CN1097125C - 含聚合物的钢丝帘布 - Google Patents

Abstract

抗钢丝移位性能提高的钢丝帘布(10)包括至少一根用作芯的芯钢丝(12)和至少三根用作层的层钢丝(14)以及许多个环绕所述层扭转的外层丝(16)。所述钢丝帘布还包括一定数量的且其熔点高于硫化温度的聚合物(18)。聚合物的数量不超过芯丝与层丝之间间隙的容量。

Description

含聚合物的钢丝帘布

发明领域

本发明涉及一种避免在橡胶轮胎线网层强化用钢丝帘布中出现钢丝移位的方法。本发明还涉及一种抗钢丝移位性能增强的钢丝帘布。本发明主要集中在子午轮胎的胎体线网层上，但本发明还可用于子午轮胎的带束线网层、胎圈包布线网层或钢丝圈包布线网层。

发明背景

在本领域中，适于强化子午轮胎的钢丝帘布是众所周知的。在这些钢丝帘布中，具有致密结构的钢丝帘布已获得了显著的商业成功。在本文中，术语“致密结构”是指具有至少一层并且该层饱和的即在同层相邻钢丝间没有或只有很小间隙的钢丝帘布。获得商业成功的原因就在于具有致密结构的钢丝帘布在单位横截面内包含有大量钢丝并且可以经济地制造出具有致密结构的钢丝帘布，如在单个扭转步骤中制造出这样的钢丝帘布。但具有致密结构的钢丝帘布受到了钢丝移位如单根芯丝或许多芯丝位移的困扰。钢丝移位是指至少一根钢丝相对其左右钢丝纵向移动并在帘布一端冒出并进而刺破橡胶轮胎而毁坏轮胎的现象。钢丝移位被认为是由于没有将各钢丝固定在钢丝帘布中而造成的。有人认为，没有固定住被层丝饱和层所包围的芯丝是由层丝与芯丝间缺少接触而造成的。确切地说，由于略微不同于标准丝径和/或由于钢丝在一层中比原本计算结果占据了更大的空间(实际上，它们因扭转步骤而比真圆更椭一些并因而比真圆占据了更大的空间)，所以牺牲了与芯丝接触机会而在饱和层钢丝间存在着强烈接触。

现有技术文献US-A-4783955试图这样解决钢丝移位问题，即增大易于发生位移的有关钢丝如芯丝的直径，从而在这些钢丝与包围层丝之间产生接触。但这种解决方案有这样的缺点，即必须使用两种不同的丝径，即芯用粗丝和层用细丝。另一个缺点是，由于存在直径差异，所以层不再是饱和的即在相邻钢丝间存在空隙，从而横截面结构不再是致密的。另一个缺点是，芯丝固定在很大程度上依赖于钢丝帘布的加工方式。比较松弛地绕芯丝扭转层丝并没有在芯丝与层丝间产生预期的接触并仍然可能导致芯丝位移。在增大张力的情况下绕芯丝扭转层丝虽然造成了预期的固定，但是太高的张力可能导致芯丝磨损。

在现有技术的文献US-A-5279695中，为解决上述问题而提出了一种解决方案。该解决方案涉及在各钢丝帘布钢丝间的间隙中加入间同立构-1，2-聚丁二烯。由于实施了这样的解决方案，所以获得了疲劳强度和耐腐蚀性能以及抗钢丝移位性能都得到提高的钢丝帘布。选择间同立构-1，2-聚丁二烯是因为其特有的与橡胶同时固化并与之复合的双重性能、其与一般轮胎橡胶兼容的特性、其与传统固化剂兼容的性能以及它能象其它热塑料那样被熔化并接受处理的能力。在硫化阶段内，间同立构-1，2-聚丁二烯熔化并分散到整个钢丝帘布的钢丝间隙中。有人指出，间同立构-1，2-聚丁二烯与钢丝的黄铜涂层间的粘附一般或粘附不强。US-A-5279695的目的还在于改进钢丝帘布的耐腐蚀性能。结果，在各钢丝帘布钢丝间的间隙中设置了间同立构-1，2-聚丁二烯，这明显提高了这样的钢丝帘布的抗弯性能。

