EA015040B1

EA015040B1 - Стальной корд с одинарной скруткой для армирования эластомеров

Info

Publication number: EA015040B1
Application number: EA200900902A
Authority: EA
Inventors: Хендрик Роммель; Берт Вандербекен
Original assignee: Нв Бекаэрт Са
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2011-04-29
Also published as: CN101573489B; KR20090110830A; JP5378231B2; BRPI0722065A2; WO2008080715A1; KR101433985B1; US20100068495A1; EP2097581B1; JP2010514947A; EP2097581A1; CN101573489A; EA200900902A1

Abstract

Описан простой и недорогой в производстве стальной корд (200), с помощью которого решаются некоторые специфические проблемы армирования эластомерных ремней, таких как синхронные ремни и т.п. Корд (200) является кордом с одинарной скруткой, который включает в себя сердцевинную нить (202), вокруг которой навиты первый слой и второй слой нитей (204, 210, 212), все из которых закручены с одними и теми же длиной и направлением скрутки. При правильной подборке длины скрутки, диаметра сердцевинной нити и диаметров волокон первого слоя (последние больше или равны первому) может образоваться зазор агрегата, в который попеременно захватывается какая-либо нить (210') второго слоя. Чтобы получить желаемый эффект наличия сердцевинной нити (202), которая деформирована с теми же длиной и направлением скрутки, как и другие нити (204, 210, 212), названный выше зазор агрегата должен составлять от 40 до 70% диаметра сердцевинной нити. Деформированная сердцевинная нить (202) подавляет эффект миграции сердцевинной нити. Кроме того, исключительно шероховатый внешний вид корда (200) приводит к хорошему механическому заякориванию в эластомере. При этом также лучше распределяется по всем нитям испытываемая кордом (200) нагрузка. Применение корда не ограничивается синхронными ремнями: предусматривается также успешное применение корда в покрышках, шлангах, подъёмных ремнях, приводных ремнях и армирующих полосках.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к простому в изготовлении и при этом эффективному стальному корду, который, в частности, пригоден для применений, в которых армирующая структура, будучи заделанной в эластомер, является объектом повторяющихся циклов растягивания.

Уровень техники

В настоящее время синхронные ремни (известные в технике также как зубчатые ремни или трансмиссионные ремни) встречаются уже не только исключительно в машинах, где они в особенности привлекательны благодаря их прецизионной и высокомощной передаче движения, но также и в бытовых приборах, таких как устройства для открывания гаражных дверей или раздвижные двери. В этом случае они имеют преимущество перед традиционной канатной или цепной системой благодаря их бесшумной работе. Хотя в этих системах ремень нагружен относительно умеренно в том, что касается усилия и скорости, приобретают важность другие факторы, такие как стоимость всей системы и долговечность.

Хотя (по меньшей мере, в отношении синхронных ремней, которые армированы стальными кордами) обычным образом скрученные корды использовались в прошлом, эти корды имеют явный недостаток в том, что касается стоимости (проблема стоимости). Действительно, скрученный корд собирают из прядей, которые, в свою очередь, вначале были собраны из стальных нитей. Отсюда следует, что необходима, по меньшей мере, двойная операция. Такие скрученные корды относятся, как правило, к типу 3x3, 7x3, 3+5x7, где указанная формула, например, означает сердцевинную прядь, состоящую из 3 нитей, которые скручены вместе и окружены 5 прядями, каждая из которых состоит из одной сердцевинной проволоки, вокруг которой накручены 6 внешних проволок. Такой тип сборки является характерным для самых первых стальных кордов, которые использовались для армирования радиальных покрышек в конце 30-х годов и сохранили свое применение для названных целей до середины 60-х годов прошлого столетия. Они получили свою вторую жизнь при армировании ремней и, в частности, синхронных ремней. В частности, такими стальными кордами армируют главным образом полиуретановые ремни. В этом случае они предпочтительны благодаря своему жёсткому механическому заякорениванию в эластомерной матрице. Действительно, стальной корд, например 3x3, имеет очень шероховатую наружную периферическую поверхность, в которую во время экструзии ремня просачивается полиуретан. После охлаждения затвердевший полиуретан заякоривает корд в ремне. Кроме того, благодаря свиванию нитей в пряди и прядей в корде каждая и любая нить находится, в свою очередь, в контакте с полиуретаном. В результате этого силы, воздействующие на зубцы болта, передаются через полиуретан ко всем нитям в корде. Вследствие этого все нити принимают на себя один и тот же объём усилий.

