专利名称：带有椭圆钢丝的椭圆钢绳的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于加强橡胶制品的具有椭圆形横截面的钢绳。
背景技术：
由芯部和外层构成的具有椭圆形横截面的钢绳其优点在于刚度大于横截面为圆形的钢绳。在椭圆钢绳的不同方向上存在不同的刚度，并且该特征将导致在将这种椭圆钢绳用于加强橡胶轮胎时具有良好的操控性、驾驶舒适性或驾驶稳定性。在与椭圆钢绳的长轴垂直的方向上，其刚度减小并且挠性增大，从而能够很容易接受任何障碍物例如鹅卵石。 在椭圆钢绳的长轴方向上，其刚度增大并且挠性减小，从而导致在发生弯曲时稳定性更好。 另外，由横截面为椭圆形的钢绳加强的橡胶层将比由横截面为圆形的钢绳加强的橡胶层更薄。通常，为了获得具有椭圆形横截面的钢绳，采用扁钢丝作为在钢绳中的芯部。EP0264145披露了包括扁钢丝作为芯部的具有拉长横截面的钢绳。扁钢丝其宽度和厚度的比值至少为2。这样的缺点在于，扁钢丝在制造期间会出现机械性能降低，例如抗疲劳强度降低并且拉伸强度降低。制造该扁钢丝的方式是采用通过成型模具冷拉拔圆钢丝的方式或者采用冷轧的方式。这样钢丝的横截面将从圆形变为扁形。由于在扁钢丝的四个角部上的应力集中，钢丝的机械性能在从圆形到扁形的成型过程期间将降低很多。最终扁钢丝的抗疲劳强度差是最终钢绳的缺点。另一种生产具有椭圆形横截面的钢绳的方法是，根据椭圆形的几何特征布置圆钢丝，例如JP-A-09-268485。这样的缺点在于，由这种钢绳加强的层仍然很厚，制造该钢绳的工艺不是很容易实施，并且生产成本很高。W093/01375披露了用于加强混凝土结构的钢绳。该钢绳具有椭圆形横截面，并且以椭圆钢丝作为芯部。由于该钢绳的高拉伸率并且对于加强混凝土的刚度要求，在该钢绳中的钢丝的直径应该较大，大于Imm或甚至大于10mm。而且，钢丝的碳含量较低，甚至低于 0.2%。并且钢丝没有设置金属涂层例如黄铜。该专利申请文献披露了具有这种结构的钢绳可以用于加强混凝土结构。由于碳含量低并且直径大，所以该钢绳不适用于加强橡胶制
P
ΡΠ O
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的那些缺点。本发明还有一个目的在于提供在不同方向上具有不同刚度的钢绳。本发明还有一个目的在于提供由钢绳加强的橡胶制品。根据本发明，用于加强橡胶制品的具有椭圆形横截面的钢绳具有m+n的结构，其中m为芯部钢丝的数量并且为1至4，η为外层钢丝的数量并且为4至15，在m为1时不扭绞芯部钢丝，或者在m为2至4时不扭绞钢丝并且平行排列，将外层钢丝围绕着芯部钢丝扭绞，并且芯部钢丝具有椭圆形横截面，而在外层中钢丝具有圆形横截面。在钢绳中的钢丝其碳含量不小于0. 60%。为了获得在不同方向上具有不同刚度的钢绳，将钢绳制成为椭圆钢绳。“椭圆钢绳”指的是其横截面为具有主轴和副轴的椭圆形的钢绳，并且主轴长于副轴。“主轴”指的是椭圆的最大直径，并且“副轴”指的是椭圆的最短直径。主轴和副轴是在其端部位于形状的这些尖端期间根据穿过中心和两个焦点的直线测量出的。根据本发明，椭圆钢绳是紧实的。钢绳的中央填充有芯部钢丝。留下很少空间填充橡胶，这与专利文献JP07-197388A相当不同。对于专利文献JP07-197388A而言，在钢绳中央留有填充橡胶的空间。对于本发明而言，在钢绳的中央的空间很小。