CN110546324A - 橡胶物品增强用钢丝帘线及其制造方法和轮胎 - Google Patents

Abstract

提供一种橡胶物品增强用钢丝帘线，对于复捻的钢丝帘线，其相对于构成帘线的长丝的总强度的帘线强度不容易降低且具有高的橡胶浸透性。橡胶物品增强用钢丝帘线具有复捻结构，其中捻合多根股线，各股线通过以两层以上捻合多根长丝而得到。长丝中的至少一些的拉伸强度为3,000MPa以上。满足长丝占有率为48％以上且小于54％，帘线捻合角度为78°以上且小于84°，除了包边长丝之外的相邻长丝之间的交叉角的平均值为小于17°，并且构成股线的相邻鞘丝之间的间隙为0.065mm以上。

Description

橡胶物品增强用钢丝帘线及其制造方法和轮胎

技术领域

本发明涉及具有复捻结构的高强度橡胶物品增强用钢丝帘线；其制造方法；和轮胎。

背景技术

复捻的钢丝帘线用于包括建筑和采矿车辆用的轮胎的橡胶物品的增强。近年来，通过借由帘线结构的简化或帘线直径的减小而减少包含钢丝帘线的增强层的厚度，对如轮胎等橡胶物品的轻量化在进行研究。为了轻量化同时确保增强所要求的强度，进行了各种研究和开发以增加复捻的钢丝帘线的强度。

然而，即使当构成复捻的钢丝帘线的各个长丝的强度增大，仍难以得到与其相称的帘线强度。因而，需求具有与构成帘线的长丝的总强度相比损失小的帘线强度的钢丝帘线。

由于轮胎越过尖锐的障碍物等，可以造成到达增强层的裂缝。从裂缝进入的水会导致钢丝帘线的生锈，因而使强度降低。为了防止这样，要求钢丝帘线是防锈的。对此，要求复捻的帘线通过在相邻的长丝之间形成间隙、借此可浸透橡胶而具有高的橡胶浸透性。

关于复捻的钢丝帘线，已公开了一种橡胶物品增强用钢丝帘线，其中构成股线的最外层鞘丝的捻合方向和鞘股线的捻合方向是相同的(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JPH08-170283A

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1中公开的橡胶物品增强用钢丝帘线具有通过指定长丝和股线的捻合方向而得到的改善的帘线强度。然而，一直需求具有更高强度的钢丝帘线，并且特别地需求与构成帘线的长丝的总强度相比的帘线强度损失小。另外，还需求具有高的橡胶浸透性的钢丝帘线。

因而，本发明的目的是提供：一种橡胶物品增强用钢丝帘线，该钢丝帘线是复捻的，具有与构成帘线的长丝的总强度相比损失小的帘线强度且具有高的橡胶浸透性；该钢丝帘线的制造方法；和使用该钢丝帘线的轮胎。

用于解决问题的方案

本发明人集中研究了复捻的钢丝帘线，发现了将帘线捻合角度和相邻长丝之间的交叉角调节至预定范围，以及长丝占有率和特定长丝之间的间隙的调节可以提供橡胶物品增强用钢丝帘线，该钢丝帘线具有与构成帘线的长丝的总强度相比损失小的帘线强度且具有高的橡胶浸透性，由此完成本发明。

因而，本发明的橡胶物品增强用钢丝帘线包括多根以复捻结构捻合的股线，各股线具有捻合成两层以上的多根长丝，其中所述长丝中的至少一些的拉伸强度为3,000MPa以上；并且其中所述钢丝帘线满足以下：

