專利名稱：具有聚合物芯的鋼絲簾布的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于加強(qiáng)彈性體如橡膠的并且例如被用于輪胎、傳送帶和軟管的復(fù)合簾布。
背景技術(shù)：
鋼絲簾布且確切地說(shuō)是特別致密的簾布是眾所周知的。它們被用于加強(qiáng)橡膠件。在致密的鋼絲簾布中，構(gòu)成鋼絲具有相同的扭曲方向和扭曲間距。致密鋼絲簾布的鋼絲與相鄰的鋼絲線接觸。鋼絲簾布和致密簾布具有芯絲表面會(huì)磨損的缺點(diǎn)。這種磨損可能相當(dāng)高。磨損不局限于芯絲，就是說(shuō)，圍繞芯絲的鋼絲也遇到了磨損。
在傳統(tǒng)的簾布中，單根絲卷繞著簾布。這種簾布的特點(diǎn)是它具有卷繞鋼絲造成外層鋼絲磨損的缺點(diǎn)。EP0627520提供了一種不卷繞致密鋼絲簾布，由此一來(lái)，外層鋼絲履行了卷繞鋼絲的功能。但是，這些外層鋼絲對(duì)芯絲施加了高壓力，這導(dǎo)致了芯絲磨損并相當(dāng)嚴(yán)重地?fù)p壞了芯絲。
具有芯和鋼絲層的鋼絲簾布且確切地說(shuō)是致密簾布的另一個(gè)已知缺點(diǎn)就是，它們遇到了芯移動(dòng)的問(wèn)題。芯移動(dòng)是指簾布鋼絲因反復(fù)彎曲而滑移。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是減輕芯絲磨損和圍繞芯絲的鋼絲磨損。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到改進(jìn)的復(fù)合簾布。簾布結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的改善意味著鋼絲更穩(wěn)定且更好地分布在芯上。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是避免芯移動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用壽命延長(zhǎng)的復(fù)合簾布。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于加強(qiáng)彈性體的復(fù)合簾布，它包括一個(gè)由高聚物構(gòu)成的芯、繞著芯扭曲的第一層鋼絲和繞著第一層鋼絲扭曲的第二層鋼絲。所述第一層鋼絲和第二層鋼絲最好都具有相同的扭曲間距。所有第一層鋼絲和第二層鋼絲還最好具有相同的扭曲方向。
由于芯絲由聚合物構(gòu)成，所以，芯絲沒(méi)有磨損。是現(xiàn)有技術(shù)的顯著缺點(diǎn)的芯移動(dòng)也由此得到克服。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述聚合物的體積足以在第一層的相鄰鋼絲之間產(chǎn)生間隙。在這樣的實(shí)施方案中，第一層鋼絲之間沒(méi)有直接接觸。這導(dǎo)致了第一層鋼絲之間的磨損程度顯著降低。
第一層的相鄰鋼絲之間間隙的平均尺寸優(yōu)選地至少為0.002毫米。間隙的平均尺寸最好為0.004毫米。
間隙平均尺寸是指在在整段簾布上的第一層相鄰鋼絲之間的所有間隙的平均尺寸。一些橫截面偶然可能具有小于平均尺寸的間隙。
可以按照中心芯理論直徑d、第一層鋼絲直徑D和第一層鋼絲數(shù)量n并根據(jù)以下公式來(lái)表示間隙的尺寸。
a＝(d＋D)sin(180°/n)-D簾布中心芯的理論直徑是指在簾布鋼絲產(chǎn)生的孔中的最佳配合圓的直徑。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，如此選擇聚合物芯的體積，即不僅在第一層的相鄰鋼絲之間產(chǎn)生了間隙，而且在第二層的相鄰鋼絲之間產(chǎn)生了間隙。
在鋼絲間有間隙是很重要的，因?yàn)樗试S與鋼絲復(fù)合的彈性體滲透到簾布芯附近。這樣一來(lái)，鋼絲可以完全被埋入聚合物中，即芯的高聚物和彈性體中。
可以將不同類型的有機(jī)絲線用作芯材。為了避免聚合物在預(yù)熱或硫化時(shí)熔化，所用聚合物的熔點(diǎn)必須足夠高，聚合物的熔點(diǎn)最好高于135℃如高于140℃。該熔點(diǎn)最好低于硫化溫度。這樣的聚合物只在預(yù)熱時(shí)部分熔化，不過(guò)避免了完全流出。
