钢制帘线及其制造方法以及含有该钢制帘线的充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种用于增强橡胶产品的钢制帘线，一种制备该钢制帘线的方法和具有帘线增强层的充气轮胎。
背景技术
充气轮胎作为典型的橡胶制品常用钢制帘线来增强。
近年来，使用通过将包括之字形波状化的细丝在内的钢制细丝捻合在一起来提高顶部橡胶对帘线的渗透性。
另一方面，将线性细丝松散捻合在一起形成的钢制帘线，以作为常规的帘线结构来改进橡胶的渗透性。
对于后者，捻合单丝的常规结构很易于在帘线的切割端部解开。因此，在制造用于充气轮胎的帘线增强橡胶层中，如带束层，缓冲层，胎体层等，可操作性很差。此外，帘线的起始伸长率相当大。这是因为尺寸稳定性差而引起的问题，所以在成品轮胎中难以保持尺寸的精确度。
对于前者，之字形波状化结构在起始伸长率上优于后者。然而，在波状化或者对单丝之字形永久变形的过程中，决定于波状化地方式波状化的单丝易于或多或少地被破坏，帘线的强度和耐疲劳强度降低。因此，橡胶产品的耐久性变差。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种钢制帘线，其中橡胶对帘线的渗透性得到改进，且降低了起始伸长率，改进了可操作性使得防止捻合单丝在帘线切断端部解开，以及通过防止对单丝的损害改进了帘线的强度和耐久性。
本发明的另一个目的是提供一种制造该种钢制帘线的方法。
本发明的另一个目的是提供一种具有使用该种钢制帘线增强的橡胶层的充气轮胎。
依照本发明的一个方面，一种钢制帘线由每一根单丝直径均为0.25～0.45mm的3～6根钢制单丝构成，其中3～6根钢制单丝包括成形单丝且被捻合在一起，在捻合在一起之前将成形单丝卷绕设定成线圈直径小于5mm和线圈节距大于5mm的线圈的形式，成形单丝包括至少两种线圈形式不同的单丝，成形单丝在线圈直径变小的过程中被捻合在一起，帘线的伸长在50N负荷时小于0.2％以及帘线强度范围在2500～3500N/mm2。
依照本发明的另一方面，一种制造该钢制帘线的方法包括将3～6根钢制单丝捻合在一起成为帘线，其中3～6根钢制单丝的每一根均具有0.25～0.45mm的直径，并且该3～6根单丝含有成形单丝，因此该方法进一步包括在捻合之前通过卷绕钢制单丝来制得成形单丝，使得缠绕的单丝设定为具有小于5mm线圈直径和大于5mm线圈节距的线圈形式，上述单丝捻合是在线圈直径降低的同时进行的。
依照本发明的另一方面，提供胎面中含有由上述钢制帘线制得的缓冲层的充气轮胎。
附图说明
现结合附图对本发明的实施方式做详细描述。
图1是依照本发明的充气轮胎的横截面图。
图2是依照本发明的钢制帘线的横截面图。
图3是依照本发明的用于解释制造钢制帘线的方法图。
具体实施方式
在附图中，依照本发明的充气轮胎1包括胎面部分2，一对胎侧部分3和一对每一个其中均具有胎芯5的胎圈部分4，在胎圈部分4之间延伸的胎体6和在胎面部分2中配置于胎体6外部的带7，9。
在这个实施方式中，轮胎1是用于客车的子午线轮胎。
胎体6由至少一个帘线以相对于轮胎赤道以75～90度的角度径向放置的帘线层6A构成，该帘线层6A在胎圈部分2之间沿着胎面部分2和胎侧部分3延伸，且在每一个胎圈部分4中从轮胎的内向外反包圈芯5以便形成一对反包部分6b和在反包部分之间的主体部分6a。在这个实施方式中，使用如尼龙、人造纤维和聚酯等有机纤维作为胎体帘线。每一个胎圈部分4中在胎体6的反包部分和主体部分之间，配制有从圈芯5向外径向延伸且朝其外端径向逐渐变细的硬塑料制得胎圈胶芯8。
该带包括缓冲层7和至少覆盖于缓冲层7的边缘的任选的带9。
在这个实施方式中，为了改进高速耐久性，带9被配置于缓冲层7的径向外侧。带9由至少一个相对于轮胎赤道以不大于5度的角度螺旋卷绕的带帘线构成。可以使用如尼龙等的有机纤维帘线作为带帘线。本例中使用尼龙。
缓冲层7包括帘线以相对于轮胎赤道以10～35度的角度放置的沿基本上胎面部分2的整个宽度上延伸的平行帘线交叉层7A和7B。
依照本发明的钢制帘线10使用在这个实施方式的缓冲层7中。
钢制帘线10由3～6根捻合在一起的钢制单丝F构成。3～6根钢制单丝F的每一根具有0.25～0.45mm的直径D。以及该3～6根单丝F包括至少两根成形单丝Fi。在每一个成形单丝Fi捻合成帘线10之前，将单丝Fi(起始呈直线状)卷绕成具有永久性的形状。即，如图3所示，直线状钢制单丝F1曾经以小的节距P0和小的直径H0盘绕使得单丝Fi被永久性地设定成具有增大的节距P1和增大的直径H1的盘绕形状。然后，在线圈直径从H1降至H2，更具体的是指通过施加一个张力使绕成线圈的单丝Fi解缠绕或者拉伸(节距增加)同时，绕成线圈的单丝Fi被捻合在一起。
