KR100267283B1 - 상이한 편평각도를 주기적으로 갖는 소선으로연선된 스틸코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 타이어 및 콘베이어 벨트등의 고무보강재로 사용되는 스틸코드의 구조개선에 관한 것이다.

본 발명은 2 ∼ 6가닥의 소선으로 연선된 1 x n구조의 스틸코드로서, Y축방향만으로의 압연에 의해 각 소선은 0 -θ_max의 범위내에서 주기적으로 변하는 편평각도(θ)를 갖고, Y축방향에서는 피치/n 간격마다 최대 편평각도(θ_max)를 갖는 편평형상을 나타내며 최대 편평각도(θ_max) 미만의 구간에서는 비대칭 편평형상과 원형상이 복합적으로 이루어진 소선 단면을 갖는 소선으로 연선된 구성으로서, 이때 상기 최대 편평각도(θ_max)는 20°∼ 100°의 범위를 유지하도록 한 구조에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 상이한 편평각도를 주기적으로 갖는 소선으로 연선된 스틸코드는 Y축방향의 소선 접촉부위가 압연에 의해 선접촉에서 면접촉으로 변화됨과 동시에 표면경도가 상승되어 Y축방향의 굴곡피로 특성이 향상됨으로써 타이어의 내구성을 증진시킬 수 있는 효과와 함께 코드경의 감소에 의하여 고무시트의 두께를 얇게 유도하는 것이 가능하여 타이어의 경량화에 의한 연비 개선과 고무소모량 절감을 도모할 수 있고, 또한 스틸코드의 구조적 치밀화에 의한 매우 낮은 저하중신율로 인해 취급작업성의 향상 및 품질산포도의 최소화가 가능하다는 이점이 있다.

Description

상이한 편평각도를 주기적으로 갖는 소선으로 연선된 스틸코드

본 발명은 자동차용 타이어 및 콘베이어 벨트등의 고무보강재로 사용되는 스틸코드의 구조개선에 관한 것으로, 보다 자세하게는 1 x n 구조의 스틸코드에 있어서 코드가 매입되는 벨트층에 대하여 수직방향으로 적절한 범위의 하중으로 압연을 행하여 소선접촉부 표면경도의 상승과 아울러 소선간의 접촉부위가 선접촉에서 면접촉으로 변화되도록 유도함으로써 굴곡피로특성의 개선과 함께 고무벨트층의 박판화 및 취급작업성의 향상이 이루어지도록 한 상이한 편평각도를 주기적으로 갖는 소선으로 연선된 스틸코드에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 타이어나 콘베이어 벨트등과 같은 고무제품의 보강재로 사용되는 스틸코드는 내마멸성, 절단하중, 굴곡피로 특성, 고무접착력, 코드경의 최소화 및 구조적 안정성등의 특성이 우수할 것이 요구된다.

한편, 최근에는 자동차의 주행속도 증가 및 연비특성 향상에 대한 관심을 비롯한 내구성의 증대에 부합하는 품질을 갖춘 타이어가 요구됨에 따라 이러한 품질특성이 요구되는 타이어 보강용 스틸코드에서는 특히 내마멸성 향상에 의한 굴곡피로 특성, 코드경의 최소화, 구조적 안정성에 의한 타이어 품질산포 최소화와 같은 특성의 향상이 한층 절실한 실정이다.

종래 타이어고무의 보강재로 사용되는 스틸코드는 도1의 (가) 내지 (다)에 나타나 있듯이 일반적으로 1 x 3, 1 x 4, 1 x 5 등의 구성을 취하고 있다. 그러나, 이와같은 구조의 스틸코드(1)는 복수개의 소선(1a)이 서로 밀착된 상태로 꼬여진 것으로, 소선으로 둘러싸인 중앙부에 공간부(S)가 존재하게 되고, 그 공간부(S)는 가류시에 고무의 침입이 이루어지지 못하게 되므로 타이어의 벨트부에 매입된 상태에서도 코드의 길이방향으로 연속된 공간부(S)는 그대로 남게 된다.

상기 구조의 스틸코드가 사용된 타이어에서는 주행중 트래드 접지면이 돌, 금속파편 또는 못등에 접촉하여 손상을 입을 경우 그 손상된 부위로부터 노면상의 수분이나 염수등이 침입하여 스틸코드의 공간부(S)로 침입함으로써 스틸코드(1)의 내부 전길이에 걸쳐 발청이 진행된다.

