专利名称：用于轮胎的基于碳-纤维的增强元件的生产方法
技术领域：
本发明涉及纺织工业领域。更确切地说，涉及生产加入到基于橡胶的制品，例如传送带和胶管或轮胎的增强元件。更准确地说，涉及处理碳纤维最优化纤维性能的方法，特别是在伸长率和拉伸强度方面。
在下面的说明书中，术语“碳纤维”用来表示连续的碳素复丝。
现有技术我们知道许多基于橡胶的制品，如带子或轮胎，其要承受高强度应力。这就是为什么通常嵌入玻璃或碳纤维来增强橡胶。
文献US 6 077 606已经提出了使用碳纤维作为用于轮胎的增强元件。
通过包括几个步骤的方法来获得公开于该文献中的纤维。第一步，将纤维浸入含有环氧树脂的浸渍浴中。第二步，将该纤维再次用含有间苯二酚-甲醛树脂和橡胶胶乳的混合物溶液浸渍，通常通过简写“间苯二酚-甲醛胶乳”或缩写“RFL”来表示该混合物。干燥RFL浸渍之后，该纤维被加捻。纤维的捻回甚至可以出现在不同浸渍之前。
这种方法具有某些缺点。因为现已发现当纤维浸入浸渍浴时，RFL(或环氧树脂)溶液不能透入到纤维芯部，并且仅外周的长丝被涂覆。由此可见位于该纤维芯的长丝缺乏任何一种保护层。当纤维在已经加捻之后浸入该浸渍浴时，这种现象更是明显。这就导致产生纤维的低拉伸强度和低耐疲劳特性，在动态操作中，能观察到许多内部长丝断裂。
文献US 5 807 194公开了一种将碳纤维用于同步皮带的特殊方法。更确切地说，该文献公开了使用氨基甲酸乙酯溶液与橡胶混合形成带子。氨基甲酸乙酯溶液倾向于穿透碳纤维并且占据多个长丝之间的空隙。令人遗憾地是，这种工艺方法使得芯部纤维不能被充分浸渍，并且已经提及的拉伸强度问题依然存在。
由于处于纤维芯部的长丝产品存在的缺点，本发明要解决的问题之一是碳纤维相对低的拉伸强度。
发明概述因此本发明涉及一种生产基于复丝碳纤维的纵向增强成分的方法，并将其加入到基于橡胶的制品中。
已知的，这种方法包括下列步骤，组成，从无捻的碳纤维开始◆将纤维浸入含有间苯二酚-甲醛树脂溶液和橡胶胶乳的溶液的浸渍浴中；◆干燥浸渍的纤维；◆然后加捻干燥的纤维。
根据本发明，这种方法还包括一个步骤，在浸渍步骤中，通过延展组成之的长丝开松碳纤维，因此每根纤维在浸渍时具有增加的表面积。
换句话说，本发明是使碳纤维变形，通过尽可能地延展其不同的长丝以使得在浸渍后每个长丝都有RFL层覆盖，包括位于纤维芯部的长丝。
已经观察到，经历本发明方法的纤维的许多长丝涂有干燥的间苯二酚-胶乳组合物。这样进行的浸渍很深，通常超过第十长丝层。
在实践中，通过在浸渍步骤期间开松纤维，充分利用浸渍浴的润滑性能，从而避免断丝的危险。
开松纤维的步骤可以不同的方式进行。
因而，可通过延展获得开松的纤维。延展是指强制纱线通过路径使之摩擦障碍物并倾向于延展，以于减小施加于每个长丝上的张力。延展必须是在长丝充足的张力下完成，使之相互延展，但是由于长丝不能进一步延展，因此该张力不能太大，这样长丝断裂的危险就增加。
在一个特定的实施方案中，将纤维传送通过至少一个设置在垂直于纤维路径的棒之周边的一部分，使纤维得到延展。
换句话说，棒或多个棒沿纤维路径设置，形成纤维必须经过的急变(chicanes)。通过传送经过这些棒，纤维倾向于开松，并且被延展的不同长丝占据了大部分与棒接触的线。
根据纤维的线性密度和它们的类型，例如每根纤维的长丝数目，来确定不同的棒的数目、类型和距离。
在一个供选择的实施方案中，延展可以与振动处理相结合。在纤维的共振频率下产生振动时，致使纤维开松。例如，可以将延展棒与振动源连接在一起，由于在棒上的摩擦与振动的开松效应，从而使得纤维开松。
在实践中，有利地是在间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)溶液中，间苯二酚-甲醛树脂部分的含量为2-30％(干重)，胶乳部分的含量为70-98％。优选，间苯二酚-甲醛树脂部分的含量为5-10％(干重)，胶乳部分含量为80-95％。为了以较小的程度适应纤维的强度和粘性，可以在RFL溶液中加入炭黑。在实践中，炭黑部分的含量为0-10％(干重)，优选1-4％(干重)，间苯二酚-甲醛树脂部分的含量和胶乳部分的含量保持相同比例。
所以，浸渍溶液使得纤维的不同长丝充分浸渍，以便于保护它们防止磨擦和断裂，保持充足的弹性进行所需的加捻或复捻操作。
有利地是在实践中，特别是当获得的纤维用于增强轮胎时，所使用的胶乳可以是乙烯吡啶/苯乙烯-丁二烯(VP/SBR)、苯乙烯-丁二烯(SBR)或天然橡胶胶乳(NR)本身，或其混合物。当把碳纤维嵌入到用于生产带子的橡胶时，有利地是所使用的胶乳可以是羧化和氢化的丙烯腈-丁二烯(X-HNBR)、氢化的丙烯腈(HNBR)、丙烯腈(NBR)、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、氯磺化聚乙烯(CSM)，或者甚至是乙烯吡啶/苯乙烯-丁二烯(VP/SBR)或苯乙烯丁二烯(SBR)本身，或其混合物。
在优选的实施方案中，本发明方法可以包括，在浸渍步骤之后和干燥步骤之前，给涂层精整的步骤。精整可以除去在浸渍过程中产生的过量溶液。
精整之后，纤维仅保留了少量RFL溶液，除去了多余的溶液。随后进行干燥纤维仅仅是为了最优化RFL溶液的量。控制干燥纤维的刚度，以便于随后的加捻/复捻操作。
在实践中，将纤维穿过模具而使涂层被精整。此外将纤维穿过模具，使得集束不同的在浸渍后保持独立的长丝成为可能。此外，通过模具的通道使得溶液压入纤维，并确保芯部更好地被浸渍。离开模具后获得的纤维更圆，这证明有益于随后的操作。
本发明还包括各种变化，其中通过浸轧或同等方法使涂层被精整。
在某些特定的实施方案中，可以证明有益的是在干燥步骤后，加热纤维以便于能够固化浸渍到纤维中的间苯二酚树脂/胶乳溶液部分。在干燥之后进行固化，相当于RFL交联，蒸发掉纤维中残余浸渍溶液中的大部分水。
