KR100647889B1

KR100647889B1 - 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드

Info

Publication number: KR100647889B1
Application number: KR1020050128174A
Authority: KR
Inventors: 신성호
Original assignee: 홍덕스틸코드주식회사
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2006-11-23

Abstract

본 발명은 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드에 관한 것이다.

본 발명의 스틸 코드는, 1 본의 심선 외주면에 n(n=5∼8)본의 측선들이 꼬여진 1+n 구조의 스틸 코드로서, 측선의 인장강도에 대한 심선의 인장강도비가 0.5∼0.8 이며, 더욱 바람직하게는 측선의 직경에 대한 심선 직경의 비가 1.05∼1.55 인 동시에 측선의 인장강도가 300∼380kgf/mm² 임에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 스틸 코드는, 교정기에 의한 잔류응력이 쉽게 제거되어 절단부의 뒤틀림 현상이 방지됨으로써, 타이어 제조 공정의 제조 생산성을 현저히 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 교정기 베어링의 사용 수명을 연장함으로써 스틸 코드의 제조 비용도 절감할 수 있는 이점이 있다.

스틸 코드, 심선, 측선, 인장강도, 교정기

Description

타이어 벨트 보강재용 스틸 코드{Steel cord for tire belt}

도 1은 스틸 코드를 보인 것으로,

(가)는 측선들이 접촉하고 있는 스틸 코드의 단면도이고,

(나)는 측선들이 접촉하지 않는 스틸 코드의 단면도이다.

도 2는 스틸 코드가 교정기를 통과하는 상태를 보인 교정기 정면도

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

2. 교정기 11. 심선

12. 측선 21. 베어링

S. 스틸 코드 C. 틈새

R. 공간

본 발명은 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드에 관한 것으로, 더 자세하게는, 특히, 화물 트럭용 타이어의 벨트 보강재로 사용되는 스틸 코드를 제조시 스틸 코드를 구성하는 측선에 대한 심선의 인장강도비를 0.50∼0.80 범위로 조절함으로써, 타이어 제조 공정 중, 스틸 코드의 잔류 응력에 의해, 고무 토핑 후, 스틸 코드가 매입된 고무 시트에서 발생하는 비틀림 현상이 발생하지 않도록 한, 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드에 관한 것이다.

자동차 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 산업용 고무제품의 보강재용으로 사용되는 여러 종류의 보강재 중에서 다수의 강 소선들이 꼬여진 스틸 코드는, 강도, 모듈러스, 내열성, 열전달율, 내피로성 및 고무와의 접착성 등이 타 보강재와 대비시 고무 보강재로서의 요구 특성에 가장 적합한 소재로서, 특히 자동차의 증가와 함께 그 사용량 또한 급속히 신장되고 있다.

상기와 같이 각종 산업용 고무 제품의 보강재로 널리 사용되고 있는 스틸 코드는 가늘고 대략 원형 단면을 갖는 다수의 소선들이 꼬여진 구조로서, 고무 보강재용으로 스틸 코드가 사용되는 각종 고무 제품들 중에서 그 사용 조건이 가장 가혹하면서도 사람의 생명과도 직결되는 것은 자동차 타이어인 바, 타이어의 트레드부와 카커스 고무층 등에 매입되는 스틸 코드는, 대략 선경이 0.12∼0.38㎜ 되는 소선 2∼40 본 정도가 연선 결합하여 꼬임 구조를 갖는 와이어이다.

특히, 트럭용 타이어의 트레드부를 구성하는 벨트부의 보강재로 사용되고 있는 종래의 스틸 코드는 3 본의 심선을 연선 한 후 심선의 외주면에 6 본의 측선을 연선한 구조로서, 이러한 3+6 의 2층 연 구조는 2공정으로 연선되어야 하기 때문에 생산성이 떨어지게 되는 단점이 있다.

그리고, 상기 구조의 스틸 코드는, 고무 중에 매입시 심선 3 본의 중심부에 고무가 침투할 수 없는 내부 공극이 형성되는 바, 그 공극으로 수분이 침투하게 되면 스틸 코드가 쉽게 부식됨으로써 타이어 내구성이 급격히 저하하게 될 뿐 아니라, 주행 중 타이어의 파손이라는 치명적인 결과를 초래할 수도 있게 된다.

따라서, 상기와 같이 3 본의 심선을 사용하는 대신 1 본의 심선을 사용하는 구조가 제안되었다.

즉, 1 본의 심선 외주면을 n(n=5∼8) 본의 측선이 감싸는 1+n 구조를 가진 스틸 코드는 단일 공정으로 제조가 가능하며, 1 본의 심선을 사용하기 때문에 3+6 구조와 달리 고무가 침투되지 못하는 내부 공극이 형성되지 않는 장점이 있다.

