专利名称：片材以及制备用于支撑结构和轮胎的片材的方法
片材以及制备用于支撑结构和轮胎的片材的方法发明背景发明领域本发明涉及用于加固轮胎和支撑结构的平面片材。相关领域说明芳族聚酰胺纤维和金属股线的组合在美国专利申请公布2004/0123930中有所公开。发明概沭 本发明涉及平面片材，所述片材包括(a)多根聚酰胺纱线，所述聚酰胺纱线具有3. 7-6. SN/分特的纱线模量，2. 9-4. 7%的断裂伸长率以及130-15，000旦尼尔的纤度，(b)多根钢丝，所述钢丝具有O. 041. IOmm的主要横截面尺寸，其中(I)钢丝具有第一卷曲和第二卷曲，第一卷曲处于与第二卷曲的平面相差至少20°的平面中，(2)钢丝的第一卷曲和第二卷曲的螺距和幅度使得钢丝的断裂伸长率与聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%，(3)钢丝具有包含O. 60-1. 10%的最低碳含量、O. 20% -O. 90%范围内的锰含量和O. 10% -O. 90%范围内的硅含量的组成，并且(4)钢丝和聚酰胺本发明还涉及形成平面片材的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供多根聚酰胺纱线，所述聚酰胺纱线具有3. 7-6. SN/分特的纱线模量、2. 9-4. 7%的断裂伸长率以及130-15，000旦尼尔的纤度，(b)任选地将多根聚酰胺纱线加捻成缆线，(c)提供多根钢丝，所述钢丝具有O. 04-L IOmm的主要横截面尺寸以及包含O. 60-1. 10%的最低碳含量、O. 20% -O. 90%范围内的锰含量和O. 10% -O. 90%范围内的硅
含量组成，(d)确定应用于钢丝的卷曲的期望的螺距、幅度和平面布置，使得卷曲处于彼此相差至少20°的两个平面中，并且钢丝的断裂伸长率与聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%,(e)根据步骤⑷中确定的卷曲参数来卷曲钢丝，(f)任选地将多根钢丝加捻成钢丝绳，以及(g)将期望数目的钢丝和/或钢帘线与期望数目的聚酰胺纱线和/或聚酰胺帘线以平面布置方式组合，使得所有纱线、钢丝和帘线被取向成彼此平行。附图
简沭图I示出了本发明平面片材的全视图。图2示出了布置成片材结构的纱线和钢丝的一种组合的横截面视图。图3示出了布置成片材结构的纱线和钢丝的另一种组合的横截面视图。
图4示出了布置成片材结构的纱线和钢丝的又一种组合的横截面视图。发明详沭本发明涉及平面片材，并且所谓“平面”是指长度和宽度尺寸显著大于厚度尺寸的结构。在本发明的上下文中，平面片材的表面可并不是完全平坦的，而是可呈肋形。所谓“帘线”是指包括已加捻在一起以形成混合帘线的至少一根聚酰胺纱线和至少一根钢丝的股线。所谓“混合”是指帘线包含至少两种不同的材料，帘线也可指已加捻在一起以形成聚酰胺帘线的多根聚酰胺纱线，或已加捻在一起以形成钢帘线的多根钢丝。本发明的一个特征是，在组合时，聚酰胺纱线和钢丝的断裂伸长率相似。钢丝的断裂伸长率与聚酰胺纱线的断裂伸长率相差应不超过+/_20%。更优选地，伸长率差值应不 超过+/-10 %，并且最优选地不超过+/-5 %。由于组合时断裂伸长率匹配或近似匹配，当帘线受到拉伸载荷时，帘线中的聚酰胺纱线和钢丝会基本上同时断裂。通过如下所述的双重卷曲工艺将钢丝特制成与聚酰胺纱线的断裂伸长率匹配。在与类似的非卷曲钢丝进行比较时，卷曲钢丝提供具有更高断裂伸长率的钢丝。本发明的另一方面是，可使用模量远低于美国专利申请公布2009/015917中指定的6. 5N/分特的聚酰胺纱线。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。在本文中，术语“纤维”与术语“长丝”可互换使用。“纱线”是形成连续股线的纤维或长丝的集合体。在本发明上下文中，术语“纱线”也包括“缆线”。