이와같이 스틸코드(1)의 공간부(S)로 침입한 수분은 코드 자체의 발청을 유발시킬 뿐 아니라 코무와 코드간의 접착계면층을 서서히 파괴시켜 결국에는 이들 두 부재들간의 접착력 약화에 의한 분리현상(separation phenomenon)을 일으켜 타이어의 수명을 단축시키게 된다.

한편, 종래의 상기 스틸코드 구조에서 내부에 공간부가 존재함에 따른 문제점을 해결하고자 코드 자체에 아예 공간부가 생성되지 않도록 하거나 공간부가 생성되더라도 그 공간부가 개방형 구조를 취하도록 함으로써 스틸코드의 거의 전표면에 고무가 직접 접촉하도록 한 스틸코드 구조가 제안되어 실시되고 있다.

먼저, 일본국 특개소 62-234921호에는 소선의 가닥수를 줄여서 공간부가 생성되지 않도록 한 1 x 2 구조의 스틸 코드가 개시되어 있는 바, 이는 도2 및 도3에 도시되어 있듯이 스틸코드(2)의 전길이에 걸쳐 소선(2a)(2b)으로 둘러싸인 공간부가 존재하지 않기 때문에 내부식성의 향상 및 접착성의 저하방지는 어느 기대할 수 있는 것으로 알려지고 있다. 상기 도2는 1 x 2 구조 스틸코드의 개략적인 구조를 보인 평면도이고, 도3의 A 내지 E는 각기 도2의 A-A선 내지 E-E선 단면도이다.

그러나, 상기 스틸코드(2) 구조에서는 소선(2a)(2b)끼리가 선접촉하고 있음에 기인하여 타이어의 회전시 수반되는 벨트부의 굴신운동의 결과로 특히 접지면에 수직방향으로 집중적으로 작용되는 반복적인 굴곡 피로응력에 의하여 소선 접촉부에서 서서히 마멸(fretting)이 발생하게 되고, 이러한 마멸피로에 의해 급기야는 코드의 일부가 파단되는 현상이 발생된다.

이와같은 스틸코드의 내피로특성 저하는 곧바로 타이어의 수명단축으로 이어져 타이어의 내구성을 떨어뜨리는 요인으로 작용하게 된다. 이에 더하여 상기 구조의 스틸코드(2)는 1/2 피치(pitch)마다 코드 강성의 변화가 크기 때문에 타이어의 강도 및 구조적 강성의 안정성면에서 결함이 발생되는 것으로 지적되고 있다.

한편, 종래 스틸코드의 내부식성 및 내구성 향상을 위한 또 다른 형태로서 국내 특허공보 제4048호(공고번호: 95-7828)에는 도4 및 도5에 도시된 바와같이 두 가닥의 소선(3a)(3b)을 꼬아서 스틸코드(3)를 형성함에 있어 두가닥의 소선을 동시에 형부를 부여시켜 단면형상이 타원형을 이루는 이른바 개방형 스틸코드 구조가 제안되고 있다.

그러나, 상기 개방형 구조의 종래 스틸코드(3)는 연속 파형상의 높은 형부율을 갖는 소선(3a)(3b)에 의해 소선간에 틈새가 생겨 매우 높은 저하중신율을 나타내게 되고, 이로 인해 연선이 구조적 안정성면에서 매우 불안정하고 또한 타이어 성형공정에서 취급작업성도 뒤떨어질 뿐 아니라 코드경이 증가함에 따라 고무소비량도 증가하여 제조원가면에서 불리한 것으로 알려지고 있다.

상기 개방형 구조의 스틸코드 특허에서 다른 실시예로서 개시하고 있는 도6 및 도7에 도시된 형태의 스틸코드(4)에서는 두 개의 소선(4a)(4b)중 한가닥의 소선(4b)만에 대하여 형부를 부여시키고 있음을 알 수 있는 바, 이러한 형태의 코드의 경우 고무 침투성의 향상은 기대되나 코드에 하중이 걸리게 되면 상대적으로 형부율이 낮은 소선(4a)에 응력이 편중되어 구조적 안정성이 결여되고 코드경의 증가로 인해 타이어의 경량화에 불리하다는 단점이 있다.

