KR100818810B1

KR100818810B1 - 비포장도로용 타이어 및 콘베이어 벨트 보강용 스틸 코드

Info

Publication number: KR100818810B1
Application number: KR1020037006514A
Authority: KR
Inventors: 반네스티스티은; 보스틴스티븐; 데로레니코; 메이에르스샤우트디르크
Original assignee: 엔.브이. 베카에르트 에스.에이.
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2008-04-01
Also published as: DE60115706D1; JP4316879B2; ATE312228T1; EA200300625A1; CN1478162A; JP2004522864A; KR20030060106A; AU2002215051A1; EP1346102A1; CN1252348C; US20040045652A1; ES2252311T3; UA74229C2; EA004583B1; BR0115818B1; BR0115818A; WO2002044464A1; US7152391B2; DE60115706T2; EP1346102B1

Abstract

본 발명에 따른 스틸 코드는 금속코어 스트랜드(11)와 인접한 층의 스틸요소(13)로 구성된다. 금속코어 스트랜드(11)와 인접한 층의 스틸요소(13) 사이에는 0.02 mm 보다 큰 최소두께를 갖는 폴리머층(16)이 형성된다. 이들 스틸 코드는 비포장도로용 타이어 또는 콘베이어 벨트를 보강하는데 사용될 수 있다.

스틸 코드, 금속코어 스트랜드, 스틸 필라멘트, 폴리머층

Description

비포장도로용 타이어 및 콘베이어 벨트 보강용 스틸 코드 {STEEL CORD FOR REINFORCING OFF-THE-ROAD TIRES AND CONVEYOR BELTS}

본 발명은 스틸 코드에 관한 것으로, 특히 고무타이어, 특히 비포장도로용 타이어 및 콘베이어 벨트를 보강하는데 사용할 수 있게 된 스틸 코드에 관한 것이다.

일반적으로 고무제품의 보강을 위하여 사용되는 스틸 코드에 있어서는 고인장강도의 스틸 필라멘트를 사용하는 고인장강도의 코드를 이용하는 경향이 있다.

비포장도로용 타이어나 콘베이어 벨트에는 여러 층의 스틸요소로 구성되는 스틸 코드가 사용된다. 하나 이상의 층으로 된 스틸요소가 "금속코어 스트랜드"라 하는 스틸 코드를 둘러싼다. 이들 스틸요소는 스틸 코드 또는 스트랜드일 수 있으며 예를 들어 전형적인 비포장도로용 스틸 코드 구조 7×(3+9)를 이룰 수 있도록 한다. 이들 요소는 또한 스틸 필라멘트일 수 있으며 예를 들어 3+9+15 구조의 동심원층형 코드를 제공할 수 있다.

그러나, 이들 형태의 스틸 코드에 고인장강도의 스틸 필라멘트를 사용하는 것은 불리하다. 이러한 고인장강도의 스틸 필라멘트가 사용될 때, 스틸 필라멘트가 스트랜드로 전환되는 과정 중 꼬는 단계(twisting step)에 의하여 인장강도가 크게 손실되는 것으로 알려져 있다. 스트랜드, 다층형 스트랜드, 즉 동심원층형 코드에 축방향 하중이 가하여질 때, 이들 스트랜드 또는 코드의 여러 필라멘트는 서로에 대하여 방사상의 힘을 가하는 결과를 가져온다. 말하자면 이들은 서로를 압박한다. 필라멘트의 인장강도가 크면 클 수록 동시에 가하여지는 방사상 및 축방향 하중하에 인장강도의 손실이 커지는 것으로 확인되었다.

이는 필라멘트의 인장강도가 크면 클 수록 필라멘트를 스트랜드 또는 동심원층형 코드로 전환하는데 수행되는 꼬는 단계에 의하여 인장강도의 손실이 커진다는 사실을 설명한다. 더욱이, 다중-스트랜드 또는 동심원층형 코드의 구조가 복잡하면 복잡할 수록 인장강도의 손실이 커진다. 특히, 여러 층의 꼬임방향이 상이할 때, 예를 들어 금속코어 스트랜드가 Z-방향으로 꼬여질 때, 제1층의 스틸 필라멘트는 이 금속코어 스트랜드의 둘레에 S-방향으로 꼬여지고 제2층은 하부층과 금속코어 스트랜드의 둘레에 다시 Z-방향으로 꼬여진다.

