線所替代。

②合成纖維

合成纖維是由煤、石油、天然氣、農副產品等低分子化合物為原料，經一系列化學反應，制成高分子化合物，再經加工而制得的纖維，如錦綸、滌綸、維綸、丙綸等纖維。

A、聚酰胺纖維：凡是分子主鏈由酰胺鍵—CONH—連接而成的一類合成纖維，統稱聚酰胺纖維。美國稱尼龍或耐綸，我國商品名稱錦綸纖維。

錦綸纖維的基本性能：

a、強度高、耐沖擊性好；

b、彈性高、耐疲勞性好；

c、耐熱性和熱穩定性錦綸纖維的耐熱性較差。當溫度上升時，纖維產生收縮，強度下降。錦綸纖維的耐熱性與熱穩定性比滌綸纖維差，在150℃下受熱1小時后，強度保持率為69%。通常在100—110℃下長時間受熱，錦綸纖維的性能不受損失。錦綸纖維耐熱性不高的原因是纖維大分子末端的氨基容易氧化所致；

d、耐磨性好耐磨性好優于其它一切纖維，比滌綸纖維高4倍，比粘膠纖維約高10倍；

e、密度除聚丙烯和聚乙烯纖維外，它是所有合成纖維中最輕者，比棉纖維輕35%，比粘膠纖維輕25%；

f、與橡膠粘著性錦綸纖維的極性很強、表面光滑，故與橡膠的粘著性差，需經含丁吡膠乳的浸漬劑處理（浸漬劑為間苯二酚-甲醛-膠乳浸液，簡稱RFL）；

g、化學穩定性在室溫下，耐堿性好，耐蟲蛀，抗菌蝕；

h、耐光性差這是因為其大分子中的酰胺鍵易受光的作用而發生斷裂，致使高聚物聚合度下降。

B、聚酯纖維：簡稱PET，是由有機的二元酸與二元醇經縮聚而制得的高聚物纖維。我國商品名稱為滌綸纖維。

滌綸纖維的基本性能：

a、強度滌綸纖維的強度比錦綸纖維稍低。濕態強度與干態強度大致相等；

b、彈性滌綸纖維的回彈性接近羊毛纖維。耐皺性最優，耐疲勞性良好。由于滌綸纖維的分子鏈含有苯核而富有剛性，且結晶度高，故初始模量高，伸長率小，尺寸穩定性較好；

c、耐熱性和熱穩定性滌綸纖維的耐熱性和熱穩定性較好。在150℃的熱空氣中加熱168小時，強度僅損失15—30%；受熱1000小時，強度損失50%，而一般纖維在此條件下經200—300小時即分解；

d、耐磨性僅次于錦綸纖維，優于其它天然纖維等；

e、密度和回潮率密度較其它合成纖維高。由于滌綸纖維的大分子鏈中沒有親水基，分子端基只有很小的吸濕能力，故其回潮率極低；

f、化學穩定性滌綸纖維耐酸不耐堿，抗蟲蛀、耐菌蝕；

g、耐光性滌綸纖維的耐日曬與耐候性均較好。

h、與橡膠粘著性滌綸纖維分子的極性極低，結晶度高，化學基團不活潑，以及纖維表面光滑，對橡膠粘著性差，浸膠前需特殊處理。

C、聚乙烯醇纖維：簡稱PVA，我國商品名稱為維綸纖維。

維綸纖維的基本性能：

a、強度維綸纖維的強度較高。濕強度比干強度低10~25%。

b、彈性其回彈率較錦綸和滌綸纖維低，但高于粘膠纖維和棉纖維。初始模量較高。

c、耐熱性耐熱水性不好，在沸水中收縮達5%。若在沸水中連續煮沸3~4小時，可使織物變形或發生部分溶解現象。在濕態下加熱至115℃時，維綸纖維將產生顯著收縮。但維綸在干態下的耐熱性較好。