在干燥和固化之后，纤维被加捻，然后可能结合成若干经纱线，然后将其复捻。加捻和复捻可以在烘箱中依次进行或独立的机器上进行。
在实践中有利的是，在低于张力下进行复捻/加捻。优选，选择高张力值，通常大于纤维断裂负荷的5％。因为现已发现在加捻过程中张力使得许多长丝重新排列。当张力施加于纤维上时，观察到现有技术纤维的微小伸长率约为百分之零点几。引入这种纤维的橡胶制品的性能必须考虑初始伸长率。本发明在高张力下的捻转可以消除初始伸长率的影响。
有利地是，对用于某些制品的碳纤维而言，例如特别是同步皮带，证明有利的是，本发明的方法还可包括另外的步骤，即在溶剂介质中用粘合剂浸渍复捻或加捻纤维。该步骤可以获得覆盖纤维的附加层。该附加层在纤维的周围形成环状，特别有利于确保对某些橡胶的良好粘性，例如丙烯腈(NBR)，氢化的丙烯腈(HNBR)，羧化氢化的丙烯腈(X-HNBR)，硫化氢化的丙烯腈(ZSC)，氯磺化聚乙烯(CSM)，烷基化的氯磺化聚乙烯(ACSM)和乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)。
在实践中，溶剂介质中的粘合剂是聚合物、可能的卤代的聚合物、有机化合物(例如异氰酸酯)和矿物填料(例如炭黑)的混合物。
本发明获得的纤维可以加入到许多制品中，例如轮胎和同步皮带，或经受高压的橡胶胶管。
附图简述通过下述结合附图的实施方式的描述，使本发明的方式和由其产生的优点非常清楚
图1是本发明在纤维的处理过程中纤维路径的示意图；图2和3是简明的透视图，其详细描述了根据本发明的用于开松纤维的两种不同的装置。
本发明实施方式已经提及，本发明涉及加工用于嵌入橡胶制品(例如同步皮带或轮胎)内部，获得纵向增强成分的碳纤维的方法。
正如图1所示的那样，处理线上实行的该方法可包括三个单独区，即◆第一区(1)，进行浸渍或粘合；◆第二区(2)，将来自第一区(1)的纤维进行加捻或复捻；和◆第三区(3)，对于某些应用，将复捻的纤维进行补充加工。
更确切地说，将所使用的碳纤维从粗纱线架(10)上放出，碳纤维在粗纱线架(10)上缠绕、无捻，如同球状，或在筒管(11)上。所使用的粗纱线架具有一个张力控制装置，有利的是，其可为一个松紧调节臂。从粗纱线架上放出的纤维(12)的张力必须足够高，以使得纤维在下述的延展过程中开松，但是不能超过界限，在该界限之上，纤维保持组合在一起并且甚至会出现某些长丝断裂的危险。
所使用的碳纤维可以有极大的变化，并且，例如，线性密度可以为198特-1700特，每根纤维的长丝数目在3000-24 000之间。
在图1例举说明的实施方案中，将从粗纱线架(10)上放出的纤维进入到浸渍浴(13)中。穿过浸渍浴(13)之后，纤维(14)经受了使得构成纤维的不同长丝分离并且并排延展的开松操作。
不同装置可以完成该纤维的开松，例如在图2和3中所示的。
因此，如图2中所示，这种装置包括三个固定的形成一展平机的棒(15，16，17)。可以调节直径(φ1，φ2，φ3)和分开的两个连续棒间的距离(d1，d2)，以确保纤维适当开松。所以可以根据所使用纤维的类型，特别是线性密度和每根纤维的长丝数目，调节不同长丝(19)和棒之间产生摩擦的区域。
当然，本发明不局限于图2所示的实施方案，其中开松装置包含三个棒，而且其还包括使用一个或多于两个棒的可供选择的一些实施方式。
在图3中示出了另一个可供选择的用于开松纤维装置的实施方案。这种装置主要包括两个位于两个能够自由转动的辊(22，23)之间的固定板(20，21)。这两个板材(20，21)具有摩擦不同长丝(26)的边缘(24，25)。将两边缘加工成型，第一边缘(24)是凹的，第二边缘(25)是凸出的。摩擦长丝的边缘的曲率半径(R1，R2)大约是10-50mm。
根据线性密度和每根纤维的长丝数目，两个板材(20，21)之间的距离(d)、它们的厚度e1和e2和凹边(24)和凸边(25)的相对位置，以及施加于长丝(26)路径的角度均是可调节的。
当然，本发明不局限于图3所示的实施方案，其中开松装置包括两个板材，而且其还包括使用一个或多于一个板材或板材与棒相组合的可供选择的实施方式。
已经提及，优选如图1示进行开松纤维的操作，也就是完全在浸渍浴(13)内，但是也可以在恰好纤维进入浸渍浴以前开始，以便于开始延展长丝。继续在浸渍溶液内开松纤维，当长丝在溶液中时延展长丝。然后充分利用浸渍溶液的润滑效应，在此阶段中分开的长丝均在棒或板材上摩擦。
在开松形成平行长丝的网之后，纤维继续沿其路径通过浸渍浴(13)。然后将其送入到模具(18)，模具(18)将不同长丝集束成为接近圆形截面的纤维(19)，并且擦拭纤维除去过量浸渍的溶液。
模具(18)具有可调节的直径。可用剥离辊替代。
然后，将纤维送入垂直或水平的烘箱(30)中。烘箱(30)通过强制对流运行。干燥箱的目的是除去仍然在纤维上的浸渍溶液中的水。
在图1所示的实施方案中，干燥箱(30)设置在固化炉(31)的上游区，固化炉的温度使得浸渍在纤维中的残留间苯二酚-甲醛-胶乳的部分固化。
固化也可以与干燥共同进行，暴露在足够高的温度下确保水汽的蒸发和固化。因此，干燥和固化可以在一个烘箱中进行。
离开干燥和/或固化箱后，将处理的纤维(33)加捻。为了使得不同的不能与其它成一线的长丝采取主体取向，加捻操作优选在高张力下进行。在一些应用中，证明有益的是集合加捻之后的不同纤维，并将其复捻。对于一些用途，特别是用于同步皮带，纤维可以在第三区(3)接受附加处理，该附加处理为将纤维在溶剂介质中用粘合剂浸渍，然后蒸发溶剂。
