第一节  概述

一、橡胶制品中使用的纤维品种及结构特点

纤维材料在橡胶制品中使用非常普遍，是橡胶制品增强的主要骨架材料之一。在橡胶制品中最早使用的纤维是棉纤维，其次是人造丝，尼龙纤维出现后就取缔啊了棉纤维和人造丝在橡胶中的应用，成为橡胶制品中最主要的骨架材料。随着对橡胶制品的性能要求的不断提高，新型合成纤维的开发取得突破性的进展，强度更高的聚酯纤维和芳纶纤维的出现，使得橡胶制品的承重耐高压能力大大提高，在轮胎、胶管、胶带领域得到了广泛的应用。另外，耐热性、阻燃性优异的玻璃纤维也在要求苛刻的橡胶制品中得到广泛应用。

1、纤维的分类

2、各种纤维的结构特点

（1）棉纤维：是纤维素纤维的一种，比较短（10~15mm），帘线的强度主要靠纤维之间的捻合在一起的摩擦力作用，所以棉帘线的强度只有其纤维强度的55%~58%。由于其化学组成为纤维素，纤维素表面含有大量的-OH，带有极性，具有比较高的化学反应性，表表面活性高，且表面粗糙，表面有许多绒毛和纤维素末端。在动态疲劳情况下，棉帘线的纤维之间会逐渐松动散开，，不仅降低捻合作用和帘线的强度，而且由于摩擦生热会进一步降低帘线的强度。所以棉帘线的动态疲劳强度比人造丝连线要低7~12倍。

（2）人造丝：纤维长，帘线的强度主要由纤维的强度来决定，器强度为纤维强度的72%。人造丝纤维表面比较光滑，纤维端头少，含有适量的-OH，化学活性比较低，与橡胶的粘合效果不及棉纤维。

（3）尼龙纤维：聚酰胺纤维，含有基团；表面光滑，端头少，末端含有少量的-OH、-COOH，与橡胶之间的粘合比人造丝难。尼龙纤维的强度高，耐疲劳性好，但热收缩变形大，使用前要进行热伸张处理。

（4）聚酯纤维：纤维表面非常光滑，含基团，活性低，表面上是由在分子量末端含有少量的-OH，表面具有疏水性，与橡胶之间的粘合非常困难，需要对纤维进行特殊处理。聚酯纤维的扯断强度高，定负荷伸长率小，变形小，耐冲击性能和耐热性好，吸水性低，但易胺解、水解，耐光性差，生热高。

（5）芳纶纤维：芳香族聚酰胺纤维，其酰胺键的85%以上与两个芳香族基直接结合。 ，虽然酰胺键有一定的活性，单被苯环屏蔽，所以反应活性很低，表面非常光滑，与橡胶的粘合非常困难。但芳纶纤维的轻度是同直径钢丝的6~7倍，耐疲劳性比钢丝好很多，尺寸稳定性好，滞后小。与橡胶的亲和性优于钢丝，可代替钢丝在轮胎中的应用，其应用效果取决于芳纶纤维与橡胶的粘合效果。

二、橡胶与纤维的粘合原理

1、纤维的表面性质:

①多孔性。由纤维捻成的帘线或织成的布，有许多缝隙；

②极性。各种纤维表面均含有极性基团，具有极性；

③吸附性。和其他固体一样，纤维表面也有一定的吸附性；

④化学吸附性。有些纤维，如棉纤维、人造丝、尼龙纤维表面含有较多的可反应基团，尤其是棉纤维，如-OH、-COOH 、；有些纤维，如聚氨酯纤维，芳纶纤维，含有极少数的-OH或-COOH ，虽然、具有一定的化学反应性，但被苯环屏蔽，化学反应性很低，是化学惰性表面。玻璃纤维表面由-Si-O-,-Si-OH等基团，具有一定的化学反应性。