d、耐磨性耐磨性接近于錦綸纖維。

e、耐光性維綸纖維的耐光性很好，在長期日曬下強度幾乎不變。

f、密度和回潮率維綸纖維的密度比棉纖維、粘膠纖維、滌綸纖維小。回潮率高于其它合成纖維。

g、與橡膠粘著性維綸與橡膠粘著性稍遜于棉纖維，而比其它纖維好。

h、化學穩定性維綸纖維耐堿性較好，但不耐強酸，長期放在海水中、土中均無影響。耐蟲蛀，耐菌蝕。

合成纖維還包括聚丙烯（丙綸）纖維、芳香聚酰胺（芳綸）纖維、復合纖維等品種。我輪胎公司斜交胎主要使用尼龍纖維。

（3）玻璃纖維

玻璃纖維是一種人造無機纖維，采用不同的原料組分和生產方法，可以制出不同用途的玻璃纖維。

玻璃纖維具有一系列的優越性，如質輕強度高，耐高溫，耐腐蝕，伸長率小，吸濕性低等。

玻璃纖維的基本性能：

A、強度高；

B、模量高，延伸率低，尺寸穩定性好；

C、耐熱性好。在300℃時，于短時間內性能不受影響，經24小時強度下降20%；

D、耐屈撓性較差。在玻璃纖維涂上合適的潤滑劑，減少纖維之間的摩擦，屈撓性可大大提高；在玻璃纖維的組分中若含有適量的氧化銅，則該纖維具有較好的耐屈撓和耐磨性；

E、耐磨性差；

F、密度大，吸濕性極低；

G、化學穩定性好；

H、與橡膠的粘著性較差；

I、電絕緣性能極好。

2、基本概念

（1）絕對強力（扯斷強力）：纖維或紗線在連續增加負荷的作用下，直至斷裂時所能承受的最大負荷。

（2）細度：表示纖維或紗線的粗細程度，它是纖維材料的重要指標之一。常用以下三種方法表示：

①公支（支數）——定重制

單位重量（以克計）的纖維、紗線所具有的長度（以米計）稱為公支或支數。例如，1g重的纖維長度為60米，則稱60支。

對于同一種纖維而言，支數越高，表示纖維越細；反之表示纖維越粗。

②旦——定長制

單位長度（9000米）的纖維或紗線所具有的重量（以克計）稱“旦”。旦數越大，則纖維越粗。

③特（tex）或分特（dtex）——定長制

單位長度（1000米）的纖維或紗線所具有的重量（以克計）稱為“特”；若重量以分克計（1/10g），則稱“分特”。

特或分特、支數和旦數的換算關系如下：

旦數×支數=9000

特數×支數=1000

旦數=9×特數

分特數=10×特數

旦數=分特數×9/10

（3）初始模量

在物理和工程上，應力與相應的應變之比稱為模量。模量是纖維抵抗外力作用下形變能力的量度。纖維的初始模量（楊氏模量）為纖維拉伸時，當伸長為原長1%時所需的應力，即應力-應變曲線起始一段直線部分的斜率，其單位為N/m2，N/tex。

纖維的初始模量高，表示施加同樣大小的負荷時不易產生變形，即尺寸穩定性較好。纖維的初始模量取決于高聚物的化學結構及分子間相互作用力的大小。最作橡膠骨架材料用的合成纖維，要求有較高的模量。

（4）斷裂伸長率

纖維的斷裂伸長是決定纖維加工條件及其制品使用價值的重要指標之一。.斷裂伸長率是指懸為或試樣在拉伸至斷裂時長度比原長度增加的百分數。

（5）回彈性

（6）吸濕性纖維的吸濕性是指在標準溫度和濕度（溫度20±3℃、相對濕度65±3%）條件下纖維的吸水率。

（7）熱收縮與熱定型

（8）蠕變和松弛

纖維和紗線在一定拉力作用下，變形隨時間而變化的現象蠕變。

纖維和紗線在拉伸變形恒定的條件下，應力（張力）隨時間而不斷地下降，該現象稱松弛。

（9）耐熱性

（10）燃燒性

（二）橡膠輪胎纖維骨架材料的應用

1、簾線結構

（1）簾線規格

簾線一般是由幾股股線合并加捻制成，其結構用股線的粗細程度（tex表示）和股數組合來表示。如1400dtex/2（1260den/2）表示由2股1400dtex的股線組成的簾線。如果由多股組成，而且是分兩次合股加捻的，則第一次的合股數與第二次的合股數之間用乘號相連。簾線的結構可根據輪胎對簾線性能的要求進行合理設計，使之既充分發揮纖維材料的性能，又滿足輪胎使用的要求，如錦綸簾線、聚酯簾線、芳綸簾線和棉簾線等。