发明概述

本发明的一个目的是避免现有技术中的缺陷。

本发明的另一个目的是提供间同立构-1，2-聚丁二烯的替代物，它能够获得相同或相似的优点。

本发明的又一个目的是提供一种抗弯性能减小的钢丝帘布。

根据本发明的一个方面，提供一种避免在橡胶轮胎线网层强化用钢丝帘布中出现钢丝移位的方法，它包括以下步骤：(a)给至少一根钢丝涂覆金属涂层以使其用作钢丝帘布的芯丝；(b)给至少三根钢丝涂覆金属涂层以使其用作环绕该钢丝帘布芯丝的层丝；(c)选择一种在高于橡胶硫化的温度下不熔化的聚合物；(d)确定所选聚合物的数量，使得该聚合物的数量不超过在最终扭转的帘布中要涂覆钢丝与任何将与上述钢丝邻接的钢丝之间的间隙的体积；(e)用所述的定量聚合物包围住芯丝和/或层丝中的至少一根；(f)绕受包围的芯丝扭转层丝以便获得所述钢丝帘布；(g)在硫化温度下将所获钢丝帘布埋入橡胶线网层中，所述聚合物不因此熔化。

在本发明的一个实施例中，芯丝被聚合物包裹着。最好只在芯丝与相邻层丝间的间隙中存在聚合物。

在本发明的另一个实施例中，所有或部分层丝被聚合物包裹着。

芯丝数目可以是1、2、3或4根。层丝总是多于芯丝并且可以是3-9根或更多。另一个由外层丝构成的外层可以绕所述层丝扭转，从而获得了双层结构：一个其(中间)层丝环绕芯丝的(中间)层和一个其外层丝环绕(中间)该层的外层。

双层结构例如是这样的：1×D1+6×D2+12×D3。

在本发明的一个优选实施例中，所有丝径D1、D2、D3都等于D。

一根卷绕钢丝可以卷绕或不卷绕钢丝帘布。

聚合物选自基于聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的热塑性聚酯、共聚酯、热塑性聚氨基甲酸酯、聚酰胺。

最好如此选择聚合物，即聚合物能够粘附在金属涂层如黄铜层或锌层上。

在优选的实施例中，层丝数以及在可能有的情况下的外层丝数以及扭转方式是如此选择的，即最后的钢丝帘布具有致密结构，即相邻层丝(以及相邻外层丝)之间的平均间隙小于0.1×D1，其中D1是所有(外)层丝的平均直径。

在聚合物包裹单根芯丝的1×D+6×D或1×D+6×D+12×D的情况下，围绕单根芯丝的聚合物层的平均厚度最好小于0.080×D，如它约等于0.076×D。这是刚好够填充芯丝与六根包围中间层丝之间间隙所需的聚合物数量。在本发明的说明书中，“聚合物的平均厚度”等于在绕芯扭转层之前的聚合物层的平均厚度。

根据本发明的第二方面，提供一种抗钢丝移位性能增强的钢丝帘布，它包括至少一根用作芯的芯钢丝、至少三根用作层并绕芯扭转的层钢丝、许多绕所述层扭转的外层钢丝，钢丝帘布还包括一定数量的且熔点高于硫化温度的聚合物。聚合物数量不超过在所选芯丝与层丝之间的间隙容量。

图面简述

现在将参见附图来更详细地描述本发明，其中：

图1示出了本发明的1+6+12钢丝帘布的横截面，其中帘布结构含有聚合物和一根钢丝；

图2示出了图1的横截面的细节；

图3示出了本发明的3+9+1钢丝帘布的横截面，其中帘布结构包含有聚合物和三根钢丝；

图4示出了图3的横截面的细节；

图5示出了本发明的1+6+12钢丝帘布的横截面，其中示出了六根层丝中的三根；

图6示出了被聚合物包围的钢丝帘布丝的横截面；

图7帮助解释用于确定某些钢丝在钢丝帘布中的固定情况的标准实验。

本发明优选实施例的说明

图1示出了本发明的1+6+12钢丝帘布10的横截面。钢丝帘布10包括一个具有一根钢丝帘布丝12的芯结构、一个由包围所述芯结构的中间层丝16构成的中间层14、一个由包围中间层的外层丝16构成的外层。芯结构还包括粘附在芯丝12和中间层丝14上的聚合物18。

如图2清楚示出的那样，存在着将够或几乎够填充芯丝12与中间层丝14之间间隙的聚合物18，从而中间层丝仍然可以形成饱和层即在相邻层丝之间没有或只有很小空隙的一层。聚合物18的粘附功能保证了芯丝12在反复弯曲时仍保留在原位上并避免了芯丝移动，无论芯丝12与中间层丝14之间的接触压力有多大，也无论在扭转时有关细丝所受张力有多高。聚合物18不需要并且实际上没有与最终的轮胎线网层相互作用，这是因为聚合物18的熔化温度必须高于硫化温度。

