CN111005112A - 用于橡胶增强的钢帘线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于橡胶增强的钢帘线。钢帘线包括两根或超过两根的钢丝，两根或超过两根的钢丝被绞捻在一起以形成钢帘线，至少一根钢丝已经获得预成形，其中，预成形的钢丝在被从钢帘线解开时在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.7％的伸长率，当预成形的钢丝被从钢帘线解开时，预成形的钢丝的中心线形成螺旋线，绞捻一圈上的螺旋线在垂直于螺旋线的中心轴的平面上的投影是椭圆，椭圆具有长轴和短轴，椭圆在绞捻一圈内具有椭圆度，椭圆度是用长轴与短轴的比率来表示的，至少一根预成形的钢丝在三个连续绞捻上的平均椭圆度的范围是从1.02到1.50。本发明钢帘线具有全橡胶渗透性能。

Description

用于橡胶增强的钢帘线
技术领域
本发明涉及一种用于橡胶增强的钢帘线。本发明还涉及一种通过钢帘线增强的橡胶制品。
背景技术
包括至少两根钢丝的钢帘线被用作用于橡胶制品(诸如，橡胶带、橡胶轮胎、软管等)的增强。至少两根钢丝被绞捻在一起以形成钢帘线。
众所周知，用于增强橡胶轮胎的钢帘线需要具有一定长度、耐蚀性、抗疲劳性、橡胶渗透性能、橡胶粘附性能等。橡胶渗透性能是钢帘线的如下一种性能，它表明橡胶能够在多大程度上渗透到钢帘线中。橡胶渗透到钢帘线中并且填满钢丝之间的间隙并且因此减小钢帘线内的空腔，从而防止水分进入钢帘线，并且这避免钢帘线的钢丝被腐蚀，这确保了钢帘线的长寿命。高橡胶渗透性能一直是钢帘线所需要的。
开放式钢帘线是为提高橡胶渗透性能而研制的一种钢帘线。开放式钢帘线是指在钢丝之间有相当多的间隙的钢帘线，这些间隙使橡胶较容易地渗透到钢帘线中。
US4258543公开了一种开放式钢帘线，开放式钢帘线具有3至5根钢丝，并且开放式钢帘线的直径比在紧凑的几何配置中的相同钢帘线的直径大。单独的钢丝是根据一定值的曲率半径通过弯曲而被预成形的，该值低于保持钢丝以紧凑的几何配置螺旋缠绕在一起所需的值，并且这意味着，开放式钢帘线是通过给每根钢丝以一定值弯曲预成形来实现的。曲率半径的值是通过调整预成形设备(销)的直径来达到的。与紧凑的钢帘线相比较，钢帘线具有改进的橡胶渗透。
JP2007-92259公开了一种开放式椭圆形钢帘线。开放式椭圆形钢帘线由n根钢丝组成。当检测钢帘线的截面时，钢丝形成螺旋椭圆形形状，该螺旋椭圆形形状具有彼此不同的长轴和短轴。通过使钢帘线和钢丝具有椭圆形螺旋形状，改进钢帘线的抗疲劳性。
US4938015公开了一种开放式椭圆形钢帘线。开放式椭圆形钢帘线由n根钢丝组成，在开放式椭圆形钢帘线内的每根钢丝都具有螺旋椭圆形形状，该螺旋椭圆形形状是通过之字形布置的矫直辊来实现的。具有螺旋椭圆形钢丝的钢帘线具有良好的橡胶渗透性能。
近来，为了满足轻质轮胎的节能要求，高拉伸强度钢丝越来越多地用于制作开放式钢帘线。然而，当钢丝具有ST级或更高的拉伸强度时(这意味着，拉伸强度高于(4100-2000×D)MPa)，开放式钢帘线的橡胶渗透性能并不好。
发明内容
本发明的主要目的是解决上述问题。
本发明的另一个目的是提供一种具有高橡胶渗透性能的开放式钢帘线。
本发明的第三个目的是提供一种通过开放式钢帘线增强的轮胎。
