CN1043757A - 高韧性长椭圆截面的单纤维 - Google Patents

Abstract

一种定向热塑聚合物单纤维，它具有一个为该单纤维所限定的大于2.0的宽厚比的长椭圆形横截面，及约大于4.0的变形比，约大于1000的登尼尔值，约大于7.5.g/d的强度和约大于45g/d的模数。

Description

本发明涉及适于多种应用，包括用作橡胶产品中的增强物的高韧性单纤维，尤其是，本发明所涉及的是具有高韧性及长椭圆截面的单纤维，以及含有这种单纤维的涂胶帘布。

一般，尼隆或聚酯多纤维纱被用于绳索、缆绳、编织结构和工业织物，以及用作轮胎、带类、软管和其它机械用橡胶产品的增强物。对于作为橡胶增强物这一应用的线是由多纤维纱制成的，所说的多纤维纱是由数目适当的，绞合在一起而产生总登尼尔（值）在1500-6000的范围内或更高登尼尔值的一些单根的丝所构成。在这样的线中，纱及线本身是被绞合的，并且一般具有圆形的截面。

虽然生产具有更高登尼尔（值）的多纤维线对提高强度和最终厚度另有好处，但一般圆形截面的线尚有一些不足。弯曲力矩随厚度的增加呈指数增长，随之在织造及处理用这类线所增强的制品方面就有了困难。结合有这样的线的轮胎，由于厚度的原因，所需的橡胶要比在相反的情况下所需的橡胶多，这就使成本提高，并导致轮胎在使用时产生热积累。在非橡胶的应用中，含有各种登尼尔（值）的多纤维纱的产品则受到磨耗而破坏。

高韧性单纤维作为多纤维纱的代替物是已知的。在美国专利4，009，551和4，056，652中，以及在Product        Licensing        Index（1972年4月）中公开了单纤维在轮胎中的应用。序号为106，661的待批申请公开了一种含单纤维的子午线轮胎。然而，已知的高韧性单纤维并未达到足以超过多纤维的进步而被广泛地使用。单纤维的其它的已知用途包括如美国专利4，055，941所公开的含两到四（股）单纤维的网球拍弦，以及如待批的申请No，106，653所公开的钓鱼丝。

根据本发明提供了一种定向热塑聚合物单纤维，该单纤维具有宽厚比大于（约）2.0的长椭圆截面，和约大于4.0的变形比。该单纤维的登尼尔（值）约大于1000，扯断强度约大于7.5g/d，模数约大于45g/d。根据本发明的一个优选形式，该热塑聚合物选自由聚酰胺的和聚酯的均聚物和共聚物所构成的种类中。最好是，该热塑聚合物是一种至少含大约90%的聚（ε-己酰胺）或聚（六亚甲基己二酰二胺）中至少一种的聚酰胺类，而该单纤维的强度大于8.0g/d，模数约大于50g/d。最优选的实例是聚（六亚甲基己二酰二胺）均聚物的单纤维。对于该单纤维而言，具有一层至少为约3微米，而又小于约15微米厚的表面层是有益的，该表面层具有比内芯低的取向性，约小于1.57的对于表面层中的聚合物的平行折光指数。

根据本发明的另一种形式，该单纤维的热塑聚合物是一种聚酯，最好是聚（对苯二酸亚乙酯）。

在本发明的另一优选形式中，该单纤维是“准备用于橡胶”的，而且该单纤维的表面具有一层占该单纤维重量约0.5%-约6.0%的粘附层，并且该单纤维的收缩率约小于6%，最好小于4.5%。

与本发明相适应的涂胶帘布包括一个含有作为增强物的高强度、高变形比的单纤维的橡胶基体。该单纤维最好是无捻曲的，并且一般以平行的，间隔均匀的关系排列在该涂胶帘布中。

与本发明相适应的单纤维在最终的使用中表现出优越性，而且与多纤维线及已知的单纤维相比，在其制造方面，它为达到更大的生产率创造了条件。在橡胶增强物应用方面，与本发明相适应的单纤维提供了新颖的增强涂胶帘布，每英寸该涂胶帘布上的线数比已知的涂胶帘布的线数少。同时，该单纤维减少了在既具有给定强度，而又达到相当的，或更好的抗疲劳性能的涂胶帘布中所需的橡胶用量。在多种非橡胶应用中，本发明的单纤维达到了优良的耐磨蚀性能，并由于它具有非常低的刚性而允许使用高登尼尔（值）。

图1a和1b是与本发明相适应的单纤维的横截面图。

可用的与本发明相适应的聚合物包括多种热塑性的均聚物和共聚物，它们具有足够高的分子量以获得高强度单纤维。相对粘度约超过50（以甲酸为基准）的聚酰胺均聚物和共聚物是特别有用的。用于制备本发明的单纤维的聚酰胺包括：聚（六亚甲基己二酰二胺），聚（ε-己酰胺），聚（四亚甲基己二酰二胺）等，以及它们的共聚物。最好是，至少该聚酰胺的90%是聚（ε-己酰胺）或聚（六亚甲基己二酰二胺）中的至少一种。该聚酰胺是聚（六亚甲基己二酰二胺）则最为可取。采用固有粘度约为0.7以上的聚酯均聚物及共聚物是有益的。该聚酯包括：聚一（对苯二酸亚乙酯）、聚一（对苯二酸亚丙酯），聚一（对苯二酸亚丁酯），聚一（2，6萘甲酸亚乙酯）、聚一（1，4对苯二酸环己烷二甲醇酯）以及其共聚物。聚（对苯二酸亚乙酯）是尤为适宜的。

