用于加强橡胶制品的M+N钢帘线的制作方法

本发明涉及一种用于加强橡胶制品的钢帘线。本发明还涉及一种生产钢帘线的方法和由该钢帘线加强的轮胎。

背景技术：

为了减少对环境的污染，现在需要环保轮胎。一个方向是开发更轻重量的轮胎。解决方案之一是减少轮胎的带束层的橡胶量：减小带束层的厚度并且减小轮胎的重量。然而，这将使得相邻的带束层容易分离，并且将导致轮胎的故障。另一种解决方案是减小轮胎中的钢帘线的重量：由较轻的钢帘线加强的轮胎变得更轻。

用于加强橡胶制品(例如轮胎)的钢帘线总是需要具有良好甚至充分的橡胶渗透性。

为了实现上述要求，已经开发了m+n扁平帘线。

ep2689939公开了一种具有2+n结构的钢帘线，其中两根芯单丝彼此接触，并且n根鞘单丝与两根芯单丝绞捻，且芯单丝的直径大于鞘单丝的直径。

jp2007063706公开了一种具有2+n结构、n为1至3的钢帘线，其中两个芯单丝彼此接触，并且n个鞘单丝与两个芯单丝绞捻。

us6748731公开了一种具有m+n结构的钢帘线，其中芯单丝以并列构造布置，并且在芯单丝之间没有形成空隙。

上述现有技术的钢帘线可以有助于减小轮胎的重量并改善橡胶的渗透特性。然而，仍然需要用于减小轮胎重量的钢帘线的新解决方案。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种用于减小橡胶制品重量的钢帘线。

本发明的第二个目的是提供一种制造用于加强橡胶制品的钢帘线的方法。

本发明的另一个目的是提供一种重量轻的轮胎。

本发明的另一个目的是提供一种具有扁平横截面的钢帘线。

根据本发明的第一方面，提供一种钢帘线，该钢帘线包括具有数目为m的第一组芯单丝和具有数目为n的第二组鞘单丝，m是3或4。芯单丝形成螺旋，而芯单丝彼此不绞捻并且基本上相对于彼此平行，或者芯单丝具有大于300mm的绞捻节距。第二组和第一组彼此绞捻，并且鞘单丝在由芯单丝形成的螺旋的相同方向上形成扁平螺旋。鞘单丝具有帘线绞捻节距。在钢帘线的任何横截面处，存在两个相邻芯单丝之间的至少一个空隙。

通过在两个相邻芯单丝之间形成空隙，两个相邻芯单丝并不总是彼此接触，因此避免了由两个相邻芯单丝的接触所引起的磨损。因此，提高了钢帘线的寿命。

根据本发明，芯单丝是螺旋构造，而芯单丝不彼此绞捻并且以基本平行的关系布置，或者芯单丝具有大于300mm的绞捻节距。“基本上平行的关系”是指芯单丝一个接一个地布置，由此芯单丝之一位于左侧，芯单丝之一位于右侧，其余的一个或两个芯单丝位于中间，并且“基本平行关系”是螺旋形的基本平行关系，但不是平面关系。

可能地，该空隙一方面存在于左和/或右芯单丝之间，另一方面存在于中间的相邻芯单丝之间，或者当芯单丝的数目是4时，存在于中间的相邻的两个芯单丝之间。

根据本发明，芯单丝基本上平行布置。这意味着在钢帘线的任何横截面处，当在左芯单丝的中心点与右芯单丝的中心点之间画直线时，每个其余的芯单丝的中心点与直线之间的最短距离为小于芯单丝直径的0.5倍，从而良好地形成和维持钢帘线的细长扁平构形。

优选地，在任何横截面处，任何两个相邻的芯单丝彼此不接触，换言之，在任何两个相邻的芯单丝之间存在空隙，并且空隙的数目为m-1。由此，芯单丝的磨损减少，钢帘线的橡胶渗透性提高，并且钢帘线的寿命提高。

优选地，通过在钢帘线的任何一个横截面处相邻的两个芯单丝之间的最短距离l来测量空隙。l大于0mm且小于或等于0.1mm。l不能太大，否则，芯单丝难以保持平行。更优选地，l满足以下公式：0.005mm<l≤0.08mm。

