專利名稱：帶有橢圓鋼絲的橢圓鋼繩的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于加強橡膠制品的具有橢圓形橫截面的鋼繩。
背景技術：
由芯部和外層構成的具有橢圓形橫截面的鋼繩其優(yōu)點在于剛度大于橫截面為圓形的鋼繩。在橢圓鋼繩的不同方向上存在不同的剛度，并且該特征將導致在將這種橢圓鋼繩用于加強橡膠輪胎時具有良好的操控性、駕駛舒適性或駕駛穩(wěn)定性。在與橢圓鋼繩的長軸垂直的方向上，其剛度減小并且撓性增大，從而能夠很容易接受任何障礙物例如鵝卵石。 在橢圓鋼繩的長軸方向上，其剛度增大并且撓性減小，從而導致在發(fā)生彎曲時穩(wěn)定性更好。 另外，由橫截面為橢圓形的鋼繩加強的橡膠層將比由橫截面為圓形的鋼繩加強的橡膠層更薄。通常，為了獲得具有橢圓形橫截面的鋼繩，采用扁鋼絲作為在鋼繩中的芯部。EP0264145披露了包括扁鋼絲作為芯部的具有拉長橫截面的鋼繩。扁鋼絲其寬度和厚度的比值至少為2。這樣的缺點在于，扁鋼絲在制造期間會出現機械性能降低，例如抗疲勞強度降低并且拉伸強度降低。制造該扁鋼絲的方式是采用通過成型模具冷拉拔圓鋼絲的方式或者采用冷軋的方式。這樣鋼絲的橫截面將從圓形變?yōu)楸庑?。由于在扁鋼絲的四個角部上的應力集中，鋼絲的機械性能在從圓形到扁形的成型過程期間將降低很多。最終扁鋼絲的抗疲勞強度差是最終鋼繩的缺點。另一種生產具有橢圓形橫截面的鋼繩的方法是，根據橢圓形的幾何特征布置圓鋼絲，例如JP-A-09-268485。這樣的缺點在于，由這種鋼繩加強的層仍然很厚，制造該鋼繩的工藝不是很容易實施，并且生產成本很高。W093/01375披露了用于加強混凝土結構的鋼繩。該鋼繩具有橢圓形橫截面，并且以橢圓鋼絲作為芯部。由于該鋼繩的高拉伸率并且對于加強混凝土的剛度要求，在該鋼繩中的鋼絲的直徑應該較大，大于Imm或甚至大于10mm。而且，鋼絲的碳含量較低，甚至低于 0.2%。并且鋼絲沒有設置金屬涂層例如黃銅。該專利申請文獻披露了具有這種結構的鋼繩可以用于加強混凝土結構。由于碳含量低并且直徑大，所以該鋼繩不適用于加強橡膠制
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發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的那些缺點。本發(fā)明還有一個目的在于提供在不同方向上具有不同剛度的鋼繩。本發(fā)明還有一個目的在于提供由鋼繩加強的橡膠制品。根據本發(fā)明，用于加強橡膠制品的具有橢圓形橫截面的鋼繩具有m+n的結構，其中m為芯部鋼絲的數量并且為1至4，η為外層鋼絲的數量并且為4至15，在m為1時不扭絞芯部鋼絲，或者在m為2至4時不扭絞鋼絲并且平行排列，將外層鋼絲圍繞著芯部鋼絲扭絞，并且芯部鋼絲具有橢圓形橫截面，而在外層中鋼絲具有圓形橫截面。在鋼繩中的鋼絲其碳含量不小于0. 60%。為了獲得在不同方向上具有不同剛度的鋼繩，將鋼繩制成為橢圓鋼繩?！皺E圓鋼繩”指的是其橫截面為具有主軸和副軸的橢圓形的鋼繩，并且主軸長于副軸。“主軸”指的是橢圓的最大直徑，并且“副軸”指的是橢圓的最短直徑。主軸和副軸是在其端部位于形狀的這些尖端期間根據穿過中心和兩個焦點的直線測量出的。根據本發(fā)明，橢圓鋼繩是緊實的。鋼繩的中央填充有芯部鋼絲。留下很少空間填充橡膠，這與專利文獻JP07-197388A相當不同。