KR100359656B1 - 트럭 및 버스용 래디얼 타이어의 벨트보강용 스틸코드 및이를 이용한 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트럭 및 버스용 타이어의 벨트를 보강하는 스틸코드의 구조에 관한 것으로서, 상세히는 타이어의 경량화 및 재생성을 향상시키기 위하여 인장강도가 330㎏/㎟ 이상인 강선재를 사용하여, 1×d_Fc＋n×d_Fs의 형태로 구성하고 있는 스틸코드의 구성 중에서 측연선(2)으로 둘러싸인 심선(1)을 비틀림 응력에 의한 나선형으로 형성함으로써, 상기 스틸코드에 고무를 입힐 때 고무의 침투성이 향상되도록 한 트럭 및 버스용 래디얼 타이어의 벨트보강용 스틸코드에 관한 것이다.

Description

트럭 및 버스용 래디얼 타이어의 벨트보강용 스틸코드 및 이를 이용한 타이어{Belt Reinforced Steel Cord for Truck and Bus Radial Tires}

본 발명은 트럭 및 버스용 타이어의 벨트를 보강하는 스틸코드의 구조에 관한 것으로서, 상세히는 타이어의 경량화 및 재생성을 향상시키기 위하여 인장강도가 330㎏/㎟ 이상인 강선재를 사용하여, 스틸코드를 구성하고 있는 구성 중에서 심선을 나선형으로 형성함으로써 상기 스틸코드 내부로의 고무의 침투성을 향상시킨 트럭 및 버스용 래디얼 타이어의 벨트보강용 스틸코드에 관한 것이다.

트럭 및 버스용으로 사용하는 래디얼 타이어의 종래 스틸코드는 기계적 강도를 유지하기 위하여 3×0.20＋6×0.35의 예와 같이 다수의 필라멘트로 구성되어 있으며, 보다 가혹한 조건에서 사용하기 위해서는 스틸코드의 배열수를 증가시켜 사용량을 늘려야 했다.

이러한 종래의 벨트보강용 스틸코드는 상기한 바와 같이, 다수의 필라멘트로 구성되어 있어, 스틸코드에 고무를 입힐 때 스틸코드 내부로의 고무침투가 용이하지 못하여 타이어를 장기간 사용하면 스틸코드가 부식하게 되고, 이에 따라 고무와의 접착력이 하락되어 타이어의 장기간 사용에 제한을 받아왔으며, 특히 낮은 강도와 큰 직경으로 스틸코드의 사용수를 늘려 사용하는데 제한을 받고 있어, 사용 조건이 가혹한 트럭 및 버스용 타이어에서는 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.

더욱 상술하면, 트럭 및 버스 래디알 타이어의 벨트보강용 종래 스틸코드는 인장강도가 330㎏/㎟ 이하이기 때문에, 충분한 기계적 강도를 유지하기 위해서는 스틸코드의 사용량의 늘려야 하고, 또한 많은 수의 스틸코드를 배열하기 위해서는 다수의 필라멘트로 구성된 스틸코드가 요구되었다.

한 예로 3개의 필라멘트가 가운데에 평행으로 꼬여있고 그 위에 6개의 직경이 다른 필라멘트가 꼬여있는 3×d1＋6×d2(d1:심선의 직경, d2:측연선의 직경) 형태의 스틸코드가 사용되고 있으나, 여러 층으로 겹겹이 꼬여진 코드는 타이어를 제조하기 위해 상기 코드에 고무를 입힐 때, 이 고무가 스틸코드 내부로 침투하지 못하여, 실제 타이어를 사용할 때 필라멘트의 마멸에 의한 부식이 발생하게 되고, 고무와의 접착력이 빠르게 하락하여 스틸코드의 수명을 하락시키는 원인이 되었다.

따라서, 고무침투성을 향상시키기 위하여 스틸코드를 구성하는 필라멘트의 수를 줄이고 측연선을 통과하여 내부로 고무가 용이하게 침투하도록 측연선의 직경을 적정하게 조정한 1×d1＋n×d2(n:측연선의 수) 형태의 스틸코드를 사용하는 타이어를 특허출원한바 있다.

