具有金属涂层和聚合物涂层的细长钢丝
阅读说明：本技术 具有金属涂层和聚合物涂层的细长钢丝 (Elongated wire with metal coating and polymer coating ) 是由 *** 沈莉 于 2018-03-22 设计创作，主要内容包括：提供了一种细长钢丝,细长钢丝包括钢单丝、钢单丝上的用于耐腐蚀的金属涂层以及金属涂层上的用于耐腐蚀的聚合物涂层,钢单丝具有微结构,该微结构包括超过96％的回火马氏体。细长钢丝是环境友好型产品,并且其具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、强度和硬度。(Provide a kind of elongated wire, elongated wire include steel monofilament, on steel monofilament on corrosion resistant metal coating and metal coating for corrosion resistant polymer coating, steel monofilament has micro-structure, which includes the tempered martensite for being more than 96%.Elongated wire is environmentally friendly product, and it is with good corrosion resistance, wearability, intensity and hardness.)
技术领域
本发明涉及一种具有金属涂层和聚合物涂层的细长钢丝及其制造方法。本发明涉及具有高耐腐蚀性的细长钢丝作为梳理针或刷丝的应用。本发明还涉及一种包括具有高耐腐蚀性的细长钢丝的弹性针布、固定梳理盖板或钢丝刷。
背景技术
一般而言，具有两类所谓的梳理针：用于所谓的弹性盖板针布或弹性针布的钢丝、以及待加工为用于固定梳理盖板的齿状丝的钢丝。
在纺织品的生产中，梳理过程用于将纤维以均匀的状态(即，密度均匀且厚度均匀)布置，并且去除杂质。这可以通过弹性针布或通过固定盖板来完成。
弹性针布包括小钩，小钩被设置在有弹力的多层织物层中，并且由弯折成U形的钢丝制成并且被设置有弯头。弹性针布在受到负载时弯折，并且在不再承受负载后返回其初始位置。用于弹性针布的钢丝通常非常硬并且是无任何涂层的裸钢单丝。钢丝或者在其整个体积和长度上具有回火马氏体结构，或者在其顶部被局部硬化，使得回火马氏体仅存在于顶部。
类似地，齿状梳理针被安装在固定盖板中，也局部地具有硬化结构或者在其体积上具有硬化结构。
在纤维的梳理过程期间，齿状梳理针和用于弹性针布的钢丝都不容易被腐蚀，因为钢丝与纤维之间的摩擦有助于防止钢丝的腐蚀。然而，这些钢丝有时会在运输或安装期间被腐蚀。钢丝表面的氧化铁会存在硬颗粒，因此，被腐蚀的梳理针可能在梳理过程期间导致梳理针失效。
为了提高耐腐蚀性，一种解决方案是提供具有锌或锌合金涂层的梳理针，这可以通过热浸镀过程来完成。然而，使钢丝通过热浸镀浴意味着将钢丝暴露于高于锌或锌合金熔化温度的温度。这种热处理是不希望的，因为这可能会软化回火马氏体结构、或甚至将回火马氏体结构变为索氏体或回火索氏体结构，并且这将导致硬度、强度和耐磨性降低。
本发明的梳理针是具有回火马氏体结构而没有金属涂层的钢丝，或者是具有金属涂层和索氏体以及回火索氏体结构的钢丝。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种没有上述缺点的具有高耐腐蚀性的细长钢丝。
