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(diǎn)，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(qiáng)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(jī)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(jī)床狀態(tài)相同，檢測拉伸試驗人員與機(jī)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(jī)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)。