纺织纤维增强橡胶基体复合材料广泛应用于传动带、输送带、轮胎以及胶管等工业橡胶制品中,其中以轮胎制品最为常见。轮胎远比本身看上去复杂的多,整体上轮胎可以视作骨架增强材料和橡胶基体组合的有机体,骨架材料作为轮胎的受力部件承受着外界各种作用力和维持轮胎在运行过程中的尺寸稳定性和安全性能;橡胶基体起到保护骨架材料和传递外力的作用。单一纤维帘线材料因自身或性能或价格的劣势,无法实现满足多层次的需求,复合纤维帘线结合了不同组分纤维的性能特征,实现材料功能和效应的最优化。本课题通过对高模低缩聚酯纤维的形态结构和大分子链排列进行设计获得一种具有尼龙特征的新型聚酯基纤维帘线,在小变形区域具有常规聚酯帘线高模量高尺寸稳定性的特点,同时在大变形区域内具有尼龙帘线高断裂伸长率高耐疲劳性能的特点,赋予新型聚酯帘线具有两种纤维帘线的复合性能。主要研究内容和结论如下:高模低缩聚酯纤维在高速纺丝成型过程中,纤维聚集态结构的形成和发展演变对纤维的热力学性能起到决定性作用。采用广角X射线衍射仪(WAXD),小角X射线散射仪(SAXS),动态力学分析仪(DMA),差示扫描量热分析仪(DSC)和Instron力学测试仪等表征方法对聚酯纤维在成型纺丝线上聚集态结构和热力学性能的演变进行了研究,结果表明:聚酯纤维熔融纺丝成型过程中,纤维大分子链在温度场和应力场作用下沿着纤维轴向取向排列,纤维形成结晶,纤维内部结构由低序态向高序态转变。未牵伸丝在气流阻力和惯性力作用下,初步形成结晶结构,未牵伸丝在后序进一步的牵伸和热作用下,纤维大分子链的取向进一步增加,纤维结晶结构逐步完善,结晶度增加,同时晶粒和大分子链间的缠结点起到物理连接点作用形成稳定的网状结构,纤维的强度和模量增加的同时纤维样品的热收缩明显下降;拉伸后的样品经过热定形处理,在进一步提高纤维样品的热稳定性的同时,由于纤维在成型过程中已经形成稳定的网络结构,纤维的模量和断裂强度并没有出现明显的下降。聚酯纤维在纺丝线上形成的特殊聚集态结构,赋予了聚酯纤维具有高模量高强度和低热收缩的特点。在对高模低缩聚酯纤维纺丝成型过程研究的基础上,获得一种性能更为优异的新型高模低缩聚酯纤维,并对该新型聚酯纤维的形态结构和浸胶后整理过程进行研究和实验设计(DOE),进而制备出一种具有尼龙特征的新型聚酯基帘线(简称新型聚酯帘线)。纤维帘线的捻度不仅可以改善纤维之间的抱合性能,对纤维帘线的断裂强度和断裂伸长率有重要影响,同时对纤维帘线的耐疲劳性能以及与橡胶基体的粘合性能也有显著的作用。聚酯纤维表面极性基团较少与橡胶基体粘合性能较差,需要进行“二浴”浸胶后整理,在浸胶后整理过程中,聚酯帘线可以获得与橡胶基体良好的粘合性能,同时聚酯纤维在温度场和应力场作用下,纤维内部结晶结构进行重组获得更为稳定的结晶,通过控制纤维大分子链的取向排列,赋予新型聚酯帘线具备尼龙帘线的特征。对具有尼龙特征的新型聚酯帘线静态力学性能和与橡胶基体的静态粘合性能进行探讨,研究表明:具有尼龙特征的新型聚酯基帘线66.6 N的定负荷伸长(模量)和尺寸稳定性指数(DSI)介于常规聚酯帘线和尼龙帘线之间;断裂伸长率为21.7%远高于常规聚酯帘线的16.2%,略低于尼龙帘线的断裂伸长率(约为23.5%),高模量高尺寸稳定性有利于轮胎的操控性能,而高伸长率可以提高轮胎的抗冲击性能,新型聚酯帘线结合了常规聚酯帘线和尼龙帘线的优势性能。新型聚酯帘线和常规聚酯帘线都是聚酯基帘线,因此两者具有同等水平的橡胶基体粘合性能;在常规硫化条件下,具有尼龙特征的新型聚酯基帘线与尼龙帘线具体同等水平的粘合力,在高温条件下,其粘合力低于尼龙帘线,这是由于材料本身特性所决定的,但都能满足实际需求。纤维帘线作为轮胎的骨架材料,承受着周期性交变应力,纤维帘线的动态性能更能反映实际应用状态。研究表明:具有尼龙特征的新型聚酯基帘线动态复合模量和不同温度下的动态尺寸稳定性指数均介于常规聚酯帘线和尼龙帘线之间,这与其静态性能具有相同趋势。动态圆盘疲劳实验显示在压缩率为25%之前,具有尼龙特征的新型聚酯基帘线和常规聚酯帘线以及尼龙6帘线三者的耐疲劳性能相接近,但在超过此压缩率后,常规聚酯帘线的耐疲劳性能急剧下降,而具有尼龙特征的新型聚酯基帘线与尼龙6帘线的耐疲劳性能相接近;同时该实验也表明提高纤维帘线的捻度有利于提高其动态耐疲劳性能。动态曲挠疲劳实验显示在样品表面温度为85℃之前,具有尼龙特征的新型聚酯基帘线和尼龙6帘线的动态粘合性能相接近,但超过此温度后,其动态粘合性能低于尼龙6参照帘线,这与其静态粘合性能研究相一致。最后,通过摩托车轮胎和全地形(ATV)轮胎实验对具有尼龙特征的新型聚酯基帘线的性能进行验证,采用尼龙帘线作为对照试验,研究表明:具有尼龙特征的新型聚酯基帘线的高模量高尺寸稳定性特点赋予轮胎具有较好的操控性能,同时有利于降低摩托车轮胎的滚动阻力,降低对燃料的损耗,促进轮胎的环保绿色发展。