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摘要：纤维是制造轮胎的重要材料，其作用是：保持轮胎的形状和尺寸稳定性，抗机械损伤和轴承负荷；纤维材料应满足的要求，抗疲劳，抗冲击，抗变形性能的轮胎；轮胎的乘坐舒适性，纤维材料的噪音，高性能、时延对分层和生活的重要影响。本文就轮胎用纤维材料的研究现状、发展前景及今后的研究方向进行了探讨。
关键词：轮胎；纤维材料；性能；现状；发展前景
近年来，短纤维在轮胎中的应用尤为活跃，已应用于各种类型的轮胎，包括工程越野轮胎、卡车轮胎、轮胎防滑销和高性能轮胎，其中加强部分也包括轮胎的几乎所有部分。
1.各种轮胎纤维帘线的性能及其用途
1.1人造丝
人造丝轮胎帘线为主,由于成本、强度、抗疲劳强度差,取而代之的是尼龙,人造丝,但具有良好的尺寸稳定性,子午线轮胎材料可以实现更高的性能,所以通常用于高性能轮胎,它仍然是欧洲的轮胎的主要材料。欧洲轮胎制造商坚持认为，最好的半钢子午线轮胎生产是非人类的。原因是只有尺寸稳定，低热量是聚酯粉尘。
1.2尼龙帘线
由于尼龙具有优异的强度、耐疲劳性和韧性，而橡胶粘合性好，价格相对便宜，所以橡胶行业的应用最为广泛，尤其是在轮胎帘布上从1955下半年取代了人造丝帘线，并保持了主要的原材料。尼龙的缺点是热稳定性（热收缩和热伸长）比其它材料差，难以满足子午线轮胎的要求。近年来尼龙改性研究取得了很大进展。
1.3玻璃纤维
20世纪60年代，成功地研制出一种新型玻璃纤维增强三角带和玻璃纤维帘线增强汽车轮胎。在20世纪60年代末，固特异和Mohawk都主张使用玻璃纤维帘线轮胎和轮胎帘线增强的玻璃纤维，第一个被广泛用于轮胎，后来开发了一个两层尼龙帘线增强基体与玻璃纤维增强轮胎缓冲层帘布。玻璃纤维增强轮胎在2O 7o年底顺利发展，由于玻璃纤维绳可以结合制成的缓冲层材料。然而，随着合成纤维工业的发展和钢丝和橡胶的粘结问题，玻璃纤维在轮胎中的应用逐渐被合成纤维和钢丝所取代。玻璃纤维强度高，耐热性好，尺寸稳定。适用于子午线轮胎和斜胎罩。它的综合物理和机械性能最接近电线。据报道，如果将玻璃纤维作为C 130重型运输机轮胎的胎面保护层，则胎面胶的抗剪性能可提高10倍。广泛使用的两层或三层玻璃纤维帘线，由于其成本低、生产效率高，其加固效果与钢丝相似，有望取代大直径单层玻璃纤维帘线。
3短纤维
短纤维长度为2 ~ 5mm，长度比为100 ~ 200。表面预处理后，可直接添加到橡胶基质中作为无机粒子填料。混合后，最终产品可通过适当的工艺方向获得。短纤维具有良好的增强性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆它不需要复杂的加工工艺，甚至可以代替一般的长纤维纺织骨架材料，简化生产过程，提高生产的自动化和连续性。短纤维特殊表面形状因子，长径比，具有许多优良的物理性能，使复合材料具有明显的各向异性，为加工设计留下了大量的发展空间。
3.1短纤维的种类
短纤维应具有适当的长宽比（长径比为120，性能最好，不到100时性能不好，而橡胶基体）应有很高的粘接强度和足够的弹性，加工不易折断。常用的合成短纤维有尼龙、涤纶、芳纶、玻璃纤维等。常用的天然纤维有孟山都公司生产的纤维素纤维。各种短纤维的优点和缺点如下。
3.1.1尼龙
尼龙具有高强度、耐热性和抗疲劳性的优点。其缺点是弹性模量低，促进纤维伸长，无氧化，光滑表面。不利于与其他聚合物成键。
3.1.2聚酯
近年来，国内外的涤纶纤维得到了纤维的动态模量的广泛应用，弹性接触和高温性能优于尼龙纤维，其缺点是表现出化学惰性，表面光滑，与其他聚合物胶黏在一起。
3.1.3芳族聚酰胺(芳纶)纤维
