(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (1) Int. Cl. D07B1/06 (06.01) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 08/18 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: Stalowy kord o otwartych warstwach o wysokim obciążeniu zrywającym (30) Pierwszeństwo: EP (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 06/16 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego /08 (73) Uprawniony z patentu: N.V. BEKAERT S.A., Zwevegem, BE (72) Twórca (y) wynalazku: PL/EP T3 MEERSSCHAUT Dirk, Ooigem, BE VANNESTE Stijn, Ingelmunster, BE CAUWELS Hans, Adegem, BE (74) Pełnomocnik: Polservice Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. rzecz. pat. Kowal Elżbieta Warszawa skr. poczt. 33 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 78P2272PL00 EP B1 Dziedzina techniki Wynalazek odnosi się do stalowego kordu dostosowanego do wzmocnienia Stan techniki Stalowe kordy są powszechnie stosowane do wzmocnienia takich elastomerów, jak gumowe Zwłaszcza dla dynamicznych zastosowań, jak w gumowych oponach, na stalowe kordy nałożono szereg wymagań. Stalowe kordy muszą mieć: (a) wysokie obciążenie zrywające; (b) dużą odporność zmęczeniową; (c) dużą odporność na korozję; (d) małą średnicę kordu. Wysokie obciążenie zrywające (a) można uzyskać poprzez 1 skręcanie kordu stalowego z włókien o dużej wytrzymałości na rozciąganie, to jest z włókien stalowych o dużej zawartości węgla, które zostały poddane wysokiemu odkształceniu końcowemu poprzez ciągnienie, w wyniku czego uzyskano dużą wytrzymałość na rozciąganie. Zakładając równą średnicę początkową stalowego drutu dla półfabrykatu, im cieńsze będą końcowe średnice włókien, tym wyższy będzie stopień odkształcenia i tym wyższa uzyskiwana będzie wytrzymałość na rozciąganie. Wysokie obciążenie zrywające kordu uzyskuje się

3 2 następnie poprzez skręcenie włókien o dużej wytrzymałości na rozciąganie w zwartą konfigurację, to jest konfigurację o znacznym przekroju poprzecznym stali przypadającym na przekrój całkowity.@1 Dla uzyskania dużej odporności zmęczeniowej (b) znane jest zmniejszenie średnicy poszczególnych włókien tworzących kord stalowy i zwiększenie wytrzymałości tych włókien oraz uniknięcie nadmiernego zużycia wewnętrznego (zużycie ciernokorozyjne) kordu. Zmniejszenie średnicy poszczególnych włókien stalowych przyczynia się również do wysokiego obciążenia niszczącego (a) ponieważ dalsze ciągnienie w kierunku uzyskania cieńszych włókien stalowych zwiększa wytrzymałość na Dużą odporność na korozję (c) uzyskuje się poprzez 1 otwarte struktury kordu stalowego, które pozwalają na głębszą penetrację elastomeru lub gumy w kord stalowy pomiędzy poszczególnymi włóknami stalowymi, zapobiegając przedostawaniu się wilgoci wzdłuż pustych przestrzeni wewnątrz i wzdłuż kordu stalowego. Otwarty charakter kordu stalowego jest jednakże wprost przeciwny celowi uzyskania wysokiego obciążenia zrywającego (a) i dużej wytrzymałości zmęczeniowej, ponieważ zmniejsza zwartość oraz wielkość stalowego przekroju przypadającego na przekrój całkowity, i ponieważ dla wysokiego obciążenia zrywającego i dużej 2 wytrzymałości zmęczeniowej potrzeba wiele małych włókien, co bardziej utrudnia uzyskanie w pełni otwartej Mała średnica kordu (d) jest niezbędna dla

4 3 zmniejszenia ilości gumy zastosowanej do osadzenia w niej stalowych kordów co zwiększa koszt całkowity i ciężar opony. Jednakże mała średnica kordu jest przeciwstawna dużemu obciążeniu zrywającemu, ponieważ zmniejsza ilość dostępnej WO 99/31313A ujawnia zwarty kord utworzony przez rdzeń pokryty polimerem, wypełniony licznymi włóknami skręconymi wokół tego rdzenia. Istota wynalazku Ogólnym celem wynalazku jest uniknięcie wad znanych ze stanu techniki. Następnym celem wynalazku jest dostarczenie stalowego kordu o wysokim obciążeniu zrywającym, dużej odporności zmęczeniowej i dużej odporności na korozję. 1 Następnym celem wynalazku jest dostarczenie kordu stalowego o wysokim obciążeniu zrywającym, małej średnicy kordu stalowego i dobrej penetracji gumy. Zgodnie z obecnym wynalazkiem dostarczono stalowy kord dostosowany do wzmocnienia elastomerów. Kord stalowy jest utworzony - stalowe włókno rdzenia o średnicy stalowego włókna rdzenia d c ; włókno rdzenia jest poryte polimerem; - sześć pośrednich stalowych włókien o średnicy d i, która jest mniejsza lub równa średnicy d c stalowego włókna rdzenia; 2 pośrednie stalowe włókna są skręcone wokół stalowego włókna rdzenia;

