第一層的一些合適的熱塑性材料包括聚酰胺、共聚酰胺、聚酯、共聚酯、聚碳酸酯、聚酰亞胺和其他可取向的熱塑性聚合物。在一個實施方式中，第一層包含聚酰胺、聚酯、和/或它們的共聚物。在一個實施方式中，第一層包含聚酰胺或聚酰胺共聚物。在一些應(yīng)用中優(yōu)選聚酰胺，因為它們具有高強度、高模量、高的保持溫度的性能以及疲勞性能。在另外的實施方式中，第一層包含聚酯或聚酯共聚物。在一些應(yīng)用中優(yōu)選聚酯，因為它們具有高模量，低收縮和優(yōu)異的溫度性能。
[0038]在一個實施方式中，條帶元件10的第一層12是聚酯和尼龍6的混合物。聚酯優(yōu)選聚對苯二甲酸乙二醇酯。采用聚酯是因為其高模量和高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度溫度，由此導(dǎo)致聚酯用于輪胎簾線和橡膠補強簾線中，主要歸因于其耐接地點扁平化的性質(zhì)。采用尼龍6有很多原因。其比尼龍66更容易加工。在這些實施方式中采用尼龍6的主要原因之一是用作粘合促進劑。尼龍6具有表面基團，間苯二酚-甲醛膠乳可以通過熱固性酚醛樹脂基團與其形成主要的化學鍵。該混合物是物理的混合物，而不是共聚物，并且聚酯和尼龍6彼此不混溶。在一個實施方式中，聚酯和尼龍6的粉末或皮(pelts)以未融化的狀態(tài)簡單混合，以形成后面進料至擠出機的混合物。從該物理混合物擠出的條帶元件提供良好的與橡膠的粘合性和高模量。
[0039]而且，尼龍6聚合導(dǎo)致一定量的未反應(yīng)單體內(nèi)酰胺，其作為引起聚酯和尼龍6的可混溶性的共聚單體。亞甲基-酯的相互作用可以使二元混合物在發(fā)生相分離之前耐受亞甲基含量的大的差異。在亞甲基含量有很大差異的混合物中(如在本發(fā)明中)，如果混合物的鏈段相互作用參數(shù)小于臨界值，可能發(fā)生熵驅(qū)動的混溶性。不可避免輕微的相分離和相分離元件的結(jié)晶；但是大多數(shù)條帶元件似乎可均勻地混溶。不優(yōu)選采用尼龍66是因為在聚酯中相對低體積分數(shù)的尼龍66就發(fā)生大的相分離。這可以歸因于多個原因。尼龍66比尼龍6的聚合度高。其次，尼龍66的結(jié)晶速率比尼龍6高得多。這歸因于以下事實:尼龍66具有對稱排列，可以比尼龍6的鏈容易得多地合并至晶格中，而尼龍6的鏈必須被包裹在反向平行的鏈中以便于完全的氫鍵結(jié)合。
[0040]對于采用特定方法有助于擠出和拉伸混合的聚合物，也有特別的原因。如前所述，不能避免輕微量的相分離。如果擠出物的尺寸太小，如同采用單絲和復(fù)絲紡絲孔一樣，元件可以是不可拉伸和不可擠出的。對于為什么這在該特定方法中不是問題的原因在于其類似于拉伸膜的方法，其中狹縫模具開口非常大，從而可以容忍小程度的相分離和這些相的結(jié)晶，而不導(dǎo)致完全分離的區(qū)域。
[0041]在一個實施方式中，聚酯和尼龍6的混合物包含約50至99重量％的聚酯和約50至I重量％的尼龍6。更優(yōu)選地，聚酯和尼龍6的混合物包含約60至95重量％的聚酯和約40至5重量％的尼龍6。最優(yōu)選地，聚酯和尼龍6的混合物約70至90重量％的聚酯和約30至10重量％的尼龍6。位于上述范圍之外的重量比會引起在擠出物淬滅罐中出現(xiàn)過多的相分離和結(jié)晶，導(dǎo)致元件與主要的擠出物分離。超出這些范圍的重量比需要特殊的相容劑，例如過量的內(nèi)酰胺共聚單體和共聚酯。
[0042]在一個實施方式中，優(yōu)選條帶元件的拉伸比為至少約5，模量為至少約2GPa，并且密度為至少約1.2g/cm3。在另外的實施方式中，第一層的拉伸比為至少約6。在另外的實施方式中，第一層的模量為至少約3GPa或至少約4GPa。在另外的實施方式中，第一層的密度為至少約1.3g/cm3并且模量為約9GPa。優(yōu)選具有高模量的第一層，因為其在應(yīng)用中，例如在輪胎的輪胎簾線、冠帶層、覆層或胎體層中具有更好的性能。優(yōu)選這些條帶元件具有較低的密度，從而獲得較低的重量。具有空穴的纖維通常傾向于具有比它們的不具有空穴的類似物低的密度。
