用于轮胎帘线的莱赛尔纤维和含有该莱赛尔纤维的轮胎帘线

摘要

本发明涉及具有优良的晶体性质的莱赛尔纤维，和标准条件下的测量相比，所述晶体性质通过高温和高压条件下的润湿处理和干燥处理测量。本发明还涉及含有所述莱赛尔纤维的轮胎帘线。根据本发明，所述莱赛尔纤维比常规人造丝具有优越的强度，伸长度，和模数，即使当所述莱赛尔纤维通过纺纱机的指定的水洗条件在高温和高压条件下经润湿和干燥处理，从而改进将它用于轮胎帘线时轮胎帘线的尺寸稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及用于轮胎帘线的莱赛尔纤维和含有该莱赛尔纤维的轮胎帘 线。更特别地，本发明涉及和现有技术的人造丝相比具有优越的强度，伸 长度，和模数的莱赛尔纤维和含有该莱赛尔纤维的轮胎帘线，即使在高温 和高压条件下经润湿处理和干燥处理，所述莱赛尔纤维即使对在汽车高速 行驶期间的苛刻条件下的轮胎具有优良的尺寸稳定性。

背景技术

通常，轮胎中的轮胎帘线用作轮胎的内部骨架以均匀地保持轮胎形状 并改进行驶舒适度。轮胎帘线通常由诸如尼龙，聚酯，芳香族聚酰胺，人 造丝等材料制成。

在这点上，需要具有下列物理性质：高强度和初始模量，在干热和湿 热下不退化，优良的形状稳定性和抗疲劳性，和对橡胶的优良的粘合性。

由于尼龙的拉伸伸长度和韧性高，它通常用于重型卡车轮胎以及用于 具有许多引起不均匀负载的弯曲表面的越野条件的轮胎。然而，由于尼龙 可使热量在轮胎的内部局部积聚且模数低，它不适合用于汽车的高速和行 驶舒适的轮胎。

和尼龙相比，聚酯具有优良的形状稳定性和价格竞争力，且正通过持 续的研究改进强度和粘合力。因此，聚酯在轮胎帘线领域的使用增多。然 而，由于聚酯仍具有耐热性和粘合力低的缺点，它不适合高速轮胎。

人造丝是再生纤维素纤维，具有优良的耐热性和形状稳定性，且在高 温下的弹性系数高。因此，由人造丝制成的轮胎帘线通常用于高级轮胎， 比如辐射轮胎和安全轮胎(run-flat tire)。然而，由于人造丝具有韧性会被水 分严重破坏的缺点，在轮胎的制造过程中需要彻底的湿度控制，且因人造 丝制造过程中的不均匀性而次品产生率高。此外，由于人造丝和其他材料 相比性能(韧性)非常低，同时也昂贵，它通常只用于超高速轮胎或高级轮胎。

近来，莱赛尔纤维已用作人造丝的替代材料。莱赛尔纤维的强度和模 数比人造丝优越，热抗性和形状稳定性和人造丝相等。此外，莱赛尔纤维 在润湿处理后保持相对优良的物理性质。

发明内容

本发明的实施方案提供莱赛尔纤维，通过优良的晶体性质(比如晶体取 向和晶体尺寸)，所述莱赛尔纤维和现有技术的人造丝相比具有优越的强 度，伸长度，和模数，即使在高温和高压条件下经润湿处理和干燥处理， 所述莱赛尔纤维即使对在汽车高速行驶期间的苛刻条件下的轮胎具有优良 的尺寸稳定性。本发明实施方案还提供含有所述莱赛尔纤维的轮胎帘线。