本发明的第二个目的在于以环境友好但不破坏钢丝的金属结构的方式提供一种具有高耐腐蚀性的细长钢丝。
本发明的第三个目的在于提供一种在不破坏钢丝的金属结构的情况下制造具有高耐腐蚀性的细长钢丝的方法。
本发明的第四个目的在于提供一种具有高耐腐蚀性和适当金属结构的弹性针布或固定盖板。
本发明的第五个目的在于提供一种具有高耐腐蚀性和适当金属结构的钢丝刷。
根据本发明的第一方面，提供了一种细长钢丝，该细长钢丝包括钢单丝，钢单丝具有在钢单丝上用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝还具有在金属涂层上用于耐腐蚀的聚合物涂层，钢单丝具有微结构，该微结构包括超过96％的回火马氏体。
根据本发明的细长钢丝具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、强度和硬度性能。此外，细长钢丝是环境友好型产品。通过施加金属涂层和聚合物涂层两者，细长钢丝的耐腐蚀性得到改善，尤其是短期耐腐蚀性被大大改善，并且这使得细长钢丝在运输和为最终用户安装期间耐腐蚀(“为最终用户”意味着不再对细长钢丝施加大的变形，并且细长钢丝的机械特性不会再发生很大变化)。
金属涂层通过不同于现有方法的方法被涂覆。现有的钢单丝金属涂层涂覆方法是所谓的热浸镀法，这种方法会导致钢丝具有更多索氏体和回火索氏体的微结构，因为热浸镀工艺的高温使细长钢丝经历了不希望的铅淬火过程，并且该铅淬火过程使得钢丝的金属结构被改变为索氏体和回火索氏体。本发明的不同之处在于，细长钢丝上的金属涂层是在非常低的温度下完成的，并且该低温不会改变钢单丝的金属结构，因此，钢单丝的金属结构保持为具有超过96％的回火马氏体，由此来获得高硬度、高强度和高耐磨性，这有利于进一步应用。在本发明的细长钢丝在制造期间不产生废酸、废气和重金属。
在金属涂层上涂覆聚合物涂层也不会改变钢单丝的金属结构。
因此，钢单丝中的金属结构具有超过96％的回火马氏体。这使得细长钢丝具有高硬度、高强度和高耐磨性，从而有利于诸如梳理针或刷丝的进一步的应用。
与具有通过热浸镀涂覆锌涂层的传统钢丝相比，本发明的细长钢丝提供了一种减少环境污染、耐腐蚀性相当但硬度、耐磨性和强度均较高的新方案。与没有金属涂层的传统钢丝相比，本发明的细长钢丝具有更好的耐腐蚀性。
聚合物涂层可以是用于耐腐蚀的现有聚合物中的任一种聚合物的涂层，并且聚合物涂层还可以是共聚物或均聚物。优选地，聚合物涂层中的聚合物是聚乙烯或聚丙烯。
优选地，聚合物涂层的厚度小于15μm。更优选地，聚合物涂层的厚度在1μm至10μm的范围内。
聚合物可以替代地包含颜料。无论是无机颜料还是有机颜料，颜料可以是诸如发光颜料的特殊颜料。细长钢丝可以被施加有从紫色到红色的整个可见光谱。
根据本发明，用于耐腐蚀的金属涂层用于改善细长钢丝的耐腐蚀性能。金属涂层内部的金属可以是可以防止钢丝腐蚀的现有金属中任意一种金属。优选地，金属涂层包括选自由铝、锌、镁和锌合金组成的组中的一种或多种金属元素。金属涂层内部的不同金属元素不是彼此合金化的，而是分离地存在于涂层中。
根据本发明，金属涂层中的金属元素采用在微结构中观察到的薄片和/或颗粒的形式。“薄片”是指金属呈现层状的形状。金属(优选锌和铝)的薄片和/或颗粒形成封闭层，以防止钢单丝的腐蚀。金属涂层的封闭层有助于防止细长钢丝的腐蚀。尤其是对于梳理针的应用，金属涂层提供了足够的耐腐蚀性，以用于防止弹性针布或固定盖板在运输或制造过程期间的腐蚀。
