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        3+9+15×0.175交互捻鋼絲簾線拉伸齊斷的研究

        2020-07-19 10:20:52姚海東
        輪胎工業(yè) 2020年11期
        關(guān)鍵詞:單絲簾線鋼絲

        姚海東,楊 葉

        (江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司,江蘇 興化 225721)

        交互捻鋼絲簾線具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不易松散的特點,其中層狀交互捻結(jié)構(gòu)的3+9+15鋼絲簾線經(jīng)常被用作橡膠制品增強材料。例如3+9+15×0.175+0.15作為經(jīng)典結(jié)構(gòu)的鋼絲簾線,常用于輪胎胎體中[1-2],其中0.15 mm直徑的單絲作為外纏絲,可防止鋼絲簾線松散,在拉伸過程中基本不承受較大的力,而3+9+15鋼絲簾線的各層單絲是拉伸負(fù)荷的主要承受者。因此對于拉伸試驗測試,一般是去除外纏絲后進(jìn)行,即對3+9+15×0.175鋼絲簾線進(jìn)行測試。拉伸試驗除測試破斷力和破斷伸長率等指標(biāo)外,還有一項重要指標(biāo),即單絲的齊斷性能。單絲不齊斷會導(dǎo)致鋼絲簾線的每層單絲不能被充分利用。

        本工作對3+9+15×0.175鋼絲簾線拉伸齊斷的影響因素進(jìn)行探討。

        1 產(chǎn)品性能與拉伸測試

        3+9+15×0.175鋼絲簾線的性能指標(biāo)如下:捻距 5/10/16 mm,捻向 S/S/Z,簾線直徑 1.34 mm,線密度 5.42 g·m-1,破斷力≥1 720 N。通常采用0.175 mm直徑單絲在雙捻機上捻制捻向為S/S的3+9×0.175半成品,捻距可以為最終捻距,也可以是預(yù)定捻距;然后將3+9×0.175作為芯線,與15根面線共同捻制成3+9+15×0.175簾線,捻向為Z,捻距為最終捻距;最后根據(jù)需要再進(jìn)行外纏絲的捻制。

        對常規(guī)3+9+15×0.175鋼絲簾線進(jìn)行拉伸測試,鋼絲簾線的拉伸斷裂形貌如圖1所示。

        圖1 常規(guī)3+9+15×0.175鋼絲簾線的拉伸斷裂形貌

        從圖1可以看出,鋼絲簾線總是3+9這兩層的單絲先行斷裂,最外層15根單絲不完全斷裂,檢測發(fā)現(xiàn)3+9+15×0.175鋼絲簾線的單絲齊斷的比例不足10%。

        2 拉伸齊斷分析

        2.1 單絲理論應(yīng)力分析

        首先探討單絲在拉伸試驗中的理論應(yīng)力,通常3+9+15×0.175鋼絲簾線的捻距分別為5,10和16 mm,各層單絲成繩直徑(以單絲軸向中心計算)分別為0.202,0.552和0.902 mm。根據(jù)Hruska提出的公式計算各層單絲應(yīng)力(σn)[3]:

        式中,σ0為軸向單位應(yīng)力,αn為第n層單絲的捻角,Dn為第n層單絲成繩直徑(以單絲軸向中心計算),Ln為第n層單絲的捻距。

        將式(2)代入式(1),計算得到3+9+15×0.175鋼絲簾線各層單絲應(yīng)力分別為0.984σ0,0.971σ0和0.970σ0,各層單絲應(yīng)力相差不超過1.5%,可見3+9+15×0.175鋼絲簾線在捻距設(shè)計時已經(jīng)考慮了單絲直徑與捻角的配合,使各層單絲在拉伸負(fù)荷下的應(yīng)力相近,各層單絲受力均勻。

        2.2 單絲實際受力測試

        為進(jìn)一步分析3+9+15×0.175鋼絲簾線拉伸不齊斷的原因,將成品3+9+15×0.175鋼絲簾線進(jìn)行解捻,測量每根單絲的破斷力,并與捻制前的濕拉單絲進(jìn)行對比,測試結(jié)果如表1所示。