특히, 상기 도4 내지 도7에 도시된 개방형 스틸코드 구조에서는 캘린더(calender) 작업에서 코드에 가해지는 장력을 낮은 값으로 균일하게 유지할 필요가 있으나, 통상 타이어 제작업체에서 코드에 대한 정밀한 장력관리를 지속적으로 수행하는 것이 곤란하고, 약간의 불균일한 장력상태하에서도 고무 시트의 품질산포가 커지게 되는 문제점이 지적되고 있다.

차량용 타이어 및 콘베이어 벨트의 보강재로서, 스틸코드의 절단하중과 고무와의 접착성은 충분히 유지하면서 타이어의 내구성과 연관된 내굴곡피로 특성이 우수하고 또한 타이어의 경량화를 가능하도록 하는 최소한의 코드경으로 설계되고 구조적 안정성을 갖는 스틸코드의 개발이 그 어느 때보다도 시급하게 요망되고 있으나, 아직 이러한 요구조건에 부합하는 스틸코드가 제안되지 않은 실정이다.

따라서, 본 발명은 종래 고무보강용 스틸코드에서 제기되고 있는 상기의 제반 단점을 해결함과 아울러 최근 타이어에서 요망되는 스틸코드의 품질특성을 구비한 스틸코드를 개발하는 데 주안점을 두고 연구를 행하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 스틸코드의 절단하중과 고무접착성은 충분히 유지하면서 내굴곡피로 특성 향상에 의한 타이어의 내구성 증대 및 코드경 축소에 의한 타이어의 연비 감소 효과를 비롯한 타이어 성형작업시 취급작업성 개선 및 구조적 안정성의 확보를 동시에 도모할 수 있는 고무제품 보강용 스틸코드를 제공함에 발명의 목적을 두고 있다.

도1의 (가) 내지 (다)는 종래 스틸코드의 단면도.

도2는 종래 밀폐형 스틸코드의 정면도.

도3의 A - E는 도2의 A-A선 내지 E-E선 단면도.

도4는 종래 개방형 스틸코드의 정면도.

도5의 A - E는 도4의 A-A선 내지 E-E선 단면도.

도6은 종래 한가닥 형부형 스틸코드의 정면도.

도7의 A - E는 도6의 A-A선 내지 E-E선 단면도.

도8은 본 발명의 일실시예 스틸코드에 대한 정면도.

도9의 A - I는 도8의 A-A선 내지 I-I선 단면도.

도10의 (가) 내지 (다)는 본 발명의 일실시예 스틸코드의 코드 길이방향 편평각도와 편평비 관계를 보인 단면도.

도11은 본 발명의 일실시예 스틸코드를 구성하는 소선의 코드 길이방향 편평각도 변화를 보인 그래프.

도12의 (가) 내지 (다)는 본 발명의 다른 실시예 스틸코드에 대한 단면도.

도13은 본 발명의 스틸코드 제작과정을 보인 연선장치를 보인 개략구조도.

도14는 본 발명의 일실시예 스틸코드가 매입된 고무시트에 대한 단면도.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

10. 스틸코드 10a, 10b. 스틸코드

θ. 편평각도

본 발명의 상기 목적은, 1 x n 구조의 스틸코드에 있어서 코드가 매입되는 고무 벨트층에 대하여 수직방향으로 적절한 범위의 하중으로 스틸코드에 대한 압연을 행하여 소선접촉부 표면경도의 상승과 아울러 소선간의 접촉부위가 선접촉에서 면접촉으로 변화되도록 유도함으로써 상이한 편평각도를 주기적으로 갖는 소선으로 연선된 스틸코드 구조에 의해서 달성된다.

본 발명의 발명자는 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 스틸코드의 개발을 위한 초기단계에서 우선 수명이 다한 폐타이어를 수집하여 벨트의 보강재로 사용된 스틸코드의 물성치 열화상태를 분석하였다.

특히, 소선간 마멸피로에 의해 단선 직전에 있는 여러개의 스틸코드를 수집하여 분석한 결과 소선의 마멸 진행방향이 타이어 접지면에 직각방향에서 주로 발생된다는 사실을 알 수 있었다.

즉, 차량의 주행시 타이어는 반복적인 굴신운동을 하게 되는데, 이러한 반복적인 굴신운동의 결과로 벨트층의 폭방향에 대한 수직방향(이하, Y축 방향이라 함)에서 상대적으로 심한 마멸현상이 초래되고 있었다.

