CN111566281B - 橡胶制品增强用钢丝帘线和轮胎 - Google Patents

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Abstract

提供一种橡胶制品增强用钢丝帘线，其具有更高的在帘线轴向上的拉伸强度和更高的在剪切方向上的强度。根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线(10)设置有：具有层捻结构的1根芯股线(11)和各自具有层捻结构的多根鞘股线(12)；鞘股线(12)围绕芯股线(11)捻合。鞘股线(12)中芯丝(12a)的直径与鞘丝(12b)的直径之比为0.75～0.85，并且芯丝(12a)的强度与鞘丝(12b)的强度之比为0.55～0.7。

Description

橡胶制品增强用钢丝帘线和轮胎
技术领域
本发明涉及橡胶制品增强用钢丝帘线、和包括该钢丝帘线的轮胎。特别地，本发明涉及适合于增强要安装在如建筑车辆、运输车辆或建造机械等重型车辆上的充气子午线轮胎的钢丝帘线。
背景技术
建筑车辆用轮胎安装于在大规模的土木工程建设场所和矿山使用的大型自卸车等上，在重负荷下、在粗糙的地面上经历严酷的工作条件。例如，指定用于在粗糙地面上驾驶的建筑车辆用轮胎经历来自路面的大的输入以及重负荷。另外，由于重负荷压在粗糙地面上，此类轮胎在许多场合下受损。因此，在用于此类轮胎的胎体和带束等的增强层中的那些钢丝帘线中，已通过使用直径大的钢丝帘线和/或提高帘线的每单位面积的拉伸断裂强度来实施用于改善在帘线轴向上的拉伸断裂强度的措施。
此外，当被迫行驶在粗糙的地面上的重型轮胎行驶过相对钝的突起物上时，经常观察到，其带束层、特别是在最内侧的带束层大幅弯曲，并且增强用钢丝帘线由于在帘线轴向上的张力输入而早期断裂。与此同时，当轮胎行驶过相对尖的突起物上时，经常观察到，带束层局部弯曲并且来自突起物的剪切力造成特别是从最接近于胎面的带束增强层开始的帘线断裂。因此，要应用至建筑车辆用轮胎作为增强材料的钢丝帘线需要具有在帘线轴向上的拉伸强度和在剪切方向上的强度二者。
因此，已经公开了一种橡胶制品增强用钢丝帘线，其中改善了对由行驶过钝的或尖的突起物上而产生的如缺口和穿孔等割伤的耐久性，而没有使在帘线轴向上的强度劣化(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]JP2013-227698A
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中公开的橡胶制品增强用钢丝帘线同时具有在帘线轴向上的拉伸强度和在剪切方向上的强度二者。但是，一直没有停止对建筑车辆用轮胎的性能进一步改善的需求。
鉴于上述，本发明的目的是提供：以更高水平同时具有在帘线轴向上的拉伸强度和在剪切方向上的强度二者的橡胶制品增强用钢丝帘线；和其中该橡胶制品增强用钢丝帘线应用为增强材料的轮胎。
用于解决问题的方案
本发明人广泛地研究以解决上述的问题，结果发现了，可以通过调节构成钢丝帘线的钢丝的材料、特别是鞘股线的芯丝和鞘丝的强度之比，由此抑制了各丝的线内部的早期断裂(preceding breakage)来改善耐切割性。
根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线为下述的橡胶制品增强用钢丝帘线，其包括：通过捻合多根钢丝形成的具有层捻结构的单根芯股线；和各自通过捻合多根钢丝而形成的具有层捻结构的多根鞘股线，所述鞘股线围绕所述芯股线捻合，
该钢丝帘线的特征在于：所述鞘股线中芯丝的直径与鞘丝的直径之比(芯丝直径相对于鞘丝直径的比例；下面同样适用)为0.75～0.85；且所述芯丝的强度与所述鞘丝的强度之比为0.55～0.7。
在根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线中，优选的是：所述芯股线中芯丝的拉伸强度和鞘丝的拉伸强度是实质上相同的；并且所述鞘股线中芯丝的拉伸强度与鞘丝的拉伸强度之比为0.95以上且小于1.00。此外，优选的是：所述鞘股线的数量为6～9根；所述钢丝帘线的直径为不小于4mm；所述芯股线的芯丝直径为0.32～0.50mm且鞘丝直径为0.40～0.50mm；所述鞘股线的芯丝直径为0.28～0.36mm且鞘丝直径为0.34～0.45mm；在所述芯股线中，芯丝的数量为1～3根，并且鞘丝的数量为5～9根；在所述鞘股线中，芯丝的数量为1～3根，并且鞘丝的数量为5～9根。
