KR100907984B1

KR100907984B1 - 고무제품 보강용 스틸코드

Info

Publication number: KR100907984B1
Application number: KR1020037013250A
Authority: KR
Inventors: 카우벨스한스; 메이에르스샤우트디르크; 반네스티스티은
Original assignee: 엔.브이. 베카에르트 에스.에이.
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2009-07-16
Also published as: KR20040015093A; CN1273681C; PL206484B1; SK286377B6; EA005051B1; DE60212367T2; JP2004524458A; EP1381730A1; WO2002088459A1; DE60212367D1; ATE330060T1; CN1505719A; CZ304666B6; EA200301156A1; PL367108A1; ES2262808T3; US6904744B2; US20040134181A1; CZ20032888A3; JP4093863B2

Abstract

스틸코드(38)가 제1그룹과 제2그룹을 포함한다. 제2그룹은 코드가연피치로써 제1그룹의 둘레에 나선상으로 가연된다. 제1그룹은 제1수효의 제1 스틸 필라멘트(10)를 포함한다. 제1수효의 범위는 3~8 이다. 제2그룹은 제2수효의 제2 스틸 필라멘트(26)를 포함한다. 제2수효는 제1수효와 같거나 이 보다 크다. 제1 스틸 필라멘트(10)는 300 mm 보다 큰 가연피치를 갖는다. 적어도 하나의 제2 스틸 필라멘트(26)가 고무층의 침투가 이루어질 수 있도록 다각형으로 예비성형된다.

스틸코드, 스틸 필라멘트

Description

고무제품 보강용 스틸코드 {STEEL CORD FOR REINFORCING RUBBER ARTICLES}

본 발명은 제1그룹의 제1 스틸 필라멘트와 제2그룹의 제2 스틸 필라멘트를 포함하는 스틸코드에 관한 것이다. 제2그룹은 제1그룹의 둘레에 나선상으로 가연(加撚)된다.

스틸 필라멘트로 가연된 스틸코드는 고무보강, 특히 타이어보강기술분야에 잘 알려져 있다.

트럭 타이어의 브레이커 또는 벨트층을 보강하기 위하여 3+9+15 구조의 스틸코드가 개발되어 널리 사용되고 있다. 이러한 3+9+15 코드의 예는 다음과 같은 구조이다 :

- 3×0.22+9×0.22+15×0.22+0.15 6.3/12.5/18/3.5 S/S/Z/S

이와 같이 널리 사용되고 있음에도 불구하고, 이러한 3+9+15 코드는 몇 가지 결점을 갖는다.

첫 번째 결점은 이러한 3+9+15 코드의 제조방법이 비경제적이라는 점이다. 실제로 최종코드를 제조하기 위해서는 적어도 2~4 피치의 상이한 가연피치(twisting pitch)가 요구된다. 제1피치에서, 3개의 코어 필라멘트가 가연되어야 한다. 제2피치에서, 9개의 중간층 필라멘트가 코어 필라멘트의 둘레에 가연된다. 제3피치에서, 15개의 외부층 필라멘트가 중간층 필라멘트의 둘레에 가연된다. 제4피치로서, 부가적인 필라멘트가 코드의 둘레에 권취된다. 3+9+15 코드의 통상적인 실시형태에서, 코드의 토션 밸런스를 유지하기 위하여 두 방향의 상이한 가연방향, 즉 S와 Z 방향 가연이 이용된다. 상기 언급된 예에서, 3개의 코어 필라멘트와 9개의 중간층 필라멘트는 S-방향으로 가연되고 15개의 외부층 필라멘트는 Z-방향으로 가연된다. 만약 이러한 코드를 제조하기 위하여 모든 피치에서 이중가연장치가 사용되는 경우, 이는 15개 외부층 필라멘트의 Z-방향 가연으로 이미 S-방향으로 가연된 부분이 부분적으로 풀리는 것을 의미한다. 이는 제조 중에 에너지의 손실이 있을 수 있음을 의미하며 이러한 3+9+15 코드를 제조하는 방법이 비경제적임을 다시 한번 강조한다.

두 번째 결점은 3+9+15 스틸코드에 충분히 고무층이 침투하지 못한다는 점이다. 따라서, 스틸코드의 사용 중에 습기가 각 스틸 필라멘트에 침투함으로써 스틸코드, 나아가서 보강형 타이어의 사용수명을 크게 떨어뜨릴 수 있다.