그러나, 도 1의 (가)에 도시된 바와 같이, 1 본의 심선(11)을 감싸는 측선(12)들 사이에 틈새가 형성되지 않을 경우 심선(11)과 측선(12)들 사이에 형성되는 공간(R) 내부로 고무가 침투하기 어렵게 되는 바, 도 1의 (나)에 도시된 바와 같이, 심선(11)을 감싸는 측선(12)들 사이에 틈새(C)가 형성되어 심선(11)과 측선(12)들 사이의 공간(R) 내부로 고무가 잘 침투할 수 있도록 심선(11)과 측선(12) 사이의 선경 비를 적절히 조절해 주어야 한다.

예를 들어, 1+6 구조를 갖는 스틸 코드의 경우, 보통, 측선 경에 대한 삼선 경의 비를 1.05∼1.55 범위로 조절하여 제조하고 있다.

그러나, 1+n 구조의 경우, 토션이 제거된 스틸 코드를 사용한 경우일지라도 타이어 제조 과정 중 재단 공정에서 재단된 고무 시트의 비틀림 현상이 발생하여 타이어 제조 공정에서 어려움이 많았다.

상기와 같이 고무 시트에서 발생하는 비틀림 현상은, 그 내부에 매입된 스틸 코드를 구성하는 심선과 측선의 잔류 비틀림 응력이 균형을 이루지 못하여 스틸 코드의 절단부에서 발생하게 되는 것으로, 스틸 코드의 절단부에서 발생하는 비틀림 현상은, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 베어링(21)들이 장착된 교정기(2)를 사용하여 스틸 코드(S)에 반대되는 굽힘 응력을 수회에 걸쳐 반복적으로 작용시킴으로써 제거가 가능하다.

그리고, 스틸 코드에 충분한 굽힘 응력을 작용시키기 위해서는 스틸 코드에 강한 응력이 부여되어야 하는 바, 강한 응력을 부여하기 위해서는, 다음의 수학식 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 베어링의 사이즈를 작게 하여야만 한다.

여기서, P는 스틸 코드에 부여되는 응력(kgf/mm²), E는 스틸 코드의 탄성계수(21,000 kgf/mm²), I는 스틸 코드의 단면 2차 모멘트(d²/64, d는 스틸 코드의 직경), D는 베어링의 직경, L은 베어링 간 거리

그러나, 베어링의 사이즈가 작아지면, 다음의 수학식 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 베어링 수명이 단축되는 바, 결국, 스틸 코드의 제조 비용을 상승시키게 되는 문제가 있다.

여기서, L_h는 베어링 수명, P는 스틸 코드에 가해지는 하중(kgf), C는 동적 기본 부하량, N은 베어링 회전수

즉, 1+n 구조의 스틸 코드는 3+6 구조의 스틸 코드가 갖는 단점을 해소할 수 있으나, 타이어 제조 공정의 생산성을 떨어뜨리게 되는 새로운 문제를 발생시키고 있으며, 이를 해결하기 위해서는 스틸 코드의 제조 비용이 상승하는 문제가 있는 실정이다.

본 발명은 종래의 1+n 구조를 갖는 스틸 코드가 가지고 있는 절단부 비틀림의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 스틸 코드를 구성하는 심선과 측선의 인장강도를 적절히 조절하여 교정기에 의해 부여되는 잔류응력을 효율적으로 흡수하도록 함으로써, 스틸 코드의 생산 비용을 상승시키지 않으면서도 절단부에서 비틀림 현상을 방지함으로써 타이어 제조 생산성을 향상시킬 수 있는 스틸 코드를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 스틸 코드를 구성하는 심선과 측선이 각각 가지고 있는 기계적 성질인 각 인장강도의 상관관계적인 조절에 의해 달성된다.

본 발명의 스틸 코드는, 한 본의 심선 외주면을 n(n=5∼8) 본의 측선이 감싸는 구조로서, 측선의 인장강도를 심선의 인장강도보다 크도록 하되, 측선의 인장강도에 대한 심선의 인장강도비(이하 "인장강도비"라고 함.)를 0.5∼0.8 범위로 조절함에 기술적 특징이 있다.

상기와 같은 본 발명의 스틸 코드를 구성하는 심선과 측선의 인장강도는, 선재의 화학성분, 신선 가공율, 열처리 등 다양한 방법에 의해 조절될 수 있으며, 측선과 심선의 인장강도를 조절하는 방법에 특별한 제한은 없으나, 반드시, 인강강도비를 상기의 범위 내에 있도록 하여야만 한다.

상기와 같이 측선에 대한 심선의 인장강도비를 한정한 것은, 이 인장강도비가 0.5에 미치지 못할 경우 연선시 심선이 측선 사이로 돌출되거나 단선 발생이 빈도가 증가하게 되고, 0.8을 초과하는 경우에는 스틸 코드의 절단부에서 비틀림이 발생하기 시작하며, 심선의 인장강도가 측선보다 크게 되면 비틀림 현상이 더욱 크게 발생하기 때문이다.

