专利名称：用于轮胎的基于碳-纤维的增强元件的生产方法图1是本发明在纤维的处理过程中纤维路径的示意图；图2和3是简明的透视图，其详细描述了根据本发明的用于开松纤维的两种不同的装置。本发明实施方式已经提及，本发明涉及加工用于嵌入橡胶制品(例如同步皮带或轮胎)内部，获得纵向增强成分的碳纤维的方法。正如图1所示的那样，处理线上实行的该方法可包括三个单独区，即◆第一区(1)，进行浸渍或粘合；◆第二区(2)，将来自第一区(1)的纤维进行加捻或复捻；和◆第三区(3)，对于某些应用，将复捻的纤维进行补充加工。更确切地说，将所使用的碳纤维从粗纱线架(10)上放出，碳纤维在粗纱线架(10)上缠绕、无捻，如同球状，或在筒管(11)上。所使用的粗纱线架具有一个张力控制装置，有利的是，其可为一个松紧调节臂。从粗纱线架上放出的纤维(12)的张力必须足够高，以使得纤维在下述的延展过程中开松，但是不能超过界限，在该界限之上，纤维保持组合在一起并且甚至会出现某些长丝断裂的危险。所使用的碳纤维可以有极大的变化，并且，例如，线性密度可以为198特-1700特，每根纤维的长丝数目在3000-24 000之间。在图1例举说明的实施方案中，将从粗纱线架(10)上放出的纤维进入到浸渍浴(13)中。穿过浸渍浴(13)之后，纤维(14)经受了使得构成纤维的不同长丝分离并且并排延展的开松操作。不同装置可以完成该纤维的开松，例如在图2和3中所示的。因此，如图2中所示，这种装置包括三个固定的形成一展平机的棒(15，16，17)。可以调节直径(φ1，φ2，φ3)和分开的两个连续棒间的距离(d1，d2)，以确保纤维适当开松。所以可以根据所使用纤维的类型，特别是线性密度和每根纤维的长丝数目，调节不同长丝(19)和棒之间产生摩擦的区域。
当然，本发明不局限于图2所示的实施方案，其中开松装置包含三个棒，而且其还包括使用一个或多于两个棒的可供选择的一些实施方式。
在图3中示出了另一个可供选择的用于开松纤维装置的实施方案。这种装置主要包括两个位于两个能够自由转动的辊(22，23)之间的固定板(20，21)。这两个板材(20，21)具有摩擦不同长丝(26)的边缘(24，25)。将两边缘加工成型，第一边缘(24)是凹的，第二边缘(25)是凸出的。摩擦长丝的边缘的曲率半径(R1，R2)大约是10-50mm。
根据线性密度和每根纤维的长丝数目，两个板材(20，21)之间的距离(d)、它们的厚度e1和e2和凹边(24)和凸边(25)的相对位置，以及施加于长丝(26)路径的角度均是可调节的。
当然，本发明不局限于图3所示的实施方案，其中开松装置包括两个板材，而且其还包括使用一个或多于一个板材或板材与棒相组合的可供选择的实施方式。
已经提及，优选如图1示进行开松纤维的操作，也就是完全在浸渍浴(13)内，但是也可以在恰好纤维进入浸渍浴以前开始，以便于开始延展长丝。继续在浸渍溶液内开松纤维，当长丝在溶液中时延展长丝。然后充分利用浸渍溶液的润滑效应，在此阶段中分开的长丝均在棒或板材上摩擦。
在开松形成平行长丝的网之后，纤维继续沿其路径通过浸渍浴(13)。然后将其送入到模具(18)，模具(18)将不同长丝集束成为接近圆形截面的纤维(19)，并且擦拭纤维除去过量浸渍的溶液。
模具(18)具有可调节的直径。可用剥离辊替代。
然后，将纤维送入垂直或水平的烘箱(30)中。烘箱(30)通过强制对流运行。干燥箱的目的是除去仍然在纤维上的浸渍溶液中的水。
在图1所示的实施方案中，干燥箱(30)设置在固化炉(31)的上游区，固化炉的温度使得浸渍在纤维中的残留间苯二酚-甲醛-胶乳的部分固化。
固化也可以与干燥共同进行，暴露在足够高的温度下确保水汽的蒸发和固化。因此，干燥和固化可以在一个烘箱中进行。
离开干燥和/或固化箱后，将处理的纤维(33)加捻。为了使得不同的不能与其它成一线的长丝采取主体取向，加捻操作优选在高张力下进行。在一些应用中，证明有益的是集合加捻之后的不同纤维，并将其复捻。对于一些用途，特别是用于同步皮带，纤维可以在第三区(3)接受附加处理，该附加处理为将纤维在溶剂介质中用粘合剂浸渍，然后蒸发溶剂。
更确切地说，第二浸渍出现在，如图1所示，将经过复捻的纤维(40)经过部分浸于在溶剂介质中的粘合剂(42)中的涂覆辊(41)。纤维通过涂覆辊(41)后，通过除去过量第二浸渍液的擦拭辊(43)。因此，涂覆的纤维然后进入蒸发溶剂的干燥箱(45)。离开烘箱，纤维(46)可以再用相同在溶剂介质中的粘合剂通过用类似装置(47)浸渍，接着最后干燥。然后，将纤维卷起(48)以备使用。
下面描述对于多种浸渍溶液和多种调整的八个特定例举实施例。
实施例1使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-400HB 40D 6K，相当于400特综合线性密度的纱线并且包含6000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是20克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为39毫米，它们都浸于浸渍溶液中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·53.2升去离子水，·0.9升30.5％Vaissière Favre牌的氢氧化钠，·5.8升37％Vaissière Favre牌的甲醛，·22.2千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号为R-2170(75％浓度)的PENACOLITE-第二部分B的组成为·400千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD VP106胶乳(40％)，·43升20.5％由Vaissière Favre出售的氨水，·34千克由Heveatex出售的NEVEAMUL M111B蜡(45％)，·200千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD SB2108(40％)，和·100升去离子水。
为了获得以备使用的浸渍溶液，将所获得的混合物稀释，至固体含量为317克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约20米/分。离开浸渍浴时，纱线穿过直径为0.81毫米的模具。
然后，纤维穿过温度为280℃的固化炉。烘箱的长度是3米。离开烘箱，纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的19％(干重)。
因此在张力大于0.5千克的条件下，加捻获得70捻回/米的纤维。
由此获得的纤维具有下列机械性能断裂负荷42.40千克；断裂伸长率1.46％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.79％。这些纤维特别适合于加入到轮胎中。
实施例2使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是45克。每个纤维由三个直径为1毫米的棒延展，其排列成底边20毫米和高8毫米的等腰三角形，一个在浸渍槽之前几厘米，和两个间距34毫米直径为1毫米的棒浸于浸渍槽中。
浸渍溶液与实施例1相同，将固体含量调节为330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约20米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以20米/分的速度通过固化炉。烘箱的温度是280℃。烘箱的长度是3米。离开烘箱，纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.4％(干重)。
因此加捻所获得的纤维是80捻回/米，在张力大于0.5千克的条件下。
