本发明涉及橡胶物品增强用钢帘线和使用该钢帘线的轮胎。
背景技术：
用于安装到中型或大型车辆(诸如卡车或公共汽车等)的重载用轮胎的增强层(诸如胎体或带束等)需要高的抗拉强度(断裂载荷)以承受当使用这种轮胎时所施加的重载荷。另一方面，燃料节省性能对于上述用途中的重载用轮胎是重要的，因此强烈需要减轻构成轮胎的各构件的重量。在用于增强轮胎的胎体帘布层和带束的钢帘线中，为了用少量的铁获得期望的高抗拉强度，考虑为构成钢帘线的钢丝使用高抗拉强度的线材。
通过将由高抗拉强度线材制成的钢丝捻合而获得的钢帘线具有高抗拉强度，并且能够相应地减小钢丝的线径，因此，能够用比过去少的铁获得期望的高抗拉强度。另一方面，使用用于增强胎体帘布层的钢帘线的轮胎具有如下风险：当使用轮胎时，归因于在轮胎的胎圈部处使胎体帘布层反复推靠胎圈芯的力，在胎圈部处该钢帘线会剪切疲劳。
作为加捻成束的两层加捻钢帘线，公开了如下钢帘线：在构成外层的线束群帘线之间存在间隙，并且构成中心层的线束群的卷(curl)具有比用于捻合的卷的节距小的节距(专利文献1)。期望的是，在专利文献1的钢帘线中，在确保橡胶侵入性(rubberinvasion)的同时抑制帘线伸长，并且抑制由于水腐蚀而引起的疲劳特性的劣化。但是，专利文献1所述的钢帘线不是对如下缺陷进行改善的钢帘线：在使用轮胎期间，归因于在轮胎的胎圈部处反复施加使胎体帘布层推靠胎圈芯的力，在胎圈部中该钢帘线会剪切疲劳。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-97115号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
本发明提供如下橡胶物品增强用钢帘线和适用该橡胶物品增强用钢帘线作为增强材料的轮胎：通过使用高抗拉强度的线材，橡胶物品增强用钢帘线在减轻了钢帘线的重量的同时具有提高了的耐剪疲劳性。
用于解决问题的方案
本发明的橡胶物品增强用钢帘线是具有两层加捻结构的钢帘线，所述橡胶物品增强用钢帘线包括：芯丝，其由多根丝构成；和鞘丝，其由围绕所述芯丝加捻的多根丝构成，其中所述芯丝的抗拉强度高于所述鞘丝的抗拉强度，并且所述芯丝和所述鞘丝沿相同的方向且以相同的节距捻合在一起。
在本发明的橡胶物品增强用钢帘线中，当所述芯丝的抗拉强度为tc，所述鞘丝的抗拉强度为ts时，优选地，tc与ts的比tc/ts满足1.0<tc/ts<1.6的关系。优选地，所述芯丝的线径等于或大于所述鞘丝的线径，并且更优选地，当所述芯丝的线径为dc，所述鞘丝的线径为ds时，更优选地，dc与ds的比dc/ds满足1.0≤dc/ds≤1.6的关系。此外，优选的是，存在三根所述芯丝和九根所述鞘丝。这种橡胶物品增强用钢帘线适用于增强轮胎构件之中的胎体帘布层。
本发明的轮胎的特征在于，使用本发明的上述橡胶物品增强用钢帘线作为增强材料。
发明的效果
根据本发明，由于钢帘线是两层加捻钢帘线，并且芯丝的抗拉强度高于鞘丝的抗拉强度，所以能够提高钢帘线的抗剪强度，从而提高了耐剪疲劳性。
附图说明
图1是本发明的橡胶物品增强用钢帘线的一个实施方式的截面图。
具体实施方式
以下将参考附图具体描述本发明的橡胶物品增强用钢帘线的实施方式。
图1所示的本实施方式的橡胶物品增强用钢帘线10(以下，还简称为“钢帘线10”)包括多根芯丝11和围绕芯丝11加捻的多根鞘丝12。图1中的钢帘线10具有m+n的两层加捻结构(two-layertwistedstructure)，其中m是芯丝11的数量，n是鞘丝的数量。在图中所示的示例中，具有m是3、n是9的3+9结构。本实施方式的钢帘线10是用于重载用轮胎的钢帘线，并且不需要复捻结构(doubletwistedstructure)所需的抗拉强度，更确切地说，为了减轻重量，帘线具有两层加捻结构的帘线。芯丝11的数量m优选为从2至3，鞘丝的数量n优选为6以上。更优选的实施方式是如图所示的m是3、n是9这一组合的3+9结构。
