[发明专利]具有高断裂强力和高断裂伸长率的复合绳及相关增强制品和用途

说明书

技术领域

本发明涉及具有高断裂强力和高断裂伸长率的复合绳，所述复合绳可以应用在橡胶制品和其他可膨胀弹性制品中，特别是应用在充气橡胶轮胎中。

背景技术

目前纤维增强的橡胶制品已经得到广泛的应用，例如应用在充气橡胶轮胎、软管、胶带(belts)和胶囊(bellows)中。嵌入橡胶基质中的纤维是作为增强元件来支持橡胶制品的结构。很多橡胶制品都有高强度、高压力要求，同时要求具有足够大的变形或膨胀以抵消应力。例如，在一些飞行器轮胎中，在带束层之上还需要一层具高强度及可伸长的保护层(缓冲层)，当轮胎处于在压力和载荷下的膨胀初始阶段时，胎体和带束层会膨胀以承接应力，保护层也伸长但不分担很多载荷。当膨胀至足够大时，保护层开始分担大量的载荷使得整个轮胎在高应力下得到保护。另外的例子是一些弹性胶囊，这些弹性胶囊具有较高的爆破压力级别，能在爆破前同时有适当的膨胀。

钢丝和对位芳族聚酰胺纤维具有高强度，但是其断裂伸长率却低。钢丝的断裂伸长率通常是2％-6％，对位芳族聚酰胺的断裂伸长率通常是2％-5％，它们均适合用于需要高强度和低断裂伸长率的应用中，但不适于前述要求高断裂伸长率之类的应用。尼龙和聚酯纤维具有非常高的断裂伸长率，它们的断裂伸长率都可以达到15％-25％，但是在一些需要承受高爆破压力或高载荷的应用中，它们都缺乏足够的强度。

为了解决上述问题而满足工业需要，人们已经开发了各种技术。美国专利5,271,445公开了一种波浪形或锯齿形绳技术。在载荷的初始阶段，波浪形绳通过拉直所述波浪形而伸长，然后在载荷的后期阶段通过已拉直的绳来承接载荷。所述绳材料的一个实例是芳族聚酰胺。欧洲专利0567334B1公开了使用钢丝绳的类似技术。

将高断裂强力的纤维加捻至高捻度可以增加纤维的断裂伸长率，并改进纤维的耐疲劳强度。但是提高捻度也降低了该纤维的强度。例如，1500旦的Kevlar29型纤维通常具有23克力/旦的断裂强力和3.6％的断裂伸长率；当被加捻至480tpm(twist per meter每米的捻数)时，其断裂伸长率仅增加至5.2％，但是断裂强力降低到10克力/旦；当被加捻至更高的捻度610tpm时，其断裂伸长率增加至约8.5％，但是其断裂强力进一步降低到约8克力/旦。

将高断裂强力纤维与具有高疲劳强度高断裂伸长率纤维一起复合加捻也是一种可能的解决方案。复合绳已经用于充气轮胎作为增强材料以改进耐疲劳强度或其它性能。美国专利申请说明书2009/0090447A1公开了一种芳族聚酰胺/尼龙复合结构的绳(1股1500旦的芳族聚酰胺和1股1260旦的尼龙共捻)。该复合绳具有332N的断裂载荷，相当于12.3克力/旦的断裂强力，和16.4％的断裂伸长率。这种复合绳适用于飞行器轮胎中。美国专利6,799,618B2公开了一些芳族聚酰胺/尼龙复合绳结构，其最高的断裂强力可达13.3克力/旦，而最高的断裂伸长率可达17％。上述两篇文献没有公开具有更高断裂伸长率的复合绳。

美国专利4,333,507公开了一种用于增强轮胎的复合绳。该复合绳的中心纱线是聚烯烃纤维，例如聚乙烯或聚丙烯纤维；而其缠绕纱线包括尼龙、芳族聚酰胺、钢丝等。当这种复合绳嵌入橡胶基质中，因其中心纱线可以在橡胶的硫化温度熔融或降解(约150℃)，由此所制成的橡胶制品具有非常高的断裂伸长率，但其断裂强力仍然不足。此外，用聚酰胺、聚酯和/或芳族聚酰胺等高熔点纤维所制成的复合绳，并无法在橡胶的硫化温度熔融或降解，从而获得提高断裂伸长率的效果。

因此，人们仍然需要具有高断裂强力和高断裂伸长率的复合绳，以应用在橡胶制品和其他可膨胀弹性制品中。

发明内容

本发明提供了既具有大于等于9克力/旦的断裂强力又具有大于等于20％的断裂伸长率的复合绳。所述复合绳能够理想地应用于增强橡胶和其他弹性制品的领域。

本发明的一个方面提供一种复合绳，其包括：

(a)一根中心纱线，其由间位芳族聚酰胺纤维形成；和

(b)至少一根缠绕纱线，其由对位芳族聚酰胺纤维形成并围绕所述中心纱线缠绕。

本发明的另一个方面涉及包含本发明的复合绳的制品。

本发明的再一个方面涉及本发明的复合绳用于增强橡胶或其他弹性基质制品的用途。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式中复合绳的结构示意图；

图2是本发明的另一个实施方式中复合绳的结构示意图；

图3是本发明的又一个实施方式中复合绳的结构示意图；

图4是本发明的一个对比例中复合绳的结构示意图；