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CN102369321A - 具有预成形股的高伸长率钢帘线 - Google Patents

具有预成形股的高伸长率钢帘线 Download PDF

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Abstract

一种钢帘线(30)，具有至少5％的高断裂伸长率，包括n个股(20)，每个所述股(20)具有捻在一起的m个单丝(10)，n为2至7，m为2至9。这些股和单丝沿相同的方向加捻。钢帘线的捻距为Lc，所述股的捻距为Ls。Ls与Lc之比(Ls/Lc)为0.25至1。Lc为16mm至26mm。股是螺旋状预成形的。钢帘线的弹性模量大于150000N/mm2。尽管具有长捻距Lc，但是股的螺旋状预成形允许获得高断裂伸长率和高弹性模量。

Description

具有预成形股的高伸长率钢帘线
技术领域
本发明涉及一种钢帘线，其具有高断裂伸长率和高弹性模量，用于强化弹性体产品。
背景技术
高的断裂伸长率意味着帘线的断裂伸长率至少为5％。众所周知，帘线的生产率随捻距增加而增加。但是，帘线的高捻距会引起断裂伸长率损失。一旦钢帘线以较高的捻距形成，那么其断裂伸长率将会较低。通常，帘线和股沿相同的方向加捻，以便获得高的断裂伸长率。
在固体力学中，弹性模量是弹性区域中材料刚度的一种衡量。它被定义为应力与在应力范围内的应变之比，适用虎克定律。这可以通过实验的方式从对材料样品进行拉伸试验过程中产生的应力-应变曲线的斜率来确定。对于线性材料例如钢而言，弹性模量在整个应变范围内基本上是恒定的。
帘线的刚度对于在高速时保持轮胎直径稳定来说非常重要，因此弹性模量通常是在选择帘线结构时要考虑的主要特性之一。弹性模量越高，则钢帘线刚度越大。
US5661966公开了一种具有高捻距和高断裂伸长率的钢帘线。这种包括多个股的钢帘线的伸长率大于5％。帘线的捻距是帘线直径的8至15倍。股的单丝在捻到一起之前被波状预成形，波状的节距比股的捻距小。通常，在使用长捻距时断裂伸长率的损失能够通过对单丝预成形来进行补偿。尽管断裂伸长率和捻距高，但是存在的问题是弹性模量小和钢帘线刚度不是很大。
高断裂伸长率的3×7钢帘线是市场上流行的用于强化轮胎的帘线。但是存在以低捻距形成帘线的缺点。因此其生产成本高。帘线的断裂负荷不是很高。此外，弹性模量低，以致帘线刚度不是很大。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种刚度较大的钢帘线。
本发明的又一个目的是提供一种高断裂伸长率和高弹性模量的钢帘线。
根据本发明，提供了一种钢帘线，具有至少5％的高断裂伸长率，包括n个股，每个股具有m个捻在一起的单丝，n为2至7，m为2至9。股和单丝沿相同的方向加捻。钢帘线的捻距为Lc，股的捻距为Ls。Ls与Lc之比(Ls/Lc)为0.25至1，Lc为16mm至26mm。股是螺旋状预成形的。钢帘线的弹性模量大于150000N/mm2。
为了获得刚度大的钢帘线，钢帘线以长捻距形成。Lc为16mm至26mm。优选Lc为18mm至24mm。最优选Lc为20mm。
根据本发明，Ls与Lc之比(Ls/Lc)为0.25至1。优选Ls与Lc之比为0.30至0.50。最优选Ls与Lc之比为0.35。
此外，随着捻距的增加，生产率提高。并且，生产成本降低。
为了获得高断裂伸长率的钢帘线，在将股捻成钢帘线之前使股螺旋状地预成形。由于螺旋状预成形，股具有三维变形。此外，股会获得优良表面、疲劳强度和附着力。
根据本发明，股具有预成形节距Ps(其不同于加捻节距)和预成形波幅As。优选Ps为单丝直径D的50至120倍。最优选Ps为直径D的70至100倍。优选As为单丝直径D的8至12倍。最优选As为直径D的9至11倍。
优选Ps等于Lc，这意味着帘线的捻距Lc等于预成形节距。其优点是，可以在预成形之后马上进行加捻，从而利用恰好位于捻点或帘线预成形点之前股已经具有的转动运动。
具有这种长捻距的钢帘线的弹性模量大于150000N/mm2。优选弹性模量大于160000N/mm2。
由于股的预成形以及股和单丝相同的加捻方向，钢帘线的断裂伸长率至少为5％。甚至达到10％。
强化钢帘线的单丝的直径D为0.05mm至0.60mm。优选直径D为0.10mm至0.45mm。通常，直径D可以是0.10、0.12、0.13、0.15、0.175、0.20、0.22、0.245、0.25、0.265、0.27、0.28、0.30、0.32、0.35、0.38、0.40、0.42或者0.45mm。
钢帘线的结构为n ×m。n为2至7，m为2至9。帘线可以是2×2、2×3、2×4、2×5、2×6、2×7、2×8、2×9、3×2、3×3、3×4、3×5、3×6、3×7、3×8、3×9、4×2、4×3、4×4、4×5、4×6、4×7、4×8、4×9、5×2、5×3、5×4、5×5、5×6、5×7、5×8、5×9、6×2、6×3、6×4、6×5、6×6、6×7、6×8、6×9、7×2、7×3、7×4、7×5、7×6、7×7、7×8或者7×9。
钢帘线用于强化弹性体产品。弹性体产品可以是轿车、公共汽车、卡车、推土机的轮胎，以及工程机械的轮胎。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中
图1表示螺旋状预成形的股的前视图；
图2表示结构为3×7的包括预成形股的钢帘线的剖视图；
图3表示结构为4×7的包括预成形股的钢帘线的剖视图；
图4表示结构为3×6的包括预成形股的钢帘线的剖视图；
图5表示两个钢帘线的力-伸长率曲线，一个是本发明的钢帘线，另一个是现有技术的钢帘线。
具体实施方式
钢单丝10可以按如下方式制作：
盘条构成起始物料。盘条的典型成分如下：碳含量范围为0.60％至1.25％，锰含量范围为0.20％至1.10％，硅含量范围为0.10％至0.90％，硫含量和磷含量限于0.10％，可以加入附加的微合金化元素例如铬(达0.20％-0.40％)、铜(达0.20％)、钒(达0.30％)、硼、镍、钼、铌、铜、钙、铝、钛和氮。
以第一组干法拉拔步骤把盘条拉拔成具有中间直径的钢丝。接着对钢丝进行热处理，比如索氏体化处理，以便允许进一步的拉拔。钢丝可以镀有黄铜镀层，例如通过应用于镀锌和镀铜的扩散工艺。
接着拉拔镀有黄铜的钢丝，直到获得最终单丝直径的钢单丝10为止。
对于最终单丝10，最终钢单丝10的抗拉强度可以为2000MPa至5000MPa。抗拉强度可以大于3500MPa。抗拉强度甚至大于4000MPa。
图1表示螺旋状预成形的股20的前视图。股20由7根直径D为0.22mm的单丝10形成。单丝10彼此平行，接着以一定的加捻节距加捻，从而使股20的捻距Ls为7mm。3个股20被螺旋状地预成形。
图2表示第一优选实施例的钢帘线30的剖视图，钢帘线的结构为3×7。3个股以长捻距沿着与单丝相同的方向被捻成钢帘线30。
最后，钢帘线30的捻距Lc为20mm。股20的预成形节距Ps为19.9mm，预成形波幅As为2.10mm。
由于长捻距和预成形的股，钢帘线30具有高弹性模量和高断裂伸长率。
与现有技术的3×7钢帘线(其中，股不被预成形并且捻距小)相比较，检测了一些性能。下面的表格示出了结果。
  钢帘线30   现有技术的3×7钢帘线
  单丝直径(mm)   0.22   0.22
  股捻距(mm)   7   4.8
  钢帘线捻距(mm)   20   8
  钢帘线直径(mm)   1.449   1.443
  单丝预成形   否   否
  股预成形   是   否
  结构伸长率(％)   2.0   1.9
  钢帘线的断裂伸长率(％)   5.12％   5.14％
  钢帘线的断裂负荷(N)   2339   2084
  钢帘线的弹性模量(N/mm2)   163287   105510
从表1中可以看出，与现有技术的钢帘线相比，钢帘线30的直径和结构伸长率都没有显著的差别。但是钢帘线30的断裂负荷明显增加。尤其是，钢帘线30的弹性模量比现有技术钢帘线的弹性模量高几乎55％。换言之，钢帘线30比现有技术的钢帘线刚度更大。
图5表示钢帘线30的力-伸长率曲线32和现有技术钢帘线的力-伸长率曲线40。钢帘线30与现有技术钢帘线的弹性模量的差别也很大。钢帘线30的弹性模量比现有技术钢帘线的弹性模量大。
图3表示第二优选实施例的钢帘线50的剖视图，该钢帘线包括4个螺旋状预成形的股20，钢帘线捻距Lc为20mm。断裂伸长率为5.5％。钢帘线50的弹性模量为175324N/mm2。
图4表示第三优选实施例的钢帘线70的剖视图，该钢帘线包括3个螺旋状预成形的股60，钢帘线捻距Lc为23mm。每个股60包括6个单丝。股60的捻距Ls为11.2mm。股60的预成形节距Ps为29.8mm，预成形波幅As为2.16mm。钢帘线70的断裂伸长率为5.6％。钢帘线70的弹性模量为155324N/mm2。