이와같은 스틸코드의 마멸특성을 기초로 하여, 스틸코드에서 코드길이 방향에 대한 직각단면 형상에서 Y축방향의 소선 접촉부위에 대해 인위적으로 내마멸성을 향상시킬 수 있는 방안을 연구한 결과 Y축방향으로만 적절한 범위에서 코드를 압연시킴으로써 Y축방향 접촉부위에 대한 내마멸성을 한층 개선시킬 수 있음과 아울러 코드경의 감소와 함께 구조적 안정성을 확보할 수 있는 스틸코드를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 스틸코드는, 2 - 6가닥의 소선으로 서로 연선시킨 1 x n 구조(n: 소선가닥수) 스틸코드에 있어서, 각 소선은 0 - θ_max(θ_max: 최대 편평각도)의 범위내에서 편평각도(θ)를 갖고 주기적으로 변하고, 코드 길이방향에 대한 직각단면 형상에 있어 X축방향(코드가 매입되는 벨트층의 폭방향)과 Y축방향의 절단면 특성이 상이한 형상을 나타내며, Y축방향에서는 피치/n 간격마다 최대 편평각도(θ_max)를 갖는 편평형상을 나타내고 최대 편평각도 미만에서는 비대칭 편평형상과 원형상이 복합적으로 이루어진 소선단면을 갖는 소선으로 연선된 구조에 기술적 특징이 있다.

상기 본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도8은 본 발명의 일실시예 1 x 2 구조의 스틸코드에 대한 정면도이고, 도9의 A 내지 I는 도8에 도시된 스틸코드의 A-A선 내지 I-I선 단면도이다.

도시된 바와같이, 본 발명의 스틸코드(10)는 두가닥의 소선(10a)(10b)이 서로 밀착상태로 연선됨에 있어 Y축 방향의 정상부와 하단부가 압연시 가해진 하중에 의해서 주기적인 편평면(fs)으로 이루어지고, 그 주기적인 편평면(fs)이 형성된 소선(10a)(10b)의 접촉면(cs)도 압연시 가해진 하중에 의해서 서로 압착되어 평면화되어 있다.

다시말하면, 본 발명의 스틸코드는 압연전에 선접촉을 하고 있던 소선(10a)(10)의 접촉부가 압연에 의해 소성변형되어 면접촉을 이룸과 아울러 압연롤러와 접촉한 Y축방향의 정상부와 하단부가 일정폭의 편평면(fs)으로 변화됨에 따라 압연전의 Y축방향 연선지름에 비해 지름의 축소가 이루어지게 된다.

한편, 상기 본 발명의 스틸코드(10)에서 편평면(fs)은 두 소선(10a)(10b)이 Y축방향으로 배열된 부위에서 형성됨에 따라 결국 1/2 피치 간격으로 주기적으로 형성되나, 두 소선(10a)(10b)이 Y축방향과 수직방향, 즉 X축방향으로 배열된 부위에서는 압연 전,후에 소선의 단면형상이 변화되지 않음을 알 수 있다.

이와같은 본 발명 스틸코드의 부위별 소선 단면형상을 도10의 (가) 내지 (다)에 의거하여 보다 자세하게 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 도10의 (가)는 도9의 A 단면에 대한 확대단면도이고, 도10의 (나)는 도9의 B 단면에 대한 확대단면도이며, 도10의 (다)는 도9의 C 단면에 대한 확대단면도이다.

도시된 바와같이, 스틸코드(10)를 구성하는 소선(10a)(10b)의 편평각도(θ)는 소선의 중심(O)과 소선의 표면부 편평면(fs) 양단부가 이루는 삼각형 △O.C.D에서 소선 중심을 기준으로 한 각도 ∠C.O.D로서 정의된다.

따라서, 도10의 (가)에서는 소선(10a)(10b)이 Y축방향으로 배열된 최대 편평각도(θ_max)를 나타내며, (나)에서는 임의의 편평각도(θ)로서 비대칭 편평형상과 원형상이 복합적으로 구성된 단면형상을 나타내며, (다)에서는 편평각도(θ)가 0 이며 원형의 단면형상을 나타낸다.

