用于輪胎的基于碳-纖維的增強元件的生產方法

專利名稱：用于輪胎的基于碳-纖維的增強元件的生產方法
技術領域：
本發明涉及紡織工業領域。更確切地說，涉及生產加入到基于橡膠的制品，例如傳送帶和膠管或輪胎的增強元件。更準確地說，涉及處理碳纖維最優化纖維性能的方法，特別是在伸長率和拉伸強度方面。
在下面的說明書中，術語“碳纖維”用來表示連續的碳素復絲。
現有技術我們知道許多基于橡膠的制品，如帶子或輪胎，其要承受高強度應力。這就是為什么通常嵌入玻璃或碳纖維來增強橡膠。
文獻US 6 077 606已經提出了使用碳纖維作為用于輪胎的增強元件。
通過包括幾個步驟的方法來獲得公開于該文獻中的纖維。第一步，將纖維浸入含有環氧樹脂的浸漬浴中。第二步，將該纖維再次用含有間苯二酚-甲醛樹脂和橡膠膠乳的混合物溶液浸漬，通常通過簡寫“間苯二酚-甲醛膠乳”或縮寫“RFL”來表示該混合物。干燥RFL浸漬之后，該纖維被加捻。纖維的捻回甚至可以出現在不同浸漬之前。
這種方法具有某些缺點。因為現已發現當纖維浸入浸漬浴時，RFL(或環氧樹脂)溶液不能透入到纖維芯部，并且僅外周的長絲被涂覆。由此可見位于該纖維芯的長絲缺乏任何一種保護層。當纖維在已經加捻之后浸入該浸漬浴時，這種現象更是明顯。這就導致產生纖維的低拉伸強度和低耐疲勞特性，在動態操作中，能觀察到許多內部長絲斷裂。
文獻US 5 807 194公開了一種將碳纖維用于同步皮帶的特殊方法。更確切地說，該文獻公開了使用氨基甲酸乙酯溶液與橡膠混合形成帶子。氨基甲酸乙酯溶液傾向于穿透碳纖維并且占據多個長絲之間的空隙。令人遺憾地是，這種工藝方法使得芯部纖維不能被充分浸漬，并且已經提及的拉伸強度問題依然存在。
由于處于纖維芯部的長絲產品存在的缺點，本發明要解決的問題之一是碳纖維相對低的拉伸強度。
發明概述因此本發明涉及一種生產基于復絲碳纖維的縱向增強成分的方法，并將其加入到基于橡膠的制品中。
已知的，這種方法包括下列步驟，組成，從無捻的碳纖維開始◆將纖維浸入含有間苯二酚-甲醛樹脂溶液和橡膠膠乳的溶液的浸漬浴中；◆干燥浸漬的纖維；◆然后加捻干燥的纖維。
根據本發明，這種方法還包括一個步驟，在浸漬步驟中，通過延展組成之的長絲開松碳纖維，因此每根纖維在浸漬時具有增加的表面積。
換句話說，本發明是使碳纖維變形，通過盡可能地延展其不同的長絲以使得在浸漬后每個長絲都有RFL層覆蓋，包括位于纖維芯部的長絲。
已經觀察到，經歷本發明方法的纖維的許多長絲涂有干燥的間苯二酚-膠乳組合物。這樣進行的浸漬很深，通常超過第十長絲層。
在實踐中，通過在浸漬步驟期間開松纖維，充分利用浸漬浴的潤滑性能，從而避免斷絲的危險。
開松纖維的步驟可以不同的方式進行。
因而，可通過延展獲得開松的纖維。延展是指強制紗線通過路徑使之摩擦障礙物并傾向于延展，以于減小施加于每個長絲上的張力。延展必須是在長絲充足的張力下完成，使之相互延展，但是由于長絲不能進一步延展，因此該張力不能太大，這樣長絲斷裂的危險就增加。
在一個特定的實施方案中，將纖維傳送通過至少一個設置在垂直于纖維路徑的棒之周邊的一部分，使纖維得到延展。
換句話說，棒或多個棒沿纖維路徑設置，形成纖維必須經過的急變(chicanes)。通過傳送經過這些棒，纖維傾向于開松，并且被延展的不同長絲占據了大部分與棒接觸的線。
根據纖維的線性密度和它們的類型，例如每根纖維的長絲數目，來確定不同的棒的數目、類型和距離。
在一個供選擇的實施方案中，延展可以與振動處理相結合。在纖維的共振頻率下產生振動時，致使纖維開松。例如，可以將延展棒與振動源連接在一起，由于在棒上的摩擦與振動的開松效應，從而使得纖維開松。
在實踐中，有利地是在間苯二酚-甲醛-膠乳(RFL)溶液中，間苯二酚-甲醛樹脂部分的含量為2-30％(干重)，膠乳部分的含量為70-98％。優選，間苯二酚-甲醛樹脂部分的含量為5-10％(干重)，膠乳部分含量為80-95％。為了以較小的程度適應纖維的強度和粘性，可以在RFL溶液中加入炭黑。在實踐中，炭黑部分的含量為0-10％(干重)，優選1-4％(干重)，間苯二酚-甲醛樹脂部分的含量和膠乳部分的含量保持相同比例。
所以，浸漬溶液使得纖維的不同長絲充分浸漬，以便于保護它們防止磨擦和斷裂，保持充足的彈性進行所需的加捻或復捻操作。
