CN1669782A - 钢丝帘布层及其制造方法以及使用该钢丝帘布层的充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种钢丝帘布层的制造方法，其包括第一顶覆和第二顶覆步骤。在第一顶覆步骤中，第一顶覆橡胶同心地贴附在每根钢丝帘线的周围。这样，形成了用第一顶覆橡胶来橡胶预包覆的钢丝帘线。在第二顶覆步骤中，第二顶覆橡胶贴附在钢丝帘线组的至少一个表面上，在所述钢丝帘线组中排列着钢丝帘线，从而形成片状钢丝帘布层。在第一顶覆步骤开始进行后，立即开始进行第二顶覆步骤。

Description

钢丝帘布层及其制造方法以及使用该钢丝帘布层的充气轮胎
                            技术领域
本发明涉及一种可增强钢丝帘线和顶覆橡胶之间的剥离强度的钢丝帘布层，该钢丝帘布层层的制造方法和使用该钢丝帘布层的充气轮胎。
                            背景技术
钢丝帘布层f在各种橡胶产品，例如轮胎中广泛使用。钢丝帘布层f以这种方式形成：钢丝帘线(a)排列组成钢丝帘线组(b)，钢丝帘线组(b)被涂覆在顶胶(c)中，如图9(A)所示。按照惯例，使用压延机(g)，如图9(B)所示，将延展成很薄的顶覆橡胶(c)压合到钢丝帘线组(b)的一面，最好是两面。通过此顶覆步骤，形成钢丝帘布层(f)。
但是钢丝帘线(a)与橡胶间原来的粘结强度不大，因此在顶覆步骤必须降低压延机辊g1的旋转速度以使顶覆橡胶(c)充分渗入钢丝帘线(a)的细丝中。但这种方法容易受到生产效率提高因素的影响。
日本专利申请公开公报NO.H10-53981提出另一种方法，此法在钢丝帘线表面涂覆上树脂，但此法由于要用树脂涂覆纲丝帘线，其制造过程非常复杂，且成本高。不仅如此，通常涂覆树脂的操作与顶覆步骤必须在不同的地方进行，这样生产效率比较差。
                            发明内容
本发明的一个目的是提供一种钢丝帘布层及其制造方法，其在不降低生产效率的前提下减小了钢丝帘线和顶覆橡胶间的剥离损失。
本发明的另一个目的是提供一种使用该钢丝帘布层作为轮胎带束层以增强耐久性的充气轮胎。
本申请的第一项发明提供了一种片状钢丝帘布层的制造方法，其包括：
在第一顶覆步骤中，将第一顶覆橡胶同心贴附在用于钢丝帘布层的每根钢丝帘线的周围，这样形成了具有用第一顶覆橡胶进行橡胶预包覆的钢丝帘线，而在第二顶覆步骤中，将第二顶覆橡胶贴附在钢丝帘线组的至少一个表面，在所述的钢丝帘线组中配置了覆有橡胶的钢丝帘线，于是形成片状钢丝帘布层；其中，第一顶覆步骤开始后立即进行第二顶覆步骤。
本申请的第二项发明提供了一种钢丝帘布层，其包括基本上相互平行排布的钢丝帘线；同心贴附在每个钢丝帘线周围的第一顶覆橡胶；和片状第二顶覆橡胶，它覆于第一顶覆橡胶的周围，并且由具有比构成第一顶覆橡胶的橡胶组合物的复合弹性模量更小的橡胶组合物组成。
本申请的第三项发明提供了一种使用本申请第二项发明所述的钢丝帘布层作为带束层的充气轮胎。
根据本发明，可以有效生产钢丝帘布层，并在不降低生产效率的前提下抑制钢丝帘线和顶覆橡胶间的剥离损失。
                            附图说明
图1本发明制造方法的具体实施方式的步骤示图；
图2橡胶贴附设备基本部件的放大透视图；
图3橡胶贴附设备的截面图；
图4钢丝帘布层的截面图；
图5另一种实施方式的钢丝帘布层截面图；
图6充气轮胎截面图；
图7解释粘结强度测试方法的透视图；
图8进行第一和第二顶覆步骤的装置的另一种实施方式的示图；
图9(A)常规钢丝帘布层的截面图
图9(B)解释顶覆步骤的示图。
