纤维骨架材料的性能及测试方法

纤维骨架材料的性能及测试方法张燕轮胎、胶带、压力胶管及其它某些橡胶制品都是由几种化学性质及组织结构不尽相同的材料组合而成的复合体。

简单地讲，凡是非纯胶制品，从使用材料方面看都可以看成是胶料（或热塑性弹性体）与骨架材料的复合体。

骨架材料在橡胶制品中起重要作用。

从某种意义上讲，橡胶制品在结构、制造技术和产品性能方面的进步和新产品的开发都离不开新品种、新结构骨架材料的配合。

骨架材料对橡胶制品的产品性能和工作寿命有决定性作用。

1.纤维骨架材料在橡胶制品中的作用概括地讲骨架材料在橡胶制品中主要起两点作用：（1）承受载荷：轮胎、胶带、胶管等橡胶制品在使用时都要受到载荷作用。

轮胎承受车辆及所载货物的全部载荷；动力传动胶带即V带承受拉力作用，输送带除受到拉力作用外，还要受到所载物料的重力作用；胶管则承受着因传输介质的压力（包括负压）而产生的周向拉力（在负压作用时是压缩力）的作用。

橡胶制品所承受的各种作用力，绝大部分是由骨架材料承担的。

不难想见，没有骨架材料，橡胶制品的承载能力将是何等低下，没有骨架材料，上述三种橡胶制品不可能发展为今天这样的局面。

（2）维持橡胶制品有固定的几何形状，保持橡胶制品的尺寸稳定性：多数橡胶制品在使用时都承受着载荷的作用，橡胶本身是一种高弹性、低模量材料，在外力作用下极易产生变形。

要维持橡胶制品有固定的几何形状并保持橡胶制品的尺寸稳定性就不能不依赖骨架材料的支撑。

其尺寸稳定性决不仅与橡胶制品的外观质量有关，更主要的是它关系到橡胶制品的使用性能。

如果橡胶制品的尺寸稳定性不好，就会劣化其使用性能而达不到最佳工作状态。

对于轮胎来讲，其尺寸稳定性用周长变化和断面宽变化两项指标考核。

周向变形过大易使轮胎产生平点现象即轮胎在车辆停驶期间，由于仍受车辆及货物的重力作用而使接地部位产生失圆（局部变平），影响轮胎的行驶平稳性；断面宽增加量过大，会使并装轮胎间的间隙变小，不利于散热，严重者会造成夹带石块，划伤胎侧。