有利地是在實踐中，特別是當獲得的纖維用于增強輪胎時，所使用的膠乳可以是乙烯吡啶/苯乙烯-丁二烯(VP/SBR)、苯乙烯-丁二烯(SBR)或天然橡膠膠乳(NR)本身，或其混合物。當把碳纖維嵌入到用于生產帶子的橡膠時，有利地是所使用的膠乳可以是羧化和氫化的丙烯腈-丁二烯(X-HNBR)、氫化的丙烯腈(HNBR)、丙烯腈(NBR)、乙烯-丙烯-二烯單體(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。
在優選的實施方案中，本發明方法可以包括，在浸漬步驟之后和干燥步驟之前，給涂層精整的步驟。精整可以除去在浸漬過程中產生的過量溶液。
精整之后，纖維僅保留了少量RFL溶液，除去了多余的溶液。隨后進行干燥纖維僅僅是為了最優化RFL溶液的量。控制干燥纖維的剛度，以便于隨后的加捻/復捻操作。
在實踐中，將纖維穿過模具而使涂層被精整。此外將纖維穿過模具，使得集束不同的在浸漬后保持獨立的長絲成為可能。此外，通過模具的通道使得溶液壓入纖維，并確保芯部更好地被浸漬。離開模具后獲得的纖維更圓，這證明有益于隨后的操作。
本發明還包括各種變化，其中通過浸軋或同等方法使涂層被精整。
在某些特定的實施方案中，可以證明有益的是在干燥步驟后，加熱纖維以便于能夠固化浸漬到纖維中的間苯二酚樹脂/膠乳溶液部分。在干燥之后進行固化，相當于RFL交聯，蒸發掉纖維中殘余浸漬溶液中的大部分水。
在干燥和固化之后，纖維被加捻，然后可能結合成若干經紗線，然后將其復捻。加捻和復捻可以在烘箱中依次進行或獨立的機器上進行。
在實踐中有利的是，在低于張力下進行復捻/加捻。優選，選擇高張力值，通常大于纖維斷裂負荷的5％。因為現已發現在加捻過程中張力使得許多長絲重新排列。當張力施加于纖維上時，觀察到現有技術纖維的微小伸長率約為百分之零點幾。引入這種纖維的橡膠制品的性能必須考慮初始伸長率。本發明在高張力下的捻轉可以消除初始伸長率的影響。
有利地是，對用于某些制品的碳纖維而言，例如特別是同步皮帶，證明有利的是，本發明的方法還可包括另外的步驟，即在溶劑介質中用粘合劑浸漬復捻或加捻纖維。該步驟可以獲得覆蓋纖維的附加層。該附加層在纖維的周圍形成環狀，特別有利于確保對某些橡膠的良好粘性，例如丙烯腈(NBR)，氫化的丙烯腈(HNBR)，羧化氫化的丙烯腈(X-HNBR)，硫化氫化的丙烯腈(ZSC)，氯磺化聚乙烯(CSM)，烷基化的氯磺化聚乙烯(ACSM)和乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)。
在實踐中，溶劑介質中的粘合劑是聚合物、可能的鹵代的聚合物、有機化合物(例如異氰酸酯)和礦物填料(例如炭黑)的混合物。
本發明獲得的纖維可以加入到許多制品中，例如輪胎和同步皮帶，或經受高壓的橡膠膠管。
附圖簡述通過下述結合附圖的實施方式的描述，使本發明的方式和由其產生的優點非常清楚

圖1是本發明在纖維的處理過程中纖維路徑的示意圖；圖2和3是簡明的透視圖，其詳細描述了根據本發明的用于開松纖維的兩種不同的裝置。
本發明實施方式已經提及，本發明涉及加工用于嵌入橡膠制品(例如同步皮帶或輪胎)內部，獲得縱向增強成分的碳纖維的方法。
正如圖1所示的那樣，處理線上實行的該方法可包括三個單獨區，即◆第一區(1)，進行浸漬或粘合；◆第二區(2)，將來自第一區(1)的纖維進行加捻或復捻；和◆第三區(3)，對于某些應用，將復捻的纖維進行補充加工。
更確切地說，將所使用的碳纖維從粗紗線架(10)上放出，碳纖維在粗紗線架(10)上纏繞、無捻，如同球狀，或在筒管(11)上。所使用的粗紗線架具有一個張力控制裝置，有利的是，其可為一個松緊調節臂。從粗紗線架上放出的纖維(12)的張力必須足夠高，以使得纖維在下述的延展過程中開松，但是不能超過界限，在該界限之上，纖維保持組合在一起并且甚至會出現某些長絲斷裂的危險。
所使用的碳纖維可以有極大的變化，并且，例如，線性密度可以為198特-1700特，每根纖維的長絲數目在3000-24 000之間。
在圖1例舉說明的實施方案中，將從粗紗線架(10)上放出的纖維進入到浸漬浴(13)中。穿過浸漬浴(13)之后，纖維(14)經受了使得構成纖維的不同長絲分離并且并排延展的開松操作。
不同裝置可以完成該纖維的開松，例如在圖2和3中所示的。
因此，如圖2中所示，這種裝置包括三個固定的形成一展平機的棒(15，16，17)。可以調節直徑(φ1，φ2，φ3)和分開的兩個連續棒間的距離(d1，d2)，以確保纖維適當開松。所以可以根據所使用纖維的類型，特別是線性密度和每根纖維的長絲數目，調節不同長絲(19)和棒之間產生摩擦的區域。
