МЕТАЛЛОКОРД С УЛУЧШЕННОЙ ФИКСАЦИЕЙ ПРОВОЛОК СЕРДЕЧНИКА Российский патент 2004 года по МПК D07B1/06 

Предлагаемое изобретение относится к области изготовления изделий из металлических нитей, в частности к производству металлокорда и канатов для армирования резинотехнических изделий.

Известны спиральные (многослойные) и компактные конструкции металлокорда, например 3xd₁+6xd₂, 2+7xd, 12xd, d₁+18xd₂, позволяющие значительно повысить усталостную выносливость и сопротивление фреттинг-коррозии по сравнению с металлокордом тросовых конструкций.

Недостатком этих решений является то, что данные конструкции часто имеют низкое сопротивление выходу проволок из корда в процессе эксплуатации изделий, в результате чего проволока прокалывает слой резины и выходит наружу. Другим существенным их недостатком является плохое проникновение резины в структуру металлокорда, что при порезе до армирующего слоя ведет к распространению влаги вдоль нити корда и ее коррозии. В обоих случаях происходит быстрый выход изделий из строя [1].

Известен ряд конструкций металлокорда, содержащих одну и более проволок в центральном слое и максимально два наружных слоя, где с целью улучшения фиксации сердечника изменяют диаметр и/или шаг свивки центральных [2-3] слоев металлокорда или же используют часть периферийных проволок меньшего диаметра [4].

Недостатками данных решений являются также сохранение незаполняемых при вулканизации резиной продольных каналов, снижение усталостной выносливости металлокорда в обрезиненном состоянии ввиду роста напряжений на поверхности проволок из-за увеличения их диаметров или же снижение его разрывной нагрузки.

В качестве прототипа принята конструкция [5] металлокорда (n+m) х d+k x d (где n, m, k - число проволок, причем k>n+m), которая состоит из сердечника, полученного путем оплетения n центральных преформированных, но не свитых между собой проволок m проволоками второго слоя. Поверх них навивают k проволок наружного повива. Все проволоки центральной пряди (n+m) x d деформированы так, что имеют одинаковый шаг, направление и угол свивки, а проволоки сердечника n x d расположены практически одинаково по фазе.

Недостатком данной конструкции является то, что, как известно из практики, не свитые между собой центральные проволоки фиксируются в структуре корда хуже, чем свитые, и, например, при недостаточном сжатии со стороны проволок второго внутреннего слоя не исключена миграция в процессе работы резинотехнических изделий. Кроме того, данный корд свивают исключительно в две и более операций свивки, что снижает производительность изготовления металлокорда в сравнении с компактными или спиральными конструкциями односторонней свивки, особенно на машинах двойного кручения.

Задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении срока службы изделия, армированного металлокордом, и улучшении его технических характеристик за счет улучшенной фиксации проволок сердечника.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в исключении миграции центральных проволок в процессе работы резинотехнических изделий, обеспечении более полного заполнения резиной при вулканизации продольных каналов (образованных при свивке проволок), повышении коррозионной стойкости металлокорда и обеспечении свивки многослойного металлокорда на одной машине.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что металлокорд с улучшенной фиксацией проволок сердечника для армирования резинотехнических изделий содержит как минимум одну центральную прядь, состоящую из сердечника, обвитого одной или несколькими верхними проволоками, а также равномерно навитых на центральную прядь или центральные пряди проволок наружного повива.

Проволоки сердечника центральной пряди свиты между собой, при этом шаг свивки верхних проволок центральной пряди по меньшей мере в 1,1 раза меньше шага свивки ее сердечника, а шаг свивки проволок наружного повива или металлокорда совпадает с шагом свивки проволок сердечника центральной пряди.

Наряду с проволоками наружного повива корд может содержать дополнительно одну или несколько наружных оплетающих проволок, обеспечивающих отсутствие его раскручиваемости и улучшение фиксации проволок центральной пряди.

