橡胶骨架材料是含骨架材料复合橡胶制品中受力的主要部件，同时也对这类橡胶制品在使用中形状的稳定起了重要的作用。如轮胎、胶带、部分胶管、密封及减震橡胶制品就是由橡胶弹性体部件与高模量高强度的骨架材料复合而成的。这些橡胶制品对其骨架材料的要求各异，所以就有了不同材质不同结构的骨架材料。 不同的材质主要有天然纤维、合成纤维、金属材料。 不同的结构主要有线、绳、帘布、帆布、无纺布等。 骨架材料的表面处理及与橡胶基质的黏合也是十分重要的问题。,第八章 橡胶骨架材料,第一节 橡胶骨架材料简介,1,一、橡胶骨架材料的基本作用 橡胶材料是一种拥有高弹性、大变形、低模量的高分子材料。如充足的弹性可以吸收冲击震动、提供较高的耐磨性、摩擦系数和优异的附着性等。 但是在大多数情况下纯橡胶制品是不能满足实际使用需要的，橡胶制品在大多数情况下都要承受较大的负荷，如轮胎、输送带等，这些橡胶制品就需要使用纤维、钢丝等骨架材料来复合，从而使得橡胶材料得到了更为广泛的应用。橡胶与其骨架材料牢固地结合，不仅可以保护骨架材料，同时骨架材料的增强作用也得到了更充分的发挥。,2,橡胶制品中使用骨架材料目的是赋予橡胶制品更高的强度与尺寸稳定性。 轮胎中胎体帘线约束橡胶使轮胎保持稳定的充气断面宽度和外径，胎圈部分钢丝圈骨架则将轮胎紧箍在汽车轮毂上，并且抵抗高速下的离心力的作用。 输送带中经线承受拉伸张力负荷，纬线提供抗冲击性。 胶管中编制或缠绕的骨架层可防止高压下胶管爆破或真空抽吸时有足够的挺性，带骨架的密封制品骨架则使其形状保持稳定。,3,二、橡胶骨架材料的种类与分类 橡胶骨架材料的材质主要有三大材料制成，天然棉纤维、各种化学纤维及金属材料。除用金属直接加工出一定形状的骨架和普通单根钢丝外，大多数橡胶骨架材料均由纤维丝或钢丝通过加捻、合股、机织或浸渍而生产出的线绳、帘线、或帆布等。这一系列不同结构的骨架材料有利于改进其耐疲劳性、对橡胶的结合性和易加工性等。含有骨架材料的橡胶制品见图8-1。,4,棉纤维(cotton fiber) 棉纤维基本性能是强力较低，与橡陂的黏合性好。 钢丝(steel cord) 钢丝帘线、钢丝绳及普通单根钢丝都具有极高的强度和模量，表面镀铜或镀锌的钢丝已很好的解决了与橡胶的黏合问题，在轮胎、钢丝绳输送带、钢编胶管等制品中已大量使用。,5,人造丝纤维(viscose fiber) 其中的高强度黏胶纤维是橡胶工业常用的。人造丝干强度较高，但湿强度较低。 维纶纤维(polyvinyl alcohol fiber) 维纶纤维强度高，耐磨性、耐光性好，但其耐湿热性不好。 聚酰胺纤维(polyamide fiber) 或称尼龙，也称锦纶，该纤维强度较高，断裂伸长率也较高，弹性好，屈挠性好，耐磨性优于其他纤维，但其热稳定性差，目前已大量使用在斜交轮胎等制品中。 聚酯纤维(polyesterfiber) 聚酯纤维综合了尼龙的强力与伸长特性以及人造丝的模量特性，所以适用于很多用途，如半钢丝子午线轮胎中胎体骨架基本选用聚酯帘布。 芳族聚酰胺纤维(aramid fiber) 或称芳纶，芳族聚酰胺纤维强度高、延伸率低、耐热性好，有“人造钢丝”之称，但其价格较高，目前已在轮胎和高强力输送带等制品中使用。 玻璃纤维(glass fiber) 玻璃纤维有较高的模量和耐热性，但耐屈挠性和与橡胶的黏合性均较差。,6,橡胶骨架材料基本上是按照所用材料结合的结构类型而分类的，如聚酯线绳、钢丝帘线、锦纶帘布、棉帆布等，其基本结构见表8-l所示。,7,三、橡胶骨架材料常用术语及表示方法 常用术语 橡胶骨架材料因多为纤维材料，故很多术语与纤维纺织有关。有关常用术语见表8-2所示。