长丝占有率为48％以上且小于54％；

帘线捻合角度为78°以上且小于84°；

除了包边长丝之外的相邻长丝之间的交叉角的平均值为小于17°；和

构成股线的相邻鞘丝之间的间隙为0.065mm以上。

在本发明的橡胶物品增强用钢丝帘线中，相邻长丝之间的交叉角的平均值优选为小于14°。

优选地，复捻结构为包括1根芯股线和围绕芯股线捻合的6～7根鞘股线的1+n(n＝6或7)结构。

优选地，所述芯股线的鞘丝的捻合方向与鞘股线的鞘丝的捻合方向相反。

优选地，1根所述鞘股线的鞘丝的捻合方向与相邻的另一根所述鞘股线的鞘丝的捻合方向相反。

优选地，所述长丝中的至少一些的表层部的薄层取向角(lamellar orientationangle)为0.0°以上且6.0°以下、或者12.5°以上且18.5°以下。

本发明的轮胎为其中上述的橡胶物品增强用钢丝帘线用于其增强的轮胎。

为了制造上述的具有多根以复捻结构捻合的股线的橡胶物品增强用钢丝帘线，各股线具有捻合成两层以上的多根长丝，本发明的橡胶物品增强用钢丝帘线的制造方法包括将构成股线的长丝中的至少一些在最终的拉丝加工之后在250℃以上且低于300℃下进行去应力退火加工。

优选地，在本发明的橡胶物品增强用钢丝帘线的制造方法中，在最终的拉丝加工之后，在不进行整平加工的情况下进行去应力退火加工。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种橡胶物品增强用钢丝帘线，其钢丝帘线为复捻的，具有与构成帘线的长丝的总强度相比损失小的帘线强度且具有高的橡胶浸透性；该钢丝帘线的制造方法；和使用该钢丝帘线的轮胎。

附图说明

图1为在本发明的一个实施方案中的橡胶物品增强用钢丝帘线的截面图。

图2为在本发明的另一实施方案中的橡胶物品增强用钢丝帘线的截面图。

图3说明帘线捻合角度。

图4A说明相邻长丝之间的交叉角。

图4B说明相邻股线的鞘丝之间的交叉角。

图5说明相邻鞘丝之间的间隙。

具体实施方式

下文中，将参照附图更详细地描述本发明的橡胶物品增强用钢丝帘线、钢丝帘线的制造方法和使用该钢丝帘线的轮胎。

图1为在本发明的一个实施方案中的橡胶物品增强用钢丝帘线(下文中简称为"钢丝帘线")在垂直于钢丝帘线的长度方向的方向上的截面图。图1中示出的钢丝帘线10为具有包括1根芯股线11和6根鞘股线12捻合在一起的复捻结构的帘线，并且具有(3+9)+6×(3+9)+1的帘线结构。鞘股线12的最外层用包边长丝13卷绕。芯股线11具有包括3根芯丝111和它们周围的9根鞘丝112捻合在一起的两层捻合结构，而鞘股线12具有包括3根芯丝121和它们周围的9根鞘丝122捻合在一起的两层捻合结构。

图2为在本发明的另一实施方案中的钢丝帘线在垂直于钢丝帘线的长度方向的方向上的截面图。图2中示出的钢丝帘线20为具有包括1根芯股线21和6根鞘股线22捻合在一起的复捻结构的帘线，并且具有(3+7)+6×(3+7)+1帘线结构。鞘股线22的最外层用包边长丝23卷绕。芯股线21具有包括3根芯丝211和它们周围的7根鞘丝212捻合在一起的两层捻合结构，而鞘股线22具有包括3根芯丝221和它们周围的7根鞘丝222捻合在一起的两层捻合结构。

本发明的钢丝帘线不限于图1和2中所示的帘线结构。优选地，使用1+n(n＝6或7)帘线结构。

以下描述的本发明的钢丝帘线的特征与图1中的钢丝帘线10和图2中的钢丝帘线20，以及本发明的其他实施方案中的钢丝帘线是相同的。因而，在以下描述中，将描述其中图1中所示的钢丝帘线10用于增强轮胎的本发明的实施方案作为主要代表例。

