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CN112292485A - 用于弹性体产品、特别是车辆轮胎的增强帘线及弹性体产品 - Google Patents

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CN112292485A
CN112292485A CN201980039009.4A CN201980039009A CN112292485A CN 112292485 A CN112292485 A CN 112292485A CN 201980039009 A CN201980039009 A CN 201980039009A CN 112292485 A CN112292485 A CN 112292485A
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米夏埃尔·舒纳克
托马斯·克拉默
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Continental Tire Germany Co ltd
Continental Reifen Deutschland GmbH
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Continental Tire Germany Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种用于弹性体产品、特别是充气轮胎的增强帘线，其包括至少一根由长丝制成的纱线。本发明进一步涉及一种弹性体产品，其包括至少一种增强帘线。为了保护环境和节约资源，以及良好的加工性能，该增强帘线的至少一根纱线包括由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的长丝，其中该PBF完全或至少在某种程度上由生物质和/或可再生原料生产。

Description

用于弹性体产品、特别是车辆轮胎的增强帘线及弹性体产品
技术领域
本发明涉及一种用于弹性体产品、特别是充气轮胎的增强帘线，其包括至少一根由长丝制成的纱线。
本发明进一步涉及一种弹性体产品，其包括至少一种增强帘线。
背景技术
提供了增强帘线，用于增强许多弹性体产品，例如软管、传送带、传动带和充气轮胎。增强帘线由一根或多根加捻在一起的纱线组成，并且在与结构和材料有关的非常广泛的实施例中是本领域技术人员已知的。当其中存在两根或更多根纱线时，材料可以相同，或者如在混合帘线的情况下，可以存在至少两种不同的纱线。这些纱线通常由许多单独的长丝(纤维)构成。例如，增强帘线在弹性体产品中使用的形式是织造织物、铺设稀松布或针织织物的形式，并且在生产这些弹性体产品期间，通常将所述帘线嵌入橡胶混合物中。
迄今为止，用于弹性体产品、特别是充气轮胎的胎体帘布层、胎圈加强件、轮胎带束或带束箍带的增强系统一方面是织物系统，其中存在的材料主要(直接)是基于化石原料，如石油，例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、芳族聚酰胺和尼龙，或由这些构成的纱线制成的混合帘线。另一方面，已知使用由粘胶(例如人造丝或莱赛尔纤维)制成的非石油基织物增强系统。
许多天然纤维，即非石油基材料，作为增强帘线的材料的缺点是缺乏连续的纤维结构，并且表现出很大的纤维质量变化。
此外，例如由于人造丝收缩性能的缺点，使得其例如难以用作充气轮胎中的带束箍带。人造丝的其他缺点在于它对水分敏感，并且由于吸收水分而降低了增强系统的断裂强度。此外，人造丝的购买价格高。
开发工作旨在开发和使用环保的弹性体产品，这些产品节省资源并且不使用原始化石原料，例如充气轮胎，同时避免了牺牲最终产品的耐久性的任何要求。
DE 102010017107 A1披露了用于例如，由至少一根由再循环PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的纱线组成的胎体帘布层和/或带束箍带的混合帘线。
EP 2 590 811 A1披露了具有由聚酰胺10.10制成的纤维的复丝纱线，其中两种起始单体1,10-癸二胺和1,10-癸二酸是从可再生原料蓖麻油中获得的。复丝纱线可以用作充气轮胎中的增强系统。
EP 2 708 380 A1描述了用于弹性体产品、特别是轮胎的增强帘线，其中至少一根纱线由PET组成，该PET完全或至少在某种程度上由可再生原料生产。
EP 2 895 648 A1披露了用于弹性体产品、特别是轮胎的增强帘线，其中至少一根纱线由PEF(聚呋喃酸乙二醇酯)组成，该PEF完全或至少在某种程度上由生物质和/或可再生原料生产。然而，PEF在纺丝以得到纱线的过程之后具有快速结晶的趋势，并且因此该材料有时较脆、不适合缠绕并且不适合拉伸。PEF被认为可以替代PET。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于弹性体产品、特别是充气轮胎的增强帘线，其包括至少一根纱线，其中所述帘线代表常规增强帘线的替代物，可以以可持续的方式生产，并且可以成功处理而不会使纺丝材料过早脆化，并且包括环保且节省资源的材料。此外，该增强帘线旨在表现出一致的产品质量。
该目的通过以下方式实现：该增强帘线的至少一根纱线包括由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的长丝，其中该PBF完全或至少在某种程度上由生物质和/或可再生原料生产。
聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)，也称为聚呋喃酸丁二醇酯或聚(2,5-呋喃二羧酸丁二醇酯)，是一种脂肪族-芳族聚酯，其形式上通过1,4-丁二醇和呋喃-2,5-二羧酸的缩聚反应来生产。
