KR100443564B1 - 고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무제품의 보강재로 사용되는 스틸코드의 구조 개선에 관한 것이다.

본 발명은, 가류 성형시킨 고무중에 매설되는 스틸코드에 있어서, 2가닥의 심선과 심선에 비해 상대적으로 굵은 선경의 4 ∼ 6가닥의 측선을 한 공정으로 연선결합시킨 2/(4 ∼ 6)의 이층연 편평 속연 구조로서, 형부기를 사용치 않고 전 오버트위스터의 회전비 제어에 의해 황동 도금층의 손상이 없는 측선이 인접 측선간 틈새를 유지한 상태로 연선되고, 측선의 장경 형부율이 적어도 한가닥은 여타 측선과 10% 이상 상이하고, 심선은 코드 길이방향으로 불균일한 자연 형부를 보유하여 심선간에 선접촉으로 연합되며, 코드의 횡단면이 편평 형상인 구조로 이루어진다.

본 발명의 스틸코드는 형부기를 사용하지 않고 제조되기 때문에 황동 도금층의 손상이 최소화되어 열습 시효 접착성 및 내피로성이 한층 개선되고, 전 오버트위스터 공법에 의해 심선의 자연 형부와 측선 상호간의 상이한 형부율 형성 특성에 의해 타이어 보강용 소재로서 저하중 신율의 상승을 초래함이 없이 연선구조의 인접소선 사이에 틈새를 제공하여 고무 접착성 및 취급작업성이 향상된다.

Description

고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드 및 그 제조방법{STEEL CORD FOR REINFORCING WITH A GOOD RUBBER PENETRATION PROPERTIES AND METHOD FOR MAKING THE SAME}

본 발명은 차량의 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무제품의 보강재로 사용되는 스틸코드의 구조개선에 관한 것으로, 보다 자세하게는 2가닥의 심선 주위로 4 ∼ 6가닥이 한 공정으로 연선결합되는 편평 개방형 속연 구조로서 연선단계에서 전 오버 트위스터(pre over twister, 전 OT)의 회전비 제어에 의한 형부 부여로 심선과 측선 사이 및 인접하는 측선 상호간에 틈새가 형성되도록 구성하여 고무 침투성 향상, 심선의 이동현상 방지 및 시효 접착성의 개선이 이루어지도록 한 고무보강재용 스틸코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무 제품의 보강용으로 사용되는 여러 종류의 보강재 중에서 스틸코드(steel cord)는 강도, 모듈러스, 내열성, 열전달율, 내피로성 및 고무 접착성 등의 고무 보강재에서 요구되는 특성면에서 무기섬유나 유기섬유로 이루어진 여타 보강재에 비해 우수하기 때문에특히 타이어 보강재로서 널리 사용되어 오고 있으며 날로 그 사용량이 급속하게 증가되고 있는 추세에 있다.

한편, 자동차용 래대얼 타이어나 운반용 콘베이어 벨트의 보강재로 사용되는 스틸코드는 대개 원형 단면을 갖는 다수의 강선으로 이루어진 필라멘트 소선이 꼬여진 구조이거나 다수의 필라멘트 소선이 꼬여진 스트랜드 다수개가 다시 꼬여진 구조의 연선체로서, 이러한 스틸코드가 효과적인 고무 보강재로 사용되기 위해서는 무엇보다도 고무와 물리적 및 화학적으로 강력하게 접착되는 특성, 즉 고무 접착성이 요구된다. 특히, 자동차용 타이어의 경우에는 차량의 고속주행에 따라 타이어가 습기와 고온의 분위기에 노출되기 때문에 타이어 고무와 스틸코드간의 시효 접착성이 더욱 중요하게 작용한다.

내부공간이 공기로 충진된 래디얼 타이어는 방사선 모양의 카카스 코드를 가지는 래디얼 카카스 부위와 이 래디얼 카카스의 반경방향 외측에 배열되는 트래드 부위를 보강하는 벨트층으로 구성되어 있다. 이 벨트 및 카카스층에는 0.12 ∼ 0.40㎜ 직경의 대략 원형 단면을 갖는 극세강선을 2 ∼ 40본 정도 연선결합시켜 구성된 스틸코드가 매설되어 이들 벨트층과 카카스층의 보강이 이루어지도록 하고 있다.

이와 같은 타이어 보강용 스틸코드는 서로 연선결합된 필라멘트 소선들로 둘러싸인 내부에 미세한 공극이 형성되는 구조적 특성을 띠게 되는데, 이러한 공극은 타이어 주행시 타이어 고무의 손상에 의해 형성된 틈새를 따라 수분이 침투될 때 필라멘트 소선으로서의 강선에 대한 부식을 증폭시키는 통로로 작용하여 고무와 스틸코드간의 접착층을 손상시킴으로 인해서 벨트층과 스틸코드를 분리시키는 치명적인 문제를 초래하게 된다.

그리고, 타이어의 회전시 수반되는 반복적인 굴신운동의 결과로 인장과 압축이 반복되는 가혹한 외압이 스틸코드에 전달되면 소선끼리의 접촉으로 인해 접촉부 표면이 마멸되는 프렛팅(fretting)이 발생되어 내피로성이 급격히 저하되고 그에 따라 타이어의 내구력이 떨어지는 구조적 문제점이 스틸코드에 상존해 왔음은 알려진 바와 같다.

최근에는 차량의 주행속도 증대 경향에 따라 더 높은 수준의 내구성을 지닌 타이어에 대한 요구가 대두되어 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 새로운 구조의 스틸코드 출현에 대한 기대가 절실한 상황에 있다.

이와 같이, 타이어를 비롯한 고무제품의 내부에 매설되어 보강재로서의 역할을 하는 대표적인 몇가지의 종래 스틸코드 구조를 도1 내지 도3을 통해서 살펴보고자 한다.

