开放式钢帘线的制作方法

开放式钢帘线的制作方法
【专利摘要】一种开放式钢帘线，具有n×1的结构，不低于4％的高断裂延伸率。该开放式钢帘线的捻距超过10mm，开放式钢帘线的钢丝被预成形成螺旋形，并且钢丝的预成形高度与钢丝的直径之比不低于5.0。该开放式钢帘线具有高的断裂延伸率、低负荷下的高延伸率和全橡胶渗透率。该开放式钢帘线被用作橡胶产品的增强元件。
【专利说明】开放式钢帘线
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钢帘线，尤其是涉及具有高断裂延伸率的开放式钢帘线。本实用新型还涉及以钢帘线增强的橡胶产品。
【背景技术】
[0002]具有高断裂延伸率、高的低负荷延伸率和全橡胶渗透率的钢帘线一直是市场所需，尤其是作为轮胎的零度带束层和保护层的增强元件。
[0003]高延伸率(HE)会导致良好的抗冲击或抗剪切性。尤其对于保护层，为了获得良好的抗冲击或抗剪切性能，例如当橡胶轮胎碾过石块或类似物体时，非常需要高延伸率的钢帘线。
[0004]通常，对于橡胶轮胎的钢帘线增强零度带束层，要求具有高的低负荷延伸率(LLE)，当LLE不足时，帘布不会膨胀到所需的尺寸.其结果是，硫化轮胎的横断面与轮胎的设计不同，导致轮胎中不利的应力分布，并降低轮胎的使用寿命。
[0005]此外，意味着100%橡胶渗透率的全橡胶渗透率也是所需的。橡胶渗透率越好，抗疲劳性就越强。对于全橡胶渗透率的钢帘线，单丝之间的摩擦低，单丝的磨损也低。并且，没有空间让水气渗透进帘线，结果就不会产生腐蚀。因此钢帘线的抗疲劳性好，并且钢帘线的使用时间长。总之，钢帘线结构越开放，橡胶渗透率就越好。
[0006]但是对于在橡胶产品中作为增强元件的现有钢帘线来说，甚至在橡胶轮胎的零度带束层和保护层中，高断裂延伸率、全橡胶渗透率和高LLE是不能同时具备的。
[0007]对于已经引入市场的现有HE帘线来说，钢帘线的股线以小的捻距(小于4mm)捻到一起，从而获得HE和高LLE。但缺点在于，单丝布置的太紧密，以至于单丝之间几乎没有空间来渗透进橡胶。这种HE钢帘线的橡胶渗透率如此差，以至于疲劳性不好。此外，现有的HE帘线通常由小捻距的多股线构成，生产成本非常高。
[0008]US5707467公开了高于5%的高断裂延伸率的钢帘线。钢丝在捻成帘线之前被预成形成螺旋状，预成形高度和单丝直径之比介于1.05到2.0之间。加捻间距(捻距)范围是8 - 15。70N负荷下的延伸率从1.18%到1.57%。由于预成形值小，尽管断裂延伸率很高，但LLE并不高。这样的钢帘线不能用于增强橡胶轮胎的零度带束层。由于LLE低，由此钢帘线增强的轮胎外形非常差。因此，轮胎寿命太短。
[0009]EP1344864也公开了一种钢帘线，该钢帘线包括线圈预成形丝。50N负荷下的LLE小于0.2%。由于LLE低，这种钢帘线不适合用于增强橡胶轮胎的零度带束层或保护层。
[0010]US4938015公开了一种为实现高橡胶渗透率的开放式帘线。该开放式结构是通过将圆钢帘线轧制成椭圆形而形成的。但是轧制过程中会损失强度。尽管这种钢帘线具有高的橡胶渗透率，但是钢帘线的断裂延伸率却并不太高。因此，橡胶产品的抗冲击或抗剪切性能不好，导致橡胶产品的寿命低。
实用新型内容[0011]本实用新型的目的之一是解决上述问题。
[0012]本实用新型的另一目的是提供一种具有高断裂延伸率、全橡胶渗透率和高的低负荷延伸率的开放式钢帘线。
[0013]本实用新型的另一目的是提供钢帘线用作橡胶产品增强元件的用途。
[0014]根据本实用新型，nX I结构的开放式钢帘线具有不低于4%的高断裂延伸率，该开放式钢帘线的捻距大于10mm，开放式钢帘线内的钢丝被预成形成螺旋形，钢丝的预成形高度与钢丝直径之比不小于5.0。