本发明的轮胎的特征在于，包括根据本发明的上述的橡胶制品增强用钢丝帘线作为增强材料。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种建筑车辆用轮胎，其中鞘股线的芯丝的强度控制为低于鞘股线的鞘丝的强度以便使芯丝具有优于鞘丝的延展性，由此提高耐剪切性且改善耐切割性。
附图说明
[图1]图1为示出根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线的一个实施方案的截面图。
[图2]图2为示出根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线的另一实施方案的截面图。
[图3]图3为根据比较例的橡胶制品增强用钢丝帘线的截面图。
具体实施方式
根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线(下文中，也称为"本发明的钢丝帘线")的实施方案现在将参考附图来具体地描述。
图1中示出的本实施方案的钢丝帘线10包括：1根芯股线11；和围绕芯股线11捻合的多根、具体地为7根的鞘股线12。外包丝(wrapping filament)可以围绕鞘股线12卷绕，尽管在附图中未示出。
芯股线11通过捻合多根钢丝来形成，更具体地，芯股线11具有由多根、具体地为3根的芯丝11a以及围绕芯丝11a捻合的多根、具体地为8根的鞘丝11b构成的双层层捻结构。此外，鞘股线12各自通过捻合多根丝来形成，更具体地，鞘股线12具有由多根、具体地为3根的芯丝12a以及围绕芯丝12a捻合的多根、具体地为7根的鞘丝12b构成的至少两层的层捻结构。
本实施方案的钢丝帘线10具有倍捻结构(double-twist structure)，其中芯股线11和鞘股线12各自通过捻合多根丝形成，并且这些芯股线11和鞘股线12捻合在一起。
在本实施方案的钢丝帘线10中，鞘股线12中芯丝12a的直径与鞘丝12b的直径之比为0.75～0.85。此外，鞘股线12中芯丝12a的强度与鞘丝12b的强度之比为0.55～0.7。
鞘股线12中芯丝12a的直径与鞘丝12b的直径之比为0.75～0.85意味着，鞘股线12的鞘丝12b的直径与芯丝12a的直径相比相对较大。钢丝帘线10中，当向其施加张力并且将鞘股线12朝向芯股线11拉紧时，由该拉紧引起的应力集中在相当于各鞘股线12的最外侧的鞘丝12b上。通过将鞘丝12b的直径控制为与芯丝12a的直径相比相对较大，改善了耐断裂性，并且由此抑制了早期断裂。
鞘股线12中芯丝12a的强度与鞘丝12b的强度之比为0.55～0.7意味着，芯丝12a的强度与鞘丝12b的强度相比以预定的比率较低。通过将芯丝12a的强度控制为与鞘丝12b的强度相比较低，使芯丝12a具有优于鞘丝12b的延展性，由此可以提高对剪切力的抵抗，并且可以改善耐切割性。
然而，鞘股线中丝的强度的降低会导致鞘股线的拉伸强度的降低。因此，在根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线中，鞘股线的拉伸强度的降低通过在鞘股线12中仅仅减小与鞘丝12b相比相对较细的芯丝12a的强度来抑制。以此方式，在本发明的钢丝帘线中，以优异的平衡实现高的耐切割性和高的拉伸强度。
此外，通过将在鞘股线12中芯丝12a控制为与鞘丝12b相比相对较细，产生间隙，因此可以改善橡胶渗透性并且可以提高钢丝帘线的防锈性。
当鞘股线12中芯丝12a的直径与鞘丝12b的直径之比为小于0.75时，钢丝帘线的强度会降低。与此同时，当该比为大于0.85时，不能充分地得到本发明中期待的耐切割性的改善。此外，当鞘股线12中芯丝12a的强度与鞘丝12b的强度之比为小于0.55时，钢丝帘线的强度会降低。与此同时，当该比为大于0.7时，不能充分地得到本发明中期待的耐切割性的改善。
在本实施方案的钢丝帘线10中，优选的是，芯股线11中芯丝11a的拉伸强度和鞘丝11b的拉伸强度是实质上相同的，同时，鞘股线12中芯丝12a的拉伸强度与鞘丝12b的拉伸强度之比在0.95～小于1.00的范围。由此，关于芯股线11，确保了高的拉伸强度，而无需调节芯丝11a和鞘丝11b的各材料的拉伸强度，并且仅仅使鞘股线12的芯丝12a具有优异的延展性，由此可以得到优异的耐切割性。当芯丝12a的拉伸强度与鞘丝12b的拉伸强度之比在0.95～小于1.00的范围时，以优异的平衡得到本发明中期待的高的耐切割性(耐剪切性)和高的帘线强度。