在一种产生该高强度单纤维的过程中，通过将该聚合物拉成丝而生产与本发明相适应的单纤维。收入本文以备参考的美国专利4，009，511所述的工艺，对于聚酰胺单纤维是特别适宜的，因为在第一阶段拉伸中使用了蒸汽，结果在纤维表面上形成了一层约厚3-约15微米的，高度非定向的层，该层的方向性比内芯的低。该表面层的特征是它具有一个如以美国专利4，009，511所述的方法测定的，约小于1.57的平行折光指数n‖。当使用诸如间苯二酚甲醛橡浆（RFL）这样的粘附物时，该不定向的表面被认为是形成这种表层的聚酰胺单纤维与橡胶间优良粘结的主要原因。

只要采用一个合适的，如矩形的，非圆形的，椭圆形的喷丝头，则述于收入本文以备参考的美国专利3，963，678中的方法对将聚酯，特别是聚（对苯二酸亚乙酯）制成聚酯单纤维是有用的，这一点在以下的叙述中将会变得更为明显。

参照描绘与本发明相适应的优选的单纤维的示意图1a和1b，本发明的单纤维10有一个长椭圆的横截面。所谓“长椭圆”指的是围在图1a-1b的矩形12中的拉长了的截面形状的任何一种变型，在该图中该矩形的宽（主尺寸）用“X”表示，其厚度（次尺寸）用“Y”表示。

可取的是，在与本发明相适应的单纤维中，其横截面是如图1a所示的非圆形（Obround）的，即它具有一个大致是矩形截面，但又带有圆角或半圆形的端部，并且该截面是通过一个非圆形（Obround）的或矩形的喷丝头抽丝而形成的。所得到的单纤维的截面，依据被挤出时聚合物的粘度，会与喷丝头的截面形状稍有改变，而且可能呈现一些椭圆的特征，而“平坦”区可能产生一些凸出。正如本文所用于单纤维横截面的，非圆形指的是非圆形截面，或那些近似非圆形的横截面。其它的优选的实例包括具有图1b所示的椭圆形截面的单纤维。

单纤维的宽厚比，即外围的矩形的宽度X除以厚度Y的商约大于2.0。虽然随着宽厚比的增加，本发明的优点就越来越能被认识到，但当欲将该单纤维用作橡胶增强物时，它终究会达到该单纤维的一个实际上的上限。在稳固定铆钉面积为，比如为35%时（单纤维间的相对间距保持固定在35%），相邻的线间的所需的间距会变得如此之大，以致对线间的橡胶的支持不足而导致橡胶的破裂。而且，由于宽厚比变得非常大时（成为膜状纤维），在各种应用中，高的剪切力及弯曲应力最终将引起纤维的皱曲及开裂。因此，对本发明的单纤维而言，其优选的宽厚比一般不超过约20。

与本发明相适应的单纤维的变形率约大于4.0。从截面的角度考虑该单纤维，变形比指的是该单纤维横截面所限定的最小外接圆直径与最大内切圆直径之比。

与本发明相适应的单纤维的扯断强度约大于7.5g/d，而当聚合物是聚酰胺，并且至少它的约90%至少是聚一（ε-己酰胺）或聚一（六亚甲基己二酰二胺）中的一种时，其扯断强度最是好约大于8.0g/d。模数大约是45g/d以上，而当该聚合物是聚酰胺，而且至少它的约90%至少是聚一（ε-己酰胺）或聚一（六亚甲基己二酰二胺）中的一种时，该模数最好约为50g/d以上。当单纤维是聚酰胺单纤维时，其韧度约大于0.7g-Cm/登尼尔-Cm。对于聚酰胺单纤维，其打结强度大约是5.0g/d以上。

该单纤维的登尼尔（值）大约在1000以上，而还可约高至12000或更高。既然本发明的单纤维的优点在高登尼尔（值）的情况下更为显著，所以具有约大于2000登尼尔（值）的单纤维是优选的。

在本发明的优选的，“准备用于橡胶”及可不经拉伸和浸渍处理而结合进橡胶制品中的单纤维中，收缩率小于6%，最好小于4.5%，否则轮胎、带束及类似产品的尺寸及均匀性将受到不利的影响。本发明的“准备用于橡胶”的单纤维具有一层附在该纤维上的粘附层，该粘附层促进了纤维与橡胶的粘合。最常用的粘附层中含有间苯二酚、甲醛和橡胶浆的结合体，通常它被称作RFL。其它的粘附层，只要它们能促进纤维与橡胶间的粘结都可使用。令人惊异的是，单纤维上的低程度的RFL，如0.5-6.0%，却产生了粘附于橡胶上的良好的粘附性。

