电路输出波形高低电平时间分别为：

由（1-3） （1-4） （1-5）可得充放电周期：

所以输出频率为：

1.3最小系统核心板应用：

STM32F103核心板采用ARM32位的Cortex-M3CPU，最高工作频率72MHZ，低功耗3.3V供电电压，具备丰富的外设和I/0接口，便于扩展各类接口模块功能。

定时中断捕捉振荡脉冲，根据脉冲频率，计算出检测线圈阻抗的变化，对采样数据建模后，与被检钢丝合格样品进行比较，如果数据偏差在设定限值范围内，则被检测钢丝为合格，系统在线持续采样分析。如果数据偏差超出设定限值，则被检测钢丝为不合格，此时通过I/0口输出高电平报警信号，驱动中间继电器动作，继电器常开点闭合，触发拉丝机快速停机报警信号，停机后人工排查故障点；故障处理完毕，通过拉丝机主控复位检测装置，进入在线检测状态。

扩展RS485通讯接口，采用标准MODBUS协议，可多机并联，实现远程参数设定、数据采集及控制功能，通过组态生成胎圈钢丝缺陷报警记录报表，对历史报警记录进行查询。

扩展PROFINET通讯接口，与拉丝机控制PLC联机，可以主控操作屏显示钢丝缺陷检测数据，便于即时监测，为生产工艺控制提供数据参考。

四、结论

经过模拟测试，作为一款简易的胎圈钢丝在线检测装置，作用操作简单，易于与拉丝机配套安装，无需人工干预，可检测常规线径胎圈钢丝表面缺陷问题。根据生产工艺要求，通过人机界面设置模型参数，调整检测探头灵敏度，可有效识别出胎圈钢丝焊头、钢丝表面刮擦伤、钢丝线径突变等问题。对拉丝工序工艺质检提供极大便利，杜绝因此类不合格品流转而造成的质量安全隐患。

参考文献

[1]陈尚松，雷加．电子测量与仪器[M]．北京：电子工业出版社，2005年[2]刘燕生，温科，万淑霞.胎圈钢丝的变化与发展[J].金属制品，2002,28(4)：5354[3]张燕,罗之祥.国(境)外轮胎剖析所揭示的骨架材料发展[J].轮胎工业,2010，30(2)：6773[4]华成英、童诗白.模拟电子技术基础，[M]北京：高等教育出版社，2006 年[5]何希才.新型电子电路应用实例，[M]北京：科学出版社，2005年[6]毕满清.高频电子技术基础，[M]北京：机械工业出版社，2005年7月[7］范书瑞．Cortex-M3嵌入式处理器原理与应用．北京：电子工业出版社，2011年[8]周立功等．ARM嵌入式系统实验教程[M]．京：电子工业出版社，2005年[9]刘守义．单片机应用技术[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2003 年

作者简介

陈延华1977年生，助理工程师，山东经纬钢帘线科技有限公司胎圈帘线厂设备动力部自动化主管

高强力高尺寸稳定性高模量低收缩聚酯工业丝及浸胶帘子线性能研究

刘全来 陆福梅 王晓龙 许其军（江苏太极实业新材料有限公司，江苏扬州225006）

摘要：本文对比研究了第2代、第3代、第4代、第5代高模量低收缩聚酯工业丝的物理性能及其浸胶帘线物理性能、耐疲劳性能等。研究表明：第5代产品强力远优于第2代产品，且同时兼备了第3代的高强力、第4代的高尺寸稳定性，其帘线疲劳性能优于第2代、第3代、第4代产品。

关键词：聚酯、浸胶帘线、物理性能、高强力、尺寸稳定性、耐疲劳性

高模量低收缩(high modulusandlow shrinkage，HMLS)聚酯工业丝的模量高、干热收缩小、滞后损失率小（，可提高子午轮胎的耐疲劳性，降低轮胎生热，是轿车和轻载子午线轮胎的重要骨架材料（2)。

随着高等级公路和豪华轿车的发展，轮胎的速度级别越来越高，汽车对轮胎的性能要求也越来越苛刻；高性能轿车子午线轮胎的速度级别一般在H级以上，要求轮胎具有高速性能好、滚动阻力低和寿命长的特点。胎体骨架材料对轮胎的特性，如高速性能、耐久性和操纵性起到很重要的作用（。由此对半钢子午线轮胎的骨架材料高模量低收缩聚酯浸胶帘布也提出了更高的要求（。要求聚酯工业丝在提高强力同时具备优异的尺寸稳定性，以降低帘布浸胶及轮胎硫化过程中的强力损失，降低轮胎使用过程中滚阻，保持优异的高速性能等。

本文对高强力高尺寸稳定性高模量聚酯工业丝及其浸胶帘线性能进行了研究。

1实验

1.1主要原材料

1100dtex-SR2,第2代高模量聚酯工业丝（以下简称SR2)；1100dtex-SR3,第3代高强力高模量聚酯工业丝（以下简称SR3)；1100dtex-SR4，第4代高尺寸稳定性高模量聚酯工业丝（以下简称SR4)；1100dtex-SR5,第5代高强力高尺寸稳定性高模量

聚酯工业（以下简称SR5)，江苏太极实业新材料有限公司产品。

1.2主要设备和仪器

高速纺丝卷绕机，德国Barmag公司产品；直捻机，德国欧瑞康公司产品；喷气织机，比利时必佳乐公司产品；浸胶机（两浴)，德国Benninger公司产品；3343型强力测试机，美国英斯特朗公司产品；YG086D型缕纱测长仪，常州第二纺织机械有限公司产品；干热收缩仪TS10或TS2，Lenzing公司产品；Y（B）331D型纱线捻度仪，温州大荣纺织标准仪器厂产品；RTC-II型弯曲疲劳试验机，北京万汇一方科技发展有限公司产品；平板硫化机等

2结果与讨论

2.1SR5聚酯工业丝的物理性能

要使聚酯工业丝有高的强力和好的尺寸稳定性（SR5聚酯工业丝)，需要提高聚酯切片的分子量，通过螺杆熔融挤出后具有高的无油丝粘度，提高纺丝速度，再辅以一定的牵伸倍数。SR5与SR4、SR3、SR2聚酯工业丝的物理性能对比如表1所示。

由表1可以看出，与SR2聚酯工业丝相比较，SR5其强力、尺寸稳定性远好于SR2；SR5聚酯工业丝分别具备了SR3的高强力和SR4的高尺寸稳定性。

2.2SR5聚酯工业丝捻线的物理性能

SR5与SR4、SR3、SR2聚酯工业丝捻线的物理性能如表2所示。

由表2中可以看出，与SR2聚酯工业丝捻线相比，SR5 聚酯工业丝捻线的断裂强力大幅高，达到173.1N；SR5与SR3相比，其捻线后的强力相当；44.1N定负荷伸长率SR5与SR4产品相当；SR5捻线强力保持率优于SR2、SR3、SR4。

2.3SR5聚酯工业丝浸胶帘线的物理性能

SR5与SR4、SR3、SR2聚酯工业丝浸胶帘线的物理性能对比如下表3所示。

注：（1）干热测试条件为 1 7 7 ^ { \circ } { C } { \ x } 2 { m i n } { x } 1 1 0 { g } .

从表3中可以看出，与SR2产品相比，SR5产品断裂强力提高，并达到SR3产品强力水平，另外SR5产品其尺寸稳定性指数与SR4产品相当。SR5同时具备了SR3的高强力和SR4的高尺寸稳定性。

2.4SR5浸胶帘线模拟硫化后的物理性能

为了研究聚酯浸胶帘线在轮胎中硫化后的性能，将浸胶帘线在无张力的条件下放置在鼓风干燥箱中进行模拟硫化，条件为 1 8 0 ^ { \circ } { C } x 1 5 min。模拟硫化的方法更能表征帘线的尺寸稳定性实际水平。SR5与SR4、SR3、SR2浸胶帘线模拟硫化后的物理性能对比如表4所示。

由表4可以看出，模拟硫化后，SR5产品其定负荷伸长率与SR4产品相当，其强力与SR3产品相当，进一步证明了所开发的SR5产品具备了SR3的高强力和SR4的高尺寸稳定性，是一种性能优异的产品。

2.5SR5浸胶帘线的耐疲劳性能

为了研究聚酯浸胶帘线在使用过程中的耐疲劳性能，将浸胶帘线进行弯曲疲劳试验，条件如下：频率 2 . 5 { H z } ，负荷10N，疲劳次数10万次。SR5与SR4、SR3、SR2浸胶帘线疲劳试验后的物理性能对比如表5所示。

由表5可以看出，SR5浸胶帘线进行弯曲疲劳后，与SR2、SR3、SR4浸胶帘线相比，其强力保持率更高，说明 SR5 浸胶帘线的耐疲劳性能更优异于 SR2、SR3、SR4浸胶帘线，主要原因可能是SR5聚酯工业丝生产时具有更高的分子量，纺丝采用的高速纺丝技术也导致分子无定型和结晶区分布和取向发生变化。

3结论

为更好地满足轮胎工业对骨架材料的要求，江苏太极开发的第5代高强力高尺寸稳定性高模量低收缩聚酯工业丝，经过捻线、织布、浸胶等工序，得到的浸胶帘线可以满足轮胎制造企业对高强力、高尺寸稳定性高模量低收缩聚酯帘线的要求。

