BR112021016266A2

BR112021016266A2 - Cabo de aço para reforço de borracha

Info

Publication number: BR112021016266A2
Application number: BR112021016266-6A
Authority: BR
Inventors: Aijun Zhang; Haidong XI; Wei Zhou
Original assignee: Nv Bekaert Sa
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-10-13
Also published as: CN211921804U; JP2022521950A; EA202192354A1; KR20210127732A; US20220097454A1; CN111607869A; CN111607869B; WO2020173759A1; EP3931392A1

Abstract

cabo de aço para reforço de borracha. a presente invenção refere-se a um cabo de aço com uma construção de m+n. o cabo de aço compreende um primeiro grupo de filamentos de núcleo apresentando um número de m e um segundo grupo de filamentos de bainha apresentando um número de n, o segundo grupo e o primeiro grupo sendo torcidos um ao redor do outro com o mesmo passo de torção e a mesma direção de torção, em que os filamentos de núcleo não são torcidos uns com os outros, os filamentos de núcleo são paralelos ou têm um passo de torção que é superior a 300 mm, e os filamentos de bainha têm um passo de torção menor ou igual a 30 mm, os filamentos de núcleo têm uma resistência à tração média tc em mpa quando desenrolados do dito cabo de aço, os filamentos de bainha têm uma resistência à tração média ts em mpa quando desenrolados do dito cabo de aço, e tc e ts satisfazem: 5 <(tc-ts) <200. a invenção provê um cabo de aço com alta carga de ruptura e alta eficiência de produção sem aumento de custo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CABO DE AÇO PARA REFORÇO DE BORRACHA".

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a um cabo de aço para reforço de borracha. A invenção também se refere a um artigo de borracha reforçado por tal cabo de aço.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[0002] O cabo de aço é amplamente utilizado para reforçar artigos de borracha, tais como pneus, mangueiras, correias transportadoras, etc., uma vez que o cabo de aço pode prover resistência e flexibilidade suficientes para um artigo de borracha.

[0003] Recentemente, o pneu verde tornou-se uma tendência, pois é mais leve e pode economizar mais energia. Como um reforço do pneu, o cabo de aço que consiste em filamentos de aço com alta resistência à tração é desenvolvido adequadamente, uma vez que a alta resistência à tração do filamento de aço pode trazer carga de ruptura suficiente com diâmetro do filamento de aço mais fino, sendo assim diminuídos o diâmetro e o peso do cabo de aço. O uso de cabos de aço mais finos e mais leves torna o pneu mais fino e leve.

[0004] No entanto, os filamentos de aço com alta resistência à tração são difíceis de serem processados como sendo torcidos para ser um cabo de aço, uma vez que a maior resistência à tração leva a um maior problema de fratura durante o processamento.

[0005] O documento US5616197 descreve um pneu de caminhão reforçado por um cabo de aço do tipo U+T. Os filamentos de aço com uma super resistência à tração e a estrutura de correia com design especial fazem com que o pneu tenha um peso reduzido.

[0006] O cabo de aço do tipo U+T apresenta os filamentos U que são destorcidos e paralelos e os filamentos T que são torcidos como um grupo com os filamentos U com o mesmo comprimento de torção e direção de torção. No entanto, na produção de cabos de aço, esse tipo de cabo de aço tem uma alta relação de fratura do filamento de aço durante a produção, o que leva a uma baixa eficiência de produção.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0007] O objetivo principal da invenção é o de solucionar o problema acima mencionado.

[0008] O segundo objetivo da invenção é o de prover um cabo de aço com alta carga de ruptura e alta eficiência de produção sem aumento de custo.

[0009] O terceiro objetivo da invenção é o de prover um pneu reforçado com cabo de aço com alta carga de ruptura e alta eficiência de produção sem aumento de custo.

[0010] De acordo com a invenção, é provido um cabo de aço com uma construção de m+n. O cabo de aço compreende um primeiro grupo de filamentos de núcleo com um número de m e um segundo grupo de filamentos de bainha com um número de n, o segundo grupo e o primeiro grupo sendo torcidos um ao redor do outro com o mesmo passo de torção e a mesma direção de torção, em que os filamentos de núcleo não são torcidos uns com os outros, os filamentos de núcleo são paralelos ou têm um passo de torção que é superior a 300 mm, e os filamentos de bainha têm um passo de torção que é menor ou igual a 30 mm, os filamentos de núcleo têm uma resistência à tração média Tc em MPa quando desenrolados do dito cabo de aço, os filamentos de bainha têm uma resistência à tração média Ts em MPa quando desenrolados do dito cabo de aço, T e Ts satisfazem: 5 <(Tc- Ts) <200.

