CN107075797B - 工程钢帘线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于加强橡胶产品的钢帘线。钢帘线(30)包括芯股(32)和围绕所述芯股(32)捻合的三个或更多外股(34)。外股(34)是包括布置在外股芯(36)和至少一个外股层(38，40)中的多根钢单丝的多层股，外股的钢单丝具有圆形或基本上圆形的横截面。至少一个外股(34)包括沿着其长度的扁部分(52)和非扁部分(54)。扁部分在相邻外股(34)之间创建间距S和在外股(34)中的相邻单丝之间创建间隙G，这提高了钢帘线(30)的橡胶渗透和伸长率，并且最终提高了钢帘线(30)的抗冲击性。除此之外，扁部分(52)限制钢帘线的松散度。

Description

工程钢帘线
技术领域
本发明涉及适于加强橡胶产品的钢帘线，橡胶产品更具体地用于诸如工程轮胎和土方机械轮胎等的重载轮胎。
背景技术
在重型建筑和土方作业中使用的大型工程充气轮胎具有远高于传统卡车和轻型车辆的作业负载和充气压力。因此，工程轮胎的胎体帘布层和带束帘布层两者展现出巨大的承载能力并且需要特别的加强帘线。
JP10131066A公开了一种满足该承载要求的7×7帘线。JP2006104636A进一步公开了一种1×(3+9)+6×(3+9)帘线，其中股的捻向与帘线的捻向相同。
除此之外，工程轮胎的另一要求是保证橡胶充分地渗透到帘线中，橡胶渗透是在带束层的制造期间和随后的轮胎硫化中实现的。与此相关联地，更好的橡胶流动对于较高的钢质量和提高的丝抗切断性以提高轮胎的整体耐久性而言是期望的。对钢帘线加强的工程轮胎的进一步要求是抗冲击能力，因为工程路的路面不像铺砌公路的路面那样平滑。提高的抗冲击能力不仅延长轮胎的使用寿命，而且使得驾驶员在颠簸路面上行驶时感觉更舒适。
US2004/0020578A1公开了一种具有不同单丝直径以增加单丝之间的间距的7×7帘线，其允许更好的橡胶渗透，用于耐腐蚀性和优异的抗切断性。然而，帘线中增加的空隙区域减少了承重的钢单丝的面积，这损害了帘线的承载能力。
WO2010/060878A1公开了一种7×7帘线，其中外股被弯成波形形式以确保外股之间用于橡胶渗透的间距。该解决方案也增加帘线直径并损害帘线的承载能力。
除此之外，为了限制股中的单丝之间的微振磨损和为了提高股制造的效率，股的层被沿相同方向捻合。但是股中的相同捻向可能会造成钢帘线松散，其中单丝端部或股端部在钢帘线的切断端部处拆散并扩散。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种多股钢帘线，其具有提高的橡胶渗透和抗冲击性，并且具有最大承载能力。
本发明的另一个目的是提供一种多股钢帘线，其在切断端部处具有受限的松散度并且具有受限的微振磨损和高制造效率。
根据本发明，一种适于加强橡胶产品的钢帘线包括芯股和围绕芯股捻合的三个或更多外股。外股是包括布置在外股芯和至少一个外股层中的多根钢单丝的多层股。外股的钢单丝具有圆形的横截面(由于来自制造工艺的破坏引起的基本上圆形的横截面也包括在内)。至少一个外股包括沿着其长度的扁部分和非扁部分。在扁部分处，相邻外股之间创建间距和在外股的钢单丝之中创建间隙，用于橡胶渗透。这可以在不会减少钢横截面的量的情况下完成。此外，股的变形提高了钢帘线的伸长率，并且变形非常稳定。最后但并相当重要的是，钢股上的扁部分也调节股在切断端部处的自由转动并限制钢帘线的松散度。由于松散度被表达为切断端部处单丝端部或股端部以毫米为单位的拆散长度，所以钢帘线的松散度是股在切断端部处的拆散长度，而股的松散度是切断端部处的单丝端部的拆散长度。钢帘线的松散度可以小于钢帘线的捻距，并且优选地，钢帘线的松散度可以小于钢帘线的捻距的0.3倍。