,表示方法 纤维线绳与帘线的结构较为复杂，所以在规格表示上有一定的规范要求，主要以结构形式来表征。一般是有几股股线合并并加捻制成，其结构用股线的线密度或粗细程度(以号数tex或dtex表示)和股数组合(中间用斜线划开)表示。 如有多股组成，而且是分两次合股加捻的，则第一次合股数与第二次合股数之间用乘号相连，例如，183.3tex5X3表示第一次用183.3tex线密度的纱5股加捻成纱线，第二次用3股这样加捻好的纱线再加捻成新的更粗的线绳，棉帘线结构有时习惯用英制支数(s)表示线密度。,8,9,钢丝绳或钢丝帘线结构变化较多，如图8-2所示的钢丝断面结构则表示为34O.22，即由0.22mm直径的细钢丝4根加捻为线，再用这样的3股线加捻为较粗的帘线，有时在整个钢丝外表面再用很细的钢丝，如0.14mm，沿右旋或左旋的形式捆绑以防钢丝松散，这时则表示为340.22+0.14。在340.22HE中，HE(high elongation)表示高伸张帘线。,10,一、线绳与钢丝 线绳与钢丝是以单根的形式在橡胶制品成型时复合在橡胶基质中，根据制品的强度要求不同所选用的材料与线绳粗细各不相同，常用的材料有黏胶纤维、棉、维纶、尼龙、聚酯、芳纶及钢丝等。 这些线绳主要用在编织胶管、传动带、钢丝绳输送带、轮胎胎圈中使用，在制品中它们以一定的密度、角度和层数排列起到增强作用。 胶带钢丝绳是高强度橡胶输送带的骨架材料，广泛用于高速度、大运输量、长距离的输送带中。对所用钢丝绳的要求是表面清洁、平直柔软、无残余扭应力、不松散和橡胶有良好的黏合力。 常用线绳与钢丝的规格、主要性能及用途如表8-3所示。,第二节 橡胶骨架材料的应用,11,12,单根钢丝的结构最为简单，用于制造各种轮胎胎圈的是高强度、高韧性钢丝，表面电镀铜及铜锌合金，色泽光亮，与橡胶有良好的黏合力。直径细、柔性好的钢丝是制造各种高压输送胶管的骨架，可在编织机上直接以54044”的角度交叉编织在内层胶管上。该钢丝具有优良的综合性能，黄铜镀层均匀而光亮，与橡胶有良好的黏合力。较粗的钢丝绳直径可达10mm以上，但由于是由多股细钢丝加捻而成，故仍有很好的柔性，破断力高达60kN以上，可制作出高强力远距离的大型输送带，钢丝及钢丝绳的复合橡胶制品见图8-3。,13,二、帘线 帘线一般是由几股线合并并加捻制成，与线绳基本相同，帘线主要是为了制作帘布的，它的表示与线绳的表示相同，常见的规格如表8-4所示。,14,三、帘布 帘布是介于单根帘线和完全织物之间的布型织物，其结构见图8-4所示，主要用轮胎。,15,尼龙帘布 包括尼龙66和尼龙6两种。主要帘线规格及参数见表8-5和表8-6所示。尼龙帘布的贮存期一般为半年，应注意防潮和避光。帘布开包后应立即使用，压延附胶加工后也应尽快使用。,16,17,聚酯帘布 聚酯帘布在轮胎中主要应用于轿车轮胎和子午线轻卡轮胎，在胶管和V形带中也有少量聚酯帘布使用。 聚酯帘线的胺解会降低其性能，天然橡胶中的某些物质比合成橡胶更易引起降解，同时也应注意橡胶配合剂的选择，秋兰姆类促进剂对聚酯的胺解影响最严重，噻唑类促进剂影响最小。 黏胶帘布 黏胶帘布在子午线带束层中有一定的应用，183.3tex2的拉伸强度约为176N。但其吸湿率较高，强度下降大，黏合性差，故该布贮存期为半年，要保持干燥防光照，开包后要立即使用，压延后也要立即使用。,18,芳纶帘布 芳纶帘布主要应用在于午线轮胎的带束层以代替钢丝降低轮胎的整体质量，主要帘布规格是166.7tex2或166.7tex3，其单根帘线的拉伸强度分别是482N和786N，其强度的表现极为出色，拉断伸长率为5.7和5.9，为尼龙帘线伸长率的27。 芳纶帘线在紫外线照射后易发生降解，应避光使用。 