Однако скрученные в пряди корды, на самом деле, имеют определённые недостатки. Наряду с более высокими производственными расходами, они отличаются также склонностью иметь несколько более высокое начальное удлинение. Действительно, пряди действуют как спиральные пружины в корде, следствием чего является более низкий начальный прирост усилия (и соответственно проблема изменения размеров), приводящий к трудности контролирования зазора между зубцами. Решение этой проблемы рассмотрено в АО 2005/043003, но это решение не решает проблемы стоимости. Поскольку в случае стального корда для армирования покрышек стоимостный вопрос привёл к введению многослойных конструкций в качестве первого шага и компактных кордовых конструкций в качестве следующего шага для снижения стоимости, те же решения были испытаны также и для синхронных ремней (см., например, И8 4158946). Для ясности, многослойные конструкции являются конструкциями, которые начинаются от сердцевины (которой может быть либо нить, либо простая прядь, например 3x1 или 4x1), вокруг которой намотаны нити с длиной или направлением скрутки, отличающимися от длины или направления сердцевины. Типичным примером является 3+9, указывающим на то, что сердцевинная прядь 3x1 окружена 9 нитями с отличающимися длиной или направлением скрутки. Процесс наслаивания может повторяться, приводя к таким конструкциям, как 1+6+12 или 3+9+15, последняя из которых является очень распространённым стальным кордом для армирования покрышек. Хотя изготовление таких многослойных кордов требует всё же проведения более чем одной стадии, использование нитей обеспечивает намного большие пробеги машин, чем это возможно в случае прядей (которые обычно толще и, следовательно, на бобину машины может быть заведена меньшая длина).

Наибольшая экономия в расходах может быть достигнута путём скручивания всех нитей корда в единое целое в одной рабочей стадии, в процессе чего нитям придаётся одна и та же длина и направление скрутки. Такой корд называют кордом с одинарной скруткой. Этим путём получают конструкции типа компактный корд 19 и компактный корд 27 (наиболее ранним раскрытием таких стальных кордов является, возможно, 1Р-Л-51-058555), которые состоят соответственно из 19 или 27 идентичных стальных нитей, все из которых свиты совместно в одной и той же скрутке. Нити располагаются в компактную шестиугольную компоновку, откуда и название конструкции. Хотя такие компактные конструкции, кроме их благоприятной себестоимости производства, имеют ряд таких преимуществ, как оптимальное использование прочности нитей благодаря существующим между нитями линейным контактам (в отличие от точечных контактов, имеющих место в многослойных конструкциях, где нити взаимно перекрещиваются) и вытекающая из этого усталостная долговечность, они также не лишены проблемы мигра

- 1 015040 ции сердцевины. Проблема миграции сердцевины возникает тогда, когда корд (который заделан в эластомер) согнут циклически. Так как все центральные нити удерживаются лишь окружающим слоем стальных нитей (при относительно низком трении между нитями), они стремятся быть вытесненными из стального корда.

Для решения проблемы миграции сердцевины также был предложен ряд решений, таких, например, как введение относительных изменений положения нитей в корде, предложенное в И8 4724663. Ещё одно из предложенных решений состояло во введении хаотичности в корд путём взаимного переплетения нитей, как это предложено в И8 4828001. И ещё одним решением является введение в сердцевину более толстых нитей, окружённых более тонкими нитями во внешних слоях, одним из распространённых примеров чего является 3|9 (где штрих '|' отделяет внутренние нити сердцевины от нитей внешнего слоя, см., например, ЕР 0194011). Более толстые нити сердцевины раздвигают внешний слой, благодаря чему резина может достигать сердцевины и тем самым закреплять волокна сердцевины за счёт адгезии, которая возникает между резиной и вязким покрытием нитей сердцевины. Хотя названные решения (и в особенности последнее решение) оказались очень успешными в области армирования покрышек, они оказались бесполезными при использовании их в синхронных ремнях, в особенности в том случае, когда эластомером является термопластичный материал типа полиуретана.

Это обусловлено рядом причин.

A. Армирующая структура ремня подвергается повторяющимся циклам растягивания, и при этом наивысшая растягивающая сила проявляется в части ремня, движущейся в направлении к приводному шкиву (ход вперёд), а более слабая сила проявляется в части ремня, движущейся в направлении от приводного шкива (обратный ход). Когда ремень во время обратного хода обмякает, корды могут всё ещё сжиматься, что очень вредно для работы системы. Повторяющиеся циклы растяжения оказывают перистальтическое действие на сердцевину многослойного или компактного корда, приводя к тому, что сердцевина медленно, но неуклонно выходит из ремня. Таким образом, проблема миграции корда для армирования ремня является ещё более выраженной, чем для армирования покрышек.

B. С эластомером могут контактировать только внешние нити. Следовательно, силы, с которыми шкив воздействует на ремень, передаются на армирующую структуру только через внешние нити. Поскольку между стальными нитями сердцевины и внешним слоем трение отсутствует или оно очень мало, полностью нагруженными (даже перегруженными) оказываются только внешние нити, в то время как нити сердцевины являются недогруженными. С целью решения этой проблемы имеется тенденция увеличивать армирующую структуру, что частично ликвидирует преимущество, которое получают при введении многослойной или компактной структуры корда. Решение, предлагаемое в упомянутом выше ЕР 0194011, в данном случае не оказывается полезным, поскольку давления, возникающие при изготовлении полиуретановых ремней являются более низкими, чем в процессе, например вулканизации каучука, полиуретан не может проникать до сердцевины, в результате чего из-за отсутствия химической адгезии не происходит приклеивания сердцевины к внешним нитям.

