專利名稱：開放式鋼絲繩結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來加強彈性制品如橡膠輪胎、輸送帶、聚氨酯或橡膠的同步膠帶、膠管、心軸等的鋼絲繩和鋼絲繩織物。
本發(fā)明還涉及一種用來加強橡膠制品用的鋼絲繩的制造方法和使鋼絲繩的強度元件變形的裝置。
對鋼絲繩的主要要求之一為彈性體如橡膠的充分滲透性。這句話的意思是說橡膠必須能夠滲透到鋼絲繩的組成元件之間并且填滿所有可能的間隙，為的是減少元件之間的磨損和張緊，并防止水分在鋼絲繩上游動，因為水分會帶來腐蝕由此而顯著降低鋼絲繩和橡膠制品的壽命。
現(xiàn)有技術(shù)曾提出數(shù)種方案來使鋼絲繩具有橡膠的滲透性。專利文件US-A-4 258 543和US-A-4 399 853的方案為將組成鋼絲繩的鋼絲用機械方法在其彈性極限之外預(yù)先成形使鋼絲繩具有開放的形式由于鋼絲的塑性變形，這種鋼絲繩在沿其長度上具有“粗間隙”，這樣便可確保橡膠滲透到鋼絲繩內(nèi)。但這種鋼絲繩也有重大的缺點為了確保橡膠的充分滲透，需要有一較大程度的塑性變形和隨之而來的較大的開放度。這會導(dǎo)致鋼絲繩的直徑過大和部分負荷延伸率(PLE)過高，并會使捻制鋼絲繩內(nèi)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。當將這種鋼絲繩埋藏在輪胎的護胎層內(nèi)時，它會對輪胎的轉(zhuǎn)向性能和耐用性產(chǎn)生不良的影響。
現(xiàn)有技術(shù)的專利文件EP-A-0 462 716曾對上述結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題提出一種解決方案。該方案為將組成鋼絲繩的鋼絲變形成為螺旋形狀，但其螺距小于鋼絲繩的捻制節(jié)距，并且其螺旋直徑略大于鋼絲直徑。由于這個變形成為螺旋形的鋼絲的螺距小于鋼絲繩的捻制節(jié)距，因此在每個捻制節(jié)距內(nèi)造成的“微間隙”就不止一個。在這里采用微間隙一詞為的是與上述的粗間隙一詞有所區(qū)別。比起上述的粗間隙，微間隙的尺寸較少但數(shù)量較多。微間隙的尺寸基本上小于鋼絲繩的捻制節(jié)距。由于這些微間隙，橡膠就能充分滲透到鋼絲繩內(nèi)而不會使鋼絲繩產(chǎn)生繩徑過大或部分負荷延伸率過大的缺點。但螺旋形的鋼絲須用外部驅(qū)動的變形銷才能獲得，而該變形銷必須以比捻制鋼絲繩的倍捻捻線機的轉(zhuǎn)速的兩倍還要高的速率旋轉(zhuǎn)，因此這是一個比較耗能而又費錢的制造方法。
還有一個現(xiàn)有技術(shù)的專利文件US-A-5 020 312公開了另一種方法來使組成鋼絲繩的鋼絲中的數(shù)根或全部變形以便得到能被橡膠充分滲透的鋼絲繩。它是將數(shù)根或全部鋼絲通過一對齒輪狀元件的齒表面使鋼絲得到曲折的形狀。這種齒輪狀元件的兩齒間的節(jié)距是可以選擇的，以使在鋼絲繩的每一個捻制節(jié)距內(nèi)可以在鋼絲之間得到不止一個的微間隙。這樣便可保證得到橡膠的充分滲透而不會發(fā)生部分負荷延伸率較大的缺點。并且這兩個齒輪狀元件不是由外力驅(qū)動的而是由鋼絲本身驅(qū)動的。因此這個過程是不耗能而又不費錢的。但這種實施例也有其缺點，即齒輪狀元件會在鋼絲上滾軋到某種程度，以致鋼絲，特別是其上的薄鍍層(適宜為黃銅或鋅，其厚度大大小于1微米)受到損傷，或者會導(dǎo)致齒輪狀元件本身大量磨損，或者兩種情況都有。對包有鍍層的鋼絲造成的損傷能可觀地降低這種鋼絲的抗疲勞性和粘著強度。
本發(fā)明的目的是要提供一種沒有現(xiàn)有技術(shù)的缺點的鋼絲繩。本發(fā)明的進一步目的是要提供一種能夠被橡膠充分滲透的、具有低PLE值而制造起來不費錢并對其組成元件(鋼絲)沒有損傷的鋼絲繩。
本發(fā)明還有一個目的是要提供一種能對反復(fù)彎曲和反復(fù)拉伸負荷提高抗力的鋼絲繩。
接照本發(fā)明的第一方面提供的鋼絲繩具有至少一個強度元件和一條縱向的中心軸線。
元件都以一個捻制節(jié)距捻曲在鋼絲繩內(nèi)并在垂直于縱向軸線的平面上具有突出部。這些突出部具有曲線構(gòu)成的形狀。這些曲線中至少有一條為凸曲線，其曲率半徑在一最大值和一最小值之間交替變化。該鋼絲繩還以下列特性中的一個或兩個作為特征(i)沿著縱向中心軸線量得的所說凸曲線在兩個最小曲率半徑之間的距離與設(shè)有該凸曲線的元件的半節(jié)距不同；或(ii)曲線中至少有一條與其他曲線基本不同的曲線。
“鋼絲繩”一詞并不意味著所有組成元件都必需是鋼元件而只是意味著其中大部分組成元件為鋼元件。其他元件如尼龍或芳族聚酰胺(aramide)也可作為強度元件或填充元件在鋼絲繩中存在。