이때, 코드 편평비(F) = D_f/D₀(D₀= 코드의 장경, D_f= 코드의 단경)으로 표시되는 데, 편평각도(θ)와 코드 편평비(F)간의 관계를 도11로 도시된 바의 본 발명 스틸코드에 있어서 코드 길이방향에 대한 각 소선(10a)(10b)의 편평각도 변화를 보인 그래프를 통하여 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와같이, 1 x 2 구조에서 두가닥의 소선(10a)(10b)은 코드의 길이방향을 따라 매 1/2 피치마다 주기적으로 최대 편평각도(θ_max)를 나타내며, 또한 최대 편평각도(θ_max)가 클수록 코드 편평비(F)는 작아지게 되어 편평각도(θ)와 코드 편평비(F)간에는 다음과 같은 관계식을 갖는다

위의 관계식에서 알 수 있듯이, 최대 편평각도(θ_max)가 클수록 Y축방향 코드단경(D_f)은 작아진다.

본 발명의 스틸코드를 구성하는 각 소선의 편평각도(θ)는 0≤θ≤100°의 범위를 만족시키고 각 단면형상은 대칭, 비대칭 편평형상을 나타내며, 코드의 편평비(F)=0.7 - 0.95 의 범위를 만족시키도록 설계하는 것이 바람직하다.

이와같은 사실을 바탕으로 하여 앞서 살펴보았던 바의 도8 및 도9에 도시된 본 발명 실시예 스틸코드(10)의 코드 길이방향에 따른 편평각도(θ) 및 소선 단면형상을 보다 구체적으로 살펴보면, 각 소선(10a)(10b)은 0 ∼ θ_max범위내의 편평각도(θ)를 갖고 주기적으로 변화함에 있어 1/2 피치 간격마다 최대 편평각도(θ_max)를 갖는 편평형상을 나타내며 최대 편평각도 미만에서는 비대칭 편평형상과 원형상(θ=0)이 복합된 단면을 갖는 소선으로 연선되어 있음을 알 수 있다.

즉, 도9의 A∼I로 도시된 1/8 피치 간격의 절단면 형상에서와 같이, A부분 에서는 θ값이 최대값(θ_max)일 때로서 두 소선이 Y축상에 놓여있고 편평형 단면을 나타내며, B부분에서는 θ값이 대략 중간값으로 소선은 비대칭 편평형상의 단면을 나타내고, C부분에서는 θ= 0 일 때로 두 소선이 X축상에 놓여있고 원형 단면을 나타내며, D부분에서는 θ값이 대략 중간값으로 소선은 비대칭 편평형상의 단면을 나타낸다. 그 다음의 E - H부분은 앞서 살펴본 바의 A - D 부분에 비해 소선(10a)(10b)에 비해 소선의 위치가 서로 바뀐 것을 제외하고는 동일한 편평각도 및 소선 단면형상을 나타낸다.

한편, 도12의 (가) 내지 (다)는 본 발명 스틸코드의 다른 실시예 구조를 보인 것으로, (가)는 1 x 3 구조의 스틸코드(11)이고, (나)는 1 x 4 구조의 스틸코드(12)이고, (다)는 1 x 5 구조의 스틸코드(12)로서, 모두 Y축 방향 최외측에 위치하는 소선의 외주면은 편평면(fs)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이때, 스틸코드를 구성하는 소선 가닥수(n)가 6을 초과하게 되면 연선 설계측면에서 구조적으로 불안정해지기 때문에 n은 2 - 6의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 의한 1 x n의 다각형 구조로 이루어진 스틸코드에서는 Y축 방향으로 압연응력을 받으면 소선으로 둘러싸인 밀폐된 내부공간부가 외부와 연통되도록 개방되는 약간의 형태 변형이 발생되기 때문에 이후의 고무와의 접착공정에서 스틸코드의 내부공간부 안쪽으로 고무의 침투가 용이하게 이루어지게 된다.

다음, 도13은 본 발명의 일실시예 1 x 2 구조의 스틸코드 제작과정을 개략적으로 보인 연선장치를 도시하고 있는 것으로, 이에 의거하여 본 발명의 스틸코드 제작과정을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 스틸코드는 2차 연선기와 튜블라(tubular) 원통 연선기에서 모두 제조가 가능하나 도13에서는 인-아웃(in-out)형의 2차 연선기를 이용한 제조과정을 보인 것으로, 도시된 바와같이 고정상태를 유지하는 크래들(14)에 설치된 소선공급대의 보빈(15)으로부터 인출되는 두가닥의 소선(10a)(10b)은 배선롤러(16)에 안내되어 배선판(17)을 통과한 후 보이스(18)에서 두가닥의 소선(10a)(10b)이 모여져 연입점을 형성하면서 회전체(19)에 부착된 안내롤러(20)를 통해서 축심을 통과하면서 진입하는 과정에서 1차 연선이 이루어지게 된다.