聚合物芯包含有至少一個(gè)高聚物絲。所述絲可以熔化或扭曲。適當(dāng)?shù)慕z線是聚酰胺絲、聚酯絲、聚乙烯絲、聚丙烯絲、芳族聚酰胺絲如Twaron或Kevlar、由共聚酯熱塑彈性體制成的絲如Arnitel，或任何強(qiáng)力絲。適當(dāng)?shù)木埘０方z例如是尼龍6或尼龍6.6。有可以考慮使用聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphtalate)(PEN)絲或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)絲。
聚酯的優(yōu)點(diǎn)是它具有低吸濕性。事實(shí)已經(jīng)證明了，使用包含至少一根高性能聚乙烯纖維的芯是很適當(dāng)?shù)?。這些纖維具有超過(guò)2GPa的如3GPa的抗拉強(qiáng)度。這些超強(qiáng)聚乙烯纖維最好具有超過(guò)85％的大分子取向并且最好是超過(guò)90％的大分子取向。聚乙烯的結(jié)晶度最好超過(guò)80％，例如為85％。這些纖維被稱為Dyneema。
或者，可以將由兩種不同材料構(gòu)成的絲線用作聚合物芯。這些絲線包括涂有聚合物的芯材。芯材賦予簾布所需的強(qiáng)度。圍繞芯材的聚合物最好在熱處理時(shí)流走。
芯材例如可以是PEN或PET。圍繞芯材的材料例如是聚乙烯、聚丙烯或共聚酯熱塑彈性體，它們被稱為Arnitel。其熔點(diǎn)低于傳統(tǒng)PET的改性PET也可以被用作芯的覆蓋材料。這些材料可以通過(guò)擠壓被覆蓋到芯材上。
對(duì)于所有上述聚合物芯材來(lái)說(shuō)，聚合物芯直徑被選擇成獲得了在第一層相鄰鋼絲之間間隙的上述最小尺寸。
聚合物絲線可以被浸濕以便獲得在彈性體化合物與聚合物之間獲得良好的粘附性。
根據(jù)所用聚合物的類型以及聚合物芯的直徑，可以實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)施方案。
在第一實(shí)施方案中，熔點(diǎn)高于硫化溫度的聚合物被用作芯。具有這樣高的熔點(diǎn)的聚合物例如是聚酯。由于聚合物的熔點(diǎn)高，所以聚合物不在加熱時(shí)流走。
聚合物芯的直徑最好被選擇減使圍繞芯的第一層鋼絲彼此不接觸。
在第二實(shí)施方案中，使用了其熔點(diǎn)高于140℃但低于硫化溫度的聚合物。在硫化過(guò)程中，聚合物流失。聚合物數(shù)量被選擇成聚合物充滿由簾布鋼絲產(chǎn)生的中心孔以及至少部分地填充在第一層相鄰鋼絲之間的間隙。因此，第一層鋼絲至少部分地埋入粘性或粘彈性基材中。這樣一來(lái)，聚合物形成了一種軟墊。獲得了至少為0.002mm的第一層相鄰鋼絲之間間隙的平均尺寸，這意謂著鋼絲之間不相互直接接觸。偶然地，間隙尺寸可以小于所需的平均間隙尺寸并且在一些例外情況下，可以有其中一些鋼絲相互接觸的橫截面。但即使在后一種情況下，平均間隙尺寸也至少為0.002mm。由于鋼絲局部埋入聚合物基材中并且相鄰鋼絲沒(méi)有直接接觸，所以，明顯改善了第一層鋼絲的磨損性能。根據(jù)上述實(shí)施方案的復(fù)合簾布的特征還在于，有利地改善了簾布穩(wěn)定性。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，在硫化后，聚合物不僅充滿了簾布中心孔和第一層相鄰鋼絲之間的間隙，而且如此選擇聚合物量，即在聚合物流走后，聚合物接觸第二層鋼絲。至少一半的第二層鋼絲即位于第一層的兩根絲之間的鋼絲接觸聚合物。這進(jìn)一步減輕了第一層和第二層的鋼絲的磨損。
簾布可能結(jié)構(gòu)是C+6+12、C+8+12、C+8+13、C+8+15。注意，C是高聚物芯。對(duì)于致密簾布來(lái)說(shuō)，第一層鋼絲的數(shù)量最好為5、6或7。第二層鋼絲的數(shù)量最好是第一層鋼絲數(shù)量的兩倍。致密簾布的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是由C+15、C+18和C+21型構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
