专利名称：橡胶制品增强用钢丝帘线的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于汽车用轮胎、传送带等橡胶制品的增强的钢丝帘线，特别是涉及兼具充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的钢丝帘线。
背景技术：
作为用于汽车用轮胎、传送带等橡胶制品的增强的钢丝帘线，一直以来经常采用例如紧密结合3～6根单丝(钢丝)而单层捻合的封闭捻合构造(所谓封闭型)的钢丝帘线。该钢丝帘线，是多根平行拉齐并用橡胶材料包覆而成形为复合体片后，埋设在橡胶制品中的钢丝帘线，将捻合3根钢丝而成的叫作1×3构造，另外，与单丝数对应地叫作1×4、1×5、1×6构造。又，也使用内外2层地捻合多根单丝(钢丝)的2层捻合构造，例如捻合3根钢丝而构成芯股，在该捻合的芯股的周围配置9根钢丝，并使捻合方向或捻距与芯股不同地捻合而构成外层的2层捻合的钢丝帘线。这种情况下，芯股是与上述封闭型的钢丝帘线同样的捻合构造。
但是，在稠密捻合的封闭型的钢丝帘线中，在帘线内部存在沿长度方向连续的空隙，在利用橡胶材料包覆钢丝帘线而成形复合体片时，该帘线内部的空隙不会浸入橡胶材料而直接作为空隙残留下来。而且，在轮胎成型工序等的橡胶硫化加压时，由于卷装在帘线表面的橡胶浸入帘线内部而使该空隙减少，但不会完全被橡胶埋没，而使帘线中心成为沿长度方向延伸的吸管状的中空部而残留下来。而且，橡胶材料生成的气体冷凝所产生的湿气、或从外部的伤口等浸入的水分等浸透进该中空部内，其结果，腐蚀自帘线内部开始，钢丝帘线的强度下降，并且钢丝帘线与橡胶材料的粘接性下降，引起钢丝帘线与橡胶材料剥离的所谓分离现象，成为制品寿命显著缩短的主要原因。
又，也可考虑一直以来使用的单层捻合的、捻合较松的开放捻合构造(所谓开放型)的钢丝帘线，所述开放捻合构造是在各单丝间设置间隙地捻合而使得橡胶材料可浸入到帘线内部。但是，开放捻合构造的钢丝帘线，要使橡胶材料充分浸入帘线内部则必须使各单丝间的间隙大(至少在0.01mm以上)，当间隙大时各单丝的可移动的自由空间变大，所以产生单丝的侧偏等，捻合在长度方向变得不均匀，施加反复弯曲应力时容易产生压曲，又，由于极低载荷下的伸展大，所以不仅操作性恶化，而且由于复合体片成形时施加的张力而间隙减小，橡胶材料往往不能充分浸入帘线内部。
因此，如例如特公平7-68673号公报、特许第3179915号公报所示，开发了捻合以下两种单丝而成的单层捻合的钢丝帘线，所述两种单丝为具有与用于帘线捻合的螺旋弯曲不同的小的螺旋状或波状弯曲的单丝、和除用于帘线捻合的螺旋弯曲外没有其他弯曲的具有直线性的单丝。
单层捻合的钢丝帘线，这样作成将具有与用于帘线捻合的螺旋弯曲不同的小的螺旋状或波状弯曲的单丝、和除用于帘线捻合的螺旋弯曲外没有其他弯曲的具有直线性的单丝捻合的结构，从而即使捻合本身稠密，也可利用一部分单丝的小的螺旋状或波状弯曲在捻合的状态下在单丝间形成使橡胶材料浸入的间隙，且相对与橡胶材料进行的复合体片成形时施加的张力，利用具有直线性的单丝的抵抗力抑制钢丝帘线的伸展，可防止消除小的螺旋状或波状弯曲，从而可以提供以下钢丝帘线，其可在单丝间保持使得橡胶材料充分浸入帘线内部的间隙，而且捻合本身稠密而抑制极低载荷下的伸展，改善操作作业性，并且可使帘线长度方向的捻合稳定，即使是反复弯曲应力也不容易产生压曲，耐疲劳性优良。
但是，单层捻合的钢丝帘线，通过作成捻合具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝、和具有直线性的单丝的构造，不一定全部兼有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性，为了同时具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性，每当帘线的单丝数和单丝直径不同时，从橡胶浸入性和耐疲劳性两个方面出发，都必须将弯曲加工的根数、弯曲加工节距、弯曲加工高度等的设定特定为最佳的设定，而该特定不易进行。
发明内容
因此，本发明的目的在于，解决上述问题，能够容易且可靠地获得下述橡胶制品增强用钢丝帘线，其是捻合具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝、与具有直线性的单丝的结构，具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性。
本发明者发现，对于捻合具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝与具有直线性的单丝而成的橡胶制品增强用钢丝帘线中的、具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的钢丝帘线，当解除捻合而在每根单丝上施加拉伸载荷来进行测量各载荷下的应变的试验时发现，2种单丝的载荷相对于应变的关系存在可用直线表示的区域，且表示这2种单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率特定在规定的关系下，从而可根据表示解除捻合后这2种单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率，特定出橡胶浸入性和耐疲劳性优良的钢丝帘线。