本实施方案中，钢丝帘线10的长丝中的至少一些的拉伸强度为3,000MPa以上。例如，形成钢丝帘线10的鞘股线12的芯丝121和鞘丝122的拉伸强度为3,000MPa以上。当钢丝帘线10的一些长丝的拉伸强度为3,000MPa以上时，本实施方案中的钢丝帘线10可以具有提高的强度。从提高钢丝帘线10的强度的观点出发，构成钢丝帘线10的全部长丝的拉伸强度优选为3,000MPa以上。

本实施方案中的钢丝帘线10的长丝占有率为48％以上且小于54％。长丝占有率为以通过将构成钢丝帘线的长丝的总截面积除以钢丝帘线的外接圆的面积且将所得值乘以100而得到的百分率表示的值。因而，长丝占有率(％)＝(构成钢丝帘线的长丝的总截面积)/(钢丝帘线的外接圆的面积)×100。

当长丝占有率在48％以上且小于54％的范围内时，钢丝帘线可以具有在高的长丝充填效率下的提高的强度，并且实现高的橡胶浸透性。当长丝占有率为小于48％时，用以实现钢丝帘线10所必要的强度的钢丝帘线10的直径由于低的长丝充填效率而增加。在钢丝帘线10用于增强轮胎时，这导致橡胶增强层的增厚。因而，这样的长丝占有率在轮胎轻量化方面是不利的。当长丝占有率为54％以上时，后述的相邻长丝之间的间隙减小，这导致不良的橡胶浸透性。优选的长丝占有率为48％以上且小于50％。

本实施方案的钢丝帘线10的帘线捻合角度为78°以上且小于84°。如图3中所示的，帘线捻合角度α为通过垂直于钢丝帘线的长度方向的方向与沿着股线(在图1的钢丝帘线10的情况下，其是指鞘股线12)的长度方向的方向形成的角度。帘线捻合角度可以从钢丝帘线测量，或者可以从钢丝帘线的帘线直径、股线直径和股线捻合节距算出。

当帘线捻合角度在78°以上且小于84°的范围内时，可以得到具有小的由于捻合导致的强度损失和稳定的捻合性状的钢丝帘线。当帘线捻合角度为小于78°时，捻合强且由于捻合导致的强度损失变得太大，以至于钢丝帘线不能得到预定的强度。这里，由于捻合导致的强度损失意指通过从100减去帘线强度发挥率(％)而得到的值。因而，由于捻合导致的强度损失如下：

由于捻合导致的强度损失(％)＝100-帘线强度发挥率

帘线强度发挥率为以通过将钢丝帘线的强度除以构成钢丝帘线的长丝的总强度且将所得值乘以100而得到的百分率表示的值。因而，帘线强度发挥率如下：

帘线强度发挥率(％)＝(钢丝帘线的强度)/(构成钢丝帘线的长丝的总强度)×100

优选地，帘线强度发挥率为90％以上。当帘线强度发挥率较大时，或者当由于捻合而导致的强度损失较小时，钢丝帘线可以具有与构成帘线的长丝的总强度相比损失较小的帘线强度。当帘线捻合角度为84°以上时，捻合弱且捻合性状变得不稳定。优选地，帘线捻合角度为80°以上且小于84°。

本实施方案中，钢丝帘线10具有小于17°的除了包边长丝之外的相邻长丝之间的交叉角的平均值。当相邻长丝之间的交叉角的平均值为小于17°时，由于捻合导致的强度损失会减小。为了说明相邻长丝之间的交叉角，图4A示出芯股线11的芯丝111和鞘丝112之间的示例性的交叉角β。为了说明相邻股线的鞘丝之间的交叉角，图4B示出芯股线11的鞘丝112和鞘股线12的鞘丝122的实施方案。如图4A和4B中所示的，交叉角是指通过1根长丝的长度方向和与前一长丝相邻的另一根长丝的长度方向形成的角度。钢丝帘线10的交叉角的平均值是指在相邻的长丝之间的全部交叉角的平均值，相邻的长丝之间的交叉角例如相邻的芯丝111之间的交叉角，相邻的鞘丝112之间的交叉角，芯股线11的芯丝111和鞘丝112之间的交叉角，相邻的芯丝121之间的交叉角，相邻的鞘丝122之间的交叉角，鞘股线12的芯丝121和鞘丝122之间的交叉角，芯股线11的鞘丝112和鞘股线12的鞘丝122之间的交叉角，相邻的鞘股线12的鞘丝122之间的交叉角等。注意：包边长丝13和其他长丝之间的交叉角不包括在平均值中。