可采用任何一种常规的，涂覆一种单纤维的方法将粘附层施于单纤维之上，诸如用将纤维浸入盛有粘附材料的悬浮液或溶液的槽中，将粘附材料的悬浮液或溶液喷涂在纤维上、向纤维上施加熔态或纯净液态的粘附剂等方法。在一种优选的方法中，将未捻绞过的单纤维浸入粘附剂，如RFL的水悬浮液中，以使0.5-6.0%（重量）（以纤维的干重为基准的粘附剂的干重）的粘附剂被粘附于其上。仍是潮湿的单纤维于300-500°F的温度下经加热处理，以便在一个或多个阶段中控制单纤维的张力，而且在加热阶段，根据所需的最终的线的性能，可对单纤维进拉伸或使之松弛。将单纤维的浸渍、拉伸、定形条件进行调节，以        适合于该已定向的聚合物及其欲被使用的最终用途。对于特定的单纤维，如聚酯，在涂覆粘附剂之前先将粘附活化剂予涂于纤维上是有帮助的。用于聚酯的典型予涂物含有由LVBI异氰酸酯、黄蓍树胶和环氧树脂（N.E.R.-10A）的水悬浮液状的混合物。其它的环氧树脂、氮丙啶、异氰酸酯或尿烷予涂物也可使用，也可将这些予涂物结合起来使用。

已制成的，带有特殊性能及上述粘附物的本发明的单纤维是准备直接嵌埋在橡胶中的。该产品不需下列任何步骤：单根或成胶绞捻、编织、粘附浸渍、拉伸或定形。该单纤维不需要绞捻，而我们所熟知的类似的多纤维，为在轮胎应用中达到所需的耐疲劳水平，需要单根或成股地绞捻。用径轴架排列的，即将一经非纺的单纤维经线嵌埋在橡胶中以产生带有以基本平行并间隔均匀的关系排列的单纤维的帘布，被用来生产适用于轮胎制造的橡胶帘布是有益的。

与本发明相适应的单纤维对于目前使用多纤维纱及线的应用场合，如涂胶及不涂胶的工业用布及编织产品都是有用的，而且被类似于多纤维纱及线地被使用。该单纤维特别适合于要求高柔性及高登尼尔（值）的应用场合。如吊索、狭带条、不涂胶的带和类似产品中，多纤维纱和线被织成或编成“窄布”，该“窄布”通常具有相对差的耐磨蚀性。可由适应于本发明的单纤维制成具有良好柔性及高耐磨蚀性的“窄布”。

通过下述的实施例对本发明作进一步说明。其中，所报出的结果均由下列试验方法所测定。

试验方法

状态调节：本发明的大登尼尔（值）单纤维需要长达10天的时间来使水分含量与大气水分完全平衡。在下述的纤维检测中，有时使用多种的，少于达到水分完全回复所需时间的时间区段。例如，厚约0.012吋，2000登尼尔的单纤维要用3天的时间以达到平衡，而厚约0.018吋的，6000登尼尔的纤维则需用5天。实际所需的时间的长度决定于单纤维的厚度。因而，各实施例的登尼尔（值）及取决于登尼尔（值）的性能，在顺次进行的步骤中随着试验进行而改变。每张表中都列出了适用于该表中的性能的老化/调节状态时间。对于权利要求中所列的性能，是在水分完全平衡时测量的（即，相隔24小的两次登尼尔测量（值）是相同的）。

相对粘度：聚酰胺的相对粘度是指在25℃下于毛细管粘度计中所测得的溶液粘度与溶剂粘度之比。溶剂是含10%（重量）水的甲酸。溶液是8.4%（重量）的溶于溶剂中的聚酰胺聚合物。

宽度和厚度：宽度和厚度是用Starrett722型数字卡尺或相当的仪器测量的。测量宽度，方便的方法是将单纤维折成“V”型，并同时测量“V”型的两面，并确保“V”的顶角部分刚好保持在测量区的外边。这一技术保证了单纤维不会在测量器具的面之间倾斜而报出低的读数。

变型率：由取自正交于纤维轴的单纤维横截面的显微照片来测量变形率。利用圆规确定外接于该横截面的最小外接圆及内切于横截面内的最大内切圆，然后测出这两个圆的直径。变形率＝外接圆直径/内切圆直径。对于诸如图1a和1b所示的相对简单的横截面，很明显，变型率与宽厚比是相等的。对于较复杂的截面，这两个比率可能大不相同。

登尼尔值：自单纤维制成起，经10天以上的老化处理后，在纤维束上的相对湿度为55±2%，温度为75±2°F的条件下，使该单纤维经规定的，通常是24小时的时间区段的节调状态处理。称量九米长的单纤维样品的重量。根据9000米长样品的重量（以克计）算出登尼尔（值）。以后面所定的方法，基于所测得的，纤维上的粘附物的量，对线或单纤维上所存在的粘附物作登尼尔（值）修正。