3.1第5代聚酯工业丝的断裂强力达到90.7N，远高于第2代聚酯工业丝，与第3代高强型聚酯工业相当，同时具备了第4代高尺寸稳定性型聚酯工业丝的特点，具有高的尺寸稳定性。

第5代聚酯工业丝捻线后的强力保持率跟更优于第2代、第3代、第4代产品。

3.3第5代聚酯浸胶帘线的断裂强力达到169.7N，比第2代产品提高15.5N，略优于第3代聚酯工业丝，其尺寸稳定性明显优于第2代产品，与第4代聚酯工业丝相当；

3.4第5代浸胶聚酯帘线模拟硫化后的断裂强力较高，与第3代高强型聚酯工业丝浸胶帘线相当；

3.5第5代聚酯浸胶帘线弯曲疲劳性能优于第2代、第3代、第4代聚酯浸胶帘线。

参考文献：

[1]许其军子午线轮胎用聚酯增强材料的发展[A]．《中国橡胶工业协会轮胎、胶管胶带、骨架材料分会应用技术交流会》，2003

[2]刘亚涛高模低缩涤纶工业丝的结构与性能比较[J].上海橡胶，2015，169（1)；31-05

[3]许其军子午线轮胎用聚酯增强材料生产与技术现状研究[J].中国橡胶.2004，13-14[4]王梦蛟．绿色轮胎的发展及其推广应用[J]．橡胶工业，2018，65（1)：105-112.[5]王君毅．高强型高模低收缩涤纶工业长丝的研发[J]．轮胎工业，2014,34(10):609-614.

聚酯帘子布使用的浸胶液和新进展

朱群伟李志超刘全来陆福梅王晓龙许其军（江苏太极实业新材料有限公司，江苏扬州，225006）

摘要：本文介绍了聚酯帘子布浸胶用的三种体系的浸胶液，并对环保型浸胶液的进展进行了介绍。

关键词：聚酯 帘子布 浸胶液 环保

半钢子午线轮胎工业胎体骨架材料中使用的材料有聚酯、改性尼龙66、人造丝帘子布，后两种材料的使用比例并不高。聚酯帘子布作为大量使用的半钢子午线轮胎胎体的骨架材料，目前已经不断从强力和尺寸稳定性两方面对其力学性能进行改进和提升，分为普通高模量低收缩型、高强高模量低收缩型、高尺寸稳定性高模量低收缩型，江苏太极实业新材料有限公司（继承无锡市太极实业股份有限公司的纤维骨架材料业务）作为国内第一家生产聚酯工业丝的厂家，多年来始终紧跟国际上聚酯帘子布的技术发展方向，对聚酯帘子布性能和浸胶技术进行升级和提升，产品技术质量水平与国际同步。

聚酯帘子布通常采用非活化的高模量低收缩聚酯工业丝进行加工，对于非活化聚酯工业丝加工的坏布，要通过浸胶处理才能与橡胶进行良好的粘合，目前国际上主要有三种浸胶方式，即D417浸胶液预处理、RFL 浸胶液处理的二浴浸胶方式、环氧改性的RFL 浸胶一浴或二浴浸胶处理、对氯苯酚间苯二酚甲醛粘合树脂改性 RFL 一浴浸胶处理。但随着人们对职业健康意识的提升，对不用间苯二酚和甲醛的新的环保浸胶液，国际上多家公司也进行了开发，采用新型环保浸胶液生产的浸胶帘子布也开始小批量工业化应用于轮胎的生产，环保浸胶液取代传统的RFL成为聚酯帘子布新的浸胶方式。下面对这几种浸胶方式进行介绍。

1、 \mathtt { D 4 1 7 + R F L } 浸胶方式

对采用非活化聚酯工业丝生产的聚酯帘子布坏布，国际上通常采用美国杜邦公司开发的D417配方的浸胶液进行浸胶预处理[1][2]，首先将聚酯表面进行活化，再浸二浴RFL。此种浸胶处理方式采用的厂家比较多，为主流工艺技术路线。D417预处理液主要关注水溶性环氧树脂的种类、封闭异氰酸酯的种类，环氧与异氰酸的比例，一浴的浓度，消泡剂的种类等。二浴RFL主要关注的是F/R 的摩尔比，催化剂氢氧化钠/R的摩尔比，RF/L的比例，氨水/L的重量比，胶乳L的种类和比例。常用的胶乳有丁吡胶乳、丁苯胶乳、天然胶乳等，通常混合使用，达到与不同橡胶粘合性能的最优化[3]。

江苏太极贮备的新技术，主要在浸胶液中加入耐过硫化的助剂，其浸胶帘子布与国内外众多轮胎厂的胎体胶过硫性能优越，此种技术生产的帘子布更适合大型工业轮胎的高温长时间硫化工艺，保证帘子布与橡胶的粘合性能。

2、Pexul改进RFL浸胶方式

英国ICI公司［4]开发了对氯苯酚、间苯二酚、甲醛缩合的粘合树脂改性的RFL浸胶液，对聚酯帘子布可以进行一浴浸胶处理，其粘合性能随着附胶量的增加而提高，但附胶量增加到 4 . 5 % 以上时，粘合性能不再提高。此种浸胶液使用时，热处理温度较高，通常在 2 4 0 ^ { \circ } { C } - 2 5 5 ^ { \circ } { C } ，此种浸胶液，树脂粘合剂要使用大量的氨水，对环境影响较大，另外如果粘合树脂中存在游离酚，对环境的影响较大，只有少数厂家在使用。江苏太极对Pexul体系的浸胶配方进行了改进，选用新的胶乳和性能优良的树脂粘合剂，改进了过硫性能，生产的改进后的帘子布同样也适应大型工业轮胎的高温长时间硫化工艺，保证帘子布与橡胶的粘合性能。

3、环氧改性的RFL浸胶方式[5]

通过在RFL浸胶液中加入多官能团的环氧和封闭异氰酸酯，对常规RFL进行改进后，浸胶处理聚酯帘子布。此种浸胶方式，同样对附胶量要求较高，必须达到高附胶量才能保证粘合性能。江苏太极对此技术也进行了初步研究，其粘合性能如表 3所示。这种环氧改性的RFL技术，使用的厂家较少，并且其粘合性能不及D417+RFL浸胶体系。

4、环保浸胶液的开发和进展[6][7][8][9][10]

浸胶RFL中所用的甲醛、间苯二酚现在都被REACH法规列为高度关注物质，为了减少有毒有害化学品的使用，国际上对取代甲醛、间苯二酚的浸胶液进行了开发。目前形成了二大技术路线：一是土耳其科赛和德国大陆联合开发的无间苯二酚和甲醛的RF-Free浸胶液配方，主要原料为环氧树脂、封闭异氰酸酯、丙烯酸树脂、胶乳组成的浸胶液；二是以米其林和固特异为代表的分别采用低毒性的对苯二甲醛、间苯三酚和低毒性的三（羟甲基）硝基甲烷、间苯三酚的取代甲醛和间苯二酚，配制浸胶液，这种技术其实还是沿用RFL技术路线，只是换了一种酚醛树脂，与橡胶的粘合性能更优，更易推广应用，但也存在原材料价格昂贵的问题，经济性还要进一步加以优化，另外配制过程由于所用的原料与水的溶解性能等原因，需要特别的配制方法。德国大陆和米其林都开始使用各自的新的浸胶技术生产聚酯帘子布进入轮胎的工业化试验阶段，并且都有雄心计划，在未来几年内彻底对原有的RFL浸胶方式进行全面取代。

国内环保浸胶液的研究主要还是走的是RF-Free技术路线，包括了北京化工大学，神马实业，江苏太极等高校和企业。江苏太极生产的环保配方浸胶帘子布已在多家轮胎厂进行轮胎试验评价，如中策进行了两轮实验室轮胎性能评价和10万公里路试评价，在双钱、玲珑等轮胎公司也进行了轮胎室内性能评价，轮胎性能如老化前后，轮胎的高速、耐久等性能良好，达到或超过采用现有的RFL浸胶帘子布的轮胎性能水平，江苏太极开发的环保配方体系已经取得了中国发明专利的授权。

近年，国内环保配方的专利众多，但很少见到实际应用的报道。一种新的浸胶体系，从实验室走向工业化应用，需要解决的问题很多，如技术的可行性、生产成本的高低、帘布静态、动态、老化粘合性能、帘布长期贮存时粘合性能的稳定性、浸胶帘布与后道轮胎厂使用胶的粘合匹配性，等等。相信随着时间的推移，将会大浪淘沙，具有竞争优势的技术将会得到产业化应用和被后道轮胎厂所接收。

5、结论

目前聚酯浸胶帘布采用的浸胶液配方技术，以D417+RFL为主流技术路线，环氧改性RFL和Pexul改性RFL浸胶技术使用厂家较少，都为少数轮胎巨头的专有技术，为自己的轮胎生产专用的帘子布。但随着技术的发展、法律法规新的要求、人们的职业健康意识的觉醒等，使用环保浸胶液浸胶聚酯帘子布是技术和产业的发展方向。

