CN116568885A - 用于橡胶补强的钢绳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于橡胶补强的钢绳。钢绳具有的构造包括外层和由外层包围并与外层相邻的内绞线，内绞线包括数量为N1并且以mm表示的平均直径为d1的至少一根钢丝，外层包括数量为N2并且以mm表示的平均直径为d2的钢丝，内绞线的扭矩为T1，外层的扭矩为T2，T1和T2之间的关系被限定。通过这样做，减少了由钢绳补强的橡胶帘布层的尖部翘起问题。

Description

用于橡胶补强的钢绳
技术领域
本发明涉及一种用于橡胶补强的钢绳。本发明还涉及由本发明的钢绳补强的轮胎。
背景技术
钢绳广泛用于补强橡胶产品，例如橡胶带、橡胶轮胎或橡胶管，因为钢绳可以为橡胶产品提供足够的强度并且具有与橡胶的良好的粘附性。
子午线轮胎(轮胎的一种类型)包括至少一个带束层、至少一个胎体层、至少一个胎面层和一对胎圈部分。根据轮胎的应用，子午线轮胎具有在带束层、胎体层或胎面层上呈不同设计的各种结构。钢绳被施加在带束层、胎体层和/或胎圈包布中，以用于为轮胎提供期望的强度。取决于施加钢绳的不同轮胎部分，钢绳被设计成具有不同的构造和性能参数。
具有嵌入的钢绳的橡胶帘布层(ply)是用于制造带束层、胎体层和/或胎圈包布的一个部件。橡胶帘布层是通过将其切割成具有特定长度、宽度和厚度的小片来加工的。以与涂胶钢绳帘布层的纵向轴线倾斜的角度对该涂胶钢绳帘布层进行切割，或垂直于涂胶钢绳帘布层的纵向轴线对该涂胶钢绳帘布层进行切割。随后，通过机器将橡胶帘布层的所有具有相同形状的小片拼接为用于一个轮胎的所需长度。
在切割之后，有时会发生涂胶钢绳帘布层的小片的四个角部中的一个角部或一些角部翘出平面外。如果角部翘起特定高度以上，例如十毫米或以上，这会使自动机器不能进行拼接，那么只能手动进行拼接，这会导致工作效率降低。这被视为“尖部(tip)翘起问题”的发生。当钢绳具有分层构造时，这个问题相对发生得更多。
US2017073888公开了一种钢绳，其包括芯组和护套组，以形成m+n的构造。通过使芯组和护套组的残余扭转的差值的绝对值与芯组和护套组之间的饱和水平的差值的绝对值的比率在特定值的范围内，该钢绳不具有残余扭转，因此，用这种钢绳补强的橡胶帘布层的尖部翘起得低或没有翘起。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有技术的问题。
本发明的另一个目的是提供一种用于减少橡胶帘布层的尖部翘起问题的钢绳。
本发明的另一个目的是提供一种具有改善的工作效率的轮胎。
根据本发明的一个方面，提供了一种钢绳，该钢绳具有的构造包括外层和由外层包围并与外层相邻的内绞线，内绞线包括数量为N1并且以mm表示的平均直径为d1的至少一根钢丝，外层包括数量为N2并且以mm表示的平均直径为d2的钢丝，内绞线的扭矩为T1，并且外层的扭矩为T2，T1和T2满足如下公式：
T1＝G×RT1×π2×D1 2×d1 2×N1/16000，
T2＝G×RT2×π2×(D1 2+D2 2)×d2 2×N2/16000，
│T1+T2│<60，
其中，D1为内绞线的理论直径，D2为钢绳的理论直径，D1和D2均以mm表示，RT1为内绞线的残余扭转，RT2为外层的残余扭转，RT1和RT2均以顺时针方向“+”或逆时针方向“－”的每米圈数表示，G为80000N/mm2，RT1的绝对值不小于每米0.05圈，RT2的绝对值小于每米2圈。
通过限定满足上述公式的内绞线的扭矩和外层的扭矩，减少了嵌有钢绳的橡胶帘布层的尖部翘起问题的发生。钢绳的内绞线的扭矩和外层的扭矩均与橡胶帘布层的尖部翘起问题的发生有关。内绞线的扭矩和外层的扭矩之和越小，橡胶帘布层的尖部翘起问题的发生越少。
与限定不同层的残余扭转和/或绳的残余扭转的现有技术不同，本发明基于外层的特定残余扭转和内绞线的特定残余扭转来限定内绞线的扭矩和外层的扭矩，以减少橡胶帘布层的尖部翘起问题的发生。
优选地，│T1+T2│<50。最优选地，│T1+T2│<40。
根据本发明，RT1的绝对值优选不小于每米0.1圈。