虽然称为“金属涂层”，但该涂层并不是纯粹由金属组成的涂层，而是在涂层内部存在粘合剂来粘附金属薄片和/或颗粒，并且涂层还具有不可避免的杂质。粘合剂可以是已知的粘合剂中的任意一种，例如有机树脂，即，环氧树脂。
根据本发明，金属涂层和钢单丝表面的边界中没有合金，这意味着金属涂层的金属元素和钢丝中的Fe没有合金化。这不同于通过传统热浸镀方法制备的金属涂层。即使在金属涂层和钢单丝表面的边界中没有产生合金，金属涂层和钢单丝之间也具有良好且可接受的粘附。
对于一个优选实施例，金属涂层是包括锌和铝的涂层，并且锌和铝均为在微结构中观察到的薄片和/或颗粒的形式。优选地，锌和铝的重量比在0.6至160的范围内。更优选地，锌和铝的重量比在3至50的范围内。在优选范围内，金属涂层具有较好的耐腐蚀性能和与钢单丝的较好的粘附性能。作为替代，金属涂层是包括锌和镁的涂层，并且锌和镁均为在微结构中观察到的薄片和/或颗粒的形式。
金属涂层的厚度取决于细长钢丝的耐腐蚀性要求。金属涂层越厚，耐腐蚀性越好，但是生产成本也越高。优选地，金属涂层的厚度在0.5μm至50μm的范围内。更优选地，金属涂层的厚度在0.8μm至5μm的范围内。
优选地，钢单丝具有包括超过99％的回火马氏体的微结构、或甚至小于或等于100％回火马氏体的微结构。这种细长钢单丝具有较高强度、耐磨性和硬度，并且其更适合应用于弹性针布、弹性盖板针布、起毛针布、固定盖板和钢丝刷。
用于细长钢丝的钢单丝是具有一定强度的碳钢钢单丝。钢单丝中的碳含量优选高于0.20％重量，更优选在0.50％至1.2％的范围内，最优选在0.6％至1.1％的范围内。碳含量越高，拉伸强度越高。除碳含量之外，钢单丝还包括一种或多种其它元素，例如硅，优选在0.10％至2.5％的范围内，更优选在0.15％至1.60％的范围内；锰，优选在0.10％至2.0％的范围内，更优选在0.50％至0.90％的范围内；铬，优选在0.0％至2.0％的范围内，更优选在0.10％至1.50％的范围内；钒，优选在0.0％至2.0％的范围内，更优选在0.05％至0.60％的范围内；钨，优选在0.0％至1.5％的范围内，更优选在0.1％至0.70％的范围内。上述含量按重量计。
细长钢丝的钢单丝具有现有横截面中的任意一种，例如圆形、三角形、椭圆形或扁平横截面。钢单丝的横截面可以具有由制造过程引起的轻微凸起或凹陷曲面。优选地，钢单丝的等效直径在0.2mm至6.0mm的范围内，更优选地在0.2mm至0.8mm的范围内。对于圆形钢单丝，等效直径是其通过千分尺测量的直径；对于其它形状的钢单丝，等效直径是等效横截面积的圆的直径。
根据钢单丝的需要，可以在聚合物层上施加另一层。
根据本发明的第二目的，提供了一种制造细长钢丝的方法。该方法是一种连续过程，其非常适用于涂覆细且非常长的细长钢单丝，该方法包括：
-步骤1，提供油淬火和回火钢单丝、第一浴、第二浴和两个加热装置，第一浴包括有机溶剂和金属颗粒；
-步骤2，在大气温度下引导油淬火和回火钢单丝通过第一浴，以在油淬火和回火钢单丝表面提供金属涂层；
-步骤3，引导油淬火和回火钢单丝通过温度在150℃至400℃的范围内的一个加热装置，以干燥金属涂层并使有机溶剂挥发；
-步骤4，引导油淬火和回火钢单丝通过第二浴，以提供聚合物涂层；-步骤5，引导油淬火和回火钢单丝通过温度在150℃至300℃的范围内的另一加热装置，以干燥聚合物涂层。
在步骤3中，钢单丝通过加热装置的时间非常短，钢单丝中的回火马氏体结构没有发生很大程度的改变。另外，时间短避免了能量的浪费。