扁部分和非扁部分沿着钢股(即外股)的长度存在。“扁部分”和“非扁部分”两者是钢股的部分或区段但具有预定长度。扁部分通过给予钢股的具有一定长度的区段压扁操作来形成，并且这意味着一段长度的钢股被压扁，由此钢股的扁部分的横截面不再是圆形的而是成形状的。当观察钢股的扁部分的横截面时，钢单丝的布置从圆形的或基本上圆形改变成非圆形的、即多边形形状。然而，钢股的扁部分的钢单丝没有变形而是仍然具有圆形的或基本上圆形的横截面，并且钢股仍然是直的或基本上直的，只是具有扁部分和非扁部分。扁部分的横截面的变形程度取决于压扁操作的力。“非扁部分”与扁部分相对，它是没有任何包括压扁操作在内的进一步变形的原始钢股的一部分，这意味着非扁部分的横截面是圆形的或基本上圆形的。
扁部分和非扁部分的组合有助于钢帘线的稳定结构。扁部分的形状归因于非扁部分的存在而被很好地维持。
优选地，扁部分和非扁部分可以以规则间隔位于外股上。由此扁部分的变形非常稳定且被很好地维持。
在钢股的扁部分处，钢股的扁部分的横截面具有大直径D和小直径d，因为钢股的横截面不是圆形的。优选地，扁部分的横截面的大直径D与小直径d之间的比率范围从1.2到2。大直径是扁部分的最小外接的圆形(外接圆形)的直径，并且小直径是扁部分的横截面的最大内接的圆形(内接圆形)的直径。
优选地，在外股中可以在单丝之间存在用于橡胶渗透的微间隙。
优选地，所有外股都包括扁部分和非扁部分。优选地，外股的数量范围从三到九。
优选地，钢帘线的在20％断裂负载下的伸长率可以超过0.45％，或者超过0.50％。钢帘线在20％断裂负载下的伸长率的最大极限值是1％左右，因为外股上的过大变形可能会增加伸长率但可能会降低钢帘线的拉伸强度。
优选地，外股可以是1+6+12股、3+9+15股、4+9+14股或3+8+13股。相比之下，4+9+14股和3+8+13股与1+6+12股和3+9+15股相比将具有更好的橡胶渗透，因为在股的单丝之间有间隙。优选地，在外股的扁部分中，橡胶渗透率高于90％或者甚至高达100％，因为钢单丝之间的间隙可以足够大。
根据本发明的钢丝绳可以用作用于加强工程轮胎，例如用在工程轮胎的带束帘布层或胎体帘布层中。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明。
图1示出根据现有技术的7×27+1钢帘线的横截面图。
图2示出根据本发明的7×27+1钢帘线的横截面图。
图3示意性地示出如何确定扁部分的横截面的大直径D和小直径d。
图4a和图4b示意性地示出在股上间隔地产生扁部分和非扁部分的方法。
图5分别示意性地示出根据现有技术和本发明的钢帘线的负载-伸长率曲线。
具体实施方式
用于轮胎帘线的典型钢成分具有0.65％的最小碳含量、范围从0.40％至0.70％的锰含量、范围从0.15％至0.30％的硅含量、0.03％的最大硫含量、0.30％的最大磷含量，所有百分比均为重量百分比。只有微量的铜、镍和/或铬。用于高拉伸钢帘线的典型钢轮胎帘线成分具有在0.80重量％与0.85重量％之间的最小碳含量。为了进一步提高钢单丝的拉伸强度，最小碳含量可以在0.85重量％与0.90重量％之间，或甚至在0.90重量％与0.95重量％之间。除此之外，可以添加其他合金成分，例如Cr。
制造用于钢帘线的钢单丝的工艺总是以具有上面的钢成分的丝材(wire rod)开始。首先通过机械去锈和/或通过在H2SO4或HCl溶液中的化学酸洗来清洁丝材，以便去除表面上存在的氧化物。然后将丝材在水中漂洗并干燥。然后使经过干燥的丝材经受第一系列的干法拉丝操作，以便减小直径直到第一中间直径。
在该第一中间直径d1处、例如在约3.0mm至3.5mm处，使经过干法拉丝的钢丝经受称为铅淬火的第一中间热处理。铅淬火意味着首先奥氏体化直到约1000℃的温度之后进行在约600℃至650℃的温度下从奥氏体到珠光体的相变。钢丝然后准备好用于进一步的机械变形。
