导电纱的制作方法

本发明涉及导电纱领域，并且涉及包括这种纱以建立穿过轮胎的导电路径的充气橡胶轮胎。

背景技术：

为了驱散静电，在充气橡胶轮胎的胎圈和胎面之间需要导电性。因为胎体加固件由诸如高韧性聚酯纤维的高韧性聚合物纤维形成、并且因为用轮胎胎体的橡胶化合物中的其他添加物代替碳黑的倾向，该导电性需要引起注意。

us2005/0087275a1公开了一种充气橡胶轮胎，其包含在其胎圈部分和其胎面部分延伸以提供最小电阻的路径的至少一根导电帘线。导电帘线包括螺旋缠绕在至少一根有机纤维的中央放置的芯周围的至少一根导电金属单丝。导电帘线以该导电帘线不延伸到(并且因此排除)轮胎的外表面的方式、从轮胎的胎圈部分中相对导电的橡胶部件延伸到轮胎的胎面部分中相对导电的橡胶部件。从而在轮胎的胎圈区域中的安装表面和轮胎胎面的行驶表面之间提供了导电路径。导电帘线可以包括螺旋缠绕在至少一根有机纤维的芯周围的导电金属单丝、导电碳纤维或者其组合。绳的有机纤维芯可以包括各种有机纤维特别是合成纤维的至少一根单丝，有机纤维诸如芳伦、尼龙、人造丝、聚酯、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)或者棉或者这种纤维的混合物。螺旋缠绕在芯周围的导电金属单丝可以是各种金属和其合金，诸如例如钢(一种铁合金，并且包括不锈钢)、铜和黄铜。

jp2016078742a描述了一种具有改善耐久性的导电帘线的充气轮胎。充气轮胎包括两个胎圈、至少一个胎体层、带束层、胎面橡胶层和一对侧壁橡胶层。充气轮胎包括至少从胎圈部分持续延伸到带束层的导电帘线。

ep1621365a1公开了一种包含至少一根导电帘线的充气橡胶轮胎，至少一根导电帘线从充气轮胎的轮辋安装表面橡胶部件的外部外表面延伸到内部导电胎面基层橡胶部件，以在外轮胎轮辋安装表面和内部轮胎胎面基层之间提供导电路径。导电帘线包括螺旋缠绕在至少一根有机纤维的中央放置的芯周围的至少一根导电金属单丝。

技术实现要素：

本发明的第一方面是包括第一纱和第二纱的导电纱。第一纱包括多根不锈钢纤维，并且优选地由多根不锈钢纤维组成。第二纱包括有机纤维，并且优选地由有机纤维组成。在本发明的第一实施例中，第一纱和第二纱被绞捻在一起或者被成缆在一起。在本发明的第二实施例中，第二纱被缠绕在第一纱周围，使得第一纱被提供为芯纱；并且使得第一纱提供导电纱的表面的一部分。

本发明的导电纱的益处是：当被用于充气橡胶轮胎中以获得轮胎的胎圈和胎面之间的导电路径时，获得了导电纱的优异导电性连同优异抗弯曲疲劳性以及导电纱与轮胎的橡胶具有足够的粘附性。结合的协同结果是导电纱作为轮胎的胎圈和胎面之间的导电路径的优异寿命。导电纱还可以提供作为轮胎中的排气线的功能。优异的抗弯曲疲劳性通过使用导电纤维来提供，导电纤维与使用一根或者多根丝时相比具有更小的直径。因为提供导电性的第一纱提供了导电纱的表面的一部分，所以，一方面，良好的导电性被提供于胎圈部分中的橡胶部件和胎面部分中的橡胶部件之间；并且另一方面，当导电纱被用于充气橡胶轮胎中时，良好的导电性被提供于胎圈部分中的橡胶部件和导电纱之间；或者当轮胎中的钢帘线和导电纱在轮胎中彼此接触时，良好的导电性被提供于这两者之间。使用多根不锈钢纤维协同地有助于优异的功能性寿命，因为少量不锈钢纤维的断裂不对导电纱的导电性造成巨大影响。