먼저, 도1은 종래의 3+6 밀폐형 스틸코드의 단면도로서, 도시된 바와 같이 세 가닥의 내측 소선(1a)을 연합시킨 하연(1)의 주위로 6 가닥의 외측 소선(2b)을 연합시킨 소위 이층연 3+6 구조를 취하고 있다.

상기 종래의 이층연 구조의 스틸코드는 코드를 구성하는 소선의 가닥수가 많아(총 9 가닥) 구조 자체의 복잡화를 피할 없으며, 또한 제조공정면에 있어서는 하연(1)의 형성을 위한 1단계 스트랜드 연선공정에 이어서 그 위에 외측 소선(2a)을 연선시켜는 2단계에 걸쳐 연선공정을 필요로 하여 제조공정이 복잡하고 그에 따라제조비용이 증가하는 단점이 있다.

그리고, 상기 3+6 구조의 스틸코드는 이를 고무 속에 매설하여 가류 접착시켜 고무 보강재로 제작하게 되면, 하연(1)을 구성하는 세 가닥의 내측 소선(1a)로 둘러싸인 중심공간부(B)에 고무가 충진되지 않아서 공기가 잔존하게 된다.

이와 같이 내부에 공기가 잔존하는 고무 보강재를 타이어의 벨트에 사용할 경우에는 주행중 타이어의 발열과 잔존 공기의 상승작용으로 고무의 열화가 촉진되어 스틸코드와 고무간의 접착 계면층이 분리되는 현상이 초래되고, 노면의 돌이나 못 등에 의해 타이어 트래드 부위가 손상되는 경우에는 그 손상부위를 통해 수분이 모세관 현상으로 침입하여 스틸코드의 중심 공간부(B)에 도달하게 되고, 중심공간부에 도달된 수분은 중심공간부를 따라서 스틸코드의 길이방향으로 확산됨에 따라 스틸코드의 발청이 급속하게 진행된다.

타이어 내부의 스틸코드 중심 공간부(B)로 스며든 수분은 스틸코드 자체의 발청을 유발시킬 뿐만 아니라 고무와 코드간의 접착계면층을 파괴시키고 나아가서는 두 부재간의 박리를 초래하게 되어 타이어의 내구성을 저하시키는 한편 급기야는 물적 및 인적 손실의 원인이 된다.

또한, 상기 3+6 구조의 스틸코드는 자체 단위길이 당 중량이 많이 나가고 코드경이 굵어서 자동차의 연비향상을 위해서 타이어의 경량화가 요구되고 있는 최근의 추세에 부합되지 못하고 있는 실정이다.

이에 따라, 코드경이 적으면서 하연 공정을 생략한 단일 공정으로 코드의 제조가 가능한 스틸코드 구조가 제안되고 있는 바, 그 중 하나로 일본 공개특허공보평6-65877호를 들 수 있다.

도2는 상기 일본 공개특허공보에 나와 있는 구조의 1x6 편평 개방형 구조의 스틸코드에 대한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 1x6 편평 개방형 스틸코드는 각각의 소선(3a)에 과도한 형부를 부여하여 연합시킨 후 외력을 가하여 코드 전체를 편평화시킴으로써 인접하는 소선간에 틈새(c)가 형성되고 대략 타원형의 단면형상을 띠고 있다.

상기 편평 개방형 스틸코드는 1회의 연선공정만으로 스틸코드의 제조가 이루어지기 때문에 앞서 살펴본 바의 3+6 구조에 비해 경제적이라는 이점과 함께 과도한 형부에 의한 소선간에 느슨해진 연합을 이루고 있기 때문에 인접하는 소선의 사이로 고무 침입을 가능하도록 하는 틈새(c)가 형성되어 있어 중심 공간부로의 고무 침입이 용이하게 이루어지게 되며 또한 코드의 편평면이 코드 전체 길이에 걸쳐 대략 동일한 방향을 유지하기 때문에 고무에 코드 매설시 고무의 두께를 얇게 가져갈 수 있어서 타이어의 경량화에 유리하다는 장점도 아울러 지니고 있는 것으로 알려지고 있다.

한편, 종래의 일반적인 개방형 스틸코드는 각 소선들의 형부율이 서로 균일한 경우에 특히 압연공정시 코드에 작용하는 인장력에 의해서 소선간 틈새가 상실되어 고무 침투성이 급격히 상실되는 특성이 있는데 반해서 상기 편평 개방형 스틸코드는 구조적 편평화로 인해 장경방향의 수직방향으로 고무 침투성면에서 상대적으로 유리하다는 면이 있다.

그러나, 상기 종래의 편평 개방형 스틸코드는 각각의 소선이 과도한 형부를갖고 느슨하게 꼬여져 있기 때문에 구조적 형태가 불안정하여 저하중 신율이 매우 커서 타이어 제조시 취급성이 불리할 뿐 아니라, 각 소선에 소정의 범위로 일정한 형부를 부여하기 위해 경판 형부기 등의 특수한 치공구를 사용하여 기계적인 굴곡가공 변형을 가하게 되는데, 이때 소선과 형부기간의 접촉부에서 심한 마찰이 발생하게 되어 고무 접착성과 내식성 향상을 위해서 소선의 표면에 도금된 황동 도금층이 깍여나가는 손상을 입게 되어 접착특성과 피로특성의 저하가 초래되는 단점이 지적되고 있다.

특히, 상기 편평 개방형 스틸코드는 저하중 신율이 매우 커서 취급성이 극히 불량하고 각 코드간의 미세한 저하중 신율의 차이로 인하여 톱핑 쉬트 내에 균일한 길이로 배열되기가 어렵기 때문에 톱핑 쉬트의 품질 산포가 커지는 문제점과 함께 이러한 스틸코드가 벨트부에 사용되는 타이어의 경우 주행중에 스틸코드가 쉽게 늘어나고 형태의 붕괴가능성이 높아서 조종 응답성이 저하될 우려가 높다는 문제점이 있다.

