CN111607869B - 一种用于橡胶增强的钢帘线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有m+n结构的钢帘线。钢帘线包括具有m根芯钢丝的第一组和具有n根外层钢丝的第二组，第二组和第一组之间以相同的捻距和捻向相互捻在一起，其中芯钢丝相互不加捻，芯钢丝相互平行或者芯钢丝具有大于300mm的捻距，外层钢丝具有小于或等于30mm的捻距，当将芯钢丝和外层钢丝从钢帘线里剥离出来后，芯钢丝具有平均抗拉强度Tc，单位为MPa，外层钢丝具有平均抗拉强度Ts，单位为MPa，Tc和Ts满足：5<(Tc‑Ts)<200。本发明的钢帘线具有高的生产效率，生产过程中断丝率低，并且钢帘线的破断拉力保持，钢帘线的成本没有增加。

Description

一种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。本发明还涉及一种由该钢帘线增强的橡胶制品。

背景技术

钢帘线广泛被用来增强橡胶制品，比如轮胎、胶管和输送带等等，因为钢帘线能够给橡胶制品带来充分的强度和柔韧性。

近年来绿色轮胎是一个趋势，因为它更轻，能够节约更多能量。作为轮胎的增强件，由高强度钢丝组成的钢帘线也因此被开发出来，因为高强度的钢丝能带来足够的破断拉力以及更细的钢丝直径，因此钢帘线的直径和重量都会大大减少。更细更轻的钢帘线的使用使得轮胎也更薄更轻。

尽管如此，高强度钢丝确难以被加工，比如被捻制成绳，因为更高强度会导致在加工中出现更多的断丝问题。

US5616197公开了一种卡车用轮胎，该轮胎使用U+T结构的钢帘线增强。钢丝具有超高强度，并且轮胎的带束层具有特殊设计，这些使得轮胎重量更轻。

U+T结构的钢帘线，其中U根钢丝不加捻且平行，T根钢丝成股和U根钢丝在相同的捻距和捻向之下加捻。然而，在钢帘线的生产过程中，这种结构的钢帘线出现高断丝率问题，这导致了低的生产效率。

发明内容

本发明首要目的是解决上述问题。

本发明第二个目的是提供一种钢帘线，其具有高的破断拉力和高生产效率，并且成本不增加。

本发明第三个目的是提供一种轮胎，其由高破断拉力和高生产效率的钢帘线增强，并且成本不增加。

根据本发明的目的，提供一种具有m+n结构的钢帘线。钢帘线包括具有m根芯钢丝的第一组和具有n根外层钢丝的第二组，第二组和第一组之间以相同的捻距和捻向相互捻在一起，其中芯钢丝相互不加捻，芯钢丝相互平行或者芯钢丝具有大于300mm的捻距，外层钢丝具有小于或等于30mm的捻距，当将芯钢丝和外层钢丝从钢帘线里剥离出来后，芯钢丝具有平均抗拉强度Tc，单位为MPa，外层钢丝具有平均抗拉强度Ts，单位为MPa，Tc和Ts满足：5<(Tc-Ts)<200。

本发明的钢帘线具有高的生产效率，生产过程中断丝率低，并且钢帘线的破断拉力保持，钢帘线的成本没有增加。

m+n结构的钢帘线，其芯钢丝相互不加捻，芯钢丝相互平行或者芯钢丝具有大于300mm的捻距，在生产这种结构的钢帘线时，芯钢丝所经受的加捻的次数要多于外层钢丝所经受的加捻的次数，这是因为芯钢丝是放置于双捻机(bunching machine)的小船(cradle)之外的，而外层钢丝是放置于双捻机的小船之内的。因此相较于外层钢丝，芯钢丝更容易发生断裂。尤其当钢丝抗拉强度为超高强度时，也就是大于4100-2000×D MPa，芯钢丝断裂更多。本发明解决了这个钢丝断裂问题，通过使芯钢丝的抗拉强度比外层钢丝的抗拉强度高一点点；另外，在不增加钢帘线成本的情况下保持钢帘线的破断拉力。芯钢丝的更高的抗拉强度能抵制住由于多次加捻而产生的更高的扭转剪切应力，这减少了钢帘线生产中芯钢丝断裂。尽管如此，如果Tc和Ts之间的差异太高了，比如高于200MPa,这将导致额外的生产成本，因为这个高的差异主要是通过提高钢丝的碳含量或者调整钢丝的成分，这些都会导致更高的成本，这不是发明人所期望的。另一方面，芯钢丝和外层钢丝之间更高的抗拉强度差异，比如高于200Mpa，这将导致如上所述的在钢帘线生产中更高的断丝率。

当外层钢丝被切除后，观察芯钢丝，下述的两项发现都反应了芯钢丝相互不加捻：1)任意两根芯钢丝之间没有相交，这种情况下芯钢丝被视为相互平行；2)根据GBT33159-2016的方法测量芯钢丝的捻距大于300mm。

