用于加强物体如轮胎或束带的复合层的制作方法
【专利说明】用于加强物体如轮胎或束带的复合层
【背景技术】
[0001] 1.抟术领域
[0002] 本发明涉及复合层，所述复合层适合作为针对热和疲劳的加强装置，其用于产品 诸如轮胎和束带。
[0003] 2.相关领域的描沭
[0004] 在超高性能（UHP)和漏气保用（RoF)轮胎中，胎体加强常常基于具有良好温度稳 定性的聚合物复丝纱，这是指在高速或缺气运行条件下在轮胎的高运行温度下，纱的模量 不劣化（或示出劣化的趋势）。最常用的材料是人造丝。由于人造丝的相对低强度，所以许 多轮胎由双胎体层，即两个胎体加强层构建，以实现所需要的机械强度。
[0005] 当将加强材料用于轮胎的弹性体部件时，出现以下优点和缺点：
[0006] 人造丝需要两层胎体构造，由此增加轮胎重量和橡胶消耗。另外，掺入人造丝的弹 性体部件具有疲劳后的低保持强度，以及高温暴露之后的低强度保持。
[0007] 由于在高温暴露之后不足够的强度保持，所以聚酯仅可用于低性能轮胎。然而，聚 酯纱确实提供具有疲劳后的高保持强度的部件。
[0008] 对位芳族聚酰胺是强且热非常稳定的，从而允许单层构造。然而，有时认为压缩疲 劳和乘座舒适度不够。
[0009] 因此仍然需要提供弹性体帘线部件，其既可提供良好的疲劳后保持强度又可提供 良好的高温暴露后强度保持。
[0010] 还已知制备用于加强轮胎的混合帘线，其包括用对位芳族聚酰胺股线卷绕的钢股 线，两者具有钢芯和对位芳族聚酰胺芯。
[0011] 美国专利5, 551，498描述了混合帘线，其具有两个加捻在一起的对位芳族聚酰胺 股线的芯，和围绕所述芯的六个钢股线或钢丝的外层或皮。还描述了混合帘线，其由三个钢 股线组成的芯和围绕所述芯的由四个对位芳族聚酰胺股线组成的层所组成。
[0012] 美国专利4, 176, 705描述了用于轮胎的钢丝加强帘线。所述帘线由对位芳族聚酰 胺芯和钢股线组成，所述钢股线由加捻在一起的钢长丝构成，并围绕所述芯设置。
[0013] 已知钢丝具有比芳族聚聚酰胺（芳族聚酰胺）长丝更低的断裂伸长率。因此，现 有技术的复合加强帘线可仅暴露于以下负载，在所述负载下帘线的延伸不超过钢丝股线的 断裂伸长。如果超过该极限负载，则钢丝破裂并且整个负载由芳族聚酰胺芯承受，其继而立 即超过其自身的断裂伸率长并同样破裂。换句话讲，当所述延伸对应于其钢丝部件的断裂 伸长时，已知的复合材料芯断裂，尽管具有该断裂伸长明显低于聚酰胺芯的断裂伸长率的 事实。
[0014] 钢丝的过早断裂描述于美国专利4, 807, 680中，其公开了包括混合帘线的轮胎， 所述混合帘线由被钢长丝围绕的多根对位芳族聚酰胺长丝的芯组成，所述钢长丝缠绕所述 芯。使用矩形横截面钢丝的混合帘线也描述于美国专利4, 878, 343中。
[0015] 美国专利申请公布2009/0159171公开了用于轮胎加强的混合帘线，其充分利用 了现有技术中提及的对位芳族聚酰胺部件的特性。
[0016] 美国专利申请公布2011/0086224描述了一种片材，以及制备用于支撑结构和轮 胎的片材的方法。
[0017] 美国专利申请公布2005/0017399公开了具有高抗疲劳性的复丝芳族聚酰胺纱。
【发明内容】
[0018] 本发明涉及纤维帘线，所述纤维帘线包含加捻在一起的纱的共混物，其中所述帘 线
[0019] (i)具有5. 0至12. 0的捻系数，并且
[0020] (ii)包含聚酯纱与芳族聚酰胺纱或芳族共聚酰胺纱的共混物，并且，
[0021] 本发明还涉及复合层，所述复合层包含弹性体和织物，其中所述织物：
[0022] (i)占弹性体加上织物的重量的约25至60重量百分比，等同于5至40体积百分 比，并且
[0023] (ii)包含多根帘线，其中帘线具有5. 0至12. 0的捻系数，并包含芳族聚酰胺纱或 芳族共聚酰胺纱与聚酯纱的共混物。
【附图说明】
[0024] 图1示出试验样品的横截面。
[0025] 图2描绘了实例4-6和G-J的力-伸长率关系。
[0026] 定义
[0027] 如果并且当用于本说明书中时，以下词语具有下文所指示的含义。
[0028] 如本文所用，"股线"是指连续带材，所述带材可包含单根长丝或加捻在一起以形 成纱的多根长丝。
[0029] 如本文所用的"长丝"是指相对柔韧、宏观上均匀的主体，所述主体在与其长度垂 直的横截面上具有高的长宽比。长丝横截面可以为任何形状，但通常为圆形。本文中，相对 于芳族聚酰胺，术语"纤维"可与术语"长丝"互换使用。如本文所用，"纱"是指包含加捻在 一起的多根长丝的股线。
[0030] "旦尼尔"是指每9, OOOm长度的长丝、股线、纱或缆线的重量（以克为单位）。
[0031] "Tex"是指一千米的长丝、股线、纱或缆线的重量（以克为单位）。
[0032] "分特"是Tex的十分之一，缩写为dTex。