[0011] O cabo de aço da invenção tem uma alta eficiência de produção com baixa relação de fratura do filamento de aço durante a produção do cabo de aço enquanto a carga de ruptura do cabo de aço é mantida e o custo do cabo de aço não é aumentado.

[0012] Para fabricar um cabo de aço m+n em que os filamentos de núcleo são destorcidos entre si, e os filamentos de núcleo são paralelos ou têm um passo de torção superior a 300 mm, o número de torções nos filamentos de núcleo é maior que o número de torções nos filamentos de bainha, uma vez que os filamentos de núcleo são colocados fora do berço da máquina de agrupamento enquanto os filamentos de bainha são colocados dentro do berço da máquina de agrupamento. Portanto, os filamentos de núcleo são mais fáceis de serem rompidos do que os filamentos de bainha. Particularmente quando a resistência à tração dos filamentos de núcleo for de super tração, isto é, acima de 4100-2000xDMPa, os filamentos de núcleo se romperão mais. A invenção soluciona o problema de fratura do filamento de aço, tornando a resistência à tração dos filamentos de núcleo um pouco maior do que os filamentos de bainha, a carga de ruptura do cabo de aço sendo mantida sem aumento de custo no meio tempo. A maior resistência à tração dos filamentos de núcleo pode resistir à maior tensão de cisalhamento de torção que é gerada de tantas torções, e isso faz com que a ruptura dos filamentos de núcleo seja reduzida na produção do cabo de aço. No entanto, se a diferença entre Tc e Ts for muito alta, ou seja, superior a 200MPa, isso levará a um custo de produção extra, uma vez que essa maior resistência à tração é obtida principalmente com o aumento do teor de carbono do filamento de aço ou com o ajuste da composição do filamento de aço que leva a custo mais alto, e essa não é a expectativa do inventor. Por outro lado, uma diferença de resistência à tração demasiadamente alta entre os filamentos de núcleo e os filamentos de bainha, isto é, maior do que 200 MPa, levará a uma maior fratura durante o processamento do cabo, conforme mencionado acima.

[0013] Ao observar os filamentos de núcleo após os filamentos de bainha serem cortados, qualquer uma das duas observações reflete que os filamentos de núcleo não estão torcidos entre si: 1) não há sobreposição entre quaisquer dois filamentos de núcleo; neste caso, os filamentos de núcleo são considerados paralelos; 2) o passo de torção dos filamentos de núcleo é medido em mais de 300 mm de acordo com GBT33159-2016.

[0014] Preferivelmente, os filamentos de bainha têm um passo de torção na faixa de 5 a 30 mm.

[0015] Preferivelmente, Tc e Ts satisfazem: 10 <(Tc-Ts) <100 mais preferencialmente, 10 <(Tc-Ts) <150, mais preferencialmente, 10 <(Tc- Ts) <100 ou mesmo 15 <(Tc-Ts) <60.

[0016] Preferivelmente, os filamentos de aço, incluindo os filamentos de núcleo e os filamentos de bainha, apresentam a mesma composição de aço.

[0017] A resistência à tração do filamento de núcleo ou do filamento de bainha é preferivelmente não alta demais, uma vez que a resistência à tração muito alta levará a uma menor ductilidade e a mais fraturas do filamento. Preferivelmente, 3800-2000xDc <Tc <4300-2000xDc, sendo Dc o diâmetro médio dos filamentos de núcleo. Preferivelmente, 3800- 2000xDs <Ts <4300-2000xDs, sendo Ds o diâmetro médio dos filamentos de bainha.