由此所获得的纤维具有下列机械性能断裂负荷99.10千克；断裂伸长率2.75％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率1.27％。这些纤维特别适合于加入到轮胎中。
实施例3使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-4 00HB 40D 6K，相当于400特综合线性密度的纱线并且包含6000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是50克。每个纤维由三个直径为1毫米的棒延展，排列为一个底边是20毫米和高是8毫米的等腰三角形，一个在浸渍槽之前几厘米，和两个间距34毫米直径为1毫米的棒浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的组成为·36升去离子水，
·286千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％甲醛然后，加入18千克由Heveatex出售的HEVEAMUL M-111b蜡(45％)。
为了生产最终的浸渍溶液，将上述混合物稀释，使固体含量为330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约40米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为0.81毫米的模具，然后再以40米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以40m/min的速度通过固化炉。固化炉的温度是267℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的20.4％(干重)。
将由此获得的纤维成对集束，以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。两纤维集束是Z-捻，一纤维集束是S-捻。
然后，将获得的复捻纱线进行附加处理。因此，复捻纱线在约1千克张力下放出。用包含8.1％的由Henkel出售的CHEMOSIL X2410组合物在二甲苯中的溶液中浸渍。浸渍之后，纤维通过长8米，温度为90℃的烘箱。纱线通过烘箱的速率是18米/分。纱线在同等状态之下，第二次浸渍。
由此，获得了具有下述机械性能的纤维(由于生产分散，性能不一致取决于加捻方向的不同)Z-捻断裂负荷74.90千克；断裂伸长率1.21％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.56％；S-捻断裂负荷70.93千克；断裂伸长率1.28％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.62％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例4所使用的纤维与实施例3相同。从粗纱线架上传递出的纤维张力是30克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为39毫米，它们都浸于涂覆槽中。
浸渍溶液与用于实施例3的相同，将固体含量调节用于330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约20米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为0.81毫米的模具，然后再以20米/分的速度通过固化炉；烘箱的温度是180℃。烘箱的长度是3米。离开烘箱，纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的19.8％(干重)。
与实施例3获得的纤维一样进行捻转，不过仅在张力接近20千克的条件下进行。
然后，将获得的复捻纱线进行与实施例3相同的附加处理。
这样就获得了具有下述性能的纤维Z-捻断裂负荷77.00千克；断裂伸长率1.14％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.51％；S-捻断裂负荷85.99千克；断裂伸长率1.26％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.57％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例5使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
浸渍溶液与实施例3相同。
纤维通过浸渍浴的速率是大约40米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以40米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以40米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是249℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.5％(干重)。
将由此所获得的纤维以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行与实施例3中相同的附加处理。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷93.10千克；断裂伸长率1.40％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.63％；S-捻断裂负荷115.10千克；断裂伸长率1.55％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.69％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例6使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的组成为·64升去离子水，·143千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和·115千克由Lord Corporation出售的CHEMLOK E0872；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛然后，加入18千克由Heveatex出售的HEVEAMUL M-111b蜡(45％)。
纤维通过浸渍浴的速率是大约30米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以30米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是249℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的18.3％(干重)。
将由此所获得的纤维以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行与实施例3中相同的附加处理。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷97.9千克；断裂伸长率1.74％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.72％；S-捻断裂负荷105.2千克；断裂伸长率1.81％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.74％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例7使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre牌的脲；-第二部分B的组成为·38.6升去离子水，·143千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和·115千克由Goodyear Chemicals出售的PLIOCORD VP106胶乳(40％)；和-第三部分C的组成为
