聚酯工业丝的性能

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，所以胺解可使聚酯的结晶度提高，但破坏了纤维，造成强力下降，纤维发脆。

胺解是胺基与聚酯相结合，其降解反应机理如上：胺解对聚酯纤维损伤最大，其次是水解，最后是热氧化，见下左图，为此采用聚酯要考虑橡胶配方中，尽可能少用含胺的促进剂、防老剂以及天然胶；由于实际生产中硫化温度一般为10—20分钟，温度在160℃左右，所以在硫化时聚酯的强力损失不大，甚至没有损失，只有耐高温输送带，必须考虑聚酯在长期高温下的胺解损失。

见右图。

Thermooxidative 热氧化Hydrosis 水解Aminolysis 胺解Vulcanization time 硫化时间3.橡胶对聚酯的影响右图所示橡胶在175度硫化时，硫化时间分别为2小时、3小时、4小时、6小时，聚酯纤维的损伤情况。

我们可以发现，聚酯的强度保持率，除了接触高温的时间长短有关外，与橡胶组分也有着密切的关系。

试验采用丁苯/天然胶的混炼胶，随着天然胶含量的增加，聚酯纤维的强度快速下降。

右图为经过180℃，3小时过硫化试验时，不同的硫化促进剂对纤维的胺解影响，在采用促进剂TBBS的NR/SBR混炼胶中，聚酯的损伤比采用促进剂MBTS的NR/SBR的损失大。

而聚酯如果在不含天然胶的IR/SBR混炼胶中，经过同样的硫化条件，损伤明显变轻。

4.促进剂对聚酯的影响聚酯的胺解主要取决于所选用的促进剂，详见图：左图为聚酯帘线在天然橡胶（NR）中经过150℃，48小时热处理后的强度损失，横坐标为促进剂的份数；右图为聚酯帘线在丁苯橡胶（SBR）中经过150℃，48小时处理后的强度损失，横坐标为促进剂的份数，从图中可见，聚酯纤维在天然橡胶中的损失比在丁苯橡胶中的损失大，此外促进剂对纤维的损伤也不同，其中促进剂M(MBT)和促进剂DM ( MBTS) 对纤维的强度影响最小。

强损伤促进剂：有损伤促进剂：弱损伤促进剂：*促进剂D（DPG）*六亚甲基四胺(HMT) *二硫化-2-苯并噻唑基DM（MBTS）*促进剂NBBS（TBBS）*1，2-二甲基咪唑呤（MBS）*2-琉基苯并噻唑M（MBT）*（ZDEC）*二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）*2-硫基咪啉*N-环乙烷基-2-苯噻唑次磺酰胺（CBS）因此在聚酯作骨架材料时必须正确选用橡胶中添加剂，避免添加有损伤性的组分：胺类助剂，否则将影响最终产品的使用寿命。

特别需要注意的是，作为间甲白粘合体系的甲醛给体：六甲氧基甲基密胺HMMM和六亚甲基四胺HMT是一种对聚酯胺解作用较大的物质，虽然可以提高橡胶和聚酯的粘合力，但在高温下，会造成对聚酯的严重损伤，所以应该在耐高温橡胶中，尽可能不添加这种甲醛给体。

5.抗氧化剂对聚酯的影响抗氧化剂可防止生胶氧化、热降解和疲劳，抗氧化剂有利于提高骨架材料强度保持率。

6.耐酸性由于聚酯工业丝的许多应用场合为露天，容易受酸雨的影响。

酸雨是由于空气中的二氧化硫和雨水结合而成的，其成分为硫酸。

聚酯工业丝的其他许多应用场合更有可能直接接触其他酸性材料，因此聚酯工业丝对酸的敏感度十分重要。

十分高兴的是聚酯工业丝有相当好的耐酸性，大多数有机酸和部分稀释的无机酸，在pH值较低的情况下，对其影响不大。

在室温下，浸泡一年后，大多数酸类对其无影响，因此酸雨对聚酯工业丝无任何影响。

各类酸对其的具体影响见下表：化学材料浓度% 温度时间稳定性化学材料浓度% 温度时间稳定性乙酸 5 21 2月+ 30 21 12月-5 60 2月0 37 21 100小时+5 80 2月- 37 21 1月05 100 10小时+ 37 21 2月-10 21 2月+ 硝酸10 21 24月+10 60 2月0 15 21 12月+10 80 2月- 20 21 1月+100 60 2月0 30 21 12月0100 80 2月- 50 21 1月0 苯甲酸 3 100 10小时+ 50 21 12月- 铬酸40 80 2月+ 70 21 0.1小时0 柠檬酸10 80 2月+ 95 21 0.1小时- 甲酸 5 21 2月+ 油酸100 80 2月+5 80 2月0 草酸 5 100 10小时+5 100 10小时- 乳酸21 12月+90 21 10小时+ 马来酸25 21 12月+90 21 2月0 磷酸85 21 12月+90 60 2月- 硫酸30 80 2月+ 盐酸10 21 24月+ 50 21 12月+10 60 2月0 70 21 12月010 80 2月-9 0 21 1月-20 21 12月07.耐碱性聚酯工业丝对碱性环境较为敏感，特别是胺类。