用於加強橡膠製品的M+N鋼簾線的製作方法

2023-04-26 09:18:26

本發明涉及一種用於加強橡膠製品的鋼簾線。本發明還涉及一種生產鋼簾線的方法和由該鋼簾線加強的輪胎。

背景技術：

為了減少對環境的汙染，現在需要環保輪胎。一個方向是開發更輕重量的輪胎。解決方案之一是減少輪胎的帶束層的橡膠量：減小帶束層的厚度並且減小輪胎的重量。然而，這將使得相鄰的帶束層容易分離，並且將導致輪胎的故障。另一種解決方案是減小輪胎中的鋼簾線的重量：由較輕的鋼簾線加強的輪胎變得更輕。

用於加強橡膠製品(例如輪胎)的鋼簾線總是需要具有良好甚至充分的橡膠滲透性。

為了實現上述要求，已經開發了m+n扁平簾線。

ep2689939公開了一種具有2+n結構的鋼簾線，其中兩根芯單絲彼此接觸，並且n根鞘單絲與兩根芯單絲絞捻，且芯單絲的直徑大於鞘單絲的直徑。

jp2007063706公開了一種具有2+n結構、n為1至3的鋼簾線，其中兩個芯單絲彼此接觸，並且n個鞘單絲與兩個芯單絲絞捻。

us6748731公開了一種具有m+n結構的鋼簾線，其中芯單絲以並列構造布置，並且在芯單絲之間沒有形成空隙。

上述現有技術的鋼簾線可以有助於減小輪胎的重量並改善橡膠的滲透特性。然而，仍然需要用於減小輪胎重量的鋼簾線的新解決方案。

技術實現要素：

本發明的主要目的是提供一種用於減小橡膠製品重量的鋼簾線。

本發明的第二個目的是提供一種製造用於加強橡膠製品的鋼簾線的方法。

本發明的另一個目的是提供一種重量輕的輪胎。

本發明的另一個目的是提供一種具有扁平橫截面的鋼簾線。

根據本發明的第一方面，提供一種鋼簾線，該鋼簾線包括具有數目為m的第一組芯單絲和具有數目為n的第二組鞘單絲，m是3或4。芯單絲形成螺旋，而芯單絲彼此不絞捻並且基本上相對於彼此平行，或者芯單絲具有大於300mm的絞捻節距。第二組和第一組彼此絞捻，並且鞘單絲在由芯單絲形成的螺旋的相同方向上形成扁平螺旋。鞘單絲具有簾線絞捻節距。在鋼簾線的任何橫截面處，存在兩個相鄰芯單絲之間的至少一個空隙。

通過在兩個相鄰芯單絲之間形成空隙，兩個相鄰芯單絲並不總是彼此接觸，因此避免了由兩個相鄰芯單絲的接觸所引起的磨損。因此，提高了鋼簾線的壽命。

根據本發明，芯單絲是螺旋構造，而芯單絲不彼此絞捻並且以基本平行的關係布置，或者芯單絲具有大於300mm的絞捻節距。「基本上平行的關係」是指芯單絲一個接一個地布置，由此芯單絲之一位於左側，芯單絲之一位於右側，其餘的一個或兩個芯單絲位於中間，並且「基本平行關係」是螺旋形的基本平行關係，但不是平面關係。

可能地，該空隙一方面存在於左和/或右芯單絲之間，另一方面存在於中間的相鄰芯單絲之間，或者當芯單絲的數目是4時，存在於中間的相鄰的兩個芯單絲之間。

根據本發明，芯單絲基本上平行布置。這意味著在鋼簾線的任何橫截面處，當在左芯單絲的中心點與右芯單絲的中心點之間畫直線時，每個其餘的芯單絲的中心點與直線之間的最短距離為小於芯單絲直徑的0.5倍，從而良好地形成和維持鋼簾線的細長扁平構形。

優選地，在任何橫截面處，任何兩個相鄰的芯單絲彼此不接觸，換言之，在任何兩個相鄰的芯單絲之間存在空隙，並且空隙的數目為m-1。由此，芯單絲的磨損減少，鋼簾線的橡膠滲透性提高，並且鋼簾線的壽命提高。

優選地，通過在鋼簾線的任何一個橫截面處相鄰的兩個芯單絲之間的最短距離l來測量空隙。l大於0mm且小於或等於0.1mm。l不能太大，否則，芯單絲難以保持平行。更優選地，l滿足以下公式：0.005mm<l≤0.08mm。