그러나, 상기한 스틸코드도 고무침투가 충분하지 못하여 중앙의 심선과 그 둘레의 측연선 사이에 연속적인 공극(void)이 존재하게 되고, 이러한 연속적인 공극은 타이어가 손상될 때, 외부에서 들어온 수분이 삼투압에 의해 연속적인 공극을 따라 침투해 들어가 스틸코드와 고무의 접착력을 하락시킨다는 것에 주목하였다.

이후, 연속적인 공극이 형성되지 않도록 하기 위한 방안을 본 발명자들은 모색하게 되었으며, 결국 심선을 압연하고 압연된 심선을 비틀어 꼬는 방법으로 형성된 불연속 공극에 의해 고무침투성을 높일 수 있다는 사실을 알아내게 되었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 스틸코드의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 탄소함량이 약 0.92%인 선재용 고탄소강을 인발 가공하여 인장강도가 330㎏/㎟ 이상인 선재를 개발함에 있어, 타이어의 경량화 및 재생성 향상을 위하여 스틸코드를 단순화하고 고무침투성을 향상시킨 벨트보강용 스틸코드를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스틸코드의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 스틸코드의 평면도.

(도면 부호의 설명)

1...심선, 2...측연선.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 벨트보강용 스틸코드의 구성을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 이용된 벨트 보강용 스틸코드는 하기의 특징을 갖는다.

1) 가운데 1개의 심선(Fc)과 주위에 여러 개의 측연선(Fs)으로 구성된1×d_Fc＋6×d_Fc형태의 구조를 갖는 스틸코드.

2) 여기서, 심선의 단면적(A_Fc)은 측연선(A_Fc)의 단면적에 비해 작다.

3) 상하의 압연 롤러를 통과시키는 방법으로 심선의 단면적은 도 1에 도시한 바와 같이, 상하로 편평한 면이 존재하며, 단경(短徑)에 대한 장경(長徑)의 비를 나타내는 편평비는 약 1.1∼1.9의 범위이다.

4) 상하에 편평한 면을 갖는 심선은 비틀림 응력을 가하여 꼬음으로써 그 형상이 나선형으로 되어 있다.

이제부터 본 발명의 구성에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1×d1＋n×d2 형태를 갖는 스틸코드에서 (d1*3.14)은 (n*d2)에 비해 커야 하며, 일반적으로는 1.1∼1.3배이다. 이때, 기계적 강도를 유지하기 위해서는 탄소 함량이 0.92% 이상인 고탄소강으로 인발가공에 의해 최종적인 인장강도는 330㎏/㎟ 이상인 필라멘트로 구성되어야 한다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 심선(1)은 상하의 롤러에 의해 압연되어 2개 이상의 편평한 면이 존재하며, 이때 압연된 심선(1)에서 단경(短徑)에 대한 장경(長徑)을 나타내는 편평비(f)는 1.1∼1.9의 범위에 존재해야 한다. 압연된 상기 심선(1)은 비틀림 응력을 가하는 방법으로 나선형으로 꼬여지게 되고, 그 위에 종래의 기술과 동일한 방법으로 n개의 측연선(2)을 꼬아서(cabling) 최종적으로 본 발명의 스틸코드가 만들어진다.

이렇게 제조한 스틸코드를 압연할 때, 10㎝당 배열수는 코드 선경(線俓)의약 25∼70배이며, 고무 두께는 코드 직경(直徑)의 약 1.5∼2.5배로 한다. 또한, 트럭 및 버스용 래디얼 타이어를 보강하기 위한 목적으로 사용하는 벨트 플라이의 수는 일반적으로 2∼5장 이상이며, 그 용도와 크기에 따라 달라질 수 있다. 보통 벨트 플라이는 15도 내지 65도 범위로 경사지게 재단하여 상층과 하층이 서로 교차하도록 적층하며, 사용되는 벨트 플라이의 수에 따라 적층 방법을 다르게 한다.