选择1+6+12的结构允许所有细丝12、14、16具有相同直径D，这避免了必须分开保存各钢丝，而且如果所有钢丝都在相同扭转步骤中同向扭转，则这允许获得饱和的中间层和饱和外层。但是，在本发明的说明书中，其它结构也可考虑如1+7+14钢丝帘布。

总而言之，具有致密结构且无钢丝移位的钢丝帘布是通过采用具有相同直径的钢丝并在相同步骤中不对钢丝在扭转时所受张力采取特殊措施地进行同向扭转而得到的。

图3示出了本发明钢丝帘布的另一个实施例的横截面。在这里，我们采用3+9+1的结构。芯结构包含三根芯丝12，唯一的一层具有九根层丝14。卷绕丝20包围着层。参见图3、4，聚合物18实现了三根芯丝12与九根层丝14之间的粘附。在这里，如果聚合物18的数量刚够填充芯丝12与层丝14之间的间隙，则三根芯丝12和九根层丝14使用相同的丝径D仍然导致了致密结构。

图5示出了本发明的另一个1+6+12钢丝帘布的横截面。在此实施例中，六根层丝中的三根被聚合物18包围着。其它三根层丝14’没有被聚合物18包围住。受到包围的层丝14与未被包围的层丝14’交替地环绕着单个芯丝12。聚合物18的数量能够填充层丝14、14’、芯丝12以及某些外层丝16之间的间隙。

其它替换实施例也是可行的。例如，可以用聚合物18包围所有六根层丝14、14’。

在另一个替换实施例中，芯丝12和所有层丝14、14’都被聚合物18包裹着。

总而言之，在1+6+12结构中可能存在以下变形结构：

1+聚合物+6+12

1+6+聚合物+23

1+3+聚合物+3+12

1+聚合物+6+聚合物+12

在各实施例中，聚合物最好没有突起到十二根外层丝16中一些丝之间并穿过它们。

本发明的钢丝帘布可以通过首先和所需数量的聚合物18一起挤压芯丝12并随后绕挤压芯丝12扭转层丝的方式而制成。根据聚合物类型，可能需要底漆以便在聚合物和钢丝之间获得可接受的粘附力。底漆可以是溶剂型或热熔型的并且在挤压前被涂覆到钢丝上。涂覆底漆、挤压和扭转的步骤最好在连续生产线操作中完成。

图6示出了在扭转步骤前的带挤压聚合物18的芯丝12的截面。在1+6或1+6+12致密结构的情况下，当所有丝径等于D时，聚合物的最佳平均厚度由下式确定： $\mathrm{\Δl}=\frac{3}{2}D(\frac{\sqrt{3}}{\mathrm{\π}}-\frac{1}{2})=0.077\×D$

在1+6或1+6+12的致密结构中，当所有丝径等于D但芯丝直径d小于D时，聚合物的最佳平均厚度由下式确定： $\mathrm{\Δl}=\frac{\frac{3}{2}{D}^2(\frac{\sqrt{3}}{\mathrm{\π}}-\frac{1}{2})+\frac{1}{4}(D^2-d^2)}{d}$

在1×d+n×D+m×D(n≥3)的最常见结构中，在d≥D的情况下，聚合物最佳厚度由下式确定： $\mathrm{\Δl}=\frac{1}{4}[\frac{n}{\mathrm{\π}}D\sqrt{2\frac{D}{d}+1}-d-\frac{D^2}{2d}(n-2)]$

在d＜D的情况下，聚合物最佳厚度由下式确定： $\mathrm{\Δl}-\frac{1}{4}[\frac{n}{\mathrm{\π}}D\sqrt{2\frac{D}{d}+1}-d-\frac{D^2}{2d}(n-2)+d(\frac{D^2}{d^2}-1)]$

其中D＝d[sinβ(sinβ+1)]/1-sin²β]

β＝π/n，n≥3

在本发明的说明书中，据说聚合物能在涂有聚合物的钢丝根据以下标准实验具有0-3且最好为0-2的评价时粘附到包围钢丝上。这个评价合成涂层与拉伸件之间的粘附或复合性能的标准实验是这样进行的。

截取一段涂有聚合物的钢丝。在5厘米长度上从钢丝两侧并且径向相对地通过切削刀的刀刃纵向削掉聚合物。通过切削刀的钝边略微抬起聚合物。最后，用手指试着从钢丝上撸下聚合物。