“元件”一詞既可指單一鋼絲，也可指具有多根單一鋼絲的股繩。對元件的特定形狀并無特殊限制。適宜的做法是元件具有一個基本上為圓形的橫截面，但具有扁平、長方或橢圓橫截面的元件并不排斥在外。
“強度元件”一詞是指基本上承擔鋼絲繩全部斷裂負荷的元件(鋼絲或股繩)。“強度元件”一詞并不用來指包裹纖維，因為包裹纖維基本上并不承擔鋼絲繩的斷裂負荷。就這個意義說，便可在本發(fā)明的鋼絲繩與JP-A-63-110 002中所公開的鋼絲繩之間作出明確的區(qū)別，因為后者只是包裹纖維的突出部在垂直于鋼絲繩縱向軸線的平面上形成凸形的和多角形的曲線。
“節(jié)距”一詞指鋼絲繩內(nèi)具體強度元件的捻制節(jié)距。一根鋼絲繩可以有多于一個的捻制節(jié)距，例如對一根具有兩層卷繞在一芯子上的鋼絲繩，芯子結(jié)構(gòu)有一個捻制節(jié)距，中間層有一個捻制節(jié)距，而外層另外還有一個捻制節(jié)距。捻制節(jié)距的具體值可從幾個毫米如5mm變化到無窮大。在這最后一種情況下，有關(guān)的強度元件沒有被捻曲。在鋼絲繩內(nèi)只有一個強度元件的情況下，節(jié)距也是無窮大。
特性(ii)中的一條基本上不同的曲線是指這條曲線的幅度、或相位、或兩者都基本上不同于其他曲線的幅度或相位。
特性(i)和(ii)可將本發(fā)明的鋼絲繩與現(xiàn)有技術(shù)如在EP-A-0363 893中所公開的鋼絲繩明確地區(qū)別開來。在這種現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩中，所有三到六根鋼絲在垂直于鋼絲繩的縱向軸線的平面上形成一個凸形的和橢圓形的曲線形狀。沿著鋼絲繩的縱向軸線量得的這種橢圓形在兩個最大曲率半徑之間的距離等于鋼絲繩的半捻制節(jié)距，而所有三到六根鋼絲的突出部都形成相同的橢圓形。這一點意味著所有鋼絲都是互相平行地延伸的，結(jié)果就不會形成微間隙。
而本發(fā)明的鋼絲繩較好地使兩個最小曲率半徑之間的距離小于形成凸曲線的元件的半節(jié)距，這樣波狀鋼絲繩的弧高便不會太高。
通常，被至少一個強度元件的突出部在垂直于縱向軸線的平面上，在超過該元件的捻制節(jié)距的長度上描繪出的凸形曲線近似一個帶有圓棱的多角形，這個多角形可以是三角形、四角形、五角形或六角形等等。
鋼絲繩的所有組成的強度元件或只是其中的一部分都可形成所說的凸曲線。
在本發(fā)明的鋼絲繩的第一個實施例中，強度元件為具有多根單一鋼絲的鋼股繩。這種鋼絲繩的實例具有下列多股繩結(jié)構(gòu)-3×3，意為三股，每一股有三根鋼絲；-4×4，例如在高延伸(HE)式中；-4×2，意為四股，每股有兩根鋼絲，例如在延伸(E)式中；-4×(1＋5)，意為四股，每股有一根芯鋼絲和五根層鋼絲；-7×3；-3×7，例如在高延伸(HE)式中；-7×4；-4×7，例如在高延伸(HE)式中；-7×19；-19＋7×7，意為一根具有19根鋼絲的芯股繩和七根層股繩，每股有七根鋼絲；-7×31；-1×3＋5×7。
按照本發(fā)明，作為一個整體的股繩的突出部在一個垂直于鋼絲繩縱向軸線上描繪出凸形曲線，為的是讓橡膠可在各股繩之間滲透進去。但每一股繩各可具有一根或多根鋼絲，它們的突出部也可描繪出凸形曲線，為的是讓橡膠在一根股繩內(nèi)的各單一鋼絲之間滲透進去。
在本發(fā)明的鋼絲繩的第二實施例中，強度元件為單一的鋼絲。這種鋼絲繩的實例為-1×n(其中n為鋼絲的數(shù)目，該數(shù)大于或等于一，小于或等于五)；-1＋m(其中1為芯鋼絲的數(shù)目，m為芯子周圍層鋼絲的數(shù)目，例如1＋6，3＋9，3＋6，3＋7，2＋7，2＋8，3＋8)；-1＋m＋n(其中1為芯鋼絲的數(shù)目，m為芯子周圍中間層的鋼絲數(shù)，n為外層的鋼絲數(shù)，例如1＋6＋12，3＋9＋15，3＋8＋13，1＋4＋10)；-1×ncc(cc代表一根所謂密集的鋼絲繩，其中所有n根鋼絲都具有同一捻制節(jié)距和同一捻曲方向，n在6和27之間變化)。
如果本發(fā)明的鋼絲繩為1×2，1×3，1×4或1×5的鋼絲繩，那么不管鋼絲的突出部是否形成凸曲線，每根單一鋼絲在拉伸張力為50牛頓時的PLE值與每根其他鋼絲的PLE值相比，相差應(yīng)不大于0.20％，并且最好不大于0.10％(絕對值而不是相對值)。這個特征，即單純由鋼絲組成的鋼絲繩具有在小范圍內(nèi)變化的PLE值，有利于使鋼絲繩獲得結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。而EP-A-0 462 716的鋼絲繩就沒有這種特性，因為螺旋形鋼絲的PLE值比非螺旋形鋼絲要高得多，并且因為并不是所有鋼絲都是螺旋形鋼絲。US-A-5 020 312的鋼絲繩只有當所有組成鋼絲均變形為曲折形狀時才具有上述特性。以上是就鋼絲層次的PLE值而言。
