SK286377B6

SK286377B6 - Oceľový kord na spevnenie gumových výrobkov

Info

Publication number: SK286377B6
Application number: SK1323-2003A
Authority: SK
Inventors: Hans Cauwels; Dirk Meersschaut; Stijn Vanneste
Original assignee: N.V. Bekaert S.A.
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2008-08-05
Also published as: US6904744B2; ES2262808T3; EP1381730A1; KR20040015093A; DE60212367D1; EA005051B1; KR100907984B1; WO2002088459A1; JP4093863B2; PL206484B1; JP2004524458A; EA200301156A1; PL367108A1; CN1273681C; SK13232003A3; CN1505719A; DE60212367T2; US20040134181A1; CZ304666B6; EP1381730B1

Abstract

Oceľový kord obsahuje prvú skupinu (10) a druhú skupinu (26), pričom prvá skupina (10) obsahuje prvý počet prvých oceľových vlákien, ktorý je v rozsahu od troch do ôsmich, druhá skupina (26) obsahujedruhý počet druhých oceľových vlákien, ktorý sa rovná alebo je väčší ako prvý počet a aspoň jedno zdruhých vlákien je polygonálne predtvarované, pričom druhá skupina (26) je špirálovito zakrútená okolo prvej skupiny (10) s dĺžkou zákrutu kordu, pričom prvé vlákna majú dĺžku zákrutu väčšiu ako 300 mm.

Description

Vynález sa týka oceľového kordu obsahujúceho prvú skupinu prvých oceľových vlákien a druhú skupinu druhých oceľových vlákien. Druhá skupina je skrutkovito zakrútená okolo prvej skupiny.

Doterajší stav techniky

Oceľové kordy sú z doterajšieho stavu techniky známe, a to najmä z oblasti techniky zaoberajúcej sa spevňovaním gumy a zvlášť pneumatík.

Oceľový kord 3+9+15 bol a doteraz je široko používaným oceľovým kordom využívaným okrem iného na spevňovanie nárazníkov alebo pásových vrstiev pneumatík na nákladné automobily. Príkladom kordu 3+9+15 je nasledujúca konštrukcia:

- 3x0,22 + 9x0,22 + 15x0,22 + 0,15 6,3/12,5/18/3,5 S/S/Z/S.

Napriek svojmu širokému použitiu má kord 3+9+15 rad nedostatkov.

Prvým nedostatkom je, že spôsob výroby takého kordu 3+9+15 nie je ekonomický. Na výrobu dokončeného kordu sú potrebné aspoň dva až štyri rôzne skrucovacie kroky.

V prvom kroku je potrebné zakrútiť tri jadrové vlákna. V druhom kroku sa zakrúti okolo jadrových vlákien deväť vlákien medziľahlej vrstvy. V treťom kroku sa okolo vlákien medziľahlej vrstvy zakrúti pätnásť vlákien vonkajšej vrstvy. V rámci štvrtého kroku sa okolo jadra ovinie ďalšie vlákno.

V obvyklých vyhotoveniach kordu 3+9+15 sa používajú dva rôzne krútiace smery S a Z, aby sa dosiahla v korde torzná rovnováha. V skôr uvedených príkladoch sú tri jadrové vlákna a deväť vlákien medziľahlej vrstvy zakrútené v smere S a pätnásť vlákien vonkajšej vrstvy je zakrútených v smere Z. Ak sa na výrobu takého kordu použije vo všetkých krokoch zariadenie na dvojité skrúcame, znamená to, že následné skrúcanie pätnástich vonkajších vlákien v smere Z čiastočne rozpletie skôr uskutočnené krutý v smere S. To znamená stratu energie v priebehu výroby a znova zdôrazňuje neekonomickosť výroby týchto kordov 3+9+15.

Druhou nevýhodou je, že oceľový kord 3+9+15 nie je plne priepustný pre gumu. Následkom toho pri použití môžu byť jednotlivé oceľové vlákna vystavené vlhkosti, čo môže drasticky znížiť životnosť oceľového kordu a spevnenej pneumatiky.

Na odstránenie uvedených nevýhod a nájdenie vylepšenej alternatívy k tejto konštrukcii 3+9+15 sa urobilo mnoho pokusov.