参考文献

[1] Charles J.Shoaf,Shaped Structures treated with polyepoxide and polyisocyanate
forimprovingadherence to rubbers，US3307966,1967,3 [2]Y.IYENGAR.Role of Adhesiv-Substrate Compatibility in Adhesion.JOURNAL OF
APPLIEDPOLYMER SCIENCEVOL．11，PP．2311-2324（1967) [3]W.B.Wennekes,Adhesion of RFL-treated cords to rubber[D].the Netherlands.Ph.D.
thesis，University of Twente.2008. [4]J.Mather,Development of a Polyester-Rubber Adhesive，Br.Polym.J.，1971,Vol.
3,March. [5]James A.cardina,Method of bondinga rubbery composition toa reinforcing element，
US3190764，1965.6 [6]许其军等，环保型浸胶液的开发与评价，“赛轮金宇杯”第19届中国轮胎技术研讨会，

2016-09-19，411-414

[7]许其军，贺惠英等，环保型浸胶液的应用性能研究，轮胎工业.2017,37(05)，296-299[8]沙康·把斯，为帘布提供高性能的不含RF的浸渍组成物，CN105051284B,2015

[9]David Doisneau etc.Aqueous adhesive composition based on polyaldehyde and polyphenol，US10767086B2，2020-9-8

[10]James Gregory Gillick，Rubber reinforcement adhesive，US2022/0056244, 2022-02-24.

生物基聚酰胺56全系列浸胶帘子布的开发和性能表征

江晓峰刘全来陆福梅韩俊 王晓龙许其军（江苏太极实业新材料有限公司，江苏扬州，225006）

摘要：本文介绍了生物基聚酰胺56 浸胶帘布的各种物理性能。聚酰胺56 浸胶帘子布与N66浸胶帘布性能比较略有差异，主要体现在回潮率的差异对帘线的强力、伸长、定伸等物理性能的影响。对比了N66和PA56浸胶帘子线的flex弯曲疲劳性能和DMA动态热机械性能。

关键词：聚酰胺56纤维聚酰胺56浸胶帘布橡胶骨架材料生物基新材料

1、引言

工业革命开始的几百年间，人们在经济发展和科学技术等方面取得了突飞猛进的进步。在经济发展和工业化的进程中，科学家发现全球平均表面温度(GMST)呈现上升趋势，这将给人类社会带来灾难性的后果。在此背景下，2015年《巴黎协定》提出的长期目标，将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在 2 ^ { \circ } { C } 以内，并努力将温度上升幅度限制在 1 . 5 ^ { \circ } { C } 以内，从而降低气候变化带来的风险和影响[1]。为了达到这个目标，人们要控制向大气层中排放碳，从而出现了碳达峰，碳中和。现今，“碳达峰、碳中和”已成为主流科学界和大部分国家的普遍共识。

国家政策层面，党中央高瞻远瞩，对我国实现碳达峰、碳中和目标的路径方向做出了重要指示，力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。在严格的碳排放标准背景下，或加速落后产能淘汰，或不断优化行业技术水平，发展绿色经济终将推动我国制造业在工艺、技术等方面转型升级，将会催生一批新技术、新产业，产生显著的经济和社会效益。

市场经济层面，欧盟等经济联合体已经开始就“碳关税”进行了设计和探索。2021年3月10日，欧洲议会通过了“碳边境调节机制（CBAM)”议案[2]，对欧盟进口的部分商品征收碳税，预计将从2023年起施行，后期极有可能会扩大商品征收范围。我国国家发改委等七部门，于2022年1月21日，联合印发《促进绿色消费实施方案》，提到“更好发挥税收对市场主体绿色低碳发展的促进作用”，再一次明确了国家通过财税工具，促进绿色低碳发展的工作思路。

“双碳”影响下，为满足政策要求，适应市场变化，轮胎行业的产业技术升级也在进一步加快，产品结构加速向中高端调整。《橡塑技术与装备》期刊中，有文[3]介绍了一些轮胎企业在绿色、节能方面的研发和进展，外资米其林轮胎已研发出世界第一个碳中和轮胎，内资轮胎中策轮胎、玲珑轮胎、赛轮轮胎、双星轮胎、森麒麟轮胎等，也纷纷在绿色、节能轮胎方向投入了大量精力并取得了一些成果。

目前，各轮胎企业研发的方向，主要包括：制造工艺低能耗，降低产品滚阻减少油耗，产品和过程采用生物基原料。

生物基聚酰胺56的原材料戊二胺，由生物质发酵手段获得。生物基聚酰胺56的生物基含量可达到 4 5 % ，这有效地减少了化石原料（例如石油）的使用，减少了碳排放。如表1，表2。

“碳中和、碳达峰”的大背景之下，未来必将带动轮胎行业，在原材料选择方面加速调整。目前，已有多家轮胎制造企业，对生物基聚酰胺56进行了一些列研究和应用。并取得了一些显著成果[4」[5]。通过研究轮胎试验数据[4,5]显示：生物基聚酰胺56用于轮胎冠带材料，制造的轮胎性能各项指标均达到国家标准要求，并且与尼龙66冠带帘布制造的轮胎性能相当。

为适应双碳的政策要求，以及未来市场的变化，在前期技术攻关取得的基础上[6]，参考现有锦纶6、锦纶66国家标准，进一步的研究了测试调湿等环境对聚酰胺56浸胶帘线的影响，使得行业内技术人员对聚酰胺56材料可以有更深入的了解。

江苏太极实业新材料有限公司开发了全系列生物基聚酰胺56纤维并加工成浸胶帘子布，为轮胎制造企业提供更优质的、多样化的选择，丰富了轮胎用骨架材料的选择，助力轮胎走向碳达峰、碳中和。

2、试验材料与方法

2.1主要原料

聚酰胺56浸胶帘线（江苏太极实业新材料有限公司），规格930dtex/2，1400dtex/2，1870dtex/2，2100dtex/2。

2.2主要设备及仪器

生产设备：高速纺丝牵伸卷绕设备；直捻机；喷气织机；浸胶机（实验室、大生产)。

主要测试仪器：Instron3343型强力测试仪；101A-1型电热鼓风干燥箱，上海实验仪器总厂；RTC-II型帘线弯曲疲劳试验机，北京万汇一方科技发展有限公司。

2.3测试与表征方法

帘线强伸性能测试GB/T33330；干热收缩率、干热收缩力测试GB/T30312；H抽出力测试GB/T2942；剥离性能测试GB/T32109；疲劳性能测试GB/T30315。

3、吸潮对性能影响分析

3.1生物基聚酰胺56帘布性能

脂肪族聚酰胺由于分子结构中含有较多的酰胺基团，很容易吸收空气中的水汽。水汽吸收的多少会对脂肪族聚酰胺的物理性能产生影响。因此，在不同的温湿度环境中，研究生物基聚酰胺56浸胶帘线的回潮率和物理性能，对浸胶帘线的生产制造

和场景应用具有指导意义。

生物基聚酰胺56浸胶帘线还未有行业统一的标准。目前，在轮胎用骨架材料领域，已有脂肪族聚酰胺的标准分别是锦纶6帘布，和锦纶66帘布。因此，本文参考GBT33330-2016锦纶6浸胶帘子布技术条件和评价方法，将生物基聚酰胺56帘子布样品在干燥器内平衡处理，测试结果见表3、表4；参考GBT33331-2016锦纶66 浸胶帘子布技术条件和评价方法，将生物基聚酰胺56帘子布样品在 2 4 ^ { \circ } { C } { - } 5 5 { R H } 环境平衡处理，测试结果见表5、表6。表3-表6中，N66帘子布为某厂家提供产业在用的锦纶66帘子布，生物基聚酰胺56（PA56）为江苏太极自产样线或浸胶帘子布。

表3，表4是生物基聚酰胺56浸胶帘子线和N66帘子布，在 2 0 ^ { \circ } { C } 环境中，干燥器内平衡了24h，然后对平衡后样品进行物理性能测试。

从表中数据可见，在干燥器条件下平衡测试时，生物基聚酰胺56帘线与产业在用N66帘子布，强力性能较接近，而定伸差异在不同的规格帘线间，并没显示出哪个材料始终高，哪个材料始终低。因此，推测定伸差异可能来自不同厂家的浸胶处理工艺。断裂伸长率，PA56帘线明显高于产业在用N66浸胶帘子布。

表5，表6是生物基聚酰胺56浸胶帘子线，在 2 4 ^ { \circ } { C } - 5 5 { R H } 环境中平衡了 2 4 { h } 然后对平衡后样品进行物理性能测试，表中可见PA56的强力普遍略低于N66。定负荷伸长率视规格不同，PA56帘线较N66帘线要高 1 - 2 % 。断裂伸长率，PA56帘线明显高于N66 帘线。

总体来看，由于聚酰胺56浸胶帘子布还未有适合本身材料特性的行业标准，参考现有的两种脂肪族聚酰胺骨架材料（锦纶6、锦纶66）标准进行处理时，生物基聚酰胺56浸胶帘子布有较明显的测试结果差异。需要找到一种适合于生物基聚酰胺56 浸胶帘子布本身特性的标准方法。