C. Внешняя поверхность многослойных конструкций является очень гладкой: множество тонких нитей расположены близко одна к другой, снижая тем самым возможность механического заякоривания стального корда в эластомере. Хотя компактные корды имеют правильную многоугольную внешнюю форму, которая является винтообразной с шагом скрутки, эта винтообразная поверхность недостаточна для того, чтобы обеспечить даже умеренное механическое заякоривание. Перекручивание нитей, как это предлагается в И8 4828001, также не приведёт в данном случае к улучшению, так как изменение положения нитей осуществляется через множество длин скруток, не приводя к локальному заякориванию.

Причина А может привести к проблеме, состоящей в том, что освобождённые сердцевинные нити захватываются на осях шкива, приводя к полному беспорядку в ременной передаточной системе. Проблема ещё более осложняется, когда сердцевина представляет собой одну нить (такую как конструкция типа 1+3Ν), так как прямая сердцевинная нить не поддаётся сжатию, поскольку поддерживается окружающим слоем.

В применениях, где длина зубчатого ремня фиксируется под конец с помощью зацепляющего зажима (как в случае устройства для открывания гаражных дверей), который задерживает от трёх до десяти последних зубцов (без перекручивания ремня), причина В может привести к неожиданной поломке ремня на зажиме, в результате чего внешние нити ломаются, в то время как сердцевинные нити не ломаются, что носит название проблемы последовательной поломки. Или же, ещё хуже того, при причине С стальной корд, как целое, вырывается из эластомера из-за отсутствия механического закрепления на гладкой поверхности.

- 2 015040

Суммируя сказанное, следует, безусловно, отметить несколько пунктов, которые должны быть преодолены, чтобы дать развитие применению стального корда в армировании синхронных ремней, такие как:

1) проблема себестоимости;

2) проблема размеров;

3) проблема миграции сердцевины;

4) проблема последовательных поломок;

5) проблема механического заякоривания.

Сущность изобретения

Целью изобретения, таким образом, является поиск корд из класса кордов, который бы индивидуально разрешал, по меньшей мере, какую-либо из указанных выше 5 проблем. Предпочтительно найти корд, который бы, по меньшей мере, разрешал проблемы миграции, последовательной поломки и закрепления. Ещё одной целью изобретения является разрешение всех проблем с единственным кордом.

В конце концов, авторы изобретения нашли корд, который мог бы разрешить проблемы, имеющие отношение к существующему уровню техники. Кроме того, соображения, лежащие в основе этого корда, могут быть продуктивно распространены на весь класс конструкций, признаки которых определены в основном п.1 формулы изобретения. Полезные варианты осуществления описаны в зависимых от него пунктах.

Вначале было ощущение, что только корд с одинарной круткой мог бы разрешить проблему себестоимости, так как он является единственным кордом, для которого достаточна только одна стадия сборки. Корд с одинарной круткой является также кордом, обладающим высоким модулем и низким начальным удлинением. Однако решения, предложенные существующим уровнем техники для армирования шин, как на это указывалось в предыдущем разделе, являются бесполезными в случае их применения к полиуретановым ремням, так как в этом применении проблема миграции сердцевины выражена в большей степени, при изготовлении применяются более низкие давления и отсутствует химическая адгезия с полиуретаном.

В качестве начальной точки выбран корд одинарной скрутки, имеющий сердцевинную нить с диаметром сердцевинной нити б₀. Вокруг этой сердцевины располагается первый слой нитей. Диаметры этих нитей первого слоя могут быть разными или одними и теми же, но в любом случае каждый из них больше или равен диаметру сердцевинной нити. Вокруг этого первого слоя располагается второй слой нитей. И в этом случае диаметры этих нитей второго слоя могут отличаться один от другого, но каждый из них равен или больше диаметра сердцевинной нити. Нити закручивают одну вокруг другой в течение одной единственной операции при одной единственной длине и единственном направлении скрутки. В этом процессе стальные нити из нитей первого и второго слоев пластически деформированы и, когда они разматываются из корда, всё ещё обладают длиной и направлением скрутки такими, в какие они были вместе закручены.

Такой тип корда известен и конкретный случай одинарной сердцевины, окружённой пятью одинаковыми нитями первого слоя, описан в ЕР 1474566. В этом типе кордов зазоры между нитями первого слоя выдерживают обычно небольшими, но не слишком малыми, так чтобы нити не соприкасались одна с другой при скручивании и так чтобы поддерживать сердцевинную нить фиксированной. Обычно это выполняют, выбирая диаметр сердцевинной нити несколько большим, чем этого бы требовалось для тангенциального соприкосновения расположенных упорядоченным образом нитей первого слоя. Такое расположение является относительно устойчивым, и нити не могут менять своё положение в процессе изготовления и применения.

