KR100366069B1 - 타이어 보강용 스틸코드와 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 보강용 스틸코드와 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명 타이어 보강용 스틸코드는 (n₁+n₂) ×d₁+ n₃×d₂의 연선 구조로 구성되며, n₁개의 강선으로 구성된 코어의 외주면에 n₂개의 강선이 꼬여져 하연을 이루고, 상기 하연을 구성하는 강선의 선경보다 크거나 동일한 선경(d₁≤d₂)인 n₃개의 강선이 상기 하연의 외주면에 꼬여져 상연을 구성하는 구조로서, 코어+하연+상연으로 이루어진 3층의 꼬임 구조에 기술적 특징이 있다.

본 발명 타이어 보강용 스틸코드의 제조 방법은, n₁개의 코어용 강선과 n₂개의 하연용 강선 및 n₃개의 상연용 강선으로 구분하고, 상기 n₁개의 코어용 강선과 n₃개의 상연용 강선은 연선기 내에서 공급하고, n₂개의 하연용 강선은 연선기 외부에서 공급하면서 상기 n₂개의 하연용 강선이 n₁개의 코어용 강선 외주면에 1차 꼬여지도록 한 후, 상기 n₃개의 상연용 강선이 상기 하연과 동일한 피치 길이 및 동일한 피치 방향으로 하연의 외주면에 꼬여지도록 연선함을 특징으로 한다.

본 발명 스틸코드의 구조는 하연을 구성하는 강선이 상연의 연선 작업시 상연측으로 이탈되는 현상이 방지되는 안정된 꼬임 구조로서, 타이어 등의 고무 보강재로 사용시 안정된 시효 접착력을 보여 타이어의 내구성을 향상시켜 줄 뿐만 아니라, 연선기 내·외부에서 공급되는 강선들이 연선된 상태가 아닌 강선 그대로 공급되기 때문에 기연선된 하연을 공급하는 종래 제조 방법과 달리 한 대의 연선기에서 스틸코드의 제조가 가능하기 때문에 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Description

타이어 보강용 스틸코드와 그 제조 방법{Steel cord for reinforcing tire and its production method}

본 발명은 차량의 타이어 및 공업용 벨트 등을 비롯한 각종 고무제품의 보강재로 사용되는 타이어 보강용 스틸코드와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 스틸코드의 연선구조가 코어+하연+상연으로 구성되는 n₁×d₁+ n₂×d₁+ n₃×d₂의 꼬임 구조를 가짐으로써 고무와의 시효 접착력이 향상된 스틸코드와 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어나 콘베이어 벨트등과 같은 고무제품 보강용으로 사용되고 있는 여러 종류의 보강재중에서 스틸코드(steel cord)는 보통 탄소 함량이 0.5wt% 이상되는 중탄소강 또는 고탄소강 재질의 선경 0.1∼0.5mm인 강선을 그 표면에 황동 도금층을 형성시킨 후 1 ×2, 1 ×3, 1 ×4, 2 + 2, 3 + 6, 2 + 7, 3 + 8, 3 + 9 등 용도에 따라 다양한 꼬임 구조로 꼬아 제조한 것으로서 강도, 모듈러스, 내열성 및 내피로성 등에 있어서 여타의 고무보강용 재료에 비하여 월등히 우수한 특성을 가진다.

상기 스틸코드를 구성하는 강선 표면의 황동 고금층은 고무와의 접착성과 내식성 및 신선성 향상을 위한 것으로서, 특히 고무와의 접착력에 대한 스틸코드의 특성은 상기 황동 도금층과 함께 스틸코드를 구성하는 강선들의 꼬임 구조에 의하여 좌우된다. 즉, 이는 강선들 사이 사이로 침투되는 고무의 침투성이 스틸코드의 꼬임 구조에 의하여 영향을 받기 때문이다.

따라서, 타이어 보강재로서 카카스나 벨트층에 사용되는 스틸코드의 경우 고무와의 접착력을 향상시켜야만 타이어의 내구성이 개선될 수 있다.

상기와 같이 표면에 황동 도금층이 형성된 다수의 강선이 일정한 꼬임 피치와 꼬임 방향을 유지하면서 서로 꼬여진 구조를 취하게 되는 스틸코드는 자신을 구성하는 강선의 가닥수와 꼬임을 구성하는 스트랜드의 층수 등에 따라 다양한 구조를 취하게 된다.

통상적으로 고무제품의 내부에 매설되어 보강재로서의 역할을 하는 스틸코드의 대표적인 n₁×d₁+ n₂×d₂구조와 그 제조 방법을 살펴보면 다음과 같은 문제점이 있다.