따라서, 통상적으로 고인장강도의 스틸 필라멘트를 사용하면 스틸 코드나 스트랜드에 부여되는 인장강도와 파괴하중이 중간 정도 또는 보통 정도로 되는 반면에, 고인장강도의 스틸요소를 사용한다는 것은 스틸 코드 또는 스트랜드에 대해 인장강도와 파괴하중이 더 커진다는 것을 시사하는 것이다.

이러한 인장강도의 손실을 줄이기 위한 방법으로서 충분히 고무가 침투될 수 있는 고인장강도의 스틸 필라멘트로 구성되는 스틸 코드를 제공하는 것이 제안된 바 있다. 그러나 그 결과는 완전히 충분한 것은 아니었다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 고무타이어, 특히 비포장도로용 타이어 또는 콘베이어 벨트를 보강하는데 적합한 고인장 스틸 코드의 인장강도 또는 파괴하중의 손실을 줄이는데 있다.

본 발명에 따른 스틸 코드는 금속코어 스트랜드의 둘레에 꼬여지는 하나 이상의 층으로 된 스틸요소로 구성된다. 이들 스틸요소는 스틸 필라멘트 또는 스틸 스트랜드일 수 있다. 스틸요소의 하나 이상의 층은 동일 또는 상이한 꼬는 방향 및/또는 각도를 이용하여 금속코어 스트랜드의 둘레에 꼬여질 수 있다. 본 발명의 주제에 따른 스틸 코드를 제공하기 위하여 상이한 스틸 필라멘트 직경 또는 스트랜드 구조가 이용될 수 있다. 본 발명의 주제에 따른 스틸 코드는 소위 콤팩트 코드, 다중-스트랜드 구조 또는 동심원층형 구조라 할 수 있다.

본 발명에 따른 스틸 코드는 폴리머물질의 층이 금속코어 스트랜드와 이 금속코어 스트랜드의 둘레에 꼬여지는 적어도 한 층의 스틸요소 사이에 제공되고, 폴리머물질의 두께가 0.02 mm ~ 0.120 mm임을 특징으로 한다.

본 발명의 주제에 따른 스틸 코드의 상이한 스틸요소를 제공하기 위하여 사용된 필라멘트는 2000 N/㎟ 보다 큰 인장강도, 바람직하게는 2500 N/㎟ 보다 큰 인장강도, 가장 바람직하게는 2800 N/㎟ 보다 큰 인장강도를 갖는다.

본 발명의 주제에 따른 스틸 코드의 상이한 스틸요소를 제공하기 위하여 사용된 필라멘트의 직경은 0.8 mm 미만, 바람직하게 0.15~0.6 mm 사이, 가장 바람직하게 0.175~0.35 mm 사이이다.

본 발명에 따른 스틸 코드는 폴리머물질의 층이 금속코어 스트랜드와 이 금속코어 스트랜드의 둘레에 꼬여진 적어도 한 층의 스틸요소 사이에 제공되는 것을 특징으로 한다. 이 폴리머물질의 층은 금속코어 스트랜드와 인접한 스틸요소의 측을 서로 분리한다. 폴리머 층은 금속코어 스트랜드의 필라멘트와 인접한 스틸요소의 층 사이의 광범위한 접촉을 방지한다. 금속코어 스트랜드와 인접한 스틸요소의 층 사이의 폴리머 층의 최소두께는 0.02 mm ~ 0.120 mm이고, 바람직하게는 0.035 mm ~ 0.120 mm이며, 가장 바람직하게는 0.05 mm ~ 0.120 mm이고, 예를 들어 0.1 mm ~ 0.120 mm이다.