當然，本發明不局限于圖2所示的實施方案，其中開松裝置包含三個棒，而且其還包括使用一個或多于兩個棒的可供選擇的一些實施方式。
在圖3中示出了另一個可供選擇的用于開松纖維裝置的實施方案。這種裝置主要包括兩個位于兩個能夠自由轉動的輥(22，23)之間的固定板(20，21)。這兩個板材(20，21)具有摩擦不同長絲(26)的邊緣(24，25)。將兩邊緣加工成型，第一邊緣(24)是凹的，第二邊緣(25)是凸出的。摩擦長絲的邊緣的曲率半徑(R1，R2)大約是10-50mm。
根據線性密度和每根纖維的長絲數目，兩個板材(20，21)之間的距離(d)、它們的厚度e1和e2和凹邊(24)和凸邊(25)的相對位置，以及施加于長絲(26)路徑的角度均是可調節的。
當然，本發明不局限于圖3所示的實施方案，其中開松裝置包括兩個板材，而且其還包括使用一個或多于一個板材或板材與棒相組合的可供選擇的實施方式。
已經提及，優選如圖1示進行開松纖維的操作，也就是完全在浸漬浴(13)內，但是也可以在恰好纖維進入浸漬浴以前開始，以便于開始延展長絲。繼續在浸漬溶液內開松纖維，當長絲在溶液中時延展長絲。然后充分利用浸漬溶液的潤滑效應，在此階段中分開的長絲均在棒或板材上摩擦。
在開松形成平行長絲的網之后，纖維繼續沿其路徑通過浸漬浴(13)。然后將其送入到模具(18)，模具(18)將不同長絲集束成為接近圓形截面的纖維(19)，并且擦拭纖維除去過量浸漬的溶液。
模具(18)具有可調節的直徑。可用剝離輥替代。
然后，將纖維送入垂直或水平的烘箱(30)中。烘箱(30)通過強制對流運行。干燥箱的目的是除去仍然在纖維上的浸漬溶液中的水。
在圖1所示的實施方案中，干燥箱(30)設置在固化爐(31)的上游區，固化爐的溫度使得浸漬在纖維中的殘留間苯二酚-甲醛-膠乳的部分固化。
固化也可以與干燥共同進行，暴露在足夠高的溫度下確保水汽的蒸發和固化。因此，干燥和固化可以在一個烘箱中進行。
離開干燥和/或固化箱后，將處理的纖維(33)加捻。為了使得不同的不能與其它成一線的長絲采取主體取向，加捻操作優選在高張力下進行。在一些應用中，證明有益的是集合加捻之后的不同纖維，并將其復捻。對于一些用途，特別是用于同步皮帶，纖維可以在第三區(3)接受附加處理，該附加處理為將纖維在溶劑介質中用粘合劑浸漬，然后蒸發溶劑。
更確切地說，第二浸漬出現在，如圖1所示，將經過復捻的纖維(40)經過部分浸于在溶劑介質中的粘合劑(42)中的涂覆輥(41)。纖維通過涂覆輥(41)后，通過除去過量第二浸漬液的擦拭輥(43)。因此，涂覆的纖維然后進入蒸發溶劑的干燥箱(45)。離開烘箱，纖維(46)可以再用相同在溶劑介質中的粘合劑通過用類似裝置(47)浸漬，接著最后干燥。然后，將纖維卷起(48)以備使用。
下面描述對于多種浸漬溶液和多種調整的八個特定例舉實施例。
實施例1使用的纖維是由Toray出售的牌號為TOPAYCA-400HB 40D 6K，相當于400特綜合線性密度的紗線并且包含6000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是20克。每根纖維均通過兩個直徑為1毫米的棒延展，棒分開的距離為39毫米，它們都浸于浸漬溶液中。
通過混合獲得浸漬溶液-第一部分A組成為·53.2升去離子水，·0.9升30.5％Vaissière Favre牌的氫氧化鈉，·5.8升37％Vaissière Favre牌的甲醛，·22.2千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌號為R-2170(75％濃度)的PENACOLITE-第二部分B的組成為·400千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD VP106膠乳(40％)，·43升20.5％由Vaissière Favre出售的氨水，·34千克由Heveatex出售的NEVEAMUL M111B蠟(45％)，·200千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD SB2108(40％)，和·100升去離子水。
為了獲得以備使用的浸漬溶液，將所獲得的混合物稀釋，至固體含量為317克/千克。