根据本发明的第一个方面，提供一种钢帘线。钢帘线包括两根或超过两根的钢丝，两根或超过两根的钢丝被绞捻在一起以形成钢帘线，至少一根钢丝已经获得预成形，其中，预成形的钢丝在被从所述钢帘线解开时在在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.7％的伸长率，当预成形的钢丝被从钢帘线解开时，预成形的钢丝的中心线形成螺旋线，绞捻一圈上的螺旋线在垂直于螺旋线的中心轴的平面上的投影显示椭圆，椭圆具有长轴和短轴，椭圆在绞捻一圈内具有椭圆度，该椭圆度是用长轴与短轴的比率来表示的，至少一根预成形的钢丝在三个连续绞捻上的平均椭圆度的范围是从1.02到1.50。
根据本发明的钢帘线是开放式钢帘线并且具有全橡胶渗透性能，即使当用于形成钢帘线的钢丝具有超级拉伸强度(即，高于4100-2000×D MPa)时。全橡胶渗透指的是橡胶可以渗透到钢帘线的每个间隙中并且因此，当钢帘线嵌入橡胶帘布层时，钢帘线内不存在空腔。发明人发现，预成形的钢丝的椭圆度越小，对钢帘线的橡胶渗透性就越好，尤其是在预成形的钢丝的椭圆度在上述特定值范围内时。
根据本发明，“预成形”指的是使钢丝在被绞捻在一起以形成钢帘线之前被变形。
根据本发明，预成形的钢丝的螺旋线是在预成形的钢丝被从钢帘线解开时测量的。这与现有技术不同，在现有技术中，钢丝的形状是在钢丝仍然在钢帘线内时测量的。在钢丝被从钢帘线解开时检测到的预成形的钢丝的螺旋线与钢丝在钢帘线内时预成形的钢丝的螺旋线不同。解开之后的钢丝的椭圆形形状是由于弹性应力释放而改变的，并且这使解开的钢丝的螺旋线与仍然在钢帘线内的钢丝的螺旋线不同。
从钢帘线解开的预成形的钢丝的螺旋线是由WO95/16816中描述的轴向扫描装置测量的。装置包括相隔100mm的两个轴向对齐的卡盘，该卡盘用于在测试中保持钢丝端部。3N±1％的控制张力施加至钢丝，例如，通过重量。线性扫描装置，诸如，包括一体体设计的扫描系统和过程单元的KEYENCE LS 7001或与KEYENCE LS 3100处理单元结合的KEYENCELS 3034激光扫描系统，借助编码高精度线性驱动器(准确度大于±10μm，在步进侧是50μm)平行于预成形的钢丝的螺旋线的中心轴行进。钢丝的轴将被称为Z轴。激光扫描系统的测量平面垂直于Z轴。激光扫描系统可以高达±0.5μm的精度扫描钢丝的外边缘。
在隔开的等距离散测量位置‘zj’、‘Δz’处的第一次扫描中，确定钢丝的下边缘和上边缘并且使用两者的平均值作为沿垂直于Z轴的轴(即，X轴)的中心线的位置。以这种方式，位置‘x(zj)’被测量并且被存储在计算机中。指数‘j’是采样点的序号并且计数到测量点的个数‘M’。
然后，使卡盘转动90°并重复扫描。现在，测量和存储沿垂直于X轴和Z轴的Y轴的值‘y(zj)’。以这种方式，获得确定预成形的钢丝的中心线的形状的三元组‘(x(zj),y(zj),zj)’。
记录(x(zj),y(zj),zj)的另一种方式是使用两个相互垂直的激光扫描系统，该激光扫描系统在单次扫描中记录x(zj)和y(zj)两者。分析数据的程序保持不变。
当看到X-Y平面垂直于Z轴(该Z轴是从钢帘线解开的预成形的钢丝的螺旋线的中心轴)时，绞捻一圈上的螺旋线在X-Y平面上的形状是椭圆形的但是接近圆形。测量椭圆形形状的“费雷特直径”是以知道长轴和短轴。通过使数据在180度上每0.5度旋转一次，针对绞捻一圈获得360个费雷特直径，从这360个费雷特直径，最小值是椭圆形形状的短轴并且最大值是椭圆形形状的长轴。为了确保数据的准确度，计算在测试钢丝样本的10mm至90mm范围内的三个连续绞捻，而不考虑其余数据。测试从钢帘线解开的每根预成形的钢丝的三个连续绞捻以获得三个长轴和三个短轴，并且因此，通过计算长轴与短轴之间的比率来计算三个椭圆度值。因此，对于一根预成形的钢丝，有三个测试椭圆度值。至少一根预成形的钢丝的平均椭圆度是一根钢帘线的所有预成形的钢丝的所有测试椭圆度值的平均值，而不是一根单独的预成形的钢丝的三个椭圆度的平均值。
