KR100686433B1

KR100686433B1 - 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드 및 그를 이용한 공기입래디얼 타이어

Info

Publication number: KR100686433B1
Application number: KR1020050111741A
Authority: KR
Inventors: 허성혁; 황금강
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-02-26

Abstract

본 발명은 2+8+n 또는 2+8+n+w(n=13~14) 구조를 가지는 스틸 코드에 있어서, 2가닥의 코어 필라멘트의 직경을 서로 다르게 한 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 2가닥의 코어 필라멘트의 직경을 서로 다르게 함으로써 시스층 필라멘트간의 내부공간을 개방화하여 고무침투성이 향상될 뿐만 아니라, 코어 필라멘트로의 응력집중 현상을 방지할 수 있어 내구성이 우수한 타이어의 제조에 적용될 수 있다.

스틸 코드, 코어 필라멘트, 고무침투성, 응력집중

Description

공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드 및 그를 이용한 공기입 래디얼 타이어{STEEL CODE FOR PNEUMATIC RADIAL TIRE AND PNEUMATIC RADIAL TIRE USING THE SAME}

도 1은 종래의 2+8+n+w(n=14) 구조로 된 타이어용 스틸 코드의 단면 모식도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 코드의 단면 모식도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 코어층

10: 큰 직경을 가지는 코어 필라멘트

15: 작은 직경을 가지는 코어 필라멘트

2, 20: 제 1시스층

3, 30: 제 2시스층

4, 40: 랩핑 필라멘트

d1: 큰 직경을 가지는 코어 필라멘트의 직경

d2: 작은 직경을 가지는 코어 필라멘트의 직경

d3: 제 1시스층 및 제 2시스층 필라멘트의 직경

본 발명은 래디얼 타이어용 스틸 코드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2+8+n(n=13~14) 구조 또는 2+8+n+w 구조의 스틸 코드에 있어서, 2가닥의 코어 필라멘트의 직경을 서로 다르게 함으로써 시스층 필라멘트간에 내부공간을 확보하여 고무침투성을 향상시키고 2가닥 코어 필라멘트로의 응력집중현상을 개선하여 타이어의 내구성을 향상시킨 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드에 관한 것이다.

통상적으로 중하중용 래디얼 타이어의 카카스부, 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.

종래에는 트럭 또는 버스용 공기입 래디알 타이어의 카카스(Carcass)층에 사용되는 스틸코드로서 3개의 필라멘트를 연선한 코어층과 코어층의 주위에 코어 필라멘트와 지름이 동일한 9개의 필라멘트로 구성된 제 1 시스(sheath)층, 그리고 최외층으로서 스파이럴 랩핑(Spiral Wrapping)층을 갖는 3+9+w 구조, 또는 상기와 같은 코어층, 제 1 시스층과 제 1 시스층 주위에 15개의 필라멘트로 구성된 제 2 시스층, 그리고 최외층으로서 스파이럴 랩핑층을 갖는 3+9+15+w 구조가 일반적으로 사 용되어 왔다.

그러나, 일반적인 3+9+w 구조 또는 3+9+15+w 구조에서는 랩핑와이어에 인접한 안쪽 시스층을 구성하는 각각의 필라멘트가 서로 컴팩트(compact)하게 접촉되어 있어, 스틸코드에 고무를 입힐 때 내부로의 고무 침투가 어려워져 폐쇄공간이 형성되는 것을 피할 수 없고, 완제품 타이어 상에서 카카스 고무가 코어의 중심까지 충분히 침투하는 것이 불가능하다.

따라서, 타이어 제조 공정 중에 타이어 내에 함유된 수분, 또는 주행 중에 받는 외상 등에 의한 균열로부터 침투한 수분에 의해 스틸 코드의 금속 표면에서 부식이 발생하게 되고, 이러한 부식으로 인한 스틸 코드 자체의 물성 저하에 기인하여 카카스층 파괴 및 부식이 발생한다. 또한, 타이어의 주행 중 발생하는 카카스층의 반복적인 변형이 스틸 코드를 구성하는 필라멘트간의 프레팅(fretting)을 발생시키고, 이러한 프레팅은 랩핑 와이어에 의해 가속화될 수 있다는 단점이 있다. 또한, 랩핑 와이어는 스틸 코드의 직경을 증가시켜 탑핑 게이지(topping gauge)를 증가시키며, 이로 인한 타이어의 중량 증가, 그리고 RR(Rolling Resistance)의 증가를 가져와 연비를 저하시킨다.

