PL206484B1 - Kord stalowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kord stalowy do wzmacniania wyrobów gumowych. Wynalazek dotyczy stalowego kordu zawierającego pierwszą grupę pierwszych ciągłych włókien stalowych i drugą grupę drugich ciągłych włókien stalowych. Druga grupa jest skręcona spiralnie wokół pierwszej grupy.

Stalowe kordy ze skręconymi stalowymi włóknami ciągłymi są znane w technice, zwłaszcza w dziedzinie wzmacniania wyrobów gumowych, a dokł adniej w dziedzinie wzmacniania opon.

Stalowy kord 3 + 9 + 15 był i jest ciągle powszechnie stosowanym kordem stalowym, stosowanym, między innymi, do wzmacniania warstw pasów lub podkładów bieżnika opon do samochodów ciężarowych. Przykładem takiego kordu 3 + 9 + 15 jest następująca konstrukcja:

- 3 x 0,22 + 9 x 0,22 + 15 x 0,22 + 0,15 6,3 / 12,5 / 18 / 3,5 S / S / Z / S

Bez względu na jego powszechne stosowanie, ten kord 3 + 9 + 15 ma szereg wad.

Pierwszą wadą jest nieekonomiczna produkcja takiego kordu 3 + 9 + 15. Istotnie, do wytworzenia gotowego kordu potrzebne są co najmniej dwa do czterech różnych etapów skręcania.

W pierwszym etapie muszą być skręcone trzy włókna ciągłe rdzenia. W drugim etapie, skręca się dziewięć włókien ciągłych warstwy pośredniej wokół włókien ciągłych rdzenia. W trzecim etapie, skręca się piętnaście włókien ciągłych warstwy zewnętrznej wokół włókien ciągłych warstwy pośredniej. W czwartym etapie owija się wokół kordu dodatkowe włókno ciągłe.

W zwykłych przykładach wykonania kordu 3 + 9 + 15, do uzyskania równowagi skrętnej w kordzie, stosuje się dwa różne kierunki skręcania, S i Z. W podanych powyżej przykładach, trzy włókna ciągłe rdzenia i dziewięć włókien ciągłych warstwy pośredniej skręca się w kierunku S, a piętnaście włókien ciągłych warstwy zewnętrznej skręca się w kierunku Z. W przypadku używania urządzenia do podwójnego skręcania we wszystkich etapach procesu produkcji takiego kordu, oznacza to, że kolejne skręcanie w kierunku Z piętnastu zewnętrznych włókien ciągłych powoduje częściowe rozkręcenie wcześniejszych skręconych zwojów w kierunku S. Oznacza to stratę energii podczas procesu produkcji i dodatkowo podkreśla nieekonomiczność sposobu wytwarzania takiego kordu 3 + 9 + 15.

Drugą wadą jest to, że w stalowy kord 3 + 9 + 15 guma nie wnika całkowicie. W wyniku tego, w trakcie używania, do poszczególnych stalowych włókien ciągłych może dostać się wilgoć, co może drastycznie skrócić żywotność stalowego kordu i wzmocnionej nim opony.

Podejmowano szereg prób mających na celu eliminację tych wad i znalezienie lepszej alternatywy dla tej konstrukcji 3 + 9 + 15.

Niektóre z nich były skierowane na zapewnienie konstrukcji stalowego kordu, która byłaby bardziej ekonomiczna w produkcji. Przykładem jest kord 3 + 9 + 15, w którym wszystkie warstwy zostały skręcone w tym samym kierunku. Innym przykładem jest tak zwany kord kompaktowy 1 x 27, w którym wszystkie włókna ciągłe zostały skręcone w tym samym kierunku w tym samym etapie skręcania. Próby te prowadzą do bardziej ekonomicznych kordów, ale nie rozwiązują problemu penetracji gumy.

Inne próby były skierowane na zapewnienie stalowej konstrukcji o lepszej penetracji gumy.