如上所述，所有鋼絲最好通過(guò)高聚物流走和/或通過(guò)彈性體向簾布中心的滲透而埋在聚合物中。
彈性體的滲透可以通過(guò)用略細(xì)的鋼絲代替第二層的一些鋼絲而進(jìn)一步加強(qiáng)。
復(fù)合簾布最好是無(wú)卷繞簾布。第二層鋼絲施加一個(gè)徑向向內(nèi)的力。這樣一來(lái)，外層鋼絲完成了傳統(tǒng)鋼絲簾布的卷繞鋼絲的功能。外層鋼絲的這個(gè)徑向向內(nèi)的力可以通過(guò)各種方式實(shí)現(xiàn)。第一種實(shí)現(xiàn)這種力的方式是賦予外層鋼絲以殘余扭矩，這會(huì)使鋼絲簾布閉合。第二種施加這個(gè)徑向向內(nèi)的力的方式是如此預(yù)制出外層鋼絲，即預(yù)制比小于或等于100％。專用鋼絲的預(yù)制比被定義為松開(kāi)鋼絲的螺旋面直徑與簾布中鋼絲的螺旋面直徑之比。第三種施加這個(gè)徑向向內(nèi)的力的方式是在鋼絲簾布中使外層鋼絲承受一定拉應(yīng)力。如果在小心地松開(kāi)外層鋼絲后，松開(kāi)的外層鋼絲的扭曲間距小于鋼絲簾布的扭曲間距，則外層鋼絲在鋼絲簾布中承受一定拉應(yīng)力。
此外，可以綜合進(jìn)行上述三種方式以實(shí)現(xiàn)外層鋼絲的徑向向內(nèi)的力。
制造這樣的無(wú)卷繞鋼絲簾布的方式在EP0627520中披露了。但是，這種鋼絲簾布遇到了芯絲磨損問(wèn)題，因?yàn)橥鈱愉摻z對(duì)芯絲施加了高壓力。
圖面簡(jiǎn)介參見(jiàn)附圖來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。


圖1和圖2畫(huà)出了本發(fā)明的復(fù)合簾布結(jié)構(gòu)的橫截面。
發(fā)明的最佳實(shí)施方案參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的復(fù)合簾布10包括高聚物芯12和十八根環(huán)繞芯的鋼絲14、16。高聚物芯包含了聚乙烯纖維。其中六根鋼絲14在第一層中圍著芯扭曲，其余十二根鋼絲16圍著第一層鋼絲扭曲。
簾布中心芯的理論直徑為0.20毫米。鋼絲直徑等于0.175毫米。所有鋼絲的鋪設(shè)長(zhǎng)度為10.0毫米。在第一層的相鄰鋼絲之間，存在著平均尺寸為0.0125毫米的間隙。在硫化過(guò)程中，芯材流出并且至少填充了第一層鋼絲之間的間隙的一部分。在這個(gè)實(shí)施方案中，第一層鋼絲部分被埋在芯的聚合物中。
高聚物芯的直徑必須至少是0.235毫米，以便獲得第一層鋼絲被部分埋嵌的效果。所要求的最小直徑可以通過(guò)使用以下公式來(lái)計(jì)算dc=d2+n.ΔA0.785]]>其中，dc聚合物芯直徑；d簾布芯的理論直徑；n第一外層中的鋼絲數(shù)；ΔA1/8[(d＋D)2·sinα-2π·d2/n-D2π(1-2/n)]D第一外層鋼絲的直徑；α360°/n圖2畫(huà)出了復(fù)合簾布10的另一個(gè)實(shí)施方案。高聚物芯12包括超強(qiáng)聚乙烯絲。聚合物的大分子取向?yàn)?0％，結(jié)晶度為85％。
十八根鋼絲環(huán)繞芯扭曲。其中六根絲14環(huán)繞芯地設(shè)置在第一層中，另外十二根鋼絲16在第二層中圍繞第一層扭曲。簾布芯的理論直徑為0.20毫米。鋼絲直徑等于0.175毫米。所有鋼絲的鋪設(shè)長(zhǎng)度為10.0毫米。在第一層的相鄰鋼絲之間的平均間隙為0.0125毫米。在第二層的相鄰鋼絲之間也有間隙。這些間隙的平均尺寸等于0.003毫米。
在硫化過(guò)程中，芯材流出，直到它接觸第二層鋼絲為止。聚合物充滿了簾布鋼絲的中心孔以及第一層鋼絲之間的間隙并接觸一半第二層鋼絲。在這個(gè)實(shí)施方案中，第一層鋼絲幾乎完全被埋在聚合物中。獲得這種簾布的一個(gè)實(shí)施方案所需的高聚物芯的直徑至少為0.263毫米。
彈性體向著簾布中心的滲透可以通過(guò)用六根粗0.175毫米的鋼絲和六根粗0.16毫米的鋼絲來(lái)代替第二層的0.175毫米粗鋼絲16而得到改善。由此一來(lái)，交替布置粗0.175毫米的鋼絲和粗0.16毫米的鋼絲。