胶带的尺寸稳定性是指在使用期间长度的变化。

如长度变化过大甚至超过了带轮调节范围就将使胶带处于放松状态，V带就会降低其动力传动能力并加大主、从动带轮的不同步性；输送带会降低其输送物料的能力。

更为严重的是由于胶带处于放松状态，在工作期间与带轮发生相互摩擦，加速胶带的磨损而降低其使用寿命。

胶管的尺寸稳定性表现在工作期间其断面直径的变化上。

受内压作用的胶管在工作期间断面直径的增加值应控制在一定范围内，否则影响胶管的承压能力进而影响使用寿命。

受外压作用的胶管（如真空胶管）其尺寸稳定性更重要。

工作期间应使胶管不致受外压作用而压扁。

要做到这一点除了胶管壁要有一定的厚度外更离不开骨架材料的支撑作用。

总之，骨架材料对橡胶制品的性能和使用寿命有至关重要的影响。

根据不同橡胶制品的使用条件和特定的工作条件选用不同的骨架材料对保证橡胶制品有良好的使用性能和延长使用寿命有决定性作用。

2. 纤维骨架材料的分类2.1按骨架材料所用的纺织材料分类骨架材料如按所用的纺织材料分类包括天然纤维和化学纤维两大类。

2.1.1天然纤维是指植物、动物所产的纤维及无机矿物纤维或由无机材料制成的可用做纺织材料的纤维。

骨架材料用植物纤维目前只有棉纤维。

过去曾用麻纤维（亚麻或苎麻）的纱线做胶管的增强纱线。

但由于麻纤维经深加工可制成中高档服装面料，加之资源丰富、物美价廉的合成纤维的出现，现在已不再用麻纤维做橡胶制品骨架材料的原料了。

动物纤维系蛋白质纤维，是高档服装面料的纺织材料。

在橡胶制品中除某些机械中专用部件有用到橡胶和毛毡的外一般不用动物纤维做骨架材料。

矿物纤维用做橡胶骨架材料的是玻璃纤维。

2.1.2化学纤维是指以天然或合成的高分子聚合物经人工化学处理与纺丝加工而成的纤维。

化学纤维按原料来源及相应的加工处理方法可分为人造纤维与合成纤维两大类。

人造纤维是以天然含纤维素的物质如木材、棉短绒等材料经化学处理与纺丝加工而制成的纤维，因此又被称为天然纤维素再生纤维。

橡胶制品骨架材料中的粘胶人造丝纤维就是一种人造纤维。

合成纤维是指以煤、石油、天然气和农副产品等天然低分子有机物为原料，经一系列的化学反应合成为高分子聚合物，再经不同的纺丝工艺而制成的纤维。

现在橡胶制品骨架材料用纺织材料中，化学纤维已占绝对优势。

合成纤维还可以按不同的特定条件进行分类。

通常按合成纤维的分子结构分为碳链纤维和杂链纤维两类。

前者包括维尼纶和丙纶（即聚丙烯纤维，因其耐热性不好，熔点低，所以不用做制造骨架材料。

但丙纶是织造橡胶工业用垫布的理想材料），后者包括锦纶6、锦纶66（脂肪族聚酰胺纤维，亦称尼龙6、尼龙66）、聚酯（聚芳酯纤维）和芳纶（芳香族聚酰胺纤维）。

综上所述，可以将目前橡胶制品骨架材料在用纺织材料分类用下述谱图表示：骨植物纤维：棉纤维架天然纤维材矿物纤维：玻璃纤维料用人造纤维：人造丝（粘胶纤维）纺织维尼纶（聚乙烯醇缩甲醛纤维）材化学纤维碳链纤维料丙纶（聚丙烯纤维）合成纤维锦纶6、锦纶66（脂肪族聚酰胺纤维）杂链纤维聚酯（聚苯基酯纤维）、PEN（聚萘基酯纤维）芳纶（芳香族聚酰胺纤维）此外，按材料在高温下的热行为还可将纤维分为热塑性纤维和热固性纤维。

前者指纤维有一定的熔限（因高分子材料聚合度不同，熔点不像低分子材料那样固定，而是有一个不大的温度范围），在一定的温度下会剧烈收缩、熔化。

这类纤维包括锦纶、聚酯、维尼纶和丙纶。

后者指纤维在高温下不熔化而直接分解炭化。

这类纤维在高温下无明显的收缩现象，棉纤维、人造丝和芳纶属于此类纤维。

2.2 按骨架材料品种分类2.2.1 轮胎用纤维骨架材料主要是帘子布，此外还有一些小部件骨架材料如子口布、胎圈包布（又称扎口布）和子口加强层用布等。

子口布是经、纬线密度均较稀疏的平纹布，所用材料有锦纶、维尼纶、聚酯短纤维—维尼纶短纤维混纺纱、聚酯短纤维—棉混纺纱、维尼纶短纤维—棉混纺纱等。

高档无内胎轮胎也有用无纺布做子口布的。

胎圈包布一般用网眼织法的平纹布条，大型轮胎中也有用帘布条做胎圈包布的。

子口加强层一般采用帘子布，大型轮胎也有用钢丝帘线的。

2.2.2输送带一般用帆布或帘布做骨架材料。

帆布的织物结构又可分为平纹帆布、牛津纺帆布、斜纹与破斜纹织物结构。

平纹帆布是由一根经线与一根纬线交织而成（结构示意图见图1），适用于中、轻量级别输送带。

牛津纺帆布是由二根经线与一根（或两根）纬线交织而成（结构示意图见图2），这种织物适用于重量级别的输送带，由于两根经线（或纬线）一起织造，这种织物的抗撕裂强度高，可增强胶带的横向抗撕裂性能。

斜纹组织帆布，经线和纬线仍然是两根两根地交替织造，与牛津织物不同之处在于相临的两根经线和纬线错位交织且每四根经纬线才重复一次形成一个组织单元（结构示意图见图3），故织物牢固，克服了合成纤维长丝织物由于纤维表面光滑而使经、纬线易滑动的缺点，也有抗撕裂强度高的优点。

这种帆布一般织造成重量级织物，适用于制造重量级别输送带并减少所用帆布层数。

破斜纹组织帆布是为改善牛津与斜纹帆布的一个缺陷而设计的，牛津与斜纹帆布的组织特点是经线与纬线的浮长较长，经纬结点数较少，这种组织提高了织物的抗撕裂强度，但同时经纬结点的减少使得这种织物用机械紧固件接头的紧固强度大大降低，这对增大输送带的接头强度不利。