缆线是通过将两根或更多根纱线加捻在一起形成的纱线。在本发明中，形成作为长丝纺丝工艺的一部分的聚酰胺纱线。聚酿胺纤维和纱线芳族聚酰胺是优选的聚酰胺聚合物。术语“芳族聚酰胺”是指其中至少85%的酰胺(-C0NH-)键直接连接到两个芳族环的聚酰胺。合适的芳族聚酰胺纤维描述于Man-MadeFibres-Science and Technology,第2卷，题目为Fibre-Forming Aromatic Polyamides 的章节,第297页，W. Black等人,Interscience Publishers, 1968。芳族聚酰胺纤维以及它们的生产在美国专利 3，767，756,4, 172，938,3, 869，429,3, 869，430,3, 819，587,3, 673，143、3，354，127和3，094，511中也有所公开。优选的芳族聚酰胺为对位芳族聚酰胺。优选的对位芳族聚酰胺为称为Pro-T的聚(对苯二甲酰对苯二胺)。所谓Pro-T是指由对苯二胺和对苯二甲酰氯的等摩尔比聚合反应所得的均聚物，以及少量其它二胺与对苯二胺和少量其它二甲酰氯与对苯二甲酰氯的结合所得的共聚物。作为一般原则，其它二胺和其它二甲酰氯的使用量最多可为对苯二胺或对苯二甲酰氯的约 ο摩尔％，或者可能略高，唯一的前提条件是其它二胺和二甲酰氯不含干扰聚合反应的活性基团。pro-τ也指其它芳族二胺和其它芳族二甲酰氯结合所得的共聚物，例如2，6-萘亚甲基酰氯或氯代对苯二甲酰氯或二氯对苯二甲酰氯或3，4’- 二氨基二苯醚。添加剂可与芳族聚酰胺一起使用，并且已发现，按重量计至多达10%或更多的其它聚合材料可与芳族聚酰胺共混。可使用具有取代了芳族聚酰胺的二胺的多达10%或更多的其它二胺或取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯的多达10%或更多的其它二甲酰氯的共聚物。连续的对位芳族聚酰胺纤维通常通过将对位芳族聚酰胺的溶液经过毛细管挤出到凝固浴中来纺丝。就聚对苯二甲酰对苯二胺而言，所述溶液的溶剂通常为浓硫酸，而挤出通常是经过气隙进入冷的水性凝固浴中。此类工艺通常在美国专利3，063, 966、3，767，756、3，869，429和3，869，430中有所公开。长丝横截面为圆形或基本上圆形。对位芳族聚酰胺长丝纱线可以 Kevlar 纤维从 E. I. du Pont de Nemours&Co.，Wilmington, DE (DuPont)商购获得并且以Twaron 纤维从Teijin, Ltd.商购获得。本发明的聚酰胺纱线具有在3. 7-6. 8N/分特范围内，更优选地在3. 7-6. ON/分特范围内，并且最优选地在4. 4-5. 4N/分特范围内的纱线模量。同时，纱线具有2. 9-4. 7%，更优选3. 0-4. 0%的断裂伸长率，以及130-15000旦尼尔的纤度。具有这些特性的纱线的实例为得自 DuPont 的 Kevlar. 29、Kevlar 119 和 Kevlar 129。钢丝钢组成包含O. 60 % -I. I %的碳含量、O. 20-0. 90 %范围内的锰含量和O. 10-0. 90%范围内的硅含量。其它元素例如硫、磷、铬、硼、钴、镍和钒可各自以低于O. 5%
的含量存在。钢丝可具有包括一条或多条对称轴的横截面。例如，椭圆形或矩形横截面具有两条对称轴，三角形横截面具有三条对称轴。在优选的实施方案中，钢丝横截面为圆形，或基本上圆形。钢丝的主要横截面尺寸在O. 04mm-1. Imm的范围内，并且更优选地在O. 07mm-0. 60mm的范围内。就圆形横截面而言，该尺寸为直径。钢丝通常具有可赋予橡胶亲和力的涂层。此类涂层包含可与橡胶中的硫原子反应的那些，例如铜、锌以及此类金属的合金，如黄铜。在一个优选的实施方案中，当聚酰胺纱线形成混合帘线的外表面时，锌被用作涂层基底，否则黄铜是优选的涂覆材料。卷曲卷曲钢丝以制备具有波形的钢丝。