金属帘线及含有该金属帘线的充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种用来增强橡胶制品的金属帘线以及含有用来增强如胎体、缓冲带和帘布筒的轮胎部件的金属帘线的充气轮胎。
背景技术
近年来，从保护环境的观点出发，减少汽车轮胎重量的要求迫切，因为轮胎重量的减少能降低滚动阻力和改进汽车燃料的消耗。因此，人们针对轮胎的各种部件做了各种努力以减少轮胎的重量。
例如，如果使用钢制帘线来增强充气轮胎，为了降低使用在轮胎里钢制帘线的总重量就要努力提高帘线的强度。因此，我们使用各种材料，例如，碳含量在0.90～1.0％重量百分比范围的高碳钢或者含铬的低合金钢制成的线锭，改变钢线拉伸条件以便于均匀化拉伸过程中热的产生和改变对拉伸后的线或者单丝的处理工艺的数量，以及进一步改变热处理工艺，来尝试增加构成钢制帘线的钢制单丝的强度。作为结果，就存在得到期望中的高强度单丝的希望。
然而，这种高强度的钢制单丝的抗疲劳性不好。很难在使用能提高拉伸强度的工艺的同时提高抗疲劳性。
发明内容
因此本发明的一个主要目的是提供一种高强度金属帘线，该金属帘线的抗疲劳性得到提高，所以适合于以降低制品总重量为目的，用来增强如充气橡胶轮胎等橡胶制品。
本发明的另一目的是提供一种使用该高强度金属帘线来降低轮胎重量的充气轮胎。
依照本发明的一个方面，一种金属帘线包括多个单丝，每一个单丝的拉伸强度范围为4000～5500N/mm2和直径范围为0.10～0.35mm，这些单丝被扭绞在一起，其中这些单丝在扭绞之前，经二维波状化处理使得帘线在断裂之后的伸长率在2～6％范围内。
依照本发明的另一方面，一种金属帘线是一个单一的单丝，该单丝的拉伸强度范围4000～5500N/mm2的和直径D的范围为0.10～0.35mm，该单丝被二维波状化处理使得断裂之后的伸长率在2～6％范围内。
依照本发明，一种充气轮胎包括上面提到的作为增强帘线的金属帘线，如胎带帘线，胎体帘线和胎圈增强帘线。
附图说明
现在将结合附图对本发明的实施方式作详细描述。
图1是依照本发明的充气轮胎的横截面图。
图2表示一个用来制造金属帘线的经二维波状化处理后的单丝。
图3是依照本发明的金属帘线的横截面示意图。
图4是用来解释制造图3中表示的金属帘线方法的示意图。
图5是用来解释制造另一种金属帘线方法的示意图。
具体实施方式
在图1中，依照本发明的充气轮胎包括胎面2，一对侧壁部分3，一对其中均有一个胎圈圈心5的胎圈4，一个在胎圈4之间延伸的胎体6，和一个安置于在胎面部分2中的胎体6的外部的胎面增强带(7，9)。
该例子中，充气轮胎1是一种用于载客汽车的子午轮胎。
胎体6包括至少一个相对于轮胎赤道线以75～90度的角度径向排列的帘线制成的帘布6A。胎体帘布6A包括一个主要部分6a和一对翻起部分，其中主要部分6a通过胎面部分2和侧壁部分3，在胎圈部分4内的胎圈圈心5之间延伸，在一个胎圈部分4中每一个翻起部分6b绕胎圈圈心5从轮胎的内侧向轮胎的外侧翻起。
在该例中，使用如尼龙、人造纤维、聚酯等有机纤维帘线来作为胎体帘线。
每一个胎圈部分4位于胎圈圈心5的径向外部，该胎圈圈心具有一个由硬橡胶制成的胎圈顶部8，该顶部8在主要部分6a和翻起部分6b之间径向向外延伸，同时向着其径向外端变细。
上面提到的胎带包括一个缓冲带7和选用性的夹带9。
缓冲带7至少包括两个交叉帘布7A和7B(在该例子中仅有两层)，每一个交叉帘布都由相对于轮胎赤道线10～35度的角度放置的平行帘线制成。
夹带9在缓冲带7的径向外侧放置，使夹带9至少覆盖缓冲带7的轴向边缘，从而在缓冲带7上提供能提高胎带高速耐久性的箍筋效果。夹带9由平行帘线或者至少一个帘线的缠绕物制成，其中帘线相对于轮胎赤道线的角度范围是不大于5度。
在这个例子中，胎带包括夹带9，该夹带9包括由螺旋形缠绕的如尼龙等有机纤维帘线制成的一对轴向间隔的边缘夹带帘布。
在该实施例中，为了通过降低缓冲带7的重量来减少轮胎重量，使用一种金属帘线10作为上面提到的缓冲带帘线。
该金属帘线10至少由一个高强度的单丝F制成。
高强度单丝F通过拉伸钢锭成直径D为0.10～0.35mm的单丝制得，优选使用例如碳含量在0.90～1.0％重量百分比范围的高碳钢或包括铬的低合金钢等作为制成单丝F的金属材料。通过调节拉伸、热处理等的条件，将单丝F的拉伸强度增加到4000～5500N/mm2，优选4500～5500N/mm2。而通常使用的构成轮胎增强钢制帘线的单丝的拉伸强度大约是2400～2800N/mm2。因此，可以说本发明中使用的单丝F的拉伸强度很高。
