增强橡胶用玻璃纤维帘线的发展与应用

1、104 第一届全国橡胶工业用织物和骨架材料技术研讨会论文集增强橡胶用玻璃纤维帘线的发展与应用申明霞。赵谦(南京鞋璃纤维研究设计院四所，江苏南京210012)摘要：本文概述了玻璃纤维帘线在橡腔工业中应用的发展历史介绍了增强橡腔用玻璃纤维、玻璃纤维帘线的技术发展现状以爰玻璃纤维帘线在埠胶制品中的应用前景。关键询：擐艘；玻璃纤维帝缝；腔管；胺带1国内外概况高了纤维的耐磨性，改善了橡胶制品的耐疲劳 在橡胶工业中，橡胶一纤维复合材料占很大性能，使玻璃纤维增强橡胶技术得到了很大发比例，其中纤维主要作为增强材料。它可以提展。高橡胶制品的强度，降低制品的变形量，承受作 20世纪60年代试制成功了玻纤增强v带

2、用于橡胶制品上的工作负荷。目前常用的增强和玻纤帘线增强新型轿车轮胎。20世纪60年 材料是天然纤维、钢丝、尼龙纤维、聚酯纤维、玻代末固特异公司和m。hawk公司就都主张使 璃纤维以及芳纶纤维等。其中，玻璃纤维具有 用玻纤帘线增强斜交轮胎和子午线轮胎，因此 较高的断裂强度和弹性模量以及较低的断裂伸 玻纤帘线首先在带束斜交轮胎中得到广泛应 长率，可大大提高橡校制品的抗张强度和硬度， 用，之后又研制出两层尼龙帘线增强胎体和玻 制品尺寸稳定性好。橡胶制品在使用时往往受 纤帘线增强缓冲层的轮胎。20世纪70年代 到动负荷的反复作用。而玻璃纤维由于性脆、耐 初，美国的ocf公司和ppg公司开始工业化 磨性

3、及抗弯曲性差，在动负荷的作用下反复挠生产轮胎玻纤帘线到1977年产量达12 700 曲，很容易折断。因此，要将玻璃纤维应用于橡 t·a。由于玻纤帘线增强轮胎能与任何材料 胶制品，就必须提高纤维的耐疲劳性能。提高 制作的缓冲层相结合，因此玻纤增强轮胎在20 纤维耐疲劳性能的途径有：改进玻璃成分，改 世纪70年代末得到顺利发展。但是，随着合成 变成纤型工艺参数，减小纤维表面微裂纹的数 纤维工业的发展和钢丝与橡胶粘合问题的解 量和尺寸；在纤维表面涂覆憎水性物质，防止决，玻纤在轮胎中的应用逐渐被合成纤维和钢 吸附水进入微裂纹。在此基础上还需解决两大丝所取代。 难题，首先要防止玻璃纤维单丝之间

4、互相摩擦， 20世纪70年代初。短纤维补强技术开始 因为磨断的玻璃纤维起不到任何作用；其次，玻受到世人瞩目。短纤维补强豫胶复合材料固其 璃纤维和橡胶之间要有良好的粘合性，使制品 独特而优良的物理机械性能和加工性能广泛应 所受的应力能充分地传递到玻璃纤维上。为 用于胶管、v带、无级变速带、轮胎及其它橡胶此。在20世纪50年代末，美国ocf公司开展 和塑料制品中。1971年就有轮胎公司将短切了玻纤单丝预浸渍技术的研究，用含有有机硅玻璃纤维应用到工程机械轮胎上。取得了较好 烷的浸润剂对玻纤单丝进行拉丝后，再将制得 的效果。研究表明，短切玻璃纤维帘线应用于 的原纱进行预浸渍处理，使之被覆上一层rfl

5、胎面修补胶料中(质量分数002003)可明 橡胶粘合剂。经这种rfl胶乳涂层处理的玻 显改善翻新轮胎的耐刺穿能力 。 纤能与橡胶本体牢固地连接在一起，解决了纤20世纪80年代中期，我国一些生产汽车 维单丝隔离问题和纤维与橡胶的粘合问题，提及拖拉机风扇带和气泵带的专业厂家与我院合申明霞等增强橡胶用玻璃纤维帘线的发展与应用作，研制成功了玻纤帘线强力层风扇带和气泵 的数量和结构特性、捻度、聚合物涂层的性质和 带并批量生产。各地用户使用后普遍反映玻纤 含量以及生产玻纤帘线的工艺参数等。 风扇带和气泵带断裂强力高、断裂伸长率小，传增强橡胶用玻璃纤维一般是无碱e玻璃 输功率大使用寿命长，正常情况下可行驶4

6、万纤维和高强s玻璃纤维，在风扇带中采用的是5万km。而且，用玻纤帘线作风扇带强力层价格较低的中碱c玻璃纤维。其化学成分如表 可解决使用过程中的早期过量伸长问题，避免1所示 。 了胶带在使用时打滑提高了风扇带的使用寿玻璃的成分决定了玻璃纤维的基本物理化 命。到20世纪90年代末，我国玻纤增强风扇学性能，如化学稳定性、耐热性、电性质和光学 带年生产量达到约500 t。性质等。除玻璃成分外，成型方法、成型条件、20世纪70年代发明了同步带，玻纤帘线 纤维表面状态和表面缺陷与周围介质之间的物 最成功的应用之一就是自动记录器的定时传动理化学作用对纤维断裂强度也有影响。研究表 带。由于这种传动系统需要较高

