KR100966096B1 - 승용차 래디얼 타이어용 스틸코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 필라멘트 n-n₁개; 및 제 2 필라멘트를 포함하는 1×n₂구조의 심 n₁개를 포함하는 것을 특징으로 하는 1×n구조의 PCR 타이어용 스틸코드에 관한 것이다.

고무침투력, 저하중신율, 타이어 내구성, 프래팅 마모

Description

승용차 래디얼 타이어용 스틸코드{Steel cord for passenger car radial tire}

본 발명은 스틸코드에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 제 1 필라멘트와 1×n₂ 구조의 심을 포함하는 1×n구조의 승용차 래디얼(passenger car radial tire: 이하 PCR이라 함) 타이어용 스틸코드에 관한 것이다.

스틸코드(steel cord)는 차량의 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무 제품의 보강용으로 사용되는 여러 종류의 보강재 중 하나이다. 그 중에서 강도, 모듈러스, 내열성, 열전달율, 내피로성 및 고무접착성 등이 우수하여 특히 타이어 보강재로 널리 사용되고 있다. 또한 그 사용량이 날로 증가하는 추세이다.

상기 스틸코드 중에서 승용차용 래디얼(PCR: passenger car radial) 타이어 벨트층에는, 주로 탄소함량이 0.7 내지 0.82%인 와이어로드를 사용하여 생산하고, 강도가 320 내지 340kg/㎟인 필라멘트로 연선 가공을 한 1×3 구조의 스틸코드 가 널리 사용되고 있다. 이 스틸코드는 간단한 구조이면서도 높은 강성을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한 스틸코드는 클로즈(Close)구조의 코드로서, 고무침투력이 약하여 각각의 필라멘트의 안쪽 면의 고무 커버리지가 바깥쪽 면에 비하여 저하되는 경향이 있다. 이것은 접착력 감소의 요인인 동시에 수분의 이동통로가 되어 부식촉진의 요인이 되기도 한다. 또한 타이어가 변형 또는 진동하면서 꼬아 합쳐진 와이어끼리 서로 마찰되어 마모되는 소위 프래팅 마모(fretting wear)를 발생시켜 와이어가 피로파단을 발생하기 쉬워진다는 문제점이 있다. 따라서 이러한 점을 개선하기 위해서는 각 필라멘트 사이의 코드 속으로 고무가 완전히 침투되어 가능한 한 모든 틈새가 메워져야 한다.

이하, 종래의 스틸코드의 제조방법에 대하여 설명한다.

우선, 탄소함량이 0.6 내지 0.92중량%인 탄소강으로 된 직경 5.0 내지 5.5mm인 와이어로드를 직경 1.0 내지 2.5mm로 1차 신선 가공한다. 그 후 열처리 및 황동도금을 실시하고 다시 최종신선을 하여 직경 0.1 내지 0.4mm, 강도 280 내지 340kg/㎟의 필라멘트를 제조한다. 상기 필라멘트 여러 가닥을 용도에 따라 다양한 구조(1×2, 1×3, 2+2, 2+7, 3+6, 3+8, 3+9+15, 1+18, 3/8+13 등)로 연선 가공하여 생산한다.

특히, 고무 침투 스틸코드를 만드는 방법은 이미 여러 개의 종래기술에 의해 제공되고 있다.

US-A-4258543 및 제 US-A-4399853에서는, 각 필라멘트를 탄성한계 이상으 로 미리 기계적으로 변형시킴으로써 연선 후에도 각 필라멘트 사이에 틈새가 생기도록 하는 것이다. 즉, 필라멘트의 소성변형에 의해 각 필라멘트 사이를 오픈시키는 것이다

또한 다른 특허 US-A-5020312에서는 고무침투력을 향상시키기 위하여, 스틸코드를 구성하는 일부 또는 전부의 스틸소선을 한 쌍의 기어형 요소의 치면(齒面) 사이를 통과시킴으로써 지그재그(zig-zag)의 형상으로 만든다. 이 기어형 요소의 2개의 치(齒) 사이의 피치는 스틸코드의 피치마다 스틸코드 안에 하나 이상의 빈 공간이 얻어질 수 있도록 선택된다

그러나 이러한 종래의 기술들은 소성변형 장치 또는 지그재그 형상을 만들어주는 기어 등 추가적인 장치가 필요하다. 이로 인하여 각각의 필라멘트에 작용하는 장력이 커지게 되어 연선 가공에서 필라멘트의 단선이 많이 발생하게 되고, 이로 인해 생산성이 떨어질 수 있다. 또한 필라멘트 사이로 공간이 벌어져 있어 스틸코드에 하중이 작용할 시 낮은 하중 범위에도 신율이 크게 증가되어 타이어 제작공정 중 압연공정에서 작업성이 저하될 경우도 있다.