對于專利文獻JP07-197388A而言，在鋼繩中央留有填充橡膠的空間。對于本發(fā)明而言，在鋼繩的中央的空間很小。將橡膠填充到鋼繩中央不是本發(fā)明的主要目的。橢圓鋼繩具有m+n結構，m為芯部鋼絲的數量，而η為外層鋼絲的數量。為了獲得這種橢圓鋼繩，芯部鋼絲為橢圓鋼絲，并且外層鋼絲為圓形鋼絲。另外，為了使得橢圓鋼繩的副軸更短，在m為1時不扭絞芯部鋼絲，或者在m為2至4時不扭絞鋼絲，并且將它們平行布置，將外層鋼絲圍繞著芯部鋼絲扭絞。芯部鋼絲為橢圓鋼絲?！皺E圓”鋼絲與“扁”鋼絲不同?！皺E圓”指的是具有平滑閉合曲線的橢圓形，并且它具有主軸和副軸，而且主軸長于副軸?！氨狻敝傅氖窃谶吘壧幍膬筛叫兄本€和兩根弧形線。扁鋼絲的橫截面與橢圓形橫截面完全不同。由于在扁鋼絲的四個角部處的應力集中，鋼絲的機械性能在從圓到扁的成型過程期間將降低很多。最終鋼絲的抗疲勞強度較差將導致最終鋼繩的缺點。但是橢圓鋼絲不存在這種問題。由于從圓到橢圓的轉變比從圓到扁的轉變更平滑，所以橢圓鋼絲的應力集中在制造期間比扁鋼絲更小，因此最終橢圓鋼絲其機械性能好于扁鋼絲，即抗疲勞強度好。對于扁鋼絲的情況對于具有矩形橫截面的鋼絲而言更是這樣。該橫截面具有兩個平行長直線和兩根平行短直線。在橫截面的四個角部中的應力集中甚至比在扁鋼絲中的應力集中更明顯。對于芯部鋼絲而言，它具有帶有主軸和副軸的橢圓橫截面，并且主軸和副軸的比值 Rax 滿足1. 00 < Rax 彡 2. 50，優(yōu)選 Rax 為 1. 05 至 1. 50。橢圓鋼絲的主軸小于1mm。優(yōu)選的是，橢圓鋼絲的主軸為0. IOmm至0. 60mm。最優(yōu)選的是，橢圓鋼絲的主軸為0. 30mm至0. 45mm。外層鋼絲為圓鋼絲?！皥A”指的是圓形曲線。為了加強橡膠制品，外層鋼絲具有較小的直徑。外層鋼絲的直徑小于1mm。優(yōu)選的是，外層鋼絲的直徑為0. IOmm至0.60mm。最優(yōu)選的是，外層鋼絲的直徑為0. 20至0. 40mm。為了獲得穩(wěn)定的結構，橢圓鋼絲的數量m為1至4，優(yōu)選m為1至2，并且最優(yōu)選的是m為1。外層鋼絲的數量η取決于芯部鋼絲的數量、芯部鋼絲的主軸和副軸、最終鋼繩的橢圓結構和外層鋼絲的直徑。優(yōu)選η為4至15。最優(yōu)選的是，η為5至10。優(yōu)選的是，鋼繩的結構為1+6或2+8。在包括芯部鋼絲和外層鋼絲的鋼繩中的鋼絲可以為沒有任何涂層的裸鋼絲或者涂層鋼絲。優(yōu)選的是，為了改善橢圓鋼繩與橡膠的粘合，鋼絲為涂有黃銅即銅和鋅或者涂有其它促進與橡膠粘合的金屬合金涂層的涂層鋼絲。這種耐腐蝕涂層可以為鋅鋁涂層，其鋁含量為2wt. %至12wt. %。另外，包括芯部鋼絲和外層鋼絲在內的鋼絲可以設有粘接促進劑以進一步改善與橡膠的粘結。為了讓鋼繩能夠加強橡膠制品，鋼繩必須牢固地嵌入在橡膠材料中。換句話說，必須改善鋼繩的粘附強度。獲得高粘接強度的一種方式在于在黃銅涂層上進行有機官能硅烷涂覆。有機官能硅烷具有下面的化學式Y- (CH2)b-SiX3其中Y 代表選自-NH2、CH2 = CH_、CH2 = C (CH3) C00_、2，2_ 環(huán)氧丙氧基、HS-和 Cl-中的有機功能團；X表示選自-OR、-OC ( = 0)R’、_C1的硅烷功能團，其中R和R’分別選自Cl至C4 烴基，優(yōu)選為-CH3和-C2H5 ；并且b為0-10之間的整數，優(yōu)選為0至3。鋼繩可以用于加強橡膠制品例如輸送帶和橡膠輪胎。