한편, 이러한 3+9+w 구조 및 3+9+15+w 구조의 단점을 보완하기 위하여 1x12 또는 1x27 컴팩트(compact) 구조가 개발되었다. 컴팩트 구조는 이를 구성하는 모든 필라멘트의 꼬임 길이가 서로 동일하므로 필라멘트 간의 접촉 형태에서 선 접촉 형태로 바뀌어 접촉 압력이 낮아져 프레팅 발생을 억제시키는 효과가 있다. 또한, 모든 필라멘트의 꼬임 길이가 서로 동일하여 연선 공정의 단순화를 통한 스틸 코드의 제조 공정 단순화가 가능하고, 이에 따라 스틸 코드의 생산성 향상 및 제조 단가의 절감이 가능한 장점이 있다.

그러나, 1x12 또는 1x27 구조는 컴팩트 구조를 형성하므로 내부로의 고무 침투성 측면에서는 저조한 성능을 나타내며, 이로 인한 스틸 코드의 부식 발생과 함께 코어에 대한 시스 필라멘트의 구속력이 약해 타이어가 주행 중에 받는 반복적인 압축이나 휨에 의하여 코어 필라멘트가 코드의 절단 부위로 빠져나가는 이른바 코어 이동(core migration) 현상이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

이에 대해서는, 고무 침투성 개선 및 코어 이동 현상 방지를 위해서 코어 또는 시스 중 최소 1개 이상의 필라멘트에 파상이나 스파이럴 모양의 형부를 가하여 필라멘트 사이에 고무 침투가 용이하도록 공간을 형성시키는 기술이 제안되고 있다. 하지만, 이러한 기술은 미리 파상이나 스파이럴 모양의 형부를 가하는 공정이 필요하고, 또 코드 지름의 증가를 수반하여 압연시의 고무 두께를 증가시켜야 하기 때문에 타이어의 경량화 측면에서 불리하다. 또한, 파상이나 스파이럴 모양의 형부가 가해진 코드의 경우 저하중 신율이 커서 압연시의 코드 텐션(tension)에 의해서도 쉽게 변형이 되어 압연물의 평탄성이 저조하게 되고, 따라서, 평탄성을 확보하기 위해서 정밀한 코드 텐션 관리가 이루어져야 하는 단점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로서 대한민국 특허공개 제2004-43978호는 시스층의 필라멘트 수를 줄여서 고무 침투성을 향상시키는 동시에 코어 필라멘트를 직선으로 평행하게 배열하여 연선시키지 않고, 단지 시스층의 필라멘트를 연선시켜 제조된 2+8+n 구조 또는 2+8+n+w 구조의 타이어 스틸 코드를 개시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 2+8+n 구조 또는 2+8+n+w 구조의 스틸 코드는 평행하게 배열된 2가닥의 코어 필라멘트로 이루어진 코어층(1)과 8개의 필라멘트로 이뤄진 제 1시스층(2),및 13-14개의 필라멘트로 이뤄진 제 2시스층(3)으로 이루어져 있으며, 여기에 최외각층으로서 랩핑 필라멘트(4)가 추가로 구비될 수 있다.

이와 같은 종래의 2+8+n 구조 또는 2+8+n+w 구조의 스틸 코드는 측선의 배열이 컴팩트하지 않고, 필라멘트간에 공간이 있어서 코어까지의 충분한 고무 침투성을 확보할 수 있어 스틸 코드의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 코어의 꼬임이 없기 때문에 직선으로 평행하게 배열된 2개의 코어 필라멘트에 의해서 완성된 스틸 코드의 단면은 축 방향으로 일정한 타원형의 형상을 갖고, 따라서 이방성 성질을 갖게 된다. 이러한 이방성 성질은 탑핑 게이지를 낮추면서 굽힘 저항력이 동등한 스틸 코드를 제조하는 것을 가능하게 한다.