至于鋼絲繩層次的PLE值，對于1×2，1×3，1×4或1×5的本發(fā)明的鋼絲繩來說，繩PLE值低于0.30％，并且最好低于0.25％，例如低于0.20％。上面已經(jīng)說明過，這樣一個鋼絲繩層次的低PLE值也可增長鋼絲繩的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
對于鋼絲繩層次和鋼絲層次，PLE值都是定義為試樣(繩或絲)長度的增加，這個長度增加是從試樣承受到一個限定的預(yù)張力(通常為2.5牛頓)算起上升到承受一個限定的力(通常為50牛頓)后得到的。延伸率以試樣原始長度的百分比表示。
如果本發(fā)明的鋼絲繩為1×ncc密集鋼絲繩，那么其橫截面將顯示出各單一鋼絲橫截面的密集形狀。這時可將鋼絲繩看作是由許多鋼絲組合而成的，每一組合由相鄰的三根鋼絲組成，構(gòu)成一個“三角形”，圍著一個中心空隙。如果每一個這種組合的三根鋼絲都互相緊貼，那么橡膠就不能滲透到中心空隙內(nèi)，而水分卻可在空隙內(nèi)沿著整條鋼絲繩游動。因此，在按照本發(fā)明的鋼絲繩的一個具體實施例中，每一個這種組合的鋼絲中至少須有一根鋼絲具有形成凸曲線的突出部，為的是要在三根鋼絲之間造成微間隙，以便使橡膠在硫化時能夠滲透到中心空隙內(nèi)。
按照本發(fā)明的第二方面提供具有緯線或經(jīng)線的織物。緯線或經(jīng)線或兩者都至少部分是由按照本發(fā)明的第一方面的鋼絲繩形成的。
按照本發(fā)明的第三方面提供的方法可用來制造具有縱向軸線及各以一個捻制節(jié)距在其內(nèi)捻曲的強度元件的鋼絲繩。本發(fā)明的方法包括下列步驟——使元件中至少有一個元件接受彎曲操作，從而使至少一個元件得到特定的曲線，其曲率半徑在一最大值和一最小值之間變動；——使該至少一個元件與其他元件一起組成所說鋼絲繩。
該方法還以下列特性中的一個或兩個作為特征(i)沿著縱向中心軸線量得的曲線在兩個最小曲率半徑之間的距離與形成所說特定曲線的元件的半節(jié)距不同；或(ii)該特定曲線基本上不同于其他元件所描繪出的曲線。
按照本發(fā)明的第四方面提供的裝置可用來使鋼絲繩的強度元件變形。本發(fā)明的裝置具有一個基體，其上有一中心軸線和一周邊表面。當一強度元件在基體的周邊表面上被拉動超過一個至少為90°的角度時基體可環(huán)繞其中心軸線轉(zhuǎn)動。周邊表面有一在最大值和最小值之間交替變動的曲率半徑，因此使在其上繞過的強度元件得到一條曲線，其曲率半徑在一最大值和一最小值之間交替變動。
本發(fā)明的鋼絲繩基本上可用兩種方式制成1)使元件的突出部形成凸曲線的本發(fā)明的裝置并不隨著捻曲設(shè)備旋轉(zhuǎn)(雖然可環(huán)繞其自己的中心軸線旋轉(zhuǎn))，而捻曲設(shè)備為單捻捻線機或倍捻捻線機，該捻線機能使各單一鋼絲元件環(huán)繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)；2)使元件的突出部形成凸形曲線的本發(fā)明的裝置隨著捻曲設(shè)備旋轉(zhuǎn)(并環(huán)繞其自身中心軸線旋轉(zhuǎn))，而捻曲設(shè)備并不使各單一鋼絲元件環(huán)繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)；作為這種捻曲設(shè)備的一個例子為管狀捻線機。
在這兩種情況下，在一元件的橫截面內(nèi)至少在曲率半徑最小的地方會造成一個塑性壓縮區(qū)和一個塑性拉伸區(qū)。
在第一種情況下，壓縮區(qū)和拉伸區(qū)對鋼絲元件來說保持固定。鋼絲元件環(huán)繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)。
在第二種情況下，鋼絲元件本身并不環(huán)繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)，而壓縮區(qū)和拉伸區(qū)則沿鋼絲元件的長度環(huán)繞鋼絲元件旋轉(zhuǎn)。
附圖簡要說明下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作較詳細的說明，其中