根据本发明，预成形的钢丝的绞捻一圈上的螺旋线的中心轴是基于预成形的钢丝来测量的，该预成形的钢丝是从钢帘线解开的并且在被赋予了3N±1％的张力时具有100mm的长度，这意味着，预成形的钢丝的螺旋线的中心轴以绞捻一圈上的螺旋线的中心轴的形式存在，该预成形的钢丝是从钢帘线解开的并且在被赋予了3N±1％的张力时具有100mm的长度。它们是相同的。
优选地，至少一根预成形的钢丝的平均椭圆度的范围是从1.08到1.38。更优选地，至少一根预成形的钢丝的平均椭圆度的范围是从1.10到1.27。最优选地，至少一根预成形的钢丝的平均椭圆度的范围是从1.10到1.22。这意味着，从钢帘线解开的预成形的钢丝形成更圆的螺旋形状，而不是椭圆的螺旋形状，而且这导致钢帘线的橡胶穿透性更好。
优选地，使钢帘线的所有钢丝都预成形，所有预成形的钢丝的平均椭圆度的范围是从1.02至1.50。
钢帘线可以具有在本领域中已经知道的构造。优选地，钢帘线具有n×1的构造。而且，n优选地是3、4、5、6、7或8。
本发明高度适用于钢帘线，该钢帘线包括具有超级拉伸强度的钢丝。根据本发明，预成形的钢丝在从钢帘线解开时具有大于(3890-2000×D)的拉伸强度，D是预成形的钢丝的直径。优选地，预成形的钢丝在从钢帘线解开时具有大于(4130-2100×D)的拉伸强度。对于具有超级拉伸强度的钢丝，很难有均匀的变形，因为具有超级拉伸强度的钢丝比较难以有塑性变形，然而，本发明解决了这一问题并且使由具有超级拉伸强度的钢丝形成的开放式钢帘线切实可行。
本发明钢帘线在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.65％并且小于或等于1.1％的伸长率，钢帘线是开放式钢帘线。
本发明钢帘线具有断裂伸长率，该断裂伸长率大于或等于3.0％并且小于或等于6.0％。
根据本发明，至少一根钢丝是在被绞捻在一起以形成钢帘线之前预成形的，并且预成形过程使预成形的钢丝的伸长率增加，即，从钢帘线解开时，在2.5N的预加负荷的情况下在50N下的伸长率，当预成形的钢丝被该伸长率大于或等于0.7％。非预成形的钢丝在被从钢帘线解开时在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有小于0.5％的伸长率。这意味着，预成形的钢丝在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有高于非预成形的钢丝的伸长率。优选地，预成形的钢丝在被从钢帘线解开时在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.9％的伸长率。根据本发明，一根预成形的钢丝在2.5N的预加负荷的情况下在50N下的伸长率是通过下面的方法来测试的，首先，从一根预成形的钢丝获得三个连续部分作为三个样本，其次，测试每个样本，最后，计算三个测试样本的平均值，并且三个测试样本的平均值是一根预成形的钢丝在2.5N的预加负荷的情况下在50N下的伸长率。
根据本发明的第三个方面，提供一种轮胎。该轮胎包括带束层、胎体层、胎面层和一对胎圈部，带束层嵌有钢帘线，钢帘线中的至少一根钢帘线包括两根或超过两根的钢丝，两根或超过两根的钢丝被绞捻在一起以形成钢帘线，至少一根钢丝已经获得预成形，其中，预成形的钢丝在被从所述钢帘线解开时在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.7％的伸长率，当预成形的钢丝被从钢帘线解开时，预成形的钢丝的中心线形成螺旋线，绞捻一圈上的螺旋线在垂直于螺旋线的中心轴的平面上的投影是椭圆，椭圆具有长轴和短轴，椭圆在绞捻一圈内具有椭圆度，该椭圆度是用长轴与短轴的比率来表示的，至少一根预成形的钢丝在三个连续绞捻上的平均椭圆度的范围是从1.02到1.50。
