聚酯工业丝地性能

I.聚酯工业丝的主要特性

A.化学结构

聚酯是由对苯二甲酸二甲酯和乙醇缩聚而成的产品，分子式如右图。

B.聚酯纤维的基本特性

与锦纶相比，聚酯的强度与锦纶相仿，模量相应高一些。因此聚酯特别适用于在应力作用下，尺寸稳定性要求高的场合，如作为半钢子午线轮胎的胎体增强、输送带骨架材料的经线，V带的浸胶线绳、胶管中的增强材料。

聚酯存在化学惰性，因此要获得良好的粘合性能是比较困难的。可以通过对纤维进行二种不同的处理来解决：一种方法称之为“预活化”的表面处理，这种表面处理方式是在聚酯工业丝纺丝过程中，在纤维表面处理了一种环氧树脂，这种环氧树脂的固化可用异氰酸酯或酚醛树脂。聚酯织物和线绳的浸胶体系中采用了RFL，其中RF树脂是间苯二酚（R）、甲醛（F）的缩合反应后的水溶性热固型酚醛树脂，胶乳（L）可以是丁砒、氯丁、天然、丁苯、丁腈等各种不同的胶乳。由于RF树脂可以和预活化后工业丝表面的环氧树脂直接反应，因此活化后的工业丝只要采用单浴浸胶就可获得与橡胶良好的粘接力。另一种方法是对帘线和织物进行二浴浸胶处理。先浸渍封闭异氰酸酯，高温处理后，异氰酸酯解封闭，异氰酸酯中HCO基团和聚酯表面的羧基反应，使聚酯纤维的表面改性为聚氨酯后，再浸渍RFL。

聚酯和锦纶一样，受热后容易收缩，因此纱线或织物的收缩性能可以通过热定型来控制调节。除此以外，通过调节纺丝工艺可生产的不同聚酯工业丝，其相应的应力-伸长和收缩也不同，见图。一般来说喷丝板纺丝速度、切片粘度等工艺条件基本相同，则纤维的热收缩率+断裂伸长率相对接近，变化不大。

C.聚酯纤维的种类

我国已经成为全世界生产聚酯工业丝产能最大的国家，可以根

据不同用途，开发了多种高强工业聚酯长丝纤维，主要有：I: 用于

轮胎的高模低收缩丝（HMLS），II: 用于输送带织物的中低收缩丝，

和用于一般用途的高强丝(HT)，III: 用于涂层织物的低收缩丝

（SLS）。右图是不同性能工业丝的拉伸曲线图。

D.聚酯的拉伸性能

聚酯纤维的物理性能，除了决定于聚酯的分子结构外，与纺丝工艺，特别是纺丝过程中的拉伸和热处理条件密切相关。一般说来，拉伸程度越高，同时给予合适的热定型，则纤维的取向度越高，从而纤维的断裂强度也较高，断裂伸长较低，得到高强低伸纤维，热收缩率也提高；反之为低强高伸纤维，热收缩率降低。

由于聚酯纤维是一种热塑性材料，温度高低对其机械性能影响较大。

左图为普通高强聚酯工业丝的拉伸曲线, 右图为HMLS高模低收缩聚酯工业丝的拉伸曲线。

曲线1：为20℃下测试的强伸曲线；

曲线2：经过150℃自由收缩后，在20℃时测试的强伸曲线，

曲线3为150℃自由收缩后在80℃下测试的曲线；

曲线4为150℃自由收缩后在120℃时的测试曲线；

硫化温度一般在150℃以上，因此纤维常常经过150℃的模拟硫化热处理，分析纤维的性能受热后

的变化。从上图中可见，聚酯纤维在经过150℃的自由收缩后（模拟硫化），强度将会有一定幅度下降，而伸长会提高，模量会下降。因此采用聚酯纤维作橡胶骨架材料时，应注意聚酯纤维的这一特性。特别是在高温状态下使用，设计计算聚酯的强度必须考虑这一因素，将安全系数做一定的提高。