当相邻长丝之间的交叉角的平均值为17°以上时，在牵拉钢丝帘线期间相邻长丝之间的接触压力高，使得由于捻合导致的强度损失大。优选地，相邻长丝之间的交叉角的平均值为小于14°。当该交叉角的平均值为小于14°时，由于捻合导致的强度损失可以进一步减小。

本实施方案的钢丝帘线10中，在构成股线的鞘丝中相邻鞘丝之间的间隙为0.065mm以上。更具体地，如图5中的本实施方案的钢丝帘线20的相邻鞘丝之间的间隙的说明图中所示的，对于形成芯股线21的鞘丝212之间和形成鞘股线22的鞘丝222之间二者，相邻鞘丝之间的间隙g为0.065mm以上。当相邻鞘丝之间的间隙为0.065mm以上时，钢丝帘线的橡胶浸透性可以得到改善。当相邻鞘丝之间的间隙为小于0.065mm时，橡胶浸透性不良。优选地，该间隙为0.065mm以上且0.100mm以下。

在本实施方案中的钢丝帘线10中，芯股线11的鞘丝112的捻合方向优选与鞘股线12的鞘丝122的捻合方向相反。当芯股线11的鞘丝112的捻合方向优选与鞘股线12的鞘丝122的捻合方向相反时，相邻长丝之间的交叉角的平均值会减小。

在本实施方案中的钢丝帘线10中，1根鞘股线12的鞘丝122的捻合方向优选与相邻的另一根鞘股线12的鞘丝122的捻合方向相反。当相邻的鞘股线12的鞘丝122的捻合方向彼此相反时，相邻长丝之间的交叉角的平均值会减小。

在本实施方案中的钢丝帘线10中，长丝中的至少一些具有0.0°以上且6.0°以下、或者12.5°以上且18.5°以下的表层部的薄层取向角。表层部是指长丝的从最外表面至20％的体积分率的范围内的区域。全部长丝的表层部的薄层取向角可以满足上述范围。

将说明薄层取向角。当制造长丝时，将钢线的原材料拉伸，然后进行加热处理、镀覆加工、和最终的拉丝加工，从而得到具有预定的线径的长丝。在最终的拉丝加工时，由铁素体和渗碳体构成的结晶组织取向，使得构成块段(block)的晶群(colonies)的薄层取向对齐拉丝方向，即长丝的长度方向。根据由本发明人进行的研究，发现了，表层部的薄层取向角影响长丝对从相邻长丝施加的侧向压力的抵抗力。当表层部的薄层取向角为0.0°以上且6.0°以下、或者12.5°以上且18.5°以下时，则对施加在长丝上的侧向压力的抵抗力增加，帘线强度发挥率改善，并且由于捻合导致的强度损失减小。表层部的薄层取向角可以通过例如调节在最终的拉丝加工期间的模具角度(die angle)而调节在上述范围内。薄层取向角可以通过观察长丝的金相结构来测量。