即使当鞘股线12中芯丝12a的拉伸强度低于鞘丝12b的拉伸强度时，除芯丝12a以外的其他丝，即鞘丝12b，以及芯股线的芯丝11a和鞘丝11b具有相对大的线直径；因此，抑制了钢丝帘线10的强度的降低。
这里要注意的是，在芯股线11中，芯丝11a的拉伸强度和鞘丝11b的拉伸强度不局限于实质上相同。在芯股线11中，芯丝11a的拉伸强度可以高于鞘丝11b的拉伸强度。由此，钢丝帘线可以得到甚至更高的帘线强度。
在本实施方案的钢丝帘线10中，鞘股线的数量优选为6～9根。通过将鞘股线的数量设定为6～9根，可以得到高的帘线强度，使钢丝帘线适合于建筑车辆用轮胎等。当鞘股线的数量为小于6根时，难以得到相对于帘线截面的充分的拉伸强度。另外，当鞘股线的卷绕数量为10根以上时，鞘股线的厚度减薄，这因此使构成鞘股线的丝极细；因而，由行驶过钝的突起物上导致的弯曲拉伸输入造成构成鞘股线的丝的早期断裂，使得难以得到充分的耐切割性。
优选的是，根据本实施方案的橡胶制品增强用钢丝帘线10的帘线直径为不小于4mm，以便确保橡胶制品具有令人满意的强度。通过控制帘线直径为不小于4mm，可以得到高的帘线强度，使钢丝帘线适合于建筑车辆用轮胎等。
在本实施方案的钢丝帘线10中，优选的是，芯股线11中，芯丝11a的直径为0.32～0.50mm且鞘丝11b的直径为0.40～0.50mm。通过在芯股线11中将芯丝11a控制成具有0.32～0.50mm的直径并将鞘丝11b控制成具有0.40～0.50mm的直径，可以容易地设计具有高的帘线强度和高的耐剪切性的本发明的钢丝帘线。
在本实施方案的钢丝帘线10中，优选的是，鞘股线12中，芯丝12a的直径为0.28～0.36mm且鞘丝12b的直径为0.34～0.45mm。通过在鞘股线12中将芯丝12a控制成具有0.28～0.36mm的直径并将鞘丝12b控制成具有0.34～0.45mm的直径，可以容易地设计具有高的帘线强度和高的耐剪切性的本发明的钢丝帘线。
在本实施方案的钢丝帘线10中，优选的是，芯股线11中，芯丝11a的数量为1～3根，且鞘丝11b的数量为5～9根。通过在芯股线11中将芯丝11a的数量控制为1～3根并将鞘丝11b的数量控制为5～9根，可以容易地设计具有高的帘线强度和高的耐剪切性的本发明的钢丝帘线。
在本实施方案的钢丝帘线10中，在各鞘股线12中，芯丝12a的数量为1～3根，鞘丝12b的数量为5～9根；因此，可以容易地设计具有高的帘线强度和高的耐剪切性的本发明的钢丝帘线。
根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线不限于图1中示出的具有3+8+7×(3+7)帘线结构的钢丝帘线10。例如，根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线可以为图2中示出的具有2+8+7×(3+7)结构的钢丝帘线20，并且可以具有其他帘线结构，只要满足本发明的要求即可。
在根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线中，优选的是，芯股线具有双层层捻结构且鞘股线各自具有至少两层的层捻结构。通过使芯股线具有双层层捻结构，其芯丝和鞘丝可以构造成具有不同的丝直径。此外，通过使鞘股线各自具有至少两层的层捻结构，其芯丝和鞘丝可以构造成具有不同的丝直径以及不同的拉伸强度。
根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线优选具有其中芯股线和鞘股线沿相同方向捻合以避免由由于在各股线中的线接触引起的应力集中而导致的断裂的结构。此外，在根据本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线中，为了抑制帘线的扭曲和确保良好的工厂加工性等，外包丝优选围绕帘线的外周卷绕。然而，卷绕丝在本发明中不是必不可少的要素。
本发明的钢丝帘线可以用作轮胎增强材料，例如，橡胶布通过将多根钢丝帘线相互间平行地以预定间隔排列且将钢丝帘线埋设在橡胶片中来制备，该橡胶布可以作为增强材料应用至轮胎的胎体或带束中的至少一层。其中将本发明的钢丝帘线作为带束的增强材料而应用的本发明的轮胎的实例包括如下的轮胎，该轮胎包括：在一对胎圈芯之间径向延伸的由钢丝帘线的帘布层构成的胎体；配置在胎体的冠部的轮胎径向外侧的至少两层、通常六层带束层；和配置在带束的轮胎径向外侧的胎面。