将橡胶填充到钢绳中央不是本发明的主要目的。椭圆钢绳具有m+n结构，m为芯部钢丝的数量，而η为外层钢丝的数量。为了获得这种椭圆钢绳，芯部钢丝为椭圆钢丝，并且外层钢丝为圆形钢丝。另外，为了使得椭圆钢绳的副轴更短，在m为1时不扭绞芯部钢丝，或者在m为2至4时不扭绞钢丝，并且将它们平行布置，将外层钢丝围绕着芯部钢丝扭绞。芯部钢丝为椭圆钢丝。“椭圆”钢丝与“扁”钢丝不同。“椭圆”指的是具有平滑闭合曲线的椭圆形，并且它具有主轴和副轴，而且主轴长于副轴。“扁”指的是在边缘处的两根平行直线和两根弧形线。扁钢丝的横截面与椭圆形横截面完全不同。由于在扁钢丝的四个角部处的应力集中，钢丝的机械性能在从圆到扁的成型过程期间将降低很多。最终钢丝的抗疲劳强度较差将导致最终钢绳的缺点。但是椭圆钢丝不存在这种问题。由于从圆到椭圆的转变比从圆到扁的转变更平滑，所以椭圆钢丝的应力集中在制造期间比扁钢丝更小，因此最终椭圆钢丝其机械性能好于扁钢丝，即抗疲劳强度好。对于扁钢丝的情况对于具有矩形横截面的钢丝而言更是这样。该横截面具有两个平行长直线和两根平行短直线。在横截面的四个角部中的应力集中甚至比在扁钢丝中的应力集中更明显。对于芯部钢丝而言，它具有带有主轴和副轴的椭圆横截面，并且主轴和副轴的比值 Rax 满足1. 00 < Rax 彡 2. 50，优选 Rax 为 1. 05 至 1. 50。椭圆钢丝的主轴小于1mm。优选的是，椭圆钢丝的主轴为0. IOmm至0. 60mm。最优选的是，椭圆钢丝的主轴为0. 30mm至0. 45mm。外层钢丝为圆钢丝。“圆”指的是圆形曲线。为了加强橡胶制品，外层钢丝具有较小的直径。外层钢丝的直径小于1mm。优选的是，外层钢丝的直径为0. IOmm至0.60mm。最优选的是，外层钢丝的直径为0. 20至0. 40mm。为了获得稳定的结构，椭圆钢丝的数量m为1至4，优选m为1至2，并且最优选的是m为1。外层钢丝的数量η取决于芯部钢丝的数量、芯部钢丝的主轴和副轴、最终钢绳的椭圆结构和外层钢丝的直径。优选η为4至15。最优选的是，η为5至10。优选的是，钢绳的结构为1+6或2+8。在包括芯部钢丝和外层钢丝的钢绳中的钢丝可以为没有任何涂层的裸钢丝或者涂层钢丝。优选的是，为了改善椭圆钢绳与橡胶的粘合，钢丝为涂有黄铜即铜和锌或者涂有其它促进与橡胶粘合的金属合金涂层的涂层钢丝。这种耐腐蚀涂层可以为锌铝涂层，其铝含量为2wt. %至12wt. %。另外，包括芯部钢丝和外层钢丝在内的钢丝可以设有粘接促进剂以进一步改善与橡胶的粘结。为了让钢绳能够加强橡胶制品，钢绳必须牢固地嵌入在橡胶材料中。换句话说，必须改善钢绳的粘附强度。获得高粘接强度的一种方式在于在黄铜涂层上进行有机官能硅烷涂覆。有机官能硅烷具有下面的化学式Y- (CH2)b-SiX3其中Y 代表选自-NH2、CH2 = CH_、CH2 = C (CH3) C00_、2，2_ 环氧丙氧基、HS-和 Cl-中的有机功能团；X表示选自-OR、-OC ( = 0)R’、_C1的硅烷功能团，其中R和R’分别选自Cl至C4 烃基，优选为-CH3和-C2H5 ；并且b为0-10之间的整数，优选为0至3。钢绳可以用于加强橡胶制品例如输送带和橡胶轮胎。椭圆钢绳在不同方向上具有不同刚度。沿着钢绳主轴的刚度大于沿着副轴的刚度。在将这种钢绳嵌入在橡胶材料中作为橡胶轮胎的带束层时，它将赋予驾驶者良好的操控性、驾驶舒适性和驾驶稳定性。因此，该钢绳优选用于加强橡胶轮胎例如客车、公共汽车或卡车轮胎的带束层。由于椭圆钢丝作为钢绳的芯部，所以椭圆钢绳的副轴与具有包括圆钢丝的类似结构的正常钢绳相比更短。因此，嵌入有这种钢绳的橡胶帘布层将更薄。另一方面，生产具有相同功能的橡胶制品所消耗的橡胶将减少。
