用于增强橡胶的钢丝帘线的制作方法

1.本发明涉及一种用于增强橡胶的钢丝帘线。本发明还涉及一种由钢丝帘线增强的橡胶制品。


背景技术：

2.钢丝帘线广泛应用于增强例如橡胶带，橡胶轮胎，橡胶软管等橡胶制品。
3.用于制造轮胎的一个组成部分是嵌有平行布置的钢丝帘线的橡胶层。将嵌有钢丝帘线的橡胶层进一步裁切为具有一定长度、宽度和厚度的小块。以与其纵向轴线成斜角的角度或垂直于其纵向轴线来切割嵌有钢丝帘线的橡胶层。其后，由机器将具有相同形状的嵌有钢丝帘线的橡胶层的小块拼接成一个轮胎需要的长度。
4.在切割之后，有时嵌有钢丝帘线的橡胶层的小块的四个角中的一个或几个角会上翘离开平面。如果角上翘至一定高度，例如10毫米或更高，那么就无法使用机器自动拼接，只能手动拼接，这会导致工作效率降低。这是所谓的“橡胶层翘角(rubber ply tip rise)”问题。橡胶层翘角问题的主要原因是钢丝帘线的平直度差。
5.众所周知，为了提高钢丝帘线的平直度，钢丝帘线在被卷起来之前要进行校直处理。
6.jp2009249799公开了一种平直度得以改进的钢丝帘线，其中平直度的改进是通过使用包括交错布置的辊子的校直机实现的。jp2009249799还公开了，jp2005169484教导的通过旋转钢丝以改进钢丝平直度的方法无法提高钢丝帘线的平直度，相反的，根据jp2009249799，用这种钢丝制造的钢丝帘线的平直度更差。
7.但是，在校直工艺中多次弯曲钢丝帘线会损伤钢丝帘线的钢丝，受损的钢丝具有钢丝在轮胎使用过程中断裂或断开的风险。随着钢丝帘线的钢丝的抗拉强度的提高，校直机对钢丝造成的损伤也会增加，钢丝在轮胎使用过程中断裂或断开的风险也会增加。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的是解决现有技术的问题。
9.本发明的第二个目的是提供一种钢丝断裂风险低的直的钢丝帘线。
10.本发明的第三个目的是提供一种由所述直的钢丝帘线增强的轮胎。
11.根据本发明的第一方面，提供了一种包括两根或更多根钢丝(或钢单丝，steel filament)的钢丝帘线，其中至少一根钢丝的捻距为6毫米至40毫米，在从钢丝帘线中解捻出来以后，对于200毫米的标距，每根钢丝的翘角量小于5毫米。这意味着，对于从钢丝帘线解捻出来的钢丝来说，对于200毫米的标距，经测量，每根钢丝的翘角量小于5毫米。钢丝翘角量的测量是在从钢丝帘线中解捻出来的钢丝上进行的。
12.本发明的钢丝帘线提高了平直度，降低了钢丝断裂的风险。本发明对包括抗拉强度高的钢丝的钢丝帘线尤其有利，降低了钢丝在轮胎使用中断裂的风险。
13.优选地，在从钢丝帘线中解捻出来后，对于200毫米的标距，每根钢丝的翘角量小
于4毫米。更优选地，在从钢丝帘线中解捻出来后，对于200毫米的标距，每根钢丝的翘角量小于3毫米。
14.优选地，钢丝帘线的钢丝的平均翘角量小于2.5毫米。结果，钢丝具有较均匀的平直度。这对钢丝帘线的平直度是有利的。更优选地，钢丝帘线的钢丝的平均翘角量小于2.0毫米。钢丝帘线的钢丝的平均翘角量大于0.02毫米。
15.优选地，在从钢丝帘线中解捻出来后，每根钢丝的抗拉强度大于4000-2000xd mpa，其中d是以毫米表示的钢丝的直径。更优选地，钢丝帘线的每根钢丝的抗拉强度大于4200-2000xd mpa。最优选地，钢丝帘线的每根钢丝的抗拉强度大于4300-2000xd mpa。钢丝的抗拉强度的测量是在从钢丝帘线中解捻出的钢丝上进行的。钢丝帘线是通过捻合几根钢丝制成的，而钢丝是从盘条拉制出来的。最后的拉制工艺是所谓的湿拉工艺，使得湿拉出来的钢丝可以被捻制成钢丝帘线。通常，当钢丝的抗拉强度大于4200-2000xd mpa时，湿拉出来的钢丝不是直的。捻制操作或校直操作是形成钢丝帘线的通常操作，在这些操作期间，这种抗拉强度较高的钢丝很少发生塑性变形，所以捻制操作或校直操作对钢丝平直度的改变或提高较少，因此钢丝平直度差的问题仍然存在，这会导致钢丝帘线不直。尤其是对于由抗拉强度大于4200-2000xd mpa的钢丝制成的钢丝帘线，本发明解决了上述问题。