3.2预干燥条件对聚酰胺56浸胶帘子布的影响

上文中介绍了，生物基聚酰胺56浸胶帘子线和目前产业在用的N66帘布，在不同的平衡条件下的物理性能。可以发现不同的平衡条件，性能差异较大。理论分析推知，性能差异可能与回潮率的差异有关系。

使用一根浸胶处理过的生物基聚酰胺56帘线，进行预处理干燥，考察分析回潮率对帘线性能的影响。生物基聚酰胺56浸胶帘线，首先在两个不同的环境中平衡24h后测试平衡后回潮率和强伸性能，数据见表7。

然后，再将 2 4 ^ { \circ } { C } - 5 5 { R H } 条件的样品，再进行预干燥1（三种温度，鼓风干燥）处理，处理后测量回潮率；将预干燥1处理过的样品，再进行预干燥2（即再放入干燥器中）处理，处理后测量回潮率，同时测试浸胶帘线的物理性能，数据见表8。

表7中可见，与 2 4 ^ { \circ } C - 5 5 { R H } 条件相比，干燥器平衡条件中，生物基聚酰胺56浸胶帘线强力较高，定伸较小。这与表3一表6中结果相一致。

表7中也显示出，平衡条件-回潮率-物理性能三者之间存在相对应的联系。结合表3一表6和表7，发现生物基聚酰胺56吸潮帘线（ 2 . 5 5 % ）与干燥帘线（ 0 . 9 0 % ）之间的物理性能有较明显差异。

表8中可见， 2 4 ^ { \circ } C - 5 5 { R H } 平衡后的PA56浸胶帘线经过预干燥1和预干燥2后，帘线的回潮率分别是 0 . 9 7 % ， 0 . 9 3 % ， 0 . 9 0 % ，与表7中干燥器平衡PA56回潮率 0 . 9 0 % 的结果几乎相等。表8中，PA56浸胶帘线尽管经过预干燥处理后，回潮率已经降低至干燥状态（ 0 . 9 0 \substack { - 0 . 9 7 % } 左右)，但其（表8）强伸性能并未表现出干燥状态（表7）所具有的性能。

推测聚酰胺56浸胶帘线，在吸潮过程中发生了结构的重排，这种重排因水分子的进入而发生，水分子的离去后并未回复，应该是不可逆过程。

3.3生物基聚酰胺56浸胶帘线浸水及调湿性能

众所周知，脂肪族聚酰胺吸湿程度对其物理性能具有显著影响。研究极端情况（即浸入水中）时，浸胶帘线的物理性能变化，可以加深人们对生物基聚酰胺56帘布的了解，丰富人们的理论认识，给生物基聚酰胺56帘布的制造、测试和使用，提供一些指导意见。

N66和PA56两种纤维，使用相同的浸胶工艺和浸胶配方处理，制得浸胶帘线。浸胶帘线在 2 4 ^ { \circ } { C } { - } 5 5 { R H } 环境平衡24h，同时取样品完全浸入水中44h，待样品充分吸收水分后，将含水样品放入 2 4 ^ { \circ } C - 5 5 { R H } 环境中平衡24h和48h进行调湿处理，然后测试样品强伸性能。见表9。

表9中，发现N66浸胶帘子线和生物基聚酰胺56浸胶帘子线，经过完全浸水-再调湿后，两种材料的强力可以回复到帘子线 2 4 ^ { \circ } { C } - 5 5 { R H } 条件的96-97%左右。两种材料的定伸数据均发生了较明显的增大，并未回复到 2 4 ^ { \circ } { C } - 5 5 { R H } 条件的水平。

表9中的这些性能变化，并未因为调湿过程的水分失去，而使浸胶帘子线的性能有所回复。这一点与表7一表8相一致。推知：锦纶66浸胶帘线和生物基聚酰胺56 浸胶帘线，在吸潮过程中发生了轻微的结构重排，这种重排因水分子的进入而发生，水分子的离去后并未回复，重排应该是不可逆过程。另一方面，强力可以回复至96-97%的现象推测，这种因水分子引入和失去造成的材料分子结构变化，并未破坏材料的主要结构，主体性能未见巨大差异。

3.4生物基聚酰胺56浸胶帘子布回潮率对长度变化影响

回潮率是影响脂肪族聚酰胺使用性能的一个因素。上文中介绍了吸湿情况对浸胶帘子布的物理性能的影响。在浸胶帘子布生产、使用过程中，很多时候技术人员还需要了解帘布卷长变化情况，以及与橡胶的粘合性能。

表10中数据为在 2 4 ^ { \circ } C - 5 5 { R H } 和 2 4 ^ { \circ } { C } { - } 9 8 { R H } 两个湿度条件下，聚酰胺浸胶帘子布的长度变化情况，以及与橡胶的粘合特性。粘合性能测试使用轮胎冠带橡胶进行测试评价。

表10中，可见随着湿度的增加，无论是N66帘子布还是聚酰胺56帘子布，长度都会有较明显的缩短现象。同条件下相比较，PA56浸胶帘布回潮率要明显高于N66，且由于回潮率的增加，帘线的长度缩短将增加。

在湿度由55RH变化至98RH时，聚酰胺56的回潮率从 2 . 9 % 增加到 8 . 8 % 。相较于N66，PA56更易于吸潮。可能是由于奇数碳的分子结构具有较多的未参与氢键成键的自由酰胺键，易于与水分子亲和。

表10中，帘线的回潮率在较大的范围发生了波动（ 2 . 0 % 8 . 8 % )，但所有浸胶帘线与橡胶的粘合特性并未发现明显变化。可以推测RFL粘合体系与轮胎冠带橡胶的粘合，受水分子影响较小。

4、弯曲疲劳Flex性能分析

往复式曲挠疲劳实验室浸胶帘线试样在弯曲半径大于最小曲率半径，在一定负荷条件下，经两根可自由转动的导辊A、B同时做上、下往复运动，使帘线受到弯曲往复疲劳后测定帘线耐疲劳性能的方法。[7]

参照现有骨架材料国标方法GBT33331-2016和GB30315-2013，对生物基聚酰胺56浸胶帘子线和N66浸胶帘子线进行疲劳性能分析，疲劳次数选取10w-30w-50w次，结果见表10。

flex疲劳处理流程：样品先在 2 0 ^ { \circ } { C } - 6 5 { R H } 下调湿平衡24h，然后在环境 2 0 ^ { \circ } { C } { - } 6 5 { R H } 下进行flex疲劳实验，实验结束后样品放入 2 0 ^ { \circ } { C } 干燥器中平衡 2 4 { h } 。

表10中可见，经过数十万次疲劳后，N66和PA56浸胶帘线两者的剩余强力，几乎未见明显差异。

5、动态热机械分析

轮胎是一个复杂的复合材料结构体。浸胶帘子线属于高分子材料，其力学行为属粘弹性，当轮胎运行时，帘线周期受力，损耗能量转变为热能。

高称意[8]介绍帘子线的损耗能量或损耗因子 { \ t g \ ^ { δ } } 越大，这种帘子线的动态力学性能越差，表现为在轮胎行驶时生热多，这显然对轮胎的性能不利。

王玉合［9]等，对PA56浸胶帘线进行了DMA性能分析，见图1，三种聚合物材料帘子线的损耗因子(tanδ)max值大小顺序是(tanδ)max，PET>(tanδ)max,PA66>(tanδ)max,PA56，这是因为PET帘子线取向度高，分子链排列规整，分子间相互作用力大，刚性大，因此在周期应力作用下，导致PET分子链活动引起的能量损耗最大；而结构比较类似的PA66、PA56帘子线相比，PA56帘子线的(tanδ)max,PA56小，是因为奇数碳PA56的分子链间最大程度形成氢键的概率小于PA66，且奇数碳PA56的结晶单元长度比PA66短，结晶度、取向度更低的缘故。

图1不同帘子线的tanδ-T变化对比曲线[引自9]

6、结论

生物基聚酰胺56浸胶帘子布不完全依赖石化原料，生物基含量达到 4 5 % ，减少碳排放，满足国际国内政策法规对碳达峰、碳中和的要求，符合未来市场的发展方向。生物基聚酰胺56浸胶帘子布具有自己的独特性能，可作为轮胎用骨架材料使用。

聚酰胺56 浸胶帘子布与N66 浸胶帘布比较略有差异，主要体现在回潮率的差异对帘线的强力、伸长、定伸等物理性能的影响。目前，聚酰胺56浸胶帘子布并未有自己的标准，本文参考锦纶6和锦纶66的两种温湿度平衡条件，对PA56进行性能分析，发现聚酰胺56的断伸在两种平衡条件中都较长。在 2 0 ^ { \circ } { C } 干燥器中，PA56和N66的强力水平相当。在 2 4 ^ { \circ } { C } - 5 5 { R H } 中，与N66浸胶帘子布相比，PA56浸胶帘子布回潮率略大，强力略低，定伸略大。

通过极端浸水处理，发现PA56和N66经过浸水后再调湿处理，与未经浸水调湿处理的帘线性能略有差异，其中浸水后调湿的强力为未浸水的 9 7 % 左右，断伸和定伸无法回复到未经浸水的水平，可以推知水可能对N66和PA56微观结构均有不同程度的影响，但对PA56影响略大。