이와 같이, 상기 편평 개방형 스틸코드가 구조적으로 불안정한 근본 이유는 내부에 심선이 없기 때문인 것으로, 그에 따라 편평 코드의 중심부에 심선을 위치시킬 필요성이 고려되어 진다.

다음, 도3은 종래의 1+6 구조의 스틸코드에 대한 단면도를 도시한 것으로, 이는 상기 도1에 도시된 3+6 구조의 스틸코드에서 하연을 구성하는 3가닥의 내측 소선을 1가닥의 심선(4a)으로 대체하고, 그 주위에 6 가닥의 외측 소선(4b)을 연합시킨 구조이다.

도시된 바와 같이, 1+6 구조의 스틸코드는 그 중심부에 위치하는 심선(4a)에 의해서 코드 구조의 안정성이 향상되고 코드의 인장시 늘어나는 저하중 신율이 적어지도록 하는 것은 가능하나, 외측 소선(4b)이 심선(4a)과 연속적으로 선접촉을 이루고 있기 때문에 심선과 외측 소선 사이의 공간으로 고무침입이 어렵게 된다.

상기 1+6 구조의 스틸코드에서는 심선과 외측 소선으로 둘러싸여 고무의 침입이 이루어지지 않은 내부공간이 비어있는 상태로 되고 그에 따라 심선은 고무와 접착되지 않은 채 자유로운 상태로 되어 타이어의 주행중에 상기 심선이 벨트의 끝부위로 이동하게 되는 이른바 심선 이동(core migration) 현상이 초래되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 스틸코드의 제반 문제점을 감안하여 단위중량이나 구조적 안정성면에서는 종래의 코드구조에 비해 그 특성의 저하를 초래함이 없으면서 생산성 측면에서 유리하고, 우수한 고무 침투성을 나타내어 고무 접착성 및 내피로성이 향상되고 심선 이동의 방지가 가능한 타이어 보강재로서의 새로운 스틸코드 구조를 제공하고자 함에 목적을 두고 있다.

본 발명은 스틸코드의 단면 형태에 있어 편평한 타원형 단면 구조를 취하도록 하여 타이어의 경량화가 가능하도록 하는 한편 특히 소선의 표면 황동 도금층 손상을 억제하여 고무와의 접착성이 높은 수준으로 유지되도록 함으로써 공기주입 래디얼 타이어 등의 보강재로서 적합한 스틸코드 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도1은 종래 3+6 밀폐형 스틸코드의 단면도.

도2는 종래 1x6 편평 개방형 스틸코드의 단면도.

도3은 종래 1+6 밀폐형 스틸코드의 단면도.

도4는 본 발명에 따른 편평 속연 스틸코드의 단면도로서,

(가)는 2/5 구조이고,

(나)는 2/4 구조이다.

도5는 본 발명의 스틸코드 제조과정을 보인 연선장치의 개략 구조도.

도6은 도5의 연선장치중 편평용 교정롤러를 발췌하여 도시한 부분 단면도.

도7은 본 발명 방법에 따라 제조되는 스틸코드의 연합점 초기상태 단면도.

도8은 형부기에 의해 손상된 황동 도금층을 보인 소선의 단면도.

(( 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ))

10a. 심선 10b. 측선

20. 심선용 공급대 21. 측선용 공급대

22. 포이즈 23. 꼬임용 회전체

24. 전 오버트위스터 25. 과연기

26. 편평용 교정롤러

본 발명의 상기 목적은 2가닥의 심선과 심선에 비해 상대적으로 굵은 선경의 4 ∼ 6가닥의 측선을 한 공정으로 연선결합시킨 2/(4 ∼ 6)의 이층연 편평 속연구조로서, 형부기를 사용치 않고 전 오버트위스터의 회전비 제어에 의해 표면 황동 도금층의 손상이 없는 소선으로 구성되고, 측선의 장경 형부율이 적어도 한가닥은 여타 측선과 상이하고, 심선은 코드 길이방향으로 불균일한 자연형부를 보유하여 심선간에 선접촉으로 연합되며, 코드의 횡단면이 편평형상인 고무 보강재용 스틸코드에 의해서 달성된다.

상기 구조의 본 발명 편평형 스틸코드에서 편평율은 105 ∼ 150%의 범위가 적절하며, 이때 장경은 1.0 ∼ 2.0mm이고 단경은 0.8 ∼1.5mm이며 편평속연 코드의 피치는 장경에 대비하여 5 ∼ 50배가 적절하다.

실질적으로 타원형의 단면을 갖는 본 발명 스틸코드에서 편평율을 105 ∼ 150%로 한정한 이유는, 편평율이 105% 미만일 경우에는 코드 단면형상이 편평화로 기대되는 효과를 얻을 수 없고, 150%를 초과할 때에는 장경이 상대적으로 증가되어 톱핑 쉬트의 단위 면적당 코드 투입 본수(EPI)가 감소해 고무 제품의 강도를 저하시키기 때문이다.

그리고, 편평 코드의 최대 직경이 장경과 관련하여서는, 만일 1.0mm 미만으로 너무 작은 경우에는 보강재로써 충분한 인장강도를 만족시킬 수 없으며, 반대로2.0mm를 초과하여 너무 굵게 되면 타이어의 벨트층 고무 두께가 증가하여 타이어의 경량화에 역행하게 되고 또한 주행시 승차감에서 불리해 지기 때문에 장경은 1.0 ∼ 2.0mm 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

코드의 단경은 0.8mm 미만으로 되면 상기 장경의 범위와 관련하여 너무 납작한 형상으로 되어 구조적 형태 안정성이 떨어지게 되는 문제점이 있고, 반대로 1.5mm를 초과하게 되면 톱핑 쉬트의 두께 증가가 불가피하여 타이어의 경량화에 악영향을 미치게 되므로 단경의 범위는 0.8 ∼1.5mm가 적절하다.