玻璃纤维帘布 玻璃纤维帘布因其耐疲劳性差，仅用在制品屈挠变形小的部位，如子午线轮胎的带束层等，但目前已被钢丝取代，其优异的热稳定性非常适合于在某些高温下使用的制品。常用的纤维直径为9m，因与橡胶黏合较差，所以要经过偶联剂、浸润剂的浸渍处理。,19,维纶帘布 维纶帘布在力车胎和V形带中有少量使用，其34tex32的单根帘线拉伸强度为67N，拉断伸长率为22，直径为0.59mm。 棉帘布 早期发明的轮胎采用的是棉帘布，因其强度低、制作轮胎质量高、升热大而被合成纤维帘布替代，目前主要应用在要求不高的产品中，如力车胎等。,20,四、帆布 帆布在夹布胶管、输送带及胶布制品中作为其骨架材料大量使用。根据制品强度要求不同，一般采用多层复合使用，所用材料有棉、尼龙、聚酯、维纶等，其常用编织结构如下。 (1)平纹结构 单根经线与单根纬线交织。 (2)牛津式结构 两根经线与一根纬线交织。 (3)直经纱结构 在直经纱骨架层中，经纱呈直线状态承受拉力，在直经纱上、下布置直线纬纱。 (4)紧密编制结构 由经线、纬线复合编织的多层整体结构骨架层，亦称整体带芯结构。输送带帆布骨架结构示意图见图8-5所示。,21,22,1胶管、胶带用帆布 尼龙、聚酯及其交织布 该布的代号表示如下：NN为尼龙结构；PN 为聚酯与尼龙交织结构；其后所带的数字，如PN200中，数字200表示其纵向拉伸强度。输送带用的浸胶帆布及主要性能见表8-7。,23,维纶帆布 维纶帆布有纯维纶与混纺两种，维棉混纺帘布一般不用浸胶处理，但胶料配方要采用黏合体系。维纶帆布采用RFL浸胶处理可得到很好的黏合效果，见表8-8。,24,棉帆布 胶管胶带的传统骨架材料是棉帆布，但现在正在被合成纤维逐渐替代，在要求不高的产品或特殊制品中仍在使用，见表8-9。,25,2.轮胎子口布 轮胎胎圈部位使用子口包布，主要采用尼龙布，其纱线为93.3tex1或140tex1单股加捻经纬同密度纺织而成，见表8-10所示。,26,3涂覆制品用布 胶布综合了橡胶与织物布的优点，可做成防雨布、篷盖布、容器布等，图8-6。根据制品的需求，聚酯纤维以其强度高、尺寸稳定、耐化学性等优点得到广泛使用。具体织物结构类型有平纹布、席纹布、格子布、针织布、无纺布等。,27,五、金属骨架 在橡胶密封制品中，油封大量使用着环形金属骨架，见图8-7所示，减震制品中也使用金属板等骨架材料与橡胶构成复合制品。这些金属骨架以其良好的刚度赋予了橡胶制品稳定的形状尺寸。这些金属板或一定形状的金属冲压件，其表面需另行清洗处理、喷砂、磷化或涂胶黏剂等，这样可以改善橡胶与金属的黏合强度。,28,子午线轮胎构造简图,子午线胎：胎体帘线与轮胎圆周切线方向大致是90排列，以钢丝带束层紧箍胎体。一般载重轮胎为全钢丝帘线。轻卡和轿车胎为半钢丝（胎体帘线为聚脂纤维）。 帘线排列方向与轮胎子午断面一致，其帘布层相当于轮胎的基本骨架。由于行驶时轮胎要承受较大的切向作用力，为保证帘线的稳固，在其外部又有若干层由高强度、不易拉伸的材料制成的带束层(又称箍紧层)，其帘线方向与子午断面呈较大的交角。,斜交胎：胎体帘布层和缓冲层交叉排列，大致呈45%，且与轮胎圆周切线方向呈小于90。主要骨架材料是尼龙纤维织物组成，俗称“尼龙胎”、“线胎”。 斜交线轮胎有很多局限性，如由于交叉的帘线强烈摩擦，使胎体易生热，因此加速了胎纹的磨损，且其帘线布局也不能很好地提供优良的操控性和舒适性； 子午线轮胎中的钢丝带则具有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击，又经久耐用，它的帘布结构还意味着在汽车行驶中有比斜交线小得多的摩擦，从而获得了较长的胎纹使用寿命和较好的燃油经济性。,斜交轮胎构造简图,31,