Niektoré z týchto pokusov mali za cieľ navrhnúť konštrukciu oceľového kordu, ktorého výroba by bola ekonomickejšia. Príkladom je kord 3+9+15, pri ktorom sú všetky vrstvy zakrútené v rovnakom smere. Ďalším príkladom je tzv. kompaktný kord 1x27, pri ktorom sú všetky vlákna krútené v rovnakom smere s rovnakou dĺžkou zákrutu (piteh twist). Tieto pokusy vedú k ekonomickejším kordom, neriešia však problém prenikavosti gumy.

Ďalšie pokusy smerovali k navrhnutiu oceľovej konštrukcie so zdokonalenou možnosťou prieniku gumy. Príkladom je kord 3xd₁+9xd₂+15xd₃, kde tri jadrové vlákna majú priemer d_b ktorý je väčší ako priemer d₂vlákien medziľahlej vrstvy, pričom priemer d₂ vlákien medziľahlej vrstvy je väčší alebo sa rovná priemeru d₃vlákien vonkajšej vrstvy. Použitie hrubších vlákien v strede kordu má za následok vznik väčšieho priestoru na vrstvy a nesaturovaných vrstiev s medzerami medzi vláknami. Ďalším príkladom je kord 3+8+13, to znamená kord, ktorého medziľahlá vrstva a vonkajšia vrstva už nie sú saturované maximálnym počtom možných vlákien. Z medziľahlej a vonkajšej vrstvy sa vynechá jedno alebo viac vlákien, čo vedie k vzniku medzier medzi vláknami, takže guma môže prenikať do štruktúry. Ďalším príkladom sú kordy 3+9+15, pri ktorých aspoň jedno vlákno v každej vrstve, to znamená v jadre, medziľahlej vrstve a vo vonkajšej vrstve je vytvorené tak, že má zvlnený tvar. Zvlnené vlákno vytvára viac priestoru medzi vláknom a susednými vláknami a umožňuje tak prienik gumy.

Takisto nasledujúce konštrukcie oceľového kordu sú široko používané na spevnenie nárazníka alebo pásovej vrstvy pneumatiky nákladného automobilu:

- 3x0,20 + 6x0,35

- 3x0,35 + 8x0,35.

Tieto konštrukcie však trpia rovnakými nedostatkami ako konštrukcie 3+9+1 S. Na výrobu kordu sú potrebné dve krútiace operácie a nedosiahne sa úplný prienik gumy.

Podstata vynálezu

Cieľom vynálezu je odstrániť uvedené nedostatky doterajšieho stavu techniky.

Ďalším cieľom vynálezu je navrhnúť alternatívny kord na oceľový kord 3+9+15, kord 3+6 alebo kord

3+8.

Ďalším cieľom vynálezu je navrhnúť oceľový kord s plnou penetráciou gumy.

Ďalším cieľom vynálezu je navrhnúť oceľový kord, ktorý by sa mohol vyrábať ekonomickým spôsobom.

Podľa vynálezu je navrhnutý oceľový kord, ktorý obsahuje prvú skupinu a druhú skupinu. Druhá skupina je skrutkovito zatočená okolo prvej skupiny s dĺžkou zákrutu kordu. Prvá skupina obsahuje prvý počet prvých oceľových vlákien, kde prvý počet je v rozsahu od troch do ôsmich. Druhá skupina obsahuje druhý počet druhých oceľových vlákien. Druhý počet sa rovná alebo je výhodne väčší ako prvý počet. Prvé vlákna majú dĺžku zákrutu väčšiu ako 300 mm a sú výhodne neskrátené (nekonečná dĺžka zákrutu). Aspoň jedno z druhých vlákien je polygonálne pretvarované. Polygonálne pretvarované môže byť viac ako jedno z druhých vlákien. Výhodne môžu byť polygonálne pretvarované všetky druhé vlákna.

Termínom „dĺžka zákrutu (twist pitch)“ sa mieni axiálna vzdialenosť potrebná na 360°-vé otočenie vlákna v skupine (dĺžka zákrutu vlákna alebo dĺžka zákrutu skupiny), alebo skupiny v korde (dĺžka zákrutu skupiny).