5 4 - dziesięć lub jedenaście zewnętrznych stalowych włókien, gdzie średnica d o zewnętrznego stalowego włókna jest mniejsza lub równa średnicy d i pośredniego stalowego włókna; zewnętrzne stalowe włókna są skręcone wokół pośrednich stalowych włókien; zewnętrzne stalowe włókna są wielokątnie wzornikowane w celu umożliwienia penetracji gumy wewnątrz wspomnianego kordu. Stalowe włókno rdzenia, pośrednie stalowe włókna i zewnętrzne stalowe włókna mają wytrzymałość na rozciąganie co najmniej 2600 MPa, na przykład powyżej 2800 Kord stalowy ma zewnętrzną średnicę D zgodną z poniższym wzorem: D d c + 2xd i + 2xd o + 0,1 gdzie wszystkie średnice są wyrażone w milimetrach 1 Polimer wokół stalowego włókna rdzenia wypełnia otwory pomiędzy stalowym włóknem rdzenia i pośrednimi stalowymi włóknami i pozwala uniknąć dużej korozji ciernej pomiędzy pośrednimi stalowymi włóknami i stalowymi włóknami rdzenia. Korzystnie średnice stalowych włókien d c, d i oraz d o leżą w zakresie od 0,1 do 0,40 mm, na przykład pomiędzy 0,17 mm i 0,37 mm, na przykład pomiędzy 0,22 i 0,37 Wzornikowanie zewnętrznych stalowych włókien nadaje im kształt wielokątny, jak opisano w EP-B Wielokątne wzornikowanie zewnętrznych stalowych włókien ma tę zaletę, że 2 umożliwia pełną penetrację gumy aż do pośrednich stalowych włókien, za pomocą wzornikowania w małym stopniu. Takie wzornikowanie w małym stopniu ma dwie

6 Pierwszą zaletą jest to, że nie powoduje znacznego zwiększenia zewnętrznej średnicy stalowego kordu. Jak podano w powyższym wzorze, zewnętrzna średnica D kordu jest tylko o 0,1 mm większa niż suma średnic wszystkich poszczególnych stalowych włókien na długości średnicy stalowego Drugą zaletą jest to, że nie zmniejsza zasadniczo wytrzymałości na rozciąganie wielokątnie wzornikowanych stalowych włókien. Niniejszym rozumie się, że odkształcenie plastyczne inne niż kolejne ciągnienie zazwyczaj zmniejsza wytrzymałość na rozciąganie wzornikowanych stalowych włókien. Jednakże przy odpowiednim wielokątnym wzornikowaniu takie zmniejszenie będzie kontrolowane i Obciążenie zrywające stalowego kordu według wynalazku będzie wyższe niż 3 Newtonów, korzystnie wyższe niż Newtonów, na przykład wyższe niż 3700 Dla stalowego kordu według wynalazku skok pośredniego skręcania różni się od skoku zewnętrznego skręcania lub kierunek skoku pośredniego skręcania jest inny niż kierunek skoku zewnętrznego skręcania lub oba z nich. Stalowy kord według wynalazku może być zastosowany w gumowej oponie, a zwłaszcza w warstwach osnowy opony, w bieżniku, w obszarze paska ochronnego obrzeża opony lub w drutówce, lecz jest korzystnie stosowany w warstwach podkładu gumowej opony. 2 Skrócony opis figur Wynalazek będzie obecnie opisany bardziej szczegółowo w odniesieniu do załączonych rysunków, gdzie:

7 6 Fig. 1 przedstawia korzystny przykład wykonania wynalazku stalowego kordu, w przekroju. Opis korzystnego przykładu wykonania wynalazku Fig. 1 przedstawia stalowy kord według wynalazku, w przekroju. Stalowy kord jest utworzony przez stalowe włókno rdzenia 12 o średnicy 0,30 mm. Stalowe włókno rdzenia 12 zostało uprzednio pokryte, na przykład w procesie formownia wytłoczonego, takim polimerem 12 jak tereftalan polietylenowy (PET). PET okazał się stosownym polimerem ze względu na jego niską absorpcję wilgoci oraz jego wysoką odporność na mechaniczną korozję cierną sąsiednich włókien. Przed operacją skręcania stalowego kordu średnica pokrytego PET włókna stalowego rdzenia 12, 14 wynosi około 0,38 1 Pośrednią warstwę sześciu pośrednich stalowych włókien 16 skręca się wokół pokrytego PET stalowego włókna rdzenia 12, 14. Średnica pośrednich stalowych włókien 16 wynosi 0,30 mm. Skok skręcania pośrednich stalowych włókien 16 wynosi 9 mm w kierunku S. Wskutek promieniowego nacisku pośrednich stalowych włókien 16, PET 14 wpływa nieco pomiędzy pośrednie stalowe włókna 16. Zewnętrzną warstwę jedenastu zewnętrznych stalowych włókien 18 skręca się wokół pośrednich stalowych włókien 16. Zewnętrzne stalowe włókna 18 były wielokątnie wzornikowane zgodnie z EP-B Średnica zewnętrznych stalowych włókien 18 wynosi 0,28 mm. Skok skręcenia zewnętrznych stalowych włókien 18 wynosi 18 mm w kierunku