术语表
绞捻一圈——钢丝的旋转周期，其中，钢丝围绕其轴旋转或转动360°。
费雷特直径——限制物体的两条平行切线之间的距离。
附图说明
图1示出了具有6×1的构造的第一实施例。
图2示出了生产第一实施例的方法。
图3a至图3b示出了第一实施例的一根预成形的钢丝在X-Z平面和Y-Z平面中的视图。图3c示出了第一实施例的预成形的钢丝在X-Y平面中的椭圆形形状。
图4示出了现有技术的预成形的钢丝在X-Y平面中的椭圆形形状。
图5示出了费雷特直径的测量。
图6示出了具有4×1的构造的第二实施例。
具体实施方式
用于钢帘线的钢丝由线材制成。
线材首先通过机械除垢和/或用H2SO4或HCl溶液中化学酸洗来清洗以去除存在于表面的氧化物。线材然后用水冲洗并且被干燥。干燥的线材然后经过一系列的干式拉丝操作以将直径减小到第一中间直径。
在该第一中间直径D1处(例如，约3.0mm至35mm)，经过干法拉丝的钢丝经过第一中间热处理(被称为韧化)。韧化指的是，首先，进行奥氏体化直到约1000℃的温度为止，随后进行在约600℃到650℃的温度下从奥氏体到珠光体的转变阶段。然后，钢丝为进一步的机械变形做好了准备。
之后，在第二次的直径减小步骤中进一步将钢丝从第一中间直径D1干法拉丝到第二中间直径D2。第二直径D2的范围通常是从1.0mm到2.5mm。
在该第二中间直径D2处，钢丝经过第二韧化处理，即，再次在约1000℃的温度下进行奥氏体化并且之后在600℃到650℃的温度下进行淬火以允许转变成珠光体。
如果第一和第二干法拉丝步骤的总减少量不太大，则可以进行从线材到直径D2的直接拉丝操作。
在该第二韧化处理之后，钢丝通常有一层黄铜涂层：铜被渡在钢丝上并且锌被镀在铜上。采用热扩散处理以形成黄铜涂层。可替代地，钢丝可以有三元合金涂层，包括铜、锌、以及钴、钛、镍、铁或其他已知金属的第三合金。
涂有黄铜的钢丝然后经过湿式拉丝机进行的最后一系列的截面减小。最终产品是碳含量超过按重量计0.60％(例如，高于按重量计0.70％，或高于按重量计0.80％或甚至高于按重量计0.90％)，拉伸强度通常高于2000MPa(例如，高于3800-2000×D(HT)MPa或高于4100-2000×D MPa(ST)或高于4400-2000×D MPa(UT)MPa(D是最终钢丝的直径))并且适用于弹性体产品的增强的钢丝。
适用于轮胎的增强的钢丝的范围通常从0.05mm到0.60mm，例如，从0.10mm到0.40mm的最终直径。钢丝直径的示例是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。
然后，钢丝经过套筒预成形，这会向钢丝提供预成形，并且然后，预成形的钢丝绞捻在一起或与一些非预成形的(直的)钢丝绞捻在一起，以形成n×1钢帘线或其它构造的钢帘线。最后，钢帘线缠绕在线轴上。