优选地，步骤3中的加热温度为150℃至300℃。优选地，第三步中的加热在2至8秒的时间内完成。
该方法不使用酸和重金属，因而其不产生废酸、废气和重金属，并且该方法是对环境友好的。此外，该方法是连续过程，并且适用于细且长的钢单丝。另外，金属涂覆过程和聚合物涂覆过程均在低温下进行，金属结构不会发生明显改变，即，油淬火和回火钢单丝的金属结构具有超过96％的回火马氏体的金属性结构，金属和聚合物涂覆的细长钢丝仍具有超过96％的回火马氏体的金属性结构；并且由此钢单丝的机械性能不会发生明显改变，即，金属和聚合物涂覆的细长钢丝的强度、耐磨性和硬度与原来的油淬火和回火钢单丝几乎相同。
通过上述方法获得的金属涂层在金属涂层与钢单丝表面的边界中不产生任何合金，并且金属涂层中的金属为在微结构中观察到的薄片和/或颗粒的形式。这与通过传统热浸镀方法获得的金属涂层完全不同。
根据本发明，该方法还包括步骤2和/或步骤4之后的厚度控制步骤。厚度控制步骤是控制金属涂层和/或聚合物涂层的厚度、以及使金属涂层和/或聚合物涂层厚度均匀的步骤，并且该步骤通过将油淬火和回火钢单丝引导通过吹风装置或擦拭装置来完成。厚度控制步骤可以在水平方向或竖直方向上进行。
优选在涂覆(第二步骤)之前清洁油淬火和回火钢单丝。对油淬火和回火钢单丝的清洁使金属涂层更容易附着。清洁过程可以是现有清洁方法中的任意一种。
上文描述的有机溶剂是金属颗粒的载体，以将金属颗粒保持在液体中，并且在第三步骤(即，短时间加热步骤)之后挥发。有机溶剂可以是用于承载金属颗粒的现有有机溶剂中的任意一种。根据本发明，优选有机溶剂是丙酸己酯或乙酸丙酯。
在步骤1中，除金属颗粒和有机溶剂之外，第一浴还包含有助于涂覆过程的其它添加剂，例如用于将金属薄片和/或颗粒粘附在涂层中的粘合剂。
本发明的细长钢丝具有多种应用，并且可以应用于要求最终钢丝具有一定耐腐蚀性能的任意领域，例如梳理针、钢刷丝和控制电缆丝等。
根据本发明的第三目的，提供了一种具有齿状钢丝的固定盖板。固定盖板包括细长钢丝，细长钢丝包括钢单丝，钢单丝具有在钢单丝上用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝还具有在金属涂层上的聚合物涂层，钢单丝具有微结构，该微结构包括超过96％的回火马氏体。该固定盖板是一种环境友好型产品，因为其制造方法不会产生废酸、废气和重金属。
根据本发明，提供了一种弹性盖板针布。弹性针布包括小钩或针、包括多层织物和橡胶的层的基底和铝支架，钩或针被设置在基底中，并且具有钩或针的基底被保持在该铝支架中，钩或针由细长钢丝制成，细长钢丝包括钢单丝，钢单丝具有在钢单丝上用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝还具有在金属涂层上的聚合物涂层，钢单丝具有微结构，该微结构包括超过96％的回火马氏体。钩或针的顶部可以被研磨，从而移除金属涂层和聚合物涂层，不过，这仅发生在钩或针的顶端。
根据本发明的第四目的，提供了一种钢丝刷。钢丝刷包括钢丝和支架，钢丝被固定在支架上，钢丝由细长钢丝制成，细长钢丝包括钢单丝，钢单丝具有在钢单丝上用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝还具有在金属涂层上的聚合物涂层，钢单丝具有微结构，该微结构包括超过96％的回火马氏体。该钢丝刷是一种环境友好型产品，因为其制造方法不会产生废酸、废气和重金属。
根据本发明，提供了一种起毛针布。起毛针布包括钩或针以及包括多层织物和橡胶的层的基底，钩或针被设置在基底中，钩或针由细长钢丝制成，细长钢丝包括钢单丝，钢单丝具有在钢单丝上用于耐腐蚀的金属涂层，钢单丝还具有在金属涂层上的聚合物涂层，钢单丝具有微结构，该微结构包括超过96％的回火马氏体。