그리고, 코드의 연피치를 장경에 대비하여 5 ∼ 50배로 제한한 이유는, 5배 미만으로 너무 작으면 생산성 측면에서 불리하고, 반대로 피치를 50배를 초과하여 너무 크게 하면 연선형태가 불안정해지기 때문이다.

다음, 본 발명의 스틸코드를 구성하는 소선중 측선은 장경 형부율이 100 ∼ 140%이고 측선중 적어도 한가닥은 10% 이상, 보다 바람직하기로는 15% 이상의 상이한 비율을 갖고 동일 소선에서도 길이방향으로 구간별로 형부율이 상이한 것이 유리하다. 이때, 측선의 장경 형부율이 100% 미만으로 되면 측선을 통한 고무 침투성이 저하되고, 140%를 초과하는 경우에는 과도한 형부에 따라 연선의 구조적 안정성이 결여된다.

그리고, 측선중 적어도 한가닥 이상이 다른 측선에 비해 10% 이상의 형부율 차이를 나타내게 되면 특히 매우 낮은 저하중 구간에서 우선적으로 형부율이 가장 낮은 소선이 먼저 하중을 받아서 상대적으로 균일한 형부율을 갖는 구조에 비해 저하중 신율이 낮아지게 된다. 상이한 형부율을 나타내는 측선이 여타 측선에 비해서 15% 이상의 형부율 차이를 나타내도록 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 스틸코드를 구성하는 소선중 심선의 직경은 0.1 ∼ 0.25mm, 측선의 직경은 0.28 ∼ 0.40mm가 적절한 바, 만일 심선경이 0.1mm 미만으로 되면 충분한 코드 절단력을 얻을 수 없고 신선 소성가공 공수가 상대적으로 많아져서 비용면에서 불리하고, 0.25mm보다 크면 코드경이 커지고 코드 유연성이 저하되는 단점이 있다.

그리고, 측선경이 0.28mm보다 적으면 절단강도가 저하되어 측선 가닥수를 증대할 필요성이 생기고, 0.4mm를 초과하면 유연성 저하와 함께 내피로 특성이 낮아지고 측선간 틈새가 작아져 고무 침투성면에서 불리해 진다.

한편, 스틸코드를 구성하는 심선과 측선은 인장강도가 330kgf/㎟ 이상, 더욱 바람직하기로는 330 ∼ 450kgf/㎟ 이고, 파단신율은 2.0 ∼3.5% 범위가 적절하다. 상기의 기계적 성질을 갖는 강선은 JIS 규격의 피아노 선재 SWRS 82A(C=0.82%)나, 보다 높은 고강도를 얻기 위하여 최종 습식신선 공정에서 총가공량을 증가하거나 과공석강 피아노 선재(C≥0.9%)를 원재료로 이용하여 반복적인 냉간 신선가공과 파텐팅 열처리를 실시하고 세물습식 신선공정을 걸친 후 최종 공정인 연선 공정에서 마무리하여 얻어진다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 스틸코드 제조방법은 다음과 같다.

본 발명에 따른 2/(4∼6)의 편평 속연 구조의 스틸코드를 제조함에 있어서는 우선적으로 종래의 방식대로 형부기를 사용하여 소선의 형부를 부여한 상태에서 소선간의 연선결합이 이루어지도록 하고 이어서 연선체에 압력을 가하여 편평화하는 공정이 고려되어 질 수 있으나, 이러한 방식에서는 소선이 형부기를 통과하는 과정에서 그 표면 도금층이 손상되어 고무와의 접착성이 저하되는 문제점이 있어 본 발명자는 상기 형부기를 사용함이 없이도 소선에 적절한 형부를 가할 수 있는 방안에 대하여 거듭된 시행착오를 거쳐 본 발명에 따른 스틸코드 구조를 소선의 손상이 발생됨이 없이 얻어지도록 하는 방법을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 고무 보강재용 스틸코드 제조방법은 종래에 형부기를 이용하여 소선의 형부를 가함에 따라 소선의 표면에 형성된 황동 도금층이 깍여나가는 현상을 방지하기 위한 방편으로 2도 비틀림 연선기의 최초 연선이 초래되는 연합점 직후에 설치된 전 오버트위스터의 회전비를 제어함으로써 소선, 특히 외측선에 적절한 형부가 부여되도록 함과 아울러 인접하는 측선간에 고무 침투경로로서의 틈새가 확보되도록 함에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 방법은, 2가닥의 심선과 심선에 비해 굵은 직경의 4 ∼ 6 가닥의 측선을 공급하여 서로 한꺼번에 한 공정으로 연선결합되도록 함에 있어서 상기 심선과 측선이 서로 연합되는 연합점 직후에 설치된 전 오버트위스터의 회전비를 꼬임용 회전체의 회전수 대비 2.5 ∼ 4.5배의 회전비로 회전시켜 편평 속연 구조에서 필요로 하는 측선의 잉여 공급길이가 확보되도록 함과 동시에 바람직한 범위내로의 측선에 대한 형부가 부여되도록 구성되어 있다.

일반적으로 원형 단면을 갖는 종래의 다층연 스틸코드 구조를 편평 다층연 구조로 제조하기 위해서는 상대적으로 외층연의 단위길이 당 소요되는 소선 길이가 최외층으로 갈수록 점차적으로 더 많이 공급되어야 한다.

즉, 각 소선간의 연선결합이 이루어진 상태로 꼬임용 회전체와 오버트위스터를 통과해서 최종적으로 권취보빈을 향해 이송되는 연선체가 권취보빈의 직전에 설치된 편평용 교정롤라 통과전 코드의 형태가 부풀어지려는 경향이 클수록 편평화에 유리하다.

만일, 그렇치 못하면 편평용 교정기 통과 시 측선의 잉여 길이가 부족하여 코드가 편평화되기 어렵고, 오히려 내부층 소선들이 최외층으로 튀어 나와서 연선 형태가 왜곡되는 형태 불량이 초래된다.