Przykładem jest kord 3 x d1 + 9 x d2 + 15 x d3, w którym trzy włókna ciągłe rdzenia mają średnicę di włókna ciągłego, która jest większa niż średnica d2 włókna ciągłego włókien ciągłych warstwy pośredniej i w którym średnica d2 włókna ciągłego włókien ciągłych warstwy pośredniej jest większa lub równa średnicy d3 włókna ciągłego włókien ciągłych warstwy zewnętrznej. Zastosowanie grubszych włókien ciągłych w środku kordu prowadzi do uzyskania większej przestrzeni dostępnej dla warstw i do niewypełnionych warstw z przestrzeniami pomiędzy włóknami ciągłymi.

Innym przykładem jest kord 3 + 8 + 13, to jest kord, w którym warstwa pośrednia i warstwa zewnętrzna nie są już przepełnione maksymalną liczbą możliwych włókien ciągłych. Usunięto jedno lub więcej włókien ciągłych z warstwy pośredniej lub warstwy zewnętrznej, co prowadzi do przestrzeni pomiędzy włóknami ciągłymi tak, że guma ma możliwość penetracji.

Jeszcze innym przykładem są kordy 3 + 9 + 15, w których co najmniej jedno włókno ciągłe w każ dej warstwie, tj. w rdzeniu, w warstwie pośredniej i w warstwie zewnętrznej, jest wstępnie uformowane tak, że ma postać pofalowaną. Pofalowane włókno ciągłe tworzy więcej przestrzeni pomiędzy tym włóknem a włóknami sąsiednimi i umożliwia wnikanie w nie gumy.

Również szeroko są stosowane następujące konstrukcje stalowych kordów jako wzmocnień do warstw pasów lub podkładów bieżnika opon do samochodów ciężarowych:

- 3 x 0,20 + 6 x 0,35;

- 3 x 0,35 + 6 x 0,35.

PL 206 484 B1

Jednakże konstrukcje mają te same wady, co konstrukcja 3 + 9 + 15. Do wytworzenia tego kordu potrzebne są dwie operacje skręcania i nie uzyskuje się całkowitej penetracji gumy.

Celem obecnego wynalazku jest eliminacja wad znanych dotychczas rozwiązań.

Innym celem obecnego wynalazku jest zapewnienie alternatywnego kordu do kordu stalowego 3 + 9 + 15, kordu 3 + 6 lub kordu 3 + 8.

Kolejnym celem wynalazku jest zapewnienie stalowego kordu z pełną penetracją gumy.

Jeszcze innym celem wynalazku jest zapewnienie stalowego kordu, który można wytwarzać w sposób ekonomiczny.

Kord stalowy zawierający pierwszą grupę i drugą grupę, w którym druga grupa jest skręcona spiralnie wokół pierwszej grupy ze skokiem skręcenia kordu, przy czym pierwsza grupa zawiera pierwszą liczbę pierwszych stalowych włókien ciągłych, a druga grupa zawiera drugą liczbę drugich stalowych włókien ciągłych, gdzie pierwsze włókna ciągłe mają skok skręcenia większy niż 300 mm, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pierwsza liczba jest w przedziale od trzech do ośmiu, a wspomniana druga liczba jest wię ksza niż wspomniana pierwsza liczba oraz co najmniej jedno z drugich włókien cią głych jest wstępnie uformowane wielobocznie.

Korzystnie, drugie włókna ciągłe są skręcone wokół siebie ze skokiem skręcenia grupowego.

Korzystnie, skok skręcenia grupowego jest równy wspomnianemu skokowi skręcenia kordu.

Korzystnie, co najmniej jedno z pierwszych stalowych włókien ciągłych jest wstępnie uformowane tak, że ma postać falistą.

Korzystnie, postać falista jest przestrzenną postacią falistą.

Korzystnie, przestrzenna postać falista ma pierwsze pofałdowanie i drugie pofałdowanie, przy czym pierwsze pofałdowanie leży w płaszczyźnie zasadniczo różnej od płaszczyzny drugiego pofałdowania.

Korzystnie, pierwsza liczba mieści się w przedziale od trzech do pięciu, a druga liczba mieści się w przedziale od czterech do ośmiu.

Korzystnie, pierwsza liczba jest równa cztery, a druga liczba jest równa sześć.