[0043]在一個實施方式中，條帶元件包括第二層，如圖4中所示。圖4顯示了條帶元件10，條帶元件10具有帶有上表面12a和下表面12b的第一層；以及位于第一層12的上表面12a上的第二層14。如圖5所示，可以有位于第一層12的下表面12b上的另外的第三層16。雖然顯示第二層14和第三層16位于作為矩形橫截面條帶元件的纖維10上，但是第二和/或第三層可以位于任何形狀的纖維上。如果第二層14和第三層16應(yīng)用于不具有平坦側(cè)的纖維，那么將圓周的上半部分定義為“上”表面，并且將圓周的下半部分定義為“下”表面。
[0044]在例如共擠出的方法中，可以與第一層同時形成任選存在的第二層14和第三層16，或者在例如涂布的方法中，可以在形成第一層12之后施加任選存在的第二層14和第三層16。第二和第三層優(yōu)選含有與第一層相同類型的聚合物，但是也可以含有另外的聚合物。在一個實施方式中，第二和/或第三層含有聚合物嵌段異氰酸酯聚合物。第二和第三層14、16可以有助于將纖維粘結(jié)至橡膠。優(yōu)選地，第一層12的熔融溫度(Tni)大于第二層14和第三層16的Tn0
[0045]在一個實施方式中，條帶元件含有多個空穴。圖5顯示了具有含有多個空穴20的第一層12的纖維10。圖6是含有空穴的纖維的一個實施方式的橫截面放大50，000X的顯微照片。這里采用〃空穴〃表示缺乏加入的固體和液體物質(zhì)，但是空穴〃可能保護氣體。盡管通常接受具有空穴的纖維可能不具有用作橡膠制品中的補強所需的物理性能，但是已經(jīng)顯示顯示具有空穴的纖維具有一些獨特的優(yōu)點。首先，在纖維中存在空穴可以替代聚合物物質(zhì)。這意味著這些纖維的密度會低于它們的不具有空穴的類似物。空穴的體積分數(shù)可以確定百分比，由此，該纖維的密度會低于聚合物樹脂。第二，空穴用作待注入具有空穴的層/具有空穴的纖維的粘合促進劑的氣囊，由此提供錨定效果。第三，在例如疲勞的情況下，這些空穴的形狀可以控制裂縫前緣擴展。在涉及拉伸和/或壓縮載荷的循環(huán)疲勞情況下，裂縫擴展的表面過大會減少應(yīng)力損失特性。對于構(gòu)成纖維12的第一層12的熱塑性聚合物，在透支層進行鏈取向和伸長的過程中，高剪切流動導(dǎo)致存在聚合物耗竭區(qū)域或空穴。空穴可以存在于條帶元件10的層12、14、16中的任意或所有層。此外，穩(wěn)定層312可以含有一些不具有空穴的纖維空穴和一些具有空穴的纖維。
[0046]空穴20典型地具有針狀形狀，這意味著空穴垂直于纖維長度的橫截面的直徑比空穴的長度小得多，這歸因于纖維的單軸取向。該形狀歸因于條帶元件10的單軸拉伸性質(zhì)。
[0047]在一個實施方式中，條帶元件中的空穴的量為約3至20體積％。在另外的實施方式中，條帶元件中的空穴的量為約3至18體積％、約3至15體積％、5至18體積％，或約5至10體積％。密度與空穴體積成反比。例如，如果空穴體積為10%，那么密度減少10%。由于典型地在較高的拉伸比(其導(dǎo)致較高的強度)下觀察到空穴的增加，密度的減小導(dǎo)致纖維的比應(yīng)力和比模量增加，這在許多應(yīng)用中，例如在高性能輪胎補強中是期望的。
[0048]在一個實施方式中，形成的空穴尺寸的直徑為約50至400nm，更優(yōu)選100至200nm，并且長度為約I至6微米，更優(yōu)選約2至3微米。
[0049]在單軸拉伸過程中不需要額外的材料就可以形成條帶元件10中的空穴20，這意味著空穴不含有任何引起空穴的顆粒。相信取向是產(chǎn)生條帶元件中的空穴的驅(qū)動因素。相信半熔融材料之間的滑動導(dǎo)致形成空穴。空穴的數(shù)量密度取決于聚合物元件的粘彈性。沿著取向條帶元件的橫斷寬度的空穴的均勻性取決于在拉伸過程中整個聚合物元件是否已經(jīng)沿加工方向被取向。已經(jīng)觀察到，為了使整個聚合物元件在拉伸過程中被取向，需要將熱量從加熱元件(這可以是水、空氣、紅外線和電等等)有效傳遞到聚合物纖維。傳統(tǒng)地，在使用熱空氣對流加熱的工業(yè)方法中，將聚合物條帶元件取向并且仍然保持工業(yè)速度的一個可行的方法是限制聚合物纖維的寬度和厚度。這意味著當從狹縫模具擠出聚合物條帶元件時，或者當從膜模具(film dies)中擠出聚合物，然后在取向之前切成窄的寬度時，可以更容易地實現(xiàn)沿加工方向完全取向。