在本发明的增强帘线中，将来自生物质和/或可再生原料的PBF用于弹性体产品是可持续和环保的，并且节约了资源。此外，完全或至少在某种程度上由生物质和/或可再生原料生产的PBF与仅从化石原料获得的PBF类似，因为它表现出一致的质量。因此，可以确保一致的产品质量。二醇链段中的亚甲基单元的数量大于PEF中的亚甲基单元的数量，并且导致结晶较慢。该材料更适合纺丝和卷绕，没有过早的脆化。它更适合拉伸。PBF的机械和热性能与石油基PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)相当。PBF的熔点约为172℃。
为了本发明的目的，表述“完全或至少在某种程度上由可再生原料制成的PBF”是指-不管在PBF的生产过程中使用的能源如何-其中存在的材料完全或至少在某种程度上由生物质和/或可再生原料生产。完全或至少在某种程度上由生物质和/或可再生原料组成的PBF不是仅从化石原料(如石油)中获得的，或者完全不包括化石原料(如石油)(包含按重量计占0％)。
如本领域技术人员已知的，可以根据ASTM D6866(方法C-14)确定PBF中生物基材料的比例，即衍生自可再生原料和/或生物质的比例。
为了本发明的目的，术语生物质是指通过动物、植物或微生物的生长和代谢形成的所有有机材料的整体。
为了本发明的目的，表述可再生原料是指衍生自水产养殖以及农业和林业来源的生物资源。因此，表述可再生原料不包括可通过降解获得的化石资源，例如石油。
就PBF而言，首先可以由生物质和/或可再生原料(例如纤维素)生产基础单体呋喃-2,5-二羧酸，并且其次，还可以由生物质和/或可再生原料生产第二单体1,4-丁二醇。例如，可以通过生物技术方法经由糖的发酵来生产1,4-丁二醇。
优选的是两种单体均由生物质和/或可再生原料生产。
此外，可以想到的是，两种单体之一或两种单体都采取混合物的形式，即单体然后在某种程度上衍生自生物质和/或可再生原料，并且在某种程度上衍生自石油。
在增强帘线的纱线中，可以存在由不同材料制成的长丝。然而，在本发明的有利的进一步发展中，所有长丝均由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的至少一根纱线组成。这类纱线可以容易地进行纺丝和加捻。
具体实施方式
增强帘线可以由加捻的连续复丝纱线组成。然而，该增强帘线还可能包括由长丝制成的至少一根另外的纱线，其中这些纱线经末端加捻在一起。例如，存在可能的帘线结构：其中两根(2根构造)或三根(3根构造)纱线经末端加捻得到增强帘线。
该一根或多根另外的纱线可以由不同材料的长丝组成。如果增强帘线内存在由不同材料制成的纱线，那么这就是所谓的混合帘线。
该另外的纱线的材料可以优选地是非金属材料，例如聚酯、脂族和芳族聚酰胺、芳族聚酰胺、聚醚酮、聚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、粘胶、天然纤维或玻璃纤维。可以通过材料的适当选择来调节增强帘线的性能。
在本发明的优选的进一步发展中，增强帘线的至少一根另外的纱线由长丝组成，这些长丝由聚酰胺、除聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)以外的聚酯、或芳族聚酰胺、聚酮制成，或者优选地由天然聚合物制成的人造纤维或天然纤维组成。由天然聚合物制成的人造纤维或天然纤维显然具有以下优势：整个增强帘线均基于环保且节省资源的材料，例如基于原油。
为了获得增强帘线的更好的收缩性能，在本发明的另一个有利的进一步发展中，优选的是所述帘线由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的至少一根纱线和由聚酰胺(PA)制成的至少一根另外的纱线组成。这对于在汽车轮胎的带束箍带中使用这种混合帘线是特别有利的。
该另外的纱线特别优选地由PA 6.6长丝和/或PA 6长丝和/或PA 10.10长丝和/或PA 10.12长丝和/或PA PACM 12长丝组成。非常特别优选的是纱线由PA 6.6长丝组成。
为了增加增强帘线的模量，该增强帘线由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的至少一根纱线和由芳族聚酰胺制成的至少一根另外的纱线组成。这对于在UHP(超高性能)轮胎的带束箍带中使用这种混合帘线是特别有利的。
为了获得基本上没有收缩的稳定的增强帘线，所述帘线由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的至少一根纱线和由人造丝制成的至少一根另外的纱线组成。这对于在汽车轮胎的胎体中使用这种混合帘线以及对于汽车轮胎的高速性能是特别有利的。
在上述混合帘线的替代方案中，增强帘线也可以是其中所有纱线均由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)长丝组成的帘线。由于这种增强帘线仅衍生自可再生原料，因此它易于生产并且特别环保。
增强帘线中一根或多根纱线的线密度优选为200分特克斯至5000分特克斯。因此，该一根或多根纱线优选以100至600t/m、优选100至550t/m、特别优选200至550t/m的捻度值加捻。这类增强帘线易于生产，并且例如可以用作充气轮胎中的增强系统。
如果增强帘线是由多根纱线制成的帘线，则这些纱线优选以100至600t/m、优选100至550t/m、特别优选200至550t/m的捻度值经末端加捻。特别优选的是，纱线的第一次加捻和帘线的末端加捻的捻度大约相同；这里优选的是，纱线和帘线的加捻方向相反。
为了获得增强帘线的足够的抗疲劳性，有利的是，每根纱线或增强帘线的捻系数α在100与300之间、优选在150与250之间，其中该捻系数α根据以下公式计算：α＝捻度[t/m]x(线密度[特克斯]/1000)1/2。
为了确保织物增强系统对橡胶的可靠粘附，有利的是为本发明的增强帘线提供粘合剂浸渍系统，例如通过在1-或2-浴槽方法中使用RFL浸渍。
本发明的增强帘线可用于非常多种弹性体产品，例如传动带、传送带、软管或空气弹簧。
本发明的弹性体产品优选是充气轮胎。充气轮胎是批量生产的产品，其中用生物基增强帘线部分替代常规增强帘线对资源节约产生特别大的影响。
优选的是，该充气轮胎在胎体帘布层中和/或在至少一个支撑层中和/或作为胎圈加强件和/或在带束箍带中包含该增强帘线。特别优选的是，该充气轮胎在胎体帘布层中和/或在带束箍带中包含该增强帘线。