在本实施方式的钢帘线10中，芯丝11的抗拉强度tc比鞘丝12的抗拉强度ts高。换句话说，芯丝11的抗拉强度tc和鞘丝12的抗拉强度ts之间的关系是tc>ts。
用于增强胎体帘布层的钢帘线在轮胎的胎圈部中的耐剪疲劳性与作为钢帘线的横截面方向上的断裂强度的抗剪强度相关。当钢帘线的抗剪强度降低时，使胎体帘布层压靠胎圈芯的力降低，即抵抗钢帘线的剪切方向上的应力的耐疲劳性降低。为了减轻钢帘线的重量，当为构成钢帘线的钢丝使用高抗拉强度的线材时，钢帘线的抗剪强度降低。因此，高抗拉强度的钢丝构成的钢帘线会因受到反复的剪切应力而疲劳，结果，存在降低轮胎的胎圈部中的耐剪疲劳性。
另一方面，除了高抗拉强度的钢丝之外，还通过使用抗拉强度相对低的钢丝来提高钢帘线的抗剪强度。在两层加捻帘线中，与芯丝的抗拉强度相比，鞘丝的抗拉强度对抗剪强度具有较大的影响。具体地，在两层钢帘线中，发明人已经确认：鞘丝的抗拉强度低于芯丝的抗拉强度的钢帘线具有比芯丝的抗拉强度低于鞘丝的抗拉强度的钢帘线高的抗剪强度。
因此，正如本实施方式的钢帘线10，通过如下帘线结构能够提高抗剪强度：使鞘丝12的抗拉强度比芯丝11的抗拉强度低。换句话说，在本实施方式的钢帘线10中，通过仅增加芯丝12的抗拉强度，使鞘丝12的抗拉强度低于芯丝11的抗拉强度同时确保了钢帘线10的高强度化或轻量化，由此提高了抗剪强度、耐剪疲劳性，进而提高了抑制轮胎的胎圈部处的钢帘线疲劳断裂的耐胎圈故障性。
优选地，芯丝11的抗拉强度tc与鞘丝12的抗拉强度ts的比tc/ts满足关系1.0<tc/ts<1.6。在tc与ts的比大于1.0且小于1.6的范围内，获得tc高于ts的效果，另外，充分获得了钢帘线的抗拉强度，而且，耐胎圈故障性和耐切断性优异。更优选地，满足1.0<tc/ts≤1.3的关系。
芯丝11的抗拉强度tc和鞘丝12的抗拉强度ts满足tc>ts的关系，优选地，芯丝11的抗拉强度tc和鞘丝12的抗拉强度ts两者都在大约从2500mpa至5000mpa的范围内、满足1.0<tc/ts<1.6的关系。当tc和ts为大约从2500mpa至5000mpa时，对于两层加捻钢帘线，能够获得钢帘线的抗拉强度满足重载用轮胎的要求。
虽然取决于芯丝和/或鞘丝的数量、线径等，但是更优选地，芯丝11的抗拉强度tc比鞘丝的抗拉强度ts高，例如芯丝11的抗拉强度tc比鞘丝的抗拉强度ts高大约300mpa。
在本实施方式的钢帘线10中，芯丝11和鞘丝12沿相同的方向且以相同的节距加捻。芯丝11和鞘丝12沿相同的方向且以相同的节距加捻的这种钢帘线的结构还被称为紧凑结构。由于芯丝11和鞘丝12沿相同的方向且以相同的节距加捻，所以更明确地表现了上述耐胎圈故障性得以提高的效果。
对于重载用轮胎，还要求耐切断性。本实施方式的钢帘线10通过如下方式获得良好的耐切断性：通过抑制在轮胎使用时当负荷施加于钢帘线10时，受到来自鞘丝12的夹紧力的芯丝11由于应力集中而被先行断裂。更具体地，由于帘线结构是两层加捻结构，与具有三层加捻结构的钢帘线相比，缓和了施加到芯丝11的夹紧力，并且提高了耐切断性。通过为芯丝11使用具有一定程度延展性的线材，能够防止芯丝11由于应力集中而先行断裂，从而提高了耐切断性。此外，由于芯丝11和鞘丝12沿相同的方向且以相同的节距加捻，所以芯丝11和鞘丝12线状接触。因此，与芯丝和鞘丝不沿相同的方向且不以相同的节距加捻并且彼此点接触的钢帘线相比，增大了丝之间的接触面积，因此，当对钢帘线施加张力时，每根丝都承受张力，结果，能够防止芯丝11由于应力集中而先行断裂，从而获得了良好的耐切断性。
如从以上内容可以看出，本实施方式的芯丝11和鞘丝12沿相同的方向且以相同的节距加捻的钢帘线10不仅提高了耐胎圈故障性，而且还提高了耐切断性。