纖維通過浸漬浴的速率是大約20米/分。離開浸漬浴時，紗線穿過直徑為0.81毫米的模具。
然后，纖維穿過溫度為280℃的固化爐。烘箱的長度是3米。離開烘箱，纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的19％(干重)。
因此在張力大于0.5千克的條件下，加捻獲得70捻回/米的纖維。
由此獲得的纖維具有下列機械性能斷裂負荷42.40千克；斷裂伸長率1.46％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.79％。這些纖維特別適合于加入到輪胎中。
實施例2使用的纖維是由Toray出售的牌號為TOPAYCA-700 GC 4 12K，相當于800特綜合線性密度的紗線并且包含12000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是45克。每個纖維由三個直徑為1毫米的棒延展，其排列成底邊20毫米和高8毫米的等腰三角形，一個在浸漬槽之前幾厘米，和兩個間距34毫米直徑為1毫米的棒浸于浸漬槽中。
浸漬溶液與實施例1相同，將固體含量調節為330克/千克。
纖維通過浸漬浴的速率是大約20米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為1.1毫米的模具，然后再以20米/分的速度通過固化爐。烘箱的溫度是280℃。烘箱的長度是3米。離開烘箱，纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的17.4％(干重)。
因此加捻所獲得的纖維是80捻回/米，在張力大于0.5千克的條件下。
由此所獲得的纖維具有下列機械性能斷裂負荷99.10千克；斷裂伸長率2.75％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率1.27％。這些纖維特別適合于加入到輪胎中。
實施例3使用的纖維是由Toray出售的牌號為TOPAYCA-4 00HB 40D 6K，相當于400特綜合線性密度的紗線并且包含6000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是50克。每個纖維由三個直徑為1毫米的棒延展，排列為一個底邊是20毫米和高是8毫米的等腰三角形，一個在浸漬槽之前幾厘米，和兩個間距34毫米直徑為1毫米的棒浸于浸漬槽中。
通過混合獲得浸漬溶液-第一部分A組成為·36升去離子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌號R-2170(75％濃度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的組成為·36升去離子水，
·286千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B膠乳；和-第三部分C的組成為·16升去離子水，·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蠟(45％)。
為了生產最終的浸漬溶液，將上述混合物稀釋，使固體含量為330克/千克。
纖維通過浸漬浴的速率是大約40米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為0.81毫米的模具，然后再以40米/分的速度通過干燥箱。干燥箱的溫度是146℃。干燥箱的長度是3米。離開干燥箱，纖維再以40m/min的速度通過固化爐。固化爐的溫度是267℃。固化爐的長度是5米。纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的20.4％(干重)。
將由此獲得的纖維成對集束，以80捻回/米加捻。加捻操作在張力接近50千克的條件下進行。兩纖維集束是Z-捻，一纖維集束是S-捻。
然后，將獲得的復捻紗線進行附加處理。因此，復捻紗線在約1千克張力下放出。用包含8.1％的由Henkel出售的CHEMOSIL X2410組合物在二甲苯中的溶液中浸漬。浸漬之后，纖維通過長8米，溫度為90℃的烘箱。紗線通過烘箱的速率是18米/分。紗線在同等狀態之下，第二次浸漬。