16.优选地，每根钢丝的直径d的范围为0.17毫米至0.45毫米。钢丝帘线中的钢丝可以具有相同的直径或不同的直径。
17.优选地，钢丝帘线的每根钢丝的捻距为6毫米至40毫米。钢丝帘线的钢丝可以具有相同的捻距或不同的捻距。
18.作为优选的解决方案，钢丝帘线具有nx1的结构，其中钢丝帘线的帘线捻距为6毫米至40毫米，优选为10毫米至36毫米，即钢丝帘线的钢丝的捻距为6毫米至40毫米，优选为10毫米至36毫米。优选地，n为3至6。最优选地，n为4。作为另外一种选择，钢丝帘线可以具有任何一种现有的结构。
19.本发明的钢丝帘线用于增强橡胶。
20.根据本发明，钢丝帘线的弓高小于15毫米。这意味着本发明的钢丝帘线是非常平直的。
21.根据本发明的第二方面，提供了一种轮胎，所述轮胎包括：至少一个带束层，至少一个胎体层，至少一个胎面层和一对胎圈部分，其中带束层和/或胎体层包括至少一个钢丝帘线，钢丝帘线包括两根或更多根钢丝，其中的至少一根钢丝的捻距为6毫米至40毫米，在从钢丝帘线中解捻出来以后，对于200毫米的标距，每根钢丝的翘角量小于5毫米。
附图说明
22.图1a和图1b示出了本发明的钢丝帘线和从所述钢丝帘线中解捻出来的一根钢丝。
23.图2示出了钢丝的翘角(或翘头，tip rise)的测量。
具体实施方式
24.钢丝帘线的钢丝是由盘条制造的。
25.首先通过机械去锈和/或在h2so4或hcl溶液中化学酸洗来清洁盘条，以去除盘条表面上存在的氧化物。随后在水中冲洗盘条并使其干燥。对干燥后的盘条进行第一轮干拉(或
干法拉拔)操作，以将其直径减少至第一中间直径。
26.在该第一中间直径(例如约3.0至3.5毫米)，对干拉的钢丝进行称为铅淬火(或铅浴淬火，patenting)的第一中间热处理。铅淬火是指：首先在高达约1000℃的温度下奥氏体化，随后在约600℃至650℃的温度下从奥氏体转变为珠光体。之后，钢丝可以进行进一步的机械变形。
27.然后，通过第二轮直径减小步骤，将钢丝从第一中间直径进一步干拉制至第二中间直径。第二中间直径通常为1.0毫米至2.5毫米。
28.在该第二中间直径，对钢丝进行第二铅淬火处理，即再次在约1000℃的温度下奥氏体化，然后在600℃至650℃的温度下淬火，以转变为珠光体。
29.如果第一轮干拉操作和第二轮干拉操作的总缩减量不是太大，那么可以将盘条直接拉制到第二中间直径。
30.在第二铅淬火处理之后，通常为钢丝提供黄铜涂层：在钢丝上镀覆铜，在铜上镀覆锌。施加热扩散处理以形成黄铜涂层。作为另外一种选择，可以为钢丝提供三元合金涂层，其中三元合金包括铜、锌和第三种合金(钴，钛，镍，铁，或其他已知金属)。
31.然后，利用湿拉机对带有黄铜镀层或三元合金镀层的钢丝进行最后一轮横截面减小处理。将湿拉后的钢丝的圈径(cast)控制在250毫米以上。使用多维校直机(即两个，三个，或更多个校直机)调整湿拉后的钢丝的圈径。作为另外一种选择，可以通过调整最后一个拉丝模具(或拉拔模具，drawing die)的位置以实现更大的圈径。湿拉工艺包括由多种拉丝模具进行的一系列拉拔道次。拉丝模具被保持在拉丝模具架里以便更好地定位，即拉丝模具架用于固定拉丝模具。(用于最后拉拔道次的)最后一个拉丝模具的拉丝模具架的位置可以调整，其他拉丝模具的拉丝模具架的位置不可以调整。通常情况下，最后一个拉丝模具架的位置是根据操作员的经验进行人工调整的，但是，这种人工调整导致了最后一个拉丝模具架的位置不确定，相应地导致了最后一个拉丝模具的位置不确定，例如，最后一个拉丝模具的中心轴线与上一个拉丝模具的中心轴线基本上不在同一条直线上，这会使得经过最后拉拔道次的钢丝不是直的。通过利用激光线更加精确地调整最后一个拉丝模具和上一个拉丝模具之间的相对位置，本发明解决了这个问题。在最后一个拉丝模具的出口处设置激光发射器，在上一个拉丝模具的入口处设置激光接收器。激光线从激光发射器发出，穿过最后一个拉丝模具和上一个拉丝模具，最终到达激光接收器。这样，就能确保最后一个拉丝模具的中心轴线和上一个拉丝模具的中心轴线在同一条直线上。之后，可以获得非常平直的湿拉钢丝。通过使湿拉钢丝的圈径更大，就能使湿拉钢丝更平直，这样做的优点是从钢丝帘线中解捻出的钢丝的翘角量更低。
