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（一）橡胶轮胎纤维骨架材料的结构和性能
1、骨架材料的分类及基本性能
（1）天然纤维：包括植物纤维（棉、亚麻纤维等）、动物纤维（羊毛纤维等）和矿物纤维（石棉、玻璃纤维）。
（2）化学纤维：包括人造纤维和合成纤维。
①人造纤维
人造纤维是以天然高聚物为原料，经过化学处理与机械加工而再生制得的纤维，所以人造纤维也称再生纤维。如粘胶纤维、铜胺纤维、醋酯纤维等。作为橡胶工业用的骨架材料是指高强力粘胶纤维。但现已逐步被其它合成纤维和钢丝帘线所替代。
②合成纤维
合成纤维是由煤、石油、天然气、农副产品等低分子化合物为原料，经一系列化学反应，制成高分子化合物，再经加工而制得的纤维，如锦纶、涤纶、维纶、丙纶等纤维。
A、聚酰胺纤维：凡是分子主链由酰胺键—CONH—连接而成的一类合成纤维，统称聚酰胺纤维。美国称尼龙或耐纶，我国商品名称锦纶纤维。
锦纶纤维的基本性能：
a、强度高、耐冲击性好；
b、弹性高、耐疲劳性好；
c、耐热性和热稳定性锦纶纤维的耐热性较差。当温度上升时，纤维产生收缩，强度下降。锦纶纤维的耐热性与热稳定性比涤纶纤维差，在150℃下受热1小时后，强度保持率为69%。通常在100—110℃下长时间受热，锦纶纤维的性能不受损失。锦纶纤维耐热性不高的原因是纤维大分子末端的氨基容易氧化所致；
d、耐磨性好耐磨性好优于其它一切纤维，比涤纶纤维高4倍，比粘胶纤维约高10倍；
e、密度除聚丙烯和聚乙烯纤维外，它是所有合成纤维中最轻者，比棉纤维轻35%，比粘胶纤维轻25%；
f、与橡胶粘着性锦纶纤维的极性很强、表面光滑，故与橡胶的粘着性差，需经含丁吡胶乳的浸渍剂处理（浸渍剂为间苯二酚-甲醛-胶乳浸液，简称RFL）；
g、化学稳定性在室温下，耐碱性好，耐虫蛀，抗菌蚀；
h、耐光性差这是因为其大分子中的酰胺键易受光的作用而发生断裂，致使高聚物聚合度下降。
B、聚酯纤维：简称PET，是由有机的二元酸与二元醇经缩聚而制得的高聚物纤维。我国商品名称为涤纶纤维。
涤纶纤维的基本性能：
a、强度涤纶纤维的强度比锦纶纤维稍低。湿态强度与干态强度大致相等；
b、弹性涤纶纤维的回弹性接近羊毛纤维。耐皱性最优，耐疲劳性良好。由于涤纶纤维的分子链含有苯核而富有刚性，且结晶度高，故初始模量高，伸长率小，尺寸稳定性较好；
c、耐热性和热稳定性涤纶纤维的耐热性和热稳定性较好。在150℃的热空气中加热168小时，强度仅损失15—30%；受热1000小时，强度损失50%，而一般纤维在此条件下经200—300小时即分解；
d、耐磨性仅次于锦纶纤维，优于其它天然纤维等；
e、密度和回潮率密度较其它合成纤维高。由于涤纶纤维的大分子链中没有亲水基，分子端基只有很小的吸湿能力，故其回潮率极低；
f、化学稳定性涤纶纤维耐酸不耐碱，抗虫蛀、耐菌蚀；
g、耐光性涤纶纤维的耐日晒与耐候性均较好。
h、与橡胶粘着性涤纶纤维分子的极性极低，结晶度高，化学基团不活泼，以及纤维表面光滑，对橡胶粘着性差，浸胶前需特殊处理。
C、聚乙烯醇纤维：简称PVA，我国商品名称为维纶纤维。
维纶纤维的基本性能：
a、强度维纶纤维的强度较高。湿强度比干强度低10~25%。
b、弹性其回弹率较锦纶和涤纶纤维低，但高于粘胶纤维和棉纤维。初始模量较高。
