CN1478162A - 用于加固越野轮胎和传送带的钢丝帘线 - Google Patents

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Abstract

本发明钢丝帘线包括一根金属芯股(11)和相邻的一层钢元件(13)。在金属芯股(11)和相邻的一层钢元件(13)之间，设置一个聚合物层(16)，聚合物层的最小厚度大于0.02mm。这些钢丝帘线用来加固越野轮胎或传送带。

Description

用于加固越野轮胎和传送带的钢丝帘线
技术领域
本发明涉及钢丝帘线(steel cord)，尤其涉及用来加固橡胶轮胎特别是越野轮胎和传送带的钢丝帘线。
背景技术
通常，用钢丝帘线来加固橡胶时，趋向于使用具有较高抗拉强度的钢丝帘线，该钢丝帘线使用具有较高抗拉强度的钢丝。
对于越野轮胎和传送带，所使用的钢丝帘线包括不同的钢元件层。一层或更多层钢元件围绕着一根叫做“金属芯股”(metal core strand)的钢丝帘线。这些钢元件可以是钢丝帘线或绳股，因此形成一种典型的越野钢丝帘线结构，例如7×(3+9)。钢元件也可以是钢丝，因此，形成同心层状绳，例如3+9+15。
但是，对于这些类型的钢丝帘线来讲，使用高抗拉强度钢丝是有缺点的。人们注意到，当使用这种高抗拉强度的钢丝时，捻的步骤或将钢丝变换成绳股、多股或同心层状绳期间的步骤，会使抗拉强度损失较高。当绳股、多层绳股或同心层状绳受到一个轴向负载时，这些绳股或绳的不同钢丝就会给彼此施加径向力。可以说，它们彼此夹紧。人们也发现，钢丝的抗拉强度越高，在径向和轴向同时受到负载时，抗拉强度的损失就越大。
这就解释了这样一个事实，即钢丝的抗拉强度越高，捻的步骤产生的抗拉强度的损失就越大，该捻的步骤是用来将钢丝变换成一根绳股或同心层状绳。此外，多股或同心层状绳的结构越复杂，抗拉强度的损失就越大。特别是当不同层的捻的方向不同时，损失更大。例如，一根金属芯股捻在Z方向上，第一层钢丝在S方向上捻在该金属芯股周围，第二层钢丝捻在下层结构和Z方向上金属芯股的周围。
结果，使用高抗拉强度的钢丝通常会使形成的钢丝帘线或绳股的抗拉强度和破坏负载变成中等或普通水平，但是，使用高抗拉强度钢元件会使钢丝帘线或绳股的抗拉强度和破坏负载更高。
已经有人试图来减少抗拉强度的这种损失，方法是使钢丝帘线由高抗拉强度钢丝组成，所用钢丝允许橡胶完全渗透。但是，其效果完全不够。
发明内容
本发明的目的在于，减少高抗拉强度钢丝帘线的抗拉强度或破坏负载的损失，该钢丝帘线是用来加固橡胶轮胎特别是越野轮胎或传送带的。
根据本发明，一种钢丝帘线，包括一层或更多层捻在一根金属芯股周围的钢元件。这些钢元件可以是钢丝或钢绳股。可以使用相同或不同的捻方向和/或角度，将一层或更多层的钢元件捻在金属芯股周围。可以使用不同的钢丝直径或绳股结构来形成本发明的钢丝帘线。本发明的钢丝帘线可以是所谓的紧凑线、多股结构或同心层状结构。
本发明的钢丝帘线的特征在于，在金属芯股和至少一层钢元件之间设置一层聚合物材料，该钢元件捻在该金属芯股周围，其中，聚合物材料的厚度大于0.02mm。
用来形成本发明钢丝帘线的不同钢元件的钢丝的抗拉强度最好大于2000N/mm2，更好的是大于2500N/mm2，最好是大于2800N/mm2。
用来形成本发明钢丝帘线的不同钢元件的钢丝的直径小于0.8mm，最好介于0.15和0.6mm之间，最好的是介于0.175和0.35mm之间。