“细长”被理解为是细且长，即，长度超过横截面中的最大尺寸的十倍，例如超过五十倍。
“梳理针”是用于应用梳理的针。
“刷丝”是用于应用刷的钢丝。
具体实施方式
细长钢丝的制造可以如下进行。
首先，提供油淬火和回火钢单丝、第一浴、第二浴和两个加热装置，第一浴包括有机溶剂和金属颗粒，第二浴包括聚合物。
油淬火和回火钢单丝可以通过拉拔盘条并伴随着热处理来制造，并且油淬火和回火钢单丝具有超过96％的马氏体的金属结构。
首先通过机械除鳞和/或在H2SO4或HCl溶液中进行化学酸洗来清洁盘条，以便去除存在于表面上的氧化物。然后将盘条在水中冲洗并干燥。干燥后的盘条继而进行第一系列的干拉操作，以便将直径减小至第一中间直径。
在该第一中间直径d1处，例如在大约2.30mm至3.50mm处，对干拉后的钢单丝进行被称为铅淬火的第一中间热处理。铅淬火是指首先奥氏体化至约1000℃的温度，然后在约580℃至650℃的温度下进行从奥氏体到珠光体的相变。然后，准备对钢单丝进行进一步的机械变形。
之后，在直径减小步骤中的第二步骤中，钢单丝被进一步从第一中间直径d1干拉至第二中间直径d2。第二直径d2通常在1.0mm至1.60mm的范围内。
在第二中间直径d2下，对钢单丝进行第二次铅淬火处理，即，在约1000℃的温度下再次奥氏体化，然后在580℃至650℃的温度下淬火以允许其转变为珠光体。
如果第一和第二干拉步骤的总减少量不是太大，可以对盘条进行直接拉拔操作至直径d2。
之后，在直径减小步骤中的第三步骤中，钢单丝被进一步从第二中间直径d2干拉或湿拉至最终直径d3。最终直径d3通常在0.20mm至0.80mm的范围内。除了圆形钢单丝，钢单丝也可以是非圆形，如扁平形、矩形、双凸形、三角形、卵形、菱形等，并且非圆形单丝的等效直径在0.20mm至0.80mm的范围内。
然后，对钢单丝进行油淬火和回火处理。油淬火和回火是指首先奥氏体化至约1000℃的温度，然后在约40℃至150℃的温度下，在淬火油中进行从奥氏体到马氏体的相变，继而最后在约300℃至400℃的温度下进行回火处理以获得回火马氏体的最终相变相。
提供了一种油淬火和回火钢单丝，并且油淬火和回火钢单丝具有微结构，该微结构包括超过96％的回火马氏体，甚至超过99％的回火马氏体，或甚至小于或等于100％回火马氏体。
还提供了第一浴和加热装置。第一浴包括有机溶剂、粘合剂和金属颗粒，金属颗粒被保持在有机溶剂液中。金属颗粒可以是选自锌、锌合金、镁和铝颗粒的任意一种元素或它们的任意组合。有机溶剂可以是丙酸己酯或乙酸丙酯。加热装置为可以是加热炉的在线加热装置。第一浴和加热装置被连续地设置以使涂覆过程连续。
在油淬火和回火处理之后，对钢单丝进行金属涂覆处理。在大气温度下引导钢单丝通过第一浴，以在油淬火和回火钢单丝表面上提供金属涂层，然后引导油淬火和回火钢单丝通过温度在150℃至400℃的范围内的加热装置，以干燥金属涂层并使有机溶剂挥发。控制钢单丝通过加热装置的速度，优选地，钢单丝在加热装置中的停留时间小于10秒，或在2至8秒的范围内，或甚至在3至5秒的范围内。继而金属涂层被固定在钢单丝的表面，并且得到具有用于耐腐蚀的金属涂层的细长钢丝。
然后对该金属涂覆的钢单丝进行聚合物涂覆处理。将钢单丝牵引到第二浴中，第二浴具有一定的聚合物浓度，例如30vol％，并且温度低于100℃，以得到薄的聚合物涂层，例如小于15μm。并且钢单丝继而被引导通过温度在150℃至300℃的范围内的加热装置，以干燥聚合物涂层。