                            具体实施方式
现结合附图对本发明实施方式作具体说明。
图1举例说明本发明中生产钢丝帘布层的设备，它只是一个例子，并不限于其具体的结构。
本发明中钢丝帘布层的制造方法至少包括第一顶覆步骤和第二顶覆步骤。
在第一顶覆步骤中，从许多个卷筒3抽出的每根钢丝帘线2相互平行排列，并供料给第一顶覆装置5。
对钢丝帘线2的筒结构并没有特别限定，它主要依据帘布层而定，例如1×5，1×4，1×3，2+2，2+3等。为了画图方便钢丝帘线2被画成单一的实线，实际使用时是由许多钢丝帘线绞合而成的。
当钢丝帘线2通过排列滚筒4后，所述钢丝帘线2基本上相互呈平行排列。排列滚筒4包括两个可转动的滚筒4A和4B，它们从上下两面将钢丝帘线2夹在中间。在本实施方式中滚筒4A和4B中至少一个的外圆周表面有导向凹槽，而一部分钢丝帘线2镶嵌在凹槽中。因为凹槽是沿圆周方向形成的，所以大部分钢丝帘线2从排列滚筒4穿过后均匀地平行排列而不产生阻力。对于排列装置来说，带有隙缝状导向孔的梳子状装置可以替代滚筒4。
在本实施方式中，第一顶覆装置5包括一个小的橡胶挤出部5A，装配在5A末端的橡胶贴附设备5B。橡胶挤出部5A包括喂料口5A1和挤出口5A2。第一顶覆橡胶从喂料口5A1送料，揉捏并塑化后的第一顶覆橡胶从挤出口5A2出料。对于橡胶挤出部5A，可采用公知的螺杆型橡胶挤出机，它具有由发动机M带动的螺杆轴。
在图2和图3中，橡胶贴附设备5B包括一个管状的基体6，该基体6与橡胶挤出部5A的挤出口5A2相连。
基体6包括一个中空的顶覆室6C。基体6的顶端6A是密闭的，基体6的末端6B开孔与挤出口5A2相连。如果6B与5A用法兰固定住的话，则在预设压力下第一顶覆橡胶ra可进入顶覆室6C。基体6可以分成两个部分，这样顶覆室6C的维修比较方便。
基体6的上游壁表面沿钢丝帘线供应方向上配置了许多可供钢丝帘线2通过的第一导向孔9。第一孔9沿基体6的轴向相互间隔开一定距离。基体6的下游壁表面配置了同孔9位置相当的包覆孔10。第二孔10与孔9同心，其直径R2大于孔9的直径R1。橡胶贴附设备5B装有压力传感器8，其能够监测顶覆室6C的压力值。压力传感器8把压力值输出到橡胶挤出部5A的控制设备，提供给橡胶挤出部5A的橡胶量也可以自动地得到控制，这样使顶覆室6C的橡胶压力与预先设定值相当。
在图2和图3中，钢丝帘线2经过排列滚筒4后相互间呈平行分布，然后从第一孔9穿过进入顶覆室6C，再从第二孔10送出，这时，钢丝帘线2以其对准孔9和孔10的中心的状态笔直抽出。在顶覆室6C里，在高压下送入的第一顶覆橡胶ra填满在钢丝帘线2的帘线股间的空隙并贴附在钢丝的周围。在第二孔10中，贴附到钢丝帘线2上的第一顶覆橡胶Ta被切成薄片，留下一层同心贴附在钢丝帘线2周围的薄薄的包覆层。
在本实施方式中特别指出的是，因为钢丝帘线2经过高压第一顶覆橡胶ra，即使通过速度非常快，第一顶覆橡胶ra也可以充分有效的填满钢丝帘线的帘线股间的细缝。顶覆室6C的压力由压力传感器8控制在所要求的范围。因此，第一顶覆橡胶ra对钢丝帘线2的贴附效率可以增强，顶覆过程稳定和可靠。
在顶覆过程中，顶覆室6C的压力优选在5000KPA或更高，更优选10000KPa或更高。如果压力小于5000KPa的话，橡胶对钢丝帘线2的贴附或填充效果不好。如果压力过高的话，就会有过多的顶覆橡胶ra从第一孔9和第二孔10流出，当钢丝帘线2移动时所产生的阻力变大，生产效率降低。基于上述原因，压力优选35000Kpa或更低，更优选20000KPa或更低。钢丝帘线的传送速度范围优选5-30m/min，更优选10-30m/min。
