專利名稱：：具有厚聚合物覆層的鋼絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有可擠出聚合物覆層的鋼絲。技術(shù)背景具有可擠出聚合物覆層例如聚氯乙烯覆層的鋼絲是通常所知道的，美國(guó)專利4107370對(duì)這種鋼絲進(jìn)行了介紹。已知通過(guò)增大鋼絲的直徑來(lái)極大地改進(jìn)鋼絲的許多機(jī)械性能。但是，隨之而來(lái)的缺點(diǎn)是由于鋼的高密度，較大直徑鋼絲的重量也大大增加。另一方面，也存在只由可擠出聚合物構(gòu)成的絲，即不具有鋼芯。這種絲的優(yōu)點(diǎn)是重量輕和高彈性。例如，當(dāng)這些聚合物絲呈螺旋線形以用作書(shū)裝訂線時(shí)，這些絲受到橫向力的作用后會(huì)反彈或回彈到原始形狀。另一方面，這些聚合物絲有各種各樣的缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)是它們的制造工藝慢，最終形狀是螺旋型時(shí)尤其如此。另一缺點(diǎn)涉及到前述的高彈性，這種特性并非總是優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)用作呈螺旋型的書(shū)裝訂線時(shí)，端部會(huì)很尖銳并會(huì)傷及使用者。由于高彈性，不經(jīng)過(guò)熱處理是不可能將這些端部彎曲成危險(xiǎn)程度較小的形狀。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)合了已有的聚合物覆層鋼絲的優(yōu)點(diǎn)和聚合物絲的優(yōu)點(diǎn)的絲。本發(fā)明的目的是提供重量大大減輕同時(shí)又不影響一些關(guān)鍵機(jī)械參數(shù)的絲。根據(jù)本發(fā)明，較細(xì)的鋼芯上設(shè)有基本上厚的可擠出聚合物覆層，因此覆層鋼絲的總直徑基本上增加了。但是，由于聚合物的密度相比鋼而言更低，本發(fā)明的鋼絲具有低重量。鋼芯通常呈圓橫截面。術(shù)語(yǔ)"可擠出聚合物"指各種類型的熱塑性塑料，它們可以被擠出并包括各種聚合物，例如聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯......。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，釆用聚氯乙烯有利，因?yàn)樗子讷@得并相對(duì)便宜。本發(fā)明的覆層鋼絲的特征在于鋼絲的直徑至少是0.2mm，并且覆層的厚度至少是鋼絲直徑的50%。本發(fā)明的覆層鋼絲的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它比相同直徑的鋼絲要輕得多。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于一些聚合物例如聚氯乙烯的成本價(jià)低，因此制造這種覆層鋼絲的成本是非常可接受的。通過(guò)大量試驗(yàn)，令人驚奇的發(fā)現(xiàn)是，本發(fā)明的這種覆層鋼絲的機(jī)械性能得到了極大的提高。下面將通過(guò)一些機(jī)械試驗(yàn)并參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中圖1所示是本發(fā)明的覆層鋼絲的橫向截面；圖2所示是在盤(pán)巻橫向上進(jìn)行壓縮試驗(yàn)的示意圖；圖3說(shuō)明將本發(fā)明的絲用作書(shū)裝訂線；圖4說(shuō)明將本發(fā)明的絲用作曲別針。具體實(shí)施方式進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)，以將本發(fā)明的試樣1和試樣2與現(xiàn)有技術(shù)的試樣3比較。圖1所示是試樣1和試樣2的橫截面，或本發(fā)明的覆層鋼絲10的橫截面。覆層鋼絲10包括鋼絲12和聚氯乙烯(PVC)的外部覆層14,在鋼絲12和外部覆層之間可具有底漆或粘附促進(jìn)層(未顯示)。試樣1由直徑0.50mm的低碳含量(重量比小于0.20%wt.)的拉拔光亮鋼絲12以及0.50mm厚的PVC覆層構(gòu)成，或者說(shuō)由直徑1.50mm的覆層鋼絲10構(gòu)成。這意味著PVC覆層的厚度基本上是鋼絲12直徑的100%。試樣2由直徑0.40mm的高碳含量(碳含量大于0.25。/。wt.且小于l%wt.)的光亮鋼絲12以及0.525mm厚的PVC覆層構(gòu)成，或者說(shuō)由直徑1.45mm的覆層鋼絲10構(gòu)成。這意味著PVC覆層14的厚度基本上是鋼絲12直徑的130%。試樣3由直徑0.80mm低碳含量的光亮鋼絲12構(gòu)成，沒(méi)有任何覆層。