Postup polygonálneho predtvarovania je opísaný v US-A-5 687 557 a uvádza sa tu formou odkazu.

Ako je opísané, je možné taký oceľový kord vyrobiť v jednom skrucovacom kroku. Polygonálne predtvarovanie druhých vlákien zabezpečuje oceľovému kordu otvorenú štruktúru a umožňuje, aby guma alebo iný matricový materiál prenikal až k prvej skupine.

Výhodne sú druhé vlákna skrátené jedno okolo druhého s dĺžkou zákrutu, ktorá je tu ďalej nazvaná ako dĺžka zákrutu skupiny. Táto dĺžka zákrutu skupiny sa výhodne Tovná dĺžke zákrutu kordu. Ako je ďalej vysvetlené, je možné toto výhodné uskutočnenie získať jedným krokom pomocou zariadenia na dvojité skrúcanie.

Aby sa podporila penetrácia gumy alebo iného matricového materiálu dovnútra prvej skupiny vlákien, alebo aby sa získali vopred stanovené vlastnosti pretiahnutia, aspoň jedno z prvých vlákien je pretvarované tak, že má zvlnený tvar. Do zvlneného tvaru môže byť pretvarované viac ako jedno vlákno z prvých vlákien a výhodne všetky prvé vlákna. Tento priestorový zvlnený tvar môže byť skrutkovitým tvarom. Zvlnený tvar je však výhodne priestorovým zvlneným tvarom, to znamená vlna nie je rovinnou vlnou, ale má rozmery aj mimo jednu rovinu. Výhodne obsahuje tento priestorový zvlnený tvar prvé zvlnenie a druhé zvlnenie. Prvé zvlnenie leží v rovine, ktorá je odlišná od roviny druhého zvlnenia.

Dokumenty JP-A-04-370283, JP-A-06-073672 a JP-A-07-042089 doterajšieho stavu techniky všetky opisujú oceľové kordy, ktoré obsahujú dve skupiny oceľových vlákien, pričom jedna skupina je skrutkovito zakrútená okolo druhej.

Oceľový kord podľa JP-A-04-370283 má prvú skupinu len dvoch prvých vlákien a druhú skupinu s počtom N druhých vlákien, kde N sa rovná dvom alebo trom. N druhých vlákien je pretvarované tak, aby vlákna mali zvlnený tvar.

Oceľový kord podľa JP-A-06-073672 má prvú skupinu dvoch prvých vlákien a druhú skupinu dvoch druhých vlákien. Prvé vlákna sú pretvarované tak, aby mali zvlnený tvar.

Oceľový kord podľa JP-A-07-042089 má prvú skupinu dvoch prvých vlákien a druhú skupinu dvoch alebo troch druhých vlákien. Prvé vlákna sú pretvarované tak, že majú zvlnený tvar tak, aby prvé vlákna mali rovnakú dĺžku ako druhé vlákna v oceľovom korde.

Žiadny z oceľových kordov podľa spisov JP-A-04-370283, JP-A-06-073672 a JP-A-07-042089 však nemôže nahradiť konštrukciu 3+9+15, 3+6 alebo 3+8 s rovnakým spevňujúcim účinkom.

EP 0834612 Al opisuje oceľový kord s jadrom a vrstvou usporiadanou okolo kordu. Jadro obsahuje jedno až štyri vlákna jadra a vrstva tri až desať vlákien. Aspoň j edno z vlákien jadra má prvý zvlnený tvar, a aspoň jedno z vlákien vrstvy má druhý zvlnený tvar. Dokument neuvádza dĺžku zákrutu (twist pitch) jedného až štyroch vlákien jadra. Navyše, vlákna jadra sú v podstate priame a nesledujú špirálovú dráhu.

GB 2098251A opisuje oceľový kord obsahujúci dve ekvivalentné skupiny drôtov s aspoň dvomi drôtmi v každej, pričom skupiny drôtov sú zakrútené okolo seba a tvoria špirály v podstate rovnakej dĺžky (pitch) a v podstate rovnakého tvaru, a pričom drôty prvej skupiny sú v podstate nezakrátené. Ale prihláška nezmieňuje žiadne polygonálne alebo zvlnené predtvarovanie vlákien v žiadnej zo skupín.

