汽车用胶带的材料选用及进展

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汽车用胶带的材料进展       
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    汽车用胶带分为汽车V带、同步带、多楔带和变速带。现将汽车用胶带的材料进展简介如下。
    1  材料构成
    汽车用胶带的材料构成见表1，其中HNBR为氢化丁腈橡胶，AEM为乙烯-丙烯酸酯橡胶。
$ i  g" s9 ~$ k2 A( q, l$ j. A    表1  汽车用胶带的材料构成
胶带种类        橡胶        织物       
        顶胶(伸张层)        底胶(压缩层)        背胶        齿胶        抗拉体        包布       
汽车V带                                                             
6 z6 v) A. ?3 x4 Q7 @( Q2 @包布式        CR        CR                          聚酯软线绳        平纹帆布或广角帆布       
. f3 {; `5 M. c* T2 Y: D/ v切边式                                                             
& G5 m8 L( f4 {, e% d平底形        CR        CR+短纤维                          聚酯硬线绳        平纹帆布或广角帆布       
& F' h1 B0 j) P7 k$ p齿形1)        CR        CR+短纤维                                   顶面用平纹帆布或广角帆布，底面无包布       
  \% F$ y" S* W' J9 I同步带(切边式)                          CR        CR        玻璃纤维硬线绳        顶面用平纹帆布或广角帆布，齿面用高弹性包布       
: d  i- z. _  g% G- h7 b/ J                          HNBR        HNBR        芳纶硬线绳        顶面用平纹帆布或广角帆布，齿面用高弹性包布       
' m# d( S" S: }: b+ j                          AEM        AEM+芳纶浆粕        芳纶硬线绳        不详       
7 X  J( R0 o0 C多楔带                                   CR+短纤维(楔胶)        玻璃纤维硬线绳        顶面用维棉或涤棉帘布，楔面无包布       
                                   HNBR+纤维        芳纶硬线绳        不详       
变速带                          HNBR        HNBR+芳纶短纤维        芳纶硬线绳        不详       
    注：1)底胶部位冲切成齿状。
    包布式汽车V带通常采用平纹帆布(我国)和广角帆布(国外)作包布，用颚式平板硫化机和硫化罐圆模硫化。切边式汽车V带的主要生产工序有：底胶辊式挤出机挤出(短纤维取向)、底胶裁断及拼接、自动单鼓成型机成型、立式胶套硫化机硫化、磨削和切割。我国有些企业的底胶采用开炼机出片以使短纤维取向，但效果不理想。我国HNBR同步带已试制成功，但尚未形成大规模生产；国外正在开发AEM同步带。多楔带采用反成型法整体成型，立式胶套硫化罐硫化，仿形砂轮磨削。
2 F+ V' V" E1 N, }' O  W0 D    2  材料进展
8 k" ]7 O- S0 o4 S8 L9 |    2.1  橡胶
1 P  J0 W+ q: x0 K+ {! D. \6 m, g7 O    过去，汽车用胶带胶料主要采用NR，NR/SBR和NR/CR等作主体材料，这已不能适应现代汽车的要求。目前，汽车用胶带胶料主要采用CR和HNBR等作主体材料。
/ J. P0 m9 A! B6 |8 m    2.1.1  CR