8 7 Kord ten można opisać jako: 0,30PC + 6x0, x0,28 HT BETRU 9/18 S/S gdzie PC oznacza pokrycie polimerem, HT oznacza wysoką rozciągliwość, a BETRU oznacza wielokątne wzornikowane zewnętrznej warstwy. Tabeli 1. Niektóre właściwości tego kordu podano poniżej w Tabela 1 0,30PC + 6x0, x0,28 HT BETRU 9/18 S/S Wymiar Wartość Obciążenie zrywające Newton 340 Średnica kordu mm 1,472 Gęstość liniowa g/m 9,426 Spadek nacisku % 0 Sekcje porowate - 0 Kord według Tabeli 1 łączy wysokie obciążenie zrywające (ponad 3 Newtonów) z gęstą konfiguracją (średnica poniżej 1,60 mm) i pełną penetracją gumy (zerowy spadek nacisku i brak sekcji porowatych).@ W próbie zastosowano polimer PET o następujących właściwościach: 1 - temperatura topnienia sieci krystalicznej: 2-28 C; - temperatura mięknienia, Vicat DIN 3 460: C; - Moduł Younga DIN 3 47 ISO 27: 0 MPa; - Wytrzymałość na rozciąganie DIN ISO 27:60 MPa; - Wydłużenie DIN ISO 27: > 0%; - Twardość DIN 3 46: 1-12 MPa; - Wilgotnochłonność ( C, 0 % wilgotności względnej): 0,3 %

9 8 Wyższe obciążenia zrywające uzyskuje się w włóknach o większej wytrzymałości na rozciąganie, na przykład stosuje się włókna o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 3000 MPa. Jest to przypadek w następującym przykładzie: 0,30 PC + 6x0, x0,28 UHT BETRU / S/S gdzie PC oznacza pokrycie polimerem, UHT oznacza wysoką rozciągliwość, a BETRU oznacza wielokątne wzornikowane włókien zewnętrznej Zestawienie wyników dla tego kordu podano w Tabeli 2 Tabela 2 0,30PC + 6x0, x0,28 UHT BETRU / S/S Wymiar Wartość Ogólne właściwości Średnica kordu - wartość średnia mm 1,493 Średnica kordu - maksymalna mm 1,17 Gęstość liniowa g/m 9,323 Właściwości mosiężnej powłoki Grubość µm 0,239 Procent miedzi % 64,13 Ciężar mosiądzu g/kg 3,62 Próba rozciągania Obciążenie zrywające F m N 3870 Wytrzymałość na rozciąganie R m, MPa 3263 Granica plastyczności przy 0,2% trwałego wydłużenia Wydłużenie trwałe przy maksymalnym obciążeniu A g MPa 287 % 0,7 Trwałe wydłużenie przy zerwaniu A ts % 2,8 Moduł Younga MPa PLE (2,-0 Newtonów) % 0,061 Sztywność zginania Sztywność kordu E k Nmm Sztywność zakotwiczenia kordu E v Nmm Moment zakotwiczenia M v Nmm 1,7 Stratność energii % 14 Penetracja gumy