상기에서 n₁과 n₂는 하연과 상연을 구성하는 강선의 수이고, d₁과d₂는 강선의 직경을 뜻하는 것으로서 d₁≤d₂의 관계가 있으며, 상기 꼬임 구조는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이 직경 d₁(13)의 강선(11) n₁개가 일정한 피치로 상호 꼬여져 스틸 코드의 중심(core)인 하연(21)이 되고, 하연(21)의 외주면을 직경 d₂(14)의 강선(12) n₂개가 일정한 피치로서 하연과 동일한 꼬임 방향을 갖도록 꼬여져 상연을 구성하는 구조이며, 이때 상기 하연은 스틸 코드에서 코어의 역할을 동시에 수행하게 되는 바, 상기 스틸 코드의 구조는 하연의 역할을 하는 코어와 코어 외주면을 감싸는 외연의 2층 구조, 또는 코어의 역할을 하는 하연과 하연의 외주면을 감싸는 상연의 2층 구조, 즉 하연-외연 또는 하연-상연의 2층 구조가 된다.

상기의 구조에서 하연과 상연의 피치와 꼬임 방향은 같으나 하연과 상연을 구성하는 강선의 직경 d₁과 d₂가 다른 스틸코드를 제조하는 종래의 방법은 크게 세가지로 나눌 수 있으나 각기 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫번째 방법은 두 대의 연선기를 이용하는 방법으로서, 한 대의 연선기에서 하연을 먼저 제조한 후, 도 4의 (가)에 도시한 바와 같이 기제조된 하연(21)을 다른 한 대의 연선기(2) 외부에서 공급하면서 연선기 내부에서 공급되는 상연용 강선(22)과 함께 연선하여 스틸코드를 제조하는 것으로, 이 방법은 기제조된 하연(21)을 구성하는 강선 중의 하나(31)가 도 3에 도시한 바와 같이 연선기를 통과하면서 상연의 위치로 올라서게 됨에 따라 (n₁-1)×d₁+ (1×d₁+ n₂×d₂)의 연선 구조로 바뀌게 될 뿐 아니라 두 대의 연선기를 이용해야 하는 바, 생산성이 떨어지게 된다.

두번째 방법은 상기 첫번째 방법과 같이 두 대의 연선기를 이용하나, 기제조된 하연(21)을 도 4의 (나)에 도시한 바와 같이 상연용 강선(22)과 함께 연선기 내부에서 함께 공급하는 방법으로서, 이때 형성되는 구조는 n₁×d₁+ n₂×d₂가 되지만 목표로 하는 하연의 피치를 얻을 수가 없는 바, 이때 상·하연 피치 사이의 관계는 다음 식1에 의한다.

단, P₁: 최초 하연 연선시 요구되는 피치.

P₂: 스틸코드에서 요구되는 상연의 피치.

P₃: 스틸코드에서 요구되는 하연의 피치.

상기 식 1로부터, 상하연의 피치를 동일하게 하기 위해서 요구되는 기제조된 하연의 피치는 무한대 즉, 피치가 없어야 한다는 결론이 나오게 되는데, 이 결과는 다음의 세번째 연선 방법에서 기술될 것이다.

상기 기제조된 하연의 피치를 증가시키기 위해서는 통상적인 피치의 형성에 사용되는 연선기를 개조해야 하는 문제가 있으며, 피치를 작게 하면 제조 완료된 스틸코드의 하연 피치가 필요 이상으로 짧아져 스틸코드의 성능이 떨어지거나 불량이 발생하는 문제가 있을 뿐 아니라 첫번째 방법과 마찬가지로 두 대의 연선기를 사용함에 따라 생산성 저하를 초래하게 된다.

세번째 방법은 한대의 연선기 내부에 상·하연용 강선(42)(41)을 함께 장착하여 상·하연을 동시에 연선하는 방법으로서, 상기 두번째 방법에서 언급된 바와 같이 피치가 없는 하연용 강선(41)을 공급하기 때문에 목표로 하는 상·하연 피치를 얻을 수는 있으나, 연선기 내부에서 공급되는 하연용 강선들의 텐션(tension)이 서로 다르게 되면 약한 텐션의 하연용 강선이 하연 구조에서 이탈하여 상연측 강선의 틈새로 이동함으로써 첫번째 방법에서와 같이 연선 구조가 (n₁-1) ×d₁+ (1 ×d₁+ n₂×d₂)의 구조로 바뀌게 되는 문제가 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 스틸코드의 대표적인 n₁×d₁+ n₂×d₂구조의 불안정한 제조 방법과 그에 따른 불량 발생 및 품질 저하를 방지하기 위한 새로운 연선 구조와 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 스틸코드의 구조를 보인 사시도.