优选地，钢丝具有第一卷曲和第二卷曲，其中第一卷曲处于与第二卷曲的平面显著不同的平面中。所谓“显著不同”是指卷曲平面相差至少20°的角，更优选地至少60°的角，并且最优选地至少80°的角。第一卷曲和第二卷曲具有卷曲螺距和卷曲幅度。幅度的典型值为O. 5-1. Omm,并且螺距值为2. 0-16. 0mm。然而，其它卷曲和螺距值也可用于本发明。根据所用的聚酰胺纱线的断裂伸长率计算卷曲平面的角度以及第一卷曲和第二卷曲的螺距和幅度，以使钢丝具有接近聚酰胺纱线的断裂伸长率的断裂伸长率。优选地，钢丝的断裂伸长率与聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%，更优选地差值不大于10%，并且最优选地差值不大于5%。理想情况是，聚酰胺纱线和钢丝的断裂伸长率相同。钢丝的断裂伸长率的典型值在2. 3-5. 7%的范围内，并且更优选地在2. 4-4. 8%的范围内。可通过使钢丝穿过齿轮来卷曲钢丝。此工艺在欧洲专利(EP) 1036235B1中有所描述。此类卷曲钢丝可以商品名“高耐冲击性钢”(High Impact Steel)购自N. V. Bekaert
S.A. (Zwevegem, Belgium)。形成平面片材在一个实施方案中，本发明涉及形成平面片材的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供多根聚酰胺纱线，所述聚酰胺纱线具有3. 7-6. SN/分特的纱线模量、
2.9-4. 7%的断裂伸长率以及130-15，000旦尼尔的纤度，
(b)任选地将多根聚酰胺纱线加捻成聚酰胺帘线。(c)提供多根钢丝，所述钢丝具有O. 04-1. IOmm的主要横截面尺寸以及包含O. 60-1. 10%的最低碳含量、O. 20% -O. 90%范围内的锰含量和O. 10% -O. 90%范围内的硅
含量的组成，(d)确定应用于钢丝的卷曲的期望的螺距、幅度和平面布置，使得卷曲处于彼此相差至少20°的两个平面中，并且钢丝具有与聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%的断裂伸长率，(e)根据步骤⑷中确定的卷曲参数来卷曲钢丝，(f)任选地将多根钢丝加捻成钢帘线，以及
(g)将期望数目的钢丝和/或钢帘线与期望数目的聚酰胺纱线和/或聚酰胺帘线以平面布置方式组合，使得所有纱线、钢丝和帘线被取向成彼此平行。在另一个实施方案中，本发明还涉及形成平面片材的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供多根聚酰胺纱线，所述聚酰胺纱线具有3. 7-6. SN/分特的纱线模量、
2.9-4. 7%的断裂伸长率以及130-15，000旦尼尔的纤度，(b)提供多根钢丝，所述钢丝具有O. 04-1. IOmm的主要横截面尺寸以及包含O. 60-1. 10%的最低碳含量、O. 20% -O. 90%范围内的锰含量和O. 10% -O. 90%范围内的硅
含量的组成，(c)确定应用于钢丝的卷曲的期望的螺距、幅度和平面布置，使得卷曲处于彼此相差至少20°的两个平面中，并且钢丝具有与聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%的断裂伸长率，(d)根据步骤(C)中确定的卷曲参数来卷曲钢丝，(e)将至少一根卷曲钢丝与至少一根聚酰胺纱线加捻以形成混合钢-聚酰胺复合帘线，以及(g)将期望数目的钢丝、聚酰胺纱线和混合钢-聚酰胺复合帘线以平面布置方式组合，使得所有纱线、钢丝和帘线被取向成彼此平行。可通过将多根钢丝加捻在一起形成单一的多钢丝钢丝绳结构而制备钢丝帘线。优选地，并捻在一起的钢丝的数目为两根或三根。类似地，多根聚酰胺纱线也可并捻在一起以形成多纱线并捻帘线结构。优选地，并捻在一起的芳族聚酰胺纱线的数目为两根或三根。当然单独的聚酰胺纱线也可与钢丝加捻在一起以制备聚酰胺-钢复合帘线。