在本实施方式的钢帘线10中，芯丝11可以具有与鞘丝12相同的线径。但是，更优选的是各芯丝11均具有比各鞘丝12大的线径，原因如下。在具有双层加捻结构的、芯丝11和鞘丝12沿相同的方向且以相同的节距加捻的紧凑结构的钢帘线中，由于芯丝11的线径大于鞘丝12的线径，所以在钢帘线中，在横截面中包含在帘线的外接圆内的钢丝面积的比例变高，换句话说，在钢帘线中钢丝的填充率变高，因此，即使当通过将钢帘线埋设在橡胶片中而形成的处理件(treat)的厚度减小，也能够获得具有预定抗拉强度的钢帘线。
当施加剪切方向上的力时，芯丝11的线径大于鞘丝12的线径的紧凑结构的钢帘线受到被鞘丝11中的多根丝分散的力。因此，当沿剪切方向施力时，这种鞘丝12中的每一根鞘丝与鞘丝12中的一根丝主要受力、芯丝11的线径等于鞘丝12的线径的钢帘线相比均受到较少的应力，因此，耐切断性优异。
当芯丝的线径为dc，鞘丝的线径为ds时，芯丝11的线径dc与鞘丝12的线径ds的比dc/ds优选地满足1.0≤dc/ds≤1.6的关系。当dc与ds的比在1.0以上且1.6以下的范围时，能够有效地获得得以提高的耐胎圈故障性和耐切断性。更优选地，满足1.0≤dc/ds≤1.2的关系。
芯丝11的线径dc和鞘丝12的线径ds优选地在大约从0.15mm至0.25mm的范围内、满足上述1.0≤dc/ds≤1.6的关系。当dc和ds为大约从0.15mm至0.25mm时，在两层加捻钢帘线中能够获得钢帘线的抗拉强度满足重载的要求。
为了确保轮胎的胎体帘布层的强度，优选地，在本实施方式的橡胶物品增强用钢帘线10中，所使用的各丝均是具有从0.70质量％至1.10质量％的碳含量的钢材。
为了加强橡胶在用于轮胎增强时的粘接性，将主要由铜和锌构成的合金镀层施加到钢帘线10的芯丝11的表面和鞘丝12的表面。
本发明的钢帘线能够用于橡胶物品增强件，具体地，用于作为轮胎增强构件的橡胶物品增强件。例如，大量的钢帘线以预定的间隔彼此平行地排列并埋设在橡胶片中，以制备橡胶包覆布(处理件)，并且该橡胶包覆布能够作为增强材料应用于轮胎的胎体帘布层和带束中的至少一者。本发明的应用本发明的钢帘线作为增强材料的轮胎的示例包括具有如下结构的轮胎：胎面部；一对侧部，其与胎面部的两肩部连续；以及一对胎圈，其形成于侧部的内周并且还包括利用埋设在胎面部内侧的带束层而增强的胎体帘布层，其中本发明的钢帘线用作带束层的增强材料和/或胎体帘布层的增强材料。由于本发明的钢帘线在耐胎圈故障性和耐切断性方面是优异的，因此特别适于用作胎体帘布层。
实施例
制作列出在表1和表2的各种钢帘线。在表1的实施例1至实施例6中，与这些钢帘线的帘线轴线正交的截面结构是图1所示的3+9紧凑结构。在表2的比较例1至比较例8中，截面结构是具有列出在表2的芯丝和鞘丝的数量的两层加捻结构。表1列出了各实施例的芯丝和鞘丝的抗拉强度和线径，表2列出了各比较例的芯丝和鞘丝的抗拉强度和线径。表1和表2还列出了实施例和比较例的抗剪疲劳指数。
在表1和表2中，丝的抗拉强度是通过当丝被英斯特朗(instron)拉伸试验机以20mm/min的速度沿丝轴线的方向拉时，断裂强度除以截面面积而得到的值，单位是mpa。
关于表1和表2中的抗剪疲劳特性，使用对沿剪切方向对加捻帘线施力的楔状突起和滑车(pulley)进行组合的三点弯曲模式试验装置，给出预定的帘线张力，楔状突起以10hz的频率压靠帘线三百万次。将在突起以各种深度加压且试验不进行之后帘线断裂或丝断裂所在处的最大加压深度定义为抗剪疲劳特性。值越高，抵抗剪切输入的抗疲劳特性越好，同时耐胎圈故障性越好。
[表1]
[表2]
从表1和表2可以看出，根据本发明实施例1至6的钢帘线和使用这些钢帘线的轮胎均优于比较例。
附图标记说明
10：钢帘线
11：芯丝
12：鞘丝