生物基聚酰胺56帘线的性能研究

戴美萍，王晓龙，陆福梅，刘全来，江晓峰，华润稼，许其军

（江苏太极实业新材料有限公司，江苏 扬州 225006）

子午线轮胎的骨架结构包括胎体、带束层和冠带层。冠带层的作用是限制带束层在轮胎高速运转状态下向外扩张，维持轮胎形状，降低轮胎滚动阻力[1]。

目前，轮胎冠带层用骨架材料主要是锦纶66帘线，也有的使用芳纶或芳纶/锦纶66混合帘线。锦纶66帘线的优点是生热较低、在高温下具有高模量等，缺点是具有明显的胎噪和平点效应。芳纶帘线同样具有低生热性能，同时具有更高的玻璃化温度、强度和热模量，更低的胎噪和平点效应，缺点是价格较高[2-4]。

随着生物科学技术的进步，生物基新材料发展方兴未艾。20世纪初，美国杜邦公司就开发了多种聚酰胺树脂，其中聚酰胺56树脂可用于纤维生产[5]。石油和化工工业使四碳、六碳等偶数碳的单体在工艺路线和经济成本上更具竞争优势。而受技术条件限制，只有聚酰胺66和聚酰胺6树脂相继实现了工业纤维的商业化应用。近年来国内外一些企业相继开发出了可商业化的聚酰胺56树脂和纤维[6-10]，推动了聚酰胺56纤维的技术研究和市场发展，特别在民用纤维方面取得了较大的进展[11-12]。

我公司开发了高强力聚酰胺56纤维并加工成浸胶帘布，可应用于轮胎冠带层。本工作进行了生物基聚酰胺56帘线的性能研究。

1 实验

1.1 主要原材料

930dtex生物基聚酰胺56（简称PA56）帘线（聚酰胺56切片原料戊二胺从玉米中提取），江苏太极实业新材料有限公司产品；930dtex锦纶66（简称N66）帘线，国内某公司产品。

1.2 主要设备和仪器

高速纺丝牵伸卷绕设备，德国巴马格公司产品；直捻机，德国ALLMA公司产品；喷气织机，德国多尼乐公司产品；浸胶机，德国贝宁格公司产品；Instron 3343型强力测试仪，美国Instron公司产品；RTC-II型帘线弯曲疲劳试验机和BELT带式屈挠疲劳试验机，北京万汇一方科技发展有限公司产品。

1.3 性能测试

工业丝性能测试参照FZT 54013—2009，浸胶帘布性能测试参照GB/T 9101—2017，帘线耐热性测试参照FZT 54013—2009和GB/T 9101—2017，弯曲疲劳性能测试参照GB/T 30315—2013，带式屈挠疲劳性能测试参照GB/T 33100—2016，粘合性能测试参照GB/T 9101—2017。

2 结果与讨论

2.1 常温静态性能

PA56纤维与N66纤维的主要性能对比见表1。

表1 930dtex PA56纤维与N66纤维的性能对比

从表1可以看出，与N66纤维相比，PA56纤维的干热收缩率较大，其他性能相当。

将PA56纤维制成浸胶帘布，与目前市场上的N66冠带层帘布的性能进行比较，具体见表2。

表2 930dtex/2 PA56浸胶帘布与N66浸胶帘布的性能对比

由表2可见，与N66浸胶帘布相比，PA56浸胶帘布的断裂强力略低。总体来说，PA56浸胶帘布性能基本满足冠带层帘布性能要求。

2.2 高温静态性能

轮胎硫化和使用过程中的高温会造成骨架材料性能的变化。将浸胶帘线在鼓风烘箱中180℃×15 min条件下进行热处理，两种浸胶帘线性能随温度的变化如图1所示。由图1可见，在80～140℃温度范围内，PA56浸胶帘线的断裂强力和断裂伸长率略低于N66浸胶帘线，定负荷伸长率相近。

图1 两种浸胶帘线性能随温度的变化

2.3 耐热性能

PA56和N66的930dtex工业纤维经180 ℃×4 h烘干后的强力保持率分别为90.0%和97.0%，930dtex/2浸胶帘布的强力保持率分别为92.6%和93.5%。由此可知，PA56纤维的强力保持率比N66纤维稍低。PA56浸胶帘布180 ℃×4 h热空气老化后的强力保持率与N66浸胶帘布相当。

2.4 动态疲劳性能

930dtex/2 PA56浸胶帘布和N66浸胶帘布的弯曲疲劳试验结果见表3。

表3 两种浸胶帘布的耐疲劳性能对比

由表3可见：PA56浸胶帘布与N66浸胶帘布带式屈挠疲劳后粘合力保持率和强力保持率差异不明显；两者弯曲疲劳测试后的强力保持率相当。

2.5 粘合性能

PA56浸胶帘布和N66浸胶帘布与轮胎胎体胶和冠带层胶的粘合性能测试结果见表4。

表4 浸胶帘布与胶料粘合性能

由表4可见，PA56浸胶帘布与胶料具有良好的粘合性能，与N66浸胶帘布的粘合性能相当。

3 结论

PA56浸胶帘布的静态常温和高温性能、动态疲劳性能、耐热性能以及粘合性能与N66浸胶帘布相当，可以作为轮胎冠带层骨架材料的可选材料之一。对生物基PA56性能的认识还需一个不断探索的过程。