附图说明

通过参考下列详细描述，连同附图(其中相同的附图标记表示相同的组 件)，本发明将更好理解，从而本发明的更为完整的理解及其诸多附属特征 和优势将易于显现。

图1是根据本发明的示例性实施方案用于制造莱赛尔纤维的纺纱机的 示意图。

图2是图1显示的纺纱机的水洗区装置的放大示意图。

具体实施方式

为了实现目的，本发明提供结晶度(Xc)为32％或以上，101面之间的晶 体尺寸(ACS)为或以下，双折射率为0.011或以上的莱赛尔纤维。

本发明的在一个实施方案中，在标准条件下测量时，在120℃的温度下 在饱和蒸气压状态下进行润湿处理10分钟然后继续在130℃的温度下进行 干燥处理2小时的莱赛尔纤维的结晶度(Xc)是未处理的莱赛尔纤维的结晶 度(Xc)的105-120％。

在另一实施方案中，在标准条件下测量时，在120℃的温度下在饱和蒸 气压状态下进行润湿处理10分钟然后继续在130℃的温度下进行干燥处理 2小时的莱赛尔纤维的结晶度(Xc)是未处理的莱赛尔纤维的结晶度(Xc)的 105-110％。

此外，在一个实施方案中，在标准条件下测量时，在120℃的温度下在 饱和蒸气压状态下进行润湿处理10分钟然后继续在130℃的温度下进行干 燥处理2小时的莱赛尔纤维的晶体取向(Fc)保持未处理的莱赛尔纤维的晶 体取向(Fc)的99％或以上。

在另一实施方案中，在标准条件下测量时，在120℃的温度下在饱和蒸 气压状态下进行润湿处理10分钟然后继续在130℃的温度下进行干燥处理 2小时的莱赛尔纤维的晶体取向(Fc)保持未处理的莱赛尔纤维的晶体取向 (Fc)的99.0-99.9％。

另外，本发明提供含有具有上述晶体性质的莱赛尔纤维的轮胎帘线。

下面更详细地描述本发明的示例性实施方案。

本发明在致力于发现针对下列问题的解决方案的研究期间得到：在高 温和高压条件下，因水分引起的人造丝韧性变差问题和在汽车高速行驶期 间的苛刻条件下人造丝的尺寸稳定性变差问题。发现通过在纺丝过程期间 用特定的水洗条件作润湿处理而制备莱赛尔纤维后，莱赛尔纤维因水分吸 收具有优良的物理性质，即使在高温和高压的苛刻条件下。

本发明的莱赛尔纤维通过下列步骤制造：用增水溶液(优选为水)润湿处 理用于轮胎帘线的莱赛尔纤维，和从润湿处理的莱赛尔纤维除去水分。

当干燥的莱赛尔纤维的链键吸收水分时，莱赛尔纤维的非晶区结构变 化，且莱赛尔纤维的链间氢键弱化。然后，如果再次通过干燥处理干燥莱 赛尔纤维，在标准条件下测量时，所述莱赛尔纤维的物理性质和所述润湿 处理和干燥处理前的物理性质相比得到改进。然而，人造丝纤维的非晶区 结构在水分吸收前后相同。根据这些差异，本发明莱赛尔纤维可使人造丝 纤维一般因水分而严重变差的韧性变差最小化。

本发明莱赛尔纤维的润湿处理可通过在120℃的高温下将莱赛尔纤维 浸入饱和蒸气压状态下10分钟进行。此外，可通过使用高压釜对莱赛尔纤 维进行强力润湿处理。

润湿处理的莱赛尔纤维的干燥处理可在130℃的高温下用热风烘箱进 行2小时。

通过上述过程制造的莱赛尔纤维的结晶度(Xc)为32％或以上，101面之 间的晶体尺寸(ACS)为或以下，双折射率为0.011或以上。

另外，在120℃的温度下在饱和蒸气压状态下进行润湿处理10分钟然 后继续在130℃的温度下进行干燥处理2小时的莱赛尔纤维的结晶度(Xc) 是未处理的莱赛尔纤维的结晶度(Xc)的105-120％，也可以是105-110％。

此外，在120℃的温度下在饱和蒸气压状态下进行润湿处理10分钟然 后继续在130℃的温度下进行干燥处理2小时的莱赛尔纤维的晶体取向(Fc) 保持未处理的莱赛尔纤维的晶体取向(Fc)的99％或以上。