이러한 코어 평행 구조의 스틸코드는 연선이 매우 간단하고 용이하여 스틸 코드의 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 꼬임이 안정적이어서 고무 침투성이 우수하여 타이어 내구성을 향상시킬 수 있고, 또한 이방성 성질을 가져 휨 저항성(bending stiffness) 감소 없이 탑핑 게이지를 낮출 수 있어 타이어의 경량화가 가능한 이점을 가진다.

그러나, 상기 코어 평행 구조는 스틸 코드에 인장 또는 압축 응력이 가해질 경우 꼬임을 위한 변형이 있는 제 1 시스층(2) 또는 제 2 시스층(3)의 필라멘트 보다는 변형이 없는 직선의 코어 필라멘트(1)에 우선적으로 응력이 집중되어 코어 필라 멘트(1)가 먼저 파괴되고, 이후에 제 1,2 시스층의 필라멘트(2,3)에 응력이 집중되어 2차 파괴로 진행된다.

따라서 이론적인 스틸 코드의 인장강도(각 필라멘트가 내재하고 있는 인장강도의 합)보다 더 낮은 응력 하에서 스틸 코드의 파괴가 발생하게 된다. 이로 인해 코어 평행 구조의 스틸 코드는 이론적인 인장강도와 실제의 파괴강도 차이 만큼의 추가적인 스틸 코드를 필요로 하게 되고, 이로 인해 타이어 중량의 증가와 연비저하 현상을 일으키는 문제점을 가진다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 하나의 목적은 2+8+n 또는 2+8+n+w(n=13~14) 구조를 가지는 스틸 코드에 있어서, 시스층 필라멘트간에 내부공간을 확보하여 고무침투성을 향상시키고 2가닥 코어 필라멘트로의 응력집중현상을 개선하여 타이어의 내구성을 향상시킨 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 2+8+n 또는 2+8+n+w(n=13~14) 구조로 된 고무침투성을 향상시킨 스틸코드를 적용하여 내구성이 향상된 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제의 해결을 위한 본 발명의 하나의 양상은 공기입 래디얼 타 이어용 스틸 코드에 있어서, 2가닥의 코어 필라멘트로 구성된 코어층과 상기 코어 필라멘트를 감싸고 있는 8개의 필라멘트로 구성된 제 1 시스층, 및 제 1 시스층과 인접하여 꼬여 있는 13개 내지 14개의 필라멘트로 구성된 제 2 시스층으로 이루어진 2+8+n(n=13~14) 구조로 되어 있는 스틸 코드로서, 상기 2가닥의 코어 필라멘트의 직경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드에 관계한다.

여기에서 상기 2+8+n 구조의 스틸코드는 필요에 따라 최외곽층으로서 랩핑 필라멘트(w)를 추가로 구비할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 상기 2가닥의 코어 필라멘트의 직경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 2+8+n 또는 2+8+n+w 구조의 스틸코드를 이용하여 제조한 공기입 래디얼 타이어에 관계한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 2+8+n(n=14)+w구조인 스틸 코드의 단면 모식도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명에 의한 스틸코드는 2가닥의 코어 필라멘트(10,15)로 구성된 코어층과 상기 코어 필라멘트를 감싸고 있는 8개의 필라멘트로 구성된 제 1 시스층(20), 그리고 제 1 시스층과 인접하여 꼬여 있는 13개 내지 14개의 필라멘트로 구성된 제 2 시스층(30)으로 이루어져 있으며, 상기 2가닥의 코어 필라멘트 (10,15)는 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드는 필요에 따라 2+8+n 구조의 최외각층에 랩핑 필라멘트(40)를 추가로 구비할 수 있다.

종래의 2+8+n 또는 2+8+n+w 구조의 스틸코드는 기존 3+9+15 또는 3+9+15+w 구조에 비해 시스층의 필라멘트 수를 감소시켜 측선 배열이 컴팩트하지 않아 고무침투성을 향상시킬 수 있으나, 본 발명에 따라 2가닥 코어 필라멘트의 직경을 다르게 한 경우 더욱 우수한 고무침투성을 나타낼 수 있다.