이에 본 발명은 타 특성의 저하가 없으면서도 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 스틸코드를 구성하는 필라멘트 중 1가닥이 1차 연선가공된 1×n₂ 구조의 심으로 되어 있어 저하중신율이 낮으면서도 고무침투력이 우수하여 타이어 내구성을 향상시킬 수 있는 PCR 타이어용 스틸코드를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 제 1 필라멘트 n-n₁개; 및 제 2 필라멘트를 포함하는 1×n₂구조의 심 n₁개를 포함하는 것을 특징으로 하는 1×n구조의 PCR 타이어용 스틸코드를 제공하는 것이다.

본 발명의 PCR 타이어용 스틸코드는 타 물성의 저하없이 저하중신율이 낮으면서도 고무침투율이 우수하며, 타이어에 적용 시 프레팅 마모가 감소되어 타이어 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면들에 있어서, 길이, 선경 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 따른 PCR 타이어용 스틸코드의 단면도이고, 도 2는 도 1의 PCR 타이어용 스틸코드의 꼬임형상을 나타내는 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, PCR 타이어용 스틸코드(1)는 제 1 필라멘트(11) n-n₁개와 제 2 필라멘트(21)를 포함하는 1×n₂구조의 심(20) n₁개를 포함하는 1×n구조이다.

상기 제 1 및 제 2 필라멘트(11, 21)은 탄소함량이 0.70 내지 0.92%이고, 인장강도가 250 내지 440㎏f/㎟인 것이 바람직하다.

상기 제 1 필라멘트(11)의 선경은 일반적인 필라멘트의 선경이고, 상기 제 2 필라멘트(21)의 선경은 상기 제 1 필라멘트(11) 선경의 0.3 내지 0.8배인 것이 바람직하다. 상기 제 1 필라멘트(11)의 선경은 0.15 내지 0.5mm이고, 상기 제 2 필라멘트(21)의 선경은 0.045 내지 0.4mm인 것이 더 바람직하다. 상기 선경이 상술한 범위를 만족하면, 스틸코드 구조의 변형을 방지하고, 고무침투율이 우수한 이점이 있다.

상기 제 1 및 제 2 필라멘트(11, 21)는 각각의 필라멘트 사이에 공간을 생성하기 위하여 기어 형태의 예비성형이 부여된 것이 바람직하다. 이러한 예비성형 으로 인해, 고무침투력이 향상되는 이점이 있다.

상기 n은 2 내지 7이고, 상기 n₁은 1 내지 6이고 상기 n₂는 2 내지 6인 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 저하중신율이 낮으면서 스틸코드 내부로의 고무침투성이 개선되는 이점이 있다.

상기 스틸코드(1)의 꼬임길이는 일반적인 스틸코드의 꼬임길이와 같고, 상기 심(20)의 꼬임길이가 상기 스틸코드(1)의 꼬임길이의 0.3배 내지 0.8배인 것이 바람직하다. 상기 스틸코드(1)의 꼬임길이는 5 내지 30㎜이고, 상기 심(20)의 꼬임길이는 1.5 내지 24㎜인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 스틸코드(1)의 꼬임길이가 5㎜일 때, 상기 심(20)의 꼬임길이는 3 내지 4㎜인 것이 더욱더 바람직하다. 상기 꼬임길이보다 작을 경우 단위길이당 꼬임수가 많아져 단위시간당 생산량이 저하되며 상기 꼬임길이보다 클 경우 심과 스틸코드가 같이 꼬임을 형성하게 되어 본 발명의 취지에 벗어나는 경우가 발생할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일실시예를 따른 스틸코드의 설명을 마친다.

본 발명의 스틸코드는 타 물성의 저하없이 저하중신율이 낮으면서도 고무침투율이 우수하며, 타이어에 적용 시 프레팅 마모가 감소되어 타이어 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 하기의 실시예 는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.

1) 실시예

탄소함량이 0.82%, 직경이 5.5mm인 와이어로드를 사용하여 1차 신선하였다. 그 후 페이턴팅 열처리 및 황동도금을 실시하고 최종 습식신선을 수행하여 직경 0.30mm의 제 1 필라멘트 및 직경 0.15mm의 제 2 필라멘트를 준비하였다. 이후 1 내지 2차 연선 가공을 실시하여 저하중신율이 낮으면서도 고무침투력이 우수한 도 1 및 도 2의 형상을 지닌 스틸코드를 생산하게 되었다. 그 물성을 평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다

2) 비교예 1

탄소함량이 0.82%, 직경이 5.5mm인 와이어로드를 사용하여 1차 신선하였다. 페이턴팅 열처리 및 황동도금을 실시하고 최종 습식신선을 수행하여 직경 0.30mm 필라멘트를 준비하였다. 이를 연선 가공하여 도 3과 같은 단면 형태와 꼬임형상을 갖는 스틸코드를 생산하였다. 그 물성을 평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

3) 비교예 2

탄소함량이 0.82%, 직경이 5.5mm인 와이어로드를 사용하여 1차 신선하였다. 그 후 페이턴팅 열처리 및 황동도금을 실시하고 최종 습식신선을 수행하여 직 경 0.30mm 필라멘트를 준비하였다. 이를 연선 가공하되 각 필라멘트에 소성변형을 가하여 도 4와 같이 각 필라멘트 사이가 오픈되며 꼬임형상을 갖는 스틸코드를 생산하였다. 그 물성을 평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다