Claims (10)

1.一种钢帘线，具有至少5％的高断裂伸长率，包括n个股，所述股是螺旋状预成形的，每个所述股具有捻在一起的m个单丝，所述n为2至7，所述m为2至9，所述股和所述单丝沿相同的方向加捻，所述钢帘线的捻距为Lc，所述股的捻距为Ls，其特征在于，所述Ls与所述Lc之比(Ls/Lc)为0.25至1，所述Lc为16mm至26mm，所述钢帘线的弹性模量大于150000N/mm2。
2.如权利要求1所述的钢帘线，其特征在于，所述Lc为18mm至24mm。
3.如权利要求2所述的钢帘线，其特征在于，所述Lc为20mm。
4.如权利要求1-3任一所述的钢帘线，其特征在于，所述Ls与所述Lc之比(Ls/Lc)为0.30至0.50。
5.如权利要求4所述的钢帘线，其特征在于，所述Ls与所述Lc之比(Ls/Lc)为0.35。
6.如权利要求1-5任一所述的钢帘线，其特征在于，螺旋状预成形的所述股具有预成形节距Ps和预成形波幅As，所述Ps为单丝直径D的50至120倍，所述As为单丝直径D的8至12倍。
7.如权利要求6所述的钢帘线，其特征在于，所述Ps为直径D的70至100倍，所述As为直径D的9至11倍。
8.如权利要求6或7所述的钢帘线，其特征在于，所述Ps等于所述Lc。
9.如权利要求1至8任一所述的钢帘线，其特征在于，当所述m为7时所述n为3。
10.权利要求1至9任一所述的钢帘线的用途是用于强化弹性体产品。
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