KR100281335B1 - 타이어 보강용 강선 코드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부식성과 내수접착성이 우수한 타이어 보강용 강선 코드의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 타이어 보강용 강선 코드의 제조방법은, 아연 도금된 강선을 연속된 복수개의 다이를 통하여 가늘게 인발하는 신선공정에서 최종 다이 또는 그 이전의 다이 직전에 강선의 표면이 코발트 화합물로 도포되도록 하여 코발트 화합물이 도포된 강선의 다이 통과시 발생하는 고온,고압에 의해 코발트 성분이 아연과 결합하여 아연도금층의 극표면층에서 아연-코발트의 합금화가 이루어지도록 한 데에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 방법에 의해서 제조된 타이어 보강용 강선 코드는 아연 도금된 강선의 표면에 별도의 도금공정이나 별도의 열확산 공정을 필요로 함이 없이 코발트 화합물의 자동적인 도포에 이은 최종 신선공정에서의 아연과 코발트의 합금화가 이루어지도록 함에 의해 아연도금층의 극표면층에서 아연-코발트의 합금화가 이루어짐에 따라 종래의 강선 코드 도금층 형성방법에 비해 제조설비 및 공정의 단순화를 도모한 가운데 내수접착성과 내부식접착력의 향상이 기대되는 효과가 있다.

Description

타이어 보강용 강선 코드의 제조방법

본 발명은 타이어의 보강재로 사용되는 강선 코드에 관한 것으로, 보다 자세하게는 강선의 표면에 아연도금층을 형성한 후 다단의 다이를 통하여 가늘게 인발하는 신선공정에서 최종 다이에서부터 1개 또는 2개의 다이에 액체 또는 고체상의 코발트 화합물를 포함하는 윤활유를 사용하여 신선중에 발생하는 고온,고압으로 아연도금층의 극표면층에서 아연과 코발트의 합금화가 이루어지도록 함으로써 강선 코드의 내부식성과 내수접착성을 향상시킨 타이어 보강용 강선 코드에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어 보강용으로 사용되는 스틸 타이어 코드는 타이어 고무와의 접착성 향상과 강선 제조과정에서의 신선가공성 향상을 위하여 그 표면에 황동(Cu/Sn) 도금층이 형성되고, 이같이 황동도금층이 형성된 강선은 단일체로 타이어 고무중에 매입되거나 황동도금된 여러가닥의 강선이 서로 꼬인 코드 형태로 제작되어 타이어 고무중에 매입되어 사용되고 있다.

황동이 피복된 강선에 대한 고무의 접착력은 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.

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 하게 된다.

타이어를 비롯한 고무제품의 보강용 강선에 고무와의 접착력 향상을 위해서 피복되는 황동합금층은 일반적으로 60 ∼ 70%의 구리와 30 ∼ 40%의 아연으로 이루어진 조성이 일반적으로 사용되고 있다.

한편, 황동도금된 강선과 타이어 고무간의 접착력은 가류초기에 비해 시간이 경과함에 따라 여러 요인에 의해서 점차적으로 감소하게 되는데, 이와같은 접착력의 약화를 초래하는 주된 요인으로는 차량의 주행중에 타이어에 가해지는 극심한 열기 및 습기상황등을 들 수 있다.

즉, 차량의 고속 주행시에는 타이어의 온도가 상승되고, 타이어 고무의 손상에 의해서 타이어 그 손상된 부위를 타고 타이어 고무 내부로 수분이 침투되어 강선 코드의 주위가 화학적 분해 및 부식성이 강한 분위기에 노출되는 등의 극심한 열기 및 습기 상황하에 놓일 수 있으며, 이러한 때에는 강선 코드와 타이어 고무간의 초기 접착력은 시간의 경과에 따라 급속히 하락하게 된다.

따라서, 강선 코드에 의해서 보강된 타이어의 수명연장을 위해서는 강선 코드와 타이어 고무간에 높은 초기 접착력이 유지되도록 하는 것에 못지 않게 높은 내열접착성과 내수접착성을 구비하도록 하는 것이 중요시되고 있다.