US 5687557 opisuje oceľový kord s vláknami zakrútenými s dĺžkou zákrutu do kordu. Zobrazenie vlákien pozdĺž pozdĺžnej osi odhaľuje dvojrozmernú krivku, ktorá je konvexná naprieč jednou dĺžkou zákrutu. Krivka má polomer zakrivenia, ktorý sa pohybuje medzi minimom a maximom. Hoci sú spomenuté všetky vyhotovenia, nie je uvedené žiadne vyhotovenie obsahujúce prvú a druhú skupinu, ktorá je špirálovito zakrútená jedna okolo druhej a v ktorom vlákna jednej skupiny sú v podstate nezakrátené.

JP 10-292277 opisuje v podstate vrstevnatý kord získaný buď zakrútením zviazaním, alebo vrstvením po krokoch, pričom vlákna jadra sú dvojdimenzionálne zvlnené v smere dĺžky. Hoci sa vlákna jadra môžu považovať za jednu skupinu a vlákna vrstvy za druhú skupinu, tieto skupiny nie sú špirálovito zakrútené jedna okolo druhej, t. j. jadro sa považuje za priame. Taktiež tu nie je zmienka o možnej veľkej alebo nekonečnej dĺžke jadra.

Vo výhodnom uskutočnení podľa vynálezu sa prvý počet prvých vlákien pohybuje v rozsahu od troch do piatich a druhý počet druhých vlákien od štyroch do ôsmich. Napríklad prvý počet sa môže rovnať štyrom a druhý počet šiestim.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je podrobnejšie opísaný s odkazom na pripojené výkresy, na ktorých zobrazuje:

- obr. 1 schematický spôsob, ktorým sa vyrába oceľový kord podľa vynálezu,

- obr. 2 konkrétny prierez oceľovým kordom podľa vynálezu,

- obr. 3 schematický prierez oceľovým kordom podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Oceľový kord podľa vynálezu sa výhodne vyrába nasledujúcim spôsobom. Východiskovým produktom je drôtený prút, pričom prút má priemer od 5,5 mm do 6,5 mm. Zliatina vývalku ocele má všeobecne minimálny obsah uhlíka 0,60 % (napríklad aspoň 0,80 %, alebo aspoň 0,92 % s maximom 1,2 %), obsah uhlíka od 0,20 do 0,90 % a obsah kremíka od 0,10 do 0,90 %, pričom tak obsah síry ako aj obsah fosforu sú výhodne nižšie ako 0,03 % a k zliatine môžu byť pridané prídavné prvky, ako je chróm (až 0,2 % alebo 0,4 %), bór, meď, kobalt, nikel, vanád atď., aby sa minimalizovala veľkosť deformácie potrebnej na dosiahnutie vopred stanovenej pevnosti v ťahu.

Drôtený prút je ťahaný za sucha radom po sebe idúcich prievlakov, pokiaľ sa nedosiahne oceľový drôt s medzipriemerom. Ťahanie za sucha môže byť prerušené medziľahlým patentovaním (intermediate patenting treatment), aby sa získala vhodná kovová štruktúra vhodná na neskoršie ťahanie.

Oceľový drôt s medzipriemerom je výhodne potiahnutý kovovým povlakom. Presný typ povlaku závisí od konečného použitia. Povlakom môže byť povlak odolný proti korózii ako zinok alebo povlak, ktorý napomáha adhézii k matricovému materiálu ako mosadz v prípade gumy alebo tzv. temáma mosadz, ako je meď-zinok-nikel (napr. 64 %/35,5 %/0,5 %) a meď-zinok-kobalt (napr. 64 %/35,7 %/0,3 %) alebo adhézna vrstva bez medi, ako napríklad zinok-kobalt alebo zinok-nikel.