[0018] Todos os filamentos do cabo de aço, incluindo os filamentos de núcleo e o os filamentos de bainha têm o diâmetro uniforme. Devido à precisão da produção, o diâmetro de cada filamento, seja o filamento de núcleo ou o filamento de bainha, não pode ser absolutamente igual aos outros, a invenção definindo, portanto, que Dc é substancialmente igual a Ds e "substancialmente igual" significa que a diferença entre Dc e Ds está dentro de +/- 0,005 mm, e, neste caso, considera-se que todos os filamentos do cabo de aço têm o diâmetro uniforme. Durante o processo de torção para formar um cabo de aço, o cabo de aço irá suportar uma alta tensão, se o diâmetro do filamento de núcleo for maior do que o diâmetro do filamento de bainha, a distribuição da tensão se tornar uniforme, e os filamentos de núcleo suportarem mais tensão, isso fazendo com que o os filamentos de núcleo sejam muito fáceis de serem rompidos, o que não é desejado. Portanto, para a presente invenção, o diâmetro do filamento de núcleo é igual ao diâmetro do filamento de bainha.

[0019] Preferivelmente m é maior do que n. Mais preferivelmente, m é 3 ou 4. Esta construção tem um melhor desempenho de penetração de borracha.

[0020] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é provido um pneu. Um pneu compreende a camada de correia, a camada de carcaça, a camada de banda de rodagem e um par de porções de talão, a camada de correia e/ou a camada de carcaça sendo embutidas com pelo menos um cabo de aço da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS NOS DESENHOS

[0021] A Figura 1 mostra um processo de fabricação de cabo de aço m+n.

[0022] A Figura 2 mostra a primeira concretização de cabo de aço 4+3. MODO(S) PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0023] Os filamentos de aço para cabos de aço são feitos de fio- máquina.

[0024] O fio-máquina é primeiramente limpo por descalcificação mecânica e/ou por decapagem química em solução de H2SO4 ou HCl para remover os óxidos presentes na superfície. O fio-máquina é então enxaguado em água e seco. O fio-máquina seco é então submetido a uma primeira série de operações de trefilação a seco a fim de reduzir o diâmetro até um primeiro diâmetro intermediário.

[0025] Neste primeiro diâmetro intermediário D1, por exemplo, em cerca de 3,0 a 3,5 mm, o fio de aço trefilado a seco é submetido a um primeiro tratamento térmico intermediário, denominado de patenteamento. Patentear significa primeiro austenitizar até uma temperatura de cerca de 1000°C seguida por uma fase de transformação de austenita em pearlita a uma temperatura de cerca de 600 - 650°C. O fio de aço está então pronto para deformação mecânica adicional.

[0026] Depois disso, o fio de aço é adicionalmente trefilado a seco do primeiro diâmetro intermediário D1 até um segundo diâmetro intermediário D2 em um segundo número de etapas de redução de diâmetro. O segundo diâmetro D2 varia tipicamente de 1,0 mm a 2,5 mm.

[0027] Neste segundo diâmetro intermediário D2, o fio de aço é submetido a um segundo tratamento de patenteamento, ou seja, sendo austenitizado novamente a uma temperatura de cerca de 1000°C e depois temperado a uma temperatura de 600 a 650°C para permitir a transformação em perlita.

[0028] Se a redução total na primeira e na segunda etapas de trefilação a seco não for muito grande, uma operação de trefilação direta poderá ser feita do fio-máquina até o diâmetro D2.

[0029] Após este segundo tratamento de patenteamento, o fio de aço é geralmente provido com um revestimento de latão: cobre é revestido no fio de aço e zinco é revestido no cobre. Um tratamento de difusão térmica é aplicado para formar o revestimento de latão. Alternativamente, o fio de aço pode ser provido com um revestimento de liga ternária, incluindo cobre, zinco e um terceiro metal de cobalto, titânio, níquel, ferro ou outro metal conhecido.

[0030] O fio de aço revestido de latão é então submetido a uma série final de reduções de seção transversal por meio de máquinas de trefilação a úmido. O produto final é um fio de aço com um teor de carbono acima de 0,60 por cento em peso, por exemplo, superior a 0,70 por cento em peso, ou superior a 0,80 por cento em peso, ou mesmo superior a 0,90 por cento em peso, com resistência à tração normalmente acima de 2000 MPa, por exemplo, acima de 3800-2000xD (HT) Mpa, ou acima de 4100-2000xD MPa (ST) ou acima de 4400- 2000xD (UT) MPa (D é o diâmetro do fio de aço final, ou seja, D é Dc ou Ds) e adaptado para o reforço de produtos de elastômero.