도 2는 종래 스틸코드의 단면도.

도 3은 하연의 강선이 상연 틈새로 이탈된 종래 스틸코드의 단면도.

도 4는 종래 방법에 의한 스틸코드 연선기의 개략적인 배선도를 보인 것으로,

(가)는 하연을 연선기 외부에서 공급하는 배선도.

(나)는 하연을 연선기 내부에서 공급하는 배선도.

(다)는 하연용 강선 각각을 연선기 내부에서 공급하는 배선도.

도 5는 본 발명 스틸코드의 구조를 보인 사시도.

도 6은 본 발명 스틸코드의 단면도.

도 7은 본 발명 방법에 의한 스틸코드 연선기의 개략적인 배선도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11,72. 하연용 강선 12,73. 상연용 강선

21. 하연(또는 코어) 71. 코어용 강선(또는 코어)74,75. 방향 전환 롤러 76. 1차 연선 다이스

77. 2차 연선 다이스

본 발명의 상기 목적은 n₁×d₁+ n₂×d₁+ n₃×d₂로 표시되는 3층 연선 구조와, 하연용 강선을 연선기 내·외에서 분리 공급하고 강선들의 배선과 텐션 조정을 위하여 배선 다이스와 방향 전환 롤러(roller)를 사용하여 하연과 상연의 연선을 순차적으로 하는 연선 방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 연선 구조는, 코어의 역할도 수행하는 종래 스틸 코드의 하연을 구성하는 강선들 중 일부가 연선 과정에서 하연으로부터 이탈하여 상연으로 쉽게 편입되는 불안정한 종래 n₁×d₁+ n₂×d₂로 표시되던 하연과 상연의 2층연선 구조에 있어서, 상기 하연(또는 코어)을 구성하는 종래 n₁개의 강선을 코어용 n₁개의 강선과 하연용 n₂개의 강선으로 구분하고, 상기 n₂개의 하연용 강선이 n₁개의 코어용 강선을 감싸도록 함으로써, 종래 n₁개 강선들만의 상호간 꼬임에 의해 종래 1층으로 이루어진 하연(또는 코어)을, n₁개의 강선으로 이루어진 코어와 n₂개의 강선으로 이루어진 하연으로 구분되는 2층 구조로 하였으며, 이때 상기 코어 및 하연용 강선의 선경은 동일하다.즉, (n₁+n₂)×d₁+ n₃×d₂로도 표시될 수 있는 본 발명의 연선 구조를 3층의 연선 구조가 나타나도록 표시하면 상기 n₁×d₁+ n₂×d₁+ n₃×d₂가 된다.

그리고, 상기 하연용 강선보다 선경이 크거나 동일한 선경(d₁≤d₂)인 n₃개의 상연용 강선으로 상기 꼬임 구조의 하연 외주면을 다시 감싸도록 함으로써 코어+하연+상연의 3층 연선 구조로 하며, 상기 코어 및 상연용 강선은 연선기 내에서 공급하되, 상기 하연용 강선을 연선기 외부에서 분리 공급하도록 함에 본 발명 제조 방법의 기술적 특징이 있다.

본 발명의 연선 구조는 연선기 내부에서 공급되는 n₁개의 강선을 코어로 하여 그 외주면을 연선기 외부에서 공급되는 n₂개의 외주선이 감싸며 하연을 이루게 되고, n₁개의 코어 외주면을 감싼 n₂개의 하연을 n₃개의 상연이 하연과 동일한 피치로 다시 감싸게 되는 구조가 되며, 이때, 강선의 갯수 n₁과 n₂및 n₃사이의 관계는 다음 식 1과 같다.

n₁≤ n₂또는 n₁≥n₂

본 발명 타이어 보강용 스틸코드와 그 제조 방법에 대한 상기 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과는 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예를 통한 아래의 자세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.

도 7과 도 8에 본 발명 일실시예 스틸코드의 사시도와 단면도를, 도 9과 도10에 본 발명 스틸코드를 제조하는 연선기의 개략적인 정면도와 평면도를 도시하였다.

도시한 바와 같이 본 발명의 스틸 코드는, 동일 선경의 코어용 강선(71)과 하연용 강선(72)이 상호 꼬여지는 구조가 아닌, 코어용 강선(71)의 외주면에 하연용 강선(72)이 꼬여지는 구조이며, 상기 코어 및 하연용 강선(71)(72)의 선경(81)보다 크거나 동일한 선경(82)의 강선(73)들이 상기 하연의 꼬임 피치 길이 및 꼬임 방향과 동일하도록 하연의 외주면을 꼬는 구조이다. 이때, 상기 코어용 강선(71)이 다수일 경우 강선들은 상호 평행하며 선접촉상태가 된다.