일반적으로 2차 연선기에서 1차 연선 피치는 항시 최종 연선 피치에 대해 2배의 연선 피치를 갖는다. 다음, 상기 회전체(19)를 통과한 1차 연선 코드(10')는 반대편 회전체(21)에 고정된 안내롤러(22)를 지나 또 다른 축심을 통과하면서 오버 트위스트(23)에 도달하기 전에 최종적인 2차 연선 형태를 취하게 되나, 아직 소선이 갖고 있는 － 방향의 비틀림 복원력이 매우 크므로 오버 트위스트(23)를 통과하는 과정에서 ＋ 방향의 비틀림 응력으로 전환시킨 다음 교정롤러(24)를 이용하여 최종적인 연선품질 상태로 교정이 이루어지도록 한다.

이어서, 인출드럼(25)에 의해서 일정한 속도로 소선이 풀려나오면서 일정한 피치를 형성하게 되고 트래버스롤러(26)을 경유하여 최종 권취스풀(27)에 권취됨으로써 스틸코드의 제작이 이루어지게 되는데, 본 발명에서는 교정롤러(24)와 인출드럼(25) 사이에 또는 인출드럼(25)과 권취스풀(27) 사이의 2차 연선 통과경로상에 한쌍의 압연롤러(28)를 상,하로, 즉 Y축방향으로 설치하여 Y축방향으로만 압연을 행하게 된다.

이때, 상기 한쌍의 압연롤러(28) 사이의 간격을 조절함에 의해서 소정의 코드 편평비(F) 및 최대 편평각도(θ_max)를 손쉽게 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 통상의 연선장치 외부의 연선 통과경로상에 한쌍의 압연롤러를 설치하여 압연이 이루어지도록 하는 구조를 취함에 따라 종래의 기계 내부에 복잡한 형부기를 설치하여 형부를 부여하는 방식에 비해 설비의 간단화 및 취급작업성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 스틸코드 연선방식에서는 1 x n 구조의 코드를 제작하기 위해서는 단순히 크래들(14)에 소선 공급용 보빈(15) 개수를 n개로 동일하게 설치하면 된다.

도14는 본 발명 실시예의 스틸코드가 매설된 타이어용 벨트와 같은 복합체 시트에 대한 단면도로서, 도시된 바와같이 고무시트(29)의 고무(30)속에 매입되는 스틸코드(10)는 코드의 단경(D_f)이 벨트고무의 두께방향으로 배열됨으로써 고무시트(29)의 두께(Tc)를 얇게 유도하는 것이 가능하게 되므로 타이어의 경량화를 도모할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

0.82C% 탄소중량의 5.5mm 직경의 선재를 원재료로 이용하여 신선, 열처리, 황동도금을 순차적으로 거쳐 세물 습식 신선공정을 수행하여 소선경 0.3mm의 소선을 얻었다. 다음, 상기 공정을 통해서 얻어진 소선 2가닥을 이용하여 도8에 도시된 바와같은 1 x 2 구조의 본 발명 실시예 스틸코드를 제작하였다.

이와같은 본 발명의 실시예 스틸코드를 제작함에 있어 압연조건을 변화시켜 최대 편평각도(θ_max)와 편평비(F)를 서로 달리하는 본 발명의 실시예1 - 7 시편을 마련하였다.

한편, 본 발명의 실시예 시편과의 특성 비교를 위하여 세가지의 종래예 시편을 제작하였는 바, 이들 시편은 상기 본 발명의 실시예 스틸코드 제작에 사용된 선재와 동일한 선재를 사용하고 또한 동일한 연선과정을 통하여 연선을 함에 있어 종래예1은 도2의 종래 스틸코드로, 종래예2는 도4의 종래 스틸코드로 그리고 종래예3은 도6의 종래 스틸코드로 제작하였다.

이와같이 제작된 실시예 시편과 비교예 시편들에 대하여 타이어 보강재용에 요구되는 특성으로서의 Y축 굴곡피로특성, 코드경, 취급작업성, 절단하중, 접착력 및 접착외관등을 측정하였으며, 그 측정결과는 아래의 표1과 같다.