예를 들면, 3장의 벨트 플라이를 사용하는 트럭 및 버스용 래디얼 타이어에서는, 첫번째 벨트 플라이를 오른쪽 또는 왼쪽으로 20도∼50도 경사지게 재단하고, 두번째 플라이는 첫번째 플라이와 동일한 방향으로 20도∼30도 경사지게 재단하며, 세번째 플라이는 두번째 플라이와 반대 방향으로 20도∼30도 경사지게 재단함으로써, 타이어를 성형할 때 두번째와 세번째 벨트 플라이는 서로 교차하여 적층한다.

또, 4장의 벨트 플라이를 사용하는 트럭 및 버스 래디얼 타이어는, 첫번째 벨트 플라이를 오른쪽 또는 왼쪽으로 50도∼70도 경사지게 재단하고, 두번째 플라이는 첫번째 플라이와 동일한 방향으로 15도∼25도 경사지게 재단하며, 세번째와 네번째 플라이는 두번째 플라이와 반대 방향으로 15∼25도 경사지게 재단함으로써, 타이어를 성형할 때 두번째와 세번째 벨트 플라이는 서로 교차하여 적층한다.

제1 실시예

직경이 0.37㎜인 1개의 심선(1)과 직경이 0.33㎜인 6개의 측연선(2)으로 구성된 1×0.37＋6×0.33 형태의 스틸코드에 있어서, 심선의 편평비를 다르게 하여 물성을 비교하였다. 심선의 피치는 18.0㎜이다.

내피로성은 회전속도가 3,600rpm인 Hunter Fatigue tester를 이용하여150㎏/㎟의 피로응력 하에서 측정하였다. 심선의 편평비가 증가할 수록 내피로성은 증가하였으며, 이는 압연 가공으로 표면 경도가 증가함에 따라 피로수명이 증가하였기 때문이다.

고무침투도는 스틸코드 시편의 길이를 1인치(25.4㎜)로 하여 고무를 입힌 후 가류하고, 200㎖의 물이 고무가 입혀진 스틸코드를 통과하는데 걸리는 시간을 나타낸다. 즉, 물이 통과하는데 걸리는 시간이 길수록 스틸코드 내부로 고무가 많이 침투해 들어가 있어서 물의 통과를 저지하고 있다는 의미이므로 고무침투도가 좋다는 것을 타나낸다.

또한, 다음의 표 1에 나타낸 바와 같이, 심선의 편평비가 높을수록 통기시간이 길어져 고무침투도가 증가하고 있으나, 편평비가 1.9 이상이 되면 고무침투도는 크게 증가하지 않고 있다.

1×0.37＋6×0.33 스틸코드의 심선 편평비별 물성 비교

심선비료 물성	편평비	1.0	1.3	1.6	1.9	2.5
	장경/단경	0.37/0.37	0.40/0.31	0.44/0.27	0.46/0.24	0.50/0.20
내피로성- Hunter Kcycles	9.6	10.7	12.2	14.5	18.4
고무침투도- 통기시간 Sec	59	77	85	90	91
가공 에너지- ΔT Kgf	0	2.4	4.9	7.4	9.2

이 표 1에서 가공에너지는 심선을 압연하기 위해 추가로 소요되는 인발력을 나타낸 것으로서, 편평비가 높을수록 많은 가공에너지를 필요로 하는 것으로 나타나 있어 바람직한 범위 내에서 편평비를 최대한 낮게 하는 것이 유리하다. 따라서, 과도하게 높은 편평비는 전력비의 상승 및 롤러의 마모를 가져와 가공비가 증가되는 원인이 된다.

결과적으로 심선의 편평비 증가는 내피로성 및 고무침투성을 향상시키지만, 편평비가 1.9 이상으로 증가하면 고무침투도는 거의 변화되지 않고 가공에너지만 증가하므로 1.9 이하의 편평비가 실용적으로 적용이 가능하게 된다.