本发明钢丝帘线的特征在于，在金属芯股和捻在该金属芯股周围的至少一层钢元件之间设置一层聚合物材料。该层聚合物材料使金属芯股和相邻的一层钢元件彼此隔离。聚合物材料可以在很大程度上防止金属芯股的钢丝与相邻的一层钢元件的钢丝之间存在接触和接触点。金属芯股和相邻的一层钢元件之间的聚合物层的厚度大于0.02mm，最好大于0.035mm，最好的是大于0.05mm，例如大于0.1mm。
通过下面的步骤可以测量出最小厚度：
-在钢丝帘线上5个不同的地方沿着径向切断钢绳，将被切端部磨光，并且给钢绳横截面拍照；
-对于各个横截面，测量出金属芯股与钢元件层的每个钢元件之间的最小距离。通过测量最靠近金属芯股的钢元件钢丝与最靠近钢元件的金属芯股钢丝之间的距离，可以得到该最小距离。计算出这些最小距离的平均距离；
-将至少5个平均距离的平均值作为聚合物层的最小厚度，这5个平均距离是从至少5个不同的径向横截面得到的结果。
在将相邻的一层钢元件捻在芯层周围之前，在金属芯股周围设置一层聚合物材料，这样可以获得这种最小距离。为了获得最好的效果，在捻相邻的钢元件层之前，设置在该金属芯股周围的聚合物层的最小厚度大于0.05mm，最好是大于0.1mm。测出涂聚合物/未涂聚合物的绳股或钢丝的光学直径差，除于2，得到该最小厚度。如果捻相邻的一层钢元件之前的聚合物层的厚度较小，会导致金属芯股和相邻钢元件之间频繁的局部接触点，这种接触很可能是由所用钢丝的具体直径引起。可以假定，在捻本发明钢丝帘线的期间，当使用薄层的聚合物时，存在于相邻层中、并用来形成相邻层或股的细丝，可以穿过该聚合物层，不过，该假定还没有经证明的理论来支持。在捻期间，相邻钢元件向径向内部，朝着金属芯股移动。可以说，钢元件是被压到聚合物层中的。当捻相邻的一层钢元件之前的聚合物层太薄时，此处的聚合物层会被就地推开，或者可以说，聚合物层在此处被其受到的高局部径向应力“切断”。
相邻的一层钢元件捻在金属芯股周围，捻方向与金属芯股的捻方向最好相对。当金属芯股有一个“S”捻方向时，在芯层周围设置了聚合物层之后，最好将相邻的一层钢元件以“Z”方向捻在金属芯股周围。由于应用了聚合物材料，所以这种钢丝帘线结构得益于破坏负载和抗拉强度的改善。
很清楚的是，聚合物层也不应当太厚。金属芯股与相邻层钢元件之间的聚合物层太厚的话，会使本发明钢丝帘线不稳定，而且不利于加固越野轮胎和传送带。而且，厚的涂层会增加线的直径，由此使镶嵌钢线的橡胶层更厚，这样也会增加成本。金属芯股与相邻层钢元件之间的最小聚合物层不超过0.120mm。
与相同结构、具有形成钢丝帘线的钢元件但是没有聚合物层的钢丝帘线相比，本发明钢丝帘线提高了至少3％的钢丝帘线的破坏负载。甚至可提高5％的破坏负载。
破坏负载大于1500Mpa，或甚至大于2000Mpa的本发明钢丝帘线是可取得且得益于由于构成钢丝帘线期间所用的捻步骤而减少了抗拉强度的损失。
本发明钢细绳最好但是不仅限于已知的7×(3+9)、7×(3+9+15)、3+9+9×3、7×7、7×19或者19+8×7的这些结构。
用来形成本发明钢丝帘线的钢合金的碳含量最好介于0.70％和1.10％之间，锰含量最好介于0.40％和0.70％之间，硅含量最好介于0.10％和0.40％之间，硫磺含量最多为0.03％，磷含量最大为0.03％。具有特定元素如铬、镍、钒、硼、钴、铜、钼等的微合金的量介于0.01％至0.50％之间。
最好使用热塑性聚合物材料来形成聚合物材料层，例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚酯(PES)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚乙烯(PE)或其共聚物。最好使用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。可以以不同方式设置聚合物，但是最好使聚合物材料突出在金属芯股周围。