（2）簾線細度

簾線的細度表示簾線的粗細程度，表示方法和纖維相似，可以用直徑或截面積表示，但因截面積形狀不規則，而且易變形，因此測量直徑或截面積不僅誤差大，而且比較麻煩。為此紡織材料廣泛采用的是截面積成比例的間接指標——號數（dtex）、纖度（den）與支數。

如：輪胎生產上用得最多的尼龍簾線是1260D/2（1400dtex/2）。

其中：D——旦尼爾、即旦。

1260——表示9000米長的一根尼龍絲的重量為1260克。

1400——表示1000米長的一根尼龍絲的重量為1400分克。

2——表示每根簾線由2股組成。

簾布的代號：為了區別不同密度的簾布，分別用“V—1”、“V—2”、“V—3”做代號。人造絲和尼龍簾布都采用這三個代號，但為了區別起見，分別用“N”代表尼龍，“R”代表人造絲。即：

尼龍簾布代號為：“Nv—1”、“Nv—2”和“Nv—3”；

人造絲簾布代號為：“Rv—1”、“Rv—2”、“Rv—3”。

簾布的密度以經線為準。例如：

Nv—1：簾線密度為100根/250px；

Nv—2；簾線密度為74根/250px；

Nv—3：簾線密度為52根/250px；

Rv—1：簾線密度為98根/250px；

Rv—2：簾線密度為70根/250px；

Rv—3：簾線密度為46根/250px。

簾線的密度雖然不同，但在同一輪胎中所用的V—1、V—2和V—3簾布其簾線的粗度即纖度都是一樣的。

一般說來，V—1簾布做輪胎的內層簾布，V—2做輪胎的外層簾布，有時為了不同層級的需要，也有內層簾布的最外兩層用V—2，例如用6層V—1簾布做內層，用2層V—2簾布做外層，這樣制成但層尼龍胎一般可達14層級。如果內層簾布用2層V—2代替V—1，（第5、6兩層），這樣制成的尼龍胎一般為12層級，但V—3簾布一般只能做緩沖層用。

簾線的直徑是簾布密度設計和輪胎設計的重要依據之一。對于浸膠后的簾線直徑可用粗度計或光學投影儀直接測量。

（3）捻度與捻系數

①捻度：紗線單位長度內的捻回數，稱為捻度。

捻度的方向分為Z捻S捻兩種。股線中的單絲在加捻后，捻回的方向由下向上，自右至左的稱為S捻；由下而上，自左至右稱為Z捻。單股簾線的捻度稱為初捻，捻向多Z向：股線的捻度稱為復捻，捻向則是S向。如果經過兩次合股加捻，第一次是單紗捻向Z捻，第二次為初捻，捻向為S捻，第三次為復捻，捻向為Z，這樣簾線的捻度穩定。

簾線在加捻過程中，紗中的纖維受到張力作用，發生伸長變形，使簾線的許多物理機械性能都發生了變化，如線的緊密度增加、直徑減小、強度增大、手感變硬、疲勞性能顯著增加等。因此，選擇合適的捻度是十分重要的。

②捻系數

簾線加捻后，紗的表層纖維對紗軸的傾角稱為捻角，但因測試不方便，在實際中比較紗線的加捻程度一般不用捻角，而是用捻系數。

（三）簾線動態力學性能

輪胎在實際行駛過程中，簾線承受了拉伸、壓縮、彎曲、剪切及扭轉力矩等各種應力的作用，因此簾線只有良好的基本性能是不夠的，還必須具有優異的動態力學性能。

輪胎在運行過程中，影響能量損耗的有三個因素，即輪胎結構、簾線的粘彈性能及橡膠的粘彈性能。輪胎的能量損耗一般是用滾動阻力和生熱速率表征，簾線材料對輪胎胎體的滾動阻力的作用為