[0050]在另外的實施方式中，條帶元件10包含引起空穴的顆粒。引起空穴的顆?？梢允侨魏魏线m的顆粒。引起空穴的顆粒保留在最終的條帶元件中，并且根據(jù)得到的條帶元件的期望的物理性能選擇顆粒的物理性能。當在第一層12中存在引起空穴的顆粒時，該層的應(yīng)力(例如單軸取向)傾向于增加或拉長由顆粒引起的該缺陷，導(dǎo)致在該缺陷周圍在取向方向上拉長空穴?？昭ǖ某叽绾妥罱K物理性能取決于取向、溫度和拉伸速度、結(jié)晶動力學、和顆粒尺寸分布的程度和平衡。顆?？梢允菬o機或有機的，并且可以具有任何形狀，例如球形、板狀、或不規(guī)則的。在一個實施方式中，引起空穴的顆粒的量為纖維的約2至15重量％。在另外的實施方式中，引起空穴的顆粒的量為纖維的約5至10重量％。在另外的實施方式中，引起空穴的顆粒的量為第一層的約5至10重量％。
[0051]在一個優(yōu)選實施方式中，引起空穴的顆粒是納米粘土(nanoclay)。在一個實施方式中，納米粘土是有機粘土(cloisite)，10%的粘土的橫向尺寸小于2 ym，50%小于6 ym和90%小于13ym。納米黏土的密度為約1.98g/cm3。在一些應(yīng)用中可以優(yōu)選納米粘土，原因有很多。首先，納米粘土具有良好的與許多聚合物的混溶性，聚合物特別是聚酰胺。第二，由于在加工方向上優(yōu)選的取向，推測納米粘土的高的長徑比改善許多機械性能。在一個實施方式中，納米粘土的量為約5至10重量％的纖維。在另外的實施方式中，納米粘土的量為第一層的約5至10重量％。圖8A是含有空穴和引起空穴的顆粒的纖維的一個實施方式的橫截面放大20，000X的顯微照片，顯示了一些空穴的直徑測量，圖8B是含有空穴和引起空穴的顆粒的纖維的一個實施方式的橫截面放大20，000X的顯微照片，顯示了一些空穴的一些長度測量。
[0052]條帶元件10的第二和第三層14、16可以具有空穴或者基本上不具有空穴。不具有空穴的皮層(第二和第三層14、16)可以有助于控制第一層12中的空穴的尺寸和濃度，這是由于皮層降低擠出過程在位于內(nèi)部的第一層12上的邊緣效應(yīng)。在一個實施方式中，第二和/或第三層14、16包含引起空穴的顆粒、空穴和表面裂縫，而第一層12包括空穴但不包含引起空穴的顆粒.
[0053]再回到圖6，在另外的實施方式中，條帶元件10在條帶元件10的至少一個最外表面(上表面10a或下表面10b)上包含裂縫40。如果條帶元件10僅包括第一層，條帶元件10的上表面10a相應(yīng)于第一層12的上表面12a，并且條帶元件10的下表面10b相應(yīng)于第一層12的下表面12b。裂縫也可以存在于第二和/或第三層14，16中，如果存在的話，形成條帶元件10的最外表面。圖9是具有裂縫的纖維的一個實施方式的表面放大1，000X的顯微照片。圖10是具有裂縫的纖維的一個實施方式的表面放大20，000X的顯微照片。
[0054]裂縫，也稱為凹處、溝或凹槽，沿條帶元件10的長度在單軸取向方向上取向。這些裂縫的平均尺寸在300 y m至1000 y m的大約任何數(shù)值變化，頻率為約5-9裂縫/_2，如圖11所示，放大100，000X。當纖維表面存在缺陷時，在拉伸或取向過程中形成裂縫。在一些實施方式中，納米粘土顆?；驁F聚的納米粘土顆?？梢哉T使缺陷。如果聚合物元件中存在納米粘土顆粒，在誘導(dǎo)的裂縫前緣周圍和沿著該前緣在加工取向方向上的擴展周圍發(fā)生聚合物元件的取向，導(dǎo)致形成裂縫。
[0055]在一個實施方式中，由引起空穴的顆粒形成裂縫。優(yōu)選地，由納米粘土的引起空穴的顆粒形成裂縫。盡管典型地觀察到表面缺陷例如裂縫作為條帶元件的缺陷，并且將其最小化或者消除，已經(jīng)顯示當嵌入橡膠中，當穩(wěn)定織物312中的條帶元件涂布有粘合促進劑時，具有裂縫40的條帶元件10呈現(xiàn)出優(yōu)異的對橡膠的粘合性能。盡管不被任何具體理論限制，相信粘合促進劑至少部分地充滿和填充裂縫，形成錨定并且改善條帶元件與橡膠之間的粘結(jié)。實際上，當測試時，在條帶元件與橡膠之間的粘結(jié)不足之前，橡膠與其自身的內(nèi)聚力不足。
[0056]在另