为了保持芯单丝的构形并获得高的橡胶渗透性，鞘单丝的数目n不应该太大或太小。为了使钢帘线具有充分的橡胶渗透性，n小于可以完全包围芯单丝的数目。优选地，当m为3时，n在从2至7的范围内，或当m为4时，n在从2至8的范围内。因此，钢帘线的优选结构为3+2、3+3、3+4、3+5、3+6、3+7、4+2、4+3、4+4、4+5、4+6、4+7、4+8。

芯单丝和鞘单丝具有相同的直径，可替代地，芯单丝的直径大于鞘单丝的直径，或者芯单丝的直径小于鞘单丝的直径。

根据本发明，芯单丝形成螺旋，第二组和第一组彼此绞捻，并且鞘单丝在与由芯单丝形成的螺旋的相同方向上形成扁平螺旋，结果，钢帘线的横截面大多看起来像扁平或椭圆形。当应用钢帘线用于加强橡胶制品时，可以减小橡胶制品的厚度，同时可以获得相同或相似的强度。特别是当轮胎由根据本发明的钢帘线加强时，由于橡胶制品的厚度减小，橡胶材料的用量和重量减少，钢和橡胶的重量比提高，轮胎的操纵稳定性提高，并且轮胎的重量减小，并且随着钢帘线的耐磨性降低，轮胎的寿命也提高。

由芯单丝形成的螺旋并不意味着芯单丝彼此绞捻，相反，芯单丝基本上平行地布置，这意味着在钢帘线的任何两个横截面处，芯单丝基本上彼此平行。

jp2001011782公开了一种由两根芯单丝和4-7根鞘单丝组成的钢帘线，两根芯单丝彼此绞捻，然后芯单丝可以对齐为平行于钢帘线的长轴或者钢丝绳的短轴。只有当芯单丝对齐为与钢帘线的长轴平行时，在两个芯单丝之间存在空隙，空隙不总是存在于两个芯单丝之间。这些与本发明不同。

芯单丝具有大于300mm的绞捻节距，但是芯单丝具有螺旋构造。鞘单丝的帘线绞捻节距的范围优选为8至20mm，使得鞘单丝与芯单丝绞捻。

优选地，芯单丝在与鞘单丝绞捻之前预成型，从而更容易获得空隙。该预成型可以是本领域已知的任何类型的现有预成型操作。

在制造m+n帘线的现有技术中，存在所谓的“交叉”现象的太频繁的误差：芯单丝之一与其余的芯单丝交叉。结果，芯单丝的排列顺序改变。当将钢帘线嵌入橡胶中以形成橡胶层时，“交叉”现象将导致橡胶层的厚度缺乏均匀性。本发明解决了这个问题，因为它降低了交叉的频率。根据本发明，交叉现象被良好地控制，并且在100个帘线绞捻节距内这种交叉的数目小于20。优选地，在100个钢丝绞捻节距内，交叉的数目小于10个或甚至小于5个。结果，由本发明的钢帘线加强的橡胶层具有改善的均匀厚度。

根据本发明的第二个目的，提供了一种方法。该方法包括以下步骤：

i)提供第一组芯单丝和第二组鞘单丝；

ii)使第一组产生绞捻；

iii)在与第一组的绞捻相反的绞捻方向上将第二组与第一组绞捻，从而形成具有基本上圆形横截面的m+n钢丝股，其中芯单丝彼此不绞捻，或具有大于300mm的绞捻节距，并且鞘单丝具有帘线绞捻节距；

iii)通过辊使钢丝股扁平化以形成钢帘线。

辊的扁平化力被良好地控制，结果，钢帘线的芯单丝基本上以平行关系布置，并且两个相邻芯单丝之间的空隙存在于钢帘线的任何横截面处。辊可以是多于一组的辊，甚至是几组或多组辊。

优选地，该方法包括在步骤i)之前为芯单丝提供预成型操作的步骤。该预成型可以包括使芯单丝产生单个卷曲、双卷曲或多边形预成型。结果，两个相邻芯单丝之间的空隙变得越来越明显。

优选地，在步骤i)之前，该方法包括将芯单丝，例如在分配盘中，并且例如在压缩模具中将芯单丝模制成稳定且均匀的分配状态，例如基本上规则的三角形或正方形形状。结果是，最终钢帘线的交叉问题大大减少。