优选地，RT2的绝对值不小于每米0.05圈。更优选地，RT2的绝对值不小于每米0.1圈。当RT2在该值的范围内时，本发明贡献很大。
为了减少橡胶帘布层的尖部翘起问题，优选地，│RT1+RT2│<4。更优选地，│RT1+RT2│<2。由此，大大减少了橡胶帘布层的尖部翘起问题的发生。
本发明用于具有两层、三层或更多层的构造的钢绳。
D1是内绞线的理论直径，而D2是钢绳的理论直径，即外层的理论直径。理论直径是当假定钢绳的层或绞线为圆形时根据钢绳构造、钢丝直径和钢丝数量而计算出的直径。
当钢绳具有两层的构造时，N1为1、2、3或4。D2的计算公式为：D2＝D1+2×d2；并且D1的计算公式为：
当N1为1时，D1＝d1，或
当N1为2时，D1＝2×d1，或
当N1为3时，D1＝2.155×d1，或
当N1为4时，D1＝2.414×d1。
当钢绳具有三层的构造时，这意味着内绞线包括中间层和由中间层包围的芯层，中间层由外层包围并与外层相邻，芯层包括数量为Nc且平均直径为dc的至少一根钢丝，中间层包括平均直径为dm的钢丝，D2的计算公式为：D2＝D1+2×d2；并且D1的计算公式为：
当Nc为1时，D1＝dc+2×dm，或
当Nc为2时，D1＝2×dc+2×dm，或
当Nc为3时，D1＝2.155×dc+2×dm，或
当Nc为4时，D1＝2.414×dc+2×dm。
根据本发明，钢绳具有1+3、1+4、1+5、1+6、1+7、2+2、2+3、2+4、2+5、2+5cc、2+6、2+7、2+7cc、2+8、3+2、3+3、3+6、3+8、3+8cc、3+9、3+9cc、4+3、4+6、1+3+8、1+4+8cc、1+4+9、1+5+10、1+5+10cc、1+6+11、1+6+12、1+6+12cc、2+5+10、2+6+12、3+8+13、3+9+15或4+10+16的构造。
本发明有益于具有非常高的抗拉强度的钢丝的钢绳。优选地，钢绳的每根钢丝具有满足TS≥4000－2000×d的抗拉强度TS，d为单根钢丝的直径，更优选为满足TS≥4100－2000×d。
内绞线和外层各自具有小于40mm的捻距(twist pitch)，可替代地，内绞线具有大于300mm的捻距，而外层具有小于40mm的捻距。
根据本发明的第二方面，提供了一种轮胎。轮胎包括至少一个带束层、至少一个胎体层、至少一个胎面层和一对胎圈部分，其中带束层和/或所述胎体层包括至少一根钢绳，该钢绳具有的构造包括外层和由外层包围并与外层相邻的内绞线，内绞线包括数量为N1并且平均直径为d1的至少一根钢丝，外层包括数量为N2并且平均直径为d2的钢丝，内绞线的扭矩为T1，并且外层的扭矩为T2，T1和T2满足以下公式：
T1＝G×RT1×π2×D1 2×d1 2×N1/16000，
T2＝G×RT2×π2×(D1 2+D2 2)×d2 2×N2/16000，
│T1+T2│<60，
其中，D1为内绞线的理论直径，D2为钢绳的理论直径，D1和D2均以mm表示，RT1为内绞线的残余扭转，RT2为外层的残余扭转，RT1和RT2均以顺时针方向“+”或逆时针方向“－”的每米圈数表示，G为80000N/mm2，RT1的绝对值不小于每米0.05圈，RT2的绝对值小于每米2圈。
附图说明
图1描述了橡胶帘布层的尖部翘起的测量。
图2a－图2b描述了残余扭转的测量。
具体实施方式
用于钢绳的钢丝由线材制成。
首先通过机械除鳞和/或通过在H2SO4或HCl溶液中化学酸洗来清洁线材，以去除存在于表面上的氧化物。然后在水中冲洗线材并对线材进行干燥。然后对干燥的线材进行第一系列的干法拉拔操作，以缩减直径，直到第一中间直径。
在该第一中间直径下，例如，在约3.0mm至3.5mm下，对干法拉拔的钢丝进行被称为铅淬火的第一中间热处理。铅淬火是指首先进行奥氏体化，直至约1000℃的温度，然后在约600℃至650℃的温度下进行从奥氏体到珠光体的相变。然后，钢丝准备进行进一步的机械变形。
此后，在第二次的直径缩减步骤中，从第一中间直径对钢丝进一步干法拉拔，直到第二中间直径。第二直径通常在1.0mm至2.5mm的范围内。
在该第二中间直径下，对钢丝进行第二铅淬火处理，即，在约1000℃的温度下再次进行奥氏体化，然后在600℃至650℃的温度下淬火以允许转变成珠光体。