优选地，外层钢丝的捻距在5-30mm之间。

优选地，Tc和Ts满足：10<(Tc-Ts)<100.更优选地，10<(Tc-Ts)<150.最优选地10<(Tc-Ts)<100或者甚至15<(Tc-Ts)<60。

优选地，钢丝包括芯钢丝和外层钢丝具有相同的钢成分。

芯钢丝或者外层钢丝的抗拉强度优选地不能太高，因为太高的抗拉强度会导致更低的延展性和更多的钢丝断裂。优选地，3800-2000×Dc<Tc<4300-2000×Dc，Dc是芯钢丝的平均直径。优选地，3800-2000×Ds<Ts<4300-2000×Ds，Ds是外层钢丝的平均直径。

钢帘线中所有的钢丝包括芯钢丝和外层钢丝具有相同的直径。由于生产的精确度的问题，每一跟钢丝或者芯钢丝或者外层钢丝的直径不可能和其他钢丝绝对相同，因此本发明定义Dc和Ds基本相同，“基本相同”意味着Dc和Ds之间的差异在+/-0.005mm之间，这样的情况被视为钢帘线中所有的钢丝具有相同的直径。在制作钢帘线的捻制过程中，钢帘线承受着高张力，如果芯钢丝直径大于外层钢丝直径，那么张力分布将不均匀，芯钢丝承受了更多的张力，这也导致了芯钢丝更容易发生断裂，这不是想要的。因此，对于本发明来说，芯钢丝直径和外层钢丝直径相同。

优选地，m大于n。更优选地，m是3或4。

根据本发明第三个目的，提供一种轮胎。轮胎包括带束层、胎体层、胎面层和一对胎圈部，带束层和/或胎体层里面埋入至少一根本发明的钢帘线。

附图说明

图1显示了制备m+n结构钢帘线的工艺。

图2显示了第一实施例4+3钢帘线。

具体实施方式

用于钢帘线的钢丝的生产从盘条开始。

首先，清洁盘条，通过机械除磷和/或在硫酸/盐酸溶液中化学酸洗来除去表面的氧化皮。然后盘条在水中清洗再干燥。干燥后的盘条经过第一系列的干拉操作来降低钢丝直径至第一中间直径。

在第一中间直径D1，比如在大约3.0-3.5mm，干拉过的钢丝经受第一中间热处理，也就是所谓的淬火。淬火意味着先至温度到1000℃左右奥氏体化，接着在大约600-650℃有从奥氏体至珠光体的转变阶段。钢丝可以进行更进一步的机械变形。

然后钢丝在第二系列直径降低步骤中被进一步干拉，从第一中间直径D1至第二中间直径D2。第二中间直径D2基本在1.0mm-2.5mm之间。

在第二中间直径D2，钢丝经历第二淬火处理，也就是再次在1000℃左右奥氏体化，然后在大约600-650℃淬火处理使得转变为珠光体。

如果在第一干拉和第二干拉步骤中总的直经减少量不是太大，可以通过直接拉拔操作将盘条拉至第二中间直径D2。

在第二淬火处理后，钢丝通常会被涂覆黄铜涂层：在钢丝上镀上铜，在铜上镀上锌。施加热扩散来形成黄铜涂层。或者，钢丝还可以涂覆有三元合金涂层，包括铜、锌和第三种金属比如钴、钛、镍、铁或者其他已知金属。

然后黄铜涂覆的钢丝通过湿拉机器来完成最终系列的截面减小步骤。最终的产品为一个钢丝，具有0.60质量百分比以上的碳含量，比如高于0.70质量百分比，或者比如高于0.80质量百分比，或者比如高于0.90质量百分比；具有大于2000MPa的抗拉强度，或者高于3800-2000×D(HT)Mpa、高于4100-2000×D MPa(ST)或高于4400-2000×D(UT)MPa(D为最终钢丝的直径，也就是说D是Dc或者Ds)，钢丝适用于增强橡胶制品。

适用于轮胎增强的钢丝，一般具有最终直径在0.05mm-0.60mm之间，例如在0.10mm-0.40mm之间。具体的钢丝直径可以是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.