由此，獲得了具有下述機械性能的纖維(由于生產分散，性能不一致取決于加捻方向的不同)Z-捻斷裂負荷74.90千克；斷裂伸長率1.21％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.56％；S-捻斷裂負荷70.93千克；斷裂伸長率1.28％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.62％。
這些纖維特別適合于加入到同步皮帶中。
實施例4所使用的纖維與實施例3相同。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是30克。每根纖維均通過兩個直徑為1毫米的棒延展，棒分開的距離為39毫米，它們都浸于涂覆槽中。
浸漬溶液與用于實施例3的相同，將固體含量調節用于330克/千克。
纖維通過浸漬浴的速率是大約20米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為0.81毫米的模具，然后再以20米/分的速度通過固化爐；烘箱的溫度是180℃。烘箱的長度是3米。離開烘箱，纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的19.8％(干重)。
與實施例3獲得的纖維一樣進行捻轉，不過僅在張力接近20千克的條件下進行。
然后，將獲得的復捻紗線進行與實施例3相同的附加處理。
這樣就獲得了具有下述性能的纖維Z-捻斷裂負荷77.00千克；斷裂伸長率1.14％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.51％；S-捻斷裂負荷85.99千克；斷裂伸長率1.26％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.57％。
這些纖維特別適合于加入到同步皮帶中。
實施例5使用的纖維是由Toray出售的牌號為TOPAYCA-700 GC 4 12K，相當于800特綜合線性密度并且包含12000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是100克。每根纖維均通過兩個直徑為1毫米的棒延展，棒分開的距離為34毫米，它們都浸于浸漬槽中。
浸漬溶液與實施例3相同。
纖維通過浸漬浴的速率是大約40米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為1.1毫米的模具，然后再以40米/分的速度通過干燥箱。干燥箱的溫度是146℃。干燥箱的長度是3米。離開干燥箱，纖維再以40米/分的速度通過固化爐。固化爐的溫度是249℃。固化爐的長度是5米。纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的17.5％(干重)。
將由此所獲得的纖維以80捻回/米加捻。加捻操作在張力接近50千克的條件下進行。一根纖維Z-捻，一根纖維S-捻。
然后，將獲得的加捻紗線進行與實施例3中相同的附加處理。
這樣就獲得了具有下列機械性能的纖維Z-捻斷裂負荷93.10千克；斷裂伸長率1.40％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.63％；S-捻斷裂負荷115.10千克；斷裂伸長率1.55％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.69％。
這些纖維特別適合于加入到同步皮帶中。
實施例6使用的纖維是由Toray出售的牌號為TOPAYCA-700 GC 4 12K，相當于800特綜合線性密度的紗線并且包含12000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是100克。每根纖維均通過兩個直徑為1毫米的棒延展，棒分開的距離為34毫米，它們都浸于浸漬槽中。
通過混合獲得浸漬溶液-第一部分A組成為·36升去離子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌號R-2170(75％濃度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的組成為·64升去離子水，·143千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B膠乳；和·115千克由Lord Corporation出售的CHEMLOK E0872；和-第三部分C的組成為·16升去離子水，·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蠟(45％)。