이와 같은 결점을 해소하고 이러한 3+9+15 구조의 개선된 형태를 얻기 위한 다양한 시도가 있었다.

일부의 개선방향은 제조에 보다 경제적인 스틸코드 구조를 제공하는 것이었다. 그 예로서 모든 층이 동일방향으로 가연되는 3+9+15 코드가 있다. 다른 예로서는 소위 1×27 구조의 콤팩트형 코드가 있는 바, 이러한 코드에 있어서 모든 필라멘트는 동일한 가연(加撚)피치로서 동일방향으로 가연된다. 이러한 시도는 보다 경제적인 코드를 얻을 수 있도록 하기는 하나 고무층 침투의 문제점은 해소하지 못하였다.

다른 방법으로서 개선된 고무층 침투성을 갖는 스틸구조를 제공하고자 한 것이 있다. 그 예로서는 3×d₁+9×d₂+15×d₃ 구조의 코드가 있는 바, 이러한 코드에 있어서는 3개의 코어 필라멘트가 중간층 필라멘트의 필라멘트 직경 d₂ 보다 큰 필라멘트 직경 d₁을 가지며, 중간층 필라멘트의 필라멘트 직경 d₂는 외부층 필라멘트의 직경 d₃ 보다 크거나 같다. 코드의 중심에 굵은 필라멘트를 사용함으로써 층간공간이 필라멘트 사이의 공간으로 이루어져 보다 넓어진다. 다른 예로서는 3+8+13 구조의 코드가 있는 바, 이러한 코드에 있어서는 중간층과 외부층이 더 이상 최대수의 필라멘트로 채워지지 않는다. 중간층 또는 외부층으로부터 하나 또는 그 이상의 필라멘트가 생략되어 필라멘트 사이에 공간이 확보됨으로써 고무가 침투될 수 있다. 또 다른 예로서는 각 층, 즉, 코어층, 중간층 및 외부층에서 적어도 하나의 필라멘트가 이들이 파상형이 되게 예비성형되는 3+9+15 구조의 코드가 있다. 파상형 필라멘트는 필라멘트와 인접한 필라멘트 사이의 공간이 보다 넓어지도록 하여 이에 고무가 침투될 수 있도록 한다.

다음의 스틸코드 구조는 또한 트럭 타이어의 브레이커 또는 벨트층을 보강하기 위하여 널리 사용되고 있다 :

- 3×0.20+6×0.35

- 3×0.35+8×0.35

그러나 이들 구조는 3+9+15 구조와 같은 결점을 갖는다. 코드를 제조하기 위하여 2회의 가연공정이 요구되고 완전한 고무층 침투가 이루어지지 않는다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 종래기술의 결점을 해소하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 3+9+15 스틸코드, 3+6 코드 또는 3+8 코드와는 다른 코드를 제공하는데 있다. 본 발명의 또다른 목적은 충분히 고무층의 침투가 이루어질 수 있는 스틸코드를 제공하는데 있다. 본 발명의 또다른 목적은 경제적인 방법으로 제조될 수 있는 스틸코드를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 제1그룹과 제2그룹을 포함하는 스틸코드가 제공된다. 제2그룹은 코드가연피치로써 제1그룹의 둘레에 나선상으로 가연된다. 제1그룹은 제1수효의 제1 스틸 필라멘트를 포함하고 여기에서 제1수효의 범위는 3~8 이다. 제2그룹은 제2수효의 제2 스틸 필라멘트를 포함한다. 제2수효는 제1수효와 같거나 이 보다 큰 것이 바람직하다. 제1 스틸 필라멘트는 300 mm 보다 큰 가연피치를 가지며 비가연(무한대의 가연피치)되는 것이 바람직하다. 적어도 하나의 제2 스틸 필라멘트는 다각형으로 예비성형된다. 하나 이상의 제2 스틸 필라멘트가 다각형으로 예비성형될 수 있다.

다각형 예비성형의 기술이 특허문헌 US-A-5,687,557에 기술되어 있으며 이는 본 발명에서 참고문헌으로 인용되었다.

이하에서 상세히 설명하겠지만, 이러한 스틸코드는 하나의 가연피치로써 제조될 수 있다. 제2 스틸 필라멘트의 다각형 예비성형은 스틸코드가 개방구조가 되도록 하고 고무 또는 다른 매트릭스 물질이 제1그룹까지 침투될 수 있도록 한다.