상기와 같은 이유로 해서 통상 층별 소선 공급길이를 상대적으로 차이나게 공급시키기 위해서 연합점 직전에 형부기를 추가로 설치하여 소선에 대하여 사전에 굴곡응력을 주어서 형부율 차이에 의해서 소선 공급길이를 잉여로 공급하는 방법이 주로 사용되고 있다.

즉, 연합점 통과 후 소선의 형부율이 클수록 상대적인 소선 공급량이 많아지므로, 스틸코드의 외층선을 구성하는 소선에 대하여는 상대적으로 형부율을 크게 가져감으로써 후속공정으로서의 편평화가 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

본 발명의 편평 속연 스틸코드 구조의 경우에도 형부기를 사용하여 코드의 편평화를 이룰 수 있지만 형부기의 사용으로 인한 소선의 황동 도금층 손상과 기계적 굴곡 소성변형에 의한 소선의 물성치 저하 등을 감안하여 형부기를 사용하는 대신 전 오버트위스터의 회전비 제어방식을 채택하였다.

본 발명의 스틸코드 구조는 한 공정으로 한꺼번에 소선들을 연선결합시키기 때문에 모든 소선이 동일한 연방향 및 연피치를 갖는다. 동일한 연방향인 경우에는 외층선의 상대적인 잉여 공급길이 증대는 전 오버트위스터 치공구의 작동범위를 변경에 의해서 달성될 수 있다.

일반적으로 전 오버트위스터는 2도 연선기에서 종래의 원형 단면을 갖는 다층연 구조 제조시 회전비를 꼬임용 회전체 회전수를 기준으로 하여 대략 2배 전후로 설정하여 사용하고 있다.

이와 관련하여 본 발명에 따른 편평 속연 스틸코드 구조를 제조함에 있어서는 측선의 잉여 공급길이 확보를 위해서 2배 보다 큰 2.5 ∼ 4.5배의 회전비를 부여함을 제조공정상의 주된 기술적 특징으로 하고 있다.

본 발명의 고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드 및 그 제조방법에대한 보다 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도4는 본 발명에 따른 스틸코드 구조의 단면구조도로서, (가)는 2/5 구조이고, (나)는 2/4 구조이다.

도시된 바의 도4의 (가)는 안쪽에 서로 길이방향을 따라 대략 선접촉 상태를 유지하는 2가닥의 심선(10a) 주위로 심선에 비해 큰 선경을 갖는 5가닥의 측선(10b)이 인접하는 측선간에 틈새를 유지한 상태로 연선결합된 구조이고, 도4의 (나)는 2 가닥의 심선(10a) 주위로 4가닥의 측선(10b)이 연선결합되어진 구조이다.

이들 본 발명에 따른 2/5 구조 및 2/4 구조의 스틸코드는 공히 전체적으로 타원형의 횡단면 구조를 취하고 있으며, 측선(10b)들 상호간에는 틈새가 형성되어 그 안쪽에 위치하는 심선(10a)은 상기 틈새를 통해서 외부와 연통된 개방형 구조를취하고 있다. 상기 측선(10b)들간의 개방된 틈새는 고무와의 접착시 심선(10a) 주위로 고무가 충진될 수 있도록 하는 고무 유입통로로서의 역할을 하게 된다.

본 발명에 따른 편평 속연 스틸코드는 그 횡단면이 전체적으로 타원형상으로서 그 폭방향의 최대 직경인 장경(a)와 두께 방향의 최소 직경인 단경(b)을 갖고 있는데, 이때 단경(b)에 대한 장경(a)의 비, 즉 편평율(a/b)은 105 ∼ 150%이고, 장경(a)의 크기는 1.0 ∼ 2.0mm이며, 단경은 0.8 ∼ 1.5mm이고, 코드 연피치는 장경의 직경에 비해서 5 ∼ 50 배의 범위이며, 연방향은 S 또는 Z 어느 것이나 가능하다.

그리고, 심선(10a)의 선경은 0.1 ∼ 0.25mm 범위가 적절하며, 측선의 선경은 그보다 큰 0.28 ∼ 0.40mm가 바람직하다.

본 발명의 스틸코드를 구성하는 심선 및 측선은 통상의 타이어 보강용 스틸코드용 소선이 고무와의 접착성 향상을 위해 표면에 황동 도금층이 형성되는 것과 마찬가지로 표면에 황동 도금층이 형성된 것이 사용되는 데, 이때 도금층의 두께는 0.07 ∼ 1.5㎛ 범위가 바람직하며, 황동 도금층 중의 구리함량은 55 ∼ 70%가 적절하다. 보다 바람직하기로는 황동 도금에 제3 원소인 Co, Fe, Ni 등이 0.1 ∼ 5.0% 함유된 3원 합금으로 도금하여 강선의 내부식성을 한층 개선시킴과 아울러 고무 접착성, 특히 시효 접착성을 향상시키도록 할 수도 있다.

한편, 도5는 본 발명의 편평 속연 스틸코드를 제조하는 2도 비틀림 연선기의 전체 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 이에 의거하여 본 발명의 스틸코드 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 연선기 내부의 크래들(cradle)에 장착된 2대의 심선용 공급대(20)로부터 풀려나오는 2가닥의 심선(10a)과 5대의 측선용 공급대(21)로부터 공급되는 5 가닥의 측선(10b)은 포이즈(22) 입구에서 최초로 연합점이 형성되면서 이들 총 7 가닥의 소선을 연선형태로 구성하여 포이즈(22)를 통과하게 된다.

이어서, 포이즈(22)을 빠져 나온 연선체는 꼬임용 회전체(23)와 동일한 방향으로 회전하되 꼬임용 회전체에 비해 2.5 ∼ 4.5배의 회전비로 회전하는 전 오버트위스터(24)를 통과하게 된다. 이때, 상기 전 오버트위스터(24)는 상대적으로 높은 회전비로 회전하기 때문에 측선(10b)의 공급길이가 심선(10a)에 비해 증가된 상태, 즉 측선이 잉여 공급길이를 유지하도록 하는 상태가 된다.