[0015]由于大捻距(大于IOmm)和高预成形比(不小于5.0)，该钢帘线具有高的断裂延伸率、高的低负荷延伸率(LLE)和具有全橡胶渗透率的非常开放式的结构。
[0016]高LLE和高断裂延伸率是通过将钢丝捻成开放式钢帘线之前预成形钢丝实现的。预成形比越高，LLE和断裂延伸率就越高。预成形比是由钢丝的预成形高度与钢丝直径之比限定的。
[0017]高预成形比导致高LLE和高断裂延伸率，预成形比越高，LLE和断裂延伸率就越闻。
[0018]优选地，预成形比在5.0到10.0之间。
[0019]更优选地，预成形比介于5.0到8.0之间。这样，开放式HE钢帘线具有高LLE，并且也容易制造。
[0020]此外，预成形长度由所需的LLE和确定的预成形高度来决定。
[0021]断裂延伸率不小于4%。优选地，断裂延伸率不小于4.5%。
[0022]优选地，20N负荷下开放式钢帘线的延伸率不小于1.00%，优选地不小于1.10%并小于2.00%o
[0023]优选地，50N负荷下开放式钢帘线的延伸率不小于1.50%，优选地不小于1.60%并小于3.00%o
[0024]与现有的一步捻成的单股HE帘线相比，例如US5707467描述的HE帘线，本实用新型钢帘线的LLE更高。将本实用新型钢帘线用作橡胶轮胎的增强元件时，轮胎的外形能够满足轮胎所需，并且轮胎的使用寿命更长。
[0025]US5707467公开了一种单股HE钢帘线，该钢帘线包括预成形单丝并一步捻成。但是单丝的预成形比太小，以至于LLE非常低。35N负荷下的延伸率介于0.71%和1.00%之间(当然，20N负荷下的延伸比小于1.00%)，并且70N负荷下的延伸率介于1.18%和1.57%之间。它们远小于本实用新型的LLE。同时，US5707467中的单丝是通过锯齿形排辊预成形的，其中，锯齿形排辊仅适用于小的预成形比，大预成形比是无法实现的。
[0026]根据本实用新型，钢丝是套管预成形的，预成形比很高。包括这种预成形钢丝的开放式HE钢帘线具有高的LLE。
[0027]该开放式钢帘线是一步捻成的。开放式钢帘线的捻距(或加捻间距)超过10mm。捻距越大，断裂延伸率就越小，但是，在本实用新型的钢帘线中，较大的捻距由大的预成形比进行补偿，因此得到高的断裂延伸率。优选地，捻距介于12mm和20mm之间。捻距涉及到钢丝直径和钢丝的数量:这意味着捻距随着钢丝直径的增大而增大，并且捻距还随着钢丝数量的增多而增大。
[0028]大捻距和高预成形比相结合的结果是，开放式钢帘线具有非常开放的结构。这种钢帘线只有在高张力下才会闭合，并且一由于初始延伸性主要是结构性和弹性的一当张力去除时帘线会恢复其初始状态。这种非常开放的结构将使橡胶完全渗透进钢帘线。而且，断裂延伸率和LLE都很高。
[0029]与现有的多股HE帘线相比，本开放式结构是巨大的优点。尽管现有的多股HE帘线具有高的LLE，但由于其捻距小，这种钢帘线是一种闭合式帘线。将这种帘线浸入橡胶的同时，用通气法测试橡胶渗透率为0%。这意味着，本实用新型钢帘线具有意味着100%橡胶渗透率的全橡胶渗透率。本实用新型的钢帘线比现有多股HE帘线更适合用于增强橡胶产品O
[0030]优选地,钢丝直径介于0.15和0.5mm之间。
[0031]由于nX I结构的开放式钢帘线是一步制成，η优选为2到8。根据一实施例，所述η是4、5或6。当η大于10时，为了达到更好的效果，钢丝直径随钢丝数量的增多而减小。
[0032]与现有多股HE帘线相比，本实用新型的钢帘线具有更高的橡胶渗透率和更低的制造成本，同时，与现有单股HE帘线相比，本实用新型钢帘线具有更高的LLE。