	실시예 1 - 7	종래예1	종래예2	종래예3
구 조	1x2x0.30 (부분편평형)	1x2x0.30(밀폐형)	1x2x0.30(개방형)	1x2x0.30(한가닥형부)
연피치(mm)	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14
연 방향	S	S	S	S	S	S	S	S	S	S
소선경(mm)	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30
최대편평각도(θmax)	5	20	40	60	80	90	100	0	0	0
편평비	1	0.98	0.94	0.87	0.77	0.70	0.64	1	1	1
형부율(%)	100	100	100	100	100	100	100	100	130	125
파단하중(KGF)	45.9	45.7	45.7	45.8	45	44.5	45.2	45.7	44.9	45.5
저하중신율(%)(0.25-5kg)	0.11	0.11	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.11	0.53	0.38
Y축굴곡피로특성(%)	102	118	132	134	128	110	95	100	107	111
단위중량(g/m)	1.139	1.140	1.140	1.139	1.139	1.139	1.139	1.140	1.168	1.147
코드경 (mm)	장경	0.61	0.61	0.61	0.61	0.62	0.62	0.62	0.61	0.72	0.68
	단경											0.61	0.6	0.57	0.53	0.47	0.44	0.41	0.61	0.65	0.64
		단면형상	(원형 + 비대칭 편평형) 복합	원형	원형	원형
접착력(kgf)	42.3	42.9	42.5	42.1	42.7	42.0	42.4	42.5	43.2	42.8
접착외관(%)	100	100	98	98	98	95	90	100	100	100
취급작업성	○	◎	◎	◎	◎	◎	○	○	×	×

상기 표1에서 Y축 굴곡피로특성과 접착외관 및 취급작업성은 종래예1의 시편에서 측정된 결과에 대한 상대적인 비율로 표시하였다.

Y축 굴곡피로특성 시험은 스틸코드 시편을 가로 5mm, 세로 2.5mm의 직사각형 단면을 갖는 고무시트에 매입함에 있어 본 발명 실시예의 스틸코드는 Y축방향의 코드 단경이 고무시트의 세로방향으로 배열되도록 한 상태에서 가류시켜서 얻어진 복합체 시트를 3-롤(roll) 굴곡피로 시험기를 이용하여 평가하였다. 그 평가결과는 종래예1을 100으로 하여 이를 기준으로 상대적인 비교를 하였다.

그리고, 접착력 및 접착외관 평가 시험방법은 미국 표준 시험방법(ASTM 2229)에 의해 실시하였다.

한편, 취급 작업성은 스틸코드 제작의 용이성 및 타이어 성형공정과 재단공정상의 취급 용이성을 말하는 것으로, 스틸코드의 구조적 꼬임 안정성에 의한 특히 저하중신율이 적을수록 취급작업성이 우수하며, 그 결과는 종래예1과 대비하여 매우 양호한 경우에는 ◎, 차이가 없을 경우엔는 ○, 뒤떨어지는 경우에는 ×로 표시하였다.

상기 표1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 스틸코드는 종래의 스틸코드에 비해 Y축 굴곡피로 특성이 월등히 향상되었는 바, 이는 스틸코드를 Y축방향으로만 최적의 구간 범위의 최대 압연각도(θ_max)를 압연시키는 경우 Y축방향의 소선 접촉부위가 선접촉에서 면접촉으로 전환되어 접촉면적이 증가됨으로써 동일한 마찰력 하에서 분산되는 접촉면압 감소효과에 의해 마멸피로 저항력이 증진됨과 동시에 압연에 의한 소성가공경화로 인해서 압연된 부위에 표면경도가 상승되어 마멸에 대한 저항력을 갖는 접촉면이 형성되는 데 기인한다.

즉, 본 발명에서는 Y축 한방향으로만 압연을 실시하여 상대적으로 마멸현상에 취약한 Y축방향 접촉부위에 표면경화처리 효과가 발휘되도록 함으로써 스틸코드 및 스틸코드가 사용되는 고무제품의 내구성 향상을 도모하고 있다.

상기 표1에서 최대 편평각도(θ_max)와 관련한 평가결과를 분석하여 볼 때 바람직한 최대 편평각도는 20°∼ 100°이며, 더욱 바람직하기로는 30°∼ 90°의 범위임을 알 수 있다. 즉, 20°미만일 때에는 본 발명에서 기대하는 제반 효과를 얻을 수 없게 되며, 반대로 100°를 초과하는 경우에는 소선에 과도한 압흔이 남게되고 또한 과도한 표면경화로 인해 취화되는 문제점이 발생하게 된다.