更确切地说，第二浸渍出现在，如图1所示，将经过复捻的纤维(40)经过部分浸于在溶剂介质中的粘合剂(42)中的涂覆辊(41)。纤维通过涂覆辊(41)后，通过除去过量第二浸渍液的擦拭辊(43)。因此，涂覆的纤维然后进入蒸发溶剂的干燥箱(45)。离开烘箱，纤维(46)可以再用相同在溶剂介质中的粘合剂通过用类似装置(47)浸渍，接着最后干燥。然后，将纤维卷起(48)以备使用。
下面描述对于多种浸渍溶液和多种调整的八个特定例举实施例。
实施例1使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-400HB 40D 6K，相当于400特综合线性密度的纱线并且包含6000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是20克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为39毫米，它们都浸于浸渍溶液中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·53.2升去离子水，·0.9升30.5％Vaissière Favre牌的氢氧化钠，·5.8升37％Vaissière Favre牌的甲醛，·22.2千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号为R-2170(75％浓度)的PENACOLITE-第二部分B的组成为·400千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD VP106胶乳(40％)，·43升20.5％由Vaissière Favre出售的氨水，·34千克由Heveatex出售的NEVEAMUL M111B蜡(45％)，·200千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD SB2108(40％)，和·100升去离子水。
为了获得以备使用的浸渍溶液，将所获得的混合物稀释，至固体含量为317克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约20米/分。离开浸渍浴时，纱线穿过直径为0.81毫米的模具。
然后，纤维穿过温度为280℃的固化炉。烘箱的长度是3米。离开烘箱，纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的19％(干重)。
因此在张力大于0.5千克的条件下，加捻获得70捻回/米的纤维。
由此获得的纤维具有下列机械性能断裂负荷42.40千克；断裂伸长率1.46％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.79％。这些纤维特别适合于加入到轮胎中。
实施例2使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是45克。每个纤维由三个直径为1毫米的棒延展，其排列成底边20毫米和高8毫米的等腰三角形，一个在浸渍槽之前几厘米，和两个间距34毫米直径为1毫米的棒浸于浸渍槽中。
浸渍溶液与实施例1相同，将固体含量调节为330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约20米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以20米/分的速度通过固化炉。烘箱的温度是280℃。烘箱的长度是3米。离开烘箱，纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.4％(干重)。
因此加捻所获得的纤维是80捻回/米，在张力大于0.5千克的条件下。
由此所获得的纤维具有下列机械性能断裂负荷99.10千克；断裂伸长率2.75％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率1.27％。这些纤维特别适合于加入到轮胎中。
实施例3使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-4 00HB 40D 6K，相当于400特综合线性密度的纱线并且包含6000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是50克。每个纤维由三个直径为1毫米的棒延展，排列为一个底边是20毫米和高是8毫米的等腰三角形，一个在浸渍槽之前几厘米，和两个间距34毫米直径为1毫米的棒浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的组成为·36升去离子水，
·286千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％甲醛然后，加入18千克由Heveatex出售的HEVEAMUL M-111b蜡(45％)。
为了生产最终的浸渍溶液，将上述混合物稀释，使固体含量为330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约40米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为0.81毫米的模具，然后再以40米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以40m/min的速度通过固化炉。固化炉的温度是267℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的20.4％(干重)。