纖維通過浸漬浴的速率是大約30米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通過干燥箱。干燥箱的溫度是146℃。干燥箱的長度是3米。離開干燥箱，纖維再以30米/分的速度通過固化爐。固化爐的溫度是249℃。固化爐的長度是5米。纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的18.3％(干重)。
將由此所獲得的纖維以80捻回/米加捻。加捻操作在張力接近50千克的條件下進行。一根纖維Z-捻，一根纖維S-捻。
然后，將獲得的加捻紗線進行與實施例3中相同的附加處理。
這樣就獲得了具有下列機械性能的纖維Z-捻斷裂負荷97.9千克；斷裂伸長率1.74％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.72％；S-捻斷裂負荷105.2千克；斷裂伸長率1.81％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.74％。
這些纖維特別適合于加入到同步皮帶中。
實施例7使用的纖維是由Toray出售的牌號為TOPAYCA-700 GC 4 12K，相當于800特綜合線性密度的紗線并且包含12000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是100克。每根纖維均通過兩個直徑為1毫米的棒延展，棒分開的距離為34毫米，它們都浸于浸漬槽中。
通過混合獲得浸漬溶液-第一部分A組成為·36升去離子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌號R-2170(75％濃度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的組成為·38.6升去離子水，·143千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B膠乳；和·115千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD VP106膠乳(40％)；和-第三部分C的組成為
·16升去離子水，·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蠟(45％)。
·8.7千克來源于芳族胺(60％)的抗氧劑；和·17.5千克由Degussa出售的DERUSSOL 345炭黑。
纖維通過浸漬浴的速率是大約30米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通過干燥箱。干燥箱的溫度是146℃。干燥箱的長度是3米。離開干燥箱，纖維再以30米/分的速度通過固化爐。固化爐的溫度是249℃。固化爐的長度是5米。纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的17.3％(干重)。
將由此所獲得的纖維以80捻回/米加捻。加捻操作在張力接近50千克的條件下進行。一根纖維Z-捻，一根纖維S-捻。
然后，將獲得的加捻紗線進行與實施例3中相同的附加處理。
這樣就獲得了具有下列機械性能的纖維Z-捻斷裂負荷108.43千克；斷裂伸長率1.79％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.82％，S-捻斷裂負荷109千克；斷裂伸長率1.67％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.73％。
這些纖維特別適合于加入到同步皮帶中。
實施例8使用的纖維是由Tenax Fibers GmbH&Co.KG出售的牌號為TENAXUTS 5631 12K，相當于800特綜合線性密度的紗線并且包含12000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力大約100克。延展由兩個直徑為5毫米設置在浸漬槽中的棒提供。