本发明的钢帘线可用于加强橡胶制品，如轮胎。

根据本发明的第三个目的，提供了一种重量轻的轮胎，其中轮胎的带束层由根据本发明的第一个目的的钢帘线加强。轮胎可以是任何具有现有类型的轮胎，例如客车轮胎和卡车轮胎。该轮胎具有改善的耐磨性和更长的使用寿命。此外，由于应用根据本发明的钢帘线，橡胶材料的用量可以减少，因此轮胎具有减小的重量。另外，轮胎具有改进的操纵稳定性和良好的橡胶渗透性。

附图说明

图1描述了根据本发明的钢帘线。

图2描述了根据本发明的钢帘线。

图3描述了用于制造根据本发明的钢帘线的装置。

图4描述了根据本发明的钢帘线的“交叉”现象。

图5描述了根据本发明的在一个绞捻的轴向长度内的一些横截面处的芯单丝的排列。

具体实施方式

用于钢帘线的钢单丝由盘条(wirerod)制成。

首先通过机械除垢和/或通过在h2so4或hcl溶液中的化学酸洗来清洁盘条，以便去除表面上存在的氧化物。然后将盘条在水中漂洗并干燥。然后对干燥的盘条进行第一系列干拉拔操作，以便将直径减小到第一中间直径。

在该第一中间直径d1，例如在约3.0至3.5mm，干拉的钢丝经受第一中间热处理，称为退火。退火意味着首先奥氏体化直到约1000℃的温度，随后在约600-650℃的温度下从奥氏体到珠光体的相变阶段。然后钢丝准备好进一步的机械变形。

此后，在第二数目的直径减小步骤中，将钢丝从第一中间直径d1进一步干拉拔直到第二中间直径d2。第二直径d2的范围通常从1.0mm至2.5mm。

在该第二中间直径d2处，钢丝经受第二退火处理，即在约1000℃的温度下再次奥氏体化，然后在600至650℃的温度下淬火以允许转变为珠光体。

如果第一和第二干拉拔步骤的总减小不是太大，则可以从盘条进行直接拉拔操作，直到直径d2。

在第二次退火处理之后，钢丝通常会设置有黄铜涂层：将铜镀在钢丝上并将锌镀在铜上。应用热扩散处理以形成黄铜涂层。

然后通过湿拉拔机器对涂有黄铜的钢丝进行最后一系列的横截面减小。最终制品是碳含量高于0.60重量％的钢单丝，例如，高于0.70重量％、或高于0.80重量％、或甚至高于0.90重量％，抗拉强度通常高于2000mpa，例如高于4080-2000dmpa或高于4400-2000dmpa(d是钢单丝的直径)并且适于弹性体制品的加强。

适于加强轮胎的钢单丝通常具有最终直径范围为0.05mm至0.60mm的单丝，例如，从0.10mm至0.40mm。单丝直径的示例为0.10mm、0.12mm、0.15mm、0.175mm、0.18mm、0.20mm、0.22mm、0.245mm、0.28mm、0.30mm、0.32mm、0.35mm、0.38mm、0.40mm。

然后对钢单丝进行处理以形成钢帘线。

图3示出了由钢单丝制造钢帘线的装置。该装置包括旋转部分和固定部分。旋转部件围绕轴线a-a'以相同的方向并且以相同的角速度旋转。旋转部分位于图3中未示出但在本领域中公知的支架中。固定部分是除了旋转部分之外的其他部分。旋转部分包括引导轮335、340、345、350，旋转丝股引导件355、360和捆扎模具365。在旋转部分内部，提供了具有各个线轴320的多个线轴架(未示出)，在旋转部分内部的线轴320的数目与鞘单丝的数目相同。在旋转部分的外部，该装置包括多个具有各自的线轴305(线轴305的数目与芯单丝的数目相同)的线轴架(未示出)、一系列辊325和收线盘330。优选地，该装置还包括多个预成形设备310，单丝分配盘315和压缩模具370。