将由此获得的纤维成对集束，以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。两纤维集束是Z-捻，一纤维集束是S-捻。
然后，将获得的复捻纱线进行附加处理。因此，复捻纱线在约1千克张力下放出。用包含8.1％的由Henkel出售的CHEMOSIL X2410组合物在二甲苯中的溶液中浸渍。浸渍之后，纤维通过长8米，温度为90℃的烘箱。纱线通过烘箱的速率是18米/分。纱线在同等状态之下，第二次浸渍。
由此，获得了具有下述机械性能的纤维(由于生产分散，性能不一致取决于加捻方向的不同)Z-捻断裂负荷74.90千克；断裂伸长率1.21％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.56％；S-捻断裂负荷70.93千克；断裂伸长率1.28％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.62％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例4所使用的纤维与实施例3相同。从粗纱线架上传递出的纤维张力是30克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为39毫米，它们都浸于涂覆槽中。
浸渍溶液与用于实施例3的相同，将固体含量调节用于330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约20米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为0.81毫米的模具，然后再以20米/分的速度通过固化炉；烘箱的温度是180℃。烘箱的长度是3米。离开烘箱，纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的19.8％(干重)。
与实施例3获得的纤维一样进行捻转，不过仅在张力接近20千克的条件下进行。
然后，将获得的复捻纱线进行与实施例3相同的附加处理。
这样就获得了具有下述性能的纤维Z-捻断裂负荷77.00千克；断裂伸长率1.14％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.51％；S-捻断裂负荷85.99千克；断裂伸长率1.26％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.57％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例5使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
浸渍溶液与实施例3相同。
纤维通过浸渍浴的速率是大约40米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以40米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以40米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是249℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.5％(干重)。
将由此所获得的纤维以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行与实施例3中相同的附加处理。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷93.10千克；断裂伸长率1.40％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.63％；S-捻断裂负荷115.10千克；断裂伸长率1.55％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.69％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例6使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的组成为·64升去离子水，·143千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和·115千克由Lord Corporation出售的CHEMLOK E0872；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛然后，加入18千克由Heveatex出售的HEVEAMUL M-111b蜡(45％)。
纤维通过浸渍浴的速率是大约30米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以30米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是249℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的18.3％(干重)。
