常用的合成短钎维有尼龙、聚酯、芳纶、玻璃纤维等,常用的天然纤维类有美国孟山都公司生产的纤维素纤维。各类纤维的优缺点如下;
(1)尼龙。尼龙的优点是强力高、耐热、耐疲劳;缺点是弹性模数低而促使纤维伸长,不耐光氧化面光滑,不利于与其它聚合物的粘合。
(2)聚酯。近年来,聚酯纤维在国内外获得了较为广泛的应用,这种纤维的动态模量、弹性模数和高温性能均比尼龙纤维好,其缺点是呈化学惰性、表面光滑,因此与其它聚合物难以粘合。
(3)芳族聚酰胺(芳纶)纤维。这种纤维的拉伸强度约是聚酰胺和聚酯纤维的3倍,弹性模数则比聚酰胺高约10倍以上,其强度和模数远比其它补强纤维高,但这种纤维价格高,产量小。据报道,在轮胎中添加l-3份芳纶短纤维可大大提高轮胎的性能,特别是延长了轮胎的磨耗寿命。目前轮胎公司正在进行研发工作,成吨地试用这种短纤维。日本一家公司计划在2006年年初将芳纶短纤维补强轮胎面市。芳纶短纤维能使制品性能远远超过目前的水平。据介绍,在载重轮胎胎面胶中加入1-3份芳纶短纤维可以大大提高耐切割和抗崩花掉块性能,并对滞后和生热产生显著影响。轮胎试验结果表明,耐久性能提高18%-20%,生热降低1%,在不同速度下滚动阻力降低10%-25%,从而减少了油耗。
(4)玻璃纤维。采用这种纤维可以得到很高的初始长径比,但这类纤维很脆,在加工过程中很容易断裂,因而长径比会急剧降低,补强效果也就很差,再者其表面缺乏反应性,因此很难达到与基质的良好粘合。
(5)纤维素纤维。这种纤维是美国孟山都公司为补强橡胶而专门研制的一种高长径比的短纤维,其纤维长度短 (平均长度1.5mm),且呈带状结构,故厢挠性能好,在加工过程中不断裂,具有较高的粘合强度。这种纤维经过预处理,在橡胶中分散良好,并提高了纤维和橡胶间的粘合性能。国内外对各种短纤维补强做了大量的研究比较,认为美国孟山都公司的纤维素纤维在加工、成本及使用性能诸方面有明显的优点,是至今以短纤维形式补强的最好材料,其理由如下:(a)材料来源。目前生产的玻璃纤维和有机纤维均为连续长丝,在加入橡胶之前,必须切短到所要求的长度,既费工又费时,导致加工成本增加。面纤维岩纤维矽乎矽长度为1.5mm,平均形状系数为120,完全符合加工要求。(b)补强效果。当纤维形状系数(长度与有效直径之比)为100-200时,对橡胶基质的补强效果最佳。尼龙和聚酯之类长丝的直径一般为20-30μm,欲达到上述形状系数,长度必须为3-5mm,而实际上,这类纤维还是太长,加工时它们会相互缠结,难以使它们分离和其后的取向,所得试样表面粗糙,在工厂生产时,压延比较困难,难免会出现撕裂现象。玻璃纤维的直径一般为8μm,纤维长度很容易达到2-4mm,所产生的形状系数很理想,但由于这类纤维很脆,在加工过程中很容易断裂而成为0.2-0.4mm长的纤维,形状系数仅为25-50,因而补强效果很差。纤维素纤维能满足对短纤维的所有要求。这些纤维混入橡胶胶料中其形状系数基本保持不变,因此补强效果最好。(c)粘合效果。尼龙、聚酯和玻璃纤维呈化学惰性,与橡胶的粘合强度均很差,必须对其进行表面处理,以提高纤维和橡胶的粘合强度,纤维素纤维则是事先经过预处理的一种纤维,它与橡胶之间的粘合性能最好。总之,纤维素纤维组分单一,具有足够高的机械性能,材料易得,价格不高,故被公认为短纤维补强材科中的佼佼者。
(6)芳纶短纤维浆粕。杜邦公司研究出了把对位芳纶短纤维浆粕分散到胶料中去的方法,这种尝试最终开发出了把浆粕分散到弹性体基材中的新的独特技术平台。对位芳纶浆粕补强弹性体最初用在动力传动胶带中,后来选择重型载重轮胎胎面胶料配方作为研究对象,以确定浆粕掺加量和炭黑用量对胶料性能的影响。研究表明,在工程轮胎胎面胶料中添加对位芳纶短纤维浆粕可延长轮胎的工作寿命。通过调节胶料配方中炭黑用量和芳纶短纤维浆粕添加量,能在胶料硬度不发生显著提高的前提下,改善其耐撕裂性,获得较;高的模量。其具体优点如下:(a)在需要对胶料进行补强的情况下,可以用对位芳纶浆粕来补强胶料,其效果是非常好的;(b)对位芳纶短纤维浆粕对胶料的补强效能大大优于其它诸如炭黑和白炭黑之类的普通补强材料;(c)采用传统的加工工艺能使胶料获得高度的各向异性;(d)胶料的滞后性能几乎不受对位芳纶短纤维浆粕添加量的影响;(e)胶料的应力-应变性能和声辐射试验数据表明,在应变达到40%时,短纤维与橡胶之间存在缔合作用;(f)把对位短纤维浆粕添加到轮胎胎面胶料中可以改善胎面的抗撕裂性能;(g)对位芳纶短纤维浆粕可以对低应变-恒应力的轮胎胶料提供补强作用。