即，本发明的橡胶制品增强用钢丝帘线，是捻合具有与用于帘线捻合的螺旋弯曲不同的小的螺旋状或波状弯曲的单丝、和除用于帘线捻合的螺旋弯曲外没有作其他弯曲加工的具有直线性的单丝而成的1×n(n＝3～6)构造的钢丝帘线，其特征在于对将该钢丝帘线解除捻合后的各单丝施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，载荷相对于应变的关系在载荷10～50N的区域内对各单丝都为大致直线，而且，在该区域内，表示上述具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率，是表示上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率的1.05～1.5倍。
所谓小的螺旋状的弯曲，是指三维的螺旋状弯曲，所谓波状弯曲，是指螺旋投影的形状即二维的弯曲，具有同等的效果。又，螺旋状弯曲的方向，可以是与帘线捻合方向相同，也可是反方向。
施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，载荷相对于应变的关系在载荷10～50N的区域对各单丝都为大致直线，且在该区城内，表示上述具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率，是表示上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率的1.05～1.5倍，换言之是指，施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，表示载荷与应变的关系的曲线在载荷10～50N的区域内对各单丝都为大致直线，且在该区域内，表示上述具有直线性的单丝的上述载荷与应变的关系的曲线在纵轴为载荷而横轴为应变时相对于横轴的斜率，是上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的上述载荷相对于应变的关系的曲线在纵轴为载荷而横轴为应变时相对于横轴的斜率的1.05～1.5倍，即，施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时载荷相对于应变的回归，在载荷10～50N的区域对各单丝都为大致直线，且在该区域，上述具有直线性的单丝的回归系数为上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的回归系数的1.05～1.5倍。
在解除钢丝帘线捻合的状态下对各单丝施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，载荷相对于应变的关系在载荷10～50N的区域对各单丝都为大致直线的情况下，在该区域，如果表示具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率，是表示具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率的1.05～1.5倍(换言之是指，具有直线性的单丝的上述载荷与应变的关系的曲线在纵轴为载荷而横轴为应变时相对于横轴的斜率，是表示上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的上述载荷与应变的关系的曲线在纵轴为载荷而横轴为应变时相对于横轴的斜率的1.05～1.5倍，即回归系数为具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的回归系数的1.05～1.5倍)，则可评价该钢丝帘线作为橡胶制品增强用钢丝帘线是具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的。
即，该钢丝帘线，利用一部分单丝的小的螺旋状或波状弯曲，在捻合的状态下可在单丝间存在使橡胶材料浸入的间隙，且相对于与橡胶材料进行复合体片成形时施加的张力，表示各单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)存在上述关系时，在具有直线性的单丝上产生的抵抗力足够大，利用其抵抗力抑制钢丝帘线的伸展，可防止小的螺旋状或波状弯曲消失，从而可在单丝间保持橡胶材料充分浸入帘线内部的间隙。又，该钢丝帘线，捻合本身稠密，从而极低载荷下的伸展小，可设计为操作性优良的制品，并且可设计为长度方向的捻合稳定、即使反复弯曲应力也不容易产生压曲的耐疲劳性优良的制品。因此，通过设定该钢丝帘线的单丝的弯曲加工根数、弯曲加工节距、弯曲加工高度等，可获得具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的橡胶制品增强用钢丝帘线。