发现湿度从55RH变化到98RH，PA56的回潮率变化较N66大，帘线长度两者都会因湿度的增加，而变得更短，PA56的帘线长度变化更易于受环境湿度影响。N66和PA56两者与橡胶的粘合特性受环境湿度和回潮率影响较小。

PA56浸胶帘子布的flex性能和和动态力学性能DMA研究表明，PA56具有良好的曲挠疲劳性能和动态热机械性能。

参考文献

[1]巴黎协定，https://baike.baidu.com/item/%E5%B7%B4%E9%BB%8E%E5%8D%8F%E5%AE%9A/19138374?fromtitle=%E5%B7%B4%E9%BB%8E%E5%8D%8F%E8%AE%AE&fromid=19136809&fr * = aladdin。

[2] 《欧盟议会和欧盟委员会关于建立碳边境调节机制的条例提案（Proposalfora Regulation of the European Parliament and Council establishing a carbon border adjustment mechanism）》。https://eur-lex.europa.eu/legal-content/en/TXT/?uri=CELEX: 52021PC0564。

[3]“碳中和”升温，轮胎行业将迎怎样的发展“蓝海”，橡塑技术与装备．2021,47(09)。

[4]郁子平等，生物基尼龙56 在半钢子午线轮胎中的应用，全国骨架材料市场技术论坛-2020年度中橡协骨架材料专业委员会会员大会，P83-89。

[5]刘晓芳等，生物基PA56帘子布840D/225.4EPI开发研究应用，全国骨架材料市场技术论坛-2020年度中橡协骨架材料专业委员会会员大会，P97-99。

[6]戴美萍等，生物基聚酰胺56 帘线的性能研究，橡胶科技．2021,19(09)，433-435。

[7]GB30315-2013浸胶帘线往复曲挠疲劳实验方法

[8]高称意，轮胎用骨架材料的性能及其与轮胎性能的关系，弹性体，2002-02-25，12（1）：70-72。

[9]王玉合等，不同类型浸胶帘子线的动态力学性能对比，合成纤维工业，2022，45（2)：1-4。

从复合材料界面理论的角度理解涤纶浸胶线绳与橡胶的

粘合

余智梅上海世纤新材料科技有限公司

一、概述

在二十多年浸胶线绳行业工作经历中，遇到许多与浸胶线绳应用相关的共性问题。用经验去解决这些问题，即便有效，但往往达不到共识，难于被接受和持续执行。尝试采用复合材料界面理论中的相关内容解释和理解线绳与橡胶共硫工艺中粘合界面形成机制，为工艺设计和质量管控提供理论依据。

复合材料界面理论，虽然还处在百花齐放的研究阶段，但其中还是有相对成熟的理论被广泛接受。在此选取一些成熟的、相关性强的理论，针对涤纶软线绳和天然胶构成的多相多界面材料进行分析，尝试找到界面粘合生成、失效及破坏原因。

首先我们一起了解下复合材料界面理论中的相关概念。

1，界面

凡是不同物质相共存的体系，在密切接触的两相之间存在某种材料特性不连续的区域，该区域定义为界面，厚度在几个纳米至几个微米之间。由于界面层分子与体相分子所处的状态不同，界面层分子有自发与外来分子发生化学与物理结合的趋势。

在组成复合材料的两相中，一般总有一相以溶液或熔融流动状态与另一固相相接触，然后发生机械铆合，润湿，溶解，吸附，扩散，化学反应等过程形成界面。

2，界面结合

界面形成过程是复杂的物理和化学作用，界面性质是多种过程协同作用下的产物。以下罗列的是与本文相关以及达到普遍共识的界面结合方式（作用），帮助理解界面结合中的主要过程。

① 机械结合：固相表面越粗糙，互锁作用越强，机械粘合作用越有效。但是表面越粗糙，比表面积越大，空隙越小，粘度大的液体越不能渗透，造成界面脱粘，应力集中点多，影响界面结合。事实上，纯的机械结合是不存在的，总有弱的范德华引力存在，所以机械结合更多的是机械结合为主的混合结合。

② 润湿结合：润湿性是指液体在固体表面自动铺展的能力，采用接触角表征见，图示1。接触角越小，润湿性越好，粘合功越大。当接触角为零时，粘合功最大，即液滴完全平铺在固体表面。当接触角为180度时，粘合功最小，即液滴在固体表面呈圆型，只有一个接触点。

图1：液滴浸润固体接触角

从润湿理论出发，我们可以得出以下结论：

\blacktriangle 固体表面原始状态物化性能（如粗糙度）、表面化学极性决定接触角的大小。\blacktriangle 固相与液相夹杂（包括人为）造成相与相之间有新化学产物所造成的润湿性改
变（如润湿剂），影响接触角的大小。\blacktriangle 通常对固体表面进行化学改性和表面粗糙度的物理改变，可以达到减小接触
角，提高润湿性的目的。\blacktriangle 当然针对确定的固相表面，对液相的物化性能进行设计，如，温度，粘度，浓
度，介质等同样也会产生更小的接触角，获得更高的润湿性。\blacktriangle 对确定的固相表面进行污染物等表面阻碍层的清理，是润湿水平保持的先决条
件。润湿过程，一定伴随溶解和吸附及扩散过程。溶解与两相物质的化学相容性相
关，吸附则与静电作用相关，扩散与两相物质的物理化学特性以及所处气氛相关。相

比润湿过程，这些过程的机理以及相互间的协同作用更复杂，在这里就不展开了。

③ 反应结合：两相物质在界面层通过化学反应构成的新化合物而产生的结合称为反应结合，反应结合受润湿和扩散控制。要实现良好的反应结合，需要选择最优的工艺控制界面反应程度。

从以下列出的化学反应动力学公式我们可以看到反应层厚度（扩散距离）与扩散系数和反应时间相关，扩散系数又与反应温度，扩散物质的激活能以及两相物质本身性能相关。反应剂固有的化学活性，扩散能力和条件，在固相中的扩散深度，浓度，化学反应条件决定了反应结合界面的厚度和性能。

X = sqrt { D ^ { * } t } D = A \exp \left[ { / { - Q } { K T } } \right]

X：反应层厚度（扩散距离） D：扩散系数

D：扩散系数 A：常数（由基质、增强材料和气氛决

定）

t： 反应时间 Q：激活能

T：温度

K：玻尔兹曼常数

3，界面作用和要求

对界面的要求是传递荷载并在整个生命周期中性能保持恒定。好的界面结合应该是界面二侧组元的原子结构在整个界面上呈连贯状态，界面强度均匀，恒定。

界面的具体作用总结如下：

① 传递效应：传递载荷。

② 阻断效应：阻止裂纹扩展，终断材料破坏，减缓应力集中。

③ 不连续效应：产生物理性能的不连续，如界面摩擦出现的抗电性，耐热性，磁性。

④ 散射和吸收效应：波（外部能量）在界面产生吸收和散射。

⑤ 诱导效应：一种物质的表面结构使另一种与之接触的物质结构由于诱导作用而发生改变，由此产生的一些现象如强的弹性，低的膨胀性等。

最佳的界面是裂纹沿界面扩展形成曲折的路径耗散较多的能量，具有最大的断裂功和韧性。界面强度太弱，增强体不能发挥作用；界面强度过强，裂纹扩展至增强体，发生增强体的脆性断裂。

当纤维线绳是增强体，橡胶为基相物质构成复合体，在力学负载作用下，过强的界面强度，会造成纤维的脆性破坏。需要特别关注的是，在交变拉伸负载和弯曲应力存在的情况下，需要界面具有更高的韧性和足够的热稳定性。二相物质受力后因应变不同所产生的热量，需要界面去吸收，界面必须具备一定的抗热负荷能力。

4，界面破坏机制

界面在形成过程中存在微裂纹，气孔，内应力，在力场和外界环境（介质，温湿度）协同下，微裂纹和缺陷按本身规律发展至被破坏。

外力作用对线绳-橡胶界面的破坏：

① 纵向荷载下（线绳长度方向）界面应力小于所加荷载（泊松比），受剪切破坏。界面厚度厚，裂纹应力集中点多，影响纵向拉伸强度，减小了抗剪切破坏的能力。

② 横向荷载下（垂直线绳长度方向）最大界面应力与所加荷载相当，表现为横向拉伸或压缩，界面不是剪切破坏而是以脱节为主。横向荷载时界面结合强度对复合材料的影响更显著。

③ 动态负载下，界面应力的表现更复杂，应力大小改变以及不同材料形变不一样，又会产生附加的应力，所以动态负载对界面要求更高。

界面在形成过程中，由于相物质热膨胀系数不同，在界面处会产生很高水平的热应力。高水平的热应力会引起基体变形或者开裂。这种存在的界面残余应力是复合材料的固有特性，不容忽视。

多界面构成的复合材料在负荷（热，力）作用下，对最弱界面的鉴别并找到原因，是实现复合材料性能提升的基础手段。

以下我们对橡胶V带线绳-橡胶构成的复合体，进行简单的介绍，了解其组成、功能、破坏机制和现象。

二，橡胶V带

浸胶线绳作为橡胶V带骨架材料，已是一种国际化的标准技术被广泛应用，绝大部分线绳材料是涤纶工业长丝纤维。当然，因三角带的类别以及特性要求，对位芳纶纤维，尼龙纤维，玻璃纤维，碳纤维也有应用。本文讨论的浸胶软线绳材料，虽然局限在涤纶工业长丝范围，但对其他材料也有参考作用。