[0031] Fios de aço adaptados para o reforço de pneus normalmente têm um diâmetro final variando de 0,05 mm a 0,60 mm, por exemplo, de 0,10 mm a 0,40 mm. Exemplos de diâmetros de fio são 0,10 mm, 0,12 mm, 0,15 mm, 0,175 mm, 0,18 mm, 0,20 mm, 0,22 mm, 0,245 mm, 0,28 mm, 0,30 mm, 0,32 mm, 0,35 mm, 0,38 mm, 0,40 mm.

[0032] A Figura 1 mostra o processo de fabricação de um cabo de aço m+n. O cabo de aço é feito pela máquina do tipo agrupamento. Dois filamentos de núcleo 105 são colocados fora do berço 135 da máquina de agrupamento e dois filamentos de bainha 110 são colocados dentro do berço 135 da máquina de agrupamento. Primeiro, os dois filamentos de núcleo 105 são desembalados e guiados para passar através da polia 115 e da polia 120; depois disso, os dois filamentos de núcleo formam um fio; os dois filamentos de bainha 110 são desembalados e, em seguida, os dois filamentos de bainha 110 como um grupo são torcidos com o fio dos dois filamentos de núcleo 105 na polia 125 e na polia 130 para formar um cabo; depois, o cabo é submetido a uma falsa torção e então é recolhido em um carretel. O segundo grupo de filamentos de bainha e o primeiro grupo de filamentos de núcleo são torcidos um ao redor do outro com o mesmo passo de torção e a mesma direção de torção, em que os filamentos de núcleo não são torcidos uns com os outros, os filamentos de núcleo são paralelos ou têm um passo de torção que é maior do que 300 mm, os filamentos de bainha têm um passo de torção que é menor ou igual a 30 mm. Durante o processo de agrupamento, os filamentos de núcleo são submetidos a quatro torções, incluindo duas torções na direção S na polia 115 e na polia 120 e duas torções na direção Z na polia 125 e na polia 130, em que os filamentos de bainha são submetidos a duas torções incluindo a torção na direção Z na polia 125 e na polia 130. Os filamentos de núcleo são submetidos à torção duas vezes mais do que os filamentos de bainha, e, além disso, os filamentos de núcleo são submetidos à torção em diferentes direções, ou seja, torção para dentro (direção S) e torção para fora (direção Z); portanto, os filamentos de núcleo são mais fáceis de serem rompidos do que os filamentos de bainha na produção de cabos de aço. A invenção soluciona o problema. A invenção faz com que os filamentos de núcleo que têm uma resistência à tração um pouco maior do que os filamentos do bainha reduzam a relação de fratura do filamento de aço na produção do cabo de aço, enquanto o custo do cabo de aço não é aumentado. Isso é realizado ajustando o processo de trefilação do processo de fabricação do filamento mencionado acima, isto é, ajustando a relação de compressão da matriz de trefilação, ou seja, a trefilação a úmido.

[0033] A Figura 2 mostra a primeira concretização. O cabo de aço apresenta uma construção de 4+3 que consiste em quatro filamentos de núcleo 205 e três filamentos de bainha 210. Os quatro filamentos de núcleo 205 são paralelos entre si. Os filamentos de bainha 210 têm um passo de torção de 18 mm. Tabela 1 Primeira Referência Referência Referência concretização 1 2 3 Construção 4+3 4+3 4+3 4+3 Dc (mm) 0,35 0,35 0,35 0,35 Ds (mm) 0,35 0,35 0,35 0,35 Tc (MPa) 3306 3547 3110 3271 Ts (MPa) 3268 3269 3260 3270 Tc-Ts 38 278 -150 1 Carga de ruptura do cabo (N) 2212 2285 2135 2200 Relação de fratura de filamento 3 32 1 13 de núcleo (vezes/tonelada)

[0034] A primeira concretização e a referência 1-3 são formadas pelo método igual ao processo mostrado na Figura 1. A referência 1 tem uma alta relação de fratura do filamento de núcleo e um alto custo de produção, uma vez que a resistência à tração dos filamentos de núcleo é muito alta. A referência 2 reduz a relação de fratura do filamento diminuindo a resistência à tração dos filamentos de núcleo; no entanto, a carga de ruptura do cabo de aço também é muito reduzida. A referência 3 tem a resistência à tração semelhante entre os filamentos de núcleo e os filamentos de bainha, mas tem uma alta relação de fratura do filamento de núcleo.

