KR100655031B1

KR100655031B1 - 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼타이어

Info

Publication number: KR100655031B1
Application number: KR1020050114067A
Authority: KR
Inventors: 황금강; 한용식
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2006-12-06

Abstract

본 발명은 1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어, 3개의 필라멘트로 구성된 제2층 코어, 7개 또는 8개의 필라멘트로 구성된 제 3층 코어로 이루어진 타이어의 강성보강을 위한 스틸 코드에 있어서, 직선 또는 2차원 파형을 가진 제1층 코어를 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 가진 제 2층 코어 및 제 3층 코어로 감싸는 형태로 이루어진 타이어 보강용 스틸 코드와 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 직선 또는 2차원 파형의 제 1층 코어를 삽입함으로 인하여 고무침투성이 향상된 타이어 보강용 스틸코드 및 이를 적용한 내구성이 뛰어난 공기입 래디얼 타이어를 제공할 수 있다.

스틸 코드, 코어 필라멘트, 고무침투성, 내구성

Description

타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어{STEEL CODE FOR REINFORCING TIRE AND PNEUMATIC RADIAL TIRE USING THE SAME}

도 1은 종래기술에 따른 3/8 구조의 타이어 보강용 스틸코드의 단면 모식도이다.

도 2A는 본 발명의 일 실시예에 의한 1+3/8 구조의 타이어 보강용 스틸 코드의 단면 모식도이다.

도 2B는 본 발명에 따른 스틸 코드의 제 1층 코어 필라멘트의 확대도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 타이어 보강용 스틸 코드의 단면 모식도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 제 1층 코어 2: 제 2층 코어

3: 제 3층 코어 4: 랩핑 코어

1a,1b: 제 1층 코어 필라멘트 2a,2b: 제 2층 코어 필라멘트

3a: 제 3층 코어 필라멘트 4a: 랩핑 코어 필라멘트

d₁: 제 1층 코어 필라멘트의 직경 d₂: 제 2층 코어 필라멘트의 직경

d₃: 제 3층 코어 필라멘트의 직경

본 발명은 타이어의 강성보강을 위한 스틸코드와 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어, 3개의 필라멘트로 구성된 제2층 코어, 7개 또는 8개의 필라멘트로 구성된 제 3층 코어로 이루어지고, 직선 형태이거나 또는 2차원 파형을 가진 제1층 코어를 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 가진 제 2층, 3층 코어로 감싸는 형태로 이루어진 고무침투성 및 내구성이 향상된 스틸 코드와 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.

통상적으로 중하중용 래디얼 타이어의 카카스부, 비드부, 벨트부에는 고무제품의 보강을 위해 스틸코드가 사용되고 있다. 이러한 스틸코드는 일반적으로 탄소 함량 0.6 -0.95중량%인 카본 스틸에 황동 도금을 실시한 후 신선가공을 수행하여 수득된 선재를 용도에 따라 다양한 구조(1x3,1x4,1+6,2+2, 2+7,3+6,3+9, 3+9+15 등)로 꼬아서 제조되고 있다.

이중에서도 트럭 또는 버스에 이용되는 타이어용 스틸 코드로서는, 다수의 필라멘트가 꼬여진 제 1층 코어 및 다수의 필라멘트가 제 1층 코어를 감싸면서 일체로 되도록 꼬여진 제 2층 코어로 이루어진 2층형 스틸 코드(3+7, 3+8구조)와 다수의 필라멘트가 상기 2층형 스틸 코어를 감싸면서 꼬여진 제 3층 코어와 1개의 필라멘트가 제 3층 코어를 감싸면서 꼬여진 랩핑 처리된 3층형 구조(3+9+w, 3+9+15+w구조) 가 주로 이용되고 있다.

현재 일반적으로 사용되는 것은 3+9+15+w(wrapping) 구조인데 이의 제조방법을 개략적으로 설명해보면 우선 3개의 필라멘트를 좌 또는 우 어느 한쪽 방향으로 꼬아서 제1층 코어를 형성하고, 9개의 필라멘트를 제1층 코어와 동일한 방향으로 꼬면서 제1층 코어와 꼬임주기를 달리하여 제2층 코어를 형성한다. 이어서 제2층 코어가 제1층 코어를 감싸며 일체화 되도록 한 후, 15개의 필라멘트를 제1 층 코어 및 제 2층 코어와 반대방향으로 꼬면서 제2층 코어와 꼬임주기를 다르게 하여 제3층 코어를 형성한 후, 제3층 코어가 제2층 코어를 감싸며 일체화 되도록 한다. 그리고 1개의 필라멘트를 제3층 코어와 반대방향으로 꼬면서 소정의 꼬임주기로 랩핑 코어를 형성시키되, 랩핑 코어가 제3층 코어를 감싸며 일체화 되도록 하여, 랩핑 처리된 3층형 스틸 코드를 완성한다.