제2 스틸 필라멘트들은 하나의 가연피치로써 서로의 둘레에 가연되는 것이 바람직하며, 이하 이를 그룹가연피치라 할 것이다. 이러한 그룹가연피치는 코드가연피치와 같은 것이 바람직하다. 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 바람직한 실시형태는 이중가연장치에 의하여 하나의 피치로 얻을 수 있다.

제1 그룹의 필라멘트측으로 고무 또는 다른 매트릭스 물질의 침투를 촉진하거나 또는 사전에 결정된 연신특성을 얻기 위하여, 적어도 하나의 제1 스틸 필라멘트가 파상형이 되도록 예비성형된다. 하나 또는 그 이상의 제1 스틸 필라멘트 또는 모든 제1 스틸 필라멘트가 파상형이 되도록 예비성형될 수 있다. 이러한 파상형은 나선상의 형상일 수 있다. 그러나, 이러한 파상형의 형상은 입체상인 파상형이다. 즉, 파상형의 형상이 평면적인 것이 아니고 단일평면을 벗어나는 차원을 갖는다. 이러한 입체상의 파상형은 제1웨이브부분과 제2웨이브부분을 갖는 것이 바람직하다. 제1웨이브부분은 실질적으로 제2웨이브부분의 평면과는 다른 평면에 놓인다.

종래기술인 특허문헌 JP-A-04-370283, JP-A-06-073672 및 JP-A-07-042089에는 모두 두 그룹의 스틸 필라멘트를 포함하고 일측 그룹이 타측 그룹의 둘레에 나선상으로 가연된 스틸코드가 기술되어 있다. 특허문헌 JP-A-04-370283의 스틸코드는 단 2개의 제1 스틸 필라멘트를 갖는 제1그룹과 N개의 제2 스틸 필라멘트로 구성되는 제2그룹을 가지며, 여기에서 N은 2 또는 3 이다. N개의 제2 스틸 필라멘트는 이들이 파상형을 이루도록 예비성형된다. 특허문헌 JP-A-06-073672의 스틸코드는 2개의 제1 스틸 필라멘트로 구성되는 제1그룹과 2개의 제2 스틸 필라멘트로 구성되는 제2그룹을 갖는다. 제1 스틸 필라멘트는 이들이 파상형을 이루도록 예비성형된다. 특허문헌 JP-A-07-042089의 스틸코드는 2개의 제1 스틸 필라멘트로 구성되는 제1그룹과 2 또는 3개의 제2 스틸 필라멘트로 구성되는 제2그룹을 갖는다. 제1 스틸 필라멘트는 이들이 파상형을 이루도록 예비성형되고 스틸코드에서 제1 스틸 필라멘트는 제2 스틸 필라멘트의 길이와 동일한 길이를 갖는다. 그러나, 이들 특허문헌 JP-A-04-370283, JP-A-06-073672 또는 JP-A-07-042089 어디에도 동일한 보강효과를 갖는 3+9+15, 3+6 또는 3+8 구조를 대체할 수 있는 것은 없다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 제1 스틸 필라멘트의 제1수효의 범위는 3~5 이고 제2 스틸 필라멘트의 제2수효의 범위는 4~8 이다. 예를 들어 제1수효는 4 이고 제2수효는 6 이다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 스틸코드가 제조되는 방법을 보인 설명도.

도 2는 본 발명에 따른 스틸코드의 실제 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 스틸코드의 기본적인 단면도.

본 발명에 따른 스틸코드는 다음과 같이 제조된다. 출발물질은 직경이 5.5~6.5 mm 인 와이어 로드이다. 일반적으로 이 로드의 스틸조성은 최소함량 0.60 %의 탄소(예를 들어, 적어도 0.80 %, 또는 적어도 0.92 % 이고 최대 1.2 %), 0.20~0.90 %의 망간과 0.10~0.90 %의 규소로 이루어지며, 황과 인의 함량은 각각 0.03 % 이하로 유지되는 것이 바람직하고, 사전에 결정된 인장강도를 얻는데 필요한 변형량을 최소화하기 위하여 상기 조성에 크롬(0.2~0.4 % 까지), 붕소, 구리, 코발트, 니켈, 바나듐 등의 첨가물이 첨가될 수 있다.

와이어 로드는 중간직경을 갖는 스틸와이어를 얻을 때까지 다수의 연속인발다이를 통하여 건식인발된다. 이러한 건식인발은 추가인발이 적합한 금속구조를 얻기 위한 중간공정처리를 위하여 중단될 수 있다.