优选地，不锈钢纤维由奥氏体不锈钢合金制成。优选的不锈钢合金包括大于16％重量的铬并且优选地小于28％重量的铬。优选的合金是由astma313的300系列制成的合金。特别优选的合金是合金316l(根据astma313)。

在本发明的优选实施例中，有机纤维是棉纤维或者人造丝纤维或者诸如聚酯纤维、聚酰胺纤维或者例如对位芳纶纤维的芳纶纤维的热塑性聚合物纤维。还可以使用这种纤维的混合物。

在本发明的优选实施例中，第二纱是棉纤维纱。使用棉纤维是优选的，因为其提供了导电纱与橡胶的粘附性。

优选地，多根不锈钢纤维被绞捻在一起和/或者被成缆在一起，以形成第一纱。

优选地，第一纱的横截面包括至少40根不锈钢纤维，更优选地至少100根不锈钢纤维，甚至更优选地至少150根不锈钢纤维，甚至更优选地至少250根不锈钢纤维。

优选地，不锈钢纤维具有小于30μm的等效直径，更优选地小于25μm，甚至更优选地小于22μm，甚至更优选地小于15μm，甚至更优选地小于13μm，甚至更优选地小于10μm，以及优选地大于5μm。其中纤维的等效直径表示和纤维的横截面的面积具有相同的表面积的圆的直径；横截面不一定是圆形的。这种细纤维向导电纱提供了优异抗疲劳性。

优选地，不锈钢纤维经由集束拉拔来制成。集束拉拔在例如us-a-2050298、us-a-3277564和us-a-3394213中描述。经由集束拉拔所产生的不锈钢纤维具有典型的多边形横截面，该多边形横截面允许标识纤维是由集束拉拔来产生的。

在优选实施例中，不锈钢纤维是单丝。其中单丝表示几乎无限长的纤维。用于产生集束拉拔的不锈钢单丝束的技术在例如us-a-2050298、us-a-3277564和us-a-3394213中描述。更优选地，第一纱的横截面包括至少40根不锈钢纤维，更优选地至少100根不锈钢纤维，甚至更优选地至少150根不锈钢纤维，并且甚至更优选地至少250根不锈钢纤维。优选地，用于本发明的不锈钢单丝的等效直径小于30μm；更优选地小于25μm；并且优选地大于5μm。用于本发明的不锈钢丝的优选等效直径是例如8μm、12μm、14μm或者22μm。其中不锈钢纤维是单丝的第一纱具有的益处是：比使用离散长度的不锈钢纤维时具有更高的导电性。

在优选实施例中，不锈钢纤维是离散长度的纤维。优选地，用于本发明的离散长度的纤维的等效直径小于20μm，更优选地小于15μm、例如12μm或者8μm。在优选实施例中，离散长度的不锈钢纤维通过将纤维束集束拉拔、接着通过将纤维束切割或者伸展断裂成离散长度的纤维而产生。然后，离散长度的不锈钢纤维纺成纱。在优选实施例中，第一纱是单个纱。在另一优选实施例中，第一纱是两股纱。包括离散长度的不锈钢纤维的导电纱或者由离散长度的不锈钢纤维组成的导电纱具有增加的弯曲疲劳寿命。

当第一纱包括离散长度的不锈钢纤维或者由离散长度的不锈钢纤维组成时，优选的支数在50tex和300tex之间。更优选的支数在100tex和220tex之间。

当第一纱包括离散长度的不锈钢纤维或者由离散长度的不锈钢纤维组成时，优选地，第一纱的横截面包括至少50根不锈钢纤维，更优选地至少75根不锈钢纤维，更优选地至少100根不锈钢纤维，并且甚至更优选地至少150根不锈钢纤维。