10 9 Spadek nacisku % 0 Zmęczenie RV LCF DRY Średnica koła pasowego mm 24 Obciążenie poosiowe N 1300 Cykle do pęknięcia 2190 Jak wynika z Tabeli 2, dla kordu według wynalazku uzyskano obciążenie zrywające nie mniejsze niż 3870 Newtonów, przy średniej średnicy nie mniejszej niż 1,0 mm i przy pełnej penetracji gumy. Dotychczas takie szczególne połączenie parametrów nie było W szerszym aspekcie włókna stalowe stalowego kordu według wynalazku zwykle mają średnicę w zakresie od 0,03 mm do 0,80 mm, i korzystnie od 0,0 mm do 0,37 Poniżej podano skład stalowych włókien: zawartość węgla w zakresie od 0,70 do 1,1%, zawartość magnezu w zakresie 0, do 1,%, zawartość krzemu w zakresie od 0, do 0,90%, zawartość siarki i fosforu ograniczono do 0,1% i korzystnie do 0,0%; mogą być wprowadzone pierwiastki takie dodatkowe jak chrom (do 0,-0,40%), miedź (do 0,%), nikiel (do 1 0,30%), kobalt (do 0,%) i wanad (do Końcowa wytrzymałość włókien na rozciąganie R m zleży od ich średnicy: przykładowo, włókno 0,2 mm o normalnej rozciągliwości ma wytrzymałość R m powyżej około 2800 Megapaskali (MPa), włókno 0,2 mm o wysokiej rozciągliwości (HT) ma wytrzymałość R m powyżej około 3400 MPa, włókno 0,2 mm o super wysokiej rozciągliwości (SHT) ma wytrzymałość R m powyżej około 3600 MPa, a włókno 0,2 mm o ultra wysokiej rozciągliwości (UHT) ma wytrzymałość R m powyżej około 4000

11 Dla największych wytrzymałości na rozciąganie odpowiednia będzie stal o następującym składzie: zawartość węgla w zakresie od 0,90% do 1,%, zawartość krzemu poniżej 0,40%, zawartość manganu poniżej 0,0% i zawartość chromu w zakresie od 0,% do Stalowe włókna pokrywa się warstwą ułatwiającą adhezję do gumy: powłokami ze stopu miedzi, jak mosiądz (zarówno o małej zawartości 63,% Cu, jak i dużej zawartości 67,% Cu, lub kompleksowa powłoka mosiężna (Ni + mosiądz, mosiądz + Co...) lub brąz. Możliwe są również powłoki z cynku oraz stopów cynku (na przykład z glinem lub magnezem) traktowane silanami dla adhezji z Stalowy kord według wynalazku wytwarza się za pomocą znanej maszyny do rurowego skręcania lub korzystnie za pomocą 1 znanego urządzenia do zdwojonego skręcania. Powlekanie stalowego włókna rdzenia polimerem wykonuje się w procesie formowania wytłocznego poprzedzającego operację N.V.BEKAERT S.A. Pełnomocnik:

12 11 78P2272PL00 EP B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Stalowy kord dostosowany do wzmocnienia elastomerów, wspomniany stalowy kord jest utworzony przez: - stalowe włókno rdzenia mające średnicę stalowego włókna rdzenia d c, powleczone polimerem; - sześć pośrednich stalowych włókien mających średnicę d i pośredniego stalowego włókna mniejszą lub równą średnicy d c wspomnianego stalowego włókna rdzenia, wspomniane pośrednie stalowe włókna są skręcone wokół wspomnianego stalowego włókna rdzenia; - dziesięć lub jedenaście zewnętrznych stalowych włókien mających średnicę d o zewnętrznego stalowego włókna mniejszą lub równą wspomnianej średnicy d i pośredniego stalowego włókna, wspomniane zewnętrzne stalowe włókna są skręcone wokół wspomnianych pośrednich stalowych włókien, wspomniane zewnętrzne stalowe włókna są wielokątnie wzornikowane dla umożliwienia penetracji gumy wewnątrz wspomnianego kordu; wspomniane stalowe włókno rdzenia, wspomniane pośrednie stalowe włókna i wspomniane zewnętrzne stalowe włókna mają wytrzymałość na rozciąganie co najmniej 2600 MPa, wspomniany kord ma średnicę zewnętrzną D według następującego wzoru:

13 12 D d c + 2xd i + 2xd o + 0,1 gdzie wszystkie średnice są wyrażone w milimetrach (mm). 2. Stalowy kord według zastrz. 1, w którym wszystkie średnice d c, d i i d o są w zakresie od 0,1 mm do 0,40 mm. 3. Stalowy kord według dowolnego z poprzednich zastrz., dla którego obciążenie zrywające wspomnianego kordu wynosi co najmniej 3 Newtonów. 4. Stalowy kord według dowolnego z poprzednich zastrz., w którym wspomniane pośrednie stalowe włókna są skręcone z pośrednim skokiem skręcenia, wspomniane zewnętrzne stalowe włókna są skręcone z zewnętrznym skokiem skręcenia, wspomniany pośredni skok skręcenia jest różny od wspomnianego zewnętrznego skoku skręcenia.. Stalowy kord według dowolnego z poprzednich zastrz., w którym wspomniane pośrednie stalowe włókna są skręcone w pośrednim kierunku skręcenia, wspomniane zewnętrzne stalowe włókna są skręcone w zewnętrznym kierunku skręcenia, a wspomniany pośredni kierunek skręcenia jest równy wspomnianemu zewnętrznemu kierunkowi skręcenia. N.V.BEKAERT S.A. Pełnomocnik:

14