此外，在120℃的温度下在饱和蒸气压状态下进行润湿处理10分钟然 后继续在130℃的温度下进行干燥处理2小时的莱赛尔纤维的晶体取向(Fc) 可以是未处理的莱赛尔纤维的晶体取向(Fc)的99.0-99.9％。

此外，当莱赛尔纤维经过苛刻处理(即，通过在120℃的温度下将莱赛 尔纤维浸入饱和蒸气压状态下10分钟对莱赛尔纤维作润湿处理然后在 130℃的温度下干燥2小时)，其强度比未处理的莱赛尔纤维变大。

更具体地，当通过在120℃的温度下将莱赛尔纤维浸入饱和蒸气压状态 下10分钟对莱赛尔纤维作润湿处理然后在130℃的温度下干燥2小时，其 强度变成未处理的莱赛尔纤维的约101-120％(优选为101-110％)。

此外，当通过在120℃的温度下将莱赛尔纤维浸入饱和蒸气压状态下 10分钟对莱赛尔纤维作润湿处理然后在130℃的温度下干燥2小时，其伸 长度保持为未处理的莱赛尔纤维的伸长度的80％或以上。

更具体地，当通过在120℃的温度下将莱赛尔纤维浸入饱和蒸气压状态 下10分钟对莱赛尔纤维作润湿处理然后在130℃的温度下干燥2小时，其 伸长度保持为未处理的莱赛尔纤维的伸长度的80-99％。

此外，当通过在120℃的温度下将莱赛尔纤维浸入饱和蒸气压状态下 10分钟对莱赛尔纤维作润湿处理然后在130℃的温度下干燥2小时，其模 数保持为未处理的莱赛尔纤维的模数的80％或以上。

此外，当通过在120℃的温度下将莱赛尔纤维浸入饱和蒸气压状态下 10分钟对莱赛尔纤维作润湿处理然后在130℃的温度下干燥2小时，其模 数变成未处理的莱赛尔纤维的模数的80-110％。

在本发明中，结晶度(Xc)、晶体取向(Fc)、晶体尺寸(ACS)、双折射率、 强度、伸长度和模数在常规标准条件(即，25℃，65％RH)下测量。

另外，用于在增水溶液中作强制润湿的本发明莱赛尔纤维的制造方法 包括下列步骤：将纤维素溶于作为纺丝溶液的N-甲基吗啉-N-氧化物(下称 “NMMO”)、水、或NMMO和水的混合溶剂中，以制备纱线原液，通过使 用具有喷嘴的纺纱机从所述纱线原液进行纤维素基纤维的纺丝，用水洗涤 纤维素基纤维，干燥和给洗涤过的纤维素基纤维上油，和卷绕得到的纤维 素基纤维。在这一点上，根据本发明，由于莱赛尔纤维通过图1所示的纺 纱机制造，所述莱赛尔纤维在所述润湿处理后可获得上述物理性质。

下面参考附图描述本发明的示例性实施方案制造莱赛尔纤维的方法。

图1是根据本发明的示例性实施方案用于制造莱赛尔纤维的纺纱机的 示意图，图2是图1所示的纺纱机的水洗装置的放大示意图。

如图1所示，将纤维素片装入具有筛滤器的粉碎机并粉碎成粉末。将 纤维素粉末储存于浆料粉末储存容器中。然后，将纤维素粉末和液相纺丝 溶液的混合物注入双轴挤出机的进料部分。所述液相纺丝溶液可以是 NMMO。

然后，通过捏和部件和溶解部件将所述混合物变成均匀溶液，然后通 过安装在纺丝组件上的喷丝头在竖直固化浴10中纺丝，从而变成细丝。在 所述竖直固化浴10中固化的细丝通过水洗装置20，从而可通过水除去其中 含有的NMMO，不留任何NMMO组分。