다음, 전 오버트위스터(24)를 통과한 연선체는 2 세트의 꼬임용 회전체(23)를 거치면서 2번의 연속 비틀림 꼬임이 형성되면서 연선기 외부로 빠져 나온다.

연선기 외부로 나온 코드는 일명 후 오버트위스터라고 불리우는 과연기(25)를 통과하여 자전성(토션)을 교정하고, 이어서 편평용 교정롤러(26)를 거치면서 코드의 편평 가공이 이루어진 후 최종적으로 권취기(27)에 권취가 이루어짐으로써 본 발명에 따른 편평 속연 2/5 구조의 스틸코드가 얻어지게 된다.

이때, 상기 편평용 교정롤러(26)는 코드 편평화 가공을 위하여 외주면이 평탄면인 일반적인 롤러와는 달리 도6의 단면도에 도시된 바와 같이 롤러의 표면에 직사각형 형상의 홈(26a)을 전체 외주면에 걸쳐 형성하여 그 홈(26) 내부를 통과하면서 코드의 편평화가 이루어지도록 하여 코드가 교정롤러(26)를 통과하는 과정에서 이탈되는 것이 방지되도록 하는 것이 바람직하다. 도면중 미설명 부호 28은 코드의 이송 구동원으로서의 인출 캡스턴이다.

상기 도면에서는 편평용 교정롤러가 후 오버트위스터의 후방에 설치된 예를 보여주고 있으나, 경우에 따라서는 후 오버트위스터를 중심으로 그 전방에 편평용 교정롤러를 설치하거나 후 오버트위스터의 전방 및 후방에 편평용 교정롤러가 설치될 수도 있을 것이다.

본 발명에서와 같이 형부기 대신에 전 오버트위스터 치공구를 사용하게 되면 심선 2 가닥은 최종적인 스틸코드 제품에서 2도 연선기의 꼬임 공법에 의하여 자연적으로 형부를 부여하는 소위 불균일한 자연 형부가 형성되고 측선 5가닥은 그 중에서 적어도 한가닥의 장경 형부율이 상이한 2/5 편평 속연구조를 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 방법에 의해 제조되는 스틸코드가 상기와 같은 구조적 특성을 지니게 되는 이유를 도7에 도시된 본 발명에 따른 2/5 구조 스틸코드의 연합점 초기 연선 형태 단면도에 의거하여 밝히면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 2/5 구조는 구조 특성상 기하학적으로 조밀 충진구조가 아니기 때문에 연합점에서 최초 연선이 형성될 시점에 5가닥의 측선(10b)이 모두 대략 대칭적으로 심선(10a) 주위를 둘러싸면서 공급되지 못하고 적어도 한가닥의 소선의 중심과 코드 중심점까지의 거리(L1)는 다른 소선과 코드 중심점까지의 거리(L2)와 다르게 되는, 다시 말하면 층심 반경의 길이가 다르게(L1 ≠L2) 된다.

임의의 소선에서 층심 반경은 2/5 구조가 비대칭 구조를 취하고 있음에 기인하여 수시로 변화된다. 즉, 코드 길이 방향으로 상대적으로 불균일한 형부율을 갖는다.

이에 따라, 5가닥 중에서 적어도 한가닥은 단위 길이당 소선 공급길이가 상이해져서 편평가공후에는 상대적으로 상이한 형부율을 나타내게 된다. 대체로 상기 층심 반경이 작을수록 소선 공급길이가 상대적으로 적어진다.

각 측선의 형부율이 적어도 한 가닥이 10% 이상, 바람직하기로는 15% 이상으로 상이하면, 즉 낮으면 특히 매우 낮은 저하중 구간에서는 우선적으로 형부율이 가장 낮은 소선이 먼저 하중을 받아서 상대적으로 균일한 구조에 비해서는 저하중 신율이 작아진다.

본 발명의 방법에 의해 제조되는 스틸코드를 구성하는 심선 2가닥은 코드 길이 방향으로 불균일한 자연 형부로 구성되어서 심선 서로간에 대략적으로 선접촉을 이루면서 연선되는 형태를 취함에 따라 중심선으로서의 본래 역할을 확실하게 수행하게 된다.

따라서, 본 발명의 스틸코드는 심선에 의해 추가적으로 보다 낮은 저하중 신율을 제공한다. 다시 말하면, 전 오버트위스터 방식으로 형성되는 측선 및 심선의 구조적 특징에 의해서 보다 낮은 저하중 신율을 나타내는 2/5 편평 속연 구조를 취하게 된다.

일반적으로 각 소선의 형부율이 대략 균일한 개방형 구조에서는 상대적으로 낮은 하중에서도 쉽게 늘어나는 경향이 있어 쉽게 밀폐형으로 전환되면서 고무 침투성이 저하되고, 타이어 압연공정에서 코드에 걸리는 미소한 공급텐션 변화에도 매우 민감하여 취급작업성이 불리하다.

그러나, 본 발명은 형부기를 이용하여 강선에 과도한 형부를 부여하거나, 국부적인 요철(꺽힘)을 부여하는 종래의 방식과는 차별화된 방법으로서의 전 오버트위스터 방식을 채택함으로 인해서 저하중 신율의 증가됨이 없이 2/(4 ∼ 6) 편평 속연 구조를 얻을 수 있다는 면에서 코드 제조방법상의 특징이 있다.

즉, 본 발명은 전 오버트위스터의 회전비를 종래에 비해 증가시킴으로 해서 측선의 잉여 공급길이가 확보되도록 한 상태로 심선과 측선의 연선결합되도록 한 후 측선을 편평화함으로써 코드를 구성하는 개개의 소선간에 기하학적으로 틈새를 제공하여, 종래의 소선에 형부를 부여하기 위해 기계적, 소성가공을 행하는 과정에서 소선과 형부장치 사이에 심한 마찰에 의해 표면 도금층이 손상되는 것이 방지된다.