关于“同心”一词，这是指第一顶覆橡胶ra的横截面的边界线和钢丝帘线2的横截面的边界线没有必要完全按照物理意义上同心，只要上面的设备能够形成第一顶覆橡胶ra即可。
第一孔9的直径R1的范围优选为钢丝帘线2的外径Rc的101-107％，更优选103-105％。如果第一孔9的直径R1比钢丝帘线2的外径Rc的101％小，当钢丝帘线2通过第一孔9的时候相反可能会损坏钢丝帘线。如果直径大于107％，钢丝帘线不容易对中心而且从钢丝帘线2之间的间隙处流出的顶覆橡胶量过多，这样就很难提高顶覆室6C的压力，产生变化幅度大的不均匀顶覆。
第二孔10的直径R2的范围优选为钢丝帘线2的外径Rc的102-110％，更优选103-105％。如果第二孔10的直径R2比Rc的102％小，第一顶覆橡胶ra的包覆厚度(t)(如图3所示)太小，这使抗剥离性差；如果直径R2大于107％，包覆厚度(t)太厚，帘布层厚度增加。包覆厚度(t)优选0.1到0.5mm，这里包覆厚度(t)指的是最大值与最小值的平均值。
接下去以如下方式进行第二步顶覆步骤，即，将第二顶覆橡胶rb贴在钢丝帘线组12的至少一面上，在钢丝帘线组中排列着已被橡胶包覆的钢丝帘线11。在本实施方式中，使用四个公知的压延辊B。通过压延辊B可以在由包覆有橡胶的钢丝帘线11组成的钢丝组12的两面用第二顶覆橡胶rb包覆，从而形成片状钢丝帘布层15。
如图4所示，钢丝帘布层15包括基本上相互呈平行排列的钢丝帘线2，第一顶覆橡胶ra每片同心地包覆钢丝帘线2，片状的第二顶覆橡胶rb每片包覆第一顶覆橡胶ra。在钢丝帘布层15中，第一顶覆橡胶ra充分填充在钢丝帘线股间。因此第一顶覆橡胶与钢丝帘线2间的粘结度强度可能增强。不仅如此，由于在第二顶覆步骤中没必要考虑钢丝帘线股之间缝隙处的橡胶渗透性，这样就可以提高压延机的速度，生产效率得以提高。
在本实施方式中，覆有橡胶的钢丝帘线11的钢丝帘线组12的两面被第二顶覆橡胶rb完全包覆。另一种方法如图5所示，钢丝帘线组12上只有一面包覆了第二顶覆橡胶rb。
在本发明中，必须的是第一顶覆步骤完成后立即开始第二顶覆步骤。因为钢丝帘线2在高压下预包覆了第一顶覆橡胶ra，这部分的粘结强度可增强。各项试验结果表明，如果第二顶覆橡胶rd与第一顶覆橡胶ra立即贴附，那两层橡胶间的粘结强度也能得到增强。
没有被硫化的橡胶通常在80-100℃的高温下进行捏合和塑化。这是因为如果温度高于这个范围，橡胶会燃烧；如果温度低于这个范围，橡胶会变硬很难捏合。如果捏合后橡胶(kneaded rubber)的温度降低，橡胶表面会渗透出液体，例如油类；或者橡胶中沉积的硫、抗氧化剂、蜡等物质产生起霜现象。这种现象会在橡胶表面形成一层降低粘结性的界面。在本发明中，因为第一顶覆步骤开始后第二顶覆步骤立即开始，所以第二顶覆橡胶rb可以和第一顶覆橡胶ra在温度降低前迅速贴附。这样第一顶覆橡胶ra的表面就不会产生界面，ra与rb的粘结强度增加，它们间的剥离强度也能明显增强。
这里“立即”所表述的程度是指，经第一顶覆步骤后覆有橡胶的钢丝帘线11应立即连续地进行第二顶覆步骤，而不要将钢丝帘线11暂时存在其它地方。“立即”的程度取决于设备的配置、尺寸等，经第一顶覆步骤后覆有橡胶的钢丝帘线11从第一顶覆步骤到第二顶覆步骤的时间间隔优选在10分钟内，更优选在5分钟内，进一步优选在3分钟内，最优选在第一顶覆步骤后立即进行第二顶覆步骤，没有时间间隔。要实现这种操作，可通过将第一顶覆装置5的基体6安装在紧靠4个压延辊13的上游侧前，如图8所示，这样生产装置的尺寸也可以降低。
即使第一顶覆橡胶ra和第二顶覆橡胶rb有相同的橡胶组合物，通过上述作用，钢丝帘布层15的剥离强度同样可以增强。然后，优选第一顶覆橡胶ra的组合物的复合弹性模量大于第二顶覆橡胶rb的组合物的。复合弹性模量是ra和rb硫化后的值。
