[发明专利]聚酯长丝、聚酯轮胎帘线及其生产工艺

说明书

本发明涉及工业用聚酯长丝及由该长丝制成的轮胎帘线。具体地讲，本发明涉及由于增加了热尺寸稳定性和强度以及低吸缩率而具有改进的耐疲劳性的聚酯长丝、轮胎帘线及所述长丝的生产工艺。

通常，耐纶、人造丝、聚酯等纤维是被用作橡胶轮胎增强材料的典型例子。由于耐纶纤维的固有特性，耐纶轮胎帘线具有比其它材料高的强度及韧性，通常用于卡车、公共汽车等一些车的偏压轮胎。由于人造纤维的固有特性，人造轮胎帘线具有低收缩率以及良好的热尺寸稳定性，并通常用在客车的高速子午线运行轮胎中。

然而，耐纶轮胎帘线由于其低模量特性以及高收缩率而具有差的尺寸稳定性，另外由于其玻璃化转变温度(Tg)低，它具有平点。在把人造纤维制成轮胎帘线后，人造纤维轮胎帘线也具有低模量特性，并且其强度急剧下降。

由于耐纶及人造轮胎帘线所存在的这些缺陷，所以聚酯轮胎帘线被广泛地使用。

已用在轮胎中的现有技术聚酯纤维其分子结构具有苯环及刚性分子链。所以，由聚酯长丝制成的轮胎帘线具有良好的弹性模量及良好的耐疲劳性，并具有很少的平点、极好的抗蠕变性以及极好的耐用性。由于这些理由，聚酯轮胎帘线已广泛地用在客车的子午线轮胎中。

然而，尽管普通聚酯轮胎帘线具有上述优点，但它们还是存在这样的问题：由于滞后效应，其特性易随温度而变化。特别是，当加热时，普通的工业高强度聚酯纤维通常会明显收缩。

此外，当把工业聚酯纤维加到轮胎的橡胶基体中之后，当轮胎在使用期间转动时，在每次轮胎转动中纤维被拉伸且松弛。另外，内轮胎气压使纤维处于受压力状态，且在轴向载荷或受应力时，尤其在不平滑表面上，轮胎转动引起重复的应力变化。

由于拉伸纤维期间消耗的能量比其松弛期间恢复所需的能量多，该能量差以热消耗掉了。人们称之为滞后或工损失。在转动轮胎过程中，已观察到温度显著增加，这种现象至少部分归因于这种纤维的滞后效应。

用来生产轮胎帘线而进行橡胶处理所用的普通橡胶溶液中所含的水分及胺导致由产热而引起的特性变化，并且当羧基末端基团含量高时，增加了所述的变化，从而导致强度及耐疲劳性的显著降低。

近些年来，由于广泛地开发和使用具有高性能的子午线轮胎，因此对具有优越性能、尤其是优于耐纶或人造轮胎帘线所具有的性能的聚酯轮胎帘线的需要增加了。所以，已经对通过使由于滞后效应而产生的热减至最小来提高耐疲劳性的聚酯轮胎帘线的开发进行了研究。

用来提高聚酯纤维的耐疲劳性的现有技术方法集中在通过减少聚酯中的羧基含量来增加稳定性的化学方法以及这样一种方法，即，拉伸用特性粘度(Ⅳ)相对低的聚酯生产的或通过高速纺丝工艺生产的高取向未拉伸丝。

日本专利公开昭54-132696及54-132697目的在于增加化学稳定性，它们公开了通过减少羧基含量来抑制由于热生成引起的热解而产生的性能恶化。通过与脂族聚酯共聚或与脂族聚酯熔融混合从而减少羧端基含量的这种做法其优点在于：非晶态部分迁移的增加引起热生成减少，使热降解减少，从而提高了耐疲劳性。但在这种方法中，不能获得高结晶聚酯纤维，并且材料的强度以及初始弹性模量总是低的。因此，增加了制成纤维的收缩性，并且所获得的产品不是高质量的轮胎帘线。此外，通过添加链端封接剂来减少端基含量，其缺点在于降低了聚合度并增加了成本。

USP4,101,525及4,195,052目的在于提供增加热稳定性的方法，它们公开了通过高速纺丝来增加非晶态部分中的分子链的迁移来改进耐疲劳性。在该工艺中，尽管提高了耐疲劳性，但非晶态分子链长度是不规则的而且较长，并且松弛的分子链同时存在，因此，强度损失高。此外，在纤维内层与外层之间的性能产生差异，因而可拉伸性减少。由于微结构存在缺陷，在纤维的这些部分产生的物理性能的总变化是很大的。

用长丝生产轮胎帘线的现有技术工艺例如日本专利公开昭61-12952公开了一种轮胎帘线，其强度至少为7.0g/d，非晶态部分中的吸收峰值温度为148-154℃，干燥收缩率为3.3～5％，其生产工艺为：对具有1.0特性粘度、1.0摩尔％的二甘醇含量、10eg/10⁶g的羧基含量的聚酯以2,000～2,500米/分的速度进行纺丝，以获得未拉伸丝，在约160℃下拉伸未拉伸丝，在210～240℃下热处理并且把所获得的纱线浸在普通橡胶溶液中。