2、橡胶与纤维的粘合原理

橡胶与纤维之间的粘合作用主要表现为以下几种：

（1）机械粘合。橡胶向纤维的缝隙中扩散和渗透，形成钉合、锚合、嵌合。树根固定等机械作用。这是橡胶与纤维的=粘合的主要作用之一。由于固体橡胶的粘合度较高，流动性较差，橡胶向纤维缝隙中国扩散和渗透作用不是很充分，缝隙中还存在有部分空气，形成相界面层，所以直接用橡胶与纤维粘合，效果并不理想。

（2）物理粘合。由于许多纤维表面带有极性，并含有-OH、-COOH、-NH-等基团。当橡胶与纤维表面充分接近时，有较强的物理吸附作用，橡胶中含有-OH，含氧基团，含氮基团等还可与纤维表面的-OH、-COOH、-Si-OH形成氢键，进一步增加哦吸附性。但由于聚酯，芳纶纤维表面的-OH、-COOH数量极少，极性基团、被苯环屏蔽，橡胶中的极性分子很难与其发挥作用，所以橡胶与聚酯，芳纶纤维粘合时，物理粘合作用较弱。对棉纤维、人造丝、尼龙纤维，玻璃纤维，物理粘合作用较强，成为粘合作用力之一。

（3）化学粘合。对橡胶与棉纤维，人造丝纤维、尼龙来说，由于表面具有一定的化学反应（-OH、-COOH），较容易与橡胶中的配合剂或橡胶分子链发生化学作用，形成化学键，容易突现牢固而持久的粘合。所以橡胶与棉纤维、人造丝、尼龙纤维较容易突现牢固的粘合。玻璃纤维表面的Si-O—Si基团可以被空气中的水蒸气水解成-Si-OH，-Si-OH具有与醇-OH类似的化学反应性，所以也具有较高的化学反应性，用偶联剂来处理玻璃纤维表面，就可以突现偶联剂分子与玻璃纤维表面的-OH反应。偶联剂分子还与橡胶分子反应。因而可以突现橡胶与玻璃纤维布之间牢固的粘合。举止和芳纶纤维由于表面化学反应性很低，除了末端的-OH可发生极少的化学作用，其他地方均不与橡胶发生化学作用。所以橡胶直接与聚酯、芳纶纤维粘合，几乎没有化学粘合，因此粘合效果很差。为了改善橡胶与聚酯、芳纶纤维之间粘合性，必须对聚酯和芳纶纤维进行表面改性处理，如浸带有多种反应基团的浸胶液，等离子体处理，γ-射线处理，超声波处理等，使其表面带有可反应的基团。然后再与橡胶粘合。因此，橡胶与各种纤维之间要突现牢固粘合，主要还是依靠化学粘合。

为了增强橡胶与纤维之间的机械粘合、物理粘合与化学粘合作用，需要对各种纤维进行浸胶或涂胶处理，并在胶料添加一些可与浸胶纤维表面的基团能反应的物质，提高粘合效果。

三、橡胶与纤维的粘合方法

（一）纤维浸胶法

该方法是将各种纤维在各自对应的浸胶液中浸泡一段时间，然后干燥，使纤维的缝隙、孔洞和表面充满或附着一层浸胶液层，来提高橡胶与纤维粘合效果。该法是提高橡胶与各种纤维材料粘合效果最常用的方法。浸胶液的配方组成、浸胶工艺即胶料配方、硫化工艺是决定粘合效果的关键因素。对不同的纤维材料，浸胶液的配方组成不一样，浸胶工艺也有差别。纤维浸胶法有一步法和两步法两种。一步法，浸胶过程只浸一次，两步法需浸两次，第一次浸激活剂液，干燥后第二次浸RFL浸渍液。

1、提高浸胶纤维材料与橡胶之间粘合强度的方法

为了提高浸胶纤维材料与橡胶之间的粘合强度，一方面要提高浸胶层与纤维之间、浸胶层与橡胶之间在粘合界面上的相互作用力；另一方面还要控制浸胶层的模量或定伸应力，改善纤维-橡胶界面上的应力分布状态，减小界面上的剪切应力作用（即模量过渡）。