此后，在第二步的直径缩小步骤中将钢丝从第一中间直径d1进一步干法拉丝直到第二中间直径d2。第二直径d2典型地范围从1.0mm至2.5mm。
在该第二中间直径d2处，使钢丝经受第二铅淬火处理，即在约1000℃的温度下再次奥氏体化并且此后在600℃至650℃的温度下淬火以允许转变成珠光体。
如果第一和第二干法拉丝步骤中的总减小不太大，则可以直接进行从丝材直到直径d2拉丝操作。
在该第二铅淬火处理之后，钢丝通常设置有黄铜涂层：铜被镀在钢丝上并且锌被镀在铜上。应用热扩散处理以形成黄铜涂层。
然后借助于湿拉机使涂覆黄铜的钢丝经受最后系列的横截面减小。最终产品是具有高于0.60重量％的碳含量、具有典型地高于2000MPa的拉伸强度且适于加强弹性体产品的钢单丝。
除此之外，黄铜涂层可以包含其他成分，例如Co，以形成包括Cu、Zn和Co的三元合金涂层，以便当钢帘线嵌入聚合物基体内时进一步提高钢单丝与聚合物基体之间的粘合。
适于轮胎的加强的钢单丝典型地具有有着范围从0.05mm至0.60mm的最终直径的单丝、例如从0.10mm到0.40mm。单丝直径的示例是0.10mm、0.12mm、0.15mm、0.175mm、0.18mm、0.20mm、0.22mm、0.245mm、0.28mm、0.30mm、0.32mm、0.35mm、0.38mm、0.40mm。单丝可以用制绳机或束线机进一步捻合到一起以形成股。股可以进一步捻合到一起以形成多股钢帘线。
图1示出根据现有技术的7×27+1钢帘线的横截面图。钢帘线10包括芯股12和围绕芯股12捻合的六个外股14。芯股12和外股14两者都是3+9+15股，包括布置在外股芯16和两个外股层18和20中的27根钢单丝。外股芯16包括三根单丝，第一外股层18包括九根单丝并且第二外股层20包括十五根单丝。钢帘线10进一步在表面上包括包裹单丝22。由于所有的股12和14都是捻合的多层股，所以股的横截面基本上是圆形的。
图2示出根据本发明的7×27+1钢帘线的横截面图。钢帘线30包括芯股32和围绕芯股32捻合的六个外股34、34'。芯股32和外股34、34'两者都是包括27根钢单丝的3+9+15股。外股的27根钢单丝被布置在外股芯36和两个外股层38和40中。外股芯36包括三根单丝，第一外股层38包括九根单丝并且第二外股层40包括十五根单丝。芯股也是如此。钢帘线30进一步在表面上包括包裹单丝42。外股34与外股34'的差异是：外股34'具有扁部分，其通过对外股34给予压扁操作而制成。一个外股34'包括沿着其长度的扁部分和非扁部分。扁部分的横截面不再是圆形的，而是扁的轮廓。在扁部分处，相邻的外股34与34'之间创建了用于橡胶穿透的间距S。此外，股的变形提高了钢帘线的伸长率。除此之外，在外股34'中创建了在单丝之间的用于橡胶渗透的微间隙G。外股34'的扁部分的橡胶渗透高于95％。
图3示意性地示出如何确定扁部分的横截面的大直径D和小直径d。首先，从钢帘线10中释放包括扁部分的外股34'，并将释放的外股34'嵌入聚合物基体中。接着，在扁部分的水平高度处并且优选地在发生压扁的长度的中间，将试样切断并抛光，并且在显微镜下拍摄具有扁部分的钢丝股34'的横截面图的照片。第三，在第二外股层40上绘制相邻单丝的外部公共切线42，并且公共切线42产生外接外股34'的多边形44。第四，绘制多边形44的最小外接的圆形46以限定大直径D，并且绘制多边形44的最大内接的圆形48以限定小直径d。