[0033]这种具有高断裂延伸率、全橡胶渗透率和高的低负荷延伸率的开放式钢帘线可以用作橡胶产品的增强元件。优选地，橡胶产品是充气轮胎的零度带束层或保护层。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1所示是6Χ I开放式HE帘线的制造工艺。
[0035]图2a_2d所示是6X1开放式HE帘线的不同截面图。
[0036]图3所示是从6X I开放式HE帘线分离出的单丝的预成形高度。
[0037]图4所示是4X1开放式HE帘线的截面图。
[0038]图5所示是7X I开放式HE帘线的截面图。
[0039]图6所示是本实用新型钢帘线和现有钢帘线的拉伸曲线。
【具体实施方式】
[0040]钢丝可以由盘条制得。
[0041]盘条的成分包括最小0.70%最大约1.10%的碳含量，锰含量范围从0.40%到
0.70%，硅含量范围从0.15%到0.30%，最大硫含量0.03%，最大磷含量0.30%，所有百分比均为重量百分比。除需要非常高的抗拉强度以外，通常只含微量铜、镍、铝、钛、氮和/或铬。
[0042]为了去除表面上存在的氧化物，首先通过机械除鳞和/或在H2SO4或HCl溶液中进行化学酸洗来清洁盘条。然后用清水漂洗并干燥盘条。接下来为了将直径减小到第一中间直径，将干燥的盘条进行第一系列干式拉丝操作。
[0043]在第一中间直径阶段，例如约3.0到3.5mm，干式拉丝后的钢丝进行第一中间热处理，称为索氏体化处理。然后，钢丝做好进一步机械变形的准备。
[0044]此后，钢丝在多个第二减径步骤中从第一中间直径进一步干式拉丝到第二中间直径，第二直径的范围典型从1.0mm到2.5mm。
[0045]在第二中间直径阶段，钢丝经历第二索氏体化处理，从而允许转变为珠光体。
[0046]第二索氏体化处理以后，钢丝被覆上黄铜镀层:在钢丝上镀铜，并且在铜上镀锌。黄铜镀层是应用热扩散处理形成的。[0047]除此以外，也可以在钢丝的黄铜镀层上涂覆有机官能性硅烷涂层。
[0048]然后，通过湿式拉丝机，钢丝经历最终系列的截面减缩，最终产品是按重量计算碳含量超过0.60%、抗拉强度通常超过3800 - 2000DMPa、并适于橡胶产品增强的圆形钢丝。
[0049]适于增强轮胎的钢丝通常最终直径范围从0.15mm到0.50mm，例如从0.20mm到 0.40mmn 单丝直径范例有 0.20mm>0.22mm、0.245mm、0.28mm、0.30mm>0.32mm、0.35mm、
0.38mm、0.40mm。
[0050]上述工艺以后，用线轴收取钢丝进行下面的工艺，例如变形并捻成帘线。
[0051]图1所示是6X1开放式HE帘线的制造工艺。6根来自于卷轴12的直径0.26mm的钢丝10被导向经过变形装置套14，每根钢丝10通过一个变形装置套14，每个变形装置套使钢丝产生塑性弯曲。然而，当钢丝经过变形装置套时，由于下游的捻制操作，钢丝旋转。弯曲与旋转和与钢丝线速度的结合导致了螺旋状的预成形，因此钢丝10在变形装置套14的作用下被预成形成螺旋状。接下来，钢丝10被聚拢在装置16里，并在那里被捻成6X1开放式HE帘线18。
[0052]根据本实用新型，本【技术领域】人员已知的可产生大变形的任何变形装置均可用。优选地，变形装置是套管变形装置。在变形过程中，套管直径由所需的钢丝预成形高度决定。并且，在钢丝被捻成钢帘线的捻制工艺中获得大捻距。钢丝的高预成形率和钢帘线的大捻距导致了钢帘线的HE、高LLE和全橡胶渗透率。
[0053]图2a到2d所示是6X I开放式HE帘线18沿长度的不同部分的不同横截面视图。钢帘线18的断裂延伸率是5.01 %，20N负荷下的延伸率是1.33 %，50N负荷下的延伸率是1.79%。并且，单丝10的预成形率是5.96。钢帘线18的捻距是16mm。钢帘线18的光学直径是1.68，该直径是通过钢帘线横截面的光学投影测量的。从直径上，可以清楚看到钢帘线非常开放，橡胶渗透率很好。实际上，通气测试法测得的橡胶渗透率达到100%。