한편, 강선 코드의 내열접착성과 내수접착성은 황동도금층중의 구리의 조성비를 낮춤으로서 개선되는 경우가 있으며, 이러한 측면에서 영국특허 제1,205,419호에는 황동도금층중의 구리의 함량을 60% 이하까지 낮추는 방안이 제시되고 있다.

그러나, 이같이 구리함량이 낮은 황동합금은 낮은 구리함량에 기인하여 주로 β-황동으로 구성되어 지는데, 이러한 β-황동은 결정구조상 가공성이 극히 불량하여 도금선에 대한 후속공정으로서의 신선가공시 신선성을 떨어뜨리기 때문에 실용화하기에는 곤란한 문제점이 있다.

황동함금의 조성변화를 통한 내열접착성 및 내수접착성의 개선에서 드러나고 있는 상기의 문제점을 감안하여, 황동에 제3의 원소를 첨가하여 3원합금으로 이루어진 도금층을 형성함으로써 내부식성 및 내수접착성의 향상을 도모한 다음과 같은 종래 방법이 알려져 있다.

즉, FR-2,198,830, GB-1,122,528, US-2,912,355 및 국내 특허공고 제82-631호등에는 황동도금 후 코발트를 첨가함에 의해 Cu-Zn-Co의 삼원합금으로 이루어진 도금층을 얻는 방법이 개시되어 있으며, 또한 EP-188,036 및 US-4,226,918등에서는 황동도금 후 니켈을 도금하는 방법이 제시되어 있다.

그러나, 상기와 같이 구리와 아연 도금층에 부가하여 제3의 원소로서 코발트나 니켈을 도금하기 위해서는 도금공정이 한번 더 늘어나기 때문에 그만큼 제조공정의 복잡화 및 제조비용의 상승이 불가피하다는 문제점이 있다.

다음, 국내 공개특허공보 제90-13046호 및 국내 특허공보 제94-283호에는 황동도금의 표면에 제3의 원소를 도금하는 방법 대신에 제3의 원소를 함유하는 유기물, 예를들면 탄화수소계 광물성 오일에 스테아린산 니켈이나 스테아린산 코발트가 함유된 오일을 강선 코드의 연선중에 투입하여 황동도금된 강선 코드를 오일피복시킴으로써 강선의 표면에 3원합금으로 이루어진 도금층이 도포되도록 한 방법이 개싱되고 있다.

그러나, 상기 제3의 원소를 포함하는 유기물을 도포하여 합금화 하는 방법으로 제조된 구리-아연-코발트(또는 니켈)의 3원합금에서도 황동 자체는 낮은 pH 분위기에서 강선에 대하여 음극으로 작용하여 2중 전극을 형성함으로써 부식이 촉진되고, 높은 pH 분위기에서는 황동의 탈아연 현상이 촉진되어 부식이 발생하는 현상을 억제하기는 곤란하다는 단점이 지적되고 있다.

한편, 황동 자체가 지니고 있는 상기의 단점을 해결하기 위한 방편으로 아예 구리를 사용하지 않는 새로운 도금방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 그러한 구체적인 예로서 국내 공개특허공보 제95-32717호에는 아연을 도금한 후 그 표면에 다시 코발트를 도금하여 열확산 방법으로 아연-코발트 합금 도금층을 형성함으로써 강선 코드의 내부식성 및 고무접착성의 향상을 도모하려는 기술이 공개되어 있다.