将由此所获得的纤维以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行与实施例3中相同的附加处理。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷97.9千克；断裂伸长率1.74％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.72％；S-捻断裂负荷105.2千克；断裂伸长率1.81％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.74％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例7使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的组成为·38.6升去离子水，·143千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和·115千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD VP106胶乳(40％)；和-第三部分C的组成为
·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛。
然后，加入下列·18千克由Heveatex出售的HEVEAMUL M-111b蜡(45％)。
·8.7千克来源于芳族胺(60％)的抗氧剂；和·17.5千克由Degussa出售的DERUSSOL 345炭黑。
纤维通过浸渍浴的速率是大约30米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以30米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是249℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.3％(干重)。
将由此所获得的纤维以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行与实施例3中相同的附加处理。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷108.43千克；断裂伸长率1.79％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.82％，S-捻断裂负荷109千克；断裂伸长率1.67％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.73％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例8使用的纤维是由Tenax Fibers GmbH&Co.KG出售的牌号为TENAXUTS 5631 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力大约100克。延展由两个直径为5毫米设置在浸渍槽中的棒提供。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，
·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre的脲；-第二部分B的组成为·36升去离子水，·286千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛。
固体含量是330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约15米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为0.81毫米的模具，然后再以15米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是120℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以15米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是230℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.7％(干重)。
将由此所获得的纤维以60捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行附加处理。因此，并捻纱线在约1千克张力下放出。用包含8.1％的由Henkel出售的CHEMOSIL X2410组合物在二甲苯中的溶液中浸渍。浸渍之后，纤维通过长8米，温度为90℃的烘箱。纱线通过烘箱的速率是18米/分。纱线在同等状态之下，第二次浸渍。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷102.39千克；断裂伸长率1.85％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.96％；S-捻转断裂负荷84.94千克；断裂伸长率1.64％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.83％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例9
使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre的脲；-第二部分B的组成为·230.4千克由Lord Corporation出售的CHEMLOK E0872胶乳；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛。
然后，加入28.8千克由Nagase出售的DENABOND。