圖1示出了按照本發(fā)明的方法使本發(fā)明的鋼絲繩的元件中的至少一個元件經(jīng)受彎曲操作的步驟；圖2a和圖2b概略地示出了按照本發(fā)明的方法使本發(fā)明的鋼絲繩的元件中的至少一個元件經(jīng)受彎曲操作的其他實施例；圖3a和圖3b分別示出了本發(fā)明的鋼絲繩的一個強度元件在經(jīng)受本發(fā)明的方法后的縱向視圖和前視圖；圖4所示為以鋼股繩作為強度元件的本發(fā)明的鋼絲繩的橫斷截面圖；圖5所示為以鋼絲作為強度元件的本發(fā)明的1×4的鋼絲繩的橫斷截面圖；圖6所示為本發(fā)明的1×4的鋼絲繩的PLE曲線；圖7a、圖7b、圖8a、圖8b、圖8c和圖9所示為本發(fā)明的鋼絲繩的橫斷截面圖；圖10為本發(fā)明的織物的概略圖；圖11a和圖11b概略地示出為了區(qū)別現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩與本發(fā)明的鋼絲繩而進行的測量；圖12、圖13、圖14和圖15所示為本發(fā)明的鋼絲繩的YZ曲線；以及圖16、圖17和圖18所示為現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩的YZ曲線。
參閱圖1，有一直徑為0.28mm的硬拔鋼絲100經(jīng)過本發(fā)明的變形裝置102。該變形裝置102具有許多固定連接在其上的變形銷104。變形裝置102的特征包括所有這些變形銷104的外接圓的直徑D，變形銷104的數(shù)目和變形銷104的直徑。直徑D確定PLE值。對于直徑為0.28mm的鋼絲100來說，變形銷104的直徑小于5mm。當變形銷的直徑大于5mm時則會導(dǎo)致鋼絲繩完全閉合所需的拉伸張力過于小。對于直徑為0.28mm的鋼絲來說，變形銷的直徑最好大于或等于2mm。當變形銷的直徑小于2mm時由于局部變形過大將會使鋼絲的抗拉強度大大降低。
更一般地說，變形銷直徑的合適范圍取決所要變形的元件的抗拉強度和直徑。元件的抗拉強度越高，變形銷的直徑越小，反之亦然。元件的直徑越小，變形銷的可能直徑也越小，反之亦然。
變形銷的直徑確定著被變形元件的最小空間(三維)曲率半徑。由于在扭轉(zhuǎn)過程中變形后發(fā)生某些伸長，這個最小空間曲率半徑大于變形銷的直徑。由于在變形銷之間的變形并不大，最大空間曲率半徑可以達到幾乎是無窮大值。由此應(yīng)該理解在權(quán)利要求書中提到的曲率半徑為二維的或在YZ平面內(nèi)的平面曲率半徑，其值因此要小得多。
整個變形裝置102可旋轉(zhuǎn)地安裝著，但并不是由外界的動力來驅(qū)動的。該變形裝置102是由鋼絲100本身來驅(qū)動的。在鋼絲100和變形裝置102之間不存在滑動，因此在變形裝置上引起的磨損是有限的，而在鋼絲100上可不致引起損傷。這是比US-A-5 020 312所公開的現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩優(yōu)越之處。經(jīng)過專用的變形裝置102后，鋼絲100便被按特殊的方式彎曲起來曲率半徑交替在預(yù)成形銷104處的一個最小值和在預(yù)成形銷104之間的最大值兩者之間變動。這樣彎曲的鋼絲100在除去張力后就不再成為其結(jié)果基本上為圓形的“模式”，而是成為其結(jié)果近似為具有圓棱的多角形的模式106。多角形的圓棱相應(yīng)于最小曲率半徑而多角形的邊相應(yīng)于最大曲率半徑。最小曲率半徑是由變形銷104的直徑確定的而多角形的邊長是由兩個相鄰變形銷104之間的距離確定的。
可以設(shè)想能夠制出類似的變形鋼絲但結(jié)構(gòu)與圖1公開出來的變形裝置不同的其他變形裝置例如，一個由硬金屬制成的可旋轉(zhuǎn)的單一變形銷102，其上設(shè)有一個具有圓棱108和邊110的基本上為多角形橫截面的型板(圖2a)或一個瘦長形橫截面的型板(圖2b)，也能使鋼絲按照本發(fā)明的方式變形。
這樣變形的鋼絲100與其他按同一方式變形或沒有變形的鋼絲一起用倍捻捻線機進一步被捻制成鋼絲繩。這樣就可制成圖3a(縱向視圖)和圖3b(前視圖)中示出的鋼絲100。其X軸線平行于縱向中心軸線112，而其Y軸線和Z軸線位在一個垂直于中心軸線112的平面上。請注意圖3b還示出一個具有圓棱的近似多角形的形狀，而不是通常的圓形(由此理解為Y方向和Z方向的比例尺要比X方向的比例尺大得多)。該鋼絲100的曲率半徑交替在兩個極端之間變動一個為在那些受到最高度彎曲的點上發(fā)生的最小值而另一個為在那些受到最小彎曲的點上發(fā)生的最大值。當鋼絲100環(huán)繞其自身縱向軸線旋轉(zhuǎn)時，該鋼絲的曲率半徑總是指向鋼絲繩的沿著其長度的中心軸線112。這一點意味著多角形具有凸邊的形狀。換句話說，在變形后，在捻制后并在去除所有外部的拉力后，鋼絲100的塑性拉伸區(qū)總是位在沿著徑向向內(nèi)的地方，而塑性壓縮區(qū)位在沿著徑向向外的地方。這一點基本上不同于在US-A-5 020 312中所公開的在兩個齒輪狀元件之間經(jīng)受到變形處理的鋼絲，因為鋼絲的曲折形所具有的彎曲半徑是不斷改變方向的，這樣在前視圖(YZ平面)上會成為既有凸形也有凹的形狀。
一般地從理論上說，當兩個最小曲率半徑之間的距離等于三分之一捻制節(jié)距時所得到的是三角形，當兩個最小曲率半徑之間的距離等于四分之一的捻制節(jié)距時所得到的是四角形，等等……。