图2为橡胶V带横截面及强力层线绳-橡胶界面示意图。基质是橡胶，增强材料是涤纶浸胶线绳。借助梯形侧面和带轮的磨擦作用，实现动力传输功能。

界面层C是传递负荷的载体和桥梁，界面结合力以及界面能否阻断两相材料中固有或新生的裂纹在对方相中的扩展，是否能吸收、消耗部分外部施加的能量以延缓复合材料完全被破坏的时间，是决定三角带使用寿命的关键因素。

图2：橡胶V带和线绳-橡胶界面

由于纤维材料和橡胶的热物理参数不同，界面存在内应力，加上界面生成过程中伴随着的微裂纹，气孔，这些天生的缺陷在外力作用和外部环境（介质，温度，湿度）协同作用下，微裂纹和缺陷持续发展，最后以以下五种破坏形式，独立或组合出现：

① 基体橡胶断裂纤维断裂② 纤维脱粘纤维拔脱③ 裂纹扩展与偏转

橡胶V带运行条件下，界面受交变拉伸应力以及弯曲应力等作用，加上摩擦产生的热负荷作用，对界面粘合性能的耐疲劳，抗老化性要求远高于静态条件下。负载越大，界面破坏现象出现的时间更早，寿命更短。

三、影响界面性能的关键因素

二浴法浸胶工艺所获得的浸胶线绳（软线绳），线绳表面的纤维经过化学改性后与基体线绳构成一种二相复合材料。我们将改性后的线绳表层称为线绳RFL层，界面理论同样可以运用在浸胶工艺的设计和管控中，在此就不展开了。

界面层C是未硫化橡胶和浸胶线绳RFL层中的化学物质进行硫化交联反应后的产物。橡胶物质充分润湿、均匀扩散至线绳RFL层后再发生化学反应。RFL中的RF（间苯二酚甲醛缩合体）部分在浸胶线绳处理过程中已完成了与活化层纤维之间的化学反应，剩余部分与胶乳/橡胶发生硫化交联反应，形成以网状分子链为基础，通过化学键，氢键，范德华力和机械铆合作用，构架成连接线绳和橡胶之间的桥梁（界面层C）。

理想的界面层C是线绳RFL的全覆盖，界面厚度均匀、少瑕疵，少气孔，应力集中点少；界面层能接受纤维相和橡胶相固有的瑕疵，阻挡裂纹在对方相的扩展，将裂纹控制在界面层内部，延缓复合体被破坏的速度。界面层厚度/强度满足V带的动态负载设计要求（拔脱、脱粘），具有一定的耐热性。

需要特别关注的是，橡胶相需要达到一定的流动性后才能浸润在浸胶线绳表面，扩散深度与扩散时间直接相关，因此硫化工艺对界面层C的特性起到非常关键的作用。橡胶大分子在塑性状态下仍然有很高的粘度、流动性小、扩散慢，完全的浸润和扩散相比水性液态浆料所需要的时间要长的多。

界面形成的机理可以帮助我们得出以下规律：

① 橡胶流动性不好致使橡胶相物质不能充分润湿线绳表面；

② 反应物质所需的扩散条件没有被满足；

③ 浸胶线绳RFL层和橡胶之间化学相容性不好；

④ 线绳RFL层没有足够的活性化学反应物与橡胶中的物质进行反应；

这些情况下所获得的界面结合就比较弱，界面抗破坏能力差。因此我们在工艺设计和管控上需要关注的以下因素：

① 针对不同的橡胶，线绳处理用的浆料配方和相应的浸胶工艺需要优化匹配。线绳RFL层与橡胶配方之间的化学相容性和润湿性需要被保证。

② 硫化条件（温度，压力，时间）的设计必须满足橡胶流动性的和橡胶物质的扩散性要求。同理论一致，实践经验告诉我们，一个缓慢升温或阶段式升温过程有利于橡胶和线绳之间获得更优良的界面粘合强度。因为这种条件下可以获得较长的橡胶塑性状态保持，从而满足橡胶中的物质向线绳RFL层充分扩散所需要的时间；高的硫化压力对润湿和扩散会有正向作用；反应结合所需要的温度和时间必须被保证。

③ 界面层C厚度（覆胶量）需要优化，太薄不足以达到界面强度要求，太厚瑕疵点多，同样对界面性能有负面影响。线绳RFL层化学活性必须被保护，保证有足够的反应物存在与未硫化橡胶物质发生交联反应。浸胶线绳RFL层有活性基团，在光照或高氧化性物质存在的条件下，RFL层化学活性会被破坏，高温高湿环境下破坏尤为显著。所以对浸胶线绳的防护非常重要。线绳RFL层也有一定的未硫化橡胶的特性，有发生自聚的可能，所以除了储存环境的要求以外还有一定的保质期要求。

四、界面粘合性能的评价

到目前为止，还没有一种被完全认可的定量方法对线绳-橡胶界面的物理化学特性进行客观表征。线绳行业通用的方法是T抽出法和Pee1剥离法：

① 线绳拔脱试验方法（T-拔脱力）：将线绳从一公分厚的橡胶中拔脱出来，所需要的拔脱力。反映了界面抗拉伸负荷的能力。普遍的评判是：拔脱力数值越高，界面抗剪切的能力越强；

线绳从橡胶中被拔脱时，当破坏百分百发生在界面层内部时，得出的T拔脱力才是真正意义上的粘合力。理论和实践都告诉我们，这种破坏形式几乎不可能独立存在，因为界面残余应力，瑕疵，裂纹以及先天的薄弱点，所存在的区域具有很高的随机性。

实际上是线绳和橡胶作为复合体，在外部负荷逐渐加大的过程中，最薄弱点（应力集中点）先被破坏，固有的以及新生的裂纹，随负荷加大，裂纹扩展，其轨迹可以是在相物质中，也可以在界面或界面层内部，哪里弱就去哪里，直至线绳从橡胶中完全拔脱。这就是为什么抽出线绳其断头经常有不同表象的原因。

质量越稳定的产品，在测试操作可靠的条件下，会有相对稳定的T拔脱数值以及更一致的断头表象。

② 线绳橡胶剥离法（Peel-覆胶率）：分离橡胶和线绳后，观察线绳上的橡胶残留，表征有效粘合界面的比例。这个方法在浆料和橡胶配方开发，纤维选择，工艺设计阶段被运用。线绳表面 1 0 0 % 覆胶可以理解为线绳-橡胶构成的界面抗外力破坏的能力大于橡胶基体本身。同T-抽出法碰到的情况一样，由于界面瑕疵等不利因素所存在的位置具有随机性，在剥离测试的时候也会发现线绳表面表象不同。

界面的拔脱强度、剥离强度姑且重要，但在生产活动中，我们需要更多关注的是界面粘合性能的均一性，再现性。

需要指出的是，线绳行业和V带行业，对线绳-橡胶界面粘合性能的测试还停留在静态表征层面。针对V带产品，真正需要被关注的是动态条件下的粘合性能，因此对界面层C粘合性能是否满足需求的评判只有通过橡胶三角带动态测试或运行才能被最终确定。

用T抽出法、P剥离方法获得的测试数据，离散性大，用单个测试数据进行粘合性能的评价是不科学的，但建立在批量数据的基础上，对线绳-橡胶界面粘合水平进行相对比较还是具有实际意义的。

多层织物芯输送带承载能力（LoadSupport）的重要性--谈橡胶输送带用浸胶帆布的性能设计与选型

吴鑫程顾征宇无锡宝通科技股份有限公司

摘要：本文从国内常常忽视的输送带重要指标承载能力(Load Support)对输送带使用寿命的影响，介绍了输送带浸胶帆布的性能设计和国外厂家的选型方法，说明了双层织物芯输送带的优越的承载能力和综合性能，为输送带生产厂家，进一步提高产品品质，提供参考。

输送带生产厂家和使用厂家，在橡胶输送带的相关指标中，往往会非常重视输送带的强度、成槽度，很少关心输送带的重要指标：承载能力（Load Support），也往往忽略了输送带的弹性模量对输送带的影响，片面追求输送带的纵向强度越高越好，其实这些指标的提高，往往反而造成输送带使用寿命的缩短，反而是吃力不讨好。

一、概述

输送带的承载能力（LoadSupport）是指输送带在装载物料后，在托辊组成槽角处能否实现圆弧过渡的能力。

输送带在运行过程中，只有尽可能保证在成槽角处实现圆弧过渡，才能避免输送带在成槽角处出现脱层，覆盖胶开裂等等一系列问题，一旦输送带在成槽角处出现损坏，输送带的使用寿命迅速缩短。

下图是输送带常见的在成槽角处的脱层，折叠等等运行缺陷：

输送带在成槽角处的分层现象是十分常见的问题，是输送带失效的主要原因之一，其根本原因是输送带的承载能力不足所导致的，也就是输送带的横向刚挺性不够，或者说输送带横向太软、太容易成槽所致的。

