KR100267280B1 - 타이어 보강용 강선 코드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 보강용 강선 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 타이어 보강용 강선 코드의 표면에 황동도금층을 형성함에 있어서, 강선의 표면에 구리도금층과 아연도금층을 순차적으로 형성한 다음 400℃에서 3 ∼ 5초간 열확산을 하여 황동도금층의 표면으로부터 1/5 깊이까지는 구리함량이 60 ∼ 70%이고, 나머지 4/5 영역의 도금층의 구리함량은 80% 이상의 조성을 갖는 황동도금층으로 형성되도록 한 데에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 타이어 보강용 강선 코드는 그 강선의 표면에 황동도금층을 피복함에 있어 종래에 비해 낮은 열확산 온도와 짧은 유지시간으로 열확산 공정을 수행하여 도금층의 극표면부와 나머지 도금층 영역간에 합금층의 조성이 달리 유지되도록 함으로써 열확산 온도의 저하와 유지시간의 단축에 따른 황동도금된 강선의 인장강도 저하를 방지할 수 있는 장점이 있으며, 극표면부를 제외한 황동도금층의 전체 영역이 구리의 조성비율이 높은 α-황동층으로 구성되어 있음에 따라 도금층 형성공정 이후에 뒤따르는 강선의 신선공정시 구리성분에 의한 원활한 윤활작용으로 신선성이 향상되는 효과가 있다.

Description

타이어 보강용 강선 코드 및 그 제조방법

본 발명은 타이어의 보강재로 사용되는 스틸코드에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고무 접착성 향상을 위해 타이어 보강용 강선의 표면에 황동도금층을 피복함에 있어 도금층의 극표면부 구리 함량이 나머지 부분에 비해 낮게 유지되도록 함으로써 황동도금층 형성을 위한 열확산 온도를 낮추고 또한 확산시간을 단축시켜 도금선의 인장강도 하락을 방지하는 한편 도금층내에 β-황동의 분율을 최소화하여 도금선의 신선성을 향상시킨 타이어 보강용 강선 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어 보강용으로 사용되는 스틸 타이어 코드는 타이어 고무와의 접착성 향상과 와이어 제조과정에서에서의 신선가공성 향상을 위하여 그 표면을 황동(Cu/Zn)으로 도금된 단일체의 강선이 타이어 고무중에 매입되거나 황동도금된 여러가닥의 강선이 서로 꼬인 코드 형태로 제작되어 타이어 고무중에 매입되어 사용되고 있다.

황동이 피복된 강선에 대한 고무의 점착력은 황동을 구성하고 있는 구리와 고무중의 유황간의 결합에 좌우되는 것으로 알려져 있다. 이러한 황동으로 피복된 고무 보강용 강선이 경화하는 동안의 고무성형물에 존재할 때, 고무와 강선 사이의 결합력은 두 재료의 접촉부분에서 황동합금과 고무와의 화학적 반응에 의해 점차적으로 최대에 이르게 된다.

한편, 상기 강선의 표면에 피복된 황동합금중에 포함된 구리는 상기 고무성형물의 경화기간 동안에 진행되는 접착반응에 대한 촉진제로 작용하는 것으로 알려져 있으나, 강선과 고무간의 높은 접착력을 얻기 위해서는 경화기간 동안에 접착반응의 속도를 적절하게 제어하여야 하므로 그러한 접착반응의 속도를 감속시키기 위한 방편으로 구리에 적절한 비율의 아연이 함유된 황동으로 강선의 피복을 하게된다.

타이어를 비롯한 고무제품의 보강용 강선에 고무와의 접착력 향상을 위해서 피복되는 황동합금층은 일반적으로 60 ∼ 70%의 구리와 나머지 아연으로 구성되고 일반적으로 황동의 부착량은 강선 1kg당 약 3 ∼ 7g 수준이 바람직한 것으로 알려져 있다.