圖4所示為適宜(包括其他用途)用于加強輸送帶的7×19多股繩鋼絲繩結(jié)構(gòu)的橫斷截面圖。鋼絲繩114具有一根芯股繩116，它被六根層股繩118包圍著。芯股繩116具有一根芯鋼絲120，六根包圍芯鋼絲120的中間層鋼絲122和十二根包圍中間層鋼絲122的外部層鋼絲124。每一層股繩118具有一根芯鋼絲126，六根包圍芯鋼絲126的中間層鋼絲128和十二根包圍中間層鋼絲128的外部層鋼絲130。
為了使橡膠能在股繩116和118之間充分滲透，大體上可使一根或多根股繩接受上述對單一鋼絲100那樣的變形操作。用這種方式變形的股繩在YZ平面上具有特定的凸形曲線并可在它們和其他股繩之間造成許多微間隙以便使橡膠得以滲透。
在圖4中，以及在圖5，7a，7b，8a，8b，8c和9中，那些曾經(jīng)經(jīng)受圖1那樣變形過程并且在YZ平面上形成特定凸曲線的鋼絲都被畫上交叉陰影線并被稱為“特殊變形鋼絲”，而其他鋼絲只是被畫上單斜陰影線。
回過來單獨參閱圖4，為了使橡膠能在每一股繩116、118之內(nèi)充分滲透，可以應(yīng)用按照本發(fā)明的下列指示在每根股繩116、118的中間層內(nèi)的六根中間層鋼絲122、128中有三根為特殊變形鋼絲并與其他三根鋼絲交錯排列；在每根股繩116、118的外部層內(nèi)的十二根外部層鋼絲124、130中有六根為特殊變形鋼絲，并與其他六根鋼絲交錯排列。
圖5所示為按照本發(fā)明的一根單股鋼絲繩114的橫斷截面圖。本發(fā)明的鋼絲繩114具有一根特殊變形鋼絲100和三根“正常”鋼絲132。為了使鋼絲繩114的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所有四根鋼絲都具有同一長度，因此三根“正?！变摻z132也被塑性變形(雖然并不是按照本發(fā)明的特殊方式)。這就是圖5中為什么在鋼絲132相互之間仍然有間隙存在的原故。這些間隙雖然是“粗間隙”，但被保持在限度內(nèi)，因為這樣形成的鋼絲繩還要經(jīng)過一次校直操作。這種校直操作不僅可以降低PLE值，還可改善鋼絲繩的弧高。
圖6所示為本發(fā)明的1×4鋼絲繩的具體的PLE曲線134。值得注意的是，其中一條直線留在PLE曲線134上部的點136處，而該點136位在預(yù)拉伸力20牛頓之上。須知該點136為鋼絲繩的各根鋼絲靠攏在一起以致橡膠不再可能滲透之點，該點既在預(yù)拉伸力20牛頓之上，而20牛頓的預(yù)拉伸力是在將鋼絲繩埋入到橡膠內(nèi)時通常使用的。換句話說，在預(yù)拉伸力為20牛頓時仍能保證橡膠的滲透。
圖7a和圖7b為按照本發(fā)明的1＋6鋼絲繩的兩個實施例的橫截面圖。該鋼絲繩114具有一根芯鋼絲138和六根包圍著芯鋼絲138的層鋼絲140、140’。在圖7a的實施例中，只有芯鋼絲38是特殊變形鋼絲，其他鋼絲140都沒有經(jīng)過特殊變形。在圖7b的實施例中，六根層鋼絲中的三根140’是特殊變形鋼絲，而芯鋼絲138和其他層鋼絲140都沒有經(jīng)過特殊變形。在層內(nèi)特殊變形鋼絲140’與正常鋼絲140交錯排列。
圖8a所示為按SS或SZ方式捻制而不是按密集方式的3＋9鋼絲繩的橫截面圖。該鋼絲繩114具有一由三根芯鋼絲142組成的芯和一由九根層鋼絲144組成的層包圍著。三根芯鋼絲142是特殊變形鋼絲，九根層鋼絲144是正常鋼絲。采用這種方式三根芯鋼絲142中間的中心間隙便可被填沒，橡膠便能包覆在每根單一鋼絲142、144上。
圖8b所示為密集方式的1×12CC鋼絲繩的橫截面圖，而圖8c所示為密集方式的1×10CC鋼絲繩的橫截面圖。芯鋼絲146、150的直徑可以比層鋼絲148、152大，也可不大。芯鋼絲146、150是特殊變形鋼絲，其他鋼絲都是正常鋼絲。對于每一個可能將橫截面上三根相鄰鋼絲組成一個三角形的組合，至少應(yīng)有一根鋼絲是特殊變形鋼絲，這樣才能填沒中心空隙并保證橡膠的滲透。
圖9所示為密集方式的1×19CC鋼絲繩的橫截面圖。芯鋼絲154的直徑可以比其他鋼絲156、158大，也可不大。六根中間層鋼絲中有三根156’是特殊變形鋼絲，并且與正常鋼絲156交錯排列在中間層內(nèi)。十二根外部層鋼絲中有六根158’是特殊變形鋼絲，并且與正常鋼絲158交錯排列在外層中。
本發(fā)明并不僅限于上面清楚揭示的鋼絲繩實例，而可應(yīng)用到各種橡膠滲透會成為問題的鋼絲繩上。
參閱圖10，本發(fā)明的鋼絲繩還可用作一個例如用來加強輸送帶的織物的元件。緯線元件160或經(jīng)線元件162，或兩者，都是含有特殊變形鋼絲的鋼絲繩。
試驗1按照本發(fā)明將四根鋼絲繩制造出來并加以試驗，其中1號4×0.28鋼絲繩，只有一根特殊變形鋼絲；2號4×0.28鋼絲繩，有兩根特殊變形鋼絲；3號4×0.28鋼絲繩，有三根特殊變形鋼絲；
4號4×0.28鋼絲繩，有四根特殊變形鋼絲。