7、的尺寸稳定性 明，随着玻纤单丝直径、试样截面变小表面缺 和抗拉强度。玻璃纤维以其较高的断裂强度和 陷随之减少。微裂纹的作用减弱玻纤纱的断裂 较低的断裂伸长率使玻纤帘线在这方面取得了强度明显提高。用于帘线的e玻璃的软化温 很好的效果，并且成为不可替代的增强材 度为785，s玻璃的软化温度为940。一 料12j。我国20世纪70年代初研制成功汽车风般情况下。短时间加负荷所产生的纤维弹性模 扇带用玻纤帘线、玻纤导风筒基布等产品，并实 量与化学成分有关，e玻璃纤维的弹性模量为 现了工业化生产，取得了很好的经济效益。20715×104 mpa。密度为257 mr·m_3；s玻 世纪8

8、0年代中期，国内开始使用氯丁橡胶同步璃纤维的弹性模量为86×104 mpa密度为 带。南京玻纤院顺应市场需求研制成功了增强 254 mg·m。帘线用各种纤维的物理性能 氯丁橡胶用玻纤帘线。这种玻纤帘线广泛应用 对比见表2【3“。 于工业同步带及汽车同步带中，填补了国内同增强橡胶所用玻璃纤维一般是由无碱玻纤 步带用帘线的空白。进入20世纪90年代后， 原丝组成，原丝中单丝集束根数可为200，400， 不少同步带生产企业引进国外先进生产工艺和 600根等，其单丝直径可以是38，8，9，11“m 设备同时对帘线质量也提出了更高的要求。 等。其中，单丝直径为38 pm的b纤维可与有

9、 为此。从1996年开始，我院以汽车同步带用帘线为重点开展了高性能玻纤帘线生产技术及生表l不同种类玻纤的化学组分质量分数产工艺的研究开发，在纤维单丝隔离性、线绳圆 整度及与橡胶粘合性方面取得了较大进展。2玻璃纤维帘线生产技术发展现状21增强橡胶用玻璃纤维发展现状 玻璃纤维帘线的性质取决于玻璃成分、原丝中单丝的直径和根数、构成帘线玻璃纤维纱衰2帘线用各种纤维的物理性能对比第一届全国橡胶工业用织物和骨架材料技术研讨会论文集机纤维混合制成复合帘线，从而弥补了纯玻璃衰4 ngf公司与南京玻纤院玻纤原纱结构比较纤维帘线由于断裂伸长率低和性脆，在受到突 然冲击时不能适当变形而发生断裂的缺陷【2j。 为了进

10、一步提高橡胶同步带的强度，也可以使 用断裂强度300 mpa以上的高强玻璃纤维。 用于橡胶的高强玻璃纤维的单丝直径一般为75和65“m两种规格，原丝中单丝集束根数232玻纤帘线的生产工艺一般为200和400根。南京玻纤院研制生产的 (1)浸渍纱生产工艺 高强度玻璃纤维s2和s4已广泛应用于航将用含硅烷偶联剂的浸润剂制得的玻纤原 空、航天、兵器及天然气燃气瓶等领域。用s玻纱根据需要进行合股后，利用能与很多橡胶化 纤制成的帘线比普通的e纤维帘线断裂强度合物相容的rfl浸渍剂进行处理，经烘干和硫 提高20左右。 化在玻纤表面形成橡胶被覆层。该被覆层的22玻璃纤维帘线的发展现状 作用是把玻纤帘线的单丝

11、分隔开来，避免玻璃 在国内同步带用玻纤帘线绳市场中，英国纤维之间的相互磨损，从而提高帘线的疲劳强ngf公司、法国savoutri公司等进口产品占市 度同时为玻璃纤维与橡胶之间形成很好粘合 场主导地位，国内数十家全套引进进口设备生 奠定基础。由此得到制备帘线用的浸渍纱。 产同步带的橡胶厂几乎全部采用进口线绳。(2)帘线生产工艺我院自20世纪80年代开始同步带用玻纤经处理的玻璃纤维帘线的侵渍纱根据产品 帘线的研究与生产开发，现年产量达200 t，占规格及应用领域不同，经合股加捻后，即得到可国内市场的主导地位。主要应用于工业同步带与cr，epdm，nbr，pu等聚合物很好粘合的(如纺织机械、烟草机械