Według wynalazku zapewniono stalowy kord składający się z pierwszej grupy i drugiej grupy. Druga grupa jest skręcona spiralnie wokół pierwszej grupy ze skokiem skręcenia kordu. W skład pierwszej grupy wchodzi pierwsza liczba pierwszych stalowych włókien ciągłych, gdzie pierwsza liczba mieści się w przedziale od trzech do ośmiu. Druga grupa składa się z drugiej liczby drugich stalowych włókien ciągłych. Druga liczba jest równa, albo, korzystnie, większa niż pierwsza liczba. Pierwsze włókna ciągłe mają skok skręcenia większy niż 300 mm i, korzystnie, są nie skręcone (skok skręcenia nieskończony). Co najmniej jedno z drugich włókien ciągłych jest wstępnie uformowane wielobocznie. Więcej niż jedno z drugich włókien ciągłych może być wstępnie uformowane wielobocznie.

Korzystnie, wszystkie drugie włókna ciągłe mogą być wstępnie uformowane wielobocznie.

Technikę wstępnego formowania wielobocznego ujawniono w patencie US-A-5 687 557 i jest ona włączona tu przez odniesienie.

Jak zostanie wyjaśnione dalej, taki stalowy kord może być wytwarzany w jednym pojedynczym etapie skręcania.

Wstępne formowanie wieloboczne drugich włókien ciągłych zapewnia otwartą strukturę stalowego kordu i umożliwia wnikanie aż do pierwszej grupy gumy lub innego materiału matrycowego.

Korzystnie, drugie włókna ciągłe są skręcane wokół siebie ze skokiem skręcenia, nazywanym dalej skokiem skręcenia grupowego. Ten skok skręcenia grupowego jest, korzystnie, równy skokowi skręcenia kordu. Jak zostanie objaśnione dalej, ten zalecany przykład wykonania można uzyskać w jednym etapie za pomocą urzą dzenia do skrę cania podwójnego.

W celu wspomagania penetracji gumy lub innego materiału matrycowego do wnętrza pierwszej grupy włókien ciągłych albo w celu uzyskania zadanych właściwości wydłużeniowych, co najmniej jedno z pierwszych włókien ciągłych jest wstępnie formowane tak, że ma postać falistą. Więcej niż jedno z pierwszych włókien ciągłych, a korzystnie wszystkie pierwsze włókna ciągłe, mogą być uformowane wstępnie tak, że mają postać falistą. Ta przestrzenna postać falista może być postacią spiralną. Jednakże, ta postać falista jest, korzystnie, przestrzenną postacią falistą, tj. fala nie jest falą płaską, ale wychodzi poza pojedynczą płaszczyznę.

Korzystnie, taka przestrzenna postać falista ma pierwsze pofałdowanie i drugie pofałdowanie. Pierwsze pofałdowanie leży w płaszczyźnie, która jest zasadniczo inna od płaszczyzny drugiego pofałdowania.

PL 206 484 B1

We wszystkich znanych dokumentach JP-A-04-370283, JP-A-06-073672 i JP-A-07042089 ujawniono stalowe kordy, które zawierają dwie grupy stalowych włókien ciągłych, gdzie jedna grupa jest skręcona spiralnie wokół drugiej. Kord stalowy według opisu JP-A-04-370283 ma pierwszą grupę składającą się tylko z dwóch pierwszych włókien ciągłych i drugą grupę składającą się z N drugich włókien ciągłych, gdzie N jest równe dwa lub trzy. N drugich włókien ciągłych wstępnie formuje się tak, żeby miały postać falistą.

Stalowy kord przedstawiony w JP-A-06-073672 ma pierwszą grupę z dwóch pierwszych włókien ciągłych i drugą grupę z dwóch drugich włókien ciągłych. Pierwsze włókna są wstępnie uformowane tak, żeby miały postać falistą.