接下来，将说明本实施方案中的钢丝帘线10的制造方法。对于构成各股线的长丝，将钢线的材料拉伸，然后进行加热处理、镀覆加工、和最终的拉丝加工，从而得到具有预定线径的长丝。在最终的拉丝加工之后，进行去应力退火加工。优选地，在250℃以上且低于300℃的温度下进行去应力退火加工。当在250℃以上且低于300℃的温度下进行去应力退火加工时，钢丝帘线具有高强度并且可以容易地得到小的由于捻合导致的强度损失。当在低于250℃的温度下进行去应力退火加工时，从去应力退火加工得到的效果小，且由于捻合导致的强度损失大。当在300℃以上的温度下进行去应力退火加工时，去应力退火加工导致过度退火，这降低长丝的强度。

整平加工，即例如通过错列排列的辊施加反复弯曲的加工，改善长丝的残余应力和平直度。然而，通过整平加工对长丝进行的反复弯曲加工增加长丝内部的加工应变并且增加由于捻合导致的强度损失。因此，为了降低由于捻合而导致的强度损失，不进行整平加工。因而，作为在最终的拉丝加工之后即刻的加工优选进行去应力退火加工。

此外，考虑到长丝的表层部的薄层取向角，拉伸条件优选在最终的拉丝加工中调节。

本实施方案中的钢丝帘线10适用于轮胎的增强的用途。然而，本实施方案中的钢丝帘线10的用途不限于轮胎。

实施例

检查表1～3中示出的实施例、传统例和比较例的钢丝帘线的由于捻合导致的强度损失和橡胶浸透性。关于实施例、传统例和比较例的钢丝帘线，表中组合记载了帘线结构、长丝占有率、捻合角度、平均交叉角、构成钢丝帘线的长丝的直径、长丝的拉伸强度、长丝的捻合方向、和相邻鞘丝之间的间隙。另外，表中还组合记载了在长丝制造期间，在最终的拉丝加工之后有无反复弯曲加工，即整平加工，和在最终的拉丝加工之后有无去应力退火加工。

表1～3中，帘线直径为其中不包括包边长丝的值。关于由于捻合导致的强度损失评价的帘线强度发挥率为90％以上可以说是良好的特性。关于橡胶浸透率评价的芯股线的芯丝表面的橡胶浸透/覆盖率为30％以上可以说是良好的特性。

[表1]

[表2]

[表3]

如从表1中可见的，实施例1～6的钢丝帘线中，长丝占有率、帘线捻合角度、除了包边长丝之外的相邻长丝之间的交叉角的平均值、和构成股线的相邻鞘丝之间的间隙都处于预定的范围内，与传统例相比，具有改善的帘线强度发挥率和改善的芯股线的芯丝表面的橡胶浸透/覆盖率。

当在实施例1～6中更具体地考虑时，实施例2是与实施例1相对地，在最终的拉丝加工之后在275℃下进行去应力退火加工3秒的实例，与实施例1相比帘线强度发挥率改善。

实施例3是与实施例1相对地，在最终的拉丝加工之后不进行整平加工的实例，与实施例1相比帘线强度发挥率改善。

实施例4是钢丝帘线具有与实施例1不同的帘线结构的实例。实施例5中，与实施例4相对地，芯股线的鞘丝的捻合方向与鞘股线的鞘丝的捻合方向相反，与实施例4相比交叉角减小且帘线强度发挥率改善。

实施例6中，与实施例4相对地，一根鞘股线的鞘丝的捻合方向与相邻的另一根鞘股线的鞘丝的捻合方向相反，与实施例4相比交叉角减小且帘线强度发挥率改善。

在表2中示出的各比较例1～4中，股线的相邻鞘丝之间的间隙为小于0.065mm，芯股线的芯表面的橡胶覆盖率不令人满意。

比较例5中，股线的相邻鞘丝之间的间隙为小于0.065mm，芯股线的芯表面的橡胶覆盖率不令人满意。另外，因为捻合角度为78°以下且平均交叉角为17°以上，所以帘线强度发挥率不令人满意。