单纤维上的粘附物的重量百分数：通过称量已切成短节（1吋或更短）的经粘附处理的样品来确定单纤维上的粘附物的量。然后将所切的样品上的聚合物部分溶于合适的溶剂中（对于聚酰胺是热甲酸，对于聚酯是三氯乙酸和三氯甲烷的混合物）。经漂洗和干燥后，测出未溶的粘附物的重量，并用无粘附物的单纤维的重量除未溶解的粘附剂的重量再乘以100来确定单纤维上的粘附物百分数。

收缩率：用述于“ASTM标准1988年年鉴，第07、01卷;纺织物、纱、编织物及通用试验方法”（Textiles、Yarns、Fabrics        and        General        Test        Methods）中的ASTM        D-885-85，第30.3节的基本方法确定纱的收缩率。具体的是，将该纱以每登尼尔施加0.05克遏制力的条件下，在177℃的热空气中加热2分钟。试验装置是“Testrite热收缩烘炉”。

拉伸性能：在拉伸已拉成丝的（as-spun）单纤维的之前，在55±2%的相对湿度及75±2°F的温度下（除非另有注明）对以捆包形式的单纤维用一段最小规定时间进行状态调节处理。当该单纤维自拉成丝后起经10天以上的老化处理时，这一规定时间通常为24小时。而在此时，以规定于上的温度和湿度条件，测量本文所报导的经浸渍的线的样品的登尼尔和拉伸值，而该样品是经过松弛一状态调节处理的。用带有记录装置的Instron试验机描述经状态调节处理后的单纤维的应力/应变特征，将样品夹持在气动的4-D型Instron夹具上，夹具至少保持40psi的压力，将样品拉伸至断裂，同时连续地记录下单纤维的作为应变的一个函数的应力。起始标距长度为10吋，将十字头速度恒定地保持为12吋/分。对于拉成丝后24小时或更少的单纤维，则以6吋/分的十字头恒定速度测量拉伸性能。

破裂强度系指样品在被拉断前所达到的最大负荷，该值用公斤或磅表示。

用登尼尔值（对纤维上的任何粘附物进行修正后的）除破裂强度就算出扯断强度，单位是：g/d。

延伸率是样品被拉断时的应变。

模数是应力一应变曲线上初始直线部分的切线斜率乘以100再除以未浸渍的登尼尔（值）后的一个值。通常是在应变小于2%时记录模数。

以与测直拉伸相同的方式测打结拉伸（强度），除了在被测的单纤维的大约中间的部位打一个简单的反手结。该结的打法是通过将单纤维在其长度中点处交叉，然后将一端从这样形成的环中抽过。由于单纤维倾向于恢复因卷紧的捆包而形成的某些弯曲，因此应在分开样品上顺弯和逆弯打结，然后将用这样的样品所测得的两个值平均。

用Instron标距长度和经修正的登尼尔（值）之积除应力一应变曲线下所围的面积则测出韧度。

帘布弯曲刚度：用IDR，Needham，Massachusetts，制造的Mitex MK Ⅱ弯曲试验机测量帘布的弯曲刚性。在该试验中，从含有相互平行，并平行于样品长度（2吋）的试验线的涂胶帘布上取下一块长约2吋（5.1 Cm），0.375吋（0.95CM）宽的帘布样品。将该样品插在样品台上所装的销子中间，以及测微仪上的销子和力传感器的臂之间。然后调节设置在测微仪上的销子使帘布样品与力传感器的臂轻微接触。样品台上的销子到传感器臂之间的距离是1吋，移动样品台使样品弯成曲率逐渐增加的圆弧（曲率＝1/弯曲半径）。最大的曲率是1.5吋^-1。将力传感器的输出及测量样品台的旋转的传感器的输出送入X-Y记录仪中。由于样品上的弯曲力矩等于力传感器上的力乘以样品台上的销子到力传感器的臂间的距离，而曲率又与该台的转动成正比，因此输出曲线就给出了纱力矩一曲率的特性曲线。

力矩一曲率曲线的斜率等于样品的刚性，其单位是力-长度²。在进行测量前，通过测量已算出刚性的不锈片的斜率来校准仪器。该不锈钢片厚0.002吋（0.0051 Cm），宽0.5吋（1.27Cm）并被安插在帘布样品的位置中。不锈钢片的刚性由下式计算：

Rc＝Wctc³Ec/12，其中Rc＝校准片的刚性;

Wc＝校准片的宽度＝0.5吋;

tc＝校准片的厚度＝0.002吋;