다음, 코드경과 관련하여 본 발명의 실시예 스틸코드는 종래의 스틸코드(특히, 종래예2,3)에 비해서 코드경이 감소됨을 알 수 있는 바, 일예로 최대 편평각도(θ_max)의 허용 최대값 100°일 경우에는 36%만큼의 코드경 감소효과를 발휘하고 있다.

이와같이, 종래에 비해 감소된 코드경을 지니는 본 발명의 스틸코드를 타이어 벨트에 매입하는 경우에는 도14에 도시된 바와같이 코드의 단경(D_f)이 벨트 고무의 두께방향으로 배열되도록 함으로써 고무시트의 두께(T_c)를 얇게 유도하는 것이 가능하게 되어 타이어의 경량화 및 고무소모량의 감소에 의한 제조원가 절감을 꾀할 수 있다.

또한, 코드의 저하중 신율 측정결과를 비교하여 보면 0.25 - 5kg 범위에서 본 발명의 실시예 스틸코드가 종래예에 비해서 크게 신장하지 않음을 알 수 있는 데, 이는 Y축방향 압연에 의해 소선들이 구조적으로 더욱 치밀하게 형성됨에 기인하는 것으로 그로 인해 종래예2,3에 비해서 취급작업성이 월등히 개선되었음을 알 수 있다.

그 외 본 발명 실시예 스틸코드의 파단하중과 고무접착성은 종래예의 스틸코드와 유사한 수준으로 유지되고 있음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 주기적으로 상이한 편평각도를 갖는 소선으로 연선된 스틸코드는 Y축방향으로만 최적 구간범위의 최대 압연각도를 유지하도록 압연을 행하여 Y축방향의 소선 접촉부위가 선접촉에서 면접촉으로 변화됨과 동시에 압연에 의한 소성가공 경화로 인해 압연된 부위만이 표면경도가 상승되어 마멸에 대한 저항력을 갖는 접촉면이 형성되고 또한 접촉면적이 증가됨으로써 동일한 마찰력하에서 분산되는 접촉면압 감소효과에 의해 마멸피로 저항력이 증진되어 Y축방향 굴곡피로 특성이 현저히 개선됨에 따라 타이어를 비롯한 스틸코드 보강재가 사용되는 고무제품의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 스틸코드는 코드경이 기하학적으로 코드 편평비(F) 만큼 감소되어 고무 시트의 두께를 얇게 유도하는 것이 가능하므로 타이어의 경량화에 의한 연비 개선과 고무사용량 감소를 도모할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 스틸코드는 Y축방향 압연의 결과로 코드를 이루는 소선간의 결합구조가 더욱 치밀하게 유지됨으로써 낮은 저하중 신율을 나타내게 되고, 이에 따라 타이어 성형 및 재단공정에서 취급작업성이 매우 양호해지고, 고무 시트의 품질 산포도 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

이에 더하여, 본 발명의 스틸코드는 파단하중과 고무보강재에서 요구되는 절단하중을 비롯한 고무접착성을 충분히 유지하면서, 내굴곡피로 특성, 코드경의 최소화 및 구조적 안정성을 동시에 만족시키는 특성을 나타내기 때문에 특히 공기주입 래디얼 타이어등의 보강재로서 유용하게 이용될 수 있다.

Claims (2)

1. 2 ∼ 6가닥의 소선으로 연선된 1 x n구조의 스틸코드로서, Y축방향만으로의 압연에 의해 각 소선은 0 ∼θ_max의 범위내에서 주기적으로 변하는 편평각도(θ)를 갖고, Y축방향에서는 피치/n 간격마다 최대 편평각도(θ_max)를 갖는 편평형상을 나타내며 최대 편평각도(θ_max) 미만의 구간에서는 비대칭 편평형상과 원형상이 복합적으로 이루어진 소선 단면을 갖는 소선으로 연선된 것을 특징으로 하는 상이한 편평각도를 주기적으로 갖는 소선으로 연선된 스틸코드.
2. 제1항에 있어서, 상기 최대 편평각도(θ_max)는 20°∼ 100°의 범위인 것을 특징으로 하는 상이한 편평각도를 주기적으로 갖는 소선으로 연선된 스틸코드.