상기 고무 보강용 강선의 표면에 형성되는 황동도금층은 전처리 과정을 거친 강선의 표면에 일차적으로 구리를 도금하여 구리도금층을 형성한 후에 그 구리도금층위에 아연을 도금하여 열확산으로 황동합금층을 생성하는 공정을 통해서 생성되는 데, 이러한 타이어 보강용 강선의 황동도금층과 관련된 종래 선행특허의 대표적인 몇가지를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 국내 특허공보 제4289호(공고번호: 96-857)에는 구리도금조와 아연도금조를 각각 마련하고 이들 두 도금조를 피복대상 강선이 연속적으로 통과하도록 하여 강선의 표면에 구리 도금층과 아연 도금층이 순차적으로 형성되도록 한 후 균일한 합금층 조성물이 얻어지도록 열확산 처리를 수행하여 도금층의 전체 영역에 걸쳐 구리의 함량이 60 - 72%의 범위를 나타내도록 한 강선의 황동도금층 형성기술이 개시되어 있다.

그리고, 국내 특허공보 제741호(공고번호: 82-1983)에는 구리 이온을 포함하는 피로인산구리(copper pyrophosphate) 용액에서 강선의 표면에 일차적으로 구리를 전기도금한 다음 황산코발트 용액에서 코발트층을 전기도금하고 이어서 황산아연 용액에서 아연도금을 행함으로써 강선의 표면에 구리-코발트-아연이 순차적으로 피복된 3층 구조의 도금층이 형성된 강선에 대하여 가열확산로(heat diffusion furnace)에서 450℃의 온도로 적어도 8초동안 열확산이 이루어지도록 함에 의해 구리 58 -75%, 코발트 0.5 - 10% 및 나머지 아연으로 이루어진 3원합금의 황동도금층을 얻는 방법이 공지되어 있다.

다음, 타이어 보강용 강선의 황동합금층과 관련한 또 하나의 공지기술로서 국내 특허공보 제2246호(공고번호:91-2102)에는 피복 대상 강선의 표면에 구리층과 철층 및 아연층을 순차적으로 피복한 후 450 ∼ 500℃의 온도에서 2 ∼ 10초간 열처리를 하여 소량의 철이 함유된 황동합금층을 형성하는 기술이 개시되어 있다.

이상에서 살펴본 상기의 고무보강용 강선에 황동합금층을 피복하는 종래 기술에 의하면 도금층의 전체 영역에서 균일한 구리와 아연의 분포를 갖는 합금을 얻기 위하여 구리와 아연이 연속도금된 강선에 대하여 대략 450 ∼ 500℃의 온도에서 5 ∼ 8초간 유지시켜 조성성분간의 확산이 이루어지도록 하는 확산공정을 거치고 있음을 알 수 있다.

그런데, 상기 종래의 황동도금층의 균일한 조성을 얻기 위한 열확산 공정중에 강선은 고온분위기에 노출된 상태로 되어 열영향을 받음에 따라 인장강도의 하락이 불가피하게 되는 문제점이 있으며, 이러한 인장강도의 하락은 통상 3 ∼ 10%에 달하는 것으로 보고되고 있다.

이에 더하여 상기 종래의 강선 도금층에 대한 열확산 공정에서는 그 열확산 온도가 높고 또한 유지시간이 비교적 길어짐에 따라 열확산 설비의 길이 자체도 길어져야 하고, 그에 비례하여 에너지의 손실도 많아지게 되며 강선 표면에서 고온 산화물의 발생량도 많아지는 단점이 있다.

본 발명자는 타이어 보강용 강선의 표면에 고무와의 접착성 향상을 위해 피복되는 황동도금층에서 도금층 전체의 구리와 아연의 조성비 보다는 실제 고무와 반응하는 극표면층(도금층의 표면으로부터 약 300Å 이내의 깊이)의 구리와 아연의 조성비가 보다 중요하다는 사실에 기초를 두어 고무와의 우수한 접착성을 유지하면서도 상기 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있도록 하는 황동도금층의 개발에 대한 연구를 수행한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 타이어 보강용 강선의 표면에 황동도금층을 형성함에 있어서 도금층의 표면으로부터 1/5의 깊이까지는 고무와의 접착력 향상에 우수한 것으로 알려진 60 -70%의 구리함량이 유지되도록 하고 나머지 그 아랫쪽의 4/5 영역에서는 황동합금중의 구리의 조성이 80% 이상이 되도록 한 타이어 보강용 강선 코드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따라 황동도금된 도금선에 대한 오-저 깊이 프로파일(AES depth profile).

도2는 종래 방법에 의해 황동도금된 도금선에 대한 오-저 깊이 프로파일.