20—80%，這與輪胎的結構有關。表征動態性能有下列幾種：動態模量、往復拉伸性能、（定負荷和定神長兩種檢測方法）、彎曲疲勞性能、扭轉性能、壓縮性能等。

（四）輪胎纖維簾布

簾布為輪胎的骨架材料，輪胎在行駛過程中將承受內壓力、徑向、側向牽引力和制動力等極其復雜的力作用，簾布既要承受外力的作用，又要保持輪胎的尺寸穩定性，保證輪胎的良好行駛性能。這就要求簾布具有高強度、高模量、耐疲勞、耐沖擊、滯后損失小，而且與橡膠有良好的粘合性能。

簾線材質的選擇簾布結構、規格的選用，必須與輪胎的結構、規格以及使用條件和經濟效益相結合。

當前輪胎用骨架材料主要有錦綸簾布、粘膠簾布、聚酯簾布及芳綸簾布。

1、錦綸簾布

錦綸簾布強力高、耐疲勞、耐沖擊性能好，滯后損失小。主要應用于載重胎、工程機械胎、飛機胎、軍用胎以及其它苛刻條件下使用的輪胎，也用于農業機械胎和乘用胎。但由于其尺寸穩定性差，模量低，特別在熱態下模量更低，導致輪胎在停車之后產生平點現象。

平點（又叫扁點）：尼龍胎在使用時，簾線受內壓力而延伸，停車時，由于地面的支撐作用，輪胎的接地部位簾線受的張力較其他部位的張力小得多，這部位的簾線就出現收縮而產生“平點”。新車停放過久輪胎也會出現平點。平點使汽車開動的初期產生震動，使駕駛和乘坐有所感覺。但平點是暫時的缺陷，在行使一段距離以后，隨著溫度的升高，簾線的延伸，平點也就消失。

錦綸簾布包括錦綸66和錦綸6。錦綸66的尺寸穩定性和粘合性能較錦綸6好。

錦綸6：錦綸又名尼龍。尼龍6是由是由己內酰胺聚合而成的，因為這些有機化合物的學名很長，為簡便起見，通常是以它所含碳原子的數目來命名。己內酰胺有6個碳原子，由它而得的尼龍就叫尼龍6。

錦綸66：尼龍66是由6個碳原子的己二胺和6個碳原子的己二酸縮聚而成的，所以叫尼龍66。

尼龍6與尼龍66的主要性能比較：

（1）尼龍6與尼龍66的物理機械性能，如扯斷強力都相差不大，以國產1260D/2簾線為例，其主要質量標準如下：

項目

尼龍66

尼龍6

扯斷強力（kg/根）

22.2±0.3×3

≥20

6.8kg定負荷伸長率（%）

8.5±0.2×3

8.0±0.5

H抽出（kg/cm）

16.5

≥12.0

扯斷伸長率（%）

20.2

22±2

（2）尼龍66的初始模數為40~60克/，尼龍6的初始模數為27~50克/。初始模數是使纖維單位橫斷面積產生單位形變所需的負荷，其單位為公斤/毫米2或克/，通常是纖維延伸為原長1%時所需的應力來表示。初始模數表示纖維受到一定負荷時，發生變形的難以程度，此數值愈大，在同樣負荷作用下，纖維的變形愈困難。由于尼龍66的初始模數比尼龍6的高，所以用尼龍66生產的輪胎在使用中變形比尼龍6的小。

（3）尼龍66的軟化點為230—235℃，干熱熔點為254℃，而尼龍的軟化點為180℃，熔點為222℃。由于尼龍66的軟化點及熔點都比尼龍的高，耐濕熱時的熔點也高12℃，所以尼龍6在耐濕熱、收縮及蠕變性能方面都比尼龍好。