图4a和4b示意性地示出在股上间隔地产生扁部分和非扁部分的方法。外股34通过一对齿形轮50，并且齿形轮50的齿在外股34上创建扁部分52，而扁部分52和非扁部分54间隔地位于外股34'上。由于两个齿形轮之间的距离太大以致于不能将股弯成波形形状，所以外股34'保持直的，但间隔地具有扁部分52和非扁部分54。在图4a中，齿形轮50接合，而在图4b中，齿形轮50没有接合，并且一个齿形轮50的齿对应于另一个齿形轮50的齿。为了确保图4b中的两个齿形轮50的齿之间匹配，具有较大直径的另一接合的齿形轮56(用两个圆形示出)可以安装在齿形轮50的相同轴线上。齿形轮50不由外部部件驱动，而是由通过外股34而驱动和转动。此外，与图4a和4b所示的齿形轮50的不同的其他装置也可以起作用。例如，一对偏心辊也可以沿着通过的股34创建扁部分52和非扁部分54。齿形轮50或偏心辊中的一个可以用辊替代，而剩余的齿形轮50或偏心辊可以抵着辊沿通过的股34创建扁部分52和非扁部分54。
下表分别示出了根据现有技术和本发明的钢帘线的制造数据和机械性能。
Figure BDA0001298247660000071
图5分别示意性地示出根据现有技术和本发明的钢帘线的负载-伸长率曲线。曲线60是对于根据本发明的7×27+1钢帘线30的负载-伸长率曲线，而曲线62是对于根据现有技术的7×27+1钢帘线10的负载-伸长率曲线。与参考帘线10相比，根据本发明的钢帘线30在20％断裂负载下的伸长率有了37％的提高。除此之外，根据本发明的钢帘线在抗冲击性上具有提高。在图5中，由负载-伸长率曲线、水平轴线E％和用于断裂时的负载力的竖直线所限定的区域代表由钢帘线吸收的能量。相比之下，根据本发明的钢帘线30可以吸收比现有技术钢帘线10更多的能量。

Claims (13)

1.一种适于加强橡胶产品的钢帘线，
所述钢帘线包括芯股和围绕所述芯股捻合的三个或更多外股，
所述外股是包括布置在外股芯和至少一个外股层中的多根钢单丝的多层股，所述外股的所述钢单丝具有圆形或基本上圆形的横截面，其特征在于，
至少一个外股包括沿着其长度的扁部分和非扁部分，所述扁部分的外股的横截面是非圆形的，所述非扁部分的外股的横截面是圆形的或基本上是圆形的。
2.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述钢帘线的松散度小于所述钢帘线的捻距。
3.根据权利要求2所述的钢帘线，其中所述钢帘线的松散度是所述钢帘线的捻距的0.3倍。
4.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述扁部分和非扁部分以规则间隔位于所述外股上。
5.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述扁部分的横截面的大直径D与小直径d之间的比率在1.2与2之间。
6.根据权利要求1所述的钢帘线，其中在所述至少一个外股中在单丝之间存在微间隙。
7.根据任一项前述权利要求所述的钢帘线，其中所述外股中的所有外股都包括沿着其长度的扁部分和非扁部分。
8.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述钢帘线在20％断裂负载下的伸长率超过0.45％。
9.根据权利要求8所述的钢帘线，其中所述钢帘线在20％断裂负载下的伸长率超过0.50％。
10.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述外股是1+6+12股。
11.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述外股是3+9+15股。
12.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述外股是4+9+14股。
13.根据权利要求1所述的钢帘线，其中所述外股是3+8+13股。
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