图1示出椭圆钢丝的剖视图。图2示出由作为芯部的椭圆钢丝和作为外层的圆钢丝构成的具有1+6结构的椭圆钢绳的剖视图。图3示出扁钢丝的剖视图。图4示出由圆钢丝构成的具有1+6结构的圆钢绳的剖视图。
具体实施例方式可以如下制造出圆钢丝。线材成分为0.60%的最低碳含量、大约为1. 10%的最大碳含量、0.40% -0. 70% 的镁含量、0. 15%至0. 30%的硅含量、0. 03%的最大硫含量、0. 30%的最大磷含量，所有百分比都为重量百分比。通常除了非常高的拉伸强度之外，只存在有微量的铜、镍、铝、钛和氮和/或铬。首先通过机械除锈和/或在H2S04或HCl溶液中进行化学酸洗来清洗线材，以便去除存在于表面上的氧化物。然后，将线材在水中漂洗并且干燥。然后对经干燥的线材进行第一组干拉拔操作以便将直径降低至第一中间直径。在例如大约为3. 0至3. 5mm的该第一中间直径处，对经干拉拔的钢丝进行第一中间热处理，被称为钢丝韧化处理。然后该钢丝准备进行进一步机械变形。之后在第二组减径步骤中将钢丝从第一中间直径进一步干拉拔至第二中间直径。 第二直径通常为1. Omm至2. 5mm。
在该第二中间直径处，对该钢丝进行第二钢丝韧化处理以便能够转变成珠光体。在该第二钢丝韧化处理之后，给钢丝涂覆黄铜涂层；将铜镀覆在钢丝上，并且将锌镀覆在铜上。进行热扩散处理以形成黄铜涂层。另外，钢丝可以在黄铜涂层上设置有机官能硅烷涂层。然后通过湿拉拔机对钢丝进行最后一组横截面减小步骤。最终产品为其碳含量高于0. 60wt. %的圆钢丝，其拉伸强度通常高于2000Mpa并且适用于加强橡胶制品。适用于加强轮胎的圆钢丝通常其最终直径为0. 10至0. 60mm，例如为0. 20至 0. 40mm。钢丝直径的示例为 0. 20mm、0. 22mm、0. 245mm、0. 28mm、0. 30mm、0. 32mm、0. 35mm、 0. 38mm>0. 40mmo然后，一根圆钢丝穿过一个或多个配合成型模具以获得椭圆钢丝。图1显示出椭圆钢丝26。它具有主轴X26和副轴Y26。X2f^PY26的比值Rax为1.33。图2显示出由作为芯部的椭圆钢丝26和作为外层的圆钢丝22所构成的椭圆钢绳 20的第一实施方案。椭圆钢丝26的主轴为0. 40mm,并且副轴为0. 30mm。钢丝22的直径为 0. 33mm。钢绳20的主轴为X2tl，并且副轴为Y2(1。X20和Y2tl的比值为1. 104。钢绳20的制造过程如下围绕着椭圆钢丝26扭绞六根圆钢丝22，让椭圆钢丝26 保持没有扭绞。该扭绞可以通过所谓的双扭绞机或搓捻机来完成。用于供应椭圆钢丝26的卷筒位于机器的两个飞轮外部。椭圆钢丝26没有扭绞，并且沿着第一飞轮行进，在那里它沿着第一方向(例如S方向)受到两次扭绞。六根圆钢丝的卷筒位于搓捻机的摇架内部。 将六根圆钢丝22从其卷筒中解绕并且围绕着椭圆钢丝26引导。然后，具有六根圆钢丝22 的椭圆钢丝26沿着第二飞轮行进，在那里它们都沿着与第一方向相反的第二方向(例如Z 方向)受到两次扭绞。由于S扭绞由Z扭绞补偿，结果我们获得具有作为芯部的未扭绞的椭圆钢丝26的钢绳。图3显示出具有扁平横截面的现有钢丝36。该扁钢丝36由与用来形成椭圆钢丝 26的相同钢丝的圆钢丝A压平。钢丝的主轴为X36，而副轴为Y36。X3f^PY36的比值为1.34。在椭圆钢丝26和扁钢丝36之间进行比较试验，并且下表1总结了试验结果。表 权利要求