Kord stalowy według JP-A-07-042089 ma pierwszą grupę z dwóch pierwszych włókien ciągłych i drugą grupę z dwóch lub trzech drugich włókien ciągłych. Pierwsze włókna ciągłe są wstępnie uformowane tak, że mają postać falistą tak, że w stalowym kordzie pierwsze włókna ciągłe mają taką samą długość jak drugie włókna ciągłe. Jednakże żaden z kordów według opisów JP-A-04-370283, JP-A-06-073672 lub JP-A-07-042089 nie może zastąpić konstrukcji 3 + 9 + 15, 3 + 6 albo 3 + 8 dając taki sam efekt wzmacniający.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie sposób wytwarzania stalowego kordu według wynalazku, fig. 2 - rzeczywisty przekrój stalowego kordu według wynalazku, a fig. 3 - przekrój główny stalowego kordu według wynalazku.

Stalowy kord według wynalazku jest korzystnie wykonywany w następujący sposób. Produktem wyjściowym jest walcówka z prętem o średnicy od 5,5 mm do 6,5 mm. W skład stali tego pręta ogólnie wchodzi minimalna zawartość węgla rzędu 0,60% (np. co najmniej 0,80% lub co najmniej 0,92% z wartością maksymalną 1,2%), zawartość manganu w przedziale od 0,20 do 0,90% i zwartość krzemu w przedziale od 0,10 do 0,90%; zawartości siarki i fosforu są, korzystnie, każdy poniżej 0,03%; dodatkowe składniki, takie jak chrom (od 0,2 do 0,4%), bor, miedź, kobalt, nikiel wanad, ... , można dodawać do tego składu w celu minimalizacji ilości zniekształceń potrzebnych do uzyskania z góry określonej wytrzymałości na rozciąganie.

Walcówka jest ciągnięta na sucho przez szereg kolejnych ciągadeł do czasu uzyskania stalowego drutu o średnicy pośredniej. Takie ciągnienie na sucho może być przerwane przez pośrednią obróbkę patentującą w celu uzyskania struktury metalowej, nadającej się do dalszego ciągnięcia.

Przy średnicy pośredniej stalowy drut jest korzystnie powlekany powłoką metalową. Dokładny typ powłoki zależy od przewidywanego zastosowania. Taka powłoka może być powłoką odporną na korozję, taką jak cynk, albo powłoką wspomagającą przywieranie do materiału matrycy, taką jak mosiądz w przypadku gumy, albo tak zwany mosiądz potrójny, taki jak miedź-cynk-nikiel (np. w proporcjach 64%/ 35,5%/ 0,5%) i miedź-cynk-kobalt (np. 64% / 35,7% / 0,3%), albo warstwa przylepna bez miedzi, taka jak cynk-kobalt lub cynk-nikiel.

Następnie stalowy drut z metalową powłoką jest ciągnięty na mokro do czasu uzyskania gotowego włókna ciągłego ze średnicą włókna ciągłego. Dokładna wartość tej końcowej średnicy również zależy od końcowego zastosowania. Ogólnie, średnica włókna ciągłego jest w przedziale od 0,03 mm do 1,10 mm, bardziej konkretnie od 0,15 mm do 0,60 mm, np. od 0,20 do 0,45 mm.

Końcowa wytrzymałość na rozciąganie stalowego włókna ciągłego może zmieniać się w zależności od początkowego składu pręta stalowego, stopnia odkształcenia i wielkości średnicy włókna ciągłego.

Korzystnie, stalowe włókno ciągłe ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie. Jest to wytrzymałość na rozciąganie TS większa od wartości minimalnych:

TS > 2250 - 1150 x log d MPa, gdzie d jest średnicą włókna ciągłego w milimetrach.

Jako takie, stalowe włókna ciągłe mogą mieć wytrzymałość na rozciąganie do 4000 MPa, a nawet większą.

Końcowa operacja skręcania zostanie objaśniona w odniesieniu do fig. 1. Zaczynając z prawej strony fig. 1, odwija się ze szpul podających 12 cztery pierwsze stalowe włókna ciągłe 10 o średnicy 0,38 mm i prowadzi się je przez koła prowadzące 14, 16 i 18 w kierunku dwóch par kół zębatych 19, które nadają pierwszym stalowym włóknom ciągłym 10 pierwsze pofałdowanie i drugie pofałdowanie. Pierwsze pofałdowanie leży w płaszczyźnie, która jest różna od płaszczyzny drugiego pofałdowania.