이러한 최소두께는 다음과 같이 측정된다.

- 코드를 적어도 5 곳의 상이한 부위에서 방사상으로 절단하고, 이 절단변부를 연마하여 코드의 단면을 사진촬영한다.

- 각 단면에 대하여, 금속코어 스트랜드와 스틸요소의 층의 각 스틸요소 사이의 최소거리를 측정한다. 이러한 측정은 금속코어 스트랜드에 가장 근접한 스틸요소의 필라멘트와 스틸요소에 가장 근접한 금속코어 스트랜드의 필라멘트 사이의 거리를 측정하여 수행한다. 이들 최소거리로부터 평균거리를 계산한다.

- 폴리머 층의 최소두께를 적어도 5곳의 상이한 방사상 단면으로부터 얻은 적어도 5개의 평균거리를 평균하여 폴리머 층의 최소두께를 계산한다.

이러한 최소두께는 스틸요소의 인접한 층이 금속코어 층 둘레에 꼬여지기 전에 폴리머물질의 층을 금속코어 스트랜드의 둘레에 제공함으로써 얻을 수 있다. 최상의 결과를 얻기 위하여, 스틸요소의 인접한 층을 꼬기 전에 금속코어 스트랜드의 둘레에 제공된 폴리머 층의 최소두께는 최소 0.05 mm 이고, 가장 바람직하게 0.1 mm 보다 크다. 이 두께는 코팅되거나 코팅되지 않은 스트랜드 또는 필라멘트의 광학적인 직경차를 2로 나누어 측정된다. 스틸요소의 인접한 층을 꼬기 전 폴리머 층의 얇은 두께는 사용된 필라멘트의 특정한 직경에 의한 것으로 여겨지는 금속코어 스트랜드와 인접한 스틸요소 사이의 빈번한 국지적인 접촉점에서 나타난다. 이러한 가정을 뒷받침할 입증된 이론없이 얇은 층의 폴리머물질이 사용될 때 인접한 층 또는 인접한 층에 존재하는 스트랜드를 제공하기 위하여 사용된 가는 필라멘트는 본 발명에 따른 스틸 코드를 꼬는 도중에 폴리머 층을 통과하여 절단될 수 있다. 꼬는 도중에, 인접한 스틸요소는 금속코어 스트랜드를 향하여 방사상 내측으로 이동한다. 즉, 스틸요소가 폴리머물질측으로 가압되는 것이다. 인접한 층의 스틸요소를 꼬기 전에 층이 너무 얇으면, 폴리머 층은 부분적으로 밀리어 폴리머 층에 높은 국부적인 방사상 응력이 가하여짐으로써 "절단"되는 것이다.

바람직하게, 인접한 층의 스틸요소는 금속코어 스트랜드의 꼬임방향과 반대방향으로 금속코어 스트랜드의 둘레에 꼬여진다. 금속코어 스트랜드의 꼬임방향이 "S"-꼬는 방향일 때, 인접한 층의 스틸요소는 코어층 둘레에 폴리머 층이 형성된 후 금속코어 스트랜드의 둘레에 "Z"-방향으로 꼬여지는 것이 바람직하다. 이러한 스틸 코드 구조는 본 발명의 주제로서 폴리머물질을 이용함으로써 파괴하중과 인장강도의 개선이라는 최상의 이점을 준다.

폴리머 층은 너무 두꺼워서는 아니될 것이다. 금속코어 스트랜드와 인접한 층의 스틸요소 사이의 폴리머물질의 층이 너무 두꺼우면 본 발명의 스틸 코드는 불안정하게 되고 비포장도로용 타이어나 콘베이어 벨트를 보강하는 용도에 적합치 않게 될 것이다. 더욱이, 코팅의 두께가 두꺼우면 코드의 직경이 증가하여 코드가 매입되어야 하는 고무의 층이 두꺼워져 그 만큼 코스트가 증가하게 될 것이다. 금속코어 스트랜드와 인접한 층의 스틸요소 사이의 최소 폴리머 층은 0.120 mm를 넘지 않아야 한다.