如果表示具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)，小于表示具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率的1.05倍，则相对于拉伸力的抵抗力小，弯曲由于与橡胶材料的复合体片成形时等施加的张力而消失，不能获得充分的橡胶浸入性。又，反之如果表示具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)，大于表示具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的回归系数的1.5倍，则捻合线时的形状不均匀，耐疲劳性下降。
这样，如果采用本发明，则通过特定解除钢丝帘线捻合后的表示具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)、与表示具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的关系，可特定具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的钢丝帘线，可容易且可靠地获得为捻合具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝与具有直线性的单丝的结构、且具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的橡胶制品增强用钢丝帘线。
图1是本发明的实施方式的一例的钢丝帘线的剖视图(A)及其他例子的钢丝帘线的剖视图(B)。
图2是图1的(A)所示的钢丝帘线的侧视图。
图3是表示本发明的钢丝帘线在施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时、载荷相对于应变的关系的图表。
图4是表示下述比率与解除捻合前的钢丝帘线的橡胶浸入性的关系的图表，所述比率是指，将捻合弯曲加工过的单丝与具有直线性的单丝而成的单层捻合的钢丝帘线解除捻合后所得的各单丝在拉伸载荷10～50N下的、下述直线的斜率(回归系数)之间的比率，所述直线是表示具有直线性的单丝和弯曲加工过的单丝的、载荷相对于应变的关系的直线。
具体实施例方式
以下参照附图来说明本发明的实施方式。
图1表示本发明的实施方式的钢丝帘线的截面构造。本实施方式的钢丝帘线如图1的(A)所示，是捻合例如3根单丝(芯层丝)而成的1×3构造的钢丝帘线10，是如下形成的，即、将1根单丝11设为具有与用于帘线捻合的螺旋弯曲不同的小的螺旋状弯曲的单丝，而将其他2根单丝12设为除用于帘线捻合的螺旋弯曲外没有作其他弯曲加工的具有直线性的单丝，捻合它们而形成。在此，所谓小的螺旋状的弯曲，是指三维的螺旋状弯曲。螺旋状弯曲的方向，可以是与帘线捻合方向相同，也可是反方向。
该钢丝帘线，又如图1的(B)所示，也可是钢丝帘线20，所述钢丝帘线20是捻合例如3根单丝(芯层丝)而成的1×3构造的钢丝帘线，且如下形成，即、将其中的1根单丝21设为与用于帘线捻合的螺旋弯曲不同而具有波状弯曲的单丝，而将其他2根单丝22设为除用于帘线捻合的螺旋弯曲外没有作其他弯曲加工的具有直线性的单丝，捻合它们而形成。在此，所谓波状弯曲是指将螺旋投影所得的形状即二维的弯曲。
具有螺旋状或波状弯曲的单丝11、21，单丝直径与具有直线性的其他单丝12、22相同，并且如图2所示弯曲加工成螺旋状或波状，使得弯曲节距P1小于捻距P，P1＝0.1P～0.7P，对于表观外径d1，当单丝直径设为d时，d1＝(d+2/100mm)～(d+2/10mm)。在此，所谓弯曲节距P1，是指弯曲加工过的单丝的螺距(参照图2)或波的节距，所谓表观外径d1，是指从弯曲加工成螺旋状的单丝11的长度方向所视的外接圆A1[参照图1(A)]的直径，或者从弯曲加工成波状的单丝21的长度方向所视的外接投影椭圆A2[参照图1(B)]的长径和短径的平均值。
而且，本实施方式的钢丝帘线10、20，在将这些钢丝帘线10、22解除捻合后的各单丝11、12、21、22上施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，载荷相对于应变的关系在载荷10～50N的区域内对各单丝都为大致直线，且在该区域内，表示上述具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)，是表示上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的1.05～1.5倍。即，在将这些钢丝帘线10、22解除捻合后的各单丝11、12、21、22上施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，表示载荷(N)相对于应变(％)的关系的图表如例如图3所示，在载荷10～50N的区域对各单丝都为大致直线，且在该在载荷10～50N的区域，具有直线性的单丝12、22的曲线(虚线)的斜率(纵轴为载荷、横轴为应变时，相对于横轴的斜率)，为具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝11、21的曲线(实线)的斜率(纵轴为载荷、横轴为应变时，相对于横轴的斜率)的1.05～1.5倍(在图3的例子中约1.2倍)。