本领域技术人员应当理解，当本发明钢丝帘线包括一根金属芯股和两个或更多钢元件层时，根据本发明，可以在不同钢元件层之间设置不同的聚合物层。金属芯股自身由层状结构组成，在该金属芯股周围，可以设置第一层聚合物材料。将一层或更多层钢元件捻在该带有聚合物层的金属芯股周围。在金属芯股、第一层聚合物材料和相邻钢元件层的组合周围，设置一个第二聚合物层。将另外的钢元件层设置在该第二聚合物层周围。作为替换，可以设置更多的聚合物材料层和钢元件层。如上所述，要使用相同厚度的聚合物材料。
本发明钢丝帘线可以用来加固越野轮胎和传送带。它们结合使用了高抗拉强度的钢丝，同时，由于捻操作而补偿了抗拉强度和破坏负载的损失。
附图说明
现在参考附图详细描述本发明。
附图1示意地显示了根据本发明的钢丝帘线多股结构的横截面；
附图2显示了附图1的详图；
附图3示意地显示了形成附图1所示的本发明钢丝帘线结构的不同步骤；
附图4-8示意地显示了本发明钢丝帘线的替换实施例的横截面。
具体实施方式
附图1显示了本发明优选的钢丝帘线，该钢丝帘线是7×(3+9)+1的结构。钢丝帘线包括一根金属芯股11，该金属芯股包括十二根钢丝12，直径是0.245的三根钢丝以捻距(step)6.3捻在Z方向上，有九根同样的钢丝12围绕着这三根钢丝以捻距12.5捻在Z方向上。六根钢元件13以捻距28捻在这根金属芯股11周围，该钢元件包括三根直径是0.245的钢丝，这三根钢丝以捻距6.3捻在S方向上，有九根同样的钢丝围绕着这三根钢丝以捻距12.5捻在S方向上，由此，形成一钢元件13的相邻层。包括在这些钢元件13中的钢丝在下文中称作钢丝14。本发明钢丝帘线还包括一根直径是0.20mm的捆扎线(binding filament)15，该捆扎线捻在金属芯股和S方向上捻距(laylength)为5mm的钢元件层周围。根据本发明，在金属芯股11和钢元件13之间设置一个聚合物层16。优选实施例中使用的聚合物是PET。
使用一种含0.82％C和0.5％Mn的钢合金来形成所有的钢丝12和14。
附图1的细节A显示在附图2中。金属芯股的钢丝12和相邻层的钢元件的钢丝14之间的最小距离21以附图2的方式测量。相邻层的钢元件的各个钢元件13都要测量这种最小距离21。对于附图1所示的实施例，平均距离是金属芯股11和每个钢元件13之间的六个最小距离的平均值。由获得本发明该实施例的5个不同径向横截面的至少5个平均距离的平均值来测出最小厚度。
通过附图3所示的步骤，可以获得附图1所示的实施例。在第一个步骤3a中，使用已知的技术，可以获得附图3中示为11的金属芯股(3+9)。在下一个步骤3b中，将一个聚合物层16设置在这根金属芯股11周围。该聚合物层最好伸出在金属芯股周围。聚合物材料31的厚度最好大于0.05mm，优选厚度大于0.11mm。在下一个步骤3c中，六个呈(3+9)结构的钢元件13，捻在聚合物层16周围。此外，可以通过步骤3d，设置一根捆扎线(wrapping filament)15。
本发明还有四个不同的实施例，这四个实施例以7×(3+9)+1的线为基础，其芯股(3+9)周围的PET层与基准7×(3+9)+1的线不同。如下面表1所示，本发明这些实施例的破坏负载增加了大于5％。
表1
实施例               涂敷厚度          破坏负载
捻钢元件层之前金属芯股上(mm) 本发明线的聚合物层的最小厚度(mm)  破坏负载(N) (负载-基准负载)/基准负载(％)
7×(3+9)+1(基准)  0  0  10731  0％