[0035] A partir da tabela acima, o cabo da invenção tem uma baixa relação de fratura do filamento de núcleo, enquanto mantém uma alta carga de ruptura de cabo. O pequeno aumento no Tc pode ajudar a reduzir a fratura do filamento de aço durante a produção do cabo de aço, mantendo a carga de ruptura do cabo de aço sem um aumento significativo de custo.

[0036] O método de testar e de calcular a resistência à tração média Tc e Ts inclui:

[0037] - desenrolar os filamentos de núcleo e os filamentos de bainha do cabo de aço,

[0038] - calcular a resistência à tração do filamento individual, dividindo a carga de ruptura do filamento pelo diâmetro médio do filamento, a carga de ruptura do filamento é medida de acordo com o princípio mencionado no padrão IS06892-1: 2009 com alguma configuração específica, como o comprimento da braçadeira sendo de 250 mm e a velocidade do teste sendo de 100 mm/min, testando 5 vezes para cada filamento,

[0039] - calcular a resistência à tração média dos filamentos de núcleo e a resistência à tração média dos filamentos de bainha para obter Tc e Ts.

[0040] O diâmetro médio dos filamentos de núcleo e o diâmetro médio dos filamentos de bainha são testados da seguinte maneira:

[0041] - desenrolar os filamentos de núcleo e os filamentos de bainha do cabo de aço,

[0042] - medir o diâmetro de filamento individual por micrômetro, testando 5 vezes para cada filamento,

[0043] - calcular o diâmetro médio dos filamentos de núcleo e o diâmetro médio dos filamentos de bainha para obter Dc e Ds.

[0044] A relação de fratura do filamento de núcleo é medida calculando a relação de vezes de fratura de filamento de núcleo / tonelada de produção de cabo de aço.

[0045] A segunda concretização é de 4+6x0,32. Os quatro filamentos de núcleo são paralelos entre si. Os filamentos de bainha têm um passo de torção de 18 mm. A diferença entre o Tc e Ts é de 40MPa.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabo de aço, o dito cabo de aço compreendendo um primeiro grupo de filamentos de núcleo apresentando um número de m e um segundo grupo de filamentos de bainha apresentando um número de n, o dito segundo grupo e o dito primeiro grupo sendo torcidos um com o outro com o mesmo passo de torção e a mesma direção de torção, em que os ditos filamentos de núcleo não são torcidos uns com os outros, os filamentos de núcleo sendo paralelos ou tendo um passo de torção que é superior a 300 mm, os ditos filamentos de bainha tendo um passo de torção sendo menor ou igual a 30 mm, caracterizado pelo fato de os ditos filamentos de núcleo apresentarem uma resistência à tração média Tc em MPa quando desenrolados do dito cabo de aço, de os ditos filamentos de bainha apresentarem uma resistência à tração média Ts em MPa quando desenrolados do dito cabo de aço, e de o dito Tc e o dito Ts satisfazerem: 5 <(Tc-Ts) <200.

2. Cabo de aço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dito Tc e o dito Ts satisfazerem: 10 <(Tc- Ts) <150.

3. Cabo de aço, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o dito Tc e o dito Ts satisfazerem: 10 <(Tc- Ts) <100.

4. Cabo de aço, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o dito Tc e o dito Ts satisfazerem: 15 <(Tc- Ts) <60.

5. Cabo de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o dito Tc satisfazer:

3800-2000xDc <Tc <4300-2000xDc, Dc sendo o diâmetro médio dos filamentos de núcleo.

6. Cabo de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o dito Ts satisfazer: 3800-2000xDs <Ts <4300-2000xDs, Ds sendo o diâmetro médio dos filamentos de bainha.

7. Cabo de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de os ditos filamentos de núcleo e os ditos filamentos de bainha terem o diâmetro uniforme.

8. Cabo de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de m ser maior do que n.

9. Cabo de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de m ser 3 ou 4.

10. Pneu compreendendo a camada de correia, a camada de carcaça, a camada de banda de rodagem e um par de porções de talão, caracterizado pelo fato de a dita camada de correia e/ou a dita camada de carcaça ser embutida com pelo menos um cabo de aço, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.