Применение в центральной пряди, особенно среди оплетающих, проволок овального или плоского сечения позволяет, как правило, улучшить фиксацию сердечника и уменьшить диаметр готового металлокорда. Аналогичный эффект достигается при использовании таких оплетающих проволок, навитых поверх наружного повива.

Прочная фиксация сердечника и полнота проникновения резины в структуру корда обеспечивается, если стальные проволоки имеют хорошее сцепление (адгезию) с резиной. Преимущественно это достигается при нанесении на проволоку латунного покрытия, но в некоторых случаях - также цинкового или полимерного покрытия. Покрытие должно обладать хорошим сцеплением как с резиной, так и со стальной основой проволоки.

Корд согласно изобретению может состоять из проволоки разных диаметров. Наиболее часто используемый диапазон диаметров проволок, из которых свивают корд для армирования резинотехнических изделий, составляет от 0,10 до 0,80 мм. Шаги свивки металлокорда при этом обычно выбирают в интервале от 8-25 × D, где D - диаметр корда. Как правило, шаг свивки металлокорда для шин легковых и грузовых машин изменяется в интервале 5-25 мм.

Предпочтительное количество проволок сердечника центральной пряди (прядей) равно двум с целью наилучшего проникновения резины в структуру металлокорда. В этом случае количество l верхних проволок центральной пряди, оплетающих сердечник, должно отвечать условию

где d₁ и d₂ - диаметр проволок сердечника и оплетающих проволок центральной пряди.

С этой же целью количество m проволок наружного повива металлокорда должно отвечать условию

.

где d₃ - диаметр проволок наружного повива металлокорда.

Данные соотношения обеспечивают наличие зазоров между оплетающими проволоками сердечника и в наружном слое, имеющих достаточную величину для проникновения резины.

Все проволоки металлокорда за возможным исключением оплетающей проволоки или оплетающих проволок свиты в одном направлении свивки, предпочтительно в одну операцию.

Металлокорд изготавливается на устройстве, обеспечивающем улучшенную фиксацию проволок сердечника. Устройство включает размоточное устройство с питающими катушками, расположенными вне свивочной части машины, модуль свивки методом двойного кручения с вытяжным устройством и приемной катушкой. Оно также может включать устройство предварительной свивки металлокорда. Дополнительно машина может содержать оплеточную головку или оплеточные головки для нанесения оплетающей проволоки или оплетающих проволок на проволоки сердечника центральной пряди.

Устройство обеспечивает высокую производительности изготовления предлагаемой витой структуры, сопоставимую с производительностью при свивке компактных конструкций.

Первоначально k проволок первой части сердечника оплетается l проволок второй части с шагом t₁₀, таким что

где t₃ - шаг свивки готового металлокорда. Направление оплетки при этом должно отвечать направлению свивки металлокорда. Данная операция может быть осуществлена отдельно от последующего изготовления металлокорда в целом (свивка в две операции), например на машине для свивки металлокорда, как, например, в патенте [6], или на машине для нанесения оплетки на металлокорд. В машине после нанесения оплетающей проволоки или оплетающих проволок полученная прядь поступает непосредственно на последующую операцию свивки металлокорда, т.е. в одну технологическую операцию. В модуле двойной свивки проволоки внутреннего слоя свиваются с шагом t₁, близким к шагу металлокорда t₃, а оплетающие проволоки укручиваются до шага t₂, равного

Изобретение поясняется схемами, объясняющими принцип построения предлагаемой конструкции и ее изготовления.

Отличие заявленного решения от прототипа заключается в том, что проволоки сердечника центральной пряди свиты между собой, при этом шаг свивки верхних проволок центральной пряди по меньшей мере в 1,1 раза меньше шага свивки ее сердечника, а шаг свивки проволок наружного повива или металлокорда совпадает с шагом свивки проволок сердечника центральной пряди. Поверх проволок наружного повива могут быть навиты одна или несколько наружных оплетающих проволок.