12、、机床用同步带等)、无 玻纤帘线线绳产品。 级变速带以及汽车用同步带等。为顺应市场需 (3)二次浸渍工艺 求，我院20世纪90年代后期开展了汽车同步二次浸渍工艺是视用户需要而采取的一种 带用高性能帘线的技术开发工作，在橡胶浸渍 浸渍工艺。主要是增加玻纤表面的橡胶被覆量， 体系、线绳与橡胶的粘合以及线绳圆整度方面 并使线绳台股性好不散捻。取得了较大进展。玻纤帘线与有机帘线性能对3玻璃纤维帘线的应用前景 比见表3。31在同步齿形带和无级变速带上的应用23玻纤帘线的生产工艺状况玻璃纤维帘线主要用于传动皮带的增强，231玻璃纤维原纱组织结构其特点是在同步传动过程中没有惯性损失。其 ngf公司与南京玻纤

13、院玻纤原纱结构比应用包括汽车发动机的齿轮皮带、工业动力传 较见表4。动带、洗衣设备、家用电器、园艺机具、装卸设备、办公设备、烟草机械和电动工具等的传动衰3玻纤帘线与有机帘线性能对比带。尤其在汽车行业中目前汽车发动机是由南玻院玻 进口玻 尼龙纤 聚酯纤项目多缸汽油机和多缸柴油机构成的，这种多缸内纤帘线 纤帘线 维帘线 维帘线纱线结构 燃机进气阀和排气阀的开启及闭合在多缸之间(tex股教)1003×4 1101×13 93，lx 2 1231×2传动必须严格地按时间顺序动作，这就要求发线绳直径叫1 l12 12o嬲o6l动机上使用的传动带在传动过程中具有很小的线密度t

14、既1 2001 430“o 246断裂伸长率以及较高的断裂强度和模量。玻璃抬度(捻·m1) 66 83 400495断裂强力n 8001 050 153 135 纤维帘线具有断裂强度大、断裂伸长率低、温度断裂伸长率3 0 3 124 15 5 系数小、价格便宜等优点，因此成为汽车同步传申明霞等增强橡胶用玻璃纤维帘线的发展与应用动带的首选材料而被广泛应用。 纤橡胶复合软芯可减小胶料用量，胶芯不易断 目前，国外现有的和新研制的轿车发动机 裂寿命提高4倍以上，而且玻纤帘线断裂伸长 凸轮轴上几乎全部采用同步带，小型柴油机上 率小，不易发生拉脱变形，使用寿命可达4年以也基本采用同步带传动。资料

15、表明，日本30 上具有较高的实用价值。 l以下的汽车几乎100采用同步带传动。欧 33在其它领域的应用 洲的使用范围也在不断扩大。我国引进及合资 (1)短切玻纤帘线的应用。最新研究成果 的轿车生产线除广州标致外均采用同步带传表明，将短切玻纤帘线掺入胎面可以减小弯曲 动。“八五”以来，我国自行开发及改进的新型和冲击变形，而且将短切玻纤帘线加入胎面的 轿车绝大多数也采用了同步带传动 ，可见玻 效果比只加橡胶层或橡胶涂覆层优越。只是在 璃纤维帘线在同步带的市场应用前景是广阔使用玻纤增强层时注意不要与有机纤维帘线层 的。近年来，随着轿车生产技术的发展，对同步直接相邻，而须在其中加一个低收缩层。以避免

16、带的要求也越来越高。由于汽车发动机周围环将有机纤维层的收缩传递给玻纤层，引起玻纤 境条件较为恶劣，除要求橡胶必须具有耐高低 帘线与橡胶层脱粘和分离。 温、耐热老化、耐臭氧老化、抗撕裂、耐动态疲短切玻纤几乎可在任何橡胶基体中作补强 劳、耐油及耐水等性能外。同时对相应的增强帘材料，纤维添加量适当时可在不降低材料强度 线也提出了较高的要求。今后同步带基体橡胶的情况下大大提高材料的模量。降低制品的成 将选用耐温度变化及耐老化性能优良的氢化丁 型收缩率，提高制品的挠曲性和疲劳寿命。 腈橡胶，这就要求玻纤帘线今后要朝着增强氢(2)由于玻纤帘线使用了能与很多橡胶相 化丁腈橡胶的方向发展。现在国外一些高档容的

17、组分进行处理，因此它能与大部分橡胶和 轿车已经开始使用氢化丁腈同步带，国内也已热塑性塑料很好地结合。起到增强作用。玻纤 出现进口氢化丁腈橡胶和玻纤帘线委托加工的帘线也可用于加强窗户封条和汽车门及建筑物 同步带产品，但由于氢化丁腈橡胶价格昂贵，还门上的橡胶和热塑性塑料外形并防止他们拉 未能大规模使用。 伸和变形这个潜在市场有待进一步开发。此采用玻纤帘线代替人造丝帘线制成的无级外，玻纤增强硅橡胶、玻纤增强氟橡胶、玻纤增 变速带可使无级变速带断裂伸长率从8强聚氯酯等在耐温、防腐及密封材料等方面也9减小到33，使用寿命从3个月提高到1 得到了广泛应用。 年以上。而且，采用玻纤帘线作增强层可以简总之，玻璃纤维增强橡胶对橡胶工业的发 化制带工序、减少污染、节约成本，可以大量使 展起着重要的作用。用。32在风扇带和橡胶胶管中的应用参考文献： 风扇带中使用的是中碱玻璃纤维，断裂强