兩種根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合簾布經(jīng)受了傳統(tǒng)的循環(huán)帶實(shí)驗(yàn)。第一種復(fù)合簾布包括由超強(qiáng)聚乙烯纖維構(gòu)成的高聚物芯和18根卷繞芯的0.175毫米粗鋼絲。簾布鋼絲中心孔的理論直徑為0.21毫米。第二種作為高聚物芯包括聚酯纖維和18根卷繞芯的鋼絲。中心芯的理論直徑為0.22毫米并且鋼絲直徑等于0.175毫米。
這兩種復(fù)合簾布與傳銃的0.20+18×0.175類型的致密簾布進(jìn)行比較。
在進(jìn)行循環(huán)帶實(shí)驗(yàn)前后測(cè)量不同類型簾布鋼絲的斷裂負(fù)載。實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納于表1中。第3列表示在進(jìn)行了循環(huán)帶實(shí)驗(yàn)后的鋼絲斷裂負(fù)載，以百分比表示。
在循環(huán)帶實(shí)驗(yàn)后，不同受檢簾布類的鋼絲也接受了彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)。測(cè)量破裂前的循環(huán)次數(shù)。彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)是在軸向加載980克力的情況下進(jìn)行的。
表1的列4示出了在進(jìn)二行完循環(huán)帶實(shí)驗(yàn)后的周期數(shù)的減少百分比。
表1
C=芯絲；O=鋼絲。
從這個(gè)表中看到，在進(jìn)行完循環(huán)帶實(shí)驗(yàn)后，本發(fā)明的復(fù)合簾布的鋼絲具有比傳統(tǒng)致密簾布高的斷裂負(fù)載。
對(duì)復(fù)合簾布來(lái)說(shuō)，與傳統(tǒng)的致密簾布相比，可在循環(huán)帶實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行的彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)的周期數(shù)明顯要高。
表2列出了與傳統(tǒng)致密簾布對(duì)比的上述兩種復(fù)合簾布的主要特性。
表2
從表2的結(jié)果中可以知道，本發(fā)明復(fù)合簾布的機(jī)械性能與傳統(tǒng)致密簾布的性能相似。
鋼絲簾布且確切地說(shuō)是復(fù)合簾布必須具有幾個(gè)特點(diǎn)以便適用于加強(qiáng)彈性體。簾布的鋼絲具有0.05毫米-0.80毫米的直徑并最好是0.05毫米-0.45毫米的直徑。
鋼絲的典型鋼成分是碳0.70％-1.20％，錳0.10％-1.10％，硅0.10％-0.90％，磷與硫≤0.15％。磷與硫的含量最好被限制在0.010％。可以添加象鉻、銅、釩這樣的元素，鉻不超過(guò)0.20％-0.40％，銅不超過(guò)0.20％，釩不超過(guò)0.30％。所有含量都以重量百分比表示。鋼絲通常涂有涂層，它促進(jìn)了鋼絲粘附在彈性體化合物上?？梢允褂勉~合金涂層如黃銅(銅含量或高或低)或復(fù)合涂層如鎳/黃銅、黃銅/鈷、鋅/鈷或鋅/錳合金。有兩種截然不同功能的涂層如含硅烷化合物的涂層也是適用的。涂層厚度最好為0.15微米-0.35微米。
根據(jù)其成分、粗細(xì)以及拉拔程度，鋼絲的抗拉強(qiáng)度可以為2000MPa-4000MPa或更高。
權(quán)利要求
1.一種用于加強(qiáng)彈性體的復(fù)合簾布(10)，它包括一個(gè)由高聚物構(gòu)成的芯、繞著芯扭曲的第一層鋼絲(14)和繞著第一層鋼絲扭曲的第二層鋼絲(16)，所述第一層鋼絲和第二層鋼絲都具有相同的扭曲方向和扭曲間距。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物的體積足以在第一層的相鄰鋼絲之間產(chǎn)生間隙。
3.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述間隙的平均尺寸至少為0.002毫米。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物的體積足以在熱處理或硫化后填充由簾布鋼絲產(chǎn)生的中心孔以及至少第一層相鄰鋼絲之間間隙的一部分。