Ec＝校准片的杨氏模量＝30，000，000Psi。

因而：

Rc＝0.010吋²一磅。

用算出的校准片刚性除以该片的曲线的斜率则得到校准因子。任何一未知的帘布样品的刚性等于其斜率乘以校准因子。

以上述方法测量每项的5个样品，并将结果平均而得到涂胶试验帘布的R值。

帘布弯曲刚度（吋²一磅/吋）是通过用样品片的宽度（0.375吋）除R而得到的。

弯折疲劳：通过在一个小滚筒上使含有试验线的2一层涂胶带循环后测出试验线的强度损失来确定弯折疲劳。通过将一片9吋×18吋的0.015吋厚的80∶20丁腈∶丁苯（NR∶SBR）橡胶片包在装配筒上制成2-层带。然后将经RFL粘附处理的试验纱，用车床均匀控制线的间距而被绕在该筒上。调整线的头数以达到35%的铆接面积（rivet        area）。然后再施以第二层0.015吋厚的橡胶层，然后滚压该制品以排除裹入的空气。从滚筒上取下此压合件、切成两片8吋×9吋的片（线平行于9吋的方向）再叠置在一起并使每层中的线相互平行。在该径线的每一端包一条2吋×8吋的棉帆布条（为疲劳试验机提供夹持表面），并且在棉帆布条间的区域中填入一片0.03吋厚（5吋×8吋）的橡胶片。在该二层带的反面施以同样的物料。然后在160℃及7吨压力下将二层带在压板压制机中        硫化20分钟。冷却此经硫化的2层一带，再于55%RH/75°F下进行状态调节处理8小时。然后切成1吋×9吋的条。再将该条绕在直径为7/16吋的滚筒上弯成180°，并夹紧在Scott弯折试验机（Z型，Scott        Testers        Inc.，Providence，N.J.制造）的每一端，而在其一端将负荷加至150磅。随后将该条以每分钟250周的速度在滚筒上弯折，弯折的总数为2，300，000周，同时环境温度保持于100℃。此后从该2层一带上取下离滚筒最近的层中的线（将该2层一带在50/50干洗溶剂汽油和氟利昂113混合物中泡湿8小时后），然后在Instron上测拉伸强度，将记下的残留强度与从未经弯折的2层一带上取下的线的强度进行比较。由等式确定弯折疲劳残留强度：残留强度＝100×（经疲劳后的强度/未经疲劳的强度）。

耐碾压性：用R.L.keefe和A.S.koralek在其论文“轮胎耐碾压性的精确测量”（载于ACS橡胶行业专题论文集（ACS.Rubber        Division        Symposium）的轮胎的耐碾压性（1982年10月）第78-104页，D.J.Schuring编，1983）中所述扭矩传感器法来测定耐碾压性。调整滑移角使侧向力为0，并于50mph，30psi充气压力及670磅负荷的条件下测量P155/80R13轮胎的耐碾压性。

成角系数：在曾被用于测量耐碾压性的同一设备上测定成角系数，首先将轮胎于70mph，100%TRA（轮胎及轮辋协会）额定负荷下运行90分钟。冷却后于75°F及26psi下对轮胎进行4小时状态调节处理。然后于35mph及特定的试验负荷（对p155/80R13为838磅）下加热5分钟。当轮胎从0至3度和从0至-3度被控行驶时，以每秒11/4度的速率改变滑移角，并记下作为滑移角函数的侧向力。用加在轮胎上的试验负荷除成角力/滑动角曲线（磅/度）的斜率便获得成角除数。

轮胎温度：在旋转试验期间，通过将热电偶插入轮胎的含空气的空腔中测量运转中的轮胎温度。用一滑动环装置将热电偶连接于轮胎上并连续监测温度。

乘用轮胎和载重轮胎胎圈区的持久性能：本试验的目的是通过施以高负荷在卷折区周围引发弯折型断裂（无热变质的干扰）。

将轮胎安装在一个合适的重载试验轮辋上，并于100℃，24psi下对轮胎进行4小时的状态调节处理。再将压力调到规定负荷范围所允许的最大psi值，然后再进行另外的4小时的状态调节处理。

然后以30mph的转速对轮胎进行以下顺序的，直到轮胎断裂的试验：90%负荷，2小时;115%负荷，2小时;150%负荷，20小时;170%负荷，20小时;190%负荷，20小时;以及210%负荷，至断裂。

帘布层强度：用每吋帘布内的线头数乘该线的强度（磅），然后再乘轮胎中帘布层数所得的结果算出帘布层的强度。

铆接面积（Rivet        Area）：铆接面积是帘布层或带束层中未被增强的橡胶的一种度量，并由下式算出：

铆接面积＝100〔1-（线宽度×单位宽度的帘布上的线头数）〕

实施例1

本实施例描述了宽厚比及变形比均为4.8，登尼尔值为4390的聚（六亚甲基己二酰二胺）单纤维的制备。

在相对粘度为70的连续聚合器中制备高质量的聚（六亚甲基己二酰二胺）聚合物，然后通过具有圆角（2.24×12.7mm）的矩形喷丝头小孔以每小时43磅（19.6公斤/小时）的速率将该聚合物挤压成一根纤维。将其垂直向下地穿过一个25 1/2 吋（64.8Cm）的空气缝隙，并于22℃的水中，经过约127吋（323cm）的距离进行水淬硬化。水淬后，通过调节空气喷咀中的气流量控制纤维上残余的冷淬水的量，以使纤维表面上的水量保持在该单纤维干重的10-25%（重量）之间。然后将湿的单纤维顺次送到拔出辊〔速率为128.8YPM即117.7mpm（米/分）〕;予张紧辊〔速率：128.9YPM即117.8mpm（米/分）〕;及馈入辊〔速率：131YPM即120mpm（米/分）〕。在馈入辊之后，通过将纤维与以每小时0.8加仑的速率供水（基于纤维干重的13%的水）的毡制油绳（felt wicks）相接触而将水加到纤维上。将纤维送入一个长36Cm的汽蒸器中并用145psig（180℃）的饱和蒸气处理。该汽蒸器有一个入口及一个接到真空来源的出口的蒸汽扩张室，该室用于防止蒸汽泄入车间环境中。拉伸点被保持在进入蒸汽扩充室的入口中。