c、耐热性耐热水性不好，在沸水中收缩达5%。若在沸水中连续煮沸3~4小时，可使织物变形或发生部分溶解现象。在湿态下加热至115℃时，维纶纤维将产生显著收缩。但维纶在干态下的耐热性较好。
d、耐磨性耐磨性接近于锦纶纤维。
e、耐光性维纶纤维的耐光性很好，在长期日晒下强度几乎不变。
f、密度和回潮率维纶纤维的密度比棉纤维、粘胶纤维、涤纶纤维小。回潮率高于其它合成纤维。
g、与橡胶粘着性维纶与橡胶粘着性稍逊于棉纤维，而比其它纤维好。
h、化学稳定性维纶纤维耐碱性较好，但不耐强酸，长期放在海水中、土中均无影响。耐虫蛀，耐菌蚀。
合成纤维还包括聚丙烯（丙纶）纤维、芳香聚酰胺（芳纶）纤维、复合纤维等品种。我轮胎公司斜交胎主要使用尼龙纤维。
（3）玻璃纤维
玻璃纤维是一种人造无机纤维，采用不同的原料组分和生产方法，可以制出不同用途的玻璃纤维。
玻璃纤维具有一系列的优越性，如质轻强度高，耐高温，耐腐蚀，伸长率小，吸湿性低等。
玻璃纤维的基本性能：
A、强度高；
B、模量高，延伸率低，尺寸稳定性好；
C、耐热性好。在300℃时，于短时间内性能不受影响，经24小时强度下降20%；
D、耐屈挠性较差。在玻璃纤维涂上合适的润滑剂，减少纤维之间的摩擦，屈挠性可大大提高；在玻璃纤维的组分中若含有适量的氧化铜，则该纤维具有较好的耐屈挠和耐磨性；
E、耐磨性差；
F、密度大，吸湿性极低；
G、化学稳定性好；
H、与橡胶的粘着性较差；
I、电绝缘性能极好。
2、基本概念
（1）绝对强力（扯断强力）：纤维或纱线在连续增加负荷的作用下，直至断裂时所能承受的最大负荷。
（2）细度：表示纤维或纱线的粗细程度，它是纤维材料的重要指标之一。常用以下三种方法表示：
①公支（支数）——定重制
单位重量（以克计）的纤维、纱线所具有的长度（以米计）称为公支或支数。例如，1g重的纤维长度为60米，则称60支。
对于同一种纤维而言，支数越高，表示纤维越细；反之表示纤维越粗。
②旦——定长制
单位长度（9000米）的纤维或纱线所具有的重量（以克计）称“旦”。旦数越大，则纤维越粗。
③特（tex）或分特（dtex）——定长制
单位长度（1000米）的纤维或纱线所具有的重量（以克计）称为“特”；若重量以分克计（1/10g），则称“分特”。
特或分特、支数和旦数的换算关系如下：
旦数×支数=9000
特数×支数=1000
旦数=9×特数
分特数=10×特数
旦数=分特数×9/10
（3）初始模量
在物理和工程上，应力与相应的应变之比称为模量。模量是纤维抵抗外力作用下形变能力的量度。纤维的初始模量（杨氏模量）为纤维拉伸时，当伸长为原长1%时所需的应力，即应力-应变曲线起始一段直线部分的斜率，其单位为N/m2，N/tex。
纤维的初始模量高，表示施加同样大小的负荷时不易产生变形，即尺寸稳定性较好。纤维的初始模量取决于高聚物的化学结构及分子间相互作用力的大小。最作橡胶骨架材料用的合成纤维，要求有较高的模量。
（4）断裂伸长率
纤维的断裂伸长是决定纤维加工条件及其制品使用价值的重要指标之一。.断裂伸长率是指悬为或试样在拉伸至断裂时长度比原长度增加的百分数。
（5）回弹性
（6）吸湿性纤维的吸湿性是指在标准温度和湿度（温度20±3℃、相对湿度65±3%）条件下纤维的吸水率。
（7）热收缩与热定型
（8）蠕变和松弛
纤维和纱线在一定拉力作用下，变形随时间而变化的现象蠕变。
纤维和纱线在拉伸变形恒定的条件下，应力（张力）随时间而不断地下降，该现象称松弛。
（9）耐热性
（10）燃烧性