HMLS工业丝在不同的温度下，纤维的性能差异是明显小于普通工业丝的，所以特别适合于各种耐高温的场合。最为重要的是，在高速运行后，轮胎胎体的温度提高后，其高温下的模量保持率，可以获得和人造丝相仿的模量，保证胎体帘线的高模量，从而可以保证轮胎有更好的可操纵性能，即依然保持良好的转向响应能力。

骨架材料在硫化过程中，不同的硫化预拉伸量和冷定型拉伸量，也会影响最终成品的性能。

E.聚酯纤维的热性能

聚酯纤维是通过熔纺法制成的，成形后的纤维可以再经过加热熔融，它是一种热塑性纤维。聚酯纤维在硫化或和高温条件下使用时，特别是在有水分存在的情况下，聚酯是十分敏感的，容易产生水解、胺解等降解现象，强度大幅度降低，纤维变得更脆。

聚酯的热性能常数

聚酯和锦纶6的某些热性能常数：

聚酯（高强工业丝）锦纶6 熔点（ºC）255—260 215---220

软化点（ºC）238—240 180

比热（卡/克/ºC）0.32 0.46

熔融潜热(卡/克) 11—16 18

导热系数(卡/厘米/秒/ºC) 2X10-4 4.2X10-4

体膨胀系数(1/ºC) 1.6X10-4 3X10-4

(60ºC以下) (60ºC以下) 从上可见，聚酯的熔点高，比热和导热系数小，因而聚酯的耐热性和绝热性要比锦纶6好。

聚酯的高温稳定性相当好，在100℃的干热空气

里，经过500小时热处理后，在室温下测试，其强力

保持100%。若在150℃的干热空气中，强力依然为

87%，比锦纶好，如右图所示：

从图中可见，即使经过220℃的高温下500小时，

其强度依然可以保持在40%左右，是所有合成纤维中

最好的。

在生产过程中，经过一定张力下热定型的聚酯纤

维，在沸水中或在其他加热的条件下，将会发生一定

的收缩，热收缩量的大小，取决于纤维在加工中，热

定型时所受张力大小，定型时张力大，热收缩率也高；热收缩后可使纤维的断裂伸长率提高，模量下降，强力也略有降低。因此橡胶制品的生产过程中，必须根据硫化温度或使用温度，对骨架材料确定合适的干热收缩率。温度较高时，必须大幅度降低降低骨架材料在浸胶时的定型张力，从而大幅度降低残余的热收缩量。

F.化学性能

对于聚酯而言，水解和胺解是最主要的化学降解，在酸碱的催化作用下，可使降解速度加快。因此在选用聚酯作为骨架材料时，应选择合适的橡胶配方，它应不含对聚酯有影响的助剂，这样有利于提高最终橡胶制品的使用寿命。

1.耐水解性能

聚酯纤维的水解反应机理如下：

在室温下，聚酯纤维可以耐水解，浸放在20℃的软水中经过一年，强力保持不变。

但在高温下易水解，聚酯在饱和蒸气中的水解特性见右图；

从图中可见聚酯的水解所造成的强力损失比在干热空气中的热氧化严重许多。水解过程主要发生在纤维表面。

Residual

strength 剩余强度（强度保持率）

demineralized water 纯水

exposure time(days) 暴露时间（天）

saturated steam 饱和蒸气

dry air 干热空气

聚酯的热氧化和水解情况的强度损失对比见右图：聚酯在高温下，酸解比碱解严重，因为聚酯中的羧基可以加速水解反应。

2.耐胺解性能

聚酯最严重的损伤降解是胺解，胺是硫化时促进剂和硫给予体等化学反应后的生成物，并始终存在于橡胶中。天然橡胶，经过高温后，某些成分也可以

分解生成胺，损伤聚酯。胺解是一种酸解。由于胺解

是其与聚酯纤维的无定型区反应，所以胺解可使聚酯