二、输送带在成槽角处的受力：

在输送机的平直段，输送带在托辊上的受力如图：

其中： γ ：成槽角度；P：作用在输送带上的物料的重力；N：托辊对输送带的支撑力， { ~ N ~ = ~ P ~ * ~ } \cos γ { F } _ { 1 } ：为输送带中积累的下滑内力{ F } _ { 2 } ：为输送带中抵抗下滑的内力f：托辊与输送带之间的抵抗输送带下滑摩擦力。

由于摩擦力f的大小，和摩擦系数μ，以及正压力N相关， { ~ f ~ } = { ~ mu ~ } * { ~ N ~ } 输送带在托辊上的受力又能写为：

显然，输送带的成槽角越大，输送带受到横向受到的挤压力越大，输送带越宽，积累的挤压力越大，输送带的物料密度越高，在物料的重力P越大，同样导致输送带受到的挤压力越大。

》在输送带经过凸弧段时，在成槽角处的受力如右图：

输送带在经过凸弧段，会产生一个指向曲率中心的一个力 { { P _ { 2 } } } ，该力值的大小和转向的角度大小有关，一般在 2 0 ^ { \circ } 左右。

那么输送带在托辊上的受力如下图：

输送带在带边的受力将大于输送带中部的受力，从而在上述的平直段受力的基础上，叠加了一个将输送带往下推挤的力，将输送带往下推挤的力，积累到一定程度，就会使输送带无法维持圆弧形。类似于材料力学中，立杆在受到超过临界压力后，立杆就会弯曲失稳一样。

实际上输送带在托辊外是呈现圆弧形的截面，但在经过托辊时，如果带边不能往上提升，那么，输送带在托辊外的周长大于托辊上的多边形长度，最后就会导致输送带嵌入成槽角中：

我们可以用材料力学的失稳原理来分析上述情况：在材料力学中，立杆的失稳条件为：

其中：L立杆的长度E材料的弹性模量I材料的截面惯量{ \sf P _ { c r } } 材料失稳的临界压力当施加在材料顶端的压力超过临界压力时，立杆就会弯曲失稳。

显然，输送带在成槽角处，是否容易在槽角处折弯过度，甚至是否会嵌入槽角的间隙中，是和材料的失稳十分相似的，因而它与输送带的横向弹性模量E和截面惯量I有着密切的关系。

我们采用有限元分析进行模拟时，在相同的载荷和约束下，可以发现多层输送带有脱层的风险，没有能够完成计算，双层输送带则有较好的表现。

三、如何测定输送带的横向刚性

表征输送带横向刚性的较为理想的方法是三点弯曲法，如图所示：

其相当于材料力学中简支梁的弯曲相仿的，

梁的弯曲深度与材料的弹性模量E、材料的截面惯量I成反比。

采用成槽度的测试方法是不合理的，因为它与输送带自身重量大小有着密切的关系。

实际在制定输送带的相关标准中，似乎是可以加入输送带的承载能力这一指标的。

四、输送带横向弹性模量和带芯厚度对承载能力的影响

从上述的材料力学公式来看，输送带的承载能力和输送带横向弹性模量密切相关，截面惯量则与输送带的厚度相关。不同材料的弹性模量如下：

钢丝绳 160,000 MPa 聚酯纤维 14,000 MPa 尼龙纤维 7,000 MPa 橡胶 2 MPa

输送带是一种复合材料，橡胶的弹性模量与浸胶帆布相比，差异很大，几乎可以忽略不计，因此决定输送带的横向刚性主要和带芯的强度（强度越高，弹性模量越大）和带芯的厚度（带芯厚度越大，截面惯量I越大）相关。

输送带弯曲时，顶面的骨架材料承受压缩应力，底部的骨架材料则承受拉伸的应力，中间层则既不受拉力也不受压缩应力。

要提高输送带的横向挺性，就需要增加骨架材料的用量，利用骨架材料体提高抗压缩能力，也要提高帆布的横向强度，提高横向的抗拉能力。

输送带带芯的厚度越大，则上下层的抗压缩和抗拉伸的能力更好。

根据矩形的截面惯性矩计算公式，截面惯性矩I与带芯厚度h的三次方成正比，因此带芯厚度增加，可以大幅度提高输送带的横向刚挺性。

假如输送带的骨架材料如下图形状，总截面积相同，向下弯曲时，我们可以计算出输送带的横向刚挺性是自左往右，输送带的横向刚挺性越好。

二二二

而单层输送带，没有帆布层间脱层的风险，因而实际上单层输送带也同样具有较好的承载能力。

如右图所示为双层输送带和多层输送带的断面形状，两者的横截面积是相同的，我们可以根据材料力学的截面惯性矩的计算公式进行计算I值。

BTW630X2双层输送带： EP200X6普通输送带帆布厚度： { a } { = } 1 . 5 {mm } 帆布厚度： { b } { = } 0 . 5 {mm }

贴胶厚度： { ~ c ~ } = 2 . 5 { {mm } } 贴胶厚度： { ~ c ~ } = 1 . 0 {mm }
带芯总厚度： \ 2 { H } = 8mm 带芯总厚度： { 2 H = 8mm } 2层BTW帆布
\mathfrak { I } _ { \mathfrak { V } \mathbb E } = 2 \ x \ / { B H ^ { 3 } - B ( H - a ) ^ { 3 } } { 1 2 } = 2 x / { 4 ^ { 3 } - ( 4 - 1 . 5 ) ^ { 3 } } { 1 2 } = 8 . 0 6 * 6层EP200
\begin{array} { r l } & { \| _ { 6 \overline { { \mathbb { P } } } _ { \overline { { \mathbb { P } } } } } = 2 x \bigg \{ \bigg ( / { 8 \mathsf { H } ^ { 3 } - 8 ( \mathsf { H } + \mathsf { b } ) ^ { 3 } } { 1 2 } \bigg ) + \bigg ( / { 8 ( \mathsf { H } * \mathsf { b } * \mathsf { c } ) ^ { 3 } - 8 ( \mathsf { H } * 2 \mathsf { b } * \mathsf { c } ) ^ { 3 } } { 1 2 } \bigg ) + \bigg ( / { 8 ( \mathsf { H } * 2 \mathsf { b } * 2 \mathsf { c } ) ^ { 3 } - 8 ( \mathsf { H } * 3 \mathsf { b } * 2 \mathsf { c } ) ^ { 3 } } { 1 2 } \bigg ) \bigg \} } \\ & { = 2 x \bigg \{ / { 4 ^ { 3 } - ( 4 - 0 . 5 ) ^ { 3 } } { 1 2 } + / { ( 4 - 0 . 5 * 1 ) ^ { 3 } - ( 4 * 2 \mathsf { c } 0 . 5 * 1 ) ^ { 3 } } { 1 2 } + / { ( 4 * 2 x 0 . 5 * 2 x 1 ) ^ { 3 } - ( 4 * 3 x 0 . 5 * 2 x 1 ) ^ { 3 } } { 1 2 } \bigg \} , } \\ & { = 2 x \bigg \{ / { 4 ^ { 3 } - ( 3 . 5 ) ^ { 3 } } { 1 2 } + / { ( 2 . 5 ) ^ { 3 } - ( 2 ) ^ { 3 } } { 1 2 } + / { ( 4 * 3 ) ^ { 3 } - ( 4 * 3 . 5 ) ^ { 3 } } { 1 2 } \bigg \} , } \\ & { \qquad ( ( 6 4 - 4 2 8 7 5 ) + ( 1 2 6 2 5 - 8 ) + ( 1 - 0 . 1 2 5 ) ^ { 3 } ) \qquad \quad 2 6 6 6 2 5 ) } \end{array}
= 2 x \left\{ / { ( 6 4 - 4 2 . 8 7 5 ) + ( 1 2 . 6 2 5 - 8 ) + ( 1 - 0 . 1 2 5 ) ^ { 3 } } { 1 2 } \right\} = 2 x \left\{ / { 2 6 . 6 2 5 } { 1 2 } \right\} = 4 . 4 3 7 5 x 1 0 ^ { 1 0 } .