其中本发明的钢丝帘线可以作为带束的增强材料而应用的建筑车辆用轮胎的更具体的模式为如下的轮胎，该轮胎包括：通过由径向排列的帘线制成的帘布层构成的胎体；通过将平行排列的帘线以帘线在所得层叠层间彼此相互交错的方式配置在胎体的冠部的径向外侧而形成的至少四层带束层，并且优选将本发明的钢丝帘线应用至构成至少两层带束层的帘线。在应用本发明的钢丝帘线的此类建筑车辆用轮胎中，不仅由于即使当轮胎驾驶在粗糙地面上并且行驶过相对钝的突起物上时也可以维持在带束增强帘线的轴向上的良好的强度而抑制帘线断裂，而且即使当轮胎行驶过相对尖的突起物上时也以有利的方式抑制帘线断裂。
本发明的钢丝帘线的使用不限于上述的轮胎增强材料，并且本发明的钢丝帘线也可以用作诸如履带或输送带等橡胶制品的增强材料。
实施例
表1示出用于生产各种钢丝帘线的数据。关于与各钢丝帘线的帘线轴呈正交的截面结构，表1中示出的实施例1、4和5以及比较例3、4和5的钢丝帘线具有图1中示出的帘线结构；实施例2、3和6的钢丝帘线具有图2中示出的帘线结构；比较例1和2的钢丝帘线具有由图3中的附图标记100表示的钢丝帘线的7×(3+9)帘线结构。比较例1和2中，所有丝具有相同的直径。
关于这些钢丝帘线，帘线强度通过依照JIS G3525的断裂力试验来评价，并且耐剪切破坏性使用夏比冲击试验机来评价。此外，评价橡胶渗透性(橡胶穿透性)。表1中，帘线强度和耐剪切力表示为采用比较例1的值作为100的指数值，并且橡胶穿透性按照橡胶渗透率来表示。对于帘线强度、耐剪切力和橡胶穿透性全体，较高的值意味着优异的性能。
[表1]
Figure BDA0002539273860000091
对比全部具有同样的帘线结构的实施例1、比较例3、比较例4、比较例5以及实施例4和5，在帘线强度和耐剪切力方面，实施例1、4和5优于比较例3、4和5。特别地，实施例4和5为具有帘线强度指数、耐剪切力指数和橡胶穿透性之间的高度优异的平衡的帘线，它们分别为105以上、105以上和70以上。
在帘线强度指数和橡胶穿透性方面，具有与比较例1不同的帘线结构的实施例2优于比较例1。实施例3为芯股线的芯丝具有与实施例2中相比较低的拉伸强度的情况，并且在帘线强度指数和耐剪切力方面，实施例3劣于比较例1；然而，与比较例2的帘线强度和耐剪切力的指数值相对于比较例1的减幅相比，实施例3或多或少地展现在这些指数值上的较小的减幅。实施例6为具有帘线强度指数、耐剪切力指数和橡胶穿透性之间的高度优异的平衡的帘线，它们分别为105以上、105以上和70以上。
附图标记说明
10、20、100：钢丝帘线，11：芯股线，11a：芯丝，11b：鞘丝，12：鞘股线，12a：芯丝，12b：鞘丝

Claims (7)

1.一种橡胶制品增强用钢丝帘线，其包括：
通过捻合多根钢丝而形成的具有层捻结构的单根芯股线；和
各自通过捻合多根钢丝而形成的具有层捻结构的多根鞘股线，
所述鞘股线围绕所述芯股线捻合，
其中，
所述鞘股线中芯丝的直径与鞘丝的直径之比为0.75～0.85，所述芯丝的强度与所述鞘丝的强度之比为0.55～0.7，
所述芯股线中芯丝的拉伸强度和鞘丝的拉伸强度是实质上相同的，并且
所述鞘股线中芯丝的拉伸强度与鞘丝的拉伸强度之比为0.95以上且小于1.00，
所述鞘股线的芯丝直径为0.28～0.36mm且鞘丝直径为0.34～0.45mm。
2.根据权利要求1所述的橡胶制品增强用钢丝帘线，其中所述鞘股线的数量为6～9根。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶制品增强用钢丝帘线，其帘线直径为不小于4mm。
4.根据权利要求1或2所述的橡胶制品增强用钢丝帘线，其中所述芯股线的芯丝直径为0.32～0.50mm且鞘丝直径为0.40～0.50mm。
5.根据权利要求1或2所述的橡胶制品增强用钢丝帘线，其中，在所述芯股线中，
芯丝的数量为1～3根，并且
鞘丝的数量为5～9根。
6.根据权利要求1或2所述的橡胶制品增强用钢丝帘线，其中，在所述鞘股线中，
芯丝的数量为1～3根，并且
鞘丝的数量为5～9根。
7.一种轮胎，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的橡胶制品增强用钢丝帘线作为增强材料。
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