К настоящему времени, дополнительно исследуя компоновки, в которых сердцевина намного больше, чем считается в технике приемлемым, авторы изобретения обнаружили некоторые неожиданные эффекты. Особые значения длины скруток, диаметра сердцевинной нити и диаметра нитей первого слоя образуют единый незаполненный сегмент в первом слое, когда все нити первого слоя образуют совместный агрегат. Незаполненный сегмент образует зазор определённой ширины, в котором может удерживаться какая-либо нить второго слоя. Определение общий зазор лучше всего можно понять при рассмотрении фиг. 1, которая представляет поперечное сечение конструкции корда с длиной скрутки, которая очень велика по сравнению с б₀ (порядка в 50 более, чем б₀). Общий зазор δ является воротами, через которые не может пройти круглая в сечении нить размером более δ, в то время как нить диаметром менее δ могла бы пройти (если устранить возможные препятствия со стороны сердцевинной нити). Если первый слой нитей состоит из одинаковых нитей, имеющих первый диаметр то из высшей геометрии следует, что зазор δ в первом приближении равен (ф+φ)8ίη[(η-1)«]-φ

8ΪΠ (α) = —— и Π-ίηΙ(®/«) где + <^1 ;

- 3 015040 η равно числу нитей первого слоя, которые встраиваются в слой, не мешая одна другой;

Ь обозначает приданную всем волокнам длину единичной скрутки.

Это приближение соответствует точности для увеличения длин скруток и обладает удовлетворительной точностью для обычных длин и диаметров скруток. Если первый слой состоит из нитей с различными диаметрами (но каждый из них больше или равен б₀), формула усложняется, но идеи изобретения, которые разъяснены ниже, остаются в силе. Таким образом, формулу следует рассматривать не как определяющую границы изобретения, а как инструмент, предназначенный для разъяснения лежащих в её основе идей.

Если диметры нитей первого слоя выбраны правильно, нить второго слоя может оказаться захваченной в зазоре агрегата. Чтобы увлечь за собой захваченную нить второго слоя, достаточно, чтобы зазор имел ширину, составляющую 40-60% от диаметра ф первой нити. Такая конфигурация изначально нестабильна, поскольку захваченная нить будет стремиться войти в первый слой. Как следствие этого, какая-либо другая нить из первого слоя окажется вынужденной переместиться наружу, что повлечёт замену какой-либо из нитей первого слоя какой-либо нитью из второго слоя. Этот процесс будет повторяться приблизительно на длину каждой скрутки. Таким образом, увлечение нити является попеременным, и разные нити второго слоя могут по очереди оказываться в первом слое. Поэтому общий зазор следует рассматривать не как нечто статическое, а как сегмент, образующийся между переменными парами соседних нитей первого слоя, которые претерпевают непрерывное угловое сдвигание по длине корда. Поскольку все эти перегруппировки происходят при образовании корда, такого рода перегруппировка оказалась способной привести к тому, что сердцевинная нить уже перестаёт быть прямой и обнаруживает деформацию с теми же самыми длиной и направлением скрутки, как и другие нити. Эта деформация является в основном спиральной с переменным радиусом вдоль оси корда. Спирально деформированная сердцевинная нить способствует предотвращению миграции сердцевины и не встречается в существующем уровне техники среди подобных по выполнению типах кордов. Другие предпочтительные пределы для зазора составляют от 47 до 70% б₀, или от 40 до 64% б₀, или же от 47 до 64% б₀. Меньшие зазоры, так же как и большие, приводят к стабильным конфигурациям, а стабильные конфигурации приводят к прямой, т. е. недеформированной сердцевинной нити.

Сами волокна являются в существенной степени круглыми стальными волокнами с диаметром сечения от 0,02 до 0,30 мм и более предпочтительно от 0,04 до 0,175 мм.

Используется преимущественно простая углеродная сталь. Такая сталь обычно имеет минимальное содержание углерода, равное 0,40 вес % или по меньшей мере 0,70 вес %, но наиболее предпочтительно не менее 0,70 вес % при максимуме 1,1 вес % С, содержание марганца от 0,10 до 0,90 вес % Μη, содержания серы и фосфора предпочтительно выдерживаются ниже 0,03 вес % каждое, и при этом могут также добавляться дополнительные микролегирующие элементы, такие как хром (до 0,2-0,4 вес.%), бор, кобальт, никель, ванадий (неполное перечисление). Нити, изготовляемые из такой углеродной стали, могут обладать прочностями выше 2000 МПа, предпочтительно выше 2700 МПа, и при этом в настоящее время прочности выше 3000 МПа становятся обычными, а прочность отдельных изготовляемых экземпляров превышает 4000 МПа. Предпочтительными также являются и нержавеющие стали. Нержавеющие стали содержат минимум 12 вес.% Сг и значительное количество никеля. Более предпочтительны аустенитные нержавеющие стали, которые в большей степени пригодны для холодного формования. Наиболее предпочтительны составы, известные в технике как ΑΙ8Ι (Американский институт железа и сплава) 302, ΑΙ8Ι 301, ΑΙ8Ι 304 и ΑΙ8Ι 316, или дуплексные нержавеющие стали, известные под названием ΕΝ 1.4462.

Альтернативным образом, нить, которая заполняет общий зазор, будет заполнять положение приблизительно между первым и вторым слоями. Приблизительная оценка расстояния между сердцевинной нитью и нитью второго слоя приведена в табл. 1 для упрощённого случая, когда все нити в первом слое одинаковы.