捻合具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝和具有直线性的单丝而成的橡胶制品增强用钢丝帘线，对解除捻合后的各单丝施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，在载荷相对于应变的关系在载荷10～50N的区域对各单丝都为大致直线的情况下，如果在该区域，表示具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)，是表示具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的1.05～1.5倍(即，表示具有直线性的单丝的上述载荷相对于应变的关系的曲线在纵轴为载荷横轴为应变时相对于横轴的斜率，是上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的上述载荷相对于应变的关系的曲线在纵轴为载荷横轴为应变时相对于横轴的斜率的1.05～1.5倍)，则可判断该钢丝帘线作为橡胶制品增强用钢丝帘线具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性。
图4是图表，就将捻合弯曲加工过的单丝与具有直线性的单丝而成的1×3构造的钢丝帘线解除捻合后的各单丝在10～50N下拉伸载荷相对于应变的回归中的、具有直线性的单丝与弯曲加工过的单丝的回归系数的比率的关系而言，将解除捻合前的钢丝帘线的橡胶浸入性的评价表示成图表。1×4、1×5、1×6构造时的评价也是与此大致一样的图表。如该图表所示，对于捻合具有与用于帘线捻合的螺旋弯曲不同的小的螺旋状或波状弯曲的单丝、和除用于帘线捻合的螺旋弯曲外没有作其他弯曲加工的具有直线性的单丝而成的1×n(n＝3～6)构造的钢丝帘线，如果解除捻合后在拉伸载荷10～50N下，表示具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)与表示弯曲加工过的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的比率低，则橡胶浸入性差，该比率在1.05以上(具有直线性的单丝的回归系数是具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的回归系数的1.05以上)，则可获得足够的橡胶浸入性。但是，若该比率超过1.5[表示具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)比表示具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的1.5倍大]，则捻线时的形状变得不均匀，耐疲劳性恶化。在此，橡胶浸入性，例如在钢丝帘线上施加5kg的拉伸载荷的状态下埋设在橡胶中并硫化后，将钢丝帘线从橡胶中拔出并剥开单丝，观察单丝整周，用与橡胶材料接触的面积率判断。
因此，将解除捻合后的表示具有直线性的单丝12、22的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)为表示具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝11、21的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的1.05～1.5倍时，单丝数、单丝直径、弯曲加工根数、弯曲加工节距、弯曲加工高度等的设定评价为合适的设定。然后，利用该设定再现钢丝帘线。这样，可获得具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的橡胶制品增强用钢丝帘线。
这些钢丝帘线10、20，在周围包覆未硫化橡胶而成形为与橡胶材料复合的复合体片，例如在轮胎成形时作为轮胎增强件埋入轮胎主体的橡胶中。此时，若在钢丝帘线10、20周围包覆未硫化橡胶，则未硫化橡胶从弯曲加工过的单丝11、21与直线的单丝12、22间的间隙C1、C2浸入帘线内部，在轮胎成形时被硫化并浸透到帘线中心的中空部B1、B2中。