如果在第一干法拉拔步骤和第二干法拉拔步骤中的总缩减量不是太大，则可以进行从线材到第二中间直径为止的直接拉拔操作。
在该第二铅淬火处理之后，钢丝通常设置有黄铜涂层：在钢丝上镀铜，在铜上镀锌。施加热扩散处理以形成黄铜涂层。可替代地，钢丝可以设置有三元合金涂层，包括铜、锌、和钴、钛、镍、铁或其它已知金属的第三合金。
然后，通过湿法拉拔机对涂覆黄铜或涂覆三元合金的钢丝进行最终系列的横截面缩减。最终产品是碳含量高于0.70重量％、或不低于0.80重量％、或甚至高于0.90重量％的钢丝，其抗拉强度(TS)通常高于3000MPa并且适用于橡胶产品的补强。
适用于轮胎补强的钢丝通常具有范围为从0.05mm至0.60mm的最终直径，例如，从0.10mm至0.40mm。线的直径的示例为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。钢丝的直径最好在0.10mm至0.50mm的范围内。
通过现有的钢绳制造工艺(即，成缆或成束工艺)对许多钢丝进行加捻，以形成这样一种钢绳，其具有的构造包括外层和由外层包围并与外层相邻的内绞线。
基于钢绳的构造，根据本发明的公式设定内绞线的扭矩、外层的扭矩、内绞线的残余扭转和外层的残余扭转。内绞线的预定残余扭转和外层的预定残余扭转可以通过用于残余扭转控制的现有方法来实现，例如在加捻之后使用假捻器或矫直器。
表1总结了本发明和参照物的性能。
表1
上表中的钢绳的所有钢丝具有TS≥4100－2000×d，d为单根钢丝的直径。
图1示出了尖部翘起值的测量。从嵌有钢绳110的橡胶帘布层切割的小片100具有确定的长度、宽度和厚度。橡胶帘布层的厚度可以根据轮胎中的钢绳的施加方式来设定，例如，橡胶帘布层的厚度为钢绳的直径加上1.1mm，而橡胶帘布层的宽度和长度均为1米。小片100的四个角部105中的两个角部翘起。从小片的厚度方向上对值T进行测量。两个翘起的角部105的两个T值中的较大者为橡胶帘布层的尖部翘起值。若尖部翘起值大于10mm，则视为出现尖部翘起问题。
GB/T 33159－2016中明确描述了钢绳的钢丝直径和残余扭转的测量方法。
对内绞线的残余扭转和外层的残余扭转进行测量如下：
a)通过熔合来制备长度为约1.2m的钢绳样品，以确保钢绳样品的两端(“第一端”和“第二端”)不张开，制备安装有两个夹具(“第一夹具”和“第二夹具”)的机架，两个夹具以1m的距离铺设在同一水平面上；
b)通过第一夹具和第二夹具夹持钢绳样品，第一夹具靠近钢绳样品的第一端，从钢绳样品的第一端到第一夹具的长度为约5cm至7cm(“钢绳的反向长度(reversedlength)”)；
c)打开第一夹具以释放钢绳样品的残余扭转，然后将钢绳样品从第一夹具处待夹持的部分向上弯曲，以使钢绳的反向长度几乎垂直于水平面(“弯曲部分”)；确保弯曲操作不会对钢绳样品产生任何扭转，否则释放新产生的扭转；
d)切割第一端，并且沿弯曲部分的长度剥离外层的钢丝，直至钢绳样品的被第二夹具夹持的部分；当外层的钢丝的剥离足以允许这种操作时，通过第一夹具夹持内绞线；确保在剥离操作过程中，单独作为一组的外层的弯曲部分和内绞线的弯曲部分始终垂直于水平面；
e)释放外层的弯曲部分，观察并记录外层的弯曲部分的圈数，这是外层的残余扭转RT2；然后释放内绞线的弯曲部分，观察并记录内绞线的弯曲部分的圈数，这是内绞线的残余扭转RT1，残余扭转的记录以0.05圈/米(对应于18°的旋转角度)为单位，并且如果是在顺时针方向上则为“+”，如果是在逆时针方向上则为“－”，当在朝向第二夹具的方向上面对弯曲部分的转动时进行观察。
图2a至图2b示出了残余扭转的示例，图2a示出了在逆时针方向上的残余扭转为0.05、0.25、0.5、0.75和1.0的示例，图2b示出了在顺时针方向上的残余扭转为0.15、0.25、0.5、0.75和1.0的示例。
从表1中可以清楚地看出，本发明的钢绳没有尖部翘起问题，并且与参考的钢绳相比在尖部翘起上具有更好的性能。

Claims (14)