이와 같이 랩핑 처리된 3층형 스틸 코드는 다수의 필라멘트에 의해 고강력이고, 랩핑 처리에 의해 각 필라멘트간의 결속력이 크므로, 트럭이나 버스와 같은 대형 타이어의 카카스나 벨트부의 보강용 스틸 코드로 주로 사용되고 있다. 그러나, 랩핑 처리된 3층형 스틸 코드도 상기 2층형 스틸 코드의 경우와 마찬가지로 제1층 내지 제 3층 코어의 꼬임방향 및/또는 꼬임주기가 서로 다르게 되어 있으므로, 필라멘트들 간의 기계적인 마찰과, 외부로부터 침투되는 수분이나 염분 등에 의해 화학적인 부식이 동시에 발생되는 프레팅 피로(Fretting fatigue) 현상의 발생이 커서 랩핑 처리된 스틸 코드 및 이를 적용한 타이어의 내구성이 크게 저하되고, 또한 제1 층, 제 2층 및 제 3층 코어 및 랩핑 코어를 별도의 공정으로 따로 꼬아야 하므로 생산성이 저하되고, 제품비용이 증가되는 문제가 발생되었다.

상술한 문제를 해결하기 위하여, 국내특허 제 305503호는 코어층을 구성하는 필라멘트의 꼬임방향을 동일하게 한 3/7 또는 3/8 구조의 타이어 보강용 스틸 코드를 개시하고 있다. 도 1에 이러한 구조의 스틸 코드의 단면을 개략적으로 도시하였다.

도 1을 참조하면, 상기 3/7 또는 3/8 구조는 3개의 필라멘트(1b)로 구성된 제1층 코어(1)와, 7개 또는 8개의 필라멘트(2b)로 구성되어 제1층 코어를 감싸는 제2층 코어(2)로 이루어지되, 제1층 코어와 제2층 코어의 꼬임방향이 동일한 2층형 구조의 타이어 보강용 스틸 코드이다.

그러나, 상기 제1층 코어(1)와 제2층 코어(2)의 꼬임주기가 동일하므로, 스틸 코드의 제조공정은 단순화 되지만, 동일한 꼬임길이,꼬임주기로 인한 접촉 면적이 극대화 되어 3개의 필라멘트로 이루어진 제 1층 코어 부분까지 고무침투가 완전히 이루어 진다고 볼 수 없다.

따라서, 외력에 의해 타이어가 반복적으로 굴곡되면, 프레팅 피로 현상이 발생될 소지가 있으며, 이를 적용한 타이어의 내구성이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점의 해결을 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 코어의 꼬임을 위한 별도의 공정이 필요 없어 생산성 저하 및 제품비용 증가 문제가 최소화되면서, 고무침투성이 향상된 타이어 보강용 스틸코드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고무침투성이 향상된 타이어 보강용 스틸코드를 이용하여 외력에 의한 반복적 굴곡에도 프레팅 피로의 발생 소지가 적은 내구성이 강한 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 기술적 과제의 해결을 위하여 공기입 래디얼 타이어를 구성하는 스틸 코드에 있어서, 1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어와 3개의 필라멘트로 구성된 제2층 코어, 그리고 7개 또는 8개의 필라멘트로 구성된 제 3층 코어로 이루어진 스틸 코드로서, 상기 제1층 코어의 필라멘트는 직선 형태이거나 또는 2차원 파형을 갖으며, 상기 제2층 코어 및 제3층 코어는 동일한 꼬임방향과 꼬임주기로 상기 제 1층 코어를 감싸는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드를 제공한다.

본 발명의 타이어 보강용 스틸 코드는 상기 제3층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 구성된 랩핑 코어가 추가로 구비될 수 있다.

하에서 첨부된 예시도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 스틸 코드는 직선 형태이거나 또는 2차원 파형을 갖는 1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어를 서로 꼬임방향과 꼬임주기가 동일한 제2층 코어 및 제 3층 코어로 감싸는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 2A는 본 발명에 따른 스틸 코드의 예를 도시한 도면으로서 이를 참조하면, 본 발명에 따른 스틸 코드는 직선 형태이거나 또는 2차원 파형을 가진 1개의 필라멘트(1a)로 구성된 제 1층(1)코어, 3개의 필라멘트(2a)로 구성된 제2층 코어(2)와, 8개(또는 7개)의 필라멘트(3a)로 구성된 제3층 코어(3)로 이루어지되, 제2층 코어(2) 및 제 3층 코어(3)가 제1층 코어(1)를 감싸면서 일체화 되고, 제2층 코어(2)와 제3층 코어(3)의 꼬임방향과 꼬임주기는 서로 동일하게 되어 있다.