根据以下观察结果进行评价。

评价	说明
		0超一流	不能从钢丝上除去什么，抬起的聚合物在脱离时破碎
1一流	不能用手指撸下其它聚合物，但可用刀除去很小部分
		2优良	很难或要很小心地撸掉不到1厘米的小条
3不良	难于或小心地撸掉约2厘米的小条
		4差	可以很容易地撸掉2厘米的小条
5差	在已去掉两面上的涂层后，聚合物膜松弛地悬挂着

对比例

将如本发明所用的钢丝帘布与两种现有技术中的钢丝帘布结构进行对比。

现有技术的结构①是0.20+6×0.175+12×0.175的致密帘布，它在Z方向上10毫米一段地扭转并且所有钢丝涂覆有黄铜层。

现有技术的结构②是0.20+6×0.175+12×0.175的致密帘布，它在Z方向上10毫米一段地扭转，并且芯丝涂覆有锌层，中间层丝和外层丝涂覆有黄铜层。

本发明的帘布是[0.15+聚合物]+6×0.175+12×0.175的致密帘布。扭转方向是Z，扭转幅度是10毫米。

以下的表提到了疲劳实验和拉芯实验所获的结果。

表1

	拉出力(牛)	疲劳强度(破裂前的周期nr)	备注
				现有技术①	9，6	121000±15300	只拉出芯丝
现有技术②	11，17，13，16	110000±22000	只拉出芯丝
				本发明	37，42，32	134400±20500	拉出1+6

本发明帘布的拉出力大于现有技术帘布的拉出力。这意味着，在本发明帘布中固定芯结构比在所实验的现有技术帘布中固定芯结构要牢固。在实验中，对于现有技术的帘布来说，只从帘布中抽拉出芯丝，而对于本发明的帘布来说，从帘布中抽拉出芯丝和中间层丝。这意味着，由于有聚合物，所以芯丝比中间层丝粘附到周围的外层丝上更强力地粘附在周围的中间层丝上。考虑到可在芯丝与中间层丝之间获得的小许多的表面，这是非常惊人的。

拉出力被定义为在一段是帘布层长度预定倍数的长度上从层丝或层丝束中纵向抽去芯丝所需的以牛顿为单位的力。

参见图7，确定拉出力的实验是这样进行的。在A、D两侧切割出一个大于I(I等于帘布层长度的若干倍)的钢丝帘布10的预定试样段AD，在试样段的中间如用塑料条标出长度I＝BC。钢丝帘布在AB段内被拆开，所有层丝或(层束)在B处被切除，而同时没有损坏芯丝。钢丝帘布10又在CD段内被拆开，但现在在点C处切掉芯丝。拆开的层丝或层束又被装在一起并在点D处被焊接起来。

帘布端CD被固定在拉伸实验机的固定夹具中，而帘布端AB被固定在拉伸实验机的活动夹具上。当记录力明显降低到最大记录力下时或超过时间后，停止拉伸实验。最大记录力就是芯丝拉出力。

表1还反映出了，受检验的本发明的钢丝帘布的疲劳强度可以与接受检验的现有技术的钢丝帘布的疲劳强度相提并论或略强。

钢丝帘布的疲劳强度是在埋于橡胶中的钢丝帘布中测定的。具有确定长度的埋入橡胶的钢丝帘布的两端都被夹住并在具有特定半径的实验皮带轮上经过弯曲并在特定预负荷下转动预定行程，直到其破裂为止。

现有技术的结构①和②以及本发明方法所用的钢丝帘布也接受循环皮带实验。循环皮带实验已经在Luc Bourgois的“用于评估橡胶钢丝帘布的磨蚀疲劳和粘性、轮胎强化和轮胎性能的皮带实验”中充分描述了，ASTM STP694(1979年，第103页-第109页)。为此，现有技术结构①和②以及本发明的钢丝帘布被埋在三种不同的橡胶皮带中，每条皮带的密度为18头/分米(EPDM)。接着，这三条皮带在轴向张力为400Mpa的情况下在两个直径为143毫米的皮带轮上转动10⁸周期。下表列出了所获结果。

表2：钢丝帘布的断裂负荷

	断裂负荷Fm(N)
					本身	在循环皮带实验后	损失(％)
现有技术的结构①	1395±17	1332±50	4.5
				现有技术的结构②	1419±1	1344±36	5.3
本发明	1393±4	1401±14	-0.6→0

接着，根据下表3所列的实验环境来确定各钢丝的疲劳强度。表3：实验环境

丝径(mm)	卷径(mm)	轴向负荷(克)	速度
				0.15	3.5	980	130周期/分
0.175	4.0	980	1周期＝2弯曲
				0.20	4.5	1280