본 발명에 따른 스틸 코드는 동일한 구조를 가지고 스틸 코드를 구성하는 스틸요소를 가지나 폴리머 층이 없는 스틸 코드에 비하여 스틸 코드의 파괴하중이 적어도 3 % 증가한다. 파괴하중이 5 % 보다 크게 증가할 수도 있다.

본 발명에 따른 스틸 코드는 1500 MPa 이상 또는 2000 MPa 보다 큰 파괴하중을 갖는 것이 좋으며 스틸 코드의 구성 중 꼬는 단계에 의하여 인장강도의 손실이 감소하는 최상의 이점을 준다.

본 발명에 따른 스틸 코드는 7×(3+9), 7×(3+9+15), 3+9+9×3, 7×7, 7×19 또는 19+8×7로서 알려진 구조를 갖는 것이 좋으나 이로써 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 스틸 코드를 구성하기 위하여 사용된 스틸합금은 0.70 %~1.10 %의 탄소, 0.40 %~0.70 %의 망간, 0.10 %~0.40 %의 규소, 최대 0.03 %의 황과 최대 0.03 %의 인을 함유하는 것이 바람직하다. 크롬, 니켈, 바나듐, 보론, 코발트, 구리, 몰리브덴 등과 같은 특정 원소를 갖는 미량합금은 0.01 %~0.50 % 범위의 양을 포함한다.

폴리머물질의 층을 제공하기 위하여 사용된 열가소성 폴리머물질은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드(PA), 폴리에스테르(PES), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리테트라플루오에틸렌(PTFE), 또는 폴리에틸렌(PE) 또는 이들의 공중합체가 사용되는 것이 바람직하다. 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 사용되는 것이 바람직하다. 그러나, 폴리머물질은 다른 방법으로 제공될 수도 있으며, 폴리머물질은 금속코어 스트랜드의 둘레에 압출될 수 있다.

본 발명의 분야의 당업자라면 본 발명에 따른 스틸 코드가 금속코어 스트랜드와 둘 이상의 스틸요소 층으로 구성될 때, 본 발명에 따르면 다른 층의 폴리머물질이 스틸요소의 다른 층 사이에 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 자신의 층형구조를 이루는 금속코어 스트랜드의 둘레에 제1층의 폴리머물질이 제공될 수 있다. 하나 이상의 스틸요소 층이 폴리머 층을 갖는 이러한 금속코어 스트랜드의 둘레에 꼬여진다. 제2층이 이러한 금속코어 스트랜드, 제1층의 폴리머물질 및 인접한 층의 스틸요소 조합의 둘레에 제공될 수 있다. 부가적인 스틸요소 층이 이러한 제2층의 폴리머물질 둘레에 제공된다. 또한 더 많은 폴리머물질과 스틸요소의 층이 제공될 수 있다. 상기 언급된 바와 같이 동일한 두께의 폴리머물질이 사용되어야 한다.

본 발명에 따른 스틸 코드는 비포장도로(off-the-road)용 타이어나 콘베이어 벨트를 보강하는데 사용될 수 있다. 이들은 고인장강도의 스틸 필라멘트를 사용하여 꼬는 작업에 의한 인장강도 및 파괴하중의 손실을 보상한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 스틸 코드 다중-스트랜드 구조의 단면을 보인 개략적인 단면도.

도 2는 도 1의 상세도.

도 3은 도 1에서 보인 바와 같은 본 발명에 따른 스틸 코드 구조를 제공하기 위한 여러 단계를 보인 단면도.

도 4-도 8은 본 발명에 따른 스틸 코드의 다른 실시형태를 보인 단면도.