图1显示了制作m+n钢帘线的生产过程。钢帘线是由双捻机制备的。两根芯钢丝105放置于双捻机的小船135的外面，两根外层钢丝110放置于双捻机小船135的内部。首先两根芯钢丝105被放出且被引导穿过轮子115和轮子120，然后两根芯钢丝形成一个股；两根外层钢丝110被放出，然后两根外层钢丝110作为一个组和两根芯钢丝105的股在轮子125和轮子130处分别加捻从而形成帘线，然后帘线经过虚捻器再被收于工字轮上。外层钢丝的第二组和芯钢丝的第一组以相同的捻距和捻向相互捻在一起，其中芯钢丝相互不加捻，芯钢丝相互平行或者芯钢丝具有大于300mm的捻距，外层钢丝具有小于或等于30mm的捻距。在双捻过程中，芯钢丝经受了4次捻制，包括在轮子115和轮子120处的两次S方向的捻制和在轮子125和轮子130处的两次Z方向的捻制；而外层钢丝经受了两次捻制，包括在轮子125和轮子130处的Z方向的捻制。芯钢丝经受的捻制比外层钢丝多两次，而且芯钢丝经受的捻制在不同的方向，也就是加捻(S方向)和退捻(Z方向)，因此，在钢帘线的生产中芯钢丝较外层钢丝更易断裂。本发明解决了这个问题，本发明使芯钢丝的抗拉强度比外层钢丝的抗拉强度高一点点，以此来降低钢帘线生产中钢丝断裂的问题，同时钢帘线的生产成本不增加。这可以通过调整上述的钢丝生产过程中钢丝拉拔工艺来实现，比如调整拉拔模的压缩比，比如湿拉拉拔过程中的拉拔模的压缩比。

图2显示了第一实施例。钢帘线具有4+3的结构，由4根芯钢丝205和3根外层钢丝210组成。4根芯钢丝205相互平行.外层钢丝210的捻距为18mm。

表1.

第一实施例和参考例1-3的制备方法和图1中所示方法相同。参考例1具有更高的芯钢丝断裂率，且由于芯钢丝的抗拉强度更大，所以生产成本更高。参考例2通过降低芯钢丝的抗拉强度来降低芯钢丝的断裂率，然而，钢帘线的破断拉力也大大降低。参考例3的芯钢丝和外层钢丝的抗拉强度很接近，但它具有很高的芯钢丝断裂率。

通过上表可知，本发明的钢帘线在保持帘线破断拉力的情况下具有很低的芯钢丝断裂率。在芯钢丝的抗拉强度上的很小的提升可以帮助减少在钢帘线生产过程中的芯钢丝断裂，同时在不明显增加生产成本的情况下保持钢帘线的破断拉力。

测试和计算平均抗拉强度Tc和Ts的方法包括：

–从钢帘线中剥开芯钢丝和外层钢丝；

–计算单根钢丝的抗拉强度，通过将钢丝的破断拉力除以钢丝的截面积。钢丝的破断拉力通过标准ISO6892-1:2009提及的方法原则加以一些特殊的设定来测量，这些特殊的设定比如夹持长度为250mm，测试速度为100mm/min，每根钢丝测试5次；

–计算芯钢丝和外层钢丝的平均抗拉强度来获得Tc和Ts。

芯钢丝的平均直径和外层钢丝的平均直径按下述方法测量：

–从钢帘线中剥开芯钢丝和外层钢丝，

–使用千分尺测量单根钢丝的直径，每根钢丝测试5次，

–计算芯钢丝的平均直径和外层钢丝的平均直径获得Dc和Ds。

芯钢丝断裂率通过计算芯钢丝断裂次数与钢帘线的生产吨数的比例而得。

第二实施例是4+6×0.32。4根芯钢丝相互平行。外层钢丝具有捻距为18mm。Tc和Ts之间的差值为40MPa。

Claims (9)

1.一种钢帘线，所述钢帘线包括具有m根芯钢丝的第一组和具有n根外层钢丝的第二组，所述第二组和所述第一组之间以相同的捻距和捻向相互捻在一起，其中所述芯钢丝相互不加捻，所述芯钢丝相互平行或者所述芯钢丝具有大于300mm的捻距，所述外层钢丝具有小于或等于30mm的捻距，其特征在于，所述芯钢丝和所述外层钢丝具有相同的直径，当将所述芯钢丝和所述外层钢丝从钢帘线里剥离出来后，所述芯钢丝具有平均抗拉强度Tc，单位为MPa，所述外层钢丝具有平均抗拉强度Ts，单位为MPa，Tc和Ts满足：5<(Tc-Ts)<200。

2.根据权利要求1所述的钢帘线，其特征在于，Tc和Ts满足：10<(Tc-Ts)<150。

3.根据权利要求2所述的钢帘线，其特征在于，Tc和Ts满足：10<(Tc-Ts)<100。

4.根据权利要求3所述的钢帘线，其特征在于，Tc和Ts满足：15<(Tc-Ts)<60。

5.根据权利要求1所述的钢帘线，其特征在于，所述Tc满足：3800-2000×Dc<Tc<4300-2000×Dc,Dc为芯钢丝的平均直径。

6.根据权利要求1所述的钢帘线，其特征在于，所述Ts满足：3800-2000×Ds<Ts<4300-2000×Ds,Ds为外层钢丝的平均直径。

7.根据权利要求1中所述的钢帘线，其特征在于，m大于n。

8.根据权利要求7中所述的钢帘线，其特征在于，m为3或4。

9.一种轮胎，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和/或所述胎体层里面埋入至少一根如权利要求1-8中任一项所述的钢帘线。