在本发明的优选实施例中，第一纱是包括多根不锈钢纤维和有机纤维的混纺纱。可以被使用的有机纤维的示例是棉纤维或者人造丝纤维或者诸如聚酯纤维、聚酰胺纤维或者对位芳纶纤维的热塑性聚合物纤维。优选地，混纺纱包括精密混纺纤维，其包括多根不锈钢纤维和有机纤维。优选的混纺纱包括至少40％重量的不锈钢纤维。根据这种实施例的第一纱的示例是来自棉纤维和不锈钢纤维的精密混纺的20tex环锭纺纱，每种纤维为50％重量。在第一纱是混纺纱的实施例中，导电纱可以是合股绞捻的纱，其中第一纱与第二纱合股绞捻；优选地，第二纱具有与第一纱相同的成分。这种导电纱的示例是20*2tex纱，其中两股都是从棉纤维和不锈钢纤维的精密混纺环锭纺成，每种纤维为50％的重量。

在本发明的优选实施例中，一根或者两根第二纱被缠绕在第一纱周围，使得第一纱被提供为芯纱；并且使得第一纱提供导电纱的表面的一部分。这种实施例的益处是：导电的第一纱在导电纱中以直的定向而被提供，有助于导电纱的良好导电性。优选地，如果使用两根第二纱，则两根第二纱都具有相同的构造。这种实施例的优选第二纱是棉纤维纱。

在一根或者两根第二纱被缠绕在第一纱周围的优选实施例中，一根或者两根第二纱以每米少于1000圈被缠绕在第一纱周围；并且优选地以每米少于700圈被缠绕在第一纱周围；并且更优选地以每米少于500圈被缠绕在第一纱周围。

在本发明的优选实施例中，两根第二纱被缠绕在第一纱周围。一根第二纱在z方向上被缠绕在第一纱周围；并且另一根第二棉纱在s方向上被缠绕在第一纱周围。优选地，两根第二纱均以相同圈数被缠绕在第一纱周围。这种实施例的益处是：获得了增强的功能性，因为得益于平衡构造，导电纱的改善稳定性允许了纱在轮胎中更恰当的定位，带来轮胎中的导电纱的功能寿命方面的协同益处。优选地，如果使用两根第二纱，则两根第二纱均具有相同的构造。

在一根或者两根第二纱被缠绕在第一纱周围的优选实施例中，第一纱提供导电纱的表面的至少10％、更优选地至少25％、更优选地至少50％。优选的是由第一纱提供更高百分比的导电纱表面的实施例，因为当导电纱用于轮胎中时，得益于轮胎的胎圈和胎面中的导电橡胶化合物与导电纱之间的更好的导电接触和/或轮胎中的导电纱与钢帘线之间的更好的导电接触，更好的导电路径被提供。

在第一纱和第二纱被绞捻在一起或者被成缆在一起的优选实施例中，第一纱和第二纱通过每米多于20圈、优选地每米多于100圈、并且更优选地通过每米少于700圈、优选地每米少于600圈、更优选地每米少于300圈的捻度而被绞捻在一起或者被成缆在一起。

本发明的第二方面是用于机动车辆的充气橡胶轮胎。轮胎包括胎圈部分、胎体部分、胎面部分和根据本发明的第一方面的至少一根导电纱。胎圈部分包括钢丝胎圈加固件和包括导电颗粒的橡胶部件。胎体部分包括橡胶部件和包括高韧性聚合物纤维帘线的胎体加固帘布层，例如聚酯纤维或者聚酰胺纤维高韧性帘线。胎面部分包括橡胶部件，其包括导电颗粒。胎面部分的全部橡胶可以包括导电颗粒；然而，也可以是仅胎面橡胶部件的周向条包括诸如碳黑的导电颗粒。至少一根导电纱被嵌在橡胶中。至少一根导电纱从轮胎的胎圈部分穿过胎体部分延伸到轮胎的胎面部分。导电纱被提供在轮胎中，以提供最小电阻路径，从而在轮胎的胎圈区域中的安装表面和轮胎胎面的行驶表面之间提供导电路径。