도 2B는 본 발명에 따른 스틸 코드의 제 1층 코어 필라멘트(1a)의 확대도로서 이를 참조하면, 본 발명의 스틸 코드에서 상기 제1층 코어(1)는 직선 형태이거나 또는 2차원 파형을 가진 1개의 필라멘트(1a)로 구성되는데, 2차원 파형을 갖는 경우 L = 0 ~ 60 d₁ (mm), A = 0.02 ~ 3.0 d₁ (mm) 인 조건을 만족한다. (여기에서 d₁ 은 제 1층 코어 필라멘트의 직경(mm)이고, L은 2차원 파형의 파장(mm)이며, A는 2차원 파형의 진폭(mm)임)

또한, 본 발명의 스틸 코드에서 제 1층 코어(1)를 구성하는 필라멘트(1a)의 직경(d₁)은 0.10~0.40mm이며, 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트 (2a,3a)들의 직경(d₂, d₃)은 제 1층 코어 필라멘트(1a)의 직경(d₁)의 0.8∼5배의 범위 내인 것이 바람직하다.

또한 상기 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 갖는 제 2층 코어(2) 및 제 3층 코어(3)의 꼬임주기는 제3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트 직경(d₃)의 20∼100배이다.

이와 같은 조건을 만족하는 직선 또는 2차원 파형을 갖는 제 1층 코어는 스틸 코드에 고무를 토핑하는 경우 고무가 침투할 수 있는 공간을 확보하여 타이어의 내구성을 향상시키는 효과를 제공한다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 예를 도시한 도면으로서, 도 2A의 스틸코드를 랩핑 처리한 스틸코드의 단면 모식도이며, 여기서 제1 층 코어(1), 제 2층 코어(2), 제 3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트(1a,2a,3a)의 직경 및 이들의 관계는 도 2A 즉, 랩핑 처리되지 않은 스틸코드의 경우와 동일하며, 랩핑 코어(4)의 필라멘트(4a)의 꼬임방향은 제2,3층 방향과 반대이고, 꼬임 주기는 2~10mm이다.

또한, 도 2A 및 3의 예에서 랩핑 코어(4)를 제외한 제1,2,3층 코어(1,2,3)의 필라멘트(1a,2a,3a)는 카본이 0.70∼1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공(Drawing)한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01∼5.00㎛ 두께로 도금한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1,2,3층 코어(1,2,3)의 필라멘트(1a,2a,3a) 표면을 도금 처리하면, 이들 필라멘트(1a, 2a,3a)와 고무 간의 상호 접착력이 크게 증가되는 이점을 가진다.

한편, 본 발명에 따른 스틸코드는 공기입 래디얼 타이어의 카카스 부와

체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나의 보강용 스틸 코드로 이용될 수 있으며, 본 발명의 스틸 코드에 고무 토핑 시, 하기의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

n = 0.6 / (0.27 d₁ ² + 0.73 d₂ ²),

D + 0.1 ≤ t ≤ D + 2.4

(여기에서 n은 고무토핑시 폭 1인치당 스틸코드의 가닥수, t는 본 발명에 따른 스틸코드를 포함한 시트의 두께, d₁, d₂ 는 각각 제 1층 코어, 제 2층 코어의 직경, D는 본 발명에 따른 스틸코드의 직경으로서 랩핑처리된 경우 이를 포함한 값임)

이하에서는 구체적인 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

실시예 1은 본 발명에 따른 1+3/8구조의 스틸 코드로서, 직선 형태의 제 1층 코어 필라멘트를 사용하였으며 그 물성 평가를 수행하여 하기의 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 2 역시 본 발명에 따른 1+3/8구조의 스틸 코드로서, 2차원 파형을 가진 제 1층 코어 필라멘트를 사용하였으며 그 물성 평가를 수행하여 하기의 표 1에 함 께 나타내었다.

[비교예 1]

비교예는 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 3/8구조로 된 스틸 코드로서, 그 물성 평가를 수행하여 하기의 표 1에 함께 나타내었다.