在优选的实施方案中，复合帘线中聚酰胺纱线的总数目为一至十根，并且复合帘线中钢丝的总数目为一至八根。在优选的实施方案中，形成帘线的纱线和钢丝的捻系数为至少O. 8。捻系数是纺织领域中熟知的术语。将聚酰胺纱线和钢丝组合成帘线的方法例如加捻、合股或并捻是本领域熟知的，并且在 Wellington Sears Handbook of Industrial Textiles 第 3. 2 章中有进一步的详述。平面片材包括全部以相同方向取向的纱线、钢丝或帘线。该方向通常被称为X方向或纵向。片材的平面被称为XY平面。Y方向与X方向垂直。此类布置在图I中总体示出，其中X方向以10表示，并且Y方向以11表示。聚酰胺纱线或帘线以及卷曲钢丝或帘线可有多种组合方式，以形成适用于橡胶和弹性体的平面片材。图2中示出了一个此类实施方案的横截面，其中聚酰胺纱线20与钢丝21交替排列。在图3所示的另一个实施方案中，排列多根聚酰胺纱线以形成第一分区30，并且排列多根钢丝以形成第二分区31。然后，这些分区彼此相邻排列。图4示出了该概念的进一步延伸，其中两个聚酰胺纱线阵列40 (每个阵列包括不同数目的纱线)与两个钢丝阵列41 (这些钢丝阵列的每个阵列也具有不同数目的钢丝)组合。由此可以看出，就两者的纱线或卷曲钢丝数目以及它们在片材中的彼此相对定位而言，聚酰胺和钢的可能组合是相当多的。以上描述不限于聚酰胺纱线或钢丝。聚酰胺帘线、钢帘线或钢-聚酰胺复合帘线也可包括于上述结构中。因此，平面片材可包括聚酰胺纱线、聚酰胺帘线、钢丝、钢帘线以及钢-聚酰胺复合帘线。平面片材的长度和宽度仅受到制造约束的限制。对齐纱线、钢丝和帘线的方法是纺织、绳索和线材成型行业所熟知的。此类方法包括先使用筒子架和经轴组装材料，再使单独股线通过准直工位进给并在卷轴上卷绕最终组 合件。作为另外一种选择，片材在准直后可切成一定长度。可任选地使用基料、膜和粘合剂来帮助保持平面片材的粘结性。达到此目的的另一种方法是将一些轻质粘合纱沿Y方向组装到片材的表面上或织入片材。在优选的实施方案中，片材中聚酰胺的重量百分比基于聚酰胺和钢的总重量为10-50 重量％。支撑结构和轮胎平面片材可用于例如客车轮胎、卡车和公交车轮胎以及摩托车轮胎。与纯钢加固帘线相比，复合材料混合帘线减少轮胎的重量，并提高滚动阻力。为了将平面片材组装到轮胎中，将一个或多个片材组装到基体中以形成呈胎体、胎圈加固包布(用于下胎侧加固的复合材料带)、或带条形式的支撑结构。基体可以是可使多个帘线相对彼此保持在固定方向和位置的任何聚合材料。典型的材料是热固性材料，例如橡胶；然而，也可使用热塑性材料，例如热塑性硫化橡胶和共聚醚酯。然后，将支撑结构装入轮胎结构中，通常在胎面下。如果需要，可在需要弹性体加固的应用中用到的其它支撑结构中使用复合材料混合帘线。
权利要求
1.平面片材，包括 (a)多根聚酰胺纱线，所述聚酰胺纱线具有3.7-6. SN/分特的纱线模量，2. 9-4. 7%的断裂伸长率以及130-15，000旦尼尔的纤度， (b)多根钢丝，所述钢丝具有O.04-1. IOmm的主要横截面尺寸，其中(I)所述钢丝具有第一卷曲和第二卷曲，所述第一卷曲处干与所述第二卷曲的平面相差至少20°的平面中， (2)所述钢丝的第一卷曲和第二卷曲的螺距和幅度使得所述钢丝的断裂伸长率与所述聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%， (3)所述钢丝具有包含O.60-1. 10%的最低碳含量、O. 20% -O. 90%范围内的锰含量和O.10% -O. 90%范围内的硅含量的组成，并且 (4)所述钢丝和聚酰胺纱线在所述平面片材内被取向成彼此平行。
2.权利要求I的平面片材，其中所述聚酰胺纱线包含聚(对苯ニ甲酰对苯ニ胺)长丝。
3.权利要求I的平面片材，其中所述聚酰胺纱线具有3.7-6. ON/分特的模量。