通常来说，应力集中在钢丝帘线2和橡胶间的界面上，因为其间有在着明显的刚度差。为了稍为缓和应力集中，有效的办法是提高顶覆橡胶的复合弹性模量，消除其与钢丝帘线的刚度差。但是当钢丝帘布层15用作充气轮胎T的带束层17A和17B时，如图6所示，如果全部顶覆橡胶使用复合弹性模量大的橡胶组合物的话，带束层刚度增加，轮胎行驶的舒适性大大降低。然而如果只相对增加第一顶覆橡胶ra的复合弹性模量，带束层的剥离强度增加而不损害充气轮胎的驾驶舒适性。因为从钢丝帘线2的角度来看向外其刚度逐渐降低，刚度差变缓，可以防止应力集中，于是剥离强度可增强。
当第一和第二顶覆橡胶ra和rb的复合弹性模量不同时，第一顶覆橡胶ra的复合弹性模量E*1与第二顶覆橡胶rb的复合弹性模量E*2的比率(E*1/E*2)范围优选1.15-1.80。当比率(E*1/E*2)低于1.15时，因为两种顶覆橡胶的复合弹性模量的差太小，效果不明显。如果比率超过1.8，其复合弹性模量之间的差太大，在ra与rb之间的界面容易产生应力集中。因此，比率(E*1/E*2)范围1.3-1.50。
对于充气轮胎T的带束层17A和17B，第一顶覆橡胶ra的复合弹性模量E*1的范围优选5.0-8.0MPa。在充气轮胎T中，带束层17包括带束层17A和带束层17B，它们沿径向配置在胎体26的外面和胎面22的里面。在每层带束层17里，钢丝帘线2沿轮胎圆周方向，例如呈15到45°角度倾斜。众所周知，带束层的层数、钢丝的角度等可按轮胎种类不同进行适当改变。胎体26形成了轮胎的构架，并从胎面部22帘线2经过胎壁部23延伸到胎圈部24的胎圈芯25。
尽管以上用优选的具体实施方法详细解释了本发明，但是本发明并不限于上述具体实施方式，并且还可以进行各种各样的改变和创新。特别因为本发明的制造方法有特点，第一和第二顶覆步骤除了用上述装置外，还可以用各种装置和设备进行。
实施例
依照本发明的制造方法生产的两个未硫化的钢丝帘布层，按表1所示的规格样品化。如图7所示，钢丝帘布层按其钢丝帘线相互交叉的方式进行相互贴附，它们硫化后在温度(165-170℃)，负载(200-250KN)和时间(15-20分钟)的条件下相互粘合。钢丝帘布层的规格如下：
钢丝帘线结构：1×3/0.27
整个层厚：1.10mm
第一顶覆橡胶的包覆厚度(t)：平均0.1mm
钢丝帘线数量：40/5cm
测试样品中钢丝帘布层的粘结强度，并与常规实施例和对比实施例中的试样的粘结强度进行对比，而常规实施例和对比实施例的试样是用帘布层常规生产方法和除本发明外其它生产方法得到的钢丝帘布层所制得的。在常规实施例中，使用的是图9所示由顶覆步骤形成的帘布层。
在剥离宽度25mm的条件下，用张力测试器(StrographT TF-50，TOYO Seiki Seisaku-Sho公司生产)测定粘结强度，测试结果用指数表示，常规实施例的指数值设定为100。指数值越高，结果越理想。
表1
 常规实施例  对比实施例1  实施例1  对比实施例2  实施例2  对比实施例3  实施例3  对比实施例4  对比实施例5  对比实施例6   实施例4
  第一顶覆橡胶E*1[MPa] -  6.5  7.8  7.8   8.7   8.7   9.6  9.6   9.6   9.6   7.8
  第二顶覆橡胶E*2[MPa]  6.5  6.5  6.5  6.5   6.5   6.5   6.5  6.5   6.5   6.5   6.5
  比率(E*1/E*2)  -  1.0  1.20  1.20   1.34   1.34   1.48  1.48   1.48   1.48   1.2