[표 1]

	구분		비교예 1	실시예1	실시예2
구 성	규격		3/8(0.35)	1(0.11)+3/8(0.35)	1(0.11)+3/8(0.35)
	선재 C wt %		0.82	0.82	0.82
	제 1층 코어필라멘트여부		x	0	0
	제 1층 코어필라멘트 형태 여부		-	직선	2차원 파형
물 성	피로한계응력 (kgf/mm2)		110	110	110
	초기 접착력 (kgf/mm²)		185	187	190
	열노화성 (kgf/mm²)	7일 14일 21일	175 170 166	184 177 175	184 180 179
	내습성 (kgf/mm² )	7일 14일 21일	178 172 170	183 179 175	186 182 178
	내온수성 (kgf/mm² )	7일 14일 21일	169 165 162	174 170 167	176 173 170
	내염수성 (kgf/mm² )	7일 14일 21일	175 169 164	178 173 170	179 175 173

[물성 평가 방법]

* 피로한계응력은 RBT(Rotating Beam Tester, made in Bekaert)에 의해 측정하였다

(피로한계응력에서 100만회 이상 회전)

* 초기 고무접착력은 150℃x30min 조건에서 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.

* 열노화성은 100℃의 오븐(oven) 조건에서, 내습성은 70℃,96%RH 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.

* 내온수성은 70℃ 조건에서, 내염수성은 NaCl 20% 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예1, 2의 직선 또는 2차원 파형의 제 1층 코어를 포함하는 1+3/8구조가 초기 접착력을 비롯한 내구성 전반에 걸쳐 비교예 1의 3/8구조보다 약 5%이상 우월한 효과를 보임을 알 수 있다. 한편, 제 1층 코어 필라멘트의 형부는 직선일 때 보다는 2차원 파형을 가질 때 더욱 내구성이 우월함을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따라 제 1층 코어로서 2차원 또는 형부가 주어지지 않은 필라멘트를 삽입한 1+3/7 또는 1+3/8구조의 스틸코드는, 별도의 꼬임공정이 필요하여 생산성저하 및 제품비용증가 문제가 있었던 종래 3+9+15+w 3층형 구조나 제 1, 2층 코어가 동일 꼬임방향, 꼬임주기임으로 인해 고무침투성이 떨어져 내구성 저하 문제가 있었던 3/7, 3/8 구조의 2층형 구조의 스틸코드와는 달리 별도의 꼬임공정이 불필요하면서도 고무침투성이 향상된 타이어 보강용 스틸코드 및 이를 이용한 내구성이 우수한 타이어를 제공할 수 있다.

Claims

1개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어와 3개의 필라멘트로 구성된 제2층 코어, 그리고 7개 또는 8개의 필라멘트로 구성된 제 3층 코어로 이루어진 스틸 코드로서, 상기 제1층 코어의 필라멘트는 직선 형태이거나 또는 2차원 파형을 가지며, 상기 제2층 코어와 제3층 코어는 동일한 꼬임방향과 꼬임주기로 상기 제 1층 코어를 감싸는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.

제 1항에 있어서, 상기 스틸코드는 상기 제3층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 구성된 랩핑 코어를 추가로 포함하고, 상기 랩핑 코어의 꼬임방향은 상기 제2층 코어 및 제3층 코어의 꼬임방향과 반대인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.

제 1항에 있어서, 상기 제1층 코어를 구성하는 필라멘트는 L = 0 ~ 60 d₁ (mm), A = 0.02 ~ 3.0 d₁ (mm)의 조건을 만족하는 2차원 파형 형상을 가진 것임을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.

(여기에서 d₁ 은 제 1층 코어 필라멘트의 직경(mm)이고, L은 2차원 파형의 파장(mm) 이며, A는 2차원 파형의 진폭(mm)임)

제 1항에 있어서, 상기 제1층 코어를 구성하는 필라멘트의 직경(d₁)은 0.10~0.40mm이고, 제2층 코어 및 제3층 코어를 구성하는 필라멘트들의 직경(d₂, d₃)은 제1층 코어 직경(d₁)의 0.8∼5배이며, 제 2층 및 제 3층 코어의 꼬임주기는 제3층 코어를 구성하는 필라멘트 직경(d₃)의 20∼100배인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.

제 2항에 있어서, 상기 제3층 코어를 감싸는 랩핑 코어의 꼬임주기는 2∼10㎜범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.

제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1,2,3층 코어를 구성하는 필라멘트는 카본 함량이 0.70∼1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01∼5.0㎛ 두께로 도금한 것임을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.

제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 스틸 코드가 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나의 보강용 스틸 코드로 적용 되어진 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어.

제 7항에 있어서, 상기 스틸 코드를 카카스부와 체파부 및 벨트부중 적어도 하나에 적용 하기위해 스틸 코드에 고무 토핑 시, 하기의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어.

n = 0.6 / (0.27 d₁ ² + 0.73 d₂ ²),

D + 0.1 ≤ t ≤ D + 2.4

(여기에서 n은 고무토핑시 폭 1인치당 스틸코드의 가닥수, t는 본 발명에 따른 스틸코드를 포함한 시트의 두께, d₁, d₂ 는 각각 제 1층 코어, 제 2층 코어의 직경, D는 본 발명에 따른 스틸코드의 직경임)