当单纤维仍处在汽蒸器中但又靠近出口端时，使该单纤维通过一个长约3Cm的，并盛有大约60℃并以每小时约4加仑的流量流动的水的槽。在离开汽蒸器之前，在该槽中冷却该单纤维的表面。然后将该单纤维送至空气分离器中。它将大部分的水从纤维上除去，而达到水量＜2%的水平（以干纤维重为基准）。然后将单纤维送至已被加热至155℃，并以488YPM（446米/分）速率运转的第一阶段拉伸辊。

此后，分三道将单纤维送过一个长约50吋（127Cm），平均温度约870℃的辐射加热器。三个控速一变向辊被用来将单纤维送过加热器，并控制每道的拉伸量。在1道前辊速为506YPM（463米/分），2道前是623YPM（569米/分），3道前是679YPM（621米/分）。在3道之后是735YPM（666米/分）。随后将单纤维送至第二阶段拉伸辊，该辊的运转速率是约为750YPM（686米/分），再送至以约736YPM（673米/分）速率运转的排出辊，再送到卷绕包装装置处。卷绕时张力约为250克，并对其调节以达到良好的包装的形成。

本方法的产品是宽厚比为4.8的非圆形截面的，4390登尼尔的单纤维，经24小时状态调节处理后其性能为：

扯断强度（gpd）        9.2

扯断延伸率（%）        18

打结强度（gpd）        5.4

模数（gpd）        52.0

宽（吋）        0.058

厚（吋）        0.012

韧性（g-CM/登尼尔-Cm）0.75

通过述于下文的实施例3所述的方法，用本实施例的单纤维制成单纤维轮胎线，并展示了经充分的状态调节后的性能：

登尼尔（充分调节）        4540

浸渍粘附物%        6.0

破裂强度，kg        39

177℃的收缩率%        4.7

韧性（g-cm/登尼尔-cm）        0.82

模数（gpd）        0.48

实施例2

本实施例描述了宽厚比和变形比均为4.4，登尼尔值为6192的聚（六亚甲基己二酰二胺）单纤维的制备。

在相对粘度为70的连续聚合器中制备出高质量的聚（六亚甲基己二酰二胺）聚合物，并通过具有圆角的矩形的喷丝头小孔（2.44×12.7mm）以43磅/时的速率将该聚合物挤成纤维，再使其垂直向下地穿过一个25 1/2 吋（64.8cm）的气隙，然后在22℃的水中水淬硬化（水淬时通过的距离为113吋，即287cm）。水淬后，通过调节喷气咀中的气流量来控制水淬时留在纤维上的残留水量，以使该纤维表面上的水的数量处于单纤维干重的10-25%之间。然后将湿的单纤维依次送到抽拉辊（速率91.7YPM，即83.8米/分），予张辊（速率91.8YPM，即83.9米/分）及馈入辊（速率93.1YPM，85.1米/分）。在馈入辊之后，通过使纤维与以每小时0.8加仑水（纤维干重的13%的水）的速率供水的毡制油心（felt        wicks）相接触向单纤维加水。然后将纤维送入一个36cm长的汽蒸器中，并于145psig（180℃）下用饱和蒸汽处理之。该汽蒸器有一个入口和一个与真空来源相连的出口蒸汽扩张室，用以防止蒸汽泄入车间环境。在蒸汽扩张室的入口段中设有拉伸点。

当单纤维仍处于汽蒸器中，但又靠近出口端时，使该单纤维穿过一个长约3cm，盛有60℃并以4加仑/时的流量流动的水的槽中。然后将单纤维送入空气分离室，它将纤维表面上的大部分的水除去，而达到残留水量＜2%的程度（以干纤维重量为基准）。随后将单纤维送入第一阶段拉伸辊，该辊是被加热至155℃并以348YPM（318米/分）的速率运转的。

而后，将纤维按三道送过一台长约50吋（127cm），平均温度约870℃的辐射加热器。用三个控速-变向辊将单纤维送过该加热器，并控制每一道的拉伸量。辊速是：1道前361YPM（330米/分）;2道前是443YPM（405米/分）;3道前是474YPM（434米/分）。在3道之后是523YPM（478米/分）。然后将纤维送到以534YPM（488米/分）的速率运行的第二阶段拉伸辊，送到速率为524YPM（479米/分）的排出辊，再送到卷绕包装装置。卷绕时的张力大约是900克。并被调节以达到良好包装的形成。