然后，在干燥装置30中干燥通过水洗装置20的细丝，并通过卷绕所 述细丝获得最终的莱赛尔纤维。

下面将参考附图2更详细地描述水洗装置。本发明的水洗装置20中的 水洗区由上下部的水平辊，和下部水平辊下方的水洗溶液的容器组成。因 此，水洗装置20可用作具有多个水洗区域的多区水洗装置。水洗区的数量 可以是3到10。细丝通过水洗装置的时间和纺丝速度相应，可为30秒钟到 90秒钟。

此外，将没有任何NMMO组分的水供给第一最终水洗区并喷在通过辊 的细丝束上以除去细丝中含有的NMMO。然后，将水引至第二最终水洗区 并喷在通过辊的细丝上以除去细丝中含有的任何残留NMMO。然后，水流 向倒数第二个最终水洗区。然而，水洗过程不局限于喷涂法，或者可使用 在通过辊时将细丝束浸入水洗浴的水洗溶液中的发放，和多种其他洗涤方 法。

在一系列过程后，在第一水洗区收集的洗涤液含有大量NMMO。洗涤 液中含有的NMMO通过回收至固化浴或回收装置而再循环。在第一水洗区 中收集的洗涤液中含有的NMMO的量根据供给最终水洗区的水量而变化， 并对得到的纤维的物理性质有影响。

根据一个实施方案，在第一水洗区收集的洗涤液的NMMO的量可调节 至3-25重量％。

此外，在水洗装置的最终水洗区的NMMO浓度可等于或小于200ppm。

莱赛尔细丝纱线可通过干燥装置30在100到200℃的温度下在大气压 下干燥。

另外，纺丝溶液可通过下列方法制备：使纤维素在NMMO和水(以90∶ 10到50∶50的范围内的重量比混合)的混合溶剂中膨胀，和从混合溶剂中除 去水使得混合溶剂含有以93∶7-85∶15的范围内的重量比混合的NMMO和水 和7-18重量％的纤维素。然而，这些混合溶剂的重量比范围和纤维素的重 量％仅作举例，因此本发明不局限于上述设置。

如上所述，本发明的莱赛尔纤维可通过S捻(顺时针捻)和Z捻(逆时针 捻)过程和粘合剂涂布过程制成轮胎帘线的形式。在这一点上，在S捻和Z 捻过程中的捻数可为200-600TPM。涂布于莱赛尔纤维的粘合剂可以是常 规的用于轮胎帘线的粘合剂，也可以是RFL溶液。粘合剂的干燥温度和热 处理条件基于常规过程条件设置。上述轮胎帘线制造方法可按需变化，因 此本发明不局限于上述方法。

下面描述本发明的实施例。本发明不应视为受限于此处阐述的下列实 施例。提供这些实施例在于使得本公开彻底和完整，并将向本领域技术人 员充分表达本发明的原理。

比较实施例1

通过在120℃在饱和蒸气压下将1666丹尼尔的人造丝(SUPPER III， CORDENKA Co.Ltd.的产品)浸入高压釜10分钟进行润湿处理。获得润湿 处理前的人造丝，和在润湿处理后在130℃在大气压下干燥2小时并在标准 条件下(25℃，65％RH)放置2小时的人造丝，并重复试验5次以获得物理 性质的平均值。结果示于表1。