그러나, 상기 아연-코발트 합금 도금층 형성방법에서는 열확산 공정중에 강선 자체가 고온분위기에 노출되어 열영향을 받게 되고, 이로 인해서 강선의 인장강도 저하가 초래되는 문제점이 있으며, 열확산을 위해서는 열확산 설비와 많은 에너지를 필요로 하여 제조비용이 높아지는 단점도 아울러 지니고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 강선 표면에 고무 접착성의 향상을 위하여 도금층을 형성하는 종래의 방법에서 지적되고 있는 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 아연 도금된 강선의 신선공정중에 강선의 표면에 코발트 화합물을 도포하고 그 도포된 코발트 화합물이 최종적인 신선공정을 거치면서 아연도금층의 극표면층에서 아연과 코발트의 합금화가 이루어지도록 함으로써 코발트 도금공정이나 아연과 코발트의 합금화를 위한 별도의 열확산 공정을 필요로 함이 없이 내부식성과 고무접착성, 특히 내수접착성의 향상이 이루어지도록 한 타이어 보강용 강선 코드의 제조방법을 제공하는 데 발명의 목적을 두고 있다.

도1 및 도2는 본 발명의 타이어 보강용 강선 코드 제조장치의 개략도로서,

도1은 정면도이고,

도2는 평면도이다.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

1. 공급릴 2. 아연도금된 강선

3. 안내로울러 4. 신선기

5. 캡스턴 6a,6b. 다이

7a,7b. 인출캡스턴 8. 권취릴

9. 최종다이 10. 코발트 화합물조

본 발명의 상기 목적은 아연 도금된 강선을 연속된 다이를 통하여 가늘게 신선하는 신선공정에서 최종 다이에서부터 1개 또는 2개의 다이 직전에 강선의 표면에 코발트 화합물이 도포되도록 하여 최종 다이나 그 직전의 다이를 통과하면서 신선되는 과정에 발생되는 고온,고압에 의해 코발트 성분이 아연과 결합하여 아연도금층의 극표면층에서 아연과 코발트의 합금화가 이루어지도록 하는 일련의 공정에 의해서 달성된다.

도1 및 도2는 본 발명의 타이어 보강용 강선 코드의 제조장치에 대한 개략구조도로서 이에 의거하여 본 발명의 강선 코드 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 공급릴(1)로부터 인출되어 나오는 아연도금된 강선(2)은 안내로울러(3)를 거쳐 내부에 습식윤활유가 채워진 신선기(4)로 이동된다.

상기 신선기(4) 내부에는 한쌍의 다단 동심구조로 이루어진 캡스턴(5)이 설치되어 있으며, 상기 신선기(4) 내부로 유입된 강선(2)은 이들 캡스턴(5)의 각 단을 순차적으로 지나서 신선기(4)의 외부로 이동하게 된다. 이때, 강선(2)은 캡스턴(5)의 각단을 거치는 경로상에 설치된 다수의 다이(6a)와 신선기(4)의 출구측에 장착된 다이(6b)를 통과하는 과정에서 원래의 직경으로부터 점차적인 직경의 감소와 함께 신선이 이루어지게 된다.

다음, 신선기(4)를 빠져나온 강선(2)은 두 대의 인출 캡스턴(7a)(7b)에 안내되어 최종적으로 권취릴(8)로 향하게 되는 데, 이때 상기 양 캡스턴(7a)(7b) 사이의 강선 통과경로상에는 최종다이(9)가 설치되고 그 직전의 강선 통과경로상에는 코발트 화합물조(10)가 설치되어 있음에 따라 강선(2)의 표면은 고체 또는 액체상의 코발트 화합물과 접촉되고, 이와같이 표면에 코발트 화합물이 도포된 강선은 최종 다이(9)를 통과하는 과정에서 발생되는 고온,고압에 의해서 코발트 화합물중의 코발트 성분이 강선 표면의 아연과 결합하여 아연도금층의 극표면에서 아연-코발트 합금으로 된다.

상기 도1 및 도2에서는 최종 다이(9)의 직전에서 강선(2)의 표면에 코발트 화합물을 접촉시킨 예를 도시하고 있으나, 이와달리 최종 다이(9) 이전의 다이 직전에 코발트 화합물의 접촉이 이루어지도록 할 수 있으며, 코발트 화합물의 구체적인 일예로는 헥산디티올레이트 코발트 화합물을 유기용제와 충분히 혼합시킨 형태를 들 수 있다.