本方法的产品是一种宽厚比及变形比均为4.4的非圆形截面单纤维，其登尼尔（值）为6192，经24小时状态调节后的性能是：

扯断强度（gpd）        9.1

打结强度（gpd）        5.5

模数（gpd）        51.0

宽（吋）        0.066

厚（吋）        0.015

韧性（g-cm/登尼尔-cm）        0.82

用下述的实施例3所述的方法将本实施例的单纤维制成单纤维轮胎线，并表现出下列经充分状态调节处理后的性能：

登尼尔（充分调节）        6310

浸渍粘附物        %        5.1

破裂强度        kg        53

177℃时的收缩率        %        4.3

韧度（gm-cm/登尼尔-cm）        0.77

模数（gpd）        46

实施例3

用NRM，Inc、制造的RF1216型子午线轮胎制造机分两步装制实施例3的子午线轮胎和对比轮胎。装好的轮胎经模制后再于Akron        Standard        Co制造的Bag-O-Matic硫化压机上硫化。

用于对比聚酯轮胎线的D-417B浸液的组成是：水〔83.7份（重量）〕、2%的黄蓍树胶溶液〔2.0份（重量）〕、N.E.R-010A环氧树脂〔1.4份（重量）〕，以及25%的LVBI异氰酸酯浆悬浮液〔12.9份（重量）〕。

D-5A是以间苯二酚甲醛橡浆为基的粘附剂，并在制备聚酯轮胎线时将其施加在以异氰酸酯为基的付粘附层上面，以促进线对橡胶的粘附。当制备尼龙单纤维线时，在无异氰酸付涂层的条件下使用D-5A。

子午线对比轮胎

用一层聚酯布增强帘布层，两层1×4×0.25的钢线增强带束，一层尼龙布增强胎冠层来制造子午线乘用轮胎。用于作帘布层线的纱是常规的1000登尼尔，192纤维T-900轮胎纱，它得自Hoechst-Celaness        Co。将该纱捻成1000/1/2的线结构，而每英吋长的绞股上带有因绞拧而形成的11个回旋。然后用常规的2-步骤酯粘附剂浸渍，在一种两次烘烤工艺中对该线进行热拉伸。所用的特定条件是470/420°F，50/80秒暴露时间，施加3/0%的拉伸，D417B/D-5A粘附剂。用筒绕法由单一的线的端头形成帘布，以使所得的帘布具有以基本上均匀分隔的关系分布的线结构。用两层20mil胶清橡胶（80%天然橡胶/20%丁苯橡胶）制备帘布。分别用钢线和840/1/2尼龙线，采用类似的筒绕法制成带束层和胎冠层。然后使用NRM        Corp的轮胎制造设备用该布制作P155/80R13轮胎。制作轮胎时所用的其它部件是由丁苯橡胶/天然橡胶混合物挤压成的轮面和壁部分，一个50mil厚的氯丁橡胶/天然橡胶内衬片、一个20mil厚的插在内衬和帘布之间的帘布底衬层，及一对裹橡胶的4-钢丝/4-旋胎圈。帘布层的端部越过轮胎圈被翻折过来，该层的端部在胎圈的上面大约延伸2吋。使用市售的P155/80R13胎模于约295°F在Bag-O-Mafic轮胎硫化压制机中对新装好的轮胎进行硫化。轮胎结构的附加细节及子午线轮胎的试验结果被示于表1。

实施例3的轮胎

除用一层实施例1的4540登尼尔聚（六亚甲基己二酰二胺）单纤维（非圆形截面，宽厚比和变形比均为4.8，破裂强度39公斤，相对粘度为70）增强帘布层外，使用与对比子午线轮胎相同的结构制备P155/80R13子午线乘用轮胎。用于浸渍一拉伸该单纤维线的工艺条件是：420°F/60秒暴露时间/施加1.5%的拉伸。一种单步骤粘附剂（20%的D-5A）是该单纤维所需的全部粘附剂（见实施例1末端的表）。调节帘布中单纤维的线头数以达到与聚酯子午线对照帘布相同的帘布层强度。

用两个轮胎作每项轮胎测试，在表1中对比了平均结果。实施例3的单纤维轮胎在室内试机上所作的胎圈区持久性（BAE）试验中，明显地表现出优越的耐用寿命。正如在BAE试验期间由热电偶监测的内含空气温度所证实的那样，单纤维轮胎是轻微地被冷却地运转着。由实施例1制备的，并用来构成轮胎帘布的单纤维布的弯曲刚度显著地低于由多纤维1000/1/2聚酯线制备的，有同样帘布强度的布的弯曲刚度，该聚酯线的登尼尔值仅约是4450登尼尔单纤维登尼尔值的一半（表2）。

表        1

轮胎结构-1一层帘布（P155/80R13）

子午线对照轮胎        实施3轮胎

（聚酯多纤维）        〔聚酰胺单纤维（例1）〕

帘布层

结构 1000/1/2 4540 d^＊

层数        1        1

线规格.密耳        0.021        0.012×0.058

外延        25        9

铆接区，%        47        47

线强度，磅        30        85

胎体强度，磅/吋        750        765

层宽，吋        18        1/8        18        1/8

滚筒组，吋        11-3/8        11-3/8

带束        1×4×0.25        钢丝        1×4×0.25        钢丝

外延        25        25

切角        68°        68°

宽        45/8吋        45/8吋

胎冠层        840/1/2尼龙        840/1/2尼龙

外延        24        24

切角        0°        0°

宽        51/8吋        51/8吋

处理

硫化        “C”        “C”