Claims (13)

1.一种用于弹性体产品、特别是充气轮胎的增强帘线，其包括由长丝制成的至少一根纱线，其特征在于，该增强帘线的至少一根纱线包括由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的长丝，其中该PBF完全或至少在某种程度上由生物质和/或可再生原料生产。
2.如权利要求1所述的增强帘线，其特征在于，该增强帘线的至少一根纱线包括由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)制成的长丝，其中该PBF完全由生物质和/或可再生原料生产。
3.如权利要求1或2所述的增强帘线，其特征在于，所有长丝至少的一根纱线均由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)组成。
4.如权利要求1至3中至少一项所述的增强帘线，其特征在于，它包括由长丝制成的至少一根另外的纱线，其中这些纱线经末端加捻在一起。
5.如权利要求4所述的增强帘线，其特征在于，该至少一根另外的纱线由非金属材料制成的长丝组成。
6.如权利要求4至5中至少一项所述的增强帘线，其特征在于，该至少一根另外的纱线由长丝组成，这些长丝由聚酰胺、除聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)以外的聚酯、芳族聚酰胺、聚酮制成，或者优选地由天然聚合物制成的人造纤维或天然纤维组成。
7.如权利要求1至5中至少一项所述的增强帘线，其特征在于，该增强帘线的所有纱线均由聚呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)长丝组成。
8.如权利要求1至7中至少一项所述的增强帘线，其特征在于，该一根或多根纱线的线密度为200分特克斯至5000分特克斯。
9.如权利要求1至8中至少一项所述的增强帘线，其特征在于，该增强帘线的每根纱线的捻系数α在100与300之间、优选在150与250之间，其中该捻系数α根据以下公式计算：α＝捻度[t/m]x(线密度[特克斯]/1000)1/2。
10.一种弹性体产品，其特征在于，其包括至少一种如权利要求1至9中任一项所述的增强帘线。
11.如权利要求10所述的弹性体产品，其特征在于，其为传动带、传送带、软管或空气弹簧。
12.如权利要求10所述的弹性体产品，其特征在于，其为充气轮胎。
13.如权利要求12所述的弹性体产品，其特征在于，该充气轮胎在胎体帘布层中和/或在至少一个支撑层中和/或作为胎圈加强件和/或在带束箍带中包括至少一种如权利要求1至8中任一项所述的增强帘线。
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