通過混合獲得浸漬溶液-第一部分A組成為·36升去離子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，
·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌號R-2170(75％濃度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre的脲；-第二部分B的組成為·36升去離子水，·286千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B膠乳；和-第三部分C的組成為·16升去離子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛。
固體含量是330克/千克。
纖維通過浸漬浴的速率是大約15米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為0.81毫米的模具，然后再以15米/分的速度通過干燥箱。干燥箱的溫度是120℃。干燥箱的長度是3米。離開干燥箱，纖維再以15米/分的速度通過固化爐。固化爐的溫度是230℃。固化爐的長度是5米。纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的17.7％(干重)。
將由此所獲得的纖維以60捻回/米加捻。加捻操作在張力接近50千克的條件下進行。一根纖維Z-捻，一根纖維S-捻。
然后，將獲得的加捻紗線進行附加處理。因此，并捻紗線在約1千克張力下放出。用包含8.1％的由Henkel出售的CHEMOSIL X2410組合物在二甲苯中的溶液中浸漬。浸漬之后，纖維通過長8米，溫度為90℃的烘箱。紗線通過烘箱的速率是18米/分。紗線在同等狀態之下，第二次浸漬。
這樣就獲得了具有下列機械性能的纖維Z-捻斷裂負荷102.39千克；斷裂伸長率1.85％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.96％；S-捻轉斷裂負荷84.94千克；斷裂伸長率1.64％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.83％。
這些纖維特別適合于加入到同步皮帶中。
實施例9
使用的纖維是由Toray出售的牌號為TOPAYCA-700 GC 4 12K，相當于800特綜合線性密度的紗線并且包含12000根長絲。從粗紗線架上傳遞出的纖維張力是100克。每根纖維均通過兩個直徑為1毫米的棒延展，棒分開的距離為34毫米，它們都浸于浸漬槽中。
通過混合獲得浸漬溶液-第一部分A組成為·36升去離子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌號R-2170(75％濃度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre的脲；-第二部分B的組成為·230.4千克由Lord Corporation出售的CHEMLOK E0872膠乳；和-第三部分C的組成為·16升去離子水，·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。
為了獲得以備使用的浸漬溶液，將所獲得的混合物稀釋，使之固體含量為240克/千克。
纖維通過浸漬浴的速率是大約30米/分。離開浸漬浴，紗線通過直徑為1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通過干燥箱。干燥箱的溫度是146℃。干燥箱的長度是3米。離開干燥箱，纖維再以30米/分的速度通過固化爐。固化爐的溫度是285℃。固化爐的長度是5米。纖維具有了涂層，該涂層相當于固化的浸漬溶液材料的量，表示為大約紗線的10％(干重)。
將由此所獲得的纖維以60捻回/米加捻。加捻操作在張力接近50千克的條件下進行。一根纖維Z-捻，一根纖維S-捻。
然后，將獲得的加捻紗線進行附加處理。因此，加捻紗線在約1千克張力下放出。用包含8.2％的由Compounding Ingredient Limited出售的CILBOND 80組合物在二甲苯中的溶液浸漬。浸漬之后，纖維通過長8米，溫度為90℃的烘箱。紗線通過烘箱的速率是18米/分。紗線在同等狀態之下，第二次浸漬。