（1）增加纤维与浸胶层上分子之间的相互作用力的方法：

①在浸胶液中加入极性物质，如白朊，酪素等含蛋白质物质，同时加入促进剂更能提高界面分子间作用。

②在浸胶液的乳化大分子中引入极性基团，如-COOH，吡啶基（）等，即使用羧基胶乳和乙烯基吡啶胶乳。

③在帘线表面涂浸皂剂使表面皂化（活化），加大胶层与帘线间的接触面积。

④在胶乳中加入炭黑分散体，胶层与帘线间的紧密程度。

⑤使两相分子间在界面上发生化学结合。如在浸胶液中加入酚醛树脂，封端的异氰酸酯等，能同时与纤维和橡胶发生化学反应。

⑥对表面活性低的纤维表面进行化学改性；提高其表面化学反应性，如化学接枝、等离子体处理、γ-射线处理、超声波处理等。

（2）适当提高浸胶层的模量的方法：

①在浸胶液中加入间苯二酚甲醛树脂。

②调整浸胶液中间苯二酚与甲醛的比例

③在浸胶液中加炭黑、白炭黑分散体。

2、常用的浸胶液

目前，常用的浸胶液主要有：

①天然胶乳或合成胶乳中加入15%~25%的间苯二酚-甲醛树脂溶液，简称RFL浸渍液。如果胶乳成为NRL,适合于棉纤维的浸胶；如果胶乳为合成胶乳与乙烯基吡啶共聚胶乳（如丁吡胶乳、丁苯吡胶乳），适合于人造丝、尼龙纤维的浸胶；

②天然胶乳中加入脲醛树脂或白朊、酪素等蛋白质类增粘物质；

③RFL+Rp树脂溶液，适于聚酯纤维的浸胶；（H-7浸胶液）

④RFL+异氰酸酯溶液，异氰酸酯以包覆异氰酸酯，封端异氰酸酯，异氰酸酯二聚体的形式加入。

⑤RFL+偶联剂，适于玻璃纤维的浸胶。

⑥RFL+三聚氰酸三烯丙酯（含铅丹）溶液（N3浸渍体系）：适于聚酯纤维的浸胶。

⑦RFL+环氧树脂/异氰酸酯液，适于聚酯纤维的浸胶。

3、浸胶方法

不同的纤维与橡胶的粘合效果不一样，需要采用不同的浸渍体系及不同的浸胶方法。对大多数纤维来说，只需要浸一次就可以达到较好的粘合效果，对聚酯、芳纶、玻璃纤维等，需要浸二次胶，才可满足粘合要求，所以浸胶方法有一步法和两步法两种。

（1）一步法

纤维材料只需浸一次RFL（或RFL+其他增粘剂）浸渍液的方法。该法是先按浸渍液的配方组成采取适当的方法配制浸渍液，然后将纤维布进入浸渍液，再提出干燥。棉、人造丝、尼龙只需浸一次RFL液即可，聚酯和芳纶的一步法浸渍，浸渍液中除了RFL外，还要加未用的增粘树脂如Rp（Pexul）树脂、异氰酸酯等，玻璃纤维的一步法浸渍，浸渍液中除RFL外，还需加硅烷类偶联剂。

(2)两步法

对聚酯、芳纶纤维、玻璃纤维等难粘的纤维材料，有时采用两步法浸渍粘合效果良好。该法是先将聚酯或芳纶纤维在纺丝后浸激活剂液，使其表面带有可反应的官能团，干燥后再浸RFL液。两步浸渍法可以明显提高橡胶与聚酯、芳纶纤维的粘合效果。

激活剂主要有：环氧化合物、甘油缩水醚、双氰氨、可溶性聚氨酯、双酚A二环氧化合物、丙三醇-多聚缩水甘油醇酯-三乙醇胺混合液、环氧化合物的非树脂季胺盐、多官能团三嗪等。

（二）涂胶液法

将橡胶、树脂等组分与有机溶剂组成的胶液涂敷于织物的表面，除溶剂，然后再与橡胶结合，这是最早的粘接方法之一。目前仍在使用，多用于制造胶布、....