[0054]预成形率是钢丝的预成形高度和钢丝直径之比，预成形高度是通过光学测量法测量的。首先将钢帘线剪短，然后从钢帘线上把钢丝分离成独立的单丝，接下来用光学测量法测量预成形高度。光学投影后总是有一个钢丝波形，波形的最高点和最低点之间的垂直距离就是预成形高度(包括两倍直径)。图3所示是从6X1开放式HE帘线18分离出的单丝10的预成形高度20。
[0055]图4所示是4X1开放式HE帘线。钢帘线22包括4根直径0.35mm的钢丝24，钢帘线22的断裂延伸率是5.33 %，20N负荷下的延伸率是1.41%，50N负荷下的延伸率是
1.67%，单丝24的预成形率是5.54，钢帘线22的捻距是14mm。
[0056]图5所示是7X I开放式HE帘线。钢帘线26包括7根直径0.245mm的钢丝28，钢帘线26的断裂延伸率是4.75%，20N负荷下的延伸率是1.30 %，50N负荷下的延伸率是
1.53%，单丝28的预成形率是6.07，钢帘线26的捻距是17mm。
[0057]此夕卜，钢帘线还可以是3X1、5X1、8X1、9X1等。
[0058]上述所有钢帘线都具有全橡胶渗透率和高LLE。
[0059]在本实用新型的钢帘线18和现有普通HE钢帘线A之间进行对比试验，钢帘线A是低于4mm小股捻距的3X4多股结构，钢帘线A断裂延伸率超过4%。图6所示是拉伸曲线，曲线30是钢帘线18，曲线32是钢帘线A。从图6可以清楚看出，本实用新型的帘线18具有与现有技术的钢帘线A类似的应力和应变曲线。这说明本实用新型的帘线18与现有技术的钢帘线具有类似的断裂延伸率和LLE。但是，本实用新型钢帘线18的橡胶渗透率是100%，而现有技术钢帘线A的橡胶渗透率却是O %。此外，由于钢帘线18是以大捻距一步捻成，而现有技术的钢帘线A则至少以非常小的捻距经过两个步骤捻成的，因此本实用新型帘线18的生产成本比现有技术钢帘线A的生产成本大大降低。
[0060]具有高LLE和全橡胶渗透率的开放式HE帘线适于用作增强橡胶产品，尤其用于增强充气轮胎的零度带束层或保护层，该种钢帘线具有良好的抗疲劳性和长的使用寿命，因此轮胎也具有长的使用寿命。
【权利要求】
1.一种开放式钢帘线，具有n X I结构，不低于4%的高断裂延伸率，所述开放式钢帘线的捻距超过10mm，所述开放式钢帘线的钢丝被预成形成螺旋形，其特征在于，所述钢丝的预成形高度与所述钢丝的直径之比不小于5.0。
2.根据权利要求1所述的开放式钢帘线，其特征在于，所述钢丝的预成形高度与所述钢丝的所述直径的所述比介于5.0和8.0之间。
3.根据权利要求1或2所述的开放式钢帘线，其特征在于，所述捻距介于12mm和20mm之间。
4.根据权利要求1或2所述的开放式钢帘线，其特征在于，所述开放式钢帘线在20N负荷下的延伸率不低于1.00%。
5.根据权利要求1或2所述的开放式钢帘线，其特征在于，所述开放式钢帘线在50N负荷下的延伸率不低于1.50%。
6.根据权利要求1或2所述的开放式钢帘线，其特征在于，所述钢丝的直径介于0.15到0.5mm之间。
7.根据权利要求1或2所述的开放式钢帘线，其特征在于，所述n是从2到8。
8.根据权利要求7所述的开放式钢帘线，其特征在于，所述n是4、5或6。
【文档编号】D07B1/06GK203498695SQ201190000841
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2011年10月4日 优先权日:2010年10月27日
【发明者】程志超, S·希佩, 罗奕文, 张爱军 申请人:贝卡尔特公司