상기와 같은 스틸 코드의 인장강도비와 비틀림 현상 사이의 상관관계를 알아보기 위하여 선경이 0.34mm이며 인장강도가 320kgf/mm²인의 측선들과 서로 다른 인 장강도를 가지며 선경이 0.38mm인 심선들을 사용하여 1+6 구조를 갖는 여러 종류의 스틸 코드를 제조하여 비틀림 현상을 조사하였으며, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

구 분	심 선 인장강도, kgf/mm²	측 선 인장강도, kgf/mm²	인장 강도비	베어링 규격, (외경, mm)	교정기 수명	심선 회전량, 회/m	측선 회전량, 도/m	절단면 회전각, 도/0.5m
비교예 1	130	320	0.41	608(22)	12개월	+0.75	- 15	0
실시예 1	180		0.56	608(22)	12개월	+0.98	- 30	0
실시예 2	210		0.63	626(19)	6개월	+1.21	- 45	0
실시예 3	240		0.75	625(16)	3개월	+1.38	- 60	0
비교예 2	280		0.75	623(10)	1일	+1.40	- 90	0
비교예 3	280		0.75	625(16)	3개월	+1.68	-120	- 30
비교예 4	280		0.88	626(19)	6개월	+1.72	-180	- 45
비교예 5	320		1.00	623(10)	1일	+1.40	-120	- 30
비교예 6	320		1.00	625(16)	3개월	+1.50	-180	- 75
비교예 7	320		1.00	626(19)	6개월	+1.75	-270	- 90

상기 표 1에서 심선과 측선의 비틀림 정도는 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

먼저, 1m 길이의 스틸 코드 양 끝단을 고정한 상태에서 심선만을 남기고 측선들을 분리한 후 스틸 코드의 한쪽 끝의 고정 상태를 해제하여 심선이 회전량을 측정하였으며, 이와 동일한 방법으로 심선만을 스틸 코드로부터 분리한 후 측선의 회전량을 측정하였다.

또한, 스틸 코드의 토션을 제거한 상태에서 스틸 코드에 50cm 간격으로 테이프를 붙이고 절단시 발생하는 두 테이프의 비틀림 각도를 측정하였으며, 베어링의 수명은 이론값이 아닌 실제 측정값이다.

비교예 1은, 심선의 인장강도를 130kgf/mm²으로 최대한 낮춘 것으로, 직경이 큰 608 베어링을 사용한 교정기를 사용하더라도 절단시 스틸 코드의 비틀림은 발생하지 않으나 심선이 외부로 돌출하게 되고, 낮은 절단력에 때문에 단선이 다수 발생하는 문제가 있다.

비교예 2∼4는 심선의 인장강도를 280kgf/mm²으로 하였는데, 비교예 2에서 베어링을 623으로 할 경우 절단시 스틸 코드의 비틀림은 제거할 수 있었으나, 베어링이 1일밖에 견디지 못하였으며, 이를 개선하기 위해 베어링을 큰 것으로 교체하였으나 스틸 코드 절단시 비틀림 현상이 발생하였다.

비교예 5∼7은 심선과 측선의 인장강도를 동일하게 하였는 바, 어떠한 교정기 베어링을 사용하더라도 스틸 코드의 절단시 비틀림 현상을 해소할 수 없었다.

이에 반하여, 실시예 1∼3은 심선의 인장강도를 180∼240kgf/mm²으로 하였는 바, 절단시 스틸 코드의 비틀림이 발생하지 않았으며, 베어링의 수명 또한 충분히 길었다.

즉, 상기의 실시예로부터 1+n 구조의 스틸 코드의 경우 인장강도비가 0.50∼0.80의 범위 내에 있을 때, 교정기의 직경이 큰 베어링을 사용한 교정기에 의해 스틸 코드에 부여된 잔류 응력이 쉽게 제거됨을 알 수 있다

특히, 1 본의 심선과 6 본의 측선을 가진 스틸 코드의 경우, 측선 경에 대한 심선 경의 비가 1.05∼1.55인 동시에 측선의 인장강도가 300∼380kgf/mm²이면서 인장강도비가 0.50∼0.80 범위에 있을 때 심선이 측선 외측으로 돌출하게 되는 연선 불량이 발생되지 않음은 물론, 상대적으로 직경이 큰 베어링이 장착된 교정기에 큰 장류 응력이 부여되는 경우에도 고무 시트의 비틀림 현상을 방지할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 스틸 코드는, 측선에 대한 심선의 인장강도비가 적절히 제어됨으로써, 교정기에 의한 잔류응력이 쉽게 제거되며, 그 결과, 타이어 제조 공정의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 교정기 베어링의 사용 수명을 연장함으로써 스틸 코드의 제조 비용도 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims

1 본의 심선 외주면에 n(n=5∼8) 본의 측선들이 꼬여진 1+n 구조의 스틸 코드에 있어서,

측선의 인장강도에 대한 심선의 인장강도비가 0.5∼0.8 인 것을 특징으로 하는 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드.

제 1항에 있어서, 상기 측선의 직경에 대한 심선 직경의 비는 1.05∼1.55인 것을 특징으로 하는 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드.

제 1항에 있어서, 상기 측선은 인장강도가 300∼380kgf/mm²인 것을 특징으로 하는 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드.

제 1항에 있어서, 상기 측선의 수는 6 본인 것을 특징으로 하는 타이어 벨트 보강재용 스틸 코드.