    目前，我国汽车V带、同步带和多楔带胶料的主体材料主要为国产CR(主要牌号为120，230和320等)；国外汽车胶带所用CR牌号主要为德国拜耳公司的Bayprene 216、意大利埃尼化工公司的Butaclor MC、美国杜邦公司和日本昭和电工公司的Neopren GRT和Neopren WB等，其中Bayprene 216和Butaclor MC的加工性能、动态性能及与纤维粘合性能较好。
2 S& K: A: l, U! [! n+ i8 ~* t    2.1.2  HNBR
$ I  ]' |2 t! L  `1 E2 T6 H% |    目前，汽车同步带和多楔带一般在-40-+150℃下长期使用，由于HNBR的耐热性能较好(所耐温度比CR高约30℃)，其已替代CR在同步带和多楔带中大量使用。在一般行驶条件下，HNBR同步带的使用寿命可达10万-15万km。
/ s# ?3 I6 b; @' C/ T" N% g    汽车同步带胶料一般采用硫黄硫化型HNBR，如日本瑞翁公司的Zetpol 2020和Zetpol 2020L。及拜耳公司的Therban C3467等。德国Contitech公司使用含ZMA的HNBR(估计是拜耳公司的Therban VP KA8796)与芳纶短纤维配合制造的用于汽油发动机汽车的HSN-POWER牌同步带使用寿命达到24万km，已接近“与发动机同寿命”的目标。
    未来汽车对同步带的要求更高：使用寿命为20万-30万km，工作温度为-40-+150℃(瞬时达到175℃)，耐热性能优异，150℃下的使用寿命达到3000 h，且在耐油性能提高的同时低温性能不降低，带齿的动态贮能模量不小于1.4MPa。要达到如此苛刻的要求，其胶料需采用过氧化物硫化的HNBR/甲基丙烯酸锌(ZMA)/芳纶短纤维复合材料。当同步带的工作温度达到175℃时，其胶料应采用芳纶纤维浆粕补强的AEM。
) f; n7 r- z" k    与CR同步带相比，HNBR同步带的使用寿命可延长2-6倍(如图1(略)所示)。
5 I8 Z9 z( F8 V    2.1.3  热塑性EPDM
  g( ]! W3 B( K( L. P: l+ s6 O! D. [    利用全动态硫化热塑性EPDM(由EPDM与PP共混制成，如美国AES公司的Santoprene)的热塑性和热熔性，我国于20世纪90年代末在从以色列引进的VOLTA生产线上成功试制了热塑性弹性体顶胶和底胶汽车V带，其无需包布，抗拉体是聚酯线绳(预处理、双绳芯结构)，成品性能达到GB/T 1171中普通V带的指标，但还未有该汽车V带推广应用的报道。
    2.2  线绳
    2.2.1  聚酯线绳
  s: q; Z& f# Z4 L    聚酯线绳分为聚酯软线绳(红色)和聚酯硬线绳(黑色)，目前广泛用于汽车V带中。聚酯软线绳只能用于包布式汽车V带中，切边式汽车V带必须使用聚酯硬线绳。
) @9 [3 S$ J  o# I3 _( @1 ]    聚酯线绳一般经[RFL+粘合剂RP(间苯二酚-对氯苯酚-甲醛预缩合粘合剂)]浸渍液一浴浸渍或D-417(苯酚封端异氰酸酯粘合剂)与RFL浸渍液二浴浸渍。RFL浸渍液所用胶乳一般为丁苯吡胶乳，如果用氯丁胶乳部分或全部替代丁苯吡胶乳，则可大大提高浸渍线绳的粘合强度。
+ O, w* E* [8 S- |; L. c: M6 y6 P# j    我国常用的聚酯线绳有：国产3×3聚酯线绳[细度  (1.22±0.1)mm，断裂强力  ≥610 N]和2×5聚酯线绳(细度  1.25 mm，断裂强力680 N)、日本帝人公司产AS-33聚酯线绳(细度 1.16 mm，断裂强力  606 N)和AS2×3聚酯线绳(细度  1.26 mm，断裂强力  656 N)等。
: l6 A3 a) f+ |# l+ c. p9 U/ {% ]    2.2.2  玻璃纤维线绳
$ }; I) f  _. M  F6 U( G7 p    目前，我国汽车同步带的抗拉体基本采用玻璃纤维线绳。由于玻璃纤维表面缺少粘合活性基团，因此采用普通RFL浸渍液浸渍的玻璃纤维线绳粘合性能较差，不能满足汽车同步带的要求。为此，一般在汽车同步带用玻璃纤维线绳的RFL浸渍液中加入硅烷偶联剂和糊精等改性物质，并将线绳的1次浸渍改为2次甚至3次浸渍。
" N. X* R1 l2 n) U9 w/ w    将RFL浸渍液中的丁苯吡胶乳改为氯磺化聚乙烯胶乳、羧基丁苯胶乳或氢化丁腈胶乳，可提高玻璃纤维线绳的耐疲劳性能，从而改善同步带的耐疲劳性能。浸采用氢化丁腈胶乳的RFL浸渍液的CR同步带经120℃×400 h运转试验后，拉伸强度保持率高达92%，远高于浸采用丁苯吡胶乳的RFL浸渍液的CR同步带。