본 발명의 타이어 보강용 강선코드는 피복대상 소재 강선의 표면에 구리도금층과 아연도금층을 연속적으로 형성한 후 열확산 공정을 통하여 황동도금층을 형성함에 있어서 약 400℃의 온도에서 3 ∼ 5초간 열확산을 수행하여 도금층의 표면으로부터 1/5 깊이(도금층의 극표면부)까지는 구리의 조성이 60 ∼ 70%가 되도록 하고 나머지의 4/5 두께 영역에서는 순수한 구리 또는 구리와 아연의 합금조성이 80% 이상이 되도록 한 구조에 기술적 특징이 있다.

상기 본 발명의 열확산 온도(400℃)와 확산 유지시간(3 ∼ 5초)는 황동도금층의 조성이 상기 본 발명의 조성범위내로 유지되도록 하는 범위로서, 많은 실험의 결과에 의해서 정해진 값이다.

이때, 본 발명의 강선 표면에 피복된 황동합금층 전체의 구리조성 비율은 80% 이상으로 된다. 그리고, 본 발명에서 강선의 표면에 피복되는 아연의 량은 종래 방식의 아연부착량에 비해 약 1/3 정도의 수준으로 충분하다.

이와같이 본 발명의 강선 표면에 피복되는 황동도금층은 종래의 도금층 전체 영역에서 균일한 조성을 갖는 황동도금층을 형성하기 위하여 행해지던 높은 열확산 온도와 상대적으로 긴 유지시간에 기인한 강선 자체의 인장강도 하락을 최소화시킬 수 있음은 물론 열확산 설비의 길이 축소 및 에너지의 절감을 비롯한 고온 산화물 발생량의 감소를 도모할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 타이어 보강용 강선의 표면에 피복되는 황동도금층에서 아연의 함량이 높아지게 되면 신선성을 저하시키는 것으로 알려져 있는 바, 종래의 황동도금층에서는 전체 영역에 걸쳐 구리의 함량이 60 - 72%이고 나머지 아연으로 조성되어 있음에 따라 상대적으로 아연의 함량이 높은 관계로 강선의 신선성에 악영향을 미치는 β-황동의 분율이 높다는 문제점이 있으나, 본 발명의 강선 표면에 피복된 황동도금층은 그 극표면부만이 상대적으로 높은 아연함량을 유지할 뿐 나머지의 영역은 구리의 함량이 80%이상을 유지하여 극표면부를 제외한 도금층 자체가 전체적으로 신선성이 우수한 것으로 알려진 α-황동으로 이루어져 있기 때문에 신선성이 향상되는 이점도 아울러 지니고 있다.

본 발명 타이어 보강용 강선의 상기 기술적 구성과 구체적인 황동도금층 형성과정 및 특성등에 관한 자세한 사항은 아래의 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 선경이 1.4mm인 강선의 표면에 전기도금 방법에 의해 강선 1kg당 구리의 도금량이 3.52g 피복되도록 도금하여 구리도금층을 형성하였다.

이어서, 상기 구리도금층의 표면에 강선 1kg당 0.52g이 되도록 아연을 도금하여 강선의 표면에 구리도금층과 아연도금층이 복층으로 피복되도록 하였다.

다음, 이와같이 이중층의 도금층이 형성된 강선에 대하여 400℃에서 3초간 가열확산 처리를 행하여 표면층을 황동으로 변화시킨 후 도1에 도시된 바와같이 오-저(AES) 분석기로 강선 표면으로부터의 깊이별 구리/아연의 조성비를 조사하였다.

이와같이 제조된 황동도금 강선을 연속된 다이에 의해 직경이 0.25mm인 와이어로 신선하고, 연선기에서 2+2x0.25 구조로 꼬았다.

한편, 상기의 제조공정을 통해서 얻어진 본 발명 실시예 강선의 고무 접착력을 알아보기 위하여 상기의 강선 코드를 중심으로 그 상하부에 아래와 같은 조성을 갖는 고무시트 두장을 접착한 상태에서 초기 가류조건은 103 기압으로 150℃에서 30분간 가열하여 스틸코드와 고무와의 복합체를 얻었다.