“套筒”是辊形预成形设备。一个单套筒用于每次钢丝预成形，在钢丝与套筒接触时，套筒旋转，钢丝随着套筒的旋转而旋转并且因此获得预成形，使得从套筒到钢丝存在有限的刮碰或甚至没有刮碰。根据本发明的套筒具有辊形状，该辊形状具有非常光滑的表面，该表面用于与钢丝接触，这也最小化了从套筒到钢丝的刮碰并且因此使预成形一致。“套筒”与US4258543或KR100635328B中描述的预成形设备的“销”不同。销是柱形预成形设备，该柱形预成形设备是固定的并且比套筒长和薄。成排布置的至少三个单独的销将用于每次钢丝预成形，销在预成形过程期间、不旋转而是固定的，并且钢丝穿过销之间的间隙并且然后通过从销到钢丝的刮碰获得预成形。刮碰对钢丝的表面造成了严重的损坏并且因此使钢丝的预成形不稳定且不一致。在经过每个单独的销时，钢丝经过一次变形，而且这意味着，钢丝在通过销预成形设备时经过至少三次变形，该销预成形设备包括至少三个销，并且相邻销的变形是在不同的甚至相反的方向上，所有这些也都会使钢丝的变形不稳定且不一致。这种类型的预成形设备(销)不适合具有超级拉伸强度的钢丝，因为这会导致钢丝高度断裂。
此外，套筒(相对于要被预成形的钢丝)被很好地定位，以使钢丝的变形稳定且一致，由此钢丝在从钢帘线解开时表现出良好控制的平均椭圆度。
图2示出了钢帘线的生产过程的部分。6根钢丝105被放线，并且然后，所有钢丝105都经过具有光滑表面的套筒210所进行的预成形。套筒210大大减少了对预成形的钢丝的损坏和磨损。然后，6根预成形的钢丝被绞捻在一起以形成钢帘线。钢帘线经过印模和辊的数目特别设置的矫直器215，以最小化对预成形的损坏(这也有助于更好地保留预成形)，并且它最后缠绕在线轴上。
然后，第一实施例是如图1所示获得的6×1钢帘线。钢帘线100包括6根钢丝105，并且所有钢丝105都是在它们被绞捻在一起以形成钢帘线之前被预成形的。
图3a至图3c是通过上述线性扫描装置测试的视图。图3a是X-Z平面中的扫描视图，图3b是Y-Z平面中的扫描视图并且图3c是X-Y平面中的扫描视图。Z轴是预成形的钢丝的螺旋线的中心轴。在图3a至图3c中，为了确保数据准确性，数据是作为有效数据的测试钢丝样本的10mm至90mm(在Z轴上)的数据，而不考虑其余数据(小于10mm，超过90至100mm)。图4是在现有技术的X-Y平面中(在Z轴上的10mm至90mm)的扫描视图。对于图3c和图4，横坐标是X轴并且纵坐标是Y轴9(图中未示出)。与图4相比较，图3c中的形状更圆。
表1是第一实施例和现有技术的测试结果。图5是说明测量费雷特直径的方法的示例，费雷特直径是限制一个椭圆的两条平行切线A和A’之间的距离。测试首先是获得从钢帘线解开的一根预成形的钢丝的三个连续绞捻(例如，如图3a所示的从波谷“a”到波谷“d”的部分)的三个椭圆的费雷特直径，并且可以获得在绞捻一圈内的每个椭圆的长轴和短轴，并且可以获得每根预成形的钢丝的三个椭圆度值。其次，测试剩余的预成形的钢丝，然后计算所有六根预成形的钢丝的椭圆度的平均值。因此，对于第一实施例，平均椭圆度是来自6根预成形的钢丝样本的18个测试值的平均值。
表1
Figure BDA0002222972940000091
Figure BDA0002222972940000101
根据本发明的空气下降(air drop)方法的工作原理与US2012227885中描述的透气性方法相似，差别在于：测试用橡胶钢帘线试样的长度为钢帘线的捻距的90％并且最小值为8.0mm，对于本发明空气下降方法，显示器中显示的空气压力ΔP是测试时间为60秒时的结果。显示器中的ΔP结果“100”被记录为“0％”，这指的是样本钢帘线的全橡胶渗透性，显示器中的ΔP结果“0”被记录为“100％”，这指的是没有橡胶渗透性，显示器中的ΔP结果“60”被记录为“40％”，这指的是60％的橡胶渗透性。