為了保持芯單絲的構形並獲得高的橡膠滲透性，鞘單絲的數目n不應該太大或太小。為了使鋼簾線具有充分的橡膠滲透性，n小於可以完全包圍芯單絲的數目。優選地，當m為3時，n在從2至7的範圍內，或當m為4時，n在從2至8的範圍內。因此，鋼簾線的優選結構為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。

芯單絲和鞘單絲具有相同的直徑，可替代地，芯單絲的直徑大於鞘單絲的直徑，或者芯單絲的直徑小於鞘單絲的直徑。

根據本發明，芯單絲形成螺旋，第二組和第一組彼此絞捻，並且鞘單絲在與由芯單絲形成的螺旋的相同方向上形成扁平螺旋，結果，鋼簾線的橫截面大多看起來像扁平或橢圓形。當應用鋼簾線用於加強橡膠製品時，可以減小橡膠製品的厚度，同時可以獲得相同或相似的強度。特別是當輪胎由根據本發明的鋼簾線加強時，由於橡膠製品的厚度減小，橡膠材料的用量和重量減少，鋼和橡膠的重量比提高，輪胎的操縱穩定性提高，並且輪胎的重量減小，並且隨著鋼簾線的耐磨性降低，輪胎的壽命也提高。

由芯單絲形成的螺旋並不意味著芯單絲彼此絞捻，相反，芯單絲基本上平行地布置，這意味著在鋼簾線的任何兩個橫截面處，芯單絲基本上彼此平行。

jp2001011782公開了一種由兩根芯單絲和4-7根鞘單絲組成的鋼簾線，兩根芯單絲彼此絞捻，然後芯單絲可以對齊為平行於鋼簾線的長軸或者鋼絲繩的短軸。只有當芯單絲對齊為與鋼簾線的長軸平行時，在兩個芯單絲之間存在空隙，空隙不總是存在於兩個芯單絲之間。這些與本發明不同。

芯單絲具有大於300mm的絞捻節距，但是芯單絲具有螺旋構造。鞘單絲的簾線絞捻節距的範圍優選為8至20mm，使得鞘單絲與芯單絲絞捻。

優選地，芯單絲在與鞘單絲絞捻之前預成型，從而更容易獲得空隙。該預成型可以是本領域已知的任何類型的現有預成型操作。

在製造m+n簾線的現有技術中，存在所謂的「交叉」現象的太頻繁的誤差：芯單絲之一與其餘的芯單絲交叉。結果，芯單絲的排列順序改變。當將鋼簾線嵌入橡膠中以形成橡膠層時，「交叉」現象將導致橡膠層的厚度缺乏均勻性。本發明解決了這個問題，因為它降低了交叉的頻率。根據本發明，交叉現象被良好地控制，並且在100個簾線絞捻節距內這種交叉的數目小於20。優選地，在100個鋼絲絞捻節距內，交叉的數目小於10個或甚至小於5個。結果，由本發明的鋼簾線加強的橡膠層具有改善的均勻厚度。

根據本發明的第二個目的，提供了一種方法。該方法包括以下步驟：

i)提供第一組芯單絲和第二組鞘單絲；

ii)使第一組產生絞捻；

iii)在與第一組的絞捻相反的絞捻方向上將第二組與第一組絞捻，從而形成具有基本上圓形橫截面的m+n鋼絲股，其中芯單絲彼此不絞捻，或具有大於300mm的絞捻節距，並且鞘單絲具有簾線絞捻節距；

iii)通過輥使鋼絲股扁平化以形成鋼簾線。

輥的扁平化力被良好地控制，結果，鋼簾線的芯單絲基本上以平行關係布置，並且兩個相鄰芯單絲之間的空隙存在於鋼簾線的任何橫截面處。輥可以是多於一組的輥，甚至是幾組或多組輥。

優選地，該方法包括在步驟i)之前為芯單絲提供預成型操作的步驟。該預成型可以包括使芯單絲產生單個捲曲、雙捲曲或多邊形預成型。結果，兩個相鄰芯單絲之間的空隙變得越來越明顯。