橢圓鋼繩在不同方向上具有不同剛度。沿著鋼繩主軸的剛度大于沿著副軸的剛度。在將這種鋼繩嵌入在橡膠材料中作為橡膠輪胎的帶束層時，它將賦予駕駛者良好的操控性、駕駛舒適性和駕駛穩(wěn)定性。因此，該鋼繩優(yōu)選用于加強橡膠輪胎例如客車、公共汽車或卡車輪胎的帶束層。由于橢圓鋼絲作為鋼繩的芯部，所以橢圓鋼繩的副軸與具有包括圓鋼絲的類似結構的正常鋼繩相比更短。因此，嵌入有這種鋼繩的橡膠簾布層將更薄。另一方面，生產具有相同功能的橡膠制品所消耗的橡膠將減少。


圖1示出橢圓鋼絲的剖視圖。圖2示出由作為芯部的橢圓鋼絲和作為外層的圓鋼絲構成的具有1+6結構的橢圓鋼繩的剖視圖。圖3示出扁鋼絲的剖視圖。圖4示出由圓鋼絲構成的具有1+6結構的圓鋼繩的剖視圖。
具體實施例方式可以如下制造出圓鋼絲。線材成分為0.60%的最低碳含量、大約為1. 10%的最大碳含量、0.40% -0. 70% 的鎂含量、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，所有百分比都為重量百分比。通常除了非常高的拉伸強度之外，只存在有微量的銅、鎳、鋁、鈦和氮和/或鉻。首先通過機械除銹和/或在H2S04或HCl溶液中進行化學酸洗來清洗線材，以便去除存在于表面上的氧化物。然后，將線材在水中漂洗并且干燥。然后對經干燥的線材進行第一組干拉拔操作以便將直徑降低至第一中間直徑。在例如大約為3. 0至3. 5mm的該第一中間直徑處，對經干拉拔的鋼絲進行第一中間熱處理，被稱為鋼絲韌化處理。然后該鋼絲準備進行進一步機械變形。之后在第二組減徑步驟中將鋼絲從第一中間直徑進一步干拉拔至第二中間直徑。 第二直徑通常為1. Omm至2. 5mm。
在該第二中間直徑處，對該鋼絲進行第二鋼絲韌化處理以便能夠轉變成珠光體。在該第二鋼絲韌化處理之后，給鋼絲涂覆黃銅涂層；將銅鍍覆在鋼絲上，并且將鋅鍍覆在銅上。進行熱擴散處理以形成黃銅涂層。另外，鋼絲可以在黃銅涂層上設置有機官能硅烷涂層。然后通過濕拉拔機對鋼絲進行最后一組橫截面減小步驟。最終產品為其碳含量高于0. 60wt. %的圓鋼絲，其拉伸強度通常高于2000Mpa并且適用于加強橡膠制品。適用于加強輪胎的圓鋼絲通常其最終直徑為0. 10至0. 60mm，例如為0. 20至 0. 40mm。鋼絲直徑的示例為 0. 20mm、0. 22mm、0. 245mm、0. 28mm、0. 30mm、0. 32mm、0. 35mm、 0. 38mm>0. 40mmo然后，一根圓鋼絲穿過一個或多個配合成型模具以獲得橢圓鋼絲。圖1顯示出橢圓鋼絲26。它具有主軸X26和副軸Y26。X2f^PY26的比值Rax為1.33。圖2顯示出由作為芯部的橢圓鋼絲26和作為外層的圓鋼絲22所構成的橢圓鋼繩 20的第一實施方案。橢圓鋼絲26的主軸為0. 40mm,并且副軸為0. 30mm。鋼絲22的直徑為 0. 33mm。鋼繩20的主軸為X2tl，并且副軸為Y2(1。X20和Y2tl的比值為1. 104。鋼繩20的制造過程如下圍繞著橢圓鋼絲26扭絞六根圓鋼絲22，讓橢圓鋼絲26 保持沒有扭絞。該扭絞可以通過所謂的雙扭絞機或搓捻機來完成。用于供應橢圓鋼絲26的卷筒位于機器的兩個飛輪外部。橢圓鋼絲26沒有扭絞，并且沿著第一飛輪行進，在那里它沿著第一方向(例如S方向)受到兩次扭絞。六根圓鋼絲的卷筒位于搓捻機的搖架內部。 將六根圓鋼絲22從其卷筒中解繞并且圍繞著橢圓鋼絲26引導。然后，具有六根圓鋼絲22 的橢圓鋼絲26沿著第二飛輪行進，在那里它們都沿著與第一方向相反的第二方向(例如Z 方向)受到兩次扭絞。由于S扭絞由Z扭絞補償，結果我們獲得具有作為芯部的未扭絞的橢圓鋼絲26的鋼繩。圖3顯示出具有扁平橫截面的現有鋼絲36。該扁鋼絲36由與用來形成橢圓鋼絲 26的相同鋼絲的圓鋼絲A壓平。鋼絲的主軸為X36，而副軸為Y36。X3f^PY36的比值為1.34。在橢圓鋼絲26和扁鋼絲36之間進行比較試驗，并且下表1總結了試驗結果。表 權利要求