Металлокорд может содержать одну или большее число проволок овального или плоского сечения.

С целью наилучшего проникновения резины количество проволок сердечника центральной пряди предпочтительно равно двум, а количество l верхних проволок центральной пряди, оплетающих сердечник, отвечает формуле (1).

С этой же целью количество m проволок наружного повива металлокорда должно отвечать формуле (2).

Металлокорд может иметь зазоры достаточной величины для проникновения резины между оплетающими проволоками сердечника и в наружном слое.

Металлокорд изготавливается на устройстве, содержащем одну или несколько оплеточных головок и обеспечивающем улучшенную фиксацию проволок сердечника. При этом все проволоки свиты в одном направлении свивки и предпочтительно в одну операцию. Первоначально k проволок первой части сердечника оплетены l проволок второй части с шагом t₁₀, таким что

t₁₀≤_{10 × t3,}

где t₃ - шаг свивки готового металлокорда. Направление оплетки при этом должно отвечать направлению свивки металлокорда. Данная операция может быть осуществлена отдельно от последующего изготовления металлокорда в целом (свивка в две операции). В модуле двойной свивки проволоки внутреннего слоя свиты с шагом t₁, близким к шагу металлокорда t₃, а оплетающие проволоки укручены до шага t₂, равного

Сущность предлагаемого решения поясняется графическими материалами.

На фиг.1 дан внешний вид металлокорда, имеющего центральную прядь, включающую сердечник (3), состоящий из двух проволок (1) и одной оплетающий проволоки верхнего повива (2). Поверх центральной пряди навиты проволоки наружного повива (4) и сверху наружная оплетающая проволока (5). Если диаметр проволок центральной пряди и проволок наружного повива отвечает, например, 0,20 мм, а оплетающей - 0,15 мм, то представленная конструкция согласно изобретению будет иметь обозначение по международной классификации 2+1+6 х 0,20+0,15.

На фиг.2-5 схематически показано поперечное сечение металлокорда в различных его точках, т.е. изменение положения проволок металлокорда по его длине, отвечающее сечениям А-А, В-В, С-С и D-D на фиг.1. Обозначения отвечают фиг.1: (1) - проволоки сердечника, (2) - оплетающие проволоки верхнего повива, (4) - проволоки наружного повива, навитые на центральную прядь, и (5) - наружная оплетающая проволока. Видно, что предложенная конструкция металлокорда с улучшенной фиксацией проволок сердечника характеризуется значительными зазорами для проникновения резины по сравнению с известными конструкциями, например 3 х 0,15+6 х 0,265 и 2+7 х d.

На фиг.6 показано устройство для изготовления металлокорда с улучшенной фиксацией проволок сердечника в одну технологическую операцию.

Устройство состоит из питающих катушек с проволоками внутреннего повива (2), устройства для сплетения свитых проволок внутреннего повива (3), устройства предварительной свивки металлокорда (4), питающих катушек (1) проволок наружного повива и модуля двойного кручения (5) с приемной катушкой.

Как видно из схемы, проволока для внутреннего слоя с питающих катушек проволок внутреннего повива (2) проходит через устройство (устройства) для их сплетения проволокой (3) с шагом, меньшим, чем десять шагов свивки готового металлокорда. Затем сердечник предварительно свивается в устройстве предварительной свивки (4) или в его отсутствие поступает в собирающий фильер, где повивается снаружи проволоками наружного повива с питающих катушек (1). В первой зоне свивки перед модулем двойного кручения (5) металлокорд скручивается с шагом свивки, отвечающим примерно удвоенному шагу свивки готового металлокорда, а во второй зоне после захода внутрь модуля (5) - до шага свивки готового корда. Проволоки центральной пряди, оплетающие сердечник, в этом случае приобретают шаг свивки, отвечающий формуле (4).

Пример конкретного использования.