硫化后充气        无        无

轮胎性能

耐碾压性，磅        8.1        7.7

成角系数        0.17        0.16

胎圈区耐久性试验

-CAT        150%，°F        164        163

-破裂时负荷，%        210        210

-破裂时的哩（数）        1880        2710

※，状态充分调节后

表        2

涂胶轮胎线帘布的刚度

实施例1        多纤维尼龙        多纤维聚酯

结构 4450 d^＊＊840/1/2 1000/1/2

线规格，吋        0.012×0.058        0.021        0.021

外延        9        25        25

帘布层强度磅/吋        765        825        750

铆接区，%        47        47        47

帘布的弯曲刚度

吋²、磅/吋 0.053 0.040 0.116

＊在帘布的每面有0.020吋的橡胶层。

＊＊经充分的状态调节后。

Claims (31)

1、一种定向热塑聚合物单纤维，它具有长椭圆的，且宽厚比大于2.0的横截面，及约大于4.0的变形比，所说的单纤维具有约大于1000的登尼尔(值)，约大于7.5g/d的扯断强度及大于45g/d的模数。

2、权利要求1的单纤维，其中所说的热塑聚合物选自由聚酰胺均聚物和共聚物，及聚酯均聚物和共聚物所组成的组。

3、权利要求1的单纤维，其中所说的热塑聚合物选自由至少含约90%的聚（ε-己酰胺）或聚（六亚甲基己二酰二胺）中至少一种的聚酰胺类所构成的种类。

4、权利要求1的单纤维，其中所说的热塑聚合物是聚（六亚甲基己二酰二胺）。

5、权利要求1的单纤维，其中所说的热塑聚合物是聚（对苯二酸亚乙酯）。

6、权利要求3的单纤维，其中所说的单纤维具有约8.0g/d以上的扯断强度和约大于50g/d的模数。

7、权利要求3的单纤维，其中所说的单纤维具有一层至少3微米而且小于约15微米厚的表面层，所说的层具有低于内芯的取向性，及小于1.57的对于表面层中的聚合物的平行折光系数。

8、权利要求3的单纤维，其中所说的聚合物的相对粘度约大于50。

9、权利要求3的单纤维，其中所说的单纤维的韧度约为0.7克一厘米/登尼尔一厘米。

10、权利要求3的单纤维的打结强度约大于5.0g/d。

11、权利要求1的单纤维，其中所说的单纤维的所说的横截面是非圆形的。

12、权利要求1的单纤维的登尼尔（值）约大于2000。

13、权利要求1的单纤维，其中所说的宽厚比约小于20。

14、一种包括含有一种权利要求1的作为增强物的单纤维的橡胶基体的涂胶帘布。

15、权利要求14的涂胶帘布，其中所说的单纤维基本上是无弯曲的，而且以基本上平行而且间隔均匀的关系排列在所说的帘布中。

16、一种定向热塑聚合物单纤维，它具有一个长椭圆形的横截面，该横截面为所说的单纤维限定了一个约大于2.0的宽厚比，所说的单纤维的变形比约大于4.0，登尼尔值约大于1000，扯断强度约大于7.5g/d、模数约大于45g/d、收缩率小于6%，在其表面有一层约占该单纤维重量0.5-6%的粘附层。

17、权利要求16的单纤维，其中所说的热塑聚合物选自聚酰胺均聚物和共聚物及聚酯均聚物和共聚物所组成的组。

18、权利要求16的单纤维，其中所说的热塑聚合物选自至少含90%的聚（ε-己酰胺）或聚（六亚甲基己二酰二胺）中的至少一种的聚酰胺类所构成的类别。

19、权利要求16的单纤维，其中所说的热塑聚合物是聚（六亚甲基己二酰二胺）。

20、权利要求16的单纤维，其中所说的热塑聚合物是聚（对苯二酸亚乙酯）。

21、权利要求18的单纤维，其中所说的单纤维具有约8.0g/d以上扯断强度和约大于50g/d的模数。

22、权利要求18的单纤维，其中所说的单纤维具有一层至少3微米而小于15微米厚的表面层，所说的表面层具有低于内芯的取向性，以及小于1.57的，对于表面层中的聚合物的平行折光指数。

23、权利要求18的单纤维，其中所说的聚酰胺的相对粘度约大于50。

24、权利要求18的单纤维，其中所说的单纤维的韧度约大于0.7克一厘米/登尼尔一厘米。

25、权利要求18的单纤维的打结强度约大于5.0g/d。

26、权利要求16的单纤维，其中所说的单纤维的所说的横截面是非圆形的。

27、权利要求16的单纤维，其中所说的登尼尔（值）约大于2000。

28、权利要求16的单纤维，其中所说的宽厚比约小于20。

29、权利要求16的单纤维，其中所说的收缩率小于4.5%。

30、一种包括至少一对胎圈部分和至少一层被包裹在所说的胎圈部分周围的帘布层的轮胎，其中每层帘布层包括一种含有如权利要求1-13中任何之一中的单纤维的涂胶帘布。

31、权利要求30的轮胎，其中所说的单纤维基本上是无捻弯的，而且以基本上平行并均匀间隔的关系排列于所说的帘布中。

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