然后将单丝F进行二维波状化处理(此后称为“波状化单丝Fa”)。二维波状化处理的主要目的是将得到的金属帘线10断裂后的伸长率提高到适合于增强充气橡胶轮胎的伸长率范围2～6％。
如果是缓冲带帘线或者胎体帘线，所有在金属帘线10中的经波状化处理的单丝Fa的数量优选不超过12个(包括1个)。因此，有可能使用一个单一的单丝Fa作为金属帘线10。
图2表示一个单丝上的二维波形状的例子。其中波峰Y1和Y2之间的节段Y3是直的。因此，该波形可以说成是一个三角形波。但是，二维波形状可以是一个由如正弦曲线等弯曲节段Y3组成的平滑曲线。
两个波峰Y1之间(或两个Y2之间)的波节距P优选范围2.5～10.0mm，波峰Y1和Y2之间的波高H的范围优选0.1～0.5mm。(在图2中，由于使其清楚的缘故波高H已被相当程度地放大。)
图3表示用将三个波状化处理单丝Fa通过如图4所示的对每一个单丝施加第一扭绞使其最终扭绞在一起后制得的金属帘线的示例。
因为给二维波状化处理单丝Fa第一扭绞，在制成的帘线中单丝Fa显示出三维波形状。作为结果，可以将波状化处理最小化来得到上面提到的范围内的伸长率，从而可以最小化因波状化处理而引起的对帘线的单丝可能的损害以提高帘线的耐久性。
如果金属帘线10由多个单丝制成，优选将单丝Fa分成多个组B，每一组包括1～4个单丝Fa，其中一组中的多个单丝Fa在还未被第一扭绞之前呈没有扭绞的束状，如图5所示，在将每一组B扭绞(第一扭绞)的同时，将多个组B扭绞在一起制成帘线10(最后扭绞)。图5表示具有由一个经波状化处理单丝组成的一个组B和两个均由两个波状化处理单丝组成的两个组B的例子。
如果上面提到的如图3和图4所示的例子，可以说成是组B的数量是3，每一组仅包括一个单丝Fa。
另外，如平行纱线相似，只要帘线断裂后的伸长率在2～6％范围内，可以将经二维波状化处理的单丝Fa捆扎成帘线而不对单丝进行扭绞。单丝Fa的数量优选不超过12。
总之，最后扭绞节距Pw优选设定在10～30mm的范围。第一扭绞节距Pn设定在为最后扭绞距Pw的1～20倍的范围内，优选多于2倍。
如果波节距P大于10.0mm和/或波高H小于0.1mm，由于该种波太小，所以难以获得要求的大于2％的伸长率。如果波节距P小于2.5mm和/或波高H大于0.5mm，伸长率会变得太大，易于增加因波状化处理对单丝造成的损害。
如果断裂后的伸长率小于2％，帘线的耐久性会降低，会难以跟上制造和硫化轮胎中的伸长。如果断裂后的伸长率大于6％，由于缓冲带7的伸长率增加，跑动中的轮胎变形会增加，易于发生缓冲带边缘分离。
如果单丝直径D小于0.10mm，单丝的强度会迅速降低，难以得到用于帘线时要求的强度。另一方面，如果单丝直径D大于0.35mm，由于刚度变得太高，难以通过二维波状化处理得到要求的伸长率。对比实验
将制造的除了缓冲带帘线外具有如图1所示的相同结构的，尺寸为195/65R15的载客汽车的测试轮胎用于耐久性测试。缓冲带帘线的性能规格表示在表1中。
缓冲带由两个交叉帘布构成：一个帘布的帘线相对于轮胎的赤道线以+20度放置，另一个帘布的帘线相对于轮胎的赤道线以-20度放置。
胎体由相对于轮胎赤道线成89度放置的聚酯纤维帘线(1670dtex/2)的一个单一帘布构成。
耐久性实验使用一个轮胎测试鼓进行。在日本工业标准(JIS)规定的最大轮胎负荷的150％，JIS中规定的大气压力的80％以及行驶速度80km/h的条件下，测量直到破裂时的行驶距离。以对比轮胎的指数为100基准，测试结果示于表1中，其中指数数值越大，耐久性越好。
表1中，轮胎的重量以与对比轮胎的差数表示出。
从测试结果，可以确认通过设定拉伸强度大于4000N/mm2，用于增强缓冲带的必要的帘线中的钢数量可以降低很多，轮胎的重量可以降低很多，以及通过赋予单丝以具体的二维波形状，可以增加抗疲劳性从而有效地提高耐久性。拉伸强度大于5500N/mm2的单丝难以制造，因此会有高的生产成本。
表1
如上所述，依照本发明的金属帘线，单丝的拉伸强度得到了很大增加，单丝的二维波状化处理提高了帘线的抗疲劳性。因此，在保持或者提高耐久性的同时，可以减少增强如充气轮胎等橡胶制品所需要的帘线重量。与如螺旋波状化处理等的三维波状化处理相比，二维波状化处理容易并且尺度准确性和稳定性高。所以，帘线可以更容易地制得和可以降低生产成本。
本发明不仅能够合适的应用于载客汽车的充气轮胎，还能应用于轻型载货汽车、消遣用车辆、卡车/公共汽车等。如果是充气轮胎，除了缓冲带帘线外，根据本发明的金属帘线可以应用于帘布筒帘线，胎体帘线，胎圈增强帘线等。另外，除了充气轮胎外，依照本发明的金属帘线可以用来增强有减少重量需求的橡胶制品。