        表1 解捻單絲與濕拉單絲的破斷力對比

        從表1可以看出:與濕拉單絲相比,3+9這兩層單絲的破斷力在捻制中損失較大,超過8%;而外層15根單絲的破斷力在捻制中損失較小,只有4%。

        從單絲的理論應(yīng)力計算可知,3+9+15×0.175鋼絲簾線在拉伸應(yīng)力下每層單絲的受力相近,而從實際解捻測試看,3+9這兩層單絲的破斷力均小于外層15根單絲,因此推測3+9這兩層單絲的捻制損失較大是造成3+9+15×0.175鋼絲簾線拉伸不齊斷的重要因素。

        針對以上分析,采用破斷力較大的濕拉0.175 mm直徑單絲制造3+9×0.175半成品,然后作為芯線,再與15根常規(guī)破斷力的濕拉0.175 mm直徑單絲一起捻制成3+9+15×0.175鋼絲簾線,并進(jìn)行拉伸試驗,破斷力測試結(jié)果如表2所示。試驗鋼絲簾線的拉伸斷裂形貌如圖2所示。

        表2 3+9+15×0.175鋼絲簾線的破斷力

        圖2 試驗3+9+15×0.175鋼絲簾線的拉伸斷裂形貌

        從表2和圖2可以看出,試驗3+9+15×0.175鋼絲簾線每層的單絲齊斷比例明顯增大。

        2.3 鋼絲簾線不齊斷原因分析

        鋼絲簾線拉伸試驗過程中,影響各層單絲齊斷的因素很多,包括單絲的材質(zhì)、應(yīng)力應(yīng)變、單絲之間的表面接觸應(yīng)力、捻制松緊和檢測方法等[4-6]。由于3+9+15×0.175鋼絲簾線的各層單絲均采用相同的濕拉單絲捻制,捻制工藝與機床狀態(tài)相同,檢測拉伸試驗人員與機型相同,因此其單絲的材質(zhì)、捻制松緊程度和檢測方法的影響很小,并且3+9+15×0.175鋼絲簾線的捻向為S/S/Z,最外層15根單絲與3+9層單絲為交互捻制,使拉伸試驗時單絲之間的表面相互制約相對較小,但是由于成品鋼絲簾線各層單絲的破斷力捻制損失有差異,導(dǎo)致出現(xiàn)拉伸不齊斷的幾率較大。

        3+9+15×0.175鋼絲簾線各層單絲的破斷力捻制損失存在差異,主要有以下兩方面原因:一是3+9層單絲的捻距較小且置于內(nèi)層,在捻制過程中單絲有較大的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力,從而使單絲的破斷力捻制損失增大;二是制造3+9+15×0.175鋼絲簾線時,總是先在雙捻機上捻制3+9×0.175半成品,然后將3+9×0.175作為芯線,與15根面線共同捻制成3+9+15×0.175鋼絲簾線,這使得3+9層單絲經(jīng)過二次捻制,在更多的加捻解捻過程中單絲的破斷力捻制損失增大。

        為了提高3+9+15×0.175鋼絲簾線拉伸齊斷幾率,試驗中提高了3+9層所用的濕拉單絲破斷力,使捻制損失后3+9層單絲的破斷力與外層15根單絲相近,從而增大了3+9+15×0.175鋼絲簾線拉伸齊斷的幾率。

        3 結(jié)語

        大部分鋼絲簾線在結(jié)構(gòu)設(shè)計時充分考慮了受力過程中單絲的應(yīng)力差異,通過單絲直徑和捻距的設(shè)計平衡單絲受力的均勻性。然而在制造過程中,工藝流程的差異會導(dǎo)致實際的單絲性能發(fā)生變化。通過對單絲的受力分析,并結(jié)合相應(yīng)的工藝調(diào)整,可以改善鋼絲簾線性能,提高產(chǎn)品品質(zhì)。

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