優選地，在步驟i)之前，該方法包括將芯單絲，例如在分配盤中，並且例如在壓縮模具中將芯單絲模製成穩定且均勻的分配狀態，例如基本上規則的三角形或正方形形狀。結果是，最終鋼簾線的交叉問題大大減少。

本發明的鋼簾線可用於加強橡膠製品，如輪胎。

根據本發明的第三個目的，提供了一種重量輕的輪胎，其中輪胎的帶束層由根據本發明的第一個目的的鋼簾線加強。輪胎可以是任何具有現有類型的輪胎，例如客車輪胎和卡車輪胎。該輪胎具有改善的耐磨性和更長的使用壽命。此外，由於應用根據本發明的鋼簾線，橡膠材料的用量可以減少，因此輪胎具有減小的重量。另外，輪胎具有改進的操縱穩定性和良好的橡膠滲透性。

附圖說明

圖1描述了根據本發明的鋼簾線。

圖2描述了根據本發明的鋼簾線。

圖3描述了用於製造根據本發明的鋼簾線的裝置。

圖4描述了根據本發明的鋼簾線的「交叉」現象。

圖5描述了根據本發明的在一個絞捻的軸向長度內的一些橫截面處的芯單絲的排列。

具體實施方式

用於鋼簾線的鋼單絲由盤條(wirerod)製成。

首先通過機械除垢和/或通過在h2so4或hcl溶液中的化學酸洗來清潔盤條，以便去除表面上存在的氧化物。然後將盤條在水中漂洗並乾燥。然後對乾燥的盤條進行第一系列幹拉拔操作，以便將直徑減小到第一中間直徑。

在該第一中間直徑d1，例如在約3.0至3.5mm，幹拉的鋼絲經受第一中間熱處理，稱為退火。退火意味著首先奧氏體化直到約1000℃的溫度，隨後在約600-650℃的溫度下從奧氏體到珠光體的相變階段。然後鋼絲準備好進一步的機械變形。

此後，在第二數目的直徑減小步驟中，將鋼絲從第一中間直徑d1進一步幹拉拔直到第二中間直徑d2。第二直徑d2的範圍通常從1.0mm至2.5mm。

在該第二中間直徑d2處，鋼絲經受第二退火處理，即在約1000℃的溫度下再次奧氏體化，然後在600至650℃的溫度下淬火以允許轉變為珠光體。

如果第一和第二幹拉拔步驟的總減小不是太大，則可以從盤條進行直接拉拔操作，直到直徑d2。

在第二次退火處理之後，鋼絲通常會設置有黃銅塗層：將銅鍍在鋼絲上並將鋅鍍在銅上。應用熱擴散處理以形成黃銅塗層。

然後通過溼拉拔機器對塗有黃銅的鋼絲進行最後一系列的橫截面減小。最終製品是碳含量高於0.60重量％的鋼單絲，例如，高於0.70重量％、或高於0.80重量％、或甚至高於0.90重量％，抗拉強度通常高於2000mpa，例如高於4080-2000dmpa或高於4400-2000dmpa(d是鋼單絲的直徑)並且適於彈性體製品的加強。

適於加強輪胎的鋼單絲通常具有最終直徑範圍為0.05mm至0.60mm的單絲，例如，從0.10mm至0.40mm。單絲直徑的示例為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。

然後對鋼單絲進行處理以形成鋼簾線。

圖3示出了由鋼單絲製造鋼簾線的裝置。該裝置包括旋轉部分和固定部分。旋轉部件圍繞軸線a-a'以相同的方向並且以相同的角速度旋轉。旋轉部分位於圖3中未示出但在本領域中公知的支架中。固定部分是除了旋轉部分之外的其他部分。旋轉部分包括引導輪335、340、345、350，旋轉絲股引導件355、360和綑紮模具365。在旋轉部分內部，提供了具有各個線軸320的多個線軸架(未示出)，在旋轉部分內部的線軸320的數目與鞘單絲的數目相同。在旋轉部分的外部，該裝置包括多個具有各自的線軸305(線軸305的數目與芯單絲的數目相同)的線軸架(未示出)、一系列輥325和收線盤330。優選地，該裝置還包括多個預成形設備310，單絲分配盤315和壓縮模具370。