5.如權(quán)利要求1-3之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物的體積足以在熱處理或硫化后填充由簾布鋼絲產(chǎn)生的中心孔以及至少第一層相鄰鋼絲之間間隙的一部分，由此一來(lái)，聚合物接觸位于第一層的兩個(gè)鋼絲之間的第二層鋼絲。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述芯的聚合物具有高于135℃且低于硫化溫度的熔點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1-5之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物芯包含了至少一根聚酰胺絲。
8.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合簾布，其特征在于，聚酰胺是尼龍6或尼龍6.6。
9.如權(quán)利要求1-5之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物芯包含了至少一根聚酯絲或者至少一根共聚酯熱塑彈性體絲。
10.如權(quán)利要求1-5之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物芯包含了至少一根聚乙烯或聚丙烯絲。
11.如權(quán)利要求1-5之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物芯包括至少一根其抗拉強(qiáng)度超過(guò)2GPa的超強(qiáng)聚乙烯絲。
12.如權(quán)利要求11所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚乙烯具有超過(guò)85％的大分子取向。
13.如權(quán)利要求11所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚乙烯具有大于80％的結(jié)晶度。
14.如權(quán)利要求1-5之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述聚合物芯包含了芯材和圍繞該芯材的聚合物。
15.如權(quán)利要求14所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述芯材選自聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，圍繞芯材的聚合物選自聚乙烯、聚丙烯和共聚酯熱塑彈性體。
16.如權(quán)利要求1-15之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，第一層中的鋼絲數(shù)量為5-7。
17.如權(quán)利要求1-16之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，第二層鋼絲的數(shù)量是第一層鋼絲數(shù)量的兩倍。
18.如權(quán)利要求1-17之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，所述簾布是無(wú)卷繞簾布。
19.如權(quán)利要求1-18之一所述的復(fù)合簾布，其特征在于，第二層的鋼絲施加徑向朝內(nèi)的力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于加強(qiáng)彈性體的復(fù)合簾布(10),它包括一個(gè)由高聚物構(gòu)成的芯(12)、繞著芯扭曲的第一層鋼絲(14)和繞著第一層鋼絲扭曲的第二層鋼絲(16)。聚合物的體積足以在第一層的相鄰鋼絲以及可能也在第二層鋼絲之間產(chǎn)生間隙。復(fù)合簾布的特征是其鋼絲磨損減輕。
文檔編號(hào)D07B1/06GK1341178SQ00804129
公開(kāi)日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2000年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月4日
發(fā)明者H·波伊斯克, S·瓦尼斯特, S·沃斯坦恩 申請(qǐng)人:貝克特股份有限公司