1.一種用于加強橡膠制品的碳含量高于0.60%的鋼繩，具有橢圓形橫截面的所述鋼繩具有m+n的結構，m為芯部鋼絲(26)的數量并且在1至4之間，η為外層鋼絲(22)的數量并且在4至15之間，其特征在于，在m為1時，所述芯部鋼絲(26)是沒有扭絞的，或者在m在2至4之間時，所述芯部鋼絲(26)是沒有扭絞的并且平行排列，所述外層鋼絲(22)圍繞著所述芯部鋼絲(26)扭絞，并且所述芯部鋼絲(26)具有橢圓形橫截面，所述外層鋼絲(22)具有圓形橫截面，在所述鋼繩中的鋼絲的碳含量不小于0. 60%。
2.如權利要求1所述的鋼繩，其特征在于，所述芯部鋼絲(26)的所述橢圓形橫截面具有主軸和副軸，并且所述主軸和所述副軸的比值Rax滿足1. 00 < Rax < 2. 50。
3.如權利要求2所述的鋼繩，其特征在于，所述Rax在1.05至1. 50之間。
4.如權利要求1至3中任一項所述的鋼繩，其特征在于，橢圓形的所述芯部鋼絲(26) 的所述主軸在0. IOmm至0. 60mm之間。
5.如權利要求4所述的鋼繩，其特征在于，橢圓形的所述芯部鋼絲(26)的所述主軸在 0. 30mm M 0. 45mm 之間。
6.如權利要求1至5中任一項所述的鋼繩，其特征在于，所述外層鋼絲(22)的直徑在 0. IOmm M 0. 60mm 之間。
7.如權利要求6所述的鋼繩，其特征在于，所述外層鋼絲(22)的直徑在0.20至0.40mm 之間。
8.如權利要求1至7中任一項所述的鋼繩，其特征在于，所述芯部鋼絲(26)和外層鋼絲(22)為帶有黃銅涂層的鋼絲。
9.如權利要求8所述的鋼繩，其特征在于，所述芯部鋼絲(26)和外層鋼絲(22)還具有在所述黃銅涂層上的粘附促進涂層。
10.如權利要求9所述的鋼繩，其特征在于，所述粘附促進涂層包括有機官能硅烷。
11.如權利要求1至10中任一項所述的鋼繩，其特征在于，m在1至2之間。
12.如權利要求11所述的鋼繩，其特征在于，m為1。
13.如權利要求1至12中任一項所述的鋼繩，其特征在于，η在5至10之間。
14.如權利要求1至13中任一項所述的鋼繩的用途，其特征在于，所述鋼繩用作橡膠輪胎的加強帶束層。
全文摘要
一種用于加強橡膠制品的具有橢圓形橫截面的鋼繩具有m+n的結構，其中m為芯部鋼絲(26)的數量，n為外層鋼絲(22)的數量。在m為1時所述芯部鋼絲(26)沒有扭絞，或者在m為2至4時所述芯部鋼絲(26)沒有扭絞并且平行排列，并且將所述外層鋼絲(22)圍繞著所述芯部鋼絲(26)扭絞。所述芯部鋼絲(26)為橢圓鋼絲，而所述外層鋼絲(22)為圓鋼絲。在所述鋼繩中的鋼絲(22，26)其碳含量不小于0.60％。
文檔編號D07B1/06GK102482844SQ201080040079
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權日2009年9月11日
發(fā)明者周浩, 坎軍華, 龐桓炯, 朱宏楨, 程志超 申請人:貝卡爾特公司