雖然曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)在具有上述這些特殊變形鋼絲時，捻制節(jié)距可以較大，但所有上述鋼絲繩1到4現(xiàn)都采用12.5mm的節(jié)距。
在本試驗中應(yīng)用的特殊變形裝置102具有六根直徑為2mm的變形銷104。
在下面的表中列出所得的試驗結(jié)果。在這個橡膠滲透試驗中，一根長度為12.7mm的樣品鋼絲繩在20牛頓的預(yù)拉伸力下被埋入到一根小的橡膠梁內(nèi)，然后使該梁承受1巴的壓力。壓力的損失被記錄下來。這個壓力損失可指出橡膠滲透程度。沒有壓力損失意為橡膠充分滲透。
表1試驗結(jié)果本發(fā)明的鋼絲繩1234橡膠滲透 0000(壓力損失％) 000000000.2300.2230.2440.229PLE(50N)(％) 0.2420.2180.2440.2440.2360.2230.2420.240206571 210902 194463 194816E模數(shù)(MPa) 227170 197466 210723 199752196534 211182 213430 205776盡管在50牛頓力的作用下部分負荷延伸率PLE較低，所有PLE值都在0.25％以下，但所有四個實施例的橡膠滲透都是充分的。
試驗2在第二試驗中，用兩根本發(fā)明的鋼絲繩與現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩就對反復(fù)彎曲的抗力和對反復(fù)拉伸負荷的抗力進行比較。
曾經(jīng)試驗過下列這些鋼絲繩1)4×0.28本發(fā)明的鋼絲繩，有四根特殊變形鋼絲，捻制節(jié)距為16mm；2)4×0.28本發(fā)明的鋼絲繩，有四根特殊變形鋼絲，捻制節(jié)距為12.5mm；3)4×0.28密封式鋼絲繩，即在一橫截面上所有鋼絲都互相接觸，捻制節(jié)距＝12.5mm；4)4×0.28開放式鋼絲繩，即按照US-A-4 258 543的鋼絲繩，捻制節(jié)距＝12.5mm；5)4×0.28鋼絲繩，有一根鋼絲按照EP-A-0 462 716預(yù)成形為螺旋形，節(jié)距＝12.5mm；6)4×0.28鋼絲繩，有一根鋼絲具有按照US-A-5 020 312的曲折形狀，節(jié)距＝12.5mm；7)4×0.28鋼絲繩，有四根鋼絲具有按照US-A-5 020 312的曲折形狀，節(jié)距＝12.5mm；8)2＋2×0.28，按照US-A-4 408 444，節(jié)距為無窮大值及12.5mm。
對反復(fù)彎曲抗力的測定方法是將包覆橡膠的鋼絲繩樣品繞在一個直徑為26mm的輪子上使鋼絲繩在1200MPa的拉伸張力下進行反復(fù)的彎曲一直到鋼絲繩斷裂。這個試驗進行兩次，一次是不用水預(yù)先處理試樣，一次是用水預(yù)先處理試樣。用水預(yù)先處理試樣的方法是將試樣上鋼絲繩的長度從橡膠內(nèi)伸出的那一側(cè)連接到一根水壓為1.5巴的水管上，持續(xù)時間為5分鐘。
對反復(fù)拉力復(fù)荷抗力的測定方法是使包覆橡膠的鋼絲繩樣品承受一個在880MPa－X％880MPa與880MPa＋X％880MPa之間作周期性變化的拉伸張力。開始時的幅度X為50％，意為440MPa。經(jīng)過100000個周期后將幅度X增加10％，然后這樣做下去一直到鋼絲繩斷裂。這個試驗進行三次。
表2試驗結(jié)果對反復(fù)彎曲的抗力對反復(fù)拉力干的 用水預(yù)先處理的 負荷的抗力鋼絲繩 (彎曲次數(shù)) (X以％計)1)128453122203 80/90/1002)112886117414 80/80/903)94346 1563580/90/804)43293 2192270/70/805)50002 5208070/90/806)54470 7874360/70/707)22508 23089＞50/50/508)98612 7125080/80/80本發(fā)明的鋼絲繩1)和2)的突出的特性是對反復(fù)彎曲具有極高的抗力，同時這個高抗力在包覆橡膠的鋼絲繩用水預(yù)先處理后也不降低。
本發(fā)明的鋼絲繩1)和2)對反復(fù)拉力復(fù)荷的抗力則高于或等于現(xiàn)有技術(shù)鋼絲繩的抗力。
圖11a和11b概略地示出一臺用來區(qū)分現(xiàn)有技術(shù)鋼絲繩與本發(fā)明鋼絲繩的試驗設(shè)備的框架。