중간직경에서 스틸와이어는 금속코팅으로 피복되는 것이 바람직하다. 정확한 형태의 코팅은 실제용도에 따라서 달라진다. 이러한 코팅은 아연과 같은 내식성코팅 또는 고무의 경우 황동, 또는 구리-아연-니켈(예를 들어, 64 %/35.5 %/0.5 %)과 구리-아연-코발트(예를 들어, 64 %/35.7 %/0.3 %)와 같은 소위 3원 황동, 또는 아연-코발트 또는 아연-니켈과 같이 구리가 없는 접착층과 같이 매트릭스물질에 대한 접착이 촉진되는 코팅일 수 있다.

금속코팅을 갖는 스틸와이어는 다시 필라멘트 직경을 갖는 최종 필라멘트를 얻을 때까지 습식인발된다. 이러한 최종직경의 정확한 값은 실제용도에 따라서 달라진다. 일반적으로, 필라멘트 직경의 범위는 0.03~1.10 mm, 특히 0.15~0.60 mm, 예를 들어 0.20~0.45 mm 이다.

스틸 필라멘트의 최종인장강도는 초기의 스틸로드조성, 변형율 및 필라멘트 직경값에 따라서 달라질 수 있다. 스틸 필라멘트는 고인장강도를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 인장강도 TS는 다음의 최소값 이상이다 :

TS > 2250 - 1150 × log d MPa (여기에서 d는 mm 단위의 필라멘트 직경).

이와 같이, 스틸 필라멘트는 400 MPa 이상의 인장강도를 가질 수 있다.

최종가연공정이 도 1을 참조하여 설명된다. 도 1의 하측으로부터 시작하여, 직경이 0.38 mm 인 4개의 제1 스틸 필라멘트(10)가 공급스풀(12)로부터 풀리면서 안내휠(14)(16)(18)을 통하여 안내되고 두 쌍의 톱니형 휠(19)로 공급되며, 여기에서 제1 스틸 필라멘트(10)에는 제1웨이브부분과 제2웨이브부분이 형성된다. 제1웨이브부분은 제2웨이브부분의 평면과는 상이한 평면에 놓인다.

이중웨이브부분을 형성하는 기술에 대하여서는 특허문헌 WO-A-99/28547에 상세히 설명되어 있다.

이중으로 웨이브가 형성된 제1 스틸 필라멘트(10)의 다발(22)이 이중가연장치의 제1플라이어(24) 상에 배치된 제1풀리(20)를 통하여 안내된다. 이 다발(22)의 방향은 제2풀리(29) 상에서 역전되고, 이후에 다발(22)은 이중가연장치의 중심측으로 진입된다. 제1플라이어(24) 상에서 이동 중에 그리고 그 직후에, 이중으로 웨이브가 형성된 제1 스틸 필라멘트(10)의 다발(22)은 2회 가연된다.

필라멘트 직경이 0.38 mm 인 6개의 제2 스틸 필라멘트(26)가 이중가연장치 내부의 공급스풀(28)로부터 제1풀리에 공급된다. 6개의 제2 스틸 필라멘트가 안내휠(30)을 통하여 예비성형장치(31)로 안내되고 여기에서 제2 스틸 필라멘트(26)가 다각형으로 예비성형된다. 이와 같이 다각형으로 예비성형된 제2 스틸 필라멘트(26)는 다시 분배디스크(32)를 지나 코드성형다이(34)로 안내되며 여기에서 제2 스틸 필라멘트(26)는 제1 스틸 필라멘트(10)의 다발(22)과 만난다. 제1 스틸 필라멘트(10)의 다발(22)과 제2 스틸 필라멘트(26)는 제1풀리(20)를 통하여 방향이 전환된 후에 이중가연장치의 제2플라이어(36)측으로 안내된다. 제2 플라이어(36) 상에서 이동 중에 그리고 그 직후에, 최종적으로 본 발명의 스틸코드(38)가 성형된다. 제1 스틸 필라멘트(10)의 다발(22)은 가연상태가 풀리고 제2 스틸 필라멘트(26)가 가연된다. 그 결과는 스틸코드(38)이며 이는 다음 식에 부합된다.

4×0.38+6×0.38 22/S

그룹가연피치는 코드가연피치와 같으며 약 22 mm 이다.

일반적으로 그룹가연피치와 코드가연피치는 필라멘트 직경의 30~150 배의 범위이며, 예를 들어 필라멘트 직경의 50~70 배의 범위일 수 있으나, 그 값은 달라질 수 있다.