즉, 2가닥 코어 필라멘트(10,15)의 직경을 서로 다르게 한 1x2 구조의 코어층의 전체 직경이 제 1 시스층(20)에 의해서 형성되는 내부 공간보다 클 경우, 제 1 시스층 필라멘트(20) 사이에 강제로 공간을 부여하게 되며 이에 따라 제 2 시스층(30)에도 자연스럽게 공간이 발생하여 전체 구조의 개방화(Open)를 유도하므로 내부로의 고무침투성을 향상시킨다.

또한, 2가닥 코어 필라멘트(10,15)간의 직경이 서로 다름으로 인해 이들이 이루는 파동형태가 비대칭형으로 되므로 타이어에 변형이 가해질 경우에도 코어의 유동성을 줄여 프레팅 마모를 감소시킬 수 있어 내구성의 향상이 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 2가닥의 코어층 필라멘트(10,15) 중 큰 직경을 가진 필라멘트(10)의 직경(d1)과 작은 직경을 가진 필라멘트(15)의 직경(d2) 그리고 제 1 시스층 필라멘트(20) 및 제 2시스층 필라멘트(30)의 직경(d3)은 하기 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

1.2 < d1/d2 < 3.3,

1.0 < (d1 + d2)/d3 < 2.0

상기 d1/d2의 값이 1.2 이하인 경우 코어 필라멘트(10,15)의 꼬임에 의해서 측선에 규칙적인 파동형태를 부여하기가 어려워 고무침투성이 떨어지게 되며, 3.3 이상인 경우 코어 필라멘트(10,15) 2가닥의 꼬임을 만들기가 어려워짐으로 인해 제 1 시스층(20)의 꼬임이 불안정하게 된다

또한, 상기의 수학식을 만족하기 위해 본 발명에서 사용되는 제 1 시스층 필라멘트(20) 및 제 2 시스층의 필라멘트(30)의 직경(d3)은 0.15 mm - 0.40 mm 범위 내인 것이 바람직하다.

상기 (d1 + d2)/d3의 값이 1.0 이하이면 제 1 시스층(20)의 개방화를 유도할 수 없으며, 2.0 이상인 경우 제 1 시스층(20)의 꼬임이 불안정하게 된다.

본 발명에서 2가닥의 코어 필라멘트(10,15) 중 큰 직경을 가진 필라멘트(10)의 강력(S1)과 작은 직경을 가진 필라멘트(15)의 강력(S2)은 0.8 < S2/S1 < 1.0의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이는 스틸코드의 강력은 코어 필라멘트 중 직경이 작은 필라멘트(15)보다는 직경이 큰 필라멘트(10)에 영향을 받게 되기 때문이다.

상기 S2/S1 값이 0.8 이하인 경우 작은 직경을 가진 필라멘트(15)의 강력이 작아 스티프니스(stiffness)가 떨어짐으로 인해 코어 필라멘트(10,15)의 꼬임형태가 대칭적인 파동형태를 가지게 되어 고무침투성이 감소되고, 1.0 이상인 경우 작은 직경을 가진 필라멘트(15)의 스티프티스가 더 높음으로 인해 꼬임의 파동형태가 매우 불규칙해져서 제 1 시스층 필라멘트(20)의 꼬임이 불안정하게 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 스틸코드는 직경이 다른 2가닥의 코어 필라멘트(10,15)로 이루어진 코어층 위에 8가닥의 필라멘트로 제 1 시스층(20)을 연선하고, 그 위에 13~14가닥의 필라멘트로 제 2시스층(30)을 연선하여 제조한다.

본 발명의 스틸코드는 공기입 래디얼 타이어의 고무제품 보강을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 스틸코드를 이용한 공기입 래디얼 타이어는 고무침투성 및 내구성이 향상되어 트럭 또는 버스등의 중하중용 래디얼 타이어로서 용도 전개가 가능하다.

이하에서 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하나, 이는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

직경이 각각 0.25 mm와 0.18 mm인 2가닥의 코어 필라멘트를 사용하여 2+8+14(0.22)+w(0.15) 구조로 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드를 제조하고, 그 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[비교예]

2가닥 모두 0.24 mm인 코어 필라멘트를 꼬임이 없이 평행 배열하여 2+8+14(0.22)+w(0.15) 구조로 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드를 제조하고, 그 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.