1.一种用于加强橡胶制品的碳含量高于0.60%的钢绳，具有椭圆形横截面的所述钢绳具有m+n的结构，m为芯部钢丝(26)的数量并且在1至4之间，η为外层钢丝(22)的数量并且在4至15之间，其特征在于，在m为1时，所述芯部钢丝(26)是没有扭绞的，或者在m在2至4之间时，所述芯部钢丝(26)是没有扭绞的并且平行排列，所述外层钢丝(22)围绕着所述芯部钢丝(26)扭绞，并且所述芯部钢丝(26)具有椭圆形横截面，所述外层钢丝(22)具有圆形横截面，在所述钢绳中的钢丝的碳含量不小于0. 60%。
2.如权利要求1所述的钢绳，其特征在于，所述芯部钢丝(26)的所述椭圆形横截面具有主轴和副轴，并且所述主轴和所述副轴的比值Rax满足1. 00 < Rax < 2. 50。
3.如权利要求2所述的钢绳，其特征在于，所述Rax在1.05至1. 50之间。
4.如权利要求1至3中任一项所述的钢绳，其特征在于，椭圆形的所述芯部钢丝(26) 的所述主轴在0. IOmm至0. 60mm之间。
5.如权利要求4所述的钢绳，其特征在于，椭圆形的所述芯部钢丝(26)的所述主轴在 0. 30mm M 0. 45mm 之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的钢绳，其特征在于，所述外层钢丝(22)的直径在 0. IOmm M 0. 60mm 之间。
7.如权利要求6所述的钢绳，其特征在于，所述外层钢丝(22)的直径在0.20至0.40mm 之间。
8.如权利要求1至7中任一项所述的钢绳，其特征在于，所述芯部钢丝(26)和外层钢丝(22)为带有黄铜涂层的钢丝。
9.如权利要求8所述的钢绳，其特征在于，所述芯部钢丝(26)和外层钢丝(22)还具有在所述黄铜涂层上的粘附促进涂层。
10.如权利要求9所述的钢绳，其特征在于，所述粘附促进涂层包括有机官能硅烷。
11.如权利要求1至10中任一项所述的钢绳，其特征在于，m在1至2之间。
12.如权利要求11所述的钢绳，其特征在于，m为1。
13.如权利要求1至12中任一项所述的钢绳，其特征在于，η在5至10之间。
14.如权利要求1至13中任一项所述的钢绳的用途，其特征在于，所述钢绳用作橡胶轮胎的加强带束层。
全文摘要
一种用于加强橡胶制品的具有椭圆形横截面的钢绳具有m+n的结构，其中m为芯部钢丝(26)的数量，n为外层钢丝(22)的数量。在m为1时所述芯部钢丝(26)没有扭绞，或者在m为2至4时所述芯部钢丝(26)没有扭绞并且平行排列，并且将所述外层钢丝(22)围绕着所述芯部钢丝(26)扭绞。所述芯部钢丝(26)为椭圆钢丝，而所述外层钢丝(22)为圆钢丝。在所述钢绳中的钢丝(22，26)其碳含量不小于0.60％。
文档编号D07B1/06GK102482844SQ201080040079
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月10日 优先权日2009年9月11日
发明者周浩, 坎军华, 庞桓炯, 朱宏桢, 程志超 申请人:贝卡尔特公司