본 발명 스틸코드의 제조 방법은 도 7에 도시한 바와 같이, 연선기(7) 내에서 코어용 강선(71)과 상연용 강선(73)들이 공급되고, 하연용 강선(72)은 연선기(7) 외부에서 공급된다.

그리고, 연선기(7) 내부에서 공급되는 코어용 강선(71)은 방향 전환 롤러(75)를 통하여 연선기 내 1차 연선 다이스(76)에서 연선기 외부에서 공급되는 하연용 강선(72)과 1차 꼬임 구조를 형성한 후, 연선기(7) 내부에서 방향전환 롤러(74)(75)를 통하여 공급되는 상연용 강선(73)과 2차 다이스(77)에서 접촉하면서 상연의 꼬임 구조가 형성된다.

본 발명의 스틸코드(5)는 상연의 꼬임 구조가 형성되기전 하연의 꼬임 구조가 형성되기 때문에 코어용 강선(71)을 중심으로 꼬임 구조를 형성하는 하연용 강선(72)이 상연 틈새로 이탈되는 현상이 방지된다.

그리고, 연선기(7) 내·외부에서 공급되는 코어 및 하연용 강선(71)(72)들은 모두 연선된 상태가 아니고 강선 그대로 공급되기 때문에 본 발명의 스틸코드(5)는 별도의 하연용 연선기가 필요 없이 한대의 연선기에서 제조된다.

본 발명 실시예와 종래 스틸코드의 고무 접착력 비교 결과를 표 1에 나타내었다.

(단위:Kg)

구조	피치	초 기접 착 력	시효접착력(3주)
			MPA	MSS	HWR	SCR	TAA
(1+1)×0.25 + 5×0.33	15s/15s	145.4	133.1	124.0	141.1	133.5	120.2
		접착력유지율(%)	91.5	85.3	97.0	91.8	82.7
3×0.20 + 6×0.35	9.5s/17.8z	164.0	142.3	135.6	154.5	139.5	132.3
		접착력유지율(%)	86.8	82.7	94.2	85.1	80.7

* MPA : Moisture Permeation Adhesion

* MSS : Making Stock Stability

* HWR : Hot Water Resistance

* SCR : Salt Corrosion Resistance

* TAA : Thermal Aged Adhesion

상기 표 1의 두 종류 스틸코드는 구조와 구성 강선의 수 및 피치가 다르기 때문에 고무에 대한 직접적인 초기 접착력을 단순 비교할 수는 없으나, 초기 접착력 대비 3주 후의 시효 접착력에 대한 각각의 접착력 유지 성능을 비교해 보면, 본 발명의 스틸코드가 더욱 우수한 시효 저항성을 보이고 있슴을 알 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 (n₁+n₂)의 코어 및 하연 구조는 하연을 구성하는 외주선의 이탈이 방지된 안정된 꼬임 구조로서 타이어 등의 고무 보강재로 사용시 안정된 접착력을 보여 타이어의 내구성을 향상시켜 줄 뿐만 아니라 한대의 연선기에서 스틸코드의 제조가 가능하기 때문에 생산성을 높일 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

1. 다수의 강선들이 꼬여진 스틸코드에 있어서, 평행하면서 선접촉 하는 n₁개의 코어용 강선(71) 외주면을 동일 선경인 n₂개의 하연용 강선(72)이 일정한 피치로 꼬여져 하연을 구성하고, 상기 하연을 구성하는 강선(72)의 선경보다 크거나 동일한 선경의 강선(73) n₃개가 상기 하연과 동일한 피치 길이와 동일한 피치 방향으로 하연의 외주면에 꼬여져 코어와 하연 및 상연의 3층 구조를 이루는 n₁×d₁+ n₂×d₁+ n₃×d₂의 연선 구조인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸코드.
2. 다수의 강선을 꼬아 스틸코드를 제조하는 방법에 있어서, n₁개의 코어용 강선과 n₃개의 상연용 강선을 연선기 내에 장착하고, 상기 n₁개의 코어용 강선을 감싸게 되는 n₂개의 하연용 강선은 연선기 외부에 장착하는 단계와;

   상기 n₂개의 하연용 강선이 연선기 내에서 상기 n₁개의 코어용 강선 외주면에 1차 꼬여지도록 하는 단계와;

   상기 n₃개의 상연용 강선이 상기 n₂개의 강선으로 이루어진 하연과 동일한 피치 길이 및 동일한 피치 방향으로 상기 하연의 외주면에 2차 꼬여지도록 하는 단계를 통하여 연선됨을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸코드의 제조 방법.