破斜纹组织与斜纹组织的不同之处在于每一个组织单元的第三、第四两根线的织法相反，使得每两根纬线中必有一根与经线都形成结点从而增多了结点数量，增强了织物的紧固强度（结构示意图见图4）。

织造帆布的材料很广泛，几乎目前橡胶行业在用的纺织材料包括一些合成纤维短纤维与棉或维尼纶短纤维的混纺纱及合成纤维棕丝都可织造帆布。

我国输送带用帆布目前绝大部分采用前两种结构的帆布。

用帘子布增强输送带在欧美使用较多，这种帘子布经、纬线线密度都比轮胎用帘子布大得多，经线相当于V带用线绳。

国内目前还没有。

近年来钢丝绳增强的输送带逐渐增多，为提高输送带的抗横向撕裂性能，采用了一种网眼式的专用布。

这种布的纬向为高线密度的聚酯或锦纶线绳，经向为较细的两股帘线，纬线穿过经线的两根股线间。

这种结构可以克服因经、纬线密度稀疏而造成的易滑动变位的缺点。

前边提到的轮胎胎圈用包布也属这种结构。

它可以解决胎圈包布因割成窄条使用而使经、纬线容易飞散的问题。

网眼式织物的结构示意图见图5。

煤矿巷道用输送带要求有良好的阻燃性能，现采用整体带芯为这种阻燃输送带的增强材料。

将整体带芯用含阻燃剂的聚氯乙烯乳液处理可增强与橡塑带体的粘着和提高阻燃性能。

整体带芯的组织结构很复杂，按带子的承力等级分为双层经线和三层经线。

织造用材料多采用棉、维尼纶、锦纶、聚酯、芳纶。

其中纬线也有用维尼纶短纤维纱的，经线也有用锦纶（或聚酯）短纤维—棉（或维尼纶短纤维）混纺纱的。

目前已有的织造技术使其中的棉或维尼纶大部分处于带芯的表面以增进带芯与带体的粘着性能。

整体带芯的结构示意图及实物图见图6。

国外有用直经直纬结构的织物制造输送带的。

结构示意图及实物图见图7。

这种结构的特点是两层纬线一层经线且经、纬线分别处于三个层面上，不相互交织，用连接经线（一般线密度远小于经线线密度，亦称吊线。

）弯曲缠绕在处于经线上、下层的纬线上起连接作用。

这种织物的特点是由于经、纬线伸直排列，没有织缩（crimp，又称弯缩），因而纤维的强度效率即织进织物后纤维的强度保持率很高。

又因为没有弯缩，织物的尺寸稳定性好。

织造这种织物一般用聚酯为经线，锦纶66为纬线，也有用芳纶为经线的。

动力传动带分平型带、V带（包括演变的多楔带、连组带）和同步带平型动带以帆布为骨架材料，在用的纤维材料有棉、维尼纶、人造丝及聚酯。

帆布结构为平纹，可用纯纺帆布（经、纬线均用同一种纤维），也可用混纺纱织成混纺帆布或经、纬线材料不同的交织帆布。

包布式V带分帘布型和线绳型两种。

前者属淘汰中的产品，后者属技术代表性产品，是V带的发展方向且至今尚没有更新的产品取而代之。

V带用帘布国内为聚酯帘布和维尼纶帘布，但帘布密度和技术指标有别于轮胎用帘布。

线绳为聚酯线绳。

也有厂家用锦纶线绳，但受力后变形大，影响V带性能和使用寿命。

农机用V带和油田钻机V带有以芳纶线绳作为骨架材料的产品。

切割式V带用聚酯硬线绳，国外也有用芳纶硬线绳的。

60年代后出现的内齿型时规带（又称同步带）因要求带子尺寸精密，工作期间有极佳的尺寸稳定性，因此一般用变形量小的纤维的线绳为骨架材料，如芳纶线绳、玻璃纤维线绳。

微型同步带（如打印机的打印头传动用同步带）也使用聚酯线绳。

V带的包布为轻型帆布，由棉纱或维尼纶短纤维纱织造。

同步带的齿面包布为高弹性化纤长丝织成的高弹布。

2.2.3 胶管用增强材料一般根据胶管结构分为两种：帆布（适用于包布胶管）和胶管纱线（适用于织、缠绕和针织胶管）。

从技术角度讲，包布胶管属淘汰产品，但国内目前还有一定的生产能。