[0033] 如本文所用，"帘线"是指由两个或更多个合股纱加捻在一起而形成的产品。
[0034] 如本文所用"混合帘线"是指包含至少两种具有不同组成，或如果具有相同组成， 则具有不同物理特性的帘线。其有时也被称为合并帘线。
[0035] 如本文所用，"捻系数或TM"被定义为合股水平（以匝/米为单位，根据ASTM D1423)与线密度（以分特为单位）的平方根的乘积除以3000。
[0036] "保持强度"是在特定事件（诸如在IKTC温度下调理）之后或在指定的疲劳循环 数之后所测量的强度。其在很多情况下被记录为将事件后结果与事件前结果进行比较的百 分比。
[0037] 每英寸经密（EPI)是织物宽度或长度范围内的帘线经密数。
【具体实施方式】
[0038] 具体地讲，就轮胎而言，本发明旨在由单层设计替换2-层胎体构造，从而节省胎 体层中的橡胶，导致重量减小，同时还实现良好的疲劳性能和良好的高温暴露后强度保持。
[0039] 帘线
[0040] 本发明的纤维混合帘线包含加捻在一起的纱的共混物，其中所述帘线：
[0041] (i)具有5.0至12.0的捻系数，并且
[0042] (ii)包含聚酯纱与芳族聚酰胺纱或芳族共聚酰胺纱的共混物。
[0043] 在一些实施例中，帘线具有7. 0至10、或7. 5至10、或甚至8. 0至10. 0、或甚至9. 0 至10. 0的捻系数。如果捻系数大于12. 0,则虽然疲劳强度是合格的，但是帘线将不提供足 够的高温暴露后的强度保持。如果捻系数小于5. 0,则虽然高温暴露后的强度保持是合格 的，但是帘线将不提供足够的疲劳强度。
[0044] 已发现，具有5. 0至12. 0的捻系数并由聚酯纱与芳族聚酰胺纱或芳族共聚酰胺 纱的共混物制成的经仔细设计的混合帘线，示出令人惊奇地耐高温特性以及合格的疲劳性 能，使得这种构造的帘线非常适用于轮胎胎体，因此组合了聚酯的疲劳性能和潜在的乘座 舒适度的优点与芳族聚酰胺的高温稳定性的优点。
[0045] 这些混合帘线具有反映来自组成纱的组合的协同作用的压缩疲劳值和热强度保 持值。也就是说，混合帘线平衡组成纱的最佳特性，并且不表现出较差的性能特性。这些帘 线尤其可用于具有单个胎体层的高性能轮胎和漏气保用轮胎设计。
[0046] 可将所述帘线拉断或卷曲变形。
[0047] 组成纱
[0048] 在一些实施例中，芳族聚酰胺纱或芳族共聚酰胺纱具有至少400分特（360旦尼 尔）的线密度，并单独预加捻为至少3.5的捻系数。在一些其它实施例中，线密度为至少 444分特（400旦尼尔）。优选地，用于组合物的芳族聚酰胺为对位芳族聚酰胺或对亚苯基 二胺的共聚物。例如，其可以为以商品名Kev丨ar''、Twaronk、Hcracron ''、Techiiora? 或Rusaf购得的产品。在一些实施例中，芳族聚酰胺纱或芳族共聚酰胺纱可以部分或全部 被拉伸断裂的芳族聚酰胺纱替换。此类拉伸断裂纱的示例性构造和特性为：（l)Nm50/4/2， dtex 811X2,其中纱捻系数为5,纱韧度为125cN/tex，并且纱断裂伸长率为3%，或（2) Nm 50/3/2, dtex 613X2,其中纱捻系数为5. 4,纱韧度为132cN/tex，并且纱断裂伸长率为
[0049] 在一些实施例中，聚酯纱具有至少444分特的线密度，并被单独预加捻为至少I. 1 的捻系数。在一些实施例中，捻系数为至少3. 5。优选地，用于组合物的聚酯为聚对苯二甲酸 乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN)或聚（对苯二甲酸丙 二醇酯），所述聚（对苯二甲酸丙二醇酯）基于衍生自1，3_丙二醇（生物-PD0)的发酵，可 以商品名Sorona?」购自 E. I. DuPont de Nemours and Company，Wilmington，DE(DuPont)0 在一些实施例中，聚酯纱可部分或全部被包含芳族聚酰胺纤维或脂族聚酰胺纤维的纱替 换，其中所述芳族聚酰胺本身为间位芳族聚酰胺纤维（诸如Nomex? )和对位芳族聚酰胺 纤维（诸如Kevlar" )的混合物，两者均购自DuPont。此类组合物的示例为包含约85重 量百分比的Nomex?、约1〇重量百分比的Kevlar?:和约5重量百分比的脂族聚酰胺诸如尼 龙的组合物。此类组成纱的示例性构造和特性为：Nm 55/2/2, dtex 728,其中纱捻系数为 5. 4,纱韧度为40cN/tex，并且纱断裂伸长率为10%。
[0050] 另外，本发明包括将包含高度加捻芳族聚酰胺/聚酯混合帘线的胎体结构组装到 胎体层中的方法。
[0051] 另选地，混合帘线可以单个步骤组装，所述单个步骤将单独的复丝加捻与帘线组 装加捻步骤组合。
[0052] 复合层
[0053] 复合层包含弹性体和织物，其中所述织物：
[0054] (i)占弹性体加上织物的重量的约25至60重量百分比，等同于5至40体积百分 比，并且
[0055]