（4）在180℃的溫度下，尼龍6簾線劇烈收縮，強力顯著下降，而尼龍66簾線強力幾乎不變，說明尼龍66的耐溫性比尼龍6好得多。

（5）在耐候性、耐酸性、耐矸性等方面尼龍66與尼龍6都差不多。

（6）與橡膠粘著性錦綸6比錦綸66好。

（7）錦綸6纖維的原料合成工藝簡單，成本較低，技術較容易掌握。

總的說來，尼龍66的各種性能大多比尼龍6優越，世界上美英法以生產尼龍66為主，這三個國家的產量占發達國家總產量的80%以上。

錦綸簾布雖然經熱伸張處理，獲得了良好的性能，但是其固有的熱收縮特性仍然會導致簾線的變形。因此在輪胎制造工藝中要注意避免產生熱收縮。

在壓延過程中，加熱輥筒的溫度要求在105℃左右，使簾線干燥，保持簾布的含水率不大于1%。為了防止簾線在熱態下的收縮，壓延必須有張力裝置。

硫化——后充氣過程中，對輪胎性能影響較大的工藝參數為后充氣壓力、硫化結束到后充氣間隔時間、充氣結束輪胎的溫度。

硫化——充氣間隔時間愈短愈好，充氣結束后輪胎溫度要求降至錦綸簾線的玻璃化溫度以下（約40℃左右）。

錦綸簾布的貯存期要短，一般半年，最長10個月。在貯存期不但要防潮，還應避免紫外線的照射，紫外線的照射導致浸膠層老化，影響粘合性能，長期貯存的錦綸簾布，粘合性能下降，其它物理機械性能均有所下降。

錦綸簾布打開包裝后要盡快使用，因其易吸潮，影響輪胎質量。

錦綸簾布壓延后，也要盡快使用，而且墊布要采用吸濕性低的織物。

2、聚酯簾布

聚酯簾布具有高強力、高模量、低伸長、耐熱性能好等優點，因此聚酯輪胎的尺寸穩定性、乘坐舒適性優于錦綸輪胎。但是聚酯簾線遇胺類物質易分解，使強力下降，因此在應用聚酯簾布時，助劑的選擇和使用非常重要。聚酯簾線滯后損失較大，聚酯輪胎在高速和高負荷作用下，生熱較高，聚酯簾線廣泛應用于乘用胎、飛機胎和輕卡輪胎。

聚酯簾線生產技術不斷突破，其化學穩定性有了較大改進，提高了對輪胎高速行駛溫度及對橡膠、促進劑胺解的抵抗能力。優越的性能正是當前輪胎向子無化方向發展和輪胎輕量化的需求。因此聚酯簾線具有較高的競爭力。

由于聚酯纖維的分子結構，決定了其化學惰性和難以與橡膠粘合的性能，故單純使用粘膠簾線和錦綸簾線的酚醛樹脂膠乳浸漬體系是無效的，為保證聚酯與橡膠的粘合，必須采用新的粘合體系。

聚酯浸漬體系分為雙浸法、單浸法和纖維表面活化處理。

聚酯簾線在使用中應注意簾線的胺解、滯后損失等特性。

3、芳綸簾線

芳綸纖維問世以來，發展很快，由于芳綸既具有高強度、高模量、耐高溫及變形小的剛性，又具有相對密度小、耐疲勞、耐剪切的柔性，兼備了鋼絲簾線和尼龍聚酯簾線的優異性能，因此享有“合成鋼絲”之稱，而且芳綸與橡膠的粘合問題業已解決，所以芳綸簾線成為成為橡膠工業理想的骨架材料。特別是子午線輪胎的開發，更需要芳綸增強材料。

雖然芳綸簾線在輪胎上的應用已經商品化，但因其價格高昂，主要還是應用于高級轎車胎或載重胎的帶束層，用量較小，而且尚不廣泛。

芳綸簾線的浸漬處理體系與聚酯簾線相似，可采用單浸法或雙浸法處理，因為芳綸簾線的強度高，其與橡膠的粘合性能也要相應提高，所以芳綸簾線的浸漬體系和輪胎配方體系都要調整，以增加其粘合性能。

4、鋼絲/纖維混合簾線

鑒于難以將帶束層鋼絲簾線中的芯線固定在正中心位置，倍耐力公司正在研發尼龍芯線鋼絲簾線。用尼龍代替鋼絲作芯線，一方面能保證簾線中心完全充滿；另一方面，又由于尼龍的熱收縮性便于膠料填充進簾線中心。但為使尼龍與橡膠粘合良好，必須對尼龍纖維進行預處理。貝卡公司還在研發鋼絲聚酯或其他有機纖維混合簾線。