Благодаря такому спавшемуся второму слою нитей на внешней поверхности корда возникает канавка. Такая канавка особенно полезна потому, что она помогает запереть корд в эластомере. Кроме того, поскольку эта канавка меняет угловую позицию по длине стального корда, внешняя поверхность является особенно шероховатой и неравномерной, что способствует заякориванию корда в полиуретане. При дальнейшей разработке этого наблюдения изобретатели уменьшили число нитей от максимально возможного насыщенного уровня до получения ненасыщенного слоя. Под насыщенным вторым слоем, в соответствии с целями настоящего изобретения, предполагается второй слой, содержащий двойное число нитей по сравнению с числом нитей, составляющих первый слой. При наличии такого ненасыщенного слоя появляются дополнительные глубокие канавки для затекания эластомера и придания корду лучшего заякоривания. Наличие зазора агрегата является также причиной смещения нитей второго слоя в пределах их слоя, что ещё больше способствует продольной неравномерности корда. Результатом всего этого является лучшее распределение сил, когда корд заделан в эластомер, так как в контакте с ним находится большее число нитей. Число нитей во втором слое может быть в конце концов уменьшено до одной. Другим полезным числом нитей является число нитей в первом слое или двойное число нитей по сравнению с нитями первого слоя. Нити во втором слое должны иметь диаметр, равный, по меньшей мере, диаметру сердцевинной нити, так как в противном случае они вошли бы в зазор и создали стабиль

- 4 015040 ную конфигурацию. Предпочтительны такие конфигурации, когда второй слой включает в себя нити с диаметром сердцевинной нити и с первым диаметром нити или когда второй слой включает в себя только нити с первым диаметром нити.

Наиболее предпочтительными конфигурациями являются такие, когда сердцевинная нить окружена тремя, четырьмя или пятью нитями первого слоя. В этом случае наличие зазора агрегата от 0.40/ф до 0.70/ф отражается отношениями άι/ά₀.

Таблица 1

Зазор 5	Зазор от 40% ф до...	70%
η	άι/άο	Ι Δ/ά₀	ф/ф>	Δ/άο
4	2,045	0,245	1,705	0,163
5	1,217	ί 0,378	1,024	0,068

Приведённые данные относятся к бесконечной длине скрутки. Введение определённой длины скрутки уменьшит зазор между нитями первого слоя.

С целью лучшего применения нитей в эластомере на нити наносят органическое или неорганическое (например, металлическое) покрытие. Такое покрытие может оказаться полезным для лучшей защиты стального корда против коррозии или для придания химической адгезии с эластомером на верхушке механического заякоривания. Подходящими известными в технике покрытиями являются следующие:

коррозионно-стойкие покрытия, например цинк или цинково-алюминиевый сплав. Наиболее предпочтительно низкоцинковое покрытие горячего погружения, описанное в ЕР 1280958. Такое цинковое покрытие имеет толщину менее 2 мкм, предпочтительно менее 1 мкм, например 0,5 мкм. Между цинковым покрытием и сталью содержится сплав цинкового слоя со сталью;

когда в качестве эластомера использована резина, металлическими адгезивными покрытиями являются латунные покрытия. Так называемая тройная латунь, такая как медь-цинк-никель (например, 64 вес.%/35,5 вес.%/0,5 вес.%) и медь-цинк-кобальт (например, 64 вес.%/35,7 вес.%/0,3 вес.%) или не содержащая меди адгезивная система, такая как цинк-никель или цинк-кобальт.

Органические адгезивные покрытия по преимуществу являются покрытиями на основе органофункциональных силанов, органофункциональных титанатов или органофункциональных цирконатов, таких как описанные в νθ-Α-99/20682 (Νν ВскасП 8Л).

Согласно второму аспекту настоящего изобретения заявлен способ изготовления корда. Названный способ является стандартным способом, используемым для производства известных в технике кордов одинарной скрутки, но с введением некоторых изобретательских особенностей. Устанавливают вдоль определённой длины ряд бобин с помещёнными на них стальными нитями соответствующих диаметров. Диаметры нитей подбирают в соответствии приведённым выше описанием. Нити скручивают вместе с одинаковыми направлением и длиной скрутки, используя для этого ротационную сборочную машину. Такого рода сборочная машина представляет собой кабелепрокладочную или упаковочную машину, которая неотъемлемым образом имеет чётко выраженную ось вращения. Нити первого слоя укладывают вокруг сердцевинной нити в первой точке свивания, образуя тем самым промежуточную прядь. Во второй точке свивания к этой промежуточной пряди добавляют нити второго слоя. Теперь, в отличие от существующего уровня техники, сердцевинная нить заходит в первую точку свивания под углом так, что плоскость, образуемая сердцевинной нитью, входящей в первую точку свивания, и осью вращения сохраняется постоянной по отношению к сборочной машине. Угол между осью вращения и сердцевинной нитью составляет преимущественно от 1 до 10° и более предпочтительно от 2 до 5°. Такое несоосное расположение слегка выталкивает сердцевинную нить от центра, приводя к одностороннему расположению нитей первого слоя, которые на своём собственном витке создают зазор агрегата.

Неравномерное распределение нитей первого слоя может быть при этом улучшено путём односторонней подачи нитей первого слоя. Под односторонней подразумевается, например в случае пяти нитей, подаваемых на первую точку свивания, что нити не подают [равномерно] наклонно под углами 72°, а под углами, например, 60° (очевидным образом приводя к одному большому зазору при 120°).