- 조성 -

천연고무 100 중량부

카본블랙 55 중량부

산화아연 5 중량부

스테아린산 0.5 중량부

황 3 중량부

벤조시아졸 0.5 중량부

이렇게 얻어진 고무접착 복합체의 접착력 시험은 ASTM D-2229에 따라 실시하였다.

본 발명 실시예 시편과의 비교를 위한 비교예 시편의 제작을 위하여 역시 선경 1.40mm의 강선에 강선 1kg당 2.64g의 구리를 도금한 후 다시 그 위에 강선 1kg당 1.42g의 아연을 도금한 다음 450℃에서 6초간에 걸쳐 열확산을 수행하였다. 상기 열확산 공정을 통해서 도금층에 균일한 조성의 황동합금이 형성되도록 한 후 상기 본 발명의 실시예에서와 마찬가지의 신선공정 및 연선공정을 수행하여 비교예 시편을 마련하였다. 비교예 시편에 대한 오-저 분석기에 대한 깊이 프로파일(depth profile)은 도2에 도시되어 있다.

상기의 제조과정을 통하여 얻어진 실시예 시편과 비교예 시편에 대하여 열확산 전후의 인장강도, 고무접착력 및 절단하중등을 측정하고 그 결과를 아래의 표1에 나타내었다.

상기 표1에서와 같이, 본 발명 실시예의 시편은 열확산 이후의 강선의 인장강도가 열확산 이전에 비해 변화가 없으나, 비교예 시편의 경우에는 열확산을 거침으로서 강선의 인장강도가 감소되고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예 시편은 비교예의 시편에 비해서 고무 접착력과 절단하중은 오히려 향상된 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.

한편, 도1 및 도2의 오-저 깊이 프로파일에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 시편의 경우 도금층의 극표면부에서 황동의 조성이 60 ∼ 70%의 함량을 나타내고 그 외의 아랫쪽 영역에서는 구리의 함량이 80% 이상을 나타냄에 따라 도금층의 전반적인 영역에 걸쳐 대략 60 ∼ 70%의 구리 함량비를 나타내는 비교예 시편에 비해 β-황동의 분율이 최소화되고, 이에 따라 황동도금된 강선의 신선성 향상이 기대된다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명의 타이어 보강용 강선은 그 강선의 표면에 황동도금층을 피복함에 있어 종래에 비해 낮은 열확산 온도와 짧은 유지시간으로 열확산 공정을 수행하여 도금층의 극표면부와 나머지 도금층 영역간에 합금층의 조성이 달리 유지되도록 함으로써 열확산 온도의 저하와 유지시간의 단축에 따른 황동도금 강선의 인장강도 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명에 따른 황동도금된 강선은 극표면부를 제외한 황동도금층의 전체 영역이 구리의 조성비율이 높은 α-황동층으로 구성되어 있음에 따라 도금층 형성공정 이후에 뒤따르는 강선의 신선공정시 구리에 의한 윤활작용에 따라 신선성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 종래의 강선에 대한 황동도금층 형성방식에 비해 낮은 열확산 온도와 상대적으로 짧은 유지시간으로 종래의 강선 제품에 비해 우수한 고무접착성과 절단하중을 나타내는 강선 코드 제품의 제조가 가능하기 때문에 열확산에 필요한 설비의 길이 및 소요 에너지의 절감을 도모할 수 있는 효과도 아울러 지니고 있다.

Claims (2)

1. 강선의 표면에 황동도금층이 형성된 타이어 보강용 강선 코드에 있어서, 황동도금층의 표면부로부터 1/5 깊이까지는 구리함량이 60 ∼ 70%이고, 나머지 4/5 영역의 도금층의 구리함량은 80% 이상이며, 전체 도금층의 구리함량이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 강선 코드.
2. 타이어 보강용 강선 코드의 표면에 황동도금층을 형성하는 방법에 있어서, 강선의 표면에 구리도금층과 아연도금층을 순차적으로 피복한 다음 400℃에서 3 - 5초간 열확산을 하여 황동도금층의 표면으로부터 1/5 깊이까지는 구리함량이 60 -70%이고, 나머지 4/5 영역의 도금층의 구리함량은 80% 이상의 조성을 갖는 황동도금층이 형성되도록 함을 특징으로 하는 타이어 보강용 강선 코드의 제조방법.