4) 비교예 3

탄소함량이 0.82%, 직경이 5.5mm인 와이어로드를 사용하여 1차 신선하였다. 그 후 페이턴팅 열처리 및 황동도금을 실시하고 최종 습식신선을 직경 0.30mm 필라멘트를 준비하였다. 이를 연선 가공하되 각 필라멘트에 도 6에 도시된 예비성형부여장치의 육각형 형태의 로울러로 예비성형을 부여하여 도 5와 같은 단면형상과 꼬임형상을 갖는 스틸코드를 생산하였다. 그 물성을 평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

본 발명에서 사용된 물성측정법은 다음과 같다.

1)코드경, 선경: 마이크로메타로 측정하였다

2)꼬임길이(피치): 스틸코드에 꼬임이 10번 발생한 길이를 측정한 값을 10으로 나누었다. (*피치 = 꼬임이 10번 발생한 길이/10)

3)저하중신율: 코드에 하중을 가하였을 때 발생하는 길이의 변화를 %로 나타내었다. (부여하중 0.25 내지 1.6kgf)

4)단위중량: 코드를 1m의 무게를 저울로 측정하였다.

5)접착력, 고무부착율: ASTM 방법으로 몰드를 제작하여 인장시험기에서 인 발하여 그 하중을 접착력으로 하고 코드의 표면에 고무가 부착된 정도를 육안으로 판단하여 고무부착율로 표시하고 %로 나타내였다.

6)고무침투율: ASTM 방법으로 접착력 테스트용 몰드를 제작한 후 몰드 외부로 튀어나온 스틸코드를 모두 절단한 다음 스틸코드 부위에 일정한 압력으로 일정시간 공기를 불어넣어 반대쪽으로 투과하는 공기의 량을 측정하여 표기하는 것으로 투과량이 많을수록 스틸코드 내부에 공간이 많다는 것이므로 고무침투력이 낮다고 말할 수 있다.

7)내피로성: 코드를 고무로 피복한 후 도 7과 같은 형태의 3롤(roll) 시험기를 사용하여 반복적인 인장, 압축 응력을 부여하여 피로파단이 일어날 때까지의 횟수를 측정하였다.

항목		단위	실시예	비교예1	비교예2	비교예3
기계적 특성	선경 (제2필라멘트/제1필라멘트)	㎜	0.15/0.30	0.30	0.30	0.30
	스틸코드 선경	㎜	0.630	0.635	0.67	0.645
	꼬임길이 (심/스틸코드)	㎜	8 / 16	16	16	16
	절단하중	Kgf	57	67	67	67
	단위중량	g/m	1.39	1.67	1.68	1.67
	절단하중/단위중량	%	100	98	97	98
	저하중신율	%	0.04	0.04	0.30	0.06
접착력 특성 (160℃×20min)	접착력	Kgf	50	49	50	46
	고무부착율	%	95	95	95	90
	고무침투율	Mm3/min	0	2000	0	500
피로특성	3롤 내피로	回	2000	1800	2000	1950

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스틸코드의 단면도이다.

도 2는 도 1의 스틸코드의 꼬임형상을 나타낸 사시도이다.

도 3은 비교예1의 스틸코드의 단면도 및 꼬임형상을 나타낸 사시도이다.

도 4는 비교예2의 스틸코드의 단면도 및 꼬임형상을 나타낸 사시도이다.

도 5는 비교예 3의 스틸코드의 단면도 및 꼬임형상을 나타낸 사시도이다.

도 6은 비교예 3의 스틸코드의 예비성형 부여 장치이다.

도 7은 스틸코드의 내피로성 검사설비의 개략도이다.

Claims (6)

1. 제 1 필라멘트 n-n₁개; 및

   제 2 필라멘트를 포함하는 1×n₂구조의 심 n₁개를 포함하는 것을 특징으로 하는 1×n구조의 PCR 타이어용 스틸코드이고,

   상기 심의 꼬임길이는 상기 스틸코드의 꼬임길이의 0.3 내지 0.8배이고,

   상기 스틸코드의 꼬임길이는 5 내지 30mm이고,

   상기 심의 꼬임길이는 1.5 내지 24mm인 것을 특징으로 하는 PCR 타이어용 스틸코드.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 n은 2 내지 7이고,

   상기 n₁은 1 내지 6이고,

   상기 n₂는 2 내지 6인 것을 특징으로 하는 PCR 타이어용 스틸코드.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 2 필라멘트의 선경은 상기 제 1 필라멘트의 선경의 0.3 내지 0.8배인 것을 특징으로 하는 PCR 타이어용 스틸코드.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제 1 필라멘트의 선경은 0.15 내지 0.5㎜이고,

   상기 제 2 필라멘트의 선경은 0.045 내지 0.4㎜인 것을 특징으로 하는 PCR 타이어용 스틸코드.
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