다음은 제2 실시예로 심선의 나선 피치를 변경하면서 물성을 비교하였다.

다음의 표 2는 1×0.37＋6×0.33 코드에서 심선의 편평비를 1.3으로 압연 가공하고, 압연된 심선에 비틀림 응력을 가하여 나선형으로 꼬게 되는데, 이때 나선의 피치를 변경하여 코드를 제조하고 그 물성을 서로 비교하였다.

1×0.37＋6×0.33 스틸코드 심선의 나선 피치별 물성 비교

나선 피치비교 물성	나선 없는편평 심선	12㎜	18㎜	22㎜
내피로성- Hunter Kcycles	9.6	16.3	12.1	10.5
고무침투도- 통기시간 Sec	59	88	86	83

이 표에서 알 수 있듯이, 나선으로 꼬지 않은 편평 심선의 경우에는 내피로성과 고무침투성이 매우 낮았으나, 편평 심선을 나선형으로 비틀어 꼬은 경우에는 내피로성과 고무침투성이 증가하였다.

또한, 심선을 나선형으로 한 경우, 일반적으로 피치가 작을수록 유리하나, 과도하게 작으면 내피로성 및 고무침투성은 향상되지 않으면서, 비틀림 응력을 가하기 위한 가공비가 증가하므로 피치는 5.0∼22.0㎜ 범위가 적정하다.

본 발명에 따라 나선피치가 18㎜이고 편평비가 1.4인 1×0.37＋6×0.33 SHT 스틸코드를 11.00R20 규격의 트럭 및 버스용 래디얼 타이어에 적용하였다. 본 발명의 타이어는 4장의 벨트로 구성되어 있으며, 첫번째 벨트는 오른쪽 방향 65도 각도로, 두번째 벨트는 오른쪽 방향 22도 각도로, 세번째 벨트는 왼쪽 22도 각도로, 네번째 벨트는 왼쪽 22도 각도로 각각 적층하여 성형하였다.

첫번째와 네번째 벨트 플라이는 10㎝당 40개의 스틸코드를, 두번째와 세번째 벨트 플라이는 10㎝당 55개의 스틸코드를 각각 고무속에 매설하여 압연하였으며, 고무의 압연 두께는 1.9㎜였다.

본 발명에 따라 제조된 타이어는 종래 기술에 의해 제조된 타이어에 비해 실내 주행 내구력이 10% 이상 향상되었다.

이상과 같은 목적과 구성으로 이루어진 본 발명의 벨트 보강용 스틸코드에 의하면, 고강도이며 고무침투성이 우수한 스틸코드를 사용하여 트럭 및 버스용 래디얼 타이어의 중량을 줄이고 재생성 및 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 2장 이상의 벨트 플라이로 구성되는 트럭 및 버스용 래디얼 타이어에서 가운데 1개의 심선(F_C)과 주위에 여러 개의 측연선(F_S)으로 구성되어 상기 벨트 플라이를 보강하는 스틸코드에 있어서,

   상기 심선(Fc)과 측연선(Fs)은 탄소를 0.92% 이상 함유하고, 330㎏/㎟ 이상의 인장강도를 가지며,

   횡단면에서 볼 때, 상기 심선(1)은 상하로 편평한 면이 형성되어 있고, 그 단경에 대한 장경의 비가 1.1∼1.9 범위이며,

   길이방향을 따라, 상기 심선(1)은 피치 5∼22mm 범위에서 나선형으로 꼬여 있고,

   1×d_Fc＋n×d_Fs형태(단, d_Fc는 심선의 직경, d_Fs는 측연선의 직경, n은 측연선의 수)를 갖는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스용 래디얼 타이어의 벨트보강용 스틸코드.
5. 제4항에 따른 벨트보강용 스틸코드의 매설수를 10㎝당 코드 직경의 25∼70배로 하고, 고무의 두께는 코드 직경의 1.5∼2.5배로 구성한 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스용의 래디얼 타이어.