Нити при поступлении в машину должны поддерживаться сильно натянутыми при определённом натяжении. Если же натяжение сердцевинной нити поддерживать ниже натяжения нитей первого слоя, сердцевинная нить будет периодически меняться положением с нитью первого слоя.

Согласно третьему аспекту изобретения заявлены эластомерные изделия, армированные стальным кордом согласно изобретению. Хотя стальной корд согласно изобретению был вначале разработан для армирования ремней, используемых в качестве устройств для открывания гаражных дверей, он столь же хорошо может быть использован и для всех типов зубчатых ремней или, как их также называют в технике, синхронных ремней. Могут быть армированы стальным кордом согласно изобретению и подъёмные ремни для элеваторов, что обеспечит хорошую недорогую альтернативу для существующего типа армирования. Предусматривается также использование корда для армирования конвейерных ремней, например в пищевой промышленности. Корд может быть также использован и для армирования шлангов высокого давления. Хотя использование корда в покрышках до сих пор испытано не было, он с тем же успехом может рассматриваться как альтернатива существующим многослойным кордам или компактным

- 5 015040 кордам.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описывается более детально со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 показывает геометрию, применённую для описания отличительной структурной особенности корда.

Фиг. 2а-2с показывают разные поперечные сечения первого варианта осуществления ремня согласно изобретению.

Фиг. 3а, 3Ь показывают разные поперечные сечения второго варианта осуществления ремня согласно изобретению.

Фиг. 4а показывает поперечное сечение третьего варианта осуществления ремня согласно изобретению, а фиг. 4Ь показывает трассу отдельных нитей на половине длины скрутки корда.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Начальное предложение по созданию недорогой альтернативы состояло в использовании типа 1|3χΝ конструкции, такой как ά₀+(5χάι|5χ6₂|5χά₃), описанной в ЕР 1474566, в котором диаметр 6₀ сердцевинной нити достаточно мал для того, чтобы войти в центр первого слоя из 5 нитей диаметром 6₁. Нити диаметрами 6₂ и 6₃ образуют второй слой, окружающий первый слой. Нити в скобках собирают вместе в одной операции с одной скруткой. Штрих | разделяет нити, которые могут находиться на разных кружках по отношению к центру при упорядоченном размещении. Под упорядочением подразумевается, что центры нитей первого слоя находятся на правильном Ν-угольнике, где N обозначает число нитей в этом слое. Нити второго слоя оказываются по соседству с двумя нитями первого слоя в щели, образованной этими нитями и в соответствии с круговым расположением, в котором их подают (например, попеременно 6₂ и 6₃). Такое упорядоченное расположение способствует миграции сердцевины, даже если центральная нить несколько увеличена, как это описано в ЕР 1474566.

До настоящего времени в случае дополнительного увеличения диаметра сердцевинной нити относительно диаметров нитей первого слоя за пределы их границ, что специалисты обычно считали разумным, происходило нечто интересное. Поскольку зазоры между нитями первого слоя в результате этого становятся очень большими, одна из нитей второго слоя подматывается между двумя нитями первого слоя, увеличивая тем самым образовавшийся зазор и подталкивая другие нити первого слоя одну к другой. Однако это внедряющаяся нить второго слоя не способна полностью войти в первый слой из-за отсутствия достаточного пространства. По этой причине эта нить временно располагается между первым и вторым слоями. В результате этого образуется нестабильная конфигурация, в которой относительные положения нитей первого и второго слоёв постоянно меняются в процессе образования корда. Довольно удивительно, что это не оставляет сердцевинную нить незатронутой, и при распутывании корда было обнаружено, что сердцевинная нить обладает существенно спиральной деформацией с теми же длиной и направлением скрутки (хотя и с переменным радиусом), что и у других нитей - особенность, которая не была повторно обнаружена после создания стабильной конфигурации. Другой характерной особенностью является то, что корд имеет особенно шероховатый внешний вид и никоим образом не похож на строго многоугольное поперечное сечение и винтовую линию упорядоченной версии ЕР 1474566.

В изображённом на фиг. 2 первом варианте осуществления изготовлен корд (2оо) со следующей геометрией:

т.е. 0,12-миллиметровая сердцевинная нить (202), которая окружена первым слоем из пяти 0,13миллиметровых нитей, который, в свою очередь, окружён вторым слоем из десяти чередующихся о,13миллиметровых нитей (212) и 0,12-миллиметровых нитей (210). Поскольку обнаруживается, что некоторые нити уже не могут быть идентифицированы как расположенные по окружности относительно сердцевины, была выбрана другая система обозначений. На фиг. 2а и 2Ь показаны поперечные сечения, взятые в разных местах вдоль корда.

Отношение 6ι/6₀ равно 1,08. Нити сердцевины и первого слоя выбраны таким образом, что образуется зазор агрегата на 55,8% из 0,13 мм, когда 5 нитей окружают сердцевину у скрутки 8 мм. Этот зазор достаточно велик для захвата одной из нитей второго слоя, но недостаточен для размещения 6 нитей в первом слое. Даже тогда когда нить второго слоя (например, (210')) входит в первый слой, здесь нет для неё достаточного пространства, в результате чего происходит выталкивание из первого слоя нити (204'). Поскольку одна из нитей второго слоя, по меньшей мере, частично заходит в первый слой, второй слой становится ненасыщенным, и, как это следует из поперечных сечений, корд принимает в целом шероховатый внешний вид. При раскручивании корд обнаруживает по существу спиральную деформацию с той же длиной скрутки 8 мм в 8-направлении, но с переменным радиусом.