7×(3+9)+1  0.11  0.057  11356 +5.8％
7×(3+9)+1  0.11  0.038  11510 +7.2％
7×(3+9)+1  0.05  0.039  11253 +4.9％
7×(3+9)+1  0.05  0.049  11268 +5.0％
本领域技术人员应当理解，可以使用不同的钢丝直径、钢合金和聚合物材料，可获得类似的效果。附图4-8显示了其它结构。
附图4示意地显示了19+(8×7)结构的径向横截面。一根金属芯股41包括十九根钢丝，该芯股被含八根钢元件42的一层包围，每个钢元件包括7根钢丝。在金属芯股和钢元件层之间，设置一层聚合物材料43。
附图5示意地显示了7×19结构的径向横截面。一根金属芯股51包括十九根钢丝，该芯股被含六根钢元件52的一层结构包围，每个钢元件包括19根钢丝。在金属芯股和这层钢元件之间，设置一层聚合物材料53。
附图6示意地显示了7×(3+9+15)结构的径向横截面。一根金属芯股61是(3+9+15)型的同心层状线，该芯股被含六根钢元件62的一层结构包围，每个钢元件是(3+9+15)型的同心层状线。在金属芯股和钢元件层之间，设置一层聚合物材料63。
附图7示意地显示了7×7结构的径向横截面。一根金属芯股71包括七根钢丝，该芯股被含六根钢元件72的一层结构包围，每个钢元件包括七根钢丝。在金属芯股和这层钢元件之间，设置一层聚合物材料73。
附图8a示意地显示了同心层状绳，该绳具有金属芯股81，该芯股是(3+9)型的绳，该芯股被含十五根钢元件82的一层结构包围，每个钢元件是钢丝。在金属芯股和这十五根钢丝之间，设置一层聚合物材料83。作为替换，如图8b所示，可以给含三根钢丝的金属芯股84涂敷第一聚合物层85，然后，将含九根钢元件86的第一层钢元件捻在该涂敷金属芯股周围。使含十五根钢元件87的第二层钢元件围绕着含九根钢元件的第一层钢元件。如图8c所示，可以在第一层钢元件86和第二层钢元件87之间设置第二层聚合物材料88。

Claims (11)

1.一种钢丝帘线，用来加固橡胶轮胎和/或传送带，所述钢丝帘线包括一个金属芯股和至少一个围绕所述金属芯股的相邻的一层钢元件，其特征在于：所述金属芯股涂敷有一种聚合物材料，所述聚合物材料具有一个最小厚度，所述最小厚度大于0.02mm。
2.根据权利要求1所述的钢丝帘线，其特征在于：所述聚合物材料是热塑性聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的钢丝帘线，其特征在于：所述聚合物材料是聚对苯二甲酸乙二酯。
4.根据权利要求1至3所述的钢丝帘线，其特征在于：所述最小厚度大于0.035mm。
5.根据权利要求1至4所述的钢丝帘线，其特征在于：形成所述相邻钢元件层的所述钢元件是钢丝帘线。
6.根据权利要求1至5所述的钢丝帘线，其特征在于：所述聚合物材料突出在所述金属芯股周围。
7.一种形成如权利要求1至6所述的钢丝帘线的方法，该方法包括以下步骤：
-提供一个金属芯股；
-在所述金属芯股周围设置一层聚合物材料；
-设置一个或更多个附加的相邻钢元件层。
8.根据权利要求7所述的形成钢丝帘线的方法，其特征在于：所述聚合物层突出在所述金属芯股周围。
9.根据权利要求7或8所述的形成钢丝帘线的方法，其特征在于：所述聚合物材料设置在所述金属芯股周围，其厚度大于0.05mm。
10.一种如权利要求1至6所述的钢丝帘线的用途，该钢丝帘线用来加固越野轮胎。
11.一种如权利要求1至6所述的钢丝帘线的用途，该钢丝帘线用来加固传送带。
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