試樣l、2、3的鋼絲12的橫截面比例是25:16:64。用試樣l、2和3制作了大量螺旋彈簧16以進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)。該螺旋彈簧16可用作書(shū)的裝訂線。利用試樣l、2、3的已成形的盤(pán)巻或螺旋彈簧進(jìn)行下面的試驗(yàn)。A)盤(pán)巻軸向上抗拉(拉伸)載荷的滯后試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，在盤(pán)巻或彈簧上加載，直至達(dá)到特定值(上反向點(diǎn))，然后卸載，直至達(dá)到預(yù)載荷值。試驗(yàn)條件如下-預(yù)載荷下反向點(diǎn)2牛頓(N)-預(yù)載荷速度200mm/min-1次循環(huán)-上反向點(diǎn)6N，8N，ION，12N-循環(huán)速度200mm/min-夾持間距4圏測(cè)量總變形、彈性變形和塑性變形，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>彈性變形等于總變形與塑性變形之差。表中的每個(gè)數(shù)據(jù)都是至少三次試驗(yàn)的平均值。從該滯后試-驗(yàn)可以看出，盡管與試樣1的直徑0.5mm和試樣2的直徑0.4mm相比，試樣3的直徑0.80mm更大，但在較高的上反向點(diǎn)值時(shí)，試樣3比試樣1和2的塑性變形和總變形更大。該試驗(yàn)說(shuō)明，與試樣3相比較，試樣1和2的機(jī)械性能得到了極大的提高。B)在螺旋彈簧的橫向進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，直至產(chǎn)生塑性變形或彎曲。圖2所示是如何在兩塊板18之間對(duì)螺旋彈簧16加載(壓縮)，直至彈簧塑性變形或彎曲。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表中每個(gè)數(shù)據(jù)值都是至少三次試驗(yàn)的平均值。該試驗(yàn)再次說(shuō)明，與試樣3相比較，試樣1和試樣2的機(jī)械性能得到了極大的提高，盡管試樣3的直徑0.8mm更大。盡管試樣2的鋼絲直徑(0.4mm)和總直徑(1.45mm)均小于試樣l，但試樣2顯示的試驗(yàn)值與試樣1基本上相同。這大概是由于試樣2的PVC覆層較厚的原因。C)盤(pán)巻的橫向進(jìn)行壓縮的滯后試驗(yàn)，測(cè)量塑性變形、彈性變形和總變形。在該試驗(yàn)中，在盤(pán)巻或彈簧的橫向施加壓縮載荷(如圖2)，直至達(dá)到特定值(上反向點(diǎn))，然后再卸載，直至達(dá)到預(yù)載荷值。試驗(yàn)條件-預(yù)栽荷值下反向點(diǎn)2牛頓(N)—預(yù)載荷速度5mm/min-1次循環(huán)—循環(huán)速度5mm/min-夾持間距4圏得到如下結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>每個(gè)數(shù)據(jù)值都是至少三次試驗(yàn)的平均值。該試驗(yàn)再次說(shuō)明，與試樣3相比，試樣1和2的變形值是完全可以接受的，尤其對(duì)于塑性變形。盡管試樣2的鋼絲直徑和總直徑都較小，但是試樣2的塑性變形比試樣1小。這可能是由于試樣2的PVC覆層較厚的原因。D)彈簧軸向上壓縮載荷的滯后試驗(yàn)，測(cè)量塑性變形、彈性變形和總變形。在該試驗(yàn)中，在盤(pán)巻或彈簧上加載，直至達(dá)到特定值(上反向值),然后卸載直至達(dá)到預(yù)載荷值。試驗(yàn)條件如下-預(yù)載荷下反向點(diǎn)2N-預(yù)載荷速度200mm/min-1次循環(huán)-上反向點(diǎn)8N-循環(huán)速度200mm/min-夾持間距4圏得到如下結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>每個(gè)數(shù)據(jù)值都是至少三次試驗(yàn)值的平均值。該試驗(yàn)再次驗(yàn)證了試樣1和試樣2的值是完全可以接受的。E)彎曲覆層彈簧+測(cè)量回彈度對(duì)以下試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn)-現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲在1.13mm低碳鋼芯上包覆PVC，直至最終直徑達(dá)到1.50mm。-本發(fā)明的鋼絲l:在0.50mm低碳鋼芯上包覆PVC，直至最終直徑達(dá)到1.50mm。-本發(fā)明的鋼絲2:在0.40mm高碳鋼芯上包覆PVC,直至最終直徑達(dá)到1.45mm。