從線軸305放出的芯單絲(作為示例的三芯單絲)被引導到旋轉部分中。優選地，在進入旋轉部分之前，芯單絲被引導通過預成型設備310以獲得預成型操作，和/或然後通過分配盤315和壓縮模具370均勻地分配並且以穩定的分配形式(例如基本上規則的三角形形式)模製。然後，芯單絲被引導通過引導輪335，並且進一步越過旋轉的絲股引導件355朝向引導輪345，其後芯單絲沿s方向並且以兩倍的簾線絞捻節距絞捻在一起。越過引導輪345，芯單絲的前進方向倒轉，以朝向引導輪340。芯單絲然後被引導通過綑紮模具365，在綑紮模具365中，芯單絲接納鞘單絲(作為示例，四個鞘單絲)，這些鞘單絲從線軸320放出，從而形成具有基本上圓形橫截面的絲股。包括芯單絲和鞘單絲的絲股被引導越過引導輪340並且倒轉其行進方向。離開引導輪340的芯單絲仍然具有s方向的絞捻和相同的兩倍簾線絞捻節距，例如16mm。鞘單絲具有z方向的絞捻和兩倍的簾線絞捻節距。離開引導輪340的絲股包括在s方向上絞捻的芯單絲和在z方向上絞捻的鞘單絲，並且其進一步被引導越過旋轉的絲股引導件360和引導輪350朝向一系列輥325，此後，芯單絲未絞捻並且基本上平行或者芯單絲的絞捻節距大於300mm，鞘單絲在z方向上以簾線絞捻節距(例如8mm)絞捻。離開引導輪350的絲股被一系列輥325扁平化，此後，絲股的橫截面不再基本上圓形，而是大多看起來像扁平的或橢圓形，此後，本發明的鋼簾線形成。最後，將鋼簾線纏繞在收線盤330上。

圖1示出了根據本發明的鋼簾線，包括正視圖和橫截面視圖。鋼簾線100包括三個芯單絲105和四個鞘單絲110。通過檢測沿著鋼簾線100的長度的不同位置的橫截面，清楚的是，相鄰的兩個芯單絲105之間具有空隙，並且芯單絲105基本上平行並且基本上是直線。圖2示出了測量相鄰的兩根芯單絲105之間的最短距離l的方法：最短距離l為兩根相鄰芯單絲105的表面之間的最短距離，為0.04mm；和測量芯單絲105是否基本上平行並且基本上為直線的方法：在位於鋼簾線的一個橫截面處的兩側的兩個芯單絲105的中心點之間畫直線b-b'，當芯單絲105的直徑為0.23mm時，其餘的芯單絲105的中心點與直線b-b'之間的最短距離h為0.08mm。

圖4示出了「交叉」現象。沿著鋼簾線400的長度，一個芯單絲415改變其位置並越過其餘的芯單絲405、410。結果，芯單絲405、410、415的排列順序從芯單絲的橫截面的上下方向415-405-410改變為405-410-415。

本發明的另一個實施例是4+3。鋼簾線的鋼單絲具有0.35mm的直徑。芯單絲之間的空隙小於0.08mm。鋼簾線的橡膠滲透率為100％(通過空氣降落試驗)。

本發明的第三實施例是4+5。鋼簾線的鋼單絲具有0.35mm的直徑。芯單絲之間的空隙小於0.07mm。鋼簾線的橡膠滲透率為100％。

本發明的第四實施例是3+2。鋼簾線的芯單絲具有0.18mm的直徑，鋼簾線的鞘單絲具有0.30mm的直徑。芯單絲之間的空隙為0.05mm。鋼簾線的橡膠滲透率為100％。

一些其他實施例是3+2鋼簾線，其中芯單絲和鞘單絲的直徑為0.23mm、0.28mm或0.30mm；或3+5鋼簾線，其中芯單絲和鞘單絲的直徑為0.32mm；或3+5鋼簾線，其中芯單絲的直徑為0.35mm，而鞘單絲的直徑為0.32mm。上述所有鋼簾線具有在兩個相鄰芯單絲之間存在的至少一個空隙，並且具有100％的橡膠滲透性。

圖5示出了在一個絞捻的軸向長度內的一些橫截面處的芯單絲的排列。清楚的是，芯單絲105在所有橫截面處的排列基本上彼此平行，並且芯單絲105不會彼此絞捻。芯單絲105形成螺旋，並且鞘單絲110與芯單絲105絞捻，從而在芯單絲105的螺旋的相同方向上形成扁平螺旋。