為了這個目的，可從捻制的鋼絲繩上不使鋼絲100塑性變形地解開一段樣品長度約為10cm的鋼絲100。將樣品鋼絲100水平地裝在兩個固定點166和168之間，在鋼絲上施加一個微小的張力，該張力大到正好能使鋼絲保持水平同時又能防止該鋼絲至少在其樣品長度的中部發(fā)生顯明的變形。如果安裝時不是精確地達到水平，以后還可用軟件校正。然后用一個由激光束投射器170和激光束接收器172組成的KEYENCE LS 3034激光頭沿縱長X方向174掃描該樣品鋼絲100。激光頭170、172量出在一個基準水平面與該樣品鋼絲100下邊之間的距離(＝距離Z)。測量過程是用KEYENCE LS3100單元進行的。在沿整個長度量出距離Z后，將樣品鋼絲轉(zhuǎn)過90°，然后沿整個長度量出距離Y。利用個人計算機便可畫出YZ曲線。
上述區(qū)別試驗曾在七根1×4×0.28的鋼絲繩上進行，其捻制節(jié)距均為16mm。這些鋼絲繩中的四根為本發(fā)明的鋼絲繩，其YZ曲線在圖12到15中示出，另外三根鋼絲繩是現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩，其YZ曲線在圖16到18中示出。
圖12示出從1×4×0.28本發(fā)明鋼絲繩取出的特殊變形鋼絲的YZ曲線，而這只是兩個固定點166和168之間距離的一部分，即長度X為17mm的YZ曲線。在Y和在Z方向上的最大值都是+0.385mm，而在Y和Z方向上的最小值都是-0.133mm。預(yù)成形裝置102的直徑D為10mm，變形裝置具有六個直徑各為3mm的銷釘104，銷釘間距離為5mm。理論上，該YZ曲線應(yīng)為一多角形，在鋼絲繩的每一捻制節(jié)距內(nèi)具有16mm/5mm＝3.2條帶圓角的邊。更一般地說，捻制節(jié)距除以變形銷間距離即可確定多角形的形狀。
根據(jù)圖8繪制的曲線178的形狀近乎一個壓扁的三角形，具有三條帶圓角的邊。壓扁是由于鋼絲繩成形后在其上進行校直操作造成的，三條帶圓角的邊基本上與理論預(yù)測因數(shù)3.2相當。該曲線為一凸形多角形，沒有凹形部分。
圖13示出從1×4×0.28本發(fā)明鋼絲繩取出的特殊變形鋼絲的YZ曲線，該曲線為從長度X為16.9mm上測下來的。預(yù)成形裝置102的直徑D為8mm，變形裝置具有九根直徑各為2mm的銷釘104，銷釘間距離為2.5mm。理論上，該YZ曲線應(yīng)為一多角形，在鋼絲繩的每一捻制節(jié)距內(nèi)具有16mm/2.5mm＝6.4條帶圓角的邊。根據(jù)圖9繪制的曲線180的形狀為一壓扁的六角形，具有六條帶圓角的邊。壓扁也是由于鋼絲繩成形后在其上進行校直操作造成的，六條帶圓角的邊基本上與理論預(yù)測因數(shù)6.4相當。
圖14和15示出從本發(fā)明的鋼絲繩上取出的特殊變形鋼絲其他兩個YZ曲線。
所有圖12到15都有一個共同點，即它們的形狀為或多或少被壓扁的多角形，并具有帶圓角的邊。它們的形狀除了測量誤差之外，總是凸形的而決不會是凹形的。這是因為本發(fā)明的預(yù)成形所采用的特殊方式可為每一個橫斷截面造成一個指向鋼絲繩中心軸線的拉伸區(qū)。請注意在鋼絲繩的每一個捻制節(jié)距內(nèi)多角形并不是必需閉合的。
圖16示出按照US-A-4 258 543的現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩的YZ曲線186。這里變形裝置只是一個圓筒形的變形裝置，它使鋼絲得到一個恒定的曲率半徑，從而YZ曲線在理論上應(yīng)該是圓形。曲線186的形狀非常近似圓形。
圖17示出按照EP-A-0 462 716的現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩(螺旋形的變形)的YZ曲線188。曲線188上具有數(shù)個凹形部分190。
最后，圖18示出按照US-A-5 020 312的現(xiàn)有技術(shù)的鋼絲繩(曲折的形狀)。這里又一次可看到，在曲線192上具有數(shù)個凹形部分。
凹形部分190和194是由于沿著鋼絲的長度，拉伸區(qū)的位置發(fā)生改變而造成的。在一個點上拉伸區(qū)位在沿徑向向內(nèi)的地方，而在另一個點上拉伸區(qū)則位在沿徑向向外的地方。
不用多說，上面所述的本發(fā)明可以應(yīng)用于各種適宜用來加強彈性體的鋼絲，而可不管其確切的直徑、其特定的鋼的成分、其抗拉強度或其特有的鍍層如何。
就這方面而言，鋼絲適宜的直徑為從0.03mm到0.80mm，最好為0.15mm到0.45mm。鋼絲的成分可按下列碳0.70到0.98％，錳0.10到1.10％，硅0.10到0.90％，硫和磷應(yīng)限制在0.15％以下，最好在0.010％以下，還可添加補充元素如鉻(可達0.20-0.40％)，銅(可達0.20％)，鎳(可達0.30％)，鈷(可達0.20％)及釩(可達0.30％)。鋼絲的最終抗拉強度Rm取決于其直徑例如，一根0.2mm的正常拉力鋼絲的Rm約在2800兆帕(MPa)以上，一根0.2mm的高拉力鋼絲的Rm約在3400MPa以上，一根0.2mm的超高拉力鋼絲的Rm約在3600MPa以上，一根0.2mm的特高拉力鋼絲的Rm約在4000MPa以上。