Некоторые дополнительные детали: корд выполнен из покрытых цинком нитей, диаметр равен 0,603 мм с довольно высокой разницей между максимальным и минимальным диаметром - 0,007 мм (по измерению с помощью стандартного микрометра, имеющего круговые опоры с диаметром 12 мм), и определены масса погонного метра 1,58 г/м и разрывная сила 529 Н с очень низким структурным удлинением 0,012%.

- 6 015040

Преимущества корда согласно изобретению становятся особенно очевидными при проведении испытания на растяжение в полиуретане: какой-либо из концов примерно 12-сантиметрового образца корда заделывают (заливкой горячего полиуретана в форму с находящимся там образцом) в блок длиной 5 см, шириной 2 см и высотой 1 см. После охлаждения два полиуретановых блока вытягивают наружу и визуально изучают характер поломок. В качестве сравнения использован тип корда 1+6+12x0,120 мм (многослойная структура). Корд сравнения характеризуется разрывной силой 620 Н в стандартном испытании на растяжение (без заделывания). Получены следующие результаты (проведены два испытания с заделыванием).

Таблица 2

Стальной корд	Стандартное испытание	Испытание с заделыванием	Нити не поломаны
1+6+12x0.120 сравнит.	620 Н	511 \|514Н	7, т.е. сердцевина
0,12+(5^х0.13;5х0,13;5х0,12)	529 Н	534 \| 541 Н	30

Корд сравнения чётко проявляет менее эффективное прочностное поведение, так как силы растяжения передаются к корду только через внешнюю оболочку корда и, поскольку сердцевина не находится в контакте с полиуретаном, сердцевина в основном остаётся ненагруженной. Корд согласно изобретению чётко обнаруживает лучшее использование прочности, хотя его разрушающая нагрузка в стандартном испытании намного ниже. Это связывают с лучшим заякориванием сердцевинной нити и первого слоя во втором слое и ненасыщенным вторым слоем, предоставляющим лучшую поверхность контакта с полиуретаном. Следует отметить увеличение разрушающей нагрузки в стандартном испытании по сравнению с испытанием с заделыванием, которое возможно может быть связано с повышенным упрочнением за счёт тепла, применяемого при изготовлении образца. Таким образом, корд согласно изобретению решает проблему последовательной поломки.

Во втором варианте осуществления приведённые результаты были подтверждены на другой геометрии

Может быть рассчитан зазор агрегата для первого слоя, в результате чего получают 55,0% для 0,195 мм. Отношение ф/б₀ равно 1,09. На фиг. 3а-3с показаны разные поперечные сечения (30) вдоль корда со сдвигом на несколько миллиметров. Может быть выделена сердцевинная нить (302). В то время как первоначально нити второго слоя подавались во вторую точку свивания в переменном порядке, циркулируя вокруг сердцевины, т.е.

Ог» 312ι—310г+312г»310г>312г+310г*312г+310г-*312, этот порядок может полностью измениться, поскольку какая-нибудь нить внешнего слоя может перескочить через другую, погруженную нить внешнего слоя, в результате чего возникнет последовательность, например, фиг. 2а

310γ*·310γ*312γ*312γ-’· 310гч310г»312г-+310гч312гч312.

Этот корд обладает следующими свойствами: линейная масса 3,179 г/м, разрушающая нагрузка 1107 Н, эффективная сила растяжение 2737 МПа, большой модуль, равный 194760 МПа по сравнению с прядевыми кордами типа 7x3 или 3x3, которые имеют модуль 180000 МПа. Большой модуль особенно выгоден, если только в случае применения армирования допустимо небольшое удлинение.

Наконец, был выполнен вариант осуществления в основном с ненасыщенным вторым слоем, имеющий следующую геометрию:

0,175+(5х0,20;3х0,20) 12 мм 8.

Зазор агрегата для этой конфигурации состоит на 45,0% из 0,20. Отношение ф/б₀ равно 1,14.

На фиг. 4а показано поперечное сечение корда, на котором чётко различимы сердцевинная нить (402), нити (404) первого слоя и нити (412) второго слоя. Такие поперечные сечения получают путём смешения корда в жёсткой полимерной отливке, разрезки образца и шлифовании его. С помощью постепенного послойного отшлифовывания можно получить последовательность поперечных сечений, на основании которых можно воспроизвести трассы центров нитей (указанных на чертеже знаком х). При введении в отливку двух параллельных проволок (420) можно построить сравнительный каркас (422), относительно которого можно измерять положения центров нитей.