显然两层的BTW结构的输送带其承载能力将是6层织物芯输送带的1.8倍左右

我们用三点弯曲法测试输送带的横向刚挺性，下压同样的深度，输送带的反弹力如表中显示，可以发现双层输送带的承载性能也如同上述计算结果。

橡胶的应变应力曲线如右图，橡胶在受到较大的压缩力下，会变硬，模量大幅度提高，从而有利于改善输送带的承载能力。但橡胶承受的压缩应力越大，橡胶就越容易开裂：

如图，是橡胶在成槽角处提前开裂。

五、输送带帆布强度和层数的选择

输送带用浸胶帆布，往往是强度越高，帆布越厚，纤维的用量越多，而且纤维纱线的排列越紧密，抗压缩性能越好，从而可以大幅度提高输送带的承载能力。

我们可以对比右图中BTW500和EP200的帆布的排列紧度。

实际上，织物芯输送带的运输距离往往较短，一般在输送机的运输距离在1000米以内，较多的场合往往在500米左右，因此，按12倍的安全系数计算，输送带所需的强度往往仅需 4 0 0 { - } 8 0 0 { N /mm } 左右，而输送带实际选型中，强度等级往往达到EP300x6，幅宽较宽的时候，强度往往达到EP500X4等，原因何在？

我们可以看一下康迪泰克是如何选择输送带的：

输送带的基本性能为：

其中，带芯厚度（NominalCarcassGauge）是用于选择最小带轮直径，输送带纵向弹性模量（BeltModulus）是计算输送带所需的最小凹凸弧曲率半径、过渡区长度、张紧动程等必要数据。输送带的弹性模量越大，则要求输送机的凹凸弧，过渡区的曲率半径越大，则同样也会影响输送带的正常使用。

表中的数据是，输送带在不同成槽角度下，在空载时，依然可以成槽的输送带宽度，小于该宽度，输送带将不容易成槽，会跑偏，因此输送带在选型时，需要确保的最小宽度。

输送带可用的最大宽度：（输送带的承载能力LoadSupport）

表中的数据是输送带在不同的物料堆积密度，不同的成槽角度下，输送带在成槽角处依然实现圆弧过渡所对应的输送带最大可用宽度。我们可以发现，输送带的宽度越宽，成槽角度越大，装载的物料堆积密度越大，输送带可用的最大宽度越小。

显然，输送带的选型，除了满足运行张力需要外，实际上主要是根据输送带的承载能力来决定的。在短距离的输送机上，输送带的强度实际上不是根据运行张力来选择的，而是根据输送带的承载能力来选择的。

因此，输送带的成槽度并非越大越好，而是只要在空载时刚好可以成槽即可，而输送带的承载能力则越大越好。也就是，在空载可以成槽的情况下，选择的输送带横向刚性越大越好，或者说选择的带强越大，层数越多越好。但此时，我们不得不考虑输送带的另一个指标，就是输送带的耐曲绕性能（帆布的经纱卷曲度)，输送带的强度和层数选择，是一个相对复杂和细致的计算过程，在保证使用性能和寿命的条件下，尽可能降低降低成本（降低带强)，同时要保证承载能力，成槽性能，要考虑输送带的张紧动程，带轮直径等等。

六、输送带纵向模量对输送带使用性能的影响

要提高输送带的承载能力，减少输送带出现脱层的风险，那么就要提高输送带的层数或者输送带的强度。

显然输送带的层数越大，输送带的耐曲绕性能越差，是充满风险的。如图，是输送带由于层数过多，不耐曲绕出现了严重的折皱。

那么增加输送带的强度，也会增加带芯的厚度，相对应的带轮直径就要增大，如下表所示：

而带强的增加，意味输送带的纵向弹性模量的增加，将会严重影响输送带在经过凹凸弧、和过渡段时，输送带宽度方向的受力一致性。

从输送带的曲绕性能上来分析，输送带的受力加大，输送带容易伸长，在经过带轮时，就有回弹的可能性，避免内层帆布受到压缩，而输送带张力越小，内外层的张力差异越大，内层帆布就越容易出现压缩应力，从而导致输送带的损坏。

输送带在经过凸弧段和过渡区时，同样存在两边张力大，中间张力小的问题。

如图，输送带在经过凸弧段时，由于两边的弧长大于中间的弧长，因而输送带的两边受力就大，在输送带的运行张力很小，两边的张力总和大于输送带所需的运行张力，输送带中间就会受到压缩应力的作用，输送带中间就会鼓起，甚至严重时，输送

带会出现折叠。输送带在头尾轮在过渡区也会出现类似现象：

如右图示意：带边和中间的长度差异：

输送带中间和带边的张力差异：

同样输送带在经过头尾轮的过渡区，同样存在带边的张力大于中间的张力，如图：

带边长度：

输送带带边h 过渡区长度L110下湿盖胶1第一组正常成槽托过渡托

因此，输送带的带边和中间的受力关系大致如右图：

输送带带边h 过渡区长度L
下票盖胶 10日山
第一组正常成槽托辊 过渡托辊

输送带带边和中间的张力差异如下公式：

其中：a为带边长度，L1为输送带中间长度，或过渡区长度。M为输送带的弹

性模量。

要缩小带边和中间的张力差异，就要尽可能降低输送带的纵向弹性模量，也就是尽可能不要选择强度太大的输送带。

假设T’为输送带中间的张力，T为输送带的运行张力，Te为带边张力，那么相互之间的

{ \boldsymbol { \mathsf { T } } } = { \boldsymbol { \mathsf { T } } } - { / { \mathbf { 1 } } { 3 } } x \Delta { \boldsymbol { \mathsf { T } } } 关系为：

从上述公式可见，如果输送带运行张力过小，成槽角度过大，输送带太宽，导致成槽深度h增加，那么输送带的中间部位就会受到压缩应力，这种压缩应力就会导致覆盖胶龟裂，帆布横断等等。

一味追求纵向强度，对输送带的运行安全是有害的，

输送带的强度选择，考虑如何避免输送带的中间受到压缩应力，同时也要避免输送带带边的张力过大，超过许可的应力。因此，输送带的纵向弹性模量是一个极为重要的性能指标。

提高帆布的经向卷曲度，是降低输送带纵向模量的一个重要帆布性能参数。

七、输送带结构与浸胶帆布的选择

输送带的承载能力主要和输送带的横向弹性模量E有关，也与带芯厚度（截面惯性矩I）有关，我们在希望不增加强度（不提高输送带的纵向弹性模量E）的情况下来提高输送带的承载能力，那么在输送带的结构设计上，我们就要选用纵向相对较低的强度，横向有足够强度的帆布，或者降低输送带的层数，同时保证帆布之间有一定的贴胶厚度，来保证输送带带芯有足够的厚度。

在帆布设计上，就要增加纬纱的用量，增加纬向强度，从而提高横向的弹性模量和帆布的紧密程度。所谓的CFW结构或DW结构，就是一种更为合理的帆布结构。

CFW结构（2/2破斜纹结构)，采用更密的纬纱密度，其纬向强度是普通EP帆布的1.5-2倍，而且纬纱的伸直度更好，从而大幅度提高了输送带的横向弹性模量，是输送带的横向刚性大幅度提高，确保了输送带的承载能力，在输送带的选型中，我们就不再需要通过提高输送带的强度，用更多的帆布体积来获得足够的承载能力。

DW(DOUBLEWEAVE）是一种纬二重结构，也就是织物中的纬纱具有上下2层，纬纱的密度更高，强度也更大，而且纬纱几乎完全伸直，这样输送带的承载能力就能进一步得到提高。而帆布纵向的卷曲度相对较高，输送带具有更好耐曲绕性能。

此外CFW或DW结构的输送带，具有更好的抗冲击性能和抗撕裂性能。

无锡宝通针对堆取料机输送带，则选用BTW结构的双层输送带，来提高输送带的承载能力。

BTW帆布，单层强度可以达到1000N/mm，具有三层的纬纱结构，经纱的卷曲度达到 6 % 以上，从而输送带具有极好的纵向柔软性，较低的纵向模量，适合堆取料机较小的凸弧曲率半径和较短的过渡区。同时三层的纬纱结构，提供了极好的横向刚性，提高了输送带的承载能力，相对于多层输送带而言，有更厚的贴胶厚度，输送带的缓冲能力进一步提高，既提高了输送带的抗冲击性能，也同时提高了输送带的承载能力。

目前，国内输送带厂家，片面强度浸胶帆布的纵向强度，忽视的浸胶帆布的横向强度，则其实是一个错误，在尽可能提高帆布的纵向强度，往往会降低帆布的横向强度，从而降低帆布的平方米重量，来进一步降低成本，实际上是在牺牲输送带的承载能力这一重要指标来实现降本，反而影响了输送带的使用寿命，反而导致社会使用成本的提高。

八结论：

》输送带的承载能力是一个影响输送带使用寿命的重要指标，因此我们需要在保证输送带承载能力的情况下进行减层：也就是要保证带芯的厚度，提高输送带的横向强度和横向弹性模量；

》片面地强调输送带的纵向强度，忽略输送带的横向性能，是对输送带运行不利的，反而由于承载能力不足，导致输送带容易脱层。

》输送带的强度和层数选择，主要是根据输送带运输的物料比重、成槽角大小和幅宽大小决定的。

浸胶帆布的设计和选用上，要考虑如何增加输送带的横向刚性，降低输送带

的纵向弹性模量将有利于提高输送带的抗冲击性能，减少脱层的风险，提高输送带的使用寿命。

单层、双层输送带是综合性能最好的输送带。

1 公司简介

山东天说橡胶有限公司坐落于小清河畔的桓台马桥经济开发区新材料工业园西首，投资8200万元，占地200余亩，现有员工100余人、工程师15人、安全工程师5名、产品技术研发人员15人。主要生产丁苯吡胶乳、2-乙烯基吡啶为主年综合产能5万吨。紧邻交通主干道，配套设施齐全，发展空间充裕。公司科学规划、创新发展，依托高校人才优势，积极走产学研相结合的道路，在行业中率先与山东理工大学化学工程学院合作成立联合技术研发中心，公司产品研发能力处于同行业前列。先后获得了“市级瞪羚企业”省级“专精特新”企业，建成市级乳液聚合工程研发中心，国家安全生产标准化二级单位。