（二）橡胶轮胎纤维骨架材料的应用
1、帘线结构
（1）帘线规格
帘线一般是由几股股线合并加捻制成，其结构用股线的粗细程度（tex表示）和股数组合来表示。如1400dtex/2（1260den/2）表示由2股1400dtex的股线组成的帘线。如果由多股组成，而且是分两次合股加捻的，则第一次的合股数与第二次的合股数之间用乘号相连。帘线的结构可根据轮胎对帘线性能的要求进行合理设计，使之既充分发挥纤维材料的性能，又满足轮胎使用的要求，如锦纶帘线、聚酯帘线、芳纶帘线和棉帘线等。
（2）帘线细度
帘线的细度表示帘线的粗细程度，表示方法和纤维相似，可以用直径或截面积表示，但因截面积形状不规则，而且易变形，因此测量直径或截面积不仅误差大，而且比较麻烦。为此纺织材料广泛采用的是截面积成比例的间接指标——号数（dtex）、纤度（den）与支数。
如：轮胎生产上用得最多的尼龙帘线是1260D/2（1400dtex/2）。
其中：D——旦尼尔、即旦。
1260——表示9000米长的一根尼龙丝的重量为1260克。
1400——表示1000米长的一根尼龙丝的重量为1400分克。
2——表示每根帘线由2股组成。
帘布的代号：为了区别不同密度的帘布，分别用“V—1”、“V—2”、“V—3”做代号。人造丝和尼龙帘布都采用这三个代号，但为了区别起见，分别用“N”代表尼龙，“R”代表人造丝。即：
尼龙帘布代号为：“Nv—1”、“Nv—2”和“Nv—3”；
人造丝帘布代号为：“Rv—1”、“Rv—2”、“Rv—3”。
帘布的密度以经线为准。例如：
Nv—1：帘线密度为100根/250px；
Nv—2；帘线密度为74根/250px；
Nv—3：帘线密度为52根/250px；
Rv—1：帘线密度为98根/250px；
Rv—2：帘线密度为70根/250px；
Rv—3：帘线密度为46根/250px。
帘线的密度虽然不同，但在同一轮胎中所用的V—1、V—2和V—3帘布其帘线的粗度即纤度都是一样的。
一般说来，V—1帘布做轮胎的内层帘布，V—2做轮胎的外层帘布，有时为了不同层级的需要，也有内层帘布的最外两层用V—2，例如用6层V—1帘布做内层，用2层V—2帘布做外层，这样制成但层尼龙胎一般可达14层级。如果内层帘布用2层V—2代替V—1，（第5、6两层），这样制成的尼龙胎一般为12层级，但V—3帘布一般只能做缓冲层用。
帘线的直径是帘布密度设计和轮胎设计的重要依据之一。对于浸胶后的帘线直径可用粗度计或光学投影仪直接测量。
（3）捻度与捻系数
①捻度：纱线单位长度内的捻回数，称为捻度。
捻度的方向分为Z捻S捻两种。股线中的单丝在加捻后，捻回的方向由下向上，自右至左的称为S捻；由下而上，自左至右称为Z捻。单股帘线的捻度称为初捻，捻向多Z向：股线的捻度称为复捻，捻向则是S向。如果经过两次合股加捻，第一次是单纱捻向Z捻，第二次为初捻，捻向为S捻，第三次为复捻，捻向为Z，这样帘线的捻度稳定。
帘线在加捻过程中，纱中的纤维受到张力作用，发生伸长变形，使帘线的许多物理机械性能都发生了变化，如线的紧密度增加、直径减小、强度增大、手感变硬、疲劳性能显著增加等。因此，选择合适的捻度是十分重要的。
②捻系数
帘线加捻后，纱的表层纤维对纱轴的倾角称为捻角，但因测试不方便，在实际中比较纱线的加捻程度一般不用捻角，而是用捻系数。
（三）帘线动态力学性能