4.权利要求I的平面片材，其中所述聚酰胺纱线具有4.4-5. 4N/分特的模量。
5.权利要求I的平面片材，其中所述聚酰胺纱线具有3.0-4. 0%的断裂伸长率。
6.权利要求I的平面片材，其中所述钢丝的横截面为圆形或基本上圆形。
7.轮胎支撑结构，包括呈带束、胎体或胎圈形式的权利要求I的所述平面片材。
8.轮胎，包括权利要求I的所述平面片材。
9.形成平面片材的方法，包括以下步骤 (a)提供多根聚酰胺纱线，所述聚酰胺纱线具有3.7-6. SN/分特的纱线模量、2. 9-4. 7%的断裂伸长率以及130-15，000旦尼尔的纤度， (b)任选地将多根聚酰胺纱线加捻成缆线， (c)提供多根钢丝，所述钢丝具有O.04-1. IOmm的主要横截面尺寸以及包含O.60-1. 10%的最低碳含量、O. 20% -O. 90%范围内的锰含量和O. 10% -O. 90%范围内的硅含量的组成， (d)确定应用于所述钢丝的卷曲的期望的螺距、幅度和平面布置，使得所述卷曲处于彼此相差至少20°的两个平面中，并且所述钢丝具有与所述聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%的断裂伸长率， (e)根据步骤(d)中确定的卷曲參数来卷曲所述钢丝， (f)任选地将多根钢丝加捻成钢丝绳，以及 (g)将期望数目的钢丝和/或钢帘线与期望数目的聚酰胺纱线和/或聚酰胺帘线以平面布置方式组合，使得所有纱线、钢丝和帘线被取向成彼此平行。
10.形成平面片材的方法，包括以下步骤 (a)提供多根聚酰胺纱线，所述聚酰胺纱线具有3.7-6. SN/分特的纱线模量、2.9-4. 7%的断裂伸长率以及130-15，000旦尼尔的纤度， (b)提供多根钢丝，所述钢丝具有O.04-1. IOmm的主要横截面尺寸以及包含O.60-1. 10%的最低碳含量、O. 20% -O. 90%范围内的锰含量和O. 10% -O. 90%范围内的硅含量的组成， (C)确定应用于所述钢丝的卷曲的期望的螺距、幅度和平面布置，使得所述卷曲处于彼此相差至少20°的两个平面中，并且所述钢丝具有与所述聚酰胺纱线的断裂伸长率相差不大于20%的断裂伸长率， (d)根据步骤(C)中确定的所述卷曲参数来卷曲所述钢丝， (e)将至少一根卷曲钢丝与至少一根聚酰胺纱线加捻以形成钢帘线中的混合钢-聚酰胺复合帘线，以及 (g)将期望数目的钢丝或帘线、聚酰胺纱线或帘线和混合钢-聚酰胺复合帘线以平面布置方式组合，使得所有纱线、钢丝和帘线被取向成彼此平行。
11.权利要求9或10的方法，其中所述聚酰胺纱线包含聚(对苯二甲酰对苯二胺)长丝。
12.权利要求9或10的方法，其中所述聚酰胺纱线具有3.7-6. ON/分特的模量。
13.权利要求9或10的方法，其中所述聚酰胺纱线具有4.4-5. 4N/分特的模量。
14.权利要求9或10的方法，其中所述聚酰胺纱线具有3.0-4. 0%的断裂伸长率。
15.权利要求9或10的方法，其中所述钢丝的横截面为圆形或基本上圆形。
全文摘要
本发明涉及平面片材，所述片材包括多根聚酰胺纱线(20，30，40)和多根钢丝(21，31，41)，所述聚酰胺纱线具有3.7-6.8N/分特的纱线模量，2.9-4.7％的断裂伸长率以及130-15,000旦尼尔的纤度，其中所述钢丝具有第一卷曲和第二卷曲，所述第一卷曲处于与所述第二卷曲的平面显著不同的平面中。所述钢丝的第一卷曲和第二卷曲的螺距和幅度使得当所述钢丝和所述聚酰胺纱线组合时，所述钢丝的断裂伸长率与所述聚酰胺纱线的断裂伸长率相似。所述钢丝和纱线被布置成使得它们在所述平面片材内被取向成彼此平行。所述片材用于轮胎和带束的弹性体组件的构造。
文档编号B29D30/38GK102858518SQ201080046216
公开日2013年1月2日 申请日期2010年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者A·沃尔皮 申请人:纳幕尔杜邦公司