另外，在图示的例子中，将构成钢丝帘线10、20的3根单丝中的1根单丝11、21设为具有小的螺旋状弯曲的单丝，将另外2根单丝12、22设为具有直线性的单丝，但具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝11、21是构成钢丝帘线的单丝的一部分，至少是1根，只要在全部单丝数量的1/2以下即可，在利用3根单丝形成钢丝帘线时1根合适，在利用4根以上单丝形成钢丝帘线时则不限于1根，也可是2根或2根以上(但在全部单丝数量的1/2以下)。
本发明适合用在1×n(n＝3～6)构造的钢丝帘线。图示的例子是1×3构造的情况，但本发明也同样适用于1×4、1×5及1×6构造的钢丝帘线。又，本发明的钢丝帘线也可作为2层捻合构造的芯股使用。
表1表示捻合表面实施了镀铜的多根单丝的各种结构的钢丝帘线的样品的试验结果。实施例1是下述钢丝帘线，其为1×3构造，单丝直径0.30mm，且具有小的螺旋状弯曲的单丝的根数(弯曲加工根数)是1根，表示在载荷10～50N下具有直线性的单丝和弯曲加工过的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的比率(系数)为1.3；实施例2是下述钢丝帘线，其为1×5构造，单丝直径0.30mm，且弯曲加工根数是2根，而上述比率(系数)为1.15；比较例1是下述钢丝帘线，其为1×3构造，单丝直径0.30mm，且弯曲加工根数是1根，而上述比率(系数)为1.55；比较例2是下述钢丝帘线，其为1×5构造，单丝直径0.30mm，弯曲加工根数是2根，上述比率(系数)为1.03。
表1
对于该试验中的橡胶制品增强用钢丝帘线的制造，使用搓捻机作为捻线机。而且，作为在各单丝上加工出小的大致螺旋状弯曲的设备，使用将供给的单丝作为轴芯旋转的众所周知的弯曲加工装置，使单丝通过弯曲加工装置上设置的多个销之间，将该单丝作为轴心使弯曲加工装置高速旋转，从而在通过的单丝上加工出小的螺旋状弯曲，之后，通过设置在捻合的集合点近前的3根弯曲加工锥形销之间，从而进行用于捻合的螺旋状的弯曲加工。此时，分别选定锥形销的直径和间隔、压入程度以及单丝的张力等，并调整校正辊的压入情况等，改变弯曲加工的节距和弯曲加工的高度，调整各单丝的回归系数。
而且，在各钢丝帘线上施加5kg的拉伸载荷的状态下埋设在橡胶中硫化后，将钢丝帘线从橡胶中拔出并剥开单丝，观察单丝整周，测定与橡胶材料接触的面积率，表示为“橡胶浸入性(％)”。
又，在橡胶片中埋入多根同样规格的钢丝帘线，用该片进行一定次数的3点带轮弯曲疲劳的反复，之后从橡胶片中取出帘线并测定断裂强度，与疲劳试验前的断裂强度相比，对其结果进行指数表示(“疲劳性指数表示”)。指数越小耐疲劳性越差。
比较例1，表示具有直线性的单丝和弯曲加工过的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的比率(系数)过大，所以捻线时的形状不均匀，不能获得充分的耐疲劳性。又，比较例2，表示具有直线性的单丝和弯曲加工过的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的比率(系数)过小，所以不能获得充分的橡胶浸入性。
与之相对，实施例1及实施例2，表示具有直线性的单丝和弯曲加工过的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率(回归系数)的比率(系数)合适，所以是橡胶浸入性及耐疲劳性均得到满足的钢丝帘线。
权利要求
1.一种橡胶制品增强用钢丝帘线，是捻合具有与用于帘线捻合的螺旋弯曲不同的小的螺旋状或波状弯曲的单丝、和除用于帘线捻合的螺旋弯曲外没有作其他弯曲加工的具有直线性的单丝而成的1×n(n＝3～6)构造的钢丝帘线，其特征在于对将该钢丝帘线解除捻合后的各单丝施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，载荷相对于应变的关系在载荷10～50N的区域内对各单丝都为大致直线，而且，在该区域内，表示上述具有直线性的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率，是表示上述具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的载荷相对于应变的关系的直线的斜率的1.05～1.5倍。
全文摘要
将捻合具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝和具有直线性的单丝而成的1×n(n＝3～6)构造的钢丝帘线设成，对将钢丝帘线解除捻合后的各单丝施加拉伸载荷而进行测量各载荷下的应变的试验时，在载荷相对于应变的关系以直线表示的区域内，具有直线性的单丝的直线的斜率为具有小的螺旋状或波状弯曲的单丝的直线的斜率的1.05～1.5倍，由此能容易且可靠地获得具有充分的橡胶浸入性和优良的耐疲劳性的橡胶制品增强用钢丝帘线。
文档编号D07B1/06GK1755011SQ200510107148
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月28日 优先权日2004年9月28日
发明者森冈哲隆 申请人:特线工业株式会社