胎圈橡胶部件中的导电颗粒和/或者胎面橡胶部件中的导电颗粒可以是碳黑。

在根据本发明的第二方面的优选充气橡胶轮胎中，至少一根导电纱被定位在胎体加固帘布层在胎体加固帘布层和侧壁橡胶层之间的外表面上。

在根据本发明的第二方面的优选充气橡胶轮胎中，至少一根导电纱被定位在胎体加固帘布层在胎体加固帘布层和轮胎橡胶内衬层之间的内表面上。

在根据本发明的第二方面的优选充气橡胶轮胎中，至少一根导电纱被定位在两个胎体加固帘布层之间。

另一方面是用于创建穿过充气橡胶轮胎的胎体部分的导电路径的导电纱。导电纱包括离散长度的不锈钢纤维和有机纤维的精密混纺；精密混纺包括至少40％重量的不锈钢纤维，更优选地至少50％重量的不锈钢纤维。优选的是奥氏体不锈钢纤维。可以被使用的有机纤维的示例是棉纤维或者人造丝纤维或者诸如聚酯纤维、聚酰胺纤维或者对位芳纶纤维的热塑性聚合物纤维或者这种纤维的混纺。优选地，导电纱是纺纱。示例是由离散长度的50％重量的不锈钢纤维(例如，来自合金316l)和50％重量的棉纤维的紧密混合物制成的40tex的环锭纺纱。另一示例是20*2tex(两股纱)导电纱，其中每一股是由离散长度的50％重量的不锈钢纤维(例如，来自合金316l)和50％重量的棉纤维的精密混纺制成的环锭纺纱。还提供的是用于机动车辆的充气橡胶轮胎。轮胎包括胎圈部分、胎体部分、胎面部分和根据本段的任一实施例中的至少一根导电纱。胎圈部分包括钢丝胎圈加固件和包括导电颗粒的橡胶部件。胎体部分包括橡胶部件和包括高韧性聚合物纤维帘线的胎体加固帘布层。胎面部分包括橡胶部件，橡胶部件包括导电颗粒。胎面部分的全部橡胶可以包括导电颗粒；然而，也可以仅胎面橡胶部件的周向条包括诸如碳黑的导电颗粒。至少一根导电纱被嵌在橡胶中。至少一根导电纱从轮胎的胎圈部分穿过胎体部分延伸到轮胎的胎面部分。导电纱被提供在轮胎中，以提供最小电阻路径，从而在轮胎的胎圈区域的安装表面和轮胎胎面的行驶表面之间提供导电路径。至少一根导电纱例如可以被定位在：

-胎体加固帘布层在胎体加固帘布层和侧壁橡胶层之间的外表面上，或者

-胎体加固帘布层在胎体加固帘布层和轮胎橡胶内衬层之间的内表面上，或者

-两个胎体加固帘布层之间。

附图说明

图1示出根据本发明的第二方面的充气橡胶轮胎。

图2、图3和图5示出根据本发明的第一方面的导电纱的实施例。

图4示出根据本发明的第一方面的导电纱的横截面。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第二方面的充气橡胶轮胎100的横截面。例如，如在以下段落中描述的示例，轮胎100包括胎圈部分120、胎体部分130、胎面部分140和根据本发明的第一方面的至少一根导电纱170；胎圈部分120包括钢丝胎圈加固件124和包括导电颗粒的橡胶部件122。胎体部分130包括橡胶部件132和包括高韧性聚合物纤维帘线的胎体加固帘布层134。胎面部分140包括橡胶部件142，橡胶部件142包括导电颗粒和带束层144。至少一根导电纱170被嵌在橡胶中并且从轮胎的胎圈部分120穿过胎体部分130延伸到轮胎的胎面部分。

图2示出根据本发明的第一方面的导电纱200的示例。导电纱200包括第一纱262和一根例如棉纱第二纱264。第一纱262由多根不锈钢纤维组成。第二纱264被缠绕在第一纱262周围，使得第一纱被提供为芯纱；并且使得第一纱提供导电纱的表面的一部分。