轮胎在实际行驶过程中，帘线承受了拉伸、压缩、弯曲、剪切及扭转力矩等各种应力的作用，因此帘线只有良好的基本性能是不够的，还必须具有优异的动态力学性能。
轮胎在运行过程中，影响能量损耗的有三个因素，即轮胎结构、帘线的粘弹性能及橡胶的粘弹性能。轮胎的能量损耗一般是用滚动阻力和生热速率表征，帘线材料对轮胎胎体的滚动阻力的作用为
20—80%，这与轮胎的结构有关。表征动态性能有下列几种：动态模量、往复拉伸性能、（定负荷和定神长两种检测方法）、弯曲疲劳性能、扭转性能、压缩性能等。
（四）轮胎纤维帘布
帘布为轮胎的骨架材料，轮胎在行驶过程中将承受内压力、径向、侧向牵引力和制动力等极其复杂的力作用，帘布既要承受外力的作用，又要保持轮胎的尺寸稳定性，保证轮胎的良好行驶性能。这就要求帘布具有高强度、高模量、耐疲劳、耐冲击、滞后损失小，而且与橡胶有良好的粘合性能。
帘线材质的选择帘布结构、规格的选用，必须与轮胎的结构、规格以及使用条件和经济效益相结合。
当前轮胎用骨架材料主要有锦纶帘布、粘胶帘布、聚酯帘布及芳纶帘布。
1、锦纶帘布
锦纶帘布强力高、耐疲劳、耐冲击性能好，滞后损失小。主要应用于载重胎、工程机械胎、飞机胎、军用胎以及其它苛刻条件下使用的轮胎，也用于农业机械胎和乘用胎。但由于其尺寸稳定性差，模量低，特别在热态下模量更低，导致轮胎在停车之后产生平点现象。
平点（又叫扁点）：尼龙胎在使用时，帘线受内压力而延伸，停车时，由于地面的支撑作用，轮胎的接地部位帘线受的张力较其他部位的张力小得多，这部位的帘线就出现收缩而产生“平点”。新车停放过久轮胎也会出现平点。平点使汽车开动的初期产生震动，使驾驶和乘坐有所感觉。但平点是暂时的缺陷，在行使一段距离以后，随着温度的升高，帘线的延伸，平点也就消失。
锦纶帘布包括锦纶66和锦纶6。锦纶66的尺寸稳定性和粘合性能较锦纶6好。
锦纶6：锦纶又名尼龙。尼龙6是由是由己内酰胺聚合而成的，因为这些有机化合物的学名很长，为简便起见，通常是以它所含碳原子的数目来命名。己内酰胺有6个碳原子，由它而得的尼龙就叫尼龙6。
锦纶66：尼龙66是由6个碳原子的己二胺和6个碳原子的己二酸缩聚而成的，所以叫尼龙66。
尼龙6与尼龙66的主要性能比较：
（1）尼龙6与尼龙66的物理机械性能，如扯断强力都相差不大，以国产1260D/2帘线为例，其主要质量标准如下：
项目
尼龙66
尼龙6
扯断强力（kg/根）
22.2±0.3×3
≥20
6.8kg定负荷伸长率（%）
8.5±0.2×3
8.0±0.5
H抽出（kg/cm）
16.5
≥12.0
扯断伸长率（%）
20.2
22±2
（2）尼龙66的初始模数为40~60克/，尼龙6的初始模数为27~50克/。初始模数是使纤维单位横断面积产生单位形变所需的负荷，其单位为公斤/毫米2或克/，通常是纤维延伸为原长1%时所需的应力来表示。初始模数表示纤维受到一定负荷时，发生变形的难以程度，此数值愈大，在同样负荷作用下，纤维的变形愈困难。由于尼龙66的初始模数比尼龙6的高，所以用尼龙66生产的轮胎在使用中变形比尼龙6的小。
（3）尼龙66的软化点为230—235℃，干热熔点为254℃，而尼龙的软化点为180℃，熔点为222℃。由于尼龙66的软化点及熔点都比尼龙的高，耐湿热时的熔点也高12℃，所以尼龙6在耐湿热、收缩及蠕变性能方面都比尼龙好。
（4）在180℃的温度下，尼龙6帘线剧烈收缩，强力显著下降，而尼龙66帘线强力几乎不变，说明尼龙66的耐温性比尼龙6好得多。