鋼絲上可鍍覆能促進與橡膠粘合的鍍層；銅合金鍍層如黃銅鍍層(銅可低到63.5％或高到67.5％)或復(fù)合黃銅鍍層(Ni＋黃銅、黃銅＋Co……)都是特別適用的(這些鍍層還可用等離子噴鍍技術(shù)鍍覆)。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個強度元件和一條縱向中心軸線的鋼絲繩，所說元件都按捻制節(jié)距捻曲在所說鋼絲繩內(nèi)并在垂直于縱向軸線的平面上具有突出部，所說突出部形狀曲線，其中至少有一條為凸形曲線，其曲率半徑在一最大值和一最小值之間交替變化，所說鋼絲繩還以下列特性中的一個或兩個作為特征(i)沿著縱向中心軸線量得的所說至少一條曲線在兩個最小曲率半徑之間的距離與形成所說至少一條曲線的元件的半節(jié)距不同；或(ii)所說曲線中至少有一條曲線與所說曲線中另一條曲線基本不同。
2.按照權(quán)利要求1的鋼絲繩，其特征為，沿著縱向中心軸線量得的所說至少一條曲線在兩個最小曲率半徑之間的距離小于形成所說至少一條曲線的元件的半節(jié)距。
3.按照權(quán)利要求1的鋼絲繩，其特征為，所說凸形曲線基本上像一個多角形。
4.按照權(quán)利要求1的鋼絲繩，其特征為，所有所說強度元件都形成所說凸形曲線。
5.按照權(quán)利要求1的鋼絲繩，其特征為，所說強度元件為一具有多根鋼絲的股繩。
6.按照權(quán)利要求1的鋼絲繩，其特征為，所說強度元件為一根鋼絲。
7.按照權(quán)利要求6的鋼絲繩，其特征為，所說鋼絲繩具有三到五根鋼絲。
8.按照權(quán)利要求7的鋼絲繩，其特征為，所說鋼絲繩的每一根所說鋼絲在拉伸張力為50牛頓時都有一個部分負荷延伸率(PLE)，該延伸率與每一根其他鋼絲的PLE值比較相差都不超過0.20％。
9.按照權(quán)利要求7的鋼絲繩，其特征為，所說鋼絲繩在拉伸張力為50牛頓時有一低于0.30％的部分負荷延伸率。
10.按照權(quán)利要求6的鋼絲繩，其特征為，所說鋼絲繩具有多于五根的鋼絲。
11.按照權(quán)利要求10的鋼絲繩，其特征為，所說鋼絲都具有相同的捻制步驟和相同的捻制方向。
12.按照權(quán)利要求11的鋼絲繩，其特征為，所說鋼絲繩中每一個能將相鄰的三根鋼絲在橫斷截面上組成一個三角形的三鋼絲組合，至少應(yīng)有其中一根所說鋼絲形成所說凸形曲線。
13.按照權(quán)利要求1的鋼絲繩，其特征為，所說捻制節(jié)距具有一個無窮大值。
14.按照權(quán)利要求6的鋼絲繩，其特征為，所說鋼絲繩只有一根鋼絲。
15.一種具有緯線和經(jīng)線的鋼絲繩織物，其特征為，所說緯線或所說經(jīng)線或兩者至少部分為按照權(quán)利要求1到14所制成的鋼絲繩。
16.一種用來制造鋼絲繩的方法，該鋼絲繩具有一條縱向軸線和至少一個強度元件，每一個強度元件都以一個捻制節(jié)距捻曲在所說鋼絲繩內(nèi)，所說方法具有下列步驟——使所說元件中至少有一個元件接受彎曲操作，從而使所說至少一個元件得到特定的曲線，其曲率半徑在一最大值和一最小值之間變動；——使所說元件中的至少一個元件與其他元件一起組成所說鋼絲繩；所說過程還以下列特性中的一個或兩個作為特征(i)沿著縱向中心軸線量得的所說特定曲線在兩個最小曲率半徑之間的距離與形成所說特定曲線的所說至少一個元件的半節(jié)距不同；(ii)所說特定曲線基本上不同于其他元件所描繪出的曲線。
17.一種用來使鋼絲繩的強度元件變形的裝置，其特征為具有一個基體，其上有一中心軸線和一周邊表面，當一強度元件在所說基體的周邊表面上被拉動超過一個至少為90°的角度時所說基體可環(huán)繞其中心軸線轉(zhuǎn)動，所說周邊表面有一在最大值和最小值之間交替變動的曲率半徑，以使在其上繞過的強度元件得到一條曲線，其曲率半徑在一最大值和最小值之間變動。
全文摘要
一種可用來加強橡膠制品的鋼絲繩(114)，具有強度元件(100、132)、長度、一條縱向中心軸線(112)和一個繩節(jié)距。每一元件(100)在垂直于縱向中心軸線的YZ平面上都有一個突出部。這些突出部中至少有一個的形狀為曲線，其曲率半徑在一最大值和一最小值之間變動。該曲線還具有一個曲率中心。曲率半徑和曲率中心位在曲線內(nèi)，因此可得到一條凸曲線。該鋼絲繩(114)還有所述特性中的一個或兩個作為特征。該鋼絲繩(114)可在不大的直徑和較低的部分負荷延伸率(PLE)下使橡膠得以充分滲透。
文檔編號D07B7/02GK1133075SQ94193801
公開日1996年10月9日 申請日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月15日
發(fā)明者弗蘭斯·V·蓋爾, 澤維爾·D·沃斯 申請人:貝克特股份有限公司