纤维的抗拉强度是聚酰胺纤维和聚酯纤维的三倍，其弹性模量是聚酰胺纤维的十倍以上。其强度和模量比其他纤维高，但纤维价格高，收率低。芳纶短纤维可以使产品比目前的水平高得多。根据介绍，在汽车轮胎胎面上，加入3个芳纶短纤维可以大大提高其抗剪强度和抗折性，对迟滞和热产生有显著影响。轮胎试验结果表明，轮胎耐久性提高了18% ~ ~ 20%，加热率降低了1%，不同速度的滚动阻力降低了10% ~ 25%，从而降低了油耗。
3.1.4玻璃纤维
初始纤维可以获得很高的长宽比，但这种纤维很脆，容易断裂，因此长径比显著降低，补强效果很差，表面反应性差，很难与基体形成良好的结合。
3.2短纤维在轮胎各部件中的应用
将短纤维添加到轮胎组件中，降低了成本，提高了橡胶性能。如果短纤维的使用和使用得当，可以用轻重量、低滚动阻力、安全、舒适、灵活、稳定的轮胎来开发。
3.2.1胎面胶
短纤维短纤维取向增强胎面（安排）有3种可能：径向方向，沿轮胎径向短纤维的取向垂直于表面；圆周方向上，沿轮胎圆周方向的短纤维取向；轴向定位，沿轴向轮胎短纤维的取向，而垂直于圆周方向。3方向可降低10%～17%的滚动阻力。径向定位可以提高轮胎的耐磨性，大大降低轮胎的发热量，而且可以使水平轮胎具有较高的刚度，提高驾驶的灵活性。然而，应该指出的是，使用短纤维代替一些炭黑减少了炭黑的数量，这可能会影响路面的应力，特别是湿路面。采用胎面胶/胎面胶两层结构解决了这一问题，采用普通胎面制作冠，短纤维基胶沿增强橡胶径向方向短纤维，提高轮胎滚动阻力和转向响应。同时提高轮胎握拍性能。
3.2.2带束层边部胶
短纤维增强橡胶带可用于减少子午线轮胎的传热，并有助于防止皮带的边缘被拆卸和减少磨损。短纤维增强还能提高轮胎胎面的耐磨性，降低成本。
3.2.3胎侧胶
用短纤维沿轮胎圆周方向和径向方向替代侧壁炭黑中的部分可以降低侧壁厚度，从而提高乘坐舒适性和降低轮胎重量（侧壁橡胶的重量减少40%）。根据专利报告，碳纤维和芳纶短纤维可以提高轮胎侧胶的行驶性能和乘坐舒适性。普利司通公司还将短纤维用于轮胎胎侧，以提高轮胎的抗冲击性和抗切割能力。
4.各种轮胎补强材料的发展前景
聚酯、尼龙、人造丝、丝、玻璃纤维和芳香聚酰胺将在未来几年继续使用。如果要消除，最有可能的是人造丝和玻璃纤维。尼龙将依靠倾斜的轮胎，而聚酯将成为汽车轮胎车身的主要材料。钢丝是轮胎和轮胎胎体最好的材料。轮胎行业主要是一股钢丝缠绕在一起。在未来，钢丝制造商将提供更高的强度和更轻的钢丝绳。可以预测，线可能会继续在未来10年当钢丝与其他纤维材料，利用其特性，有效地使用这种线。从技术上讲，芳纶纤维作为带线公路轮胎更具吸引力，可以减少腐蚀轮胎越野轮胎的重量，但由于其生产成本高和生产经验的缺乏将在一段时间内缓慢，胎体帘线在轮胎和汽车轮胎的芳纶纤维和钢丝绳将激烈竞争。为了使轮胎的重量降到最低，芳纶纤维的高强度、高模量和小比例受到人们的关注。据预测，在未来10年内，钢丝和芳纶帘线可能成为轮胎市场的赢家。
结论
由于轮胎胎侧变薄会影响轮胎的均匀性和运行稳定性，估计开发高收缩率、高模量的胎体材料和无接缝技术的要求将更高。近年来，尼龙短纤维增强橡胶受到了广泛的关注。特别是通过在轮胎侧使用尼龙短纤维增强橡胶，可以防止因轮胎厚度变薄而导致的刚性降低和切削阻力恶化。因此，有必要研究短纤维技术的应用，开发易于与橡胶共混的纤维。
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论文作者:何锐章
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/6
标签：轮胎论文; 短纤维论文; 纤维论文; 玻璃纤维论文; 橡胶论文; 尼龙论文; 材料论文; 《防护工程》2017年第36期论文;