图3示出根据本发明的第一方面的导电纱300的示例。导电纱300包括第一纱362和两根例如棉纱的第二纱364。第一纱362由多根不锈钢纤维组成。第二纱364被缠绕在第一纱362周围，使得第一纱被提供为芯纱；并且使得第一纱提供导电纱的表面的一部分。一根第二纱在s方向上被缠绕在第一纱周围，并且另一根第二纱在z方向上被缠绕在第一纱周围。图4示出图3的导电纱的沿a-a’的横截面，图4示出了由集束拉拔的具有多边形横截面的不锈钢纤维463组成的第一纱462和两根第二纱464。

图5示出根据本发明的第一方面的导电纱500的示例。导电纱500包括第一纱562和一根例如棉纱的第二纱564。第一纱562由多根不锈钢纤维组成。第一纱562和第二纱564被绞捻在一起。备选地，第一纱和第二纱可以被成缆在一起。优选地，第一纱和第二纱被绞捻在一起或者被成缆在一起所使用的捻度在导电纱长度的每米10圈和600圈之间。

除了棉纤维纱，其他纱可以被用作第二纱，例如人造丝纤维纱、聚酯纤维纱、聚酰胺纤维纱或者对位芳纶纤维纱或者包括这种纤维的混纺纱。

可以被用在本发明中的第一纱的示例是经绞捻的不锈钢单丝纱，其包括275根集束拉拔的等效直径12μm的不锈钢单丝，不锈钢单丝在z方向上以每米100圈而被绞捻。

可以被用在本发明中的第一纱的另一示例是经绞捻的不锈钢单丝纱，其包括550根集束拉拔的等效直径12μm的不锈钢单丝，不锈钢单丝在s方向上以每米175圈而被绞捻在一起。

可以被用在本发明中的第一纱的另一示例是被成缆在一起的不锈钢单丝纱，其包括2倍的275根集束拉拔的等效直径12μm的不锈钢单丝，不锈钢单丝以每米175圈而被成缆在一起。

可以被用在本发明中的第一纱的另一示例是经绞捻的不锈钢单丝纱，其包括90根集束拉拔的等效直径14μm的不锈钢单丝，不锈钢单丝在z方向上以每米100圈而被绞捻在一起。

可以被用在本发明中的第一纱的另一示例是合股绞捻的90*2tex的不锈钢纤维纱，其由离散长度的不锈钢纤维组成。纱由伸展断裂的集束拉拔的12μm等效直径的不锈钢纤维而纺成。

在根据本发明的导电纱的示例中，第一纱是经绞捻的不锈钢单丝纱，其包括275根集束拉拔的等效直径12μm的不锈钢单丝，不锈钢单丝在z方向上以每米100圈而被绞捻。第一纱由33tex的棉纱在s方向上以每米300圈来被缠绕。大约60％的导电纱表面由第一纱来提供。

在根据本发明的导电纱的另一示例中，第一纱是经绞捻的不锈钢单丝纱，其包括275根集束拉拔的等效直径12μm的不锈钢单丝，不锈钢单丝在z方向上以每米100圈而被绞捻。第一纱由两根33tex的棉纱缠绕。第一棉纱在s方向上以每米300圈被缠绕在第一纱周围；并且第二棉纱在z方向上以每米300圈被缠绕在第一纱周围。大于60％的导电纱表面由第一纱来提供。

在根据本发明的导电纱的另一示例中，第一纱是合股绞捻的90*2tex的不锈钢纤维纱，其由离散长度的不锈钢纤维组成。第一纱由伸展断裂的集束拉拔的8μm等效直径的不锈钢纤维而纺成。第一纱由33tex的棉纱在s方向上以每米300圈缠绕。大于60％的导电纱表面由第一纱来提供。

在根据本发明的导电纱的另一示例中，第一纱是合股绞捻的90*2tex的不锈钢纤维纱，其由离散长度的不锈钢纤维组成。第一纱由伸展断裂的集束拉拔的8μm等效直径的不锈钢纤维而纺成。第一纱由两根20tex的棉纱缠绕。第一棉纱在s方向上以每米600圈被缠绕在第一纱周围；并且第二棉纱在z方向上以每米600圈被缠绕在第一纱周围。