Technikę podwójnego fałdowania ujawniono w opisie WO-A-99/28547.

PL 206 484 B1

Wiązka 22 podwójnie pofałdowanych pierwszych stalowych włókien ciągłych 10 jest następnie prowadzona przez koło napędowe 20 po pierwszych skrzydełkach 24 urządzenia do podwójnego skręcania. Kierunek biegu wiązki 22 jest odwracany na kole 26, po czym wiązka 22 wchodzi centralnie do urządzenia do podwójnego skręcania. Podczas swojej drogi po skrzydełku 24 i tuż za nim, wiązka 22 podwójnie pofałdowanych pierwszych włókien ciągłych 10 jest dwa razy skręcana.

Ze szpul podających 28 wewnątrz urządzenia do podwójnego skręcania odwija się sześć drugich stalowych włókien ciągłych 26 o średnicy włókna 0,38 mm. Te sześć drugich stalowych włókien ciągłych prowadzi się po kołach prowadzących 30 ku urządzeniu 31 do wstępnego formowania, które nadaje drugim stalowym włóknom ciągłym 26 wieloboczne ukształtowanie wstępne. W ten sposób wielobocznie ukształtowane wstępnie drugie stalowe włókna ciągłe 26 są prowadzone dalej po dysku rozprowadzającym 32 ku matrycy 34 do formowania kordu, gdzie drugie stalowe włókna ciągłe 26 są łączone z wiązką 22 pierwszych stalowych włókien ciągłych 10. Wiązka 22 pierwszych stalowych włókien ciągłych 10 i drugich stalowych włókien ciągłych 26 jest następnie zawracana przez koło zwrotne 20 ku drugiemu skrzydełku 36 urządzenia do podwójnego skręcania. Podczas swojego biegu po drugim skrzydełku 36 i tuż za nim, formowany jest gotowy kord stalowy 38 według wynalazku: wiązka 22 pierwszych stalowych włókien ciągłych 10 jest odkręcana, a drugie stalowe włókna ciągłe 26 są skręcane. W rezultacie otrzymuje się stalowy kord 38, który spełnia następujący wzór:

x 0,38 + 6 x 0,38 22 / S

Skok skręcenia grupowego jest równy skokowi skręcania kordu i wynosi około 22 mm.

Ogólnie, skok skręcenia grupowego i skok skręcania kordu mogą zmieniać się w przedziale od 30 razy średnica włókna ciągłego do 150 razy średnica włókna ciągłego, np. pomiędzy 50 razy a 70 razy średnica włókna ciągłego, chociaż nie wyklucza się również wartości spoza tych przedziałów.

W tabeli 1 poniżej podsumowano pewne właściwości tego stalowego kordu 38.

T a b e l a 1

Właściwość	Wymiar	Wartość
Gęstość liniowa	(g/m)	8,95
Średnica	(mm)	1,64
Obciążenie zrywające (nieosłonięty)	(N)	2900
Wytrzymałość na zrywanie (nieosłonięty)	(MPa)	2960
Obciążenie zrywające (osłonięty)	(N)	2960
Wytrzymałość na zrywanie (osłonięty)	(MPa)	2600
Penetracja gumy	(%)	100
Sztywność na zginanie	(Nmm2)	2135

Na figurze 2 pokazano rzeczywisty przekrój stalowego kordu 38. W skład stalowego kordu 38 wchodzi pierwsza grupa czterech pierwszych stalowych włókien ciągłych 10 bardziej lub mniej równoległych i nie skręconych. Pomiędzy stalowymi włóknami ciągłymi 10 są dostępne wolne przestrzenie pomiędzy włóknami stalowymi 10 w wyniku podwójnego fałdowania. W rezultacie tego guma jest w stanie wnikać do wnętrza pierwszej grupy. Druga grupa sześciu drugich stalowych włókien ciągłych 26 jest skręcona wokół pierwszej grupy. Sześć drugich stalowych włókien ciągłych 26 zostało wstępnie uformowanych wielobocznie w celu umożliwienia gumie wnikania przez drugą grupę i dochodzenia do pierwszej grupy.