# w" T6 m4 p/ [$ j9 ^    目前，英国NGF公司和德国米勒公司生产的同步带用玻璃纤维线绳质量上乘。我国有2家同步带玻璃纤维线绳制造企业，产品质量较国外同类产品质量有一定差距：强力较小(约为进口产品的1/2)、断裂伸长率较大、表面粗糙(有明显的粒状胶疙瘩)且直径公差较大。
1 Q) J8 d: q' a    2.2.3  芳纶线绳
4 G/ K8 x# [& {5 \: [9 }4 _6 q1 s    近年来，国外已逐渐用芳纶线绳替代玻璃纤维线绳作同步带骨架材料。与玻璃纤维相比，芳纶纤维具有密度小(玻璃纤维的1/2)，断裂强力大(玻璃纤维的3倍)，模量高(玻璃纤维的2倍)，断裂伸长率稍大，弯曲性能、耐疲劳性能和扭转性能好等优点，缺点是在同步带运行中芳纶线绳的伸长率和蠕变略大。
    我国自20世纪90年代初开始进行芳纶线绳汽车同步带的研制，现仍处于试验阶段，但已能生产芳纶硬线绳。由于芳纶原丝依靠进口，我国芳纶线绳企业的产品性能指标与国外同规格芳纶线绳(如德国F+W公司产品)相当。
- P, Q! H; Z: M/ T# ?, }* r  W    为提高芳纶与橡胶的粘合性能，需要对芳纶进行浸渍处理。国外芳纶线绳一般采用二浴浸渍法浸渍，第1浴的浸渍液为异氰酸酯或/和水基环氧树脂等粘合助剂浸渍液，第2浴浸渍液为RFL浸渍液。受原材料的限制，我国一直采用(RFL+粘合剂RP)浸渍液浸渍。一浴法和二浴法各有不足之处：二浴法浸渍液中的异氰酸酯有毒，会导致环境污染；一浴法浸渍线绳的粘合强度衰减速度明显快于二浴法浸渍线绳，且受潮再烘干后的粘合强度保持率仅达到二浴法浸渍线绳的60%。国外新开发的第1浴IONOTHANE浸渍液(离子型聚氨酯溶液)无毒，但价格昂贵，目前难以在我国推广应用。
; d8 N0 e" i. Z" Y# J    2.3  包布
  ~% |- n+ e9 u' b    2.3.1  平纹帆布
    我国一般不采用纯化学纤维，而采用棉纤维或维纶纤维/棉纤维、聚酯短纤维/棉纤维混纺制成的轻型平纹帆布作汽车V带和同步带的包布或顶面包布。
    2.3.2  广角帆布
9 m0 g% W# N8 q4 `+ h' U! [: G    广角帆布属梭织物范畴，系涤棉混纺帆布，其纱线不分经纱和纬纱，相交角度为120°或60°，织物结构为1/1平纹。广角帆布的耐磨性能测试值比普通V带包布提高1倍多，从而大大减少了带体因包布磨损而引发的早期底部断裂，提高了带体的使用寿命。国外的包布V带已广泛使用广角帆布，我国仅有广角帆布传动V带试制产品。
0 q$ n. P0 e1 b    2.3.3  高弹性包布
    同步带齿面(底面)包布有别于普通包布，必须要有足够的弹性，以保证硫化成型带体的完整性。高弹性包布(又称变形纱齿包布)是以高弹性化学纤维(如锦纶和聚酯弹性丝，单丝线密度很小)织成的斜纹织物，其经向断裂伸长率远高于纬向断裂伸长率[如德国CCC公司的高弹性锦纶包布的纬向断裂伸长率为(130±20)%，经向断裂伸长率为(26±3)%]，纬向可伸缩，能满足同步带的生产工艺和使用要求。我国生产同步带齿面高弹性包布已近10年，但至今尚未实现产品的标准化。
    2.4  短纤维
    切边式汽车V带和多楔带底(楔)胶加入短纤维，可使其硬度、强度、耐疲劳性能和抗断裂性能提高。成型时应使底胶的纤维排列方向与V带运转方向垂直，以增大V带的横向刚性，提高底胶的强度、硬度和耐磨性能，增大V带与带轮的摩擦力。
    目前，在汽车V带和多楔带中使用的短纤维有预处理锦纶短纤维、木质素短纤维、聚酯短纤维和棉短纤维，其中预处理锦纶短纤维的增强效果最好。短纤维使用时，其长径比和用量要适当，除棉短纤维外，其它短纤维必须进行表面处理。
, R. Y3 c; l8 y0 J2 ?# c    3  结语
    经过多年来的努力，我国汽车胶带材料已实现了氯丁化、线绳化和短纤维化的目标。但我国汽车用胶带的品种和档次与国外相比仍有较大差距，相信通过不断提高材料性能和改进材料构成、提高工艺装备和生产技术水平，我国汽车用胶带产品一定能进入世界先进行列

平常心

资料不错，比较全面，谢谢楼主。

bryant05

比较全面，谢谢楼主
; [# t  V* n* ~; E: l' H" B* b橡胶技术网 http://bbs.sto.net.cn/thread-46286-1-1.html

zhowei521

我收藏了！

bjzckt

资料不错，比较全面，谢谢楼主。

dasher

现在EPDM的PK带国内有很多厂家在做了，质量也还可以。
包布式的三角带CR为了加大传动功率，防止线绳塌陷需要在线绳下部增加纤维层起支撑作用，特别是高温时。