這樣就獲得了具有下列機械性能的纖維Z-捻斷裂負荷126.27千克；斷裂伸長率1.81％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.66％；S-捻斷裂負荷118.47千克；斷裂伸長率1.72％；負荷是斷裂負荷的30％時的伸長率0.64％。
這些纖維特別適合于加入到同步皮帶中。
顯而易見由上述本發明的方法獲得的纖維比現有纖維的拉伸強度要好。而且，該纖維的起始低張力伸長率明顯小于經觀察的現有纖維。因此，這些纖維尤其可作為增強元件用于橡膠同步皮帶、輪胎和管料。
權利要求
1.一種用于制備基于復絲碳纖維的縱向增強元件的方法，該元件被加入到基于橡膠的制品中，該方法包括下列步驟，組成，從無捻的碳纖維開始·將纖維浸入含有間苯二酚-甲醛樹脂和橡膠膠乳溶液的浸漬浴中；·干燥浸漬的纖維；·然后加捻干燥的碳纖維，其特征在于，還包括在浸漬步驟中，通過延展組成之的長絲開松碳纖維，以使得進行浸漬時每根纖維具有增加的表面積。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于通過延展開松纖維。
3.權利要求2所述的方法，其特征在于將纖維經過至少一個設置在垂直于纖維路徑的棒之周邊的一部分，使纖維獲得延展。
4.權利要求2所述的方法，其特征在于是通過把纖維暴露到振動源上而開松紗線的。
5.權利要求1所述的方法，其特征在于，間苯二酚-甲醛-膠乳溶液中，間苯二酚-甲醛樹脂部分的含量為2-30％(干重)，膠乳部分的含量為70-98％。
6.權利要求5所述的方法，其特征在于，間苯二酚-甲醛-膠乳溶液中，間苯二酚-甲醛-樹脂部分的含量為5-10％(干重)。
7.權利要求5所述的方法，其特征在于，將干重至多為10％的炭黑加入到間苯二酚-甲醛-膠乳溶液中，間苯二酚-甲醛樹脂和膠乳部分仍具有相同的比例，以適應纖維的硬度。
8.權利要求7所述的方法，其特征在于，將干重至多為1-4％的炭黑加入到間苯二酚-甲醛-膠乳溶液中，間苯二酚-甲醛樹脂和膠乳部分仍具有相同的比例。
9.權利要求1所述的方法，其特征在于，所使用的膠乳包括，單獨或作為混合物使用的膠乳乙烯吡啶/苯乙烯-丁二烯(VP/SBR)，苯乙烯-丁二烯(SBR)，天然橡膠膠乳(NR)，羧化物和氫化的丙烯腈-丁二烯(X-HNBR)，氫化的丙烯腈(HNBR)，丙烯腈(NBR)，氯磺化聚乙烯(CSM)和乙烯-丙烯-二烯烴單體(EPDM)。
10.權利要求1所述的方法，其特征在于，在浸漬步驟之后，在干燥步驟之前，包括精整涂層的步驟。
11.權利要求10所述的方法，其特征在于，通過使纖維通過模具進行精整。
12.權利要求10所述的方法，其特征在于，通過使浸漬的纖維浸軋進行精整。
13.權利要求1所述的方法，其特征在于，干燥步驟之后，包括加熱纖維步驟，使得能夠固化浸漬在纖維中的間苯二酚-甲醛樹脂/膠乳溶液。
14.權利要求1所述的方法，其特征在于，加熱之后，將若干纖維結合，然后通過復捻進行加捻。
15.權利要求1或14所述的方法，其特征在于，在張力下，進行復捻/加捻。
16.權利要求15所述的方法，其特征在于，在加捻/復捻過程中施加的張力至少等于纖維斷裂負荷的5％。
17.權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括在溶劑介質中的粘合劑溶液中浸漬復捻或加捻纖維的步驟。
18.權利要求17所述的方法，其特征在于，溶劑介質中的粘合劑溶液包含鹵代聚合物。
19.一種可由權利要求1-18中任何一項得到的碳纖維。
20.一種加入權利要求19的碳纖維的輪胎。
全文摘要
一種基于復絲碳纖維的縱向增強元件的制備方法，用于引入基于橡膠的制品之中。所述方法包括下述步驟，其中將無捻的碳纖維浸入到包含間苯二酚－甲醛樹脂和橡膠膠乳溶液的浸漬浴中，接著干燥浸漬的纖維，然后將干燥的纖維加捻。本發明的方法，其特征在于還包括在浸漬步驟中，通過延展組成之的長絲開松碳纖維，因此浸漬時每根纖維具有增加的表面積。
文檔編號D02G3/40GK1486340SQ0182200
公開日2004年3月31日 申請日期2001年12月26日 優先權日2001年1月12日
發明者C·托農, C 托農 申請人:弗爾旦蘇維提工業加工公司