32.最终的钢丝是非常平直的钢丝，其碳含量按重量计高于百分之0.70，或者不低于百分之0.80，或者甚至高于百分之0.90，其抗拉强度(ts)优选大于4000-2000xd mpa，适用于增强橡胶产品。
33.通常来说，适用于增强轮胎的钢丝的最终直径d的范围为0.05毫米至0.60毫米，例如0.10毫米至0.40毫米。钢丝的直径可以是例如0.10毫米，0.12毫米，0.15毫米，0.175毫米，0.18毫米，0.20毫米，0.22毫米，0.245毫米，0.28毫米，0.30毫米，0.32毫米，0.35毫米，0.38毫米，0.40毫米，0.45毫米，0.50毫米。钢丝的直径d最好为0.17毫米至0.45毫米的范围。
34.通过已有的钢丝帘线生产工艺(即成缆工艺或成束工艺)将两根或更多根钢丝捻制成钢丝帘线。非常重要的是：控制每根钢丝从放线卷筒到成束点的长度，其中在成束点，钢丝聚集在一起并开始缠绕；并且确保钢丝之间的上述长度的差异小于100毫米。这样做的优点是：从钢丝帘线中解捻出的钢丝的翘角量更低。
35.如jp2009249799所述，在钢丝帘线被卷起来之前使用校直机能够提高钢丝帘线的平直度，本发明避免了在钢丝帘线被卷起来之前使用校直机，从而避免了校直操作对钢丝的损害，因而降低了钢丝在轮胎使用过程中断裂的风险。尤其是，抗拉强度较高的钢丝比抗拉强度较低的钢丝相对更容易受损。此外，如上所述，对于由抗拉强度较高(例如大于4200-2000xdmpa)的钢丝制成的钢丝帘线来说，校直操作不能带来理想的效果，即在校直操作后钢丝帘线仍然是不平直的。本发明对于由抗拉强度较高的钢丝制成的钢丝帘线是有益的。本发明避免了在成缆工艺或成束工艺之前使用jp2009249799中提到的轧制和旋转工艺，因此避免了对钢丝帘线的平直度的损害。
36.表1示出了根据本发明的钢丝帘线和参照钢丝帘线的对比。
37.表1
[0038][0039][0040]
上述表格表明，通过减小单个钢丝的翘角量，本发明的钢丝帘线非常平直。参照2的钢丝帘线是平直的，但是，钢丝帘线的平直是通过使用校直机实现的，这种校直操作会损伤钢丝，这种损伤带来了钢丝在轮胎使用中断裂或断开的风险，此外，单个钢丝的翘角量和钢丝的平均翘角量都比较高。
[0041]
图1a示出了根据本发明的钢丝帘线100，其具有4x1的结构，包括四根钢丝105，图1b示出了从钢丝帘线100中解捻出的钢丝105。
[0042]
本发明还提供了从钢丝帘线中解捻出的钢丝的翘角量的测量方法，图2示出了该测量方法，
[0043]
a)从钢丝帘线中解捻出所有钢丝，
[0044]
b)连续切割一根解捻出来的钢丝，得到6个样品205，每个样品205的长度为200毫米+/-5毫米，这个长度是所谓的“200毫米的标距(gauge length)”；将一个样品205放置到工作台215的水平台面上，用尺子分别测量样品205的两端中的每端与水平台面的距离，并将这两个距离值记录为t1和t2，上述距离是从样品205两端的最高点进行测量的，因此上述距离包括了钢丝的直径，取t1和t2中的较大值作为样品205的翘角量；然后，测量剩下的五个样品，取6个样品的翘角量的最大值作为解捻出来的钢丝的翘角量。
[0045]
c)使用同样的方法测量其他解捻出来的钢丝并得到它们的翘角量，计算所有解捻出来的钢丝的翘角量的平均值作为钢丝的平均翘角量。
[0046]
测试和计算每根钢丝的抗拉强度的方法包括：
[0047]-从钢丝帘线中解捻钢丝，
[0048]-按照在标准iso6892-1:2019中提到的原理，在一些特定的设置下，如夹持长度为250毫米，试验速率为100毫米/分钟，测量钢丝的断裂载荷，每根钢丝测试五次，计算平均值作为单个钢丝的断裂载荷，
[0049]-用钢丝的断裂载荷除以钢丝的横截面积，计算出单个钢丝的抗拉强度。
[0050]
钢丝帘线的平直度和弓高(arc height)是按照在中国标准gb/t33159-2016中提到的方法进行测量的。