实施例1-8

通过使用图1所示的纺纱机制造莱赛尔纤维。

将纤维素片(α-纤维素含量等于或大于96％：V-81，Buckeye Company) 装入具有筛滤器的粉碎机并粉碎成粉末。将纤维素粉末储存在浆料粉末储 存容器中。将纤维素粉末和液相NMMO(89℃，13％水分含量，进给速度 ＝6,000g/小时)注入螺旋转速为120RPM，温度为80℃的双轴挤出机(螺旋直 径(D)＝48mm，L/D＝52)的进料部分。在通过捏和部件和溶解部件的同时 纤维素粉末和液相NMMO的混合物变成均匀溶液。通过安装喷丝头(直径＝ 0.2mm，开口数＝1,000)的纺丝组件在竖直固化浴10中纺丝所述均匀溶液。 通过水洗装置20中没有任何NMMO组分的水除去固化浴10中的固化的细 丝中的NMMO。如图2所示，水洗装置20含有上下部的水平辊，和下部 水平辊下的水洗液的容器。在本发明的实施例中，使用具有十个水洗区的 水洗装置。在本发明的实施例中，调节洗涤液的进料量使得在实施例1，2， 3，4，5，6，7，和8中，第一水洗区中收集的洗涤液分别含有3，6，10， 12，15，17，20，和25重量％的NMMO。此后，通过在干燥装置30中干 燥获得细丝并卷绕所述莱赛尔细丝。

通过在120℃在饱和蒸气压下将1750丹尼尔的所述莱赛尔细丝浸入高 压釜10分钟进行润湿处理。获得润湿处理前的莱赛尔细丝，和在润湿处理 后在130℃在大气压下干燥2小时并在标准条件下(25℃，65％RH)放置2 小时后的莱赛尔细丝，并重复试验5次以获得物理性质的平均值。结果示 于表1。

比较实施例2-3

按照和实施例1到8相同地进行比较实施例2和3，除但洗涤液的进料 量调节为使得在第一水洗区收集的洗涤液含有1重量％的NMMO(比较实 施例2)和30重量％的NMMO(比较实施例3)。

通过在120℃在饱和蒸气压下将比较实施例2到3的1750丹尼尔的所 述莱赛尔细丝浸入高压釜10分钟进行润湿处理。获得润湿处理前的莱赛尔 细丝，和在润湿处理后在130℃在大气压下干燥2小时并在标准条件下 (25℃，65％RH)放置2小时后的莱赛尔细丝，并重复试验5次以获得物理 性质的平均值。结果示于表1。

[表1]

如表1所示，实施例1到8的莱赛尔纤维每个含有3-25重量％的 NMMO，即使在对它们浸渍进行润湿处理后，保持或改进了其强度，并保 持了未处理的莱赛尔纤维的80％或以上的伸长度和模数。

另一方面，润湿处理后的比较实施例1的人造丝纤维的强度和模数与 处理前的物理性质相比急剧降低，如表1所示。因此，可以注意到，人造 丝纤维的韧性因水分严重变差，且尺寸稳定性因过度的高伸长度显著减低。 另外，从比较实施例2和3可以注意到，本发明范围外的NMMO含量使莱 赛尔纤维的强度，伸长度，和模数变差。

实验实施例

通过常规方法对实施例1到8和比较实施例1到3的莱赛尔纤维测量 晶体性质(密度，结晶度(Xc)，晶体取向(Fc)，晶体尺寸(ACS)，和双折射率)， 结果示于表2和3。

[表2]

[表3]

如表3所示，和比较实施例1(人造纤维)和比较实施例2-3(NMMO的 含量不在本发明范围内)相比，根据本发明实施例1到8的莱赛尔纤维在高 温和高压条件下显示优越的结晶度(Xc)，晶体取向(Fc)，和晶体尺寸(ACS)。 另外，本发明莱赛尔纤维的晶体性质高于未处理的莱赛尔纤维，如表2所 示。特别地，本发明的晶体取向(Fc)为99％或以上。

根据本发明，由于莱赛尔纤维用特定的水洗条件制造，和现有技术的 人造丝相比，改进了晶体性质，即使它在高温和高压条件下经润湿处理和 干燥处理，且在标准条件下测量的伸长度和模数保持在未处理的莱赛尔纤 维的80％或以上。因此，本发明莱赛尔纤维改进用于轮胎帘线时即使在汽 车高速行驶期间的苛刻条件下轮胎帘线的尺寸稳定性。

尽管上面已详细描述了本发明的示例性实施方案，但应清楚地理解， 对此处讲授的基本发明原理的许多变化和/或修改仍落入通过权利要求定 义的本发明精神和范围内。