Oceľový drôt s kovovým povlakom je následne ťahaný za mokra, pokiaľ sa nezíska výsledné vlákno s daným priemerom vlákna. Presná veľkosť tohto výsledného priemeru závisí tiež od konečného použitia. Všeobecne sa priemer vlákna pohybuje od 0,03 mm do 1,10 mm a najmä od 0,15 mm do 0,60 mm, napr. od 0,20 mm do 0,45 mm.

Výsledná pevnosť v ťahu oceľového vlákna závisí od zloženia východiskovej oceľovej tyče, stupňa deformácie a veľkosti priemeru vlákna.

Výhodne má oceľové vlákno vysokú pevnosť v ťahu. Pevnosť v ťahu TS je vyššia ako nasledujúce minimálne hodnoty:

TS>2250- 1150 x log d MPa, kde d je priemer vlákna v mm.

Oceľové vlákna môžu mať pevnosť v ťahu až 4000 MPa a dokonca aj vyššiu.

Záverečná krútiaca operácia je opísaná s odkazom na obr. 1. Smerom od pravej strany obr. 1, zo zásobnej cievky 12 sú odvinuté prvé štyri oceľové vlákna 10 s priemerom 0,38 mm a vedené pomocou vodiacich kolies 14,16 a 18 k dvom párom ozubených kolies 19, ktoré udelia prvým oceľovým vláknam 10 prvé zvlnenie a druhé zvlnenie. Prvé zvlnenie leží v rovine, ktorá je iná ako rovina druhého zvlnenia.

Postup dvojitého zvlňovania je opísaný v dokumente WO-A-99/28547.

Zväzok 22 dvojito zvlnených prvých oceľových vlákien 10 sa potom vedie pomocou kladky 20 cez prvé krídlo (flyer) 24 zariadenia na dvojité skrúcanie. Smer zväzku 22 sa obráti postupom cez kladku 25 a následne zväzok 22 centrálne vstupuje do zariadenia na dvojité skrúcanie. V priebehu svojej cesty cez krídlo 24 a hneď nato zväzok 22 dvojito zvlnených prvých vlákien 10 získa dve zakrútenia.

Vnútri zariadenia na dvojité skrúcanie sa zo zásobných cievok 28 odvinie šesť druhých oceľových vlákien 26 s priemerom vlákien 0,38 mm. Týchto šesť druhých oceľových vlákien je vedených cez vodiace kolesá 30 k predtvarovaciemu ústrojenstvu 31, ktoré polygonálne predtvaruje druhé oceľové vlákna 26. Takto polygonálne pretvarované druhé oceľové vlákna 26 sú ďalej vedené cez rozvádzači disk 32 k lisovadlu 34 na vytvarovanie kordu, kde sa spájajú druhé oceľové vlákna 26 so zväzkom 22 prvých oceľových vlákien 10. Zväzok 22 prvých oceľových vlákien a druhé oceľové vlákna 26 sú potom obrátené prechodom cez kladku 20 smerom k druhému krídlu 36 zariadenia na dvojité skrúcanie. V priebehu ich prechodu cez druhé krídlo 36 a hneď nato je vytvorený výsledný oceľový kord 38 podľa vynálezu: zväzok 22 prvých oceľových vlákien 10 je nezakrútený a druhé oceľové vlákna 26 sú zakrútené. Výsledkom je oceľový kord 38, ktorý spĺňa nasledujúci vzorec:

x0,38 + 6x0,38 22/S.

Dĺžka zákrutu skupiny sa rovná dĺžke zákrutu kordu a je asi 22 mm.

Všeobecne sa môžu dĺžka zákrutu skupiny a dĺžka zákrutu kordu pohybovať medzi 30 násobkom priemeru vlákna a 150-násobkom priemeru vlákna, napr. medzi 50-násobkom a 70-násobkom priemeru vlákna, hodnoty mimo tieto rozsahy však nie sú tiež vylúčené.

Nasleduje zhrnutie niektorých vlastností oceľového kordu 38.