  从第一顶覆步骤到第二顶覆步骤所需的时间  -  24小时  1分钟或更少  24小时   1分钟或更少   24小时   1分钟或更少  24小时   3小时   30分钟   10秒内(*)
  粘结强度(指数)  100  103  135  110   150   115   155  115   115   120   165
(*)轮胎由将图8所示的压延辊和第一顶覆装置的基体整体地组合而成的设备制得。
测试结果证实，用本发明实施例中轮胎的钢丝帘布层，其粘结强度大幅度增加。
另外，以使用对比实施例1和实施例3的钢丝帘布层作为带束层17的客车子午线轮胎(195/65R15)为模型(如图6所示)，对其的行使舒适性和操控稳定性进行评估。评估方法如下：
<操控稳定性>
将样品轮胎安装在日本FF车轮上，该汽车的活塞排量是2000CM3，每个轮胎充入200KPa内压，汽车在于的沥青测试跑道上行驶。汽车内只有一名驾驶员。操作车轮的反应、刚性感觉、抓地力等特性都以驾驶员的感觉作为评估基础。结果用指数表示，对比实施例1的指数值为100。指数值越高，结果越好。
<驾驶舒适性>
使用相同的测试汽车，在不平整的干的沥青道路上、比利时石路上(石头路)和Bitzman路上(卵石路)分别测评刚性感觉、猛冲感觉和制动感觉，并把这些感觉作为评估基础。结果用指数表示，对比实施例1的指数值设定为100。指数值越高，结果越好。测试结果如表2所示。
表2
    对比实施例1     实施例3
  操控稳定性(指数)     100     110
  驾驶舒适性(指数)     100     110
根据测试结果，证实实施例3的行使舒适性和操控稳定性可同时按同等程度提高。

Claims (9)

1.一种片状钢丝帘布层的生产方法，它包括：
第一顶覆步骤，该步骤使第一顶覆橡胶同心地贴附在用于钢丝帘布层的每根钢丝帘线的周围，从而形成具有用第一顶覆橡胶来橡胶预包覆的钢丝帘线；以及
第二顶覆步骤，该步骤使第二顶覆橡胶贴附在钢丝帘线组的至少一个表面，所述钢丝帘线组中排列着覆有橡胶的钢丝帘线；其特征在于，
在第一顶覆步骤完成后立即进行第二顶覆步骤。
2.如权利要求1所述的钢丝帘布层的生产方法，其特征在于，第一顶覆步骤包括穿过步骤，该穿过步骤中，钢丝帘线穿过高压的第一顶覆橡胶以被注入到顶覆室中。
3.如权利要求2所述的钢丝帘布层的生产方法，其特征在于，顶覆室中第一顶覆橡胶的压力为5000kPa或更高。
4.如权利要求1到3中任何一项所述的钢丝帘布层的生产方法，其特征在于，第一顶覆步骤与第二顶覆步骤之间的时间间隔在10分钟内。
5.如权利要求1到4中任何一项所述的钢丝帘布层的生产方法，其特征在于，第一顶覆橡胶的橡胶组合物与第二顶覆橡胶的橡胶组合物相同。
6.如权利要求1到4中任何一项所述钢丝帘布层的生产方法，其特征在于，第一顶覆橡胶的橡胶组合物的复合弹性模量大于第二顶覆橡胶的橡胶组合物的复合弹性模量。
7.如权利要求6所述钢丝帘布层的生产方法，其特征在于，第一顶覆橡胶的复合弹性模量E*1与第二顶覆橡胶的复合弹性模量E*2的比率(E*1/E*2)为1.15～1.80。
8.一种钢丝帘布层，它包括：
基本上相互间呈平行排列的钢丝帘线；
同心包覆每根钢丝帘线周围的第一顶覆橡胶；以及
片状第二顶覆橡胶，它用于包覆第一顶覆橡胶周围，并由具有比第一顶覆橡胶的橡胶组合物的复合弹性模量更小的橡胶组合物组成。
9.一种使用如权利要求8的钢丝帘布层作为带束层的充气轮胎。
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