1.一种钢绳，所述钢绳具有的构造包括外层和由所述外层包围并与所述外层相邻的内绞线，所述内绞线包括数量为N1并且以mm表示的平均直径为d1的至少一根钢丝，所述外层包括数量为N2并且以mm表示的平均直径为d2的钢丝，其特征在于，所述内绞线的扭矩为T1，所述外层的扭矩为T2，T1和T2满足如下公式：
T1＝G×RT1×π2×D1 2×d1 2×N1/16000，
T2＝G×RT2×π2×(D1 2+D2 2)×d2 2×N2/16000，
│T1+T2│<60，
其中，
D1为内绞线的理论直径，而D2为钢绳的理论直径，D1和D2均以mm表示，
RT1为内绞线的残余扭转，而RT2为外层的残余扭转，RT1和RT2均以顺时针方向“+”或逆时针方向“－”的每米圈数表示，
G为80000N/mm2，
并且RT2的绝对值小于每米2圈，RT1的绝对值不小于每米0.05圈。
2.根据权利要求1所述的钢绳，其特征在于，T1和T2满足│T1+T2│<50。
3.根据权利要求2所述的钢绳，其特征在于，T1和T2满足│T1+T2│<40。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢绳，其特征在于，RT1的绝对值不小于每米0.1圈。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钢绳，其特征在于，RT2的绝对值不小于每米0.05圈。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钢绳，其特征在于，RT2的绝对值不小于每米0.1圈。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的钢绳，其特征在于，RT1和RT2满足：
│RT1+RT2│<4。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钢绳，其特征在于，所述钢绳具有两层构造，N1为1、2、3或4，D2的计算公式为：D2＝D1+2×d2；并且D1的计算公式为：
当N1为1时，D1＝d1，或
当N1为2时，D1＝2×d1，或
当N1为3时，D1＝2.155×d1，或
当N1为4时，D1＝2.414×d1。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的钢绳，其特征在于，所述钢绳具有三层构造，其中，所述内绞线包括中间层和由所述中间层包围的芯层，所述芯层包括数量为Nc且平均直径为dc的至少一根钢丝，所述中间层包括平均直径为dm的钢丝，D2的计算公式为：D2＝D1+2×d2；并且D1的计算公式为：
当Nc为1时，D1＝dc+2×dm，或
当Nc为2时，D1＝2×dc+2×dm，或
当Nc为3时，D1＝2.155×dc+2×dm，或
当Nc为4时，D1＝2.414×dc+2×dm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的钢绳，其特征在于，所述内绞线和所述外层各自具有小于40mm的捻距。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的钢绳，其特征在于，所述钢绳的每根钢丝具有满足TS≥4000－2000×d的抗拉强度TS，d为单根钢丝的直径。
12.根据权利要求11所述的钢绳，其特征在于，TS≥4100－2000×d。
13.根据权利要求1所述的钢绳，其特征在于，所述钢绳具有1+3、1+4、1+5、1+6、1+7、2+2、2+3、2+4、2+5、2+5cc、2+6、2+7、2+7cc、2+8、3+2、3+3、3+6、3+8、3+8cc、3+9、3+9cc、4+3、4+6、1+3+8、1+4+8cc、1+4+9、1+5+10、1+5+10cc、1+6+11、1+6+12、1+6+12cc、2+5+10、2+6+12、3+8+13、3+9+15或4+10+16的构造。
14.一种轮胎，所述轮胎包括至少一个带束层、至少一个胎体层、至少一个胎面层和一对胎圈部分，其特征在于，所述带束层和/或所述胎体层包括至少一根根据权利要求1至13中任一项所述的钢绳。
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