Vlastnosť	Jednotka	Veľkosť
Lineárna hustota	(g/m)	8,95
Priemer	(mm)	1,64
Medzné zaťaženie (holé)	(N)	2900
Medza pevnosti v lome (holá)	(MPa)	2550
Medzné zaťaženie (uložené)	(N)	2960
Medza pevnosti v lome (uložená)	(MPa)	2600
Penetrácia gumy	(%)	100
Ohybová tuhosť	(Nmm²)	2135

Obi. 2 ukazuje skutočný prierez oceľového kordu 38. Oceľový kord 38 má prvú skupinu štyroch prvých, oceľových vlákien 10 viac alebo menej rovnobežných a nezakrútených. Medzi oceľovými vláknami 10 je v dôsledku ich dvojitého zvlnenia priestor. Preto môže dovnútra prvej skupiny prenikať guma. Druhá skupina šiestich druhých oceľových vlákien 26 je zakrútená okolo prvej skupiny. Týchto šesť druhých oceľových vlákien 26 sa polygonálne predtvarovalo, aby sa umožnilo prenikaniu gumy cez túto druhú skupinu k prvej skupine.

Obr. 3 ukazuje schematický 3+5 oceľový kord 38 podľa vynálezu. Oceľový kord 38 má prvú skupinu troch prvých vlákien 10, ktoré majú priestorovo zvlnený tvar, takže sú vnútri prvej skupiny vytvorené medzery, čo je zobrazené pomocou bodkovaných čiar okolo každého prvého vlákna 10. Druhá skupina piatich druhých oceľových vlákien 26 je zatočená okolo prvej skupiny. Druhé oceľové vlákna 26 sú polygonálne pretvarované, takže sú medzi druhými vláknami a medzi prvou skupinou a druhou skupinou vytvorené medzery.

Okrem vyhotovení zobrazených na obr. 2 a 3 sú možné aj ďalšie vyhotovenia oceľového kordu podľa vynálezu. Nasledujú niektoré možné príklady:

3+4 + 6 +7

3+ 8

4+ 5 + 7

4+ 8

5+ 6 + 7

5+ 8

6+ 6 + 7 + 8

Priemer prvých a druhých oceľových vlákien nemusí byť rovnaký. Dokonca sa priemer vlákien môže líšiť aj vnútri skupiny vlákien, čo znamená, že prvá skupina môže obsahovať prvé oceľové vlákna s rôznym priemerom a druhá skupina môže obsahovať druhé oceľové vlákna s rôznym priemerom.

Aj keď je oceľový kord podľa vynálezu zvlášť vhodný na spevňovanie nárazníkov alebo pásovú vrstvu pneumatík nákladných automobilov, sú možné aj iné využitia všade tam, kde sa požaduje alebo uprednostňuje plná penetrácia gumy alebo plná impregnácia plastmi.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Oceľový kord obsahujúci prvú skupinu (10) a druhú skupinu (26), pričom prvá skupina (10) obsahuje prvý počet prvých oceľových vlákien, ktorý je v rozsahu od troch do ôsmich, druhá skupina (26) obsahuje druhý počet druhých oceľových vlákien, ktorý sa rovná alebo je väčší ako prvý počet, a aspoň jedno z druhých vlákien je polygonálne pretvarované, vyznačujúci sa tým, že druhá skupina (26) je špirálovito zakrútená okolo prvej skupiny (10) s dĺžkou zákrutu kordu, pričom prvé vlákna majú dĺžku zákrutu väčšiu ako 300 mm.
2. Oceľový kord podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že druhé vlákna (26) sú zakrútené jedno okolo druhého s dĺžkou zákrutu skupiny.
3. Oceľový kord podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že dĺžka zákrutu skupiny sa rovná dĺžke zákrutu kordu.
4. Oceľový kord podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že aspoň jedno z prvých oceľových vlákien (10) je pretvarované do zvlneného tvaru.
5 5. Oceľový kord podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že zvlnený tvar je priestorový zvl- nený tvar.
6. Oceľový kord podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že priestorový zvlnený tvar má prvé zvlnenie a druhé zvlnenie, pričom prvé zvlnenie leží v rovine, ktorá je odlišná od roviny druhého zvlnenia.
7. Oceľový kord podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým,

10 že prvý počet je v rozsahu od troch do piatich a druhý počet je v rozsahu od štyroch do ôsmich.
8. Oceľový kord podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že prvý počet sa rovná štyrom a druhý počet sa rovná šiestim.