본 발명에 따른 스틸 코드는 도 1에 도시되어 있으며 7×(3+9)+1의 구조를 갖는다. 스틸 코드는 12개의 스틸 필라멘트(12)로 구성되는 금속코어 스트랜드(11)로 구성되며, 12개의 스틸 필라멘트는 직경이 0.245 mm이고 단차(step) 6.3으로 Z 방향으로 꼬여진 3개의 스틸 필라멘트와 그 둘레에 단차 12.5로 Z 방향으로 꼬여진 동일한 9개의 스틸 필라멘트로 구성된다. 직경이 0.245 mm이고 단차 6.3으로 S 방향으로 꼬여진 3개의 스틸 필라멘트와 그 둘레에 단차 12.5로 S 방향으로 꼬여진 동일한 9개의 스틸 필라멘트로 구성된 6개의 스틸요소(13)가 층길이 28 mm를 갖는 이 금속코어 스트랜드(11)의 둘레에 꼬여져 인접층의 스틸요소(13)를 제공한다. 이들 스틸요소(13)로 구성된 스틸 필라멘트를 이후부터 스틸 필라멘트(14)라 한다. 또한 본 발명에 따른 스틸 코드는 S 방향으로 층길이가 5 mm가 되게 금속코어 스트랜드와 스틸요소의 층의 둘레에 꼬여진 직경 0.20 mm의 바인딩 필라멘트(15)로 구성된다. 본 발명에 따르면, 폴리머층(16)이 금속코어 스트랜드(11)와 스틸요소(13) 사이에 형성된다. 바람직한 실시형태에서는 PET가 사용되었다.

모든 스틸 필라멘트(12)(14)는 0.82 % C + 0.5 % Mn으로 구성된 스틸합금이 사용되었다.

도 1에서 점선원 A로 보인 부분이 도 2에 상세히 도시되어 있다. 금속코어 스트랜드의 스틸 필라멘트(12)와 인접한 층의 스틸요소의 스틸 필라멘트(14) 사이의 최소거리(21)는 도 2에서 보인 바와 같이 측정된다. 이러한 최소거리(21)는 인접한 층의 스틸요소의 각 스틸요소(13)에 대하여 측정되었다. 도 1의 실시형태의 경우, 평균거리는 금속코어 스트랜드(11)와 각 스틸요소(13) 사이의 6개 최소거리를 평균한 것이다. 최소두께는 본 발명 실시형태의 다른 5개 방사상 단면의 적어도 5개 평균거리를 평균하여 측정되었다.

도 1에서 보인 바와 같은 실시형태는 도 3에서 보인 단계들에 의하여 제공될 수 있다. 도 3a에서 부호 11로 보인 금속코어 스트랜드(3+9)는 제1단계 3a 중에 통상적인 기술을 이용하여 제공된다. 다음 단계 3b에서, 이 금속코어 스트랜드의 둘레에 폴리머층(16)이 제공된다. 이 폴리머층은 금속코어 스트랜드에 압출되는 것이 바람직하다. 폴리머물질의 두께(31)는 바람직하게 0.05 mm 보다 크고, 가장 바람직하게는 0.11 mm 보다 크다. 다음 단계 3c에서, (3+9) 구조인 6개의 스틸요소(13)가 폴리머층(16)의 둘레에 꼬여진다. 부가적으로 단계 3d에서 랩핑 필라멘트(15)가 제공될 수 있다.

코드구조가 7×(3+9)+1 이고 코어 스트랜드(3+9)의 둘레에 다른 PET 층을 갖는 코드를 기초로 하여 본 발명의 다른 4개의 실시형태가 기준 7×(3+9)+1 코드와 비교되었다. 다음의 표 1에서 보인 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 파괴하중이 5 % 보다 더 많이 증가하였다.

본 발명 기술분야의 당업자라면 상이한 직경의 필라멘트, 스틸합금 및 폴리머물질을 이용하여 유사한 결과를 얻을 수 있음을 이해할 것이다. 다른 구성들이 도 4-도 8에 도시되어 있다.

도 4는 19+(8×7) 구조의 방사상 단면을 보인 것이다. 19개의 스틸 필라멘트로 구성된 금속코어 스트랜드(41)가 8개 스틸요소(42)의 층으로 둘러싸여 있으며, 각 스틸요소는 7개 스틸 필라멘트로 구성된다. 금속코어 스트랜드와 스틸요소의 층사이에 폴리머물질의 층(43)이 형성되어 있다.