본 발명 타이어 보강용 강선 코드 제조방법의 상기 기술적 구성과 구체적인 도금층 형성과정 및 특성등에 관한 자세한 사항은 아래의 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 아연으로 도금된 직경 1.40mm의 강선을 연속된 다이에 의해 직경이 0.22mm가 되도록 신선함에 있어서 앞서 살펴본 바의 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 마지막 다이 직전에서 헥산디티올레이트 코발트 화합물을 통상의 유기용제에 균일하게 혼합시켜 최종 다이 통과전의 강선표면에 접촉되도록 하였다.

이때, 코발트 화합물이 접촉된 상태로 최종 다이를 통과하는 강선이 신선 윤활유 작용 및 신선중 발생되는 고온,고압에 의해 코발트 성분이 아연과 결합하여 아연-코발트의 합금화가 이루어지도록 하였다.

이와같이 제조된 직경 0.22mm의 강선을 연선기에서 서로 꼬아 3+9x0.22 구조의 강선 코드로 제작하여 내부식성과 고무접착력을 측정하였다.

접착력 시험방법은 ASTM D-2229에 따라 실시하였으며, 이때 가류조건은 60기압으로 130℃에서 30분간 가열하여 강선 코드와 고무와의 접착복합체를 얻었다.

이렇게 얻어진 고무 접착복합체를 70℃의 상대습도 96% 분위기에서 3주간 보관한 후 접착력(내수접착력)을 평가하였으며, 또 다른 접착복합체는 20% NaCl 수용액중에서 3주간 보관후 접착력(내부식접착성)을 평가하였다.

상기 본 발명의 실시예 시편과의 비교를 위하여 종래의 방법에 의해 구리-앙연-코발트의 3원합금 도금층이 피복된 비교예 시편1과 아연-코발트 합금이 열확산에 의해서 생성된 비교예 시편 2를 마련하여 상기 실시예 시편과 마찬가지의 내수접착력과 내부식접착성을 측정하였다.

이들 본 발명 실시예 시편과 비교예 시편들에 대한 접착력의 측정결과는 아래의 표1과 같다.

구 분	합금화 방법	코발트조성비(wt%)	내수접착력	내부식접착력
실시예	아연도금후 신선공정에서″아연+코발트″ 합금화	0.15	100%	100%
비교예1	″구리+아연+코발트″합금도금	3.50	75%	63%
비교예2	″아연+코발트″합금도금	0.80	95%	98%

상기 표1에서 내수접착성과 내부식 접착력의 평가는 본 발명 실시예의 측정치를 100%로 하고 비교예는 상대값으로 나타낸 결과이다.

상기 표1에서와 같이, 본 발명의 방법에 의해서 제조된 강선 코드가 종래의 방법에 의해 제조된 강선 코드에 비해서 내수접착력 및 내부식접착력이 월등히 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명의 방법에 의해서 제조된 타이어 보강용 강선은 아연도금된 강선의 표면에 별도의 도금공정이나 별도의 열확산 공정을 필요로 함이 없이 코발트 화합물의 자동적인 도포에 이은 최종 신선공정에서의 아연과 코발트의 합금화가 이루어지도록 함에 의해 아연도금층의 극표면층에서 아연-코발트 합금도금층이 얻어짐에 따라 종래의 강선 코드 도금층 형성방법에 비해 제조설비 및 공정의 단순화를 도모한 가운데 내수접착성과 내부식접착력의 향상이 기대되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 아연 도금된 강선을 연속된 복수개의 다이를 통하여 가늘게 인발하는 신선공정에서 최종 다이 또는 그 이전의 다이 직전에 강선의 표면이 코발트 화합물로 도포되도록 하여 코발트 화합물이 도포된 강선의 다이 통과시 발생하는 고온,고압에 의해 코발트 성분이 아연과 결합하여 아연도금층의 극표면층에서 아연-코발트의 합금화가 이루어지도록 함을 특징으로 하는 타이어 보강용 강선 코드의 제조방법.