將上述各試樣的鋼絲成形為彈簧，然后將彈簧夾在Gressel設(shè)備上。夾緊后，彈簧被彎曲135。的角度。之后，將彈簧釋放，并測(cè)量角度變形。這里，180。的測(cè)量角對(duì)應(yīng)100%回彈度。測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表中可以清楚看出，本發(fā)明的試樣表現(xiàn)出的回彈度接近100%，而現(xiàn)有技術(shù)的試樣顯示出具有殘余變形。從前述以及其它試驗(yàn)可以清楚地看到，鋼絲12的直徑至少是0.2mm，并且PVC覆層14的厚度至少是鋼絲直徑的50%。依據(jù)本發(fā)明，覆層鋼絲10的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征是覆層14的厚度小于鋼絲直徑的150%。依據(jù)本發(fā)明，覆層鋼絲10的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征是覆層鋼絲10的直徑小于5mm，且最好小于3mm。構(gòu)成PVC覆層14的聚氯乙烯樹(shù)脂為商業(yè)可得的氯乙烯均聚物，以及包含至少75。/。wt.的氯乙烯和高達(dá)約25。/。wt.的一種或多種其它聚合的共聚單體的共聚物。前述氯乙烯均聚物和共聚物可以和穩(wěn)定劑、增塑劑和顏料結(jié)合，從而獲得PVC覆層14的一些已知典型特性。作為一種可替代的實(shí)施例，本發(fā)明鋼絲可具有兩層不同的聚合物。本發(fā)明鋼絲可用于各種應(yīng)用，例如香檳軟木塞線、柵欄線、鉤眼線、曲別針用絲、書(shū)裝訂線、螺旋裝訂線......圖3用于說(shuō)明用作書(shū)裝訂線，本發(fā)明的鋼絲呈螺旋裝訂線10的形式，用作裝訂書(shū)20。正如前面所提到的并且如果沒(méi)有預(yù)防措施，螺旋裝訂線10的兩端會(huì)傷到使用者。螺旋裝訂線10的內(nèi)部是鋼芯的優(yōu)點(diǎn)是它無(wú)需熱處理就能產(chǎn)生塑性變形。因此，螺旋裝訂線10有利地是具有所謂盤(pán)繞回環(huán)22，其端部向回彎曲，因此不太可能傷到使用者。圖4說(shuō)明了將本發(fā)明的鋼絲用作曲別針24。權(quán)利要求1、具有可擠出聚合物覆層的鋼絲，其特征在于，鋼絲的直徑至少是0.2mm，并且覆層的厚度至少是鋼絲直徑的50％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼絲，其特征在于，覆層的厚度小于鋼絲直徑的200%。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼絲，其特征在于，具有覆層的鋼絲的總直徑小于5mm。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼絲，其特征在于，覆層鋼絲的總直徑小于3mm。5、根據(jù)權(quán)利要求1~4的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的鋼絲，其特征在于，鋼絲是碳含量低于0.20%的低碳鋼絲。6、根據(jù)權(quán)利要求1~4的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的鋼絲，其特征在于，鋼絲是碳含量高于0.25%且低于1%的高碳鋼絲。7、根據(jù)權(quán)利要求1~6的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的鋼絲，其特征在于，覆層鋼絲被高度地機(jī)械變形。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼絲，其特征在于，機(jī)械變形的鋼絲形成了螺旋彈簧。9、將根據(jù)權(quán)利要求1到7中任意一項(xiàng)所述的鋼絲用作書(shū)裝訂線的用途。10、將根據(jù)權(quán)利要求1到7中任意一項(xiàng)所述的鋼絲用作曲別針的用途。全文摘要一種鋼絲(10)，該鋼絲具有可擠出聚合物的覆層(14)，鋼芯(12)的直徑至少是0.2mm，并且覆層的厚度至少是鋼芯直徑的50％。該種鋼絲具有純聚合物絲的彈性，同時(shí)摒棄了它的缺點(diǎn)，例如制造方法慢的缺點(diǎn)。文檔編號(hào)B21F45/22GK101296765SQ200680039689公開(kāi)日2008年10月29日申請(qǐng)日期2006年9月4日優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日發(fā)明者A·格洛布,A·里普萊,P·波爾曼申請(qǐng)人:貝卡爾特股份有限公司