为了获得以备使用的浸渍溶液，将所获得的混合物稀释，使之固体含量为240克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约30米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以30米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是285℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的10％(干重)。
将由此所获得的纤维以60捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行附加处理。因此，加捻纱线在约1千克张力下放出。用包含8.2％的由Compounding Ingredient Limited出售的CILBOND 80组合物在二甲苯中的溶液浸渍。浸渍之后，纤维通过长8米，温度为90℃的烘箱。纱线通过烘箱的速率是18米/分。纱线在同等状态之下，第二次浸渍。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷126.27千克；断裂伸长率1.81％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.66％；S-捻断裂负荷118.47千克；断裂伸长率1.72％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.64％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
显而易见由上述本发明的方法获得的纤维比现有纤维的拉伸强度要好。而且，该纤维的起始低张力伸长率明显小于经观察的现有纤维。因此，这些纤维尤其可作为增强元件用于橡胶同步皮带、轮胎和管料。
权利要求
1.一种用于制备基于复丝碳纤维的纵向增强元件的方法，该元件被加入到基于橡胶的制品中，该方法包括下列步骤，组成，从无捻的碳纤维开始·将纤维浸入含有间苯二酚-甲醛树脂和橡胶胶乳溶液的浸渍浴中；·干燥浸渍的纤维；·然后加捻干燥的碳纤维，其特征在于，还包括在浸渍步骤中，通过延展组成之的长丝开松碳纤维，以使得进行浸渍时每根纤维具有增加的表面积。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于通过延展开松纤维。
3.权利要求2所述的方法，其特征在于将纤维经过至少一个设置在垂直于纤维路径的棒之周边的一部分，使纤维获得延展。
4.权利要求2所述的方法，其特征在于是通过把纤维暴露到振动源上而开松纱线的。
5.权利要求1所述的方法，其特征在于，间苯二酚-甲醛-胶乳溶液中，间苯二酚-甲醛树脂部分的含量为2-30％(干重)，胶乳部分的含量为70-98％。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于，间苯二酚-甲醛-胶乳溶液中，间苯二酚-甲醛-树脂部分的含量为5-10％(干重)。
7.权利要求5所述的方法，其特征在于，将干重至多为10％的炭黑加入到间苯二酚-甲醛-胶乳溶液中，间苯二酚-甲醛树脂和胶乳部分仍具有相同的比例，以适应纤维的硬度。
8.权利要求7所述的方法，其特征在于，将干重至多为1-4％的炭黑加入到间苯二酚-甲醛-胶乳溶液中，间苯二酚-甲醛树脂和胶乳部分仍具有相同的比例。
9.权利要求1所述的方法，其特征在于，所使用的胶乳包括，单独或作为混合物使用的胶乳乙烯吡啶/苯乙烯-丁二烯(VP/SBR)，苯乙烯-丁二烯(SBR)，天然橡胶胶乳(NR)，羧化物和氢化的丙烯腈-丁二烯(X-HNBR)，氢化的丙烯腈(HNBR)，丙烯腈(NBR)，氯磺化聚乙烯(CSM)和乙烯-丙烯-二烯烃单体(EPDM)。
10.权利要求1所述的方法，其特征在于，在浸渍步骤之后，在干燥步骤之前，包括精整涂层的步骤。
11.权利要求10所述的方法，其特征在于，通过使纤维通过模具进行精整。
12.权利要求10所述的方法，其特征在于，通过使浸渍的纤维浸轧进行精整。
13.权利要求1所述的方法，其特征在于，干燥步骤之后，包括加热纤维步骤，使得能够固化浸渍在纤维中的间苯二酚-甲醛树脂/胶乳溶液。
14.权利要求1所述的方法，其特征在于，加热之后，将若干纤维结合，然后通过复捻进行加捻。
15.权利要求1或14所述的方法，其特征在于，在张力下，进行复捻/加捻。
16.权利要求15所述的方法，其特征在于，在加捻/复捻过程中施加的张力至少等于纤维断裂负荷的5％。
17.权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在溶剂介质中的粘合剂溶液中浸渍复捻或加捻纤维的步骤。
18.权利要求17所述的方法，其特征在于，溶剂介质中的粘合剂溶液包含卤代聚合物。
19.一种可由权利要求1-18中任何一项得到的碳纤维。
20.一种加入权利要求19的碳纤维的轮胎。
全文摘要
一种基于复丝碳纤维的纵向增强元件的制备方法，用于引入基于橡胶的制品之中。所述方法包括下述步骤，其中将无捻的碳纤维浸入到包含间苯二酚－甲醛树脂和橡胶胶乳溶液的浸渍浴中，接着干燥浸渍的纤维，然后将干燥的纤维加捻。本发明的方法，其特征在于还包括在浸渍步骤中，通过延展组成之的长丝开松碳纤维，因此浸渍时每根纤维具有增加的表面积。
文档编号D02G3/40GK1486340SQ0182200
公开日2004年3月31日 申请日期2001年12月26日 优先权日2001年1月12日
发明者C·托农, C 托农 申请人:弗尔旦苏维提工业加工公司