다음의 표 1은 이러한 스틸코드(38)의 일부특성을 요약한 것이다.

도 2는 스틸코드(38)의 실제단면을 보인 것이다. 이 스틸코드(38)는 어느 정도 평행하거나 가연상태가 풀린 4개의 제1 스틸 필라멘트(10)로 구성된 제1그룹을 갖는다. 이중웨이브부분에 의하여 제1 스틸 필라멘트들의 사이에 공간이 형성되어 있다. 그 결과 고무층이 제1그룹 내로 침투할 수 있다. 6개의 제2 스틸 필라멘트(26)로 구성되는 제2그룹은 제1그룹의 둘레에 가연되어 있다. 6개의 제2 스틸 필라멘트(26)는 다각형으로 예비성형되어 있어 고무층이 제2그룹을 통하여 침투되고 제1그룹까지 도달한다.

도 3은 본 발명에 따른 3+5 구조의 스틸코드(38)를 보인 것이다. 이 스틸코드(38)는 입체상의 파상형으로 되어 있어 제1그룹의 내부에 공간이 형성되는 3개의 제1 스틸 필라멘트(10)의 제1그룹을 갖는다. 각 제1 스틸 필라멘트(10)의 둘레를 점선으로 표시하였다. 5개의 제2 스틸 필라멘트(26)로 구성되는 제2그룹은 제1그룹의 둘레에 가연되어 있다. 제2 스틸 필라멘트(26)는 다각형으로 예비성형되어 제1 스틸 필라멘트들의 사이 및 제1그룹과 제2그룹 사이에 공간이 형성된다.

도 2 및 도 3에서 보인 실시형태 이외에 본 발명의 다른 실시형태의 구성이 가능하다. 그 예는 다음과 같다.

3 + 4

3 + 6

3 + 7

3 + 8

4 + 5

4 + 7

4 + 8

5 + 6

5 + 7

5 + 8

6 + 6

6 + 7

6 + 8

제1 및 제2 스틸 필라멘트의 필라멘트 직경은 동일할 필요는 없다. 필라멘트 직경은 각 그룹내에서도 다를 수 있는 바, 이는 제1그룹이 상이한 직경을 갖는 제1 스틸 필라멘트를 포함할 수 있고 제2그룹 역시 상이한 직경을 갖는 제2 스틸 필라멘트로 구성될 수 있음을 의미한다.

이상으로 본 발명의 스틸코드가 트럭 타이어의 브레이커 또는 벨트층의 보강에 적합한 것으로 설명되었으나, 고무층이 충분히 침투되거나 플라스틱으로 완전히 함침되는 것이 요구되거나 선호되는 다른 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다.

Claims

제1그룹과 제2그룹을 포함하고, 상기 제2그룹은 코드가연(加撚)피치로써(with a cord twisting pitch) 상기 제1그룹의 둘레에 나선상으로 가연되고, 상기 제1그룹이 3과 6 사이의 제1수효의 제1 스틸 필라멘트로 구성되고, 상기 제2그룹이 상기 제1 수효보다 큰 4와 8 사이의 제2수효의 제2 스틸 필라멘트로 구성되고, 상기 제1 스틸 필라멘트가 300 mm 보다 큰 가연피치를 가지고, 적어도 하나의 상기 제2 스틸 필라멘트가 다각형으로 예비성형된 스틸코드.
제1항에 있어서, 상기 제2 스틸 필라멘트들이 그룹가연피치로써(with a group twisting step) 서로의 둘레에 가연됨을 특징으로 하는 스틸코드.
제2항에 있어서, 상기 그룹가연피치가 코드가연피치와 같음을 특징으로 하는 스틸코드.
삭제
제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 제1 스틸 필라멘트가 파상형이 되도록 예비성형됨을 특징으로 하는 스틸코드.
제5항에 있어서, 상기 파상형의 형상이 입체상인 파상형임을 특징으로 하는 스틸코드.
제6항에 있어서, 상기 입체상의 파상형이 제1웨이브부분과 제2웨이브부분을 가지고, 상기 제1웨이브부분이 상기 제2웨이브부분의 평면과는 다른 평면에 놓임을 특징으로 하는 스틸코드.
제1항에 있어서, 상기 제1수효의 범위가 3~5 이고 상기 제2수효의 범위는 4~8 임을 특징으로 하는 스틸코드.
제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항, 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1수효가 4 이고 상기 제2수효가 6 임을 특징으로 하는 스틸코드.