绕成线圈的单丝Fi包括至少两种绕成线圈的单丝，该两种单丝至少在一个线圈参数上，即线圈节距P1和线圈直径H1，互不相同。
这里，线圈直径H1的范围设定为不大于5.0mm(优选不大于4.0mm)和不小于0.5mm(优选不小于2.0mm)。线圈节距P1的范围设定为不小于5.0mm(优选不小于10.0mm)和不大于30.0mm(优选不大于25.0mm)。
3～6根钢制单丝F可以包含非成形的单丝，即在捻合之前为直线状的单丝，但优选所有的单丝F为上述成形单丝Fi。
至于帘线10中的成形单丝Fi，优选所有的线圈参数(P、H)均不相同。
此外，关于具有不同线圈参数的成形单丝Fi，优选在线圈节距P1和线圈直径H1方面均相互不同。
例如，成形单丝Fi可以是如图2所示的线圈节距为Pi1线圈直径为H11的两个单丝Fi1和线圈节距为Pi2(＞Pi1)线圈直径为H12(＞H11)的两个单丝Fi2。
关于用于单丝F的材料，考虑到帘线强度，优选使用炭含量的范围在0.78～0.92wt％的高炭钢。
无论如何，目标是使在50N负荷下的钢制帘线10的伸长范围小于0.2％，以及帘线强度的范围在2500～3500N/mm2。通过采用上述的制造方法，可以得到在上述范围内的参数。
在依照本发明的钢制帘线中，由于可以引起线圈直径增加的成品帘线中的绕成线圈的单丝Fi的弹性，在单丝F之间能够容易地形成间隙，从而改进了对帘线的橡胶渗透性。例如，和变形易于变得不均匀的之字形弯曲相比，以线圈形式的变形甚至在沿单丝的长度上。因此，在负荷条件下的接触或者接近接触的状态下，单丝在从轻负荷到高负荷是相对稳定的。从而使控制起始伸长率变得可能。由于成形单丝包括不同的线圈形式，在保持结构稳定性的同时间隙的形成变得容易。另一方面，线圈化是防止损坏成形单丝的最好的方式。因此，由于在成形过程中的该种损害引起的帘线强度和的降低可以得到有效的防止。
如果线圈直径H1大于5.0mm和/或线圈节距P1大于30.0mm，难以改进橡胶的渗透性。如果线圈节距P1小于5.0mm和/或线圈直径H1小于0.5mm，单丝受到大的捻合力而降低了强度。
如果单丝直径D小于0.25mm，强度和抗弯刚度变得不充分。如果单丝直径D大于0.45mm，耐疲劳性降低。
如果在帘线中的总单丝数少于3，则难以提供必要的强度。如果总数多于6，为了限制帘线的强度在上述的理想范围，就必须使用很细的单丝，从而使得抗弯刚度变得不够充分。如果伸长不小于0.2％，充气轮胎的尺寸稳定性会变差以及制造橡胶化帘线层的操作性变差。如果帘线强度小于2500N/mm2，难以改进轮胎的耐久性。如果帘线强度大于3500N/mm2，对于帘线有弯曲强度降低的倾向。对比测试
制备具有如表1所示规格的钢制帘线，用于橡胶渗透性，结构稳定性和可操作性的测试。
使用那些测试帘线作为缓冲层帘线，制得具有如图1所示的结构的用于客车的尺寸为195/65R15的测试轮胎，用于轮胎耐久性的测试。在测试轮胎中，缓冲层由相对于轮胎赤道22度角放置的帘线数为40/5cm如表1中所示的钢制帘线的两个交叉层构成。胎体由相对于轮胎赤道90度角安置的帘线数为50/5cm的1670dtex/2的聚酯纤维帘线单一层构成。除了显示于表1中的以外，所有轮胎的规格相同。
(1)结构稳定性测试
将帘线切开后观察在切割端部是否有单丝散开或者解捻合发生。
(2)橡胶渗透性测试
在两个顶部橡胶片之间嵌入测试帘线，向橡胶片施加25kg/cm2的压力的同时150℃将该种复合材料硫化30分钟。然后，在显微镜下观测在每10cm的帘线长度上被顶部橡胶完全渗透的帘线长度，按照百分比将该长度表示于表1中。
(3)橡胶顶部的可操作性
为了制得橡胶化的帘线层，使用砑光棍将顶部橡胶施加于平行放置的测试帘线上，由一熟练工人按照感觉按照5个等级对可操作性进行评估。级别数越高，可操作性越好。
(4)轮胎耐久性测试
使用轮胎测试鼓，在下述的加速条件下测量测试轮胎破损时的行驶距离：日本工业标准(JIS)中规定的最大轮胎负荷的150％；JIS中规定的用于最大负荷的轮胎压力的80％；和80km/h的行驶速度。所测得的距离以对比例2为100基准的系数表示于表1中。系数值越大，耐久性越好。表1
上述的测试结果确认，依照本发明，钢制帘线的帘线强度、橡胶渗透性和可操作性得到改进，帘线的起始伸长率降低。对于由该钢制帘线增强的缓冲层的轮胎，其耐久性得到改进。
本发明可以应用于如除客车之外的轻型卡车、重型交通工具等的各种轮胎中的帘线增强橡胶层，如除缓冲层之外的胎体，带等，以及可以将依照本发明的钢制帘线应用于增强各种除橡胶轮胎之外的橡胶制品。