Металлокорд изготавливают следующим образом: центральную прядь (или пряди), имеющую(ие) сердечник из практически несвитых между собой проволок и оплетающие проволоки, обвиваемые вокруг сердечника, с шагом свивки, меньшим или равным десяти шагам свивки готового металлокорда, свивают на канатной машине двойного кручения, одновременно оплетая центральную часть проволоками наружного повива (проволоками наружной проволочной обмотки) с заданным шагом свивки. То есть центральная часть металлокорда изготавливается в одну технологическую операцию одновременно со свивкой металлокорда в целом.

Согласно изобретению изготовлен металлокорд конструкции 2+1 х 0,15/6 х 0,265, который анализировали в сравнении со свитым из той же проволоки промышленно используемым металлокордом 3 х 0,15+6 х 0,265. Средние значения физико-механических характеристик металлокорда двух указанных конструкций приведены в таблице.

Как следует из таблицы, при изготовлении из одинакового исходного материала обеспечиваются практически идентичные физико-механические характеристики металлокорда. В то же время конструкция согласно изобретению имеет в 1,4 раза большее усилие выдергивания сердечника в исходном и в 2,5 раза в обрезиненном состоянии, а также примерно на 10% больше число циклов до разрушения в малоцикловой области.

Литература

1. Ж.Дюваль. Конструкции металлокорда для нового тысячелетия.// Доклад на конференции "Резина и шины", Словакия, 2000 г.

2. Патент ЕР 0290082, В1. Конструкция компактного металлокорда.

3. Патент WO 0110656. Металлокорд для армирования резиновых изделий, в частности шин.

4. Патент US 4627229. Компактный металлокорд для повышения разрывной прочности.

5. Патент ЕР 0125505. Вайденхаупт В. // Армирующий канат для эластомеров 21.11.1984 г. (прототип).

6. Патент US 4408444. Металлокорд для армирования эластомерных материалов.

Металлокорд относится к изделиям из металлических нитей и предназначен для армирования резинотехнических изделий. Металлокорд содержит как минимум одну центральную прядь, состоящую из сердечника и одной или нескольких оплетающих его верхних проволок и равномерно навитых на центральную прядь проволок наружного повива. Проволоки сердечника центральной пряди свиты между собой, при этом шаг свивки верхних проволок центральной пряди по меньшей мере в 1,1 раза меньше шага свивки ее сердечника. Шаг свивки проволок наружного повива или металлокорда совпадает с шагом свивки проволок сердечника центральной пряди. Металлокорд отличается увеличенным сроком службы армированного изделия и улучшенными техническими характеристиками. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Металлокорд с улучшенной фиксацией проволок сердечника, содержащий как минимум одну центральную прядь, состоящую из сердечника и одной или нескольких оплетающих его верхних проволок, и равномерно навитых на центральную прядь проволок наружного повива, отличающийся тем, что проволоки сердечника центральной пряди свиты между собой, при этом шаг свивки верхних проволок центральной пряди по меньшей мере в 1,1 раза меньше шага свивки ее сердечника, а шаг свивки проволок наружного повива или металлокорда совпадает с шагом свивки проволок сердечника центральной пряди.2. Металлокорд по п.1, отличающийся тем, что поверх проволок наружного повива навиты одна или несколько наружных оплетающих проволок.3. Металлокорд по п. 1 или 2, отличающийся тем, что все проволоки свиты в одном направлении свивки, причем k проволок первой части сердечника оплетены l проволоками второй части с шагом t₁₀, согласно зависимости

где t₃ - шаг свивки готового металлокорда,

при этом направление оплетки отвечает направлению свивки металлокорда, проволоки внутреннего слоя свиты с шагом t₁, близким к шагу металлокорда t₃, а оплетающие проволоки укручены до шага t₂ согласно соотношению

где d₁ и d₂ - диаметр проволок сердечника и оплетающих проволок центральной пряди соответственно.

где d₃ - диаметр проволок наружного повива металлокорда.