한편, 타이어 보강재용으로 사용되는 스틸코드용 소선은 고무와의 접착성 향상을 위해 표면에 황동 도금층이 형성되는 데, 종래의 일반적인 코드 제조방식에 따라 형부기를 사용하여 형부를 부여하는 경우에는 소선과 형부기간의 마찰접촉의 결과로 도8에 도시된 형부기를 통과한 소선의 단면 구조에서와 같이, 소선(30) 표면의 황동 도금층(31)이 길이 방향으로 손상되어진다. 그리고, 이같이 소선 표면의 황동 도금층이 손상을 입게 되면 당연한 결과로서 그 손상된 부위는 고무 접착성, 특히 시효 접착성이 저하됨을 피할 수 없다. 그러나, 본 발명의 스틸코드는 소선의 황동 도금층 손상을 초래하는 형부기에 의한 형부공정이 행해지지 않음으로써 상기와 같은 문제점이 배제된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

본 발명에 따른 편평 개방형 스틸코드와 종래의 스틸코드간에 고무보강재로서 요구되는 품질특성과 기계적 특성을 비교 평가하기 위하여 직경 5.5mm이고 0.82% 탄소중량의 고 탄소강을 원재료로 하여 산세, 건식, 신선, 열처리 및 황동도금 공정을 순차적으로 거친 후, 세물 습식공정에서 최종 신선하여 얻어진 각각 0.2, 0.35, 0.37mm의 직경을 갖는 강선을 이용하여 연선 공정에서 아래의 표1과 같은 조건으로 시편을 제작하고 특성을 측정하였다.

구분	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예1	실시예2
구조명칭	3+6	1*6	1+6	2/5	2/5	2/5
형태특징	밀폐	편평개방	충진	편평개방	편평개방	편평개방
소선경(mm)	심선	0.20	X	0.37	0.20	0.20	0.20
	측선	0.35	0.37	0.35	0.37	0.37	0.37
연방향	S/Z	S	S	S	S	S
코드피치(mm)	10/18	18	18	18	18	18
코드경(mm)	장경	1.135	1.15	1.07	1.31	1.25	1.12
	단경	1.13	0.85	1.07	0.97	0.98	0.93
연선공정 횟수	2회	1회	1회	1회	1회	1회
공법		형부기		형부기	전OT	전OT
편평율(%)	100	135	100	135	128	120
소선형부율(%)	심선	102	X	100	118	95	95
	측선(장경)	최소	98	128	98	124	105	108
		최대	101	137	102	133	128	131
심선고무접착외관(%)	30	X	21	82	80	84
*내피로성	100	121	102	124	136	128
*시효고무접착성	100	138	106	135	158	162
표면Fe용출량(g/㎡)	0.23	0.54	0.27	0.51	0.21	0.24
파단신율(%)	2.6	3.2	2.6	2.9	2.9	2.9
저하중신율(%)	0.045	0.243	0.032	0.088	0.075	0.078
*취급작업성	◎	X	◎	△	○	○

상기 표1에서 *로 표시된 대피로성과 시효 고무 접착성 및 취급작업성은 비교예1에 대한 상대적인 비율(%)로 상대평가한 결과이다.

상기 표1에서, 심선 고무 접착외관은 고무 침투성을 구조별로 비교 평가하기 위한 수단으로 채택되는 시험방법으로서 고무속에 스틸코드를 매설하여 가류한 후, 코드 내부의 심선에 대한 코드 길이방향으로 고무가 충진 부착된 여부를 길이로 환산하여 상대적으로 비교평가하였다. 100%는 스틸코드 중앙 심선 표면에 고무가 100% 충진되었음을 의미한다.

다음, 내피로성은 스틸코드 시편을 가로 5mm, 세로 2.5mm 크기의 직사각형 형태를 갖는 소형 고무시편 몰드의 중앙에 매설시키고, 35kgf/㎠의 100% 모듈러스를 갖는 고무 화합물을 이용하여 굴곡 부여용 3개의 풀리가 좌우로 이동하면서 고무속의 스틸코드 시편이 마멸 피로 등에 의해 파단될 때까지의 왕복 싸이클 빈도수를 측정하고 비교예1을 기준으로 하여 상대평가하였다.

시효고무 접착성은 미국 표준시험방법(ASTM 2229)에 의해 고무와의 접착성, 특히 가혹한 습도(95%RH)와 높은 온도(82℃)하에서의 습열 시효 접착성을 상대 비교하였다.

그리고, 표면 철(Fe)용출량 측정은 스틸코드의 표면 황동도금층의 결함이나 손상 여부를 평가하는 시험법으로 철 용출법에 의해 일정한 조건하에서 (시료;0.5N-HNO₃용액 ×22℃ ×1분)시편의 표면 평방미터(㎡) 당 용출되는 철의 양을 g/㎡로 표시하였다. 즉, 일정시간당 철 용출량이 많을수록 황동 표면층의 손상이 큰 것을 의미한다.

파단신율은 코드가 파단시 늘어난 신율을 백분율로 표시하였고, 저하중 신율은 통상 0.5 ∼3kgf 범위의 낮은 하중에서 시편의 늘어난 길이를 백분율로 표시했으며, 이 값은 클수록 취급시 작업성 면에서 불리함을 나타낸다.

취급 작업성은 타이어 성형 공정상에서 스틸코드를 취급할 때의 편의성 내지는 용이성으로서 스틸코드의 구조적 꼬임 안정성에 의한, 특히 저하중 신율이 작을수록 양호하며, 비교예1의 시편을 비교기준으로 하여 ◎(우수), ○(양호), △(보통), X(불량) 순으로 표시하였다.