Na figurze 3 pokazano schematycznie stalowy kord 38 3 + 5 według wynalazku. W skład stalowego kordu 38 wchodzi pierwsza grupa trzech pierwszych włókien ciągłych 10, które mają postać fali przestrzennej tak, że wewnątrz pierwszej grupy są utworzone puste przestrzenie.

Pokazano to za pomocą przerywanych linii wokół każdego pierwszego włókna ciągłego 10. Druga grupa pięciu drugich stalowych włókien ciągłych 26 jest skręcona wokół pierwszej grupy. Drugie stalowe włókna ciągłe 26 zostały wstępnie uformowane wielobocznie tak, że pomiędzy drugimi włóknami ciągłymi i pomiędzy pierwszą grupą a drugą grupą są utworzone puste przestrzenie.

PL 206 484 B1

Oprócz przykładów wykonania pokazanych na fig. 2 i fig. 3, możliwe są inne przykłady wykonania stalowego kordu według wynalazku. Niektóre przykłady to:

+ 4 + 6 + 7 + 8 + 5 + 7 + 8 + 6 + 7 + 8 + 6 + 7 + 8

Średnica włókna ciągłego dla pierwszych i drugich stalowych włókien ciągłych nie musi być taka sama. Średnica włókna ciągłego może nawet zmieniać się wewnątrz grupy, co oznacza, że pierwsza grupa może zawierać pierwsze stalowe włókna ciągłe o różnej średnicy oraz, że druga grupa może zawierać drugie stalowe włókna ciągłe o różnej średnicy.

Chociaż stalowy kord według wynalazku jest szczególnie odpowiedni do wzmacniania warstw pasów lub podkładów bieżnika opon do samochodów ciężarowych, możliwe są również inne jego zastosowania, w których jest wymagana lub zalecana pełna penetracja gumy albo pełna impregnacja za pomocą tworzywa sztucznego.

Claims (8)

1. Kord stalowy zawierający pierwszą grupę i drugą grupę, w którym druga grupa jest skręcona spiralnie wokół pierwszej grupy ze skokiem skręcenia kordu, przy czym pierwsza grupa zawiera pierwszą liczbę pierwszych stalowych włókien ciągłych, a druga grupa zawiera drugą liczbę drugich stalowych włókien ciągłych, gdzie pierwsze włókna ciągłe mają skok skręcenia większy niż 300 mm, znamienny tym, że pierwsza liczba jest w przedziale od trzech do ośmiu, a wspomniana druga liczba jest większa niż wspomniana pierwsza liczba, oraz co najmniej jedno z drugich włókien ciągłych jest wstępnie uformowane wielobocznie.

2. Kord według zastrz. 1, znamienny tym, że drugie włókna ciągłe są skręcone wokół siebie ze skokiem skręcenia grupowego.

3. Kord według dowolnego z zastrz. poprzednich, znamienny tym, że skok skręcenia grupowego jest równy wspomnianemu skokowi skręcenia kordu.

4. Kord według dowolnego z zastrz. poprzednich, znamienny tym, że co najmniej jedno z pierwszych stalowych wł ókien cią g ł ych jest wstę pnie uformowane tak, ż e ma postać falistą .

5. Kord według zastrz. 4, znamienny tym, że postać falista jest przestrzenną postacią falistą.

6. Kord według zastrz. 5, znamienny tym, że przestrzenna postać falista ma pierwsze pofałdowanie i drugie pofałdowanie, przy czym pierwsze pofałdowanie leży w płaszczyźnie zasadniczo różnej od płaszczyzny drugiego pofałdowania.

7. Kord według dowolnego z zastrz. poprzednich, znamienny tym, że pierwsza liczba mieści się w przedziale od trzech do pięciu, a druga liczba mieści się w przedziale od czterech do ośmiu.

8. Kord według dowolnego z zastrz. poprzednich, znamienny tym, że pierwsza liczba jest równa cztery, a druga liczba jest równa sześć.