[표 1]

특 성		실시예	비교예
스틸코드의 구성	구 조	2(0.25,0.18)+8+14(0.22)+w	2(0.24)+8+14(0.22)+w
	꼬임 길이(mm) (코어/제1시스/제2시스/랩핑)	5.0/10.0/15.0/5.0	-/10.0/15.0/5.0
	꼬임 방향 (코어/제1시스/제2시스/랩핑)	S/S/Z/S	-/S/Z/S
스틸코드의 물성	코어의 고무부착율(%)	60	50
	절단강력(%)	100	95
	내수노화(%)	95	90
	내염수노화(%)	95	90

상기 표 1에 나타난 물성 평가는 다음과 같이 측정하였다.

* 고무부착율은 고무접착력의 측정후 스틸코드를 해체하여 고무가 코어 필라멘트를 덮고 있는 비율로 나타내었다.

* 절단강력은 ASTM D2969에 의해 측정되었고 측정기기는 INSTRON사의 Tensile Testing Apparatus를 사용하였다.

* 내수노화 및 내염수노화는 노화시험 전의 접착력 대비 각 수분(70℃ X 3주) 및 염수(20% NaCl X 3주) 조건에서 노화된 후의 접착력 비를 측정하였으며, 측정기기는 ASTM D2229-99를 사용하였다.

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드는 코어 필라멘트 간의 직경 차이에 의해 코어 층에 더 많은 공간이 확보되며 이로 인한 고무 침투량의 증가로 코어의 고무 부착율이 비교예에 비해 약 10% 향상됨을 알 수 있다.

또한, 절단강력은 비교예의 0.24mm 2 가닥에 비해 실시예는 0.25mm 1가닥과 0.18mm 1가닥으로 전체적인 선경이 작음에도 불구하고, 비교예 대비 약 5% 이상 향상되어 코어 필라멘트로의 응력집중 현상이 방지되고 있음을 확인할 수 있다.

나아가, 내수노화 및 내염수노화의 경우 비교예보다 5% 상승하여 부식에 기인한 스틸 코드의 파괴 현상이 방지됨을 확인할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따라 제조된 2가닥 코어 필라멘트의 직경을 서로 다르게 한 것을 특징으로 하는 2+8+n 또는 2+8+n+w 구조의 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드는 시스층 필라멘트간의 내부공간을 개방화하여 고무침투성이 향상될 뿐만 아니라, 코어 필라멘트로의 응력집중 현상을 방지할 수 있어 내구성이 우수한 타이어의 제조에 적용될 수 있다.

Claims

직경이 서로 다른 2가닥의 코어 필라멘트로 구성된 코어층, 상기 코어 필라멘트를 감싸고 있는 8개의 필라멘트로 구성된 제 1 시스층, 및 제 1 시스층과 인접하여 꼬여 있는 13개 내지 14개의 필라멘트로 구성된 제 2 시스층으로 이루어진 2+8+n(n=13~14) 구조로 되어 있는 스틸 코드로서, 상기 직경이 서로 다른 2가닥의 코어 필라멘트와 제 1시스층 및 제 2시스층 필라멘트의 직경은 하기 수학식 1의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드.

[수학식 1]

1.2 < d1/d2 < 3.3,

1.0 < (d1 + d2)/d3 < 2.0

(상기 식에서 d1은 큰 직경을 가진 필라멘트의 직경, d2는 작은 직경을 가진 필라멘트의 직경, d3은 제 1 시스층 및 제 2시스층 필라멘트의 직경임)
제 1항에 있어서, 상기 스틸코드는 최외곽층으로서 랩핑 필라멘트를 추가로 포함하는 2+8+n+w구조인 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 1 시스층 필라멘트 및 제 2 시스층 필라멘트의 직경(d3)은 0.15mm - 0.40mm 인 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 2가닥의 코어 필라멘트 중 큰 직경을 가진 필라멘트의 강력(S1)과 작은 직경을 가진 필라멘트의 강력(S2)은 0.8 < S2/S1 < 1.0의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드.
제 1항 또는 제 2항에 따른 스틸코드를 이용하여 제조한 공기입 래디얼 타이어.