第二实施例是具有4×1的构造的钢帘线600。钢丝610中的3根钢丝在被绞捻在一起以形成钢帘线之前被螺旋预成形，而一根钢丝605在被绞捻成一起以形成钢帘线600之前未被预成形而是直的。所有钢丝605、610在从钢帘线600解开时都具有大于(4130-2000×D)的拉伸强度。三根预成形的钢丝610的平均椭圆度是1.18。钢帘线600在2.5N至50N下具有0.85％的伸长率，并且它具有4.5％的断裂伸长率。第二实施例的制造方法与第一实施例的制造方法几乎一样。

Claims (14)

1.一种钢帘线，所述钢帘线包括两根或超过两根的钢丝，所述两根或超过两根的钢丝被绞捻以形成所述钢帘线，所述钢丝中的至少一根钢丝已经获得预成形，其中，所述预成形的钢丝在被从所述钢帘线解开时在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.7％的伸长率，当所述预成形的钢丝被从所述钢帘线解开时，所述预成形的钢丝的中心线形成螺旋线，其特征在于，绞捻一圈上的所述螺旋线在垂直于所述螺旋线的轴的平面上的投影是椭圆，所述椭圆具有长轴和短轴，所述椭圆在绞捻一圈内具有椭圆度，所述椭圆度是用所述长轴与所述短轴的比率来表示的，所述至少一根预成形的钢丝在三个连续绞捻上的平均椭圆度的范围是从1.02到1.50。
2.根据权利要求1所述的钢帘线，其特征在于，所述至少一根预成形的钢丝的所述平均椭圆度的范围是从1.08到1.38。
3.根据权利要求2所述的钢帘线，其特征在于，所述至少一根预成形的钢丝的所述平均椭圆度的范围是从1.10到1.27。
4.根据权利要求3所述的钢帘线，其特征在于，所述至少一根预成形的钢丝的所述平均椭圆度的范围是从1.10到1.22。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述钢帘线的所有钢丝都是预成形的。
6.根据权利要1至5中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述钢帘线具有n×1的构造。
7.根据权利要求6所述的钢帘线，其特征在于，所述n是5、6、7或8。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述预成形的钢丝在被从所述钢帘线解开时具有大于(3890-2000×D)MPa的拉伸强度，D是所述预成形的钢丝的直径。
9.根据权利要求8所述的钢帘线，其特征在于，所述预成形的钢丝在被从所述钢帘线解开时具有大于(4130-2000×D)MPa的拉伸强度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述钢帘线在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.65％并且小于或等于1.1％的伸长率。
11.根据权利要1至10中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述钢帘线具有范围从3.0％到6.0％的断裂伸长率。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述至少一根预成形的钢丝在被从所述钢帘线解开时在2.5N的预加负荷的情况下在50N下具有大于或等于0.9％的伸长率。
13.根据权利要1至12中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述钢帘线具有全橡胶渗透性能。
14.一种轮胎，所述轮胎包括带束层、胎体层、胎面层和一对胎圈部，其特征在于，所述带束层嵌有至少一根根据权利要求1至13中任一项所述的钢帘线。
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