（5）在耐候性、耐酸性、耐矸性等方面尼龙66与尼龙6都差不多。
（6）与橡胶粘着性锦纶6比锦纶66好。
（7）锦纶6纤维的原料合成工艺简单，成本较低，技术较容易掌握。
总的说来，尼龙66的各种性能大多比尼龙6优越，世界上美英法以生产尼龙66为主，这三个国家的产量占发达国家总产量的80%以上。
锦纶帘布虽然经热伸张处理，获得了良好的性能，但是其固有的热收缩特性仍然会导致帘线的变形。因此在轮胎制造工艺中要注意避免产生热收缩。
在压延过程中，加热辊筒的温度要求在105℃左右，使帘线干燥，保持帘布的含水率不大于1%。为了防止帘线在热态下的收缩，压延必须有张力装置。
硫化——后充气过程中，对轮胎性能影响较大的工艺参数为后充气压力、硫化结束到后充气间隔时间、充气结束轮胎的温度。
硫化——充气间隔时间愈短愈好，充气结束后轮胎温度要求降至锦纶帘线的玻璃化温度以下（约40℃左右）。
锦纶帘布的贮存期要短，一般半年，最长10个月。在贮存期不但要防潮，还应避免紫外线的照射，紫外线的照射导致浸胶层老化，影响粘合性能，长期贮存的锦纶帘布，粘合性能下降，其它物理机械性能均有所下降。
锦纶帘布打开包装后要尽快使用，因其易吸潮，影响轮胎质量。
锦纶帘布压延后，也要尽快使用，而且垫布要采用吸湿性低的织物。
2、聚酯帘布
聚酯帘布具有高强力、高模量、低伸长、耐热性能好等优点，因此聚酯轮胎的尺寸稳定性、乘坐舒适性优于锦纶轮胎。但是聚酯帘线遇胺类物质易分解，使强力下降，因此在应用聚酯帘布时，助剂的选择和使用非常重要。聚酯帘线滞后损失较大，聚酯轮胎在高速和高负荷作用下，生热较高，聚酯帘线广泛应用于乘用胎、飞机胎和轻卡轮胎。
聚酯帘线生产技术不断突破，其化学稳定性有了较大改进，提高了对轮胎高速行驶温度及对橡胶、促进剂胺解的抵抗能力。优越的性能正是当前轮胎向子无化方向发展和轮胎轻量化的需求。因此聚酯帘线具有较高的竞争力。
由于聚酯纤维的分子结构，决定了其化学惰性和难以与橡胶粘合的性能，故单纯使用粘胶帘线和锦纶帘线的酚醛树脂胶乳浸渍体系是无效的，为保证聚酯与橡胶的粘合，必须采用新的粘合体系。
聚酯浸渍体系分为双浸法、单浸法和纤维表面活化处理。
聚酯帘线在使用中应注意帘线的胺解、滞后损失等特性。
3、芳纶帘线
芳纶纤维问世以来，发展很快，由于芳纶既具有高强度、高模量、耐高温及变形小的刚性，又具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切的柔性，兼备了钢丝帘线和尼龙聚酯帘线的优异性能，因此享有“合成钢丝”之称，而且芳纶与橡胶的粘合问题业已解决，所以芳纶帘线成为成为橡胶工业理想的骨架材料。特别是子午线轮胎的开发，更需要芳纶增强材料。
虽然芳纶帘线在轮胎上的应用已经商品化，但因其价格高昂，主要还是应用于高级轿车胎或载重胎的带束层，用量较小，而且尚不广泛。
芳纶帘线的浸渍处理体系与聚酯帘线相似，可采用单浸法或双浸法处理，因为芳纶帘线的强度高，其与橡胶的粘合性能也要相应提高，所以芳纶帘线的浸渍体系和轮胎配方体系都要调整，以增加其粘合性能。
4、钢丝/纤维混合帘线
鉴于难以将带束层钢丝帘线中的芯线固定在正中心位置，倍耐力公司正在研发尼龙芯线钢丝帘线。用尼龙代替钢丝作芯线，一方面能保证帘线中心完全充满；另一方面，又由于尼龙的热收缩性便于胶料填充进帘线中心。但为使尼龙与橡胶粘合良好，必须对尼龙纤维进行预处理。贝卡公司还在研发钢丝聚酯或其他有机纤维混合帘线。