도 5는 7×19 구조의 방사상 단면을 보인 것이다. 19개의 스틸 필라멘트로 구성된 금속코어 스트랜드(51)가 6개 스틸요소(52)의 층으로 둘러싸여 있으며, 각 스틸요소는 19개의 스틸 필라멘트로 구성된다. 금속코어 스트랜드와 스틸요소의 층 사이에 폴리머물질의 층(53)이 형성되어 있다.

도 6은 7×(3+9+15) 구조의 방사상 단면을 보인 것이다. (3+9+15)형의 동심원층형 코드인 금속코어 스트랜드(61)가 6개 스틸요소(62)의 층으로 둘러싸여 있으며, 각 스틸요소는 (3+9+15)형의 동심원층형 코드이다. 금속코어 스트랜드와 스틸요소의 층 사이에 폴리머물질의 층(63)이 형성되어 있다.

도 7은 7×7 구조의 방사상 단면을 보인 것이다. 7개의 스틸 필라멘트로 구성된 금속코어 스트랜드(71)가 6개 스틸요소(72)의 층으로 둘러싸여 있으며, 각 스틸요소는 7개의 스틸 필라멘트로 구성되어 있다. 금속코어 스트랜드와 스틸요소의 층 사이에 폴리머물질의 층(73)이 형성되어 있다.

도 8a는 (3+9)형의 코드이고 15개의 스틸요소(82)로 둘러싸인 금속코어 스트랜드(81)를 갖는 동심원층형 코드를 보인 것으로, 각 스틸요소는 스틸 필라멘트이다. 금속코어 스트랜드와 스틸요소의 층 사이에 폴리머물질의 층(83)이 형성되어 있다. 또한, 도 8b에서 보인 바와 같이, 3개 필라멘트의 금속코어 스트랜드(84)가 제1폴리머층(85)으로 코팅되고 이후에 9개 스틸요소(86)의 제1층이 이 코팅된 금속코어 스트랜드의 둘레에 꼬여진다. 15개 스틸요소(87)의 제2층이 9개 스틸요소의 제1층을 둘러싼다. 도 8c에서 보인 바와 같이, 폴리머물질의 제2층(88)이 스틸요소(86)의 제1층과 스틸요소(87)의 제2층 사이에 형성된다.

Claims

고무타이어 또는 콘베이어 벨트의 보강용으로 사용되는 스틸코드에 있어서, 금속코어 스트랜드와 이 금속코어 스트랜드의 둘레에 적어도 하나의 인접한 층의 스틸요소를 포함하되, 상기 금속코어 스트랜드가 폴리머물질로 코팅되고, 상기 폴리머물질이 최소두께를 가지며, 상기 최소두께가 0.02 mm ~ 0.120 mm임을 특징으로 하는 고무 타이어 또는 콘베이어 벨트 보강용 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 폴리머물질이 열가소성 폴리머임을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 폴리머물질이 폴리에틸렌테레프탈레이트임을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 최소두께가 0.035 mm ~ 0.120 mm임을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 인접한 층의 스틸요소를 제공하는 상기 스틸요소가 스틸 코드임을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머물질이 상기 금속코어 스트랜드의 둘레에 압출됨을 특징으로 하는 스틸 코드.
금속코어 스트랜드를 제공하는 단계;

상기 금속코어 스트랜드의 둘레에 폴리머물질의 층을 제공하는 단계; 및

하나 이상의 부가적인 인접한 층의 스틸요소를 제공하는 단계

를 포함함을 특징으로 하는 제1항에서와 같은 스틸 코드의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 폴리머층이 상기 금속코어 스트랜드의 둘레에 압출됨을 특징으로 하는 스틸 코드의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 폴리머물질이 0.05 mm ~ 0.120 mm의 두께로 상기 금속코어 스트랜드의 둘레에 형성됨을 특징으로 하는 스틸 코드의 제조방법.
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