表4：各钢丝的疲劳强度

	破裂前的周期数
					本身	在循环皮带实验后	损失(％)
现有技术的结构①芯外层	302±47355±37	187±88306±50	3814
				现有技术的结构②芯外层	303±18363±37	300±18343±34	1.05.5
本发明芯外层	419±39352±35	382±55318±38	9.010.0

对现有技术结构①、②和本发明方法所用钢丝帘布的外观分析发现了以下与磨蚀性能有关的结果。

表5：磨蚀性能的外观分析

	代    码
				在钢丝帘布外	在钢丝帘布内
现有技术的结构①	1	2-3
			现有技术的结构②	1-2	2
本发明	1	1

表5中的代码具有以下意义：代码0：没有磨蚀

代码1：非常轻微的磨蚀

代码2：中等磨蚀

代码3：显著磨蚀

代码4：严重磨蚀

在循环皮带实验的10⁸周期中，现有技术结构①、②在4×10⁷周期后示出了芯丝移动，而本发明方法所用的钢丝帘布在10⁸周期后没有显示出芯丝移动。

适于强化橡胶子午轮胎且尤其是适于强化子午轮胎胎体线网层的钢丝帘布具有以下特征。各钢丝直径为0.04毫米-0.40毫米且尤其是0.04毫米-0.25毫米。

钢的成分沿以下范围：碳含量为0.70％-1.10％，锰含量0.40％-0.70％，硅含量0.10％-0.40％，最大硫含量0.03％，最大磷含量0.03％。当含量为0.10％-0.50％时，不排除含特殊元素如铬、镍、钒、硼、钴、铜、钼等的微合金。

钢结构最好是珠光体，但也不排除马氏体。钢丝适当地涂上金属层如黄铜锌(63.5％-67.5％Cu+36.5％-32.5％Zn)或锌合金(例如：Zn+2a12％Al+铈合金)以便进行最后的拉出步骤和/或使弹性体具有粘性或耐腐蚀性。

钢丝的拉伸强度为2200Mpa(1Mpa＝1牛顿/平方毫米)-4000Mpa以上，这主要取决于最后的直径、准确的成分(碳含量+微合金成分含量)以及最后的抽拉量。

Claims (13)

1.一种避免在橡胶轮胎线网层强化用钢丝帘布中出现钢丝移位的方法，它包括以下步骤：

(a)给至少一根钢丝涂覆金属涂层以使其用作钢丝帘布的芯丝；

(b)给至少三根钢丝涂覆金属涂层以使其用作环绕该钢丝帘布芯丝的层丝；

(c)选择一种在高于线网层橡胶硫化的温度下不熔化的聚合物；

(d)确定所选聚合物的数量；

(e)用所述的定量聚合物包围住芯丝和/或层丝中的至少一根；

(f)绕受包围的芯丝扭转层丝以便获得所述钢丝帘布；

(g)在硫化温度下将所获钢丝帘布埋入橡胶线网层中，所述聚合物不因此熔化，

其中从基于聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的热塑性聚酯、共聚酯、热塑性聚氨基甲酸酯和聚酰胺中选择所述聚合物，使得所述聚合物与被包围的钢丝一起获得了高粘附强度，从而在标准实验中，抽出不到2厘米，或者聚合物和底漆一起被涂覆上，从而获得了至少同样高的粘附强度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如此决定所选聚合物的数量，即它不超过在最后扭转钢丝帘布中要涂覆钢丝与任何将与该要涂覆钢丝邻接的钢丝之间的间隙体积。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一根芯丝被所述定量聚合物包围着。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一根层丝被所述定量聚合物包围着。

5.如前述权利要求1所述的方法，其特征在于，从基于聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的热塑性聚酯、共聚酯、热塑性聚氨基甲酸酯、聚酰胺中选出所述聚合物。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如此选择所述聚合物，即聚合物能粘附到所述金属涂层上。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括这样的步骤：如此选择层丝数，即它们在最后的钢丝帘布中彼此之间具有0.1×D1的平均间距，所有层丝具有相同直径D1。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：设置许多钢丝以便用作环绕该层丝的外层丝；在将钢丝帘布装入橡胶线网层之前，环绕层丝地扭转所述外层丝。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：设置钢丝以便用作卷绕钢丝；在将钢丝帘布装入橡胶线网层之前，使所述卷绕钢丝绕芯丝卷绕。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所有芯丝和所有层丝及外层丝被选定成具有基本相同的直径D。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，设有一根芯丝；设有六根层丝；设有十二根外层丝。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所选聚合物数量被确定成它具有小于0.080×D的平均厚度。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所有芯丝和层丝都以同样的间距同向扭转。

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