最终的细长钢丝的碳含量高于0.20％重量(优选小于1.2％)，拉伸强度通常大于1800MPa，并且金属涂层的涂层厚度在0.5μm至50μm的范围内，聚合物涂层的厚度小于15μm。最终的细长钢丝具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、强度和硬度。
本发明的第一实施例是细长钢丝。细长钢丝具有钢单丝、钢单丝上的金属涂层和金属涂层上的聚合物涂层。该钢单丝具有微结构，该微结构包括99.1％的回火马氏体，并且钢单丝的碳含量为0.65％。钢单丝具有圆形横截面，并且钢单丝的直径为0.33mm。金属涂层是包括锌片和/或锌粒与铝片和/或铝粒的封闭涂层，并且金属涂层的厚度为1.1μm。有机树脂作为金属薄片和颗粒的粘合剂而存在于金属涂层中。金属涂层和钢单丝表面的边界中没有合金。聚合物涂层包括聚丙烯，并且聚合物涂层的厚度为3μm。
本发明的第二实施例是细长钢丝。细长钢丝具有钢单丝、钢单丝上的金属涂层和金属涂层上的聚合物涂层。该钢单丝具有微结构，该微结构包括超过98.2％的回火马氏体，并且钢单丝的碳含量为0.72％。钢单丝具有三角形横截面，并且其等效直径为0.35mm。金属涂层是包括锌片和/或锌粒与铝片和/或铝粒的封闭涂层，并且金属涂层的厚度为6μm。有机树脂作为金属薄片和颗粒的粘合剂而存在于金属涂层中。聚合物涂层包括聚乙烯，并且聚合物涂层的厚度为2μm。金属涂层和钢单丝表面的边界中没有合金。
进行了一项试验以了解本发明细长钢丝的抗腐蚀性能。以两根现有细长钢丝为基准，一根是没有任何涂层的细长钢丝(“基准1”)，另一根是通过热浸镀涂覆且涂层厚度为3.5μm的具有锌涂层的细长钢丝(“基准2”)。第三基准是具有金属涂层的细长钢丝，金属涂层包括锌片和铝片，并且厚度为3.0μm，金属涂层上没有聚合物涂层，该金属涂层的施加方式与本发明的方法相同。该试验是根据ASTM B117的所谓的盐雾试验。记录腐蚀开始和严重腐蚀发生的时间。
从上表中可以清楚地看出，本发明的细长钢丝具有比基准1和基准3好得多的耐腐蚀性，并且具有与基准2相当的耐腐蚀性。基准2的生产成本最高，而且基准2的制造过程会造成环境污染(废气、废酸、重金属)，对于未来的可持续发展而言，基准2不是一个好的选择。很明显，金属涂层和聚合物涂层的组合提供了非常好的耐腐蚀性解决方案，同时环境污染较小。附加地，本发明的细长钢丝显示出良好且相当的硬度、强度和耐磨性。本发明的细长钢丝更适合市场。
本发明的另一实施例是细长钢丝。细长钢丝具有钢单丝、钢单丝上的金属涂层和金属涂层上的聚合物涂层。该钢单丝具有微结构，该微结构包括超过98.5％的回火马氏体，并且其碳含量为0.8％。钢单丝具有圆形横截面，并且其直径为0.40mm。金属涂层是包括锌片和锌粒的封闭涂层，并且其厚度为2.5μm。金属涂层和钢单丝表面的边界中没有合金。聚合物涂层是基于聚乙烯和聚丙烯酸酯的共聚物涂层，并且其厚度为3μm。
提供了一种弹性盖板针布。弹性针布包括针或钩、包括多层织物和橡胶的层的基底和铝支架，钩或针被设置在基底中，并且具有钩或针的基底被保持在铝支架中。钩通过将第一实施例的细长钢丝切割成短的长度并且其后弯折成U形来制造。钩的顶部可以被研磨或不研磨。
提供了一种钢丝刷。钢丝刷包括钢丝和被固定至钢丝的支架。钢丝通过将第二实施例的细长钢丝切割成较短长度来制造。钢丝可以是卷曲的或不卷曲的。
提供了一种起毛针布。起毛针布包括钩或针以及包括多层织物和橡胶的层的基底，钩或针被设置在基底中，钩或针通过将第二实施例的细长钢丝切割成较短长度来制造。