·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛。
然后，加入下列·18千克由Heveatex出售的HEVEAMUL M-111b蜡(45％)。
·8.7千克来源于芳族胺(60％)的抗氧剂；和·17.5千克由Degussa出售的DERUSSOL 345炭黑。
纤维通过浸渍浴的速率是大约30米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以30米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是249℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.3％(干重)。
将由此所获得的纤维以80捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行与实施例3中相同的附加处理。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷108.43千克；断裂伸长率1.79％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.82％，S-捻断裂负荷109千克；断裂伸长率1.67％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.73％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例8使用的纤维是由Tenax Fibers GmbH&Co.KG出售的牌号为TENAXUTS 5631 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力大约100克。延展由两个直径为5毫米设置在浸渍槽中的棒提供。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，
·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre的脲；-第二部分B的组成为·36升去离子水，·286千克由Nippon Zeon出售的Zetpol B胶乳；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛。
固体含量是330克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约15米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为0.81毫米的模具，然后再以15米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是120℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以15米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是230℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的17.7％(干重)。
将由此所获得的纤维以60捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行附加处理。因此，并捻纱线在约1千克张力下放出。用包含8.1％的由Henkel出售的CHEMOSIL X2410组合物在二甲苯中的溶液中浸渍。浸渍之后，纤维通过长8米，温度为90℃的烘箱。纱线通过烘箱的速率是18米/分。纱线在同等状态之下，第二次浸渍。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷102.39千克；断裂伸长率1.85％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.96％；S-捻转断裂负荷84.94千克；断裂伸长率1.64％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.83％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
实施例9
使用的纤维是由Toray出售的牌号为TOPAYCA-700 GC 4 12K，相当于800特综合线性密度的纱线并且包含12000根长丝。从粗纱线架上传递出的纤维张力是100克。每根纤维均通过两个直径为1毫米的棒延展，棒分开的距离为34毫米，它们都浸于浸渍槽中。
通过混合获得浸渍溶液-第一部分A组成为·36升去离子水，·4升20.5％Vaissière Favre牌的氨水，·10千克由Indspec Chemical Corp.出售的牌号R-2170(75％浓度)的PENACOLITE，·27.2千克41％Vaissière Favre的脲；-第二部分B的组成为·230.4千克由Lord Corporation出售的CHEMLOK E0872胶乳；和-第三部分C的组成为·16升去离子水，·3.2千克Vaissière Favre牌的37％的甲醛。
然后，加入28.8千克由Nagase出售的DENABOND。
为了获得以备使用的浸渍溶液，将所获得的混合物稀释，使之固体含量为240克/千克。
纤维通过浸渍浴的速率是大约30米/分。离开浸渍浴，纱线通过直径为1.1毫米的模具，然后再以30米/分的速度通过干燥箱。干燥箱的温度是146℃。干燥箱的长度是3米。离开干燥箱，纤维再以30米/分的速度通过固化炉。固化炉的温度是285℃。固化炉的长度是5米。纤维具有了涂层，该涂层相当于固化的浸渍溶液材料的量，表示为大约纱线的10％(干重)。
将由此所获得的纤维以60捻回/米加捻。加捻操作在张力接近50千克的条件下进行。一根纤维Z-捻，一根纤维S-捻。
然后，将获得的加捻纱线进行附加处理。因此，加捻纱线在约1千克张力下放出。用包含8.2％的由Compounding Ingredient Limited出售的CILBOND 80组合物在二甲苯中的溶液浸渍。浸渍之后，纤维通过长8米，温度为90℃的烘箱。纱线通过烘箱的速率是18米/分。纱线在同等状态之下，第二次浸渍。
这样就获得了具有下列机械性能的纤维Z-捻断裂负荷126.27千克；断裂伸长率1.81％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.66％；S-捻断裂负荷118.47千克；断裂伸长率1.72％；负荷是断裂负荷的30％时的伸长率0.64％。
这些纤维特别适合于加入到同步皮带中。
显而易见由上述本发明的方法获得的纤维比现有纤维的拉伸强度要好。而且，该纤维的起始低张力伸长率明显小于经观察的现有纤维。因此，这些纤维尤其可作为增强元件用于橡胶同步皮带、轮胎和管料。


一种基于复丝碳纤维的纵向增强元件的制备方法，用于引入基于橡胶的制品之中。所述方法包括下述步骤，其中将无捻的碳纤维浸入到包含间苯二酚－甲醛树脂和橡胶胶乳溶液的浸渍浴中，接着干燥浸渍的纤维，然后将干燥的纤维加捻。本发明的方法，其特征在于还包括在浸渍步骤中，通过延展组成之的长丝开松碳纤维，因此浸渍时每根纤维具有增加的表面积。