심선 고무 접착외관 비교 결과에 의하면, 편평 개방형 구조(비교예2, 비교예4, 실시예1 및 실시예2)에서 고무가 코드 내부까지 잘 침투되었음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예1,2 스틸코드는 종래의 스틸코드 중의 비교예1에 비해서 고무 접착성 측면, 특히 열습시효 접착성에서 매우 유리한데, 이는 연선 구조의 편평화 형상에 의한 측선간 틈새가 형성됨으로 인하여 발청을 확산시키는 통로를 제거함에 기인되며, 특히 손상되지 않은 황동층을 보유하면서 편평화로 인하여 비교예4의 형부기를 사용한 경우와 대비하면 향상된 효과를 나타냄을 일견하여 알 수 있다.

비교예2에서 고무 침투성 측면에서는 우수하나 저하중 신율이 커져서 취급 작업성면에서 불리한 것을 알 수 있다.

더욱이, 철 용출량 시험에서 비교예2,4의 편평 개방형의 경우 강선에 강압적인 소성변형에 의한 형부 부여로 인해서 황동 도금층이 손상되어 철 용출량이 많았음을 알 수 있고, 본 발명 실시예1,2에서는 형부기를 사용하지 않았기 때문에 양호한 황동 도금층을 유지하여 고무와의 접착성, 특히 열습시효 접착성면에서 역시 유리하게 작용하였다.

본 발명의 실시예1,2와 비교예4를 대비하여 보면, 심선의 형부율이 2도 비틀림 연선기의 공법에 의한 자연 형부를 지니고 있어서 선접촉으로 연합되어 있고, 측선의 경우 적어도 한가닥은 10% 이상 장경 형부율이 상이하기 때문에 상대적으로 균일한 꼬임을 이루고 있는 비교예4에 비하여 저하중 신율이 상대적으로 낮아 타이어 제조공정에서 취급작업성이 우수함을 알 수 있다. 비교예2의 심선이 없는 편평 개방형 구조의 경우 저하중 신율이 상당히 높음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 스틸코드는 편평 개방형 구조로써 측선의 소선간에 장경방향의 수직방향으로 틈새가 형성되어 고무가 쉽게 코드 내부로 침투될 수 있도록 구성되어 심선과 고무와의 완전한 접착으로 인해 심선 이동문제가 방지됨과 동시에 특히 열습 시효 접착성이 우수하며, 측선과 심선간에 고무가 완충역할을 하여 소선간의 직접적인 접촉이 방지되도록 함으로써 내피로 특성에서도 유리하다.

그리고, 본 발명의 스틸코드는 형부기를 사용하지 않기 때문에 황동 도금층의 손상이 최소화되어 열습 시효 접착성 및 내피로성이 한층 개선되고, 전 오버트위스터 공법에 의해 심선의 자연 형부와 측선의 상이한 형부율 형성 특성에 의해 타이어 보강용 소재로서 저하중 신율의 상승을 초래함이 없이 연선구조의 인접소선사이에 틈새를 제공하여 고무 접착성 및 취급작업성이 향상된다.

이에 더하여, 본 발명의 스틸코드는 한공정만으로 심선과 측선의 연선결합이 이루어지기 때문에 제조비용면에서 유리하다. 따라서, 본 발명의 스틸코드는 타이어의 주행성능 및 사용수명을 증가시켜 궁극적으로 타이어의 내구성을 향상시키는 타이어 보강재용 스틸코드 신구조로서 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

Claims (6)

1. 직경이 0.1∼0.25mm인 2가닥의 심선과 직경이 0.1∼0.25mm인 4∼6가닥의 측선을 한공정으로 연선결합시킨 2/(4∼6)의 이층연 편평 속연 구조를 가지며, 단경에 대한 장경의 비인 편평율이 105 ∼150%이고, 편평 속연 코드의 피치가 장경의 5∼50배이며, 코드의 연방향은 S연 또는 Z연 중의 어느 하나로서 가류 성형시킨 고무 중에 매설되는 스틸코드에 있어서,

   장경 형부율이 100∼140%인 다수 측선중 적어도 어느 한 측선의 장경 형부율은 다른 측선의 장경 형부율과 상이하고, 심선은 코드의 길이 방향으로 불균일한 자연 형부를 가지며, 코드의 횡단면이 편평 형상인 것을 특징으로 하는 고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 측선 중 적어도 한 가닥의 장경 형부율은 다른 측선에 비하여 10% 이상의 상이한 비율을 갖고 동일 소선에서도 길이 방향을 따라 구간별로 형부율이 상이한 것을 특징으로 하는 고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 심선과 측선은 인장강도는 330∼450kgf/㎟ 인 것을 특징으로 하는 고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드.
6. 직경이 0.1∼0.25mm인 2가닥의 심선과 직경이 0.1∼0.25mm인 4∼6가닥의 측선을 한공정으로 연선결합시킨 2/(4∼6)의 이층연 편평 속연 구조를 가지며, 편평율이 105∼150%로서 가류 성형시킨 고무중에 매설되는 스틸코드에 있어서,

   2 가닥의 심선과 심선에 비해 상대적으로 굵은 선경의 4 ∼ 6 가닥의 측선을 형부를 부여함이 없이 연선 결합시키는 단계와;

   상기 심선의 주위에 측선이 연선 결합되어진 연선체를 꼬임용 회전체의 회전 수에 비해 2.5∼4.5배의 회전비를 갖고 회전하는 전 오버트위스트를 통과시켜 심선에 비해 측선의 잉여 공급길이가 확보되도록 하는 단계와;

   2 세트의 꼬임용 회전체를 거치면서 2번의 연속 비틀림 꼬임이 이루어지도록 하는 단계와;

   연선기를 빠져나온 코드가 후 오버트위스터 후방 또는 전,후방에 설치된 외주면에 직사각형의 홈이 형성된 편평용 교정롤러를 통과하도록 하여 2/

   (4∼6) 편평 속연 코드로 되도록 하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고 무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드의 제조방법.