比较例6中，平均交叉角为17°以上，帘线强度发挥率不令人满意。

表3中示出的比较例7和实施例7是对比长丝占有率的差异的实例。实施例7中，长丝占有率满足预定范围，与比较例7相比，帘线强度发挥率改善。比较例7中，长丝占有率小，帘线直径大于传统例的帘线直径。这导致橡胶增强层的增厚，这在轮胎轻量化的观点上是不利的。

比较例8中，长丝占有率超过预定范围，相邻鞘丝之间的间隙小且橡胶浸透性差。

比较例9和实施例8是对比帘线捻合角度的差异的实例。比较例9中，帘线捻合角度为84°以上，捻合性状不稳定。

比较例10中，交叉角的平均值为17°以上，由于捻合导致的强度损失大。

比较例11中，相邻鞘丝之间的间隙为小于0.065mm，橡胶浸透性差。

比较例12中，长丝占有率为小于48％，帘线直径大。

实施例9是在最终的拉丝加工之后在不进行整平加工的情况下在275℃下进行去应力退火加工3秒的实例，与实施例1相比，帘线强度发挥率改善。

附图标记说明

10 钢丝帘线

11 芯股线

12 鞘股线

13 包边长丝

20 钢丝帘线

21 芯股线

22 鞘股线

111 芯丝

112 鞘丝

121 芯丝

122 鞘丝

211 芯丝

212 鞘丝

221 芯丝

222 鞘丝

Claims (10)

1.一种橡胶物品增强用钢丝帘线，其包括：

多根以复捻结构捻合的股线，各股线包括捻合成两层以上的多根长丝，其中所述长丝中的至少一些的拉伸强度为3,000MPa以上；

其中所述钢丝帘线满足以下：

长丝占有率为48％以上且小于54％；

帘线捻合角度为78°以上且小于84°；

除了包边长丝之外的相邻长丝之间的交叉角的平均值为小于17°；和

构成股线的相邻鞘丝之间的间隙为0.065mm以上。

2.根据权利要求1所述的橡胶物品增强用钢丝帘线，其中相邻长丝之间的交叉角的平均值为小于14°。

3.根据权利要求1或2所述的橡胶物品增强用钢丝帘线，其中复捻结构为包括1根芯股线和围绕芯股线捻合的6～7根鞘股线的1+n(n＝6或7)结构。

4.根据权利要求3所述的橡胶物品增强用钢丝帘线，其中所述芯股线的鞘丝的捻合方向与所述鞘股线的鞘丝的捻合方向相反。

5.根据权利要求3所述的橡胶物品增强用钢丝帘线，其中一根所述鞘股线的鞘丝的捻合方向与相邻的另一根所述鞘股线的鞘丝的捻合方向相反。

6.根据权利要求1～5任一项所述的橡胶物品增强用钢丝帘线，其中所述长丝中的至少一些的表层部的薄层取向角为0.0°以上且6.0°以下、或者12.5°以上且18.5°以下。

7.一种轮胎，其将根据权利要求1～6任一项所述的橡胶物品增强用钢丝帘线用于增强。

8.一种橡胶物品增强用钢丝帘线的制造方法，

其中所述钢丝帘线为根据权利要求1～7任一项所述的橡胶物品增强用钢丝帘线，其包括多根以复捻结构捻合的股线，各股线包括捻合成两层以上的多根长丝；

所述方法包括将构成股线的长丝中的至少一些在最终的拉丝加工之后在250℃以上且低于300℃下进行去应力退火加工。

9.根据权利要求8所述的橡胶物品增强用钢丝帘线的制造方法，其中在最终拉丝加工之后，在不进行整平加工的情况下进行所述去应力退火加工。

10.一种橡胶物品增强用钢丝帘线的制造方法，

其中所述钢丝帘线为根据权利要求1～7任一项所述的橡胶物品增强用钢丝帘线，其包括多根以复捻结构捻合的股线，各股线包括捻合成两层以上的多根长丝；

其中构成股线的长丝中的至少一些在最终的拉丝加工之后不进行整平加工。