На фиг. 4Ь показана конструкция орбиты, за которой следуют разные нити, на основе 6 из упомянутых поперечных сечений на расстояниях 0,0, 1,34, 2,68, 4,09, 5,45 и 6,98 мм, т.е. вдоль приблизительно половины длины скрутки. Трасса сердцевинной нити (402) изображена ромбиком ♦, а линии, соединяющие эти символы, служат лишь для направления глаза. Сердцевинная нить явно не является прямой и обнаруживает спиральную деформацию. На основе такого поперечного сечения может быть также определён и центр тяжести, указанный стрелкой 423 на фиг .4а. Этот центр тяжести не смещается в заметной степени относительно каркаса (422), как это показано с помощью заштрихованной области (424) на фиг. 4Ь.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Стальной корд для армирования эластомерных изделий, содержащий сердцевинную нить с определенным диаметром сердцевинной нити, первый слой нитей, расположенных вокруг сердцевинной нити, при этом нити первого слоя имеют диаметры, большие или равные диаметру сердцевинной нити, и второй слой нитей, расположенный вокруг первого слоя, причем нити второго слоя имеют диаметры, большие или равные диаметру сердцевинной нити, при этом все нити свиты с одним и тем же шагом скрутки и в одном и том же направлении, отличающийся тем, что шаг скрутки, диаметр сердцевинной нити и диаметр нитей первого слоя имеют такие значения, что между нитями первого слоя может быть образован общий зазор, составляющий по меньшей мере 40% и максимум 70% от диаметра сердцевинной нити, в котором периодически располагается какая-нибудь нить второго слоя, так что сердцевинная нить оказывается, по существу, спирально деформированной с указанным шагом скрутки и в указанном направлении.
2. Стальной корд по п.1, в котором первый слой содержит нити с некоторым первым диаметром нитей, при этом первый диаметр нитей превышает диаметр сердцевинной нити.
3. Стальной корд по п.2, в котором первый слой содержит нити с диаметром сердцевинной нити, граничащие с нитями с первым диаметром нитей.
4. Стальной корд по п.3, в котором первый слой состоит из нитей с диаметром сердцевинной нити, граничащих с нитями с первым диаметром нитей.
5. Стальной корд по любому из пп.1-4, в котором количество нитей в первом слое равно 3, 4 или 5.
6. Стальной корд по п.5, в котором количество нитей в первом слое равно 5, а соотношение между диаметром первого слоя и диаметром сердцевинной нити составляет 102-120%.
7. Стальной корд по п.6, в котором количество нитей во втором слое составляет от 1 до 10.
8. Стальной корд по п.7, в котором нити второго слоя имеют или диаметр сердцевинной нити, или первый диаметр нитей.
9. Стальной корд по п.7, в котором все нити второго слоя имеют первый диаметр нитей.
10. Стальной корд по п.5, в котором количество нитей в первом слое равно 4 и соотношение между первым диаметром нитей и диаметром сердцевинной нити составляет 170-205%.
11. Стальной корд по п.10, в котором количество нитей во втором слое составляет от 2 до 8.
12. Стальной корд по п.11, в котором нити второго слоя имеют или диаметр сердцевинной нити, или первый диаметр нитей.
13. Стальной корд по п.11, в котором все нити второго слоя имеют первый диаметр нитей.
14. Стальной корд по любому из пп.1-13, в котором нити имеют латунное покрытие.
15. Стальной корд по любому из пп.1-13, в котором нити имеют цинковое покрытие.
16. Стальной корд по п.15, в котором цинковое покрытие имеет толщину менее 2 мкм и нанесено с помощью способа горячего цинкования.
17. Стальной корд по любому из пп.14-16, в котором нити покрыты адгезивной грунтовкой, содержащей по меньшей мере одну из групп веществ, к которым относятся органофункциональные силаны, органофункциональные титанаты или органофункциональные цирконаты.
18. Способ изготовления стального корда, содержащий следующие этапы:

подготовка сердцевинной нити на бобине;

подготовка нитей первого слоя и нитей второго слоя на бобинах; вышеуказанные нити первого и второго слоя выполнены по любому из пп.1-17;

подготовка сборочной установки, имеющей ось вращения для скручивания нитей с некоторым шагом скрутки и в некотором направлении;

подача нитей от бобин в сборочную машину, в которую указанную сердцевинную нить вводят по центру относительно нитей первого слоя в первой точке скручивания, тем самым, образуя промежуточную прядь, при этом остальные нити располагают вокруг промежуточной пряди в следующей точке скручивания, отличающийся тем, что указанную сердцевинную нить вводят в указанную первую точку скручивания под постоянным углом к оси сборочной машины.
19. Способ по п.18, в котором нити первого слоя подают неравномерно под углом к сердцевинной нити, так что нити первого слоя образуют общий зазор, в котором попеременно размещается какая-либо нить второго слоя.
20. Способ по п.18 или 19, в котором нити подают в сборочную машину с некоторым результирующим натяжением, при этом указанное натяжение сердцевинной нити меньше любого из натяжений первого и второго слоя, так чтобы обеспечить повторяющиеся изменения в положении нитей.
21. Армированное эластомерное изделие, выбираемое из группы, состоящей из покрышек, шлангов, подъемных ремней, конвейерных лент, приводных ремней и армирующих полос, содержащее в себе стальной корд по любому из пп.1-17.
22. Армированное эластомерное изделие по п.21, в котором эластомером является полиуретан.
23. Армированное эластомерное изделие по п.21, в котором эластомером является резина.