从线轴305放出的芯单丝(作为示例的三芯单丝)被引导到旋转部分中。优选地，在进入旋转部分之前，芯单丝被引导通过预成型设备310以获得预成型操作，和/或然后通过分配盘315和压缩模具370均匀地分配并且以稳定的分配形式(例如基本上规则的三角形形式)模制。然后，芯单丝被引导通过引导轮335，并且进一步越过旋转的丝股引导件355朝向引导轮345，其后芯单丝沿s方向并且以两倍的帘线绞捻节距绞捻在一起。越过引导轮345，芯单丝的前进方向倒转，以朝向引导轮340。芯单丝然后被引导通过捆扎模具365，在捆扎模具365中，芯单丝接纳鞘单丝(作为示例，四个鞘单丝)，这些鞘单丝从线轴320放出，从而形成具有基本上圆形横截面的丝股。包括芯单丝和鞘单丝的丝股被引导越过引导轮340并且倒转其行进方向。离开引导轮340的芯单丝仍然具有s方向的绞捻和相同的两倍帘线绞捻节距，例如16mm。鞘单丝具有z方向的绞捻和两倍的帘线绞捻节距。离开引导轮340的丝股包括在s方向上绞捻的芯单丝和在z方向上绞捻的鞘单丝，并且其进一步被引导越过旋转的丝股引导件360和引导轮350朝向一系列辊325，此后，芯单丝未绞捻并且基本上平行或者芯单丝的绞捻节距大于300mm，鞘单丝在z方向上以帘线绞捻节距(例如8mm)绞捻。离开引导轮350的丝股被一系列辊325扁平化，此后，丝股的横截面不再基本上圆形，而是大多看起来像扁平的或椭圆形，此后，本发明的钢帘线形成。最后，将钢帘线缠绕在收线盘330上。

图1示出了根据本发明的钢帘线，包括正视图和横截面视图。钢帘线100包括三个芯单丝105和四个鞘单丝110。通过检测沿着钢帘线100的长度的不同位置的横截面，清楚的是，相邻的两个芯单丝105之间具有空隙，并且芯单丝105基本上平行并且基本上是直线。图2示出了测量相邻的两根芯单丝105之间的最短距离l的方法：最短距离l为两根相邻芯单丝105的表面之间的最短距离，为0.04mm；和测量芯单丝105是否基本上平行并且基本上为直线的方法：在位于钢帘线的一个横截面处的两侧的两个芯单丝105的中心点之间画直线b-b'，当芯单丝105的直径为0.23mm时，其余的芯单丝105的中心点与直线b-b'之间的最短距离h为0.08mm。

图4示出了“交叉”现象。沿着钢帘线400的长度，一个芯单丝415改变其位置并越过其余的芯单丝405、410。结果，芯单丝405、410、415的排列顺序从芯单丝的横截面的上下方向415-405-410改变为405-410-415。

本发明的另一个实施例是4+3。钢帘线的钢单丝具有0.35mm的直径。芯单丝之间的空隙小于0.08mm。钢帘线的橡胶渗透率为100％(通过空气降落试验)。

本发明的第三实施例是4+5。钢帘线的钢单丝具有0.35mm的直径。芯单丝之间的空隙小于0.07mm。钢帘线的橡胶渗透率为100％。

本发明的第四实施例是3+2。钢帘线的芯单丝具有0.18mm的直径，钢帘线的鞘单丝具有0.30mm的直径。芯单丝之间的空隙为0.05mm。钢帘线的橡胶渗透率为100％。

一些其他实施例是3+2钢帘线，其中芯单丝和鞘单丝的直径为0.23mm、0.28mm或0.30mm；或3+5钢帘线，其中芯单丝和鞘单丝的直径为0.32mm；或3+5钢帘线，其中芯单丝的直径为0.35mm，而鞘单丝的直径为0.32mm。上述所有钢帘线具有在两个相邻芯单丝之间存在的至少一个空隙，并且具有100％的橡胶渗透性。

图5示出了在一个绞捻的轴向长度内的一些横截面处的芯单丝的排列。清楚的是，芯单丝105在所有横截面处的排列基本上彼此平行，并且芯单丝105不会彼此绞捻。芯单丝105形成螺旋，并且鞘单丝110与芯单丝105绞捻，从而在芯单丝105的螺旋的相同方向上形成扁平螺旋。