KR101077741B1 - 타이어 보강재용 비드 와이어 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 보강재용 와이어 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조공정 도중에 와이어 표면을 에칭시킴으로써 노화 고무 접착력을 향상시킨 타이어 보강재용 비드 와이어 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 타이어 보강재용 비드 와이어는 에칭에 의해 도금층이 부착될 수 있는 표면적이 증가되는 동시에, 도금층의 거칠기가 증가하여 고무와의 유효 접촉 면적이 증가하므로 노화 고무 접착력이 향상된 비드 와이어 또는 스틸 코드를 제공할 수 있다.

타이어 보강재, 스틸 코드, 비드 와이어, 염산, 에칭 용액, 노화 고무 접착력

Description

타이어 보강재용 비드 와이어 및 이의 제조방법{Bead Wire for Reinforcing Tire and Fabricating Method Thereof}

본 발명은 타이어 보강재용 비드 와이어 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노화 접착력이 향상된 비드 와이어 또는 스틸 코드용 와이어에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 타이어는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 주행시 노면에 직접 접촉하게 되는 트레드부(T), 비드부와 트레드부를 연결하며 타이어의 측벽 역할을 하는 숄더부(S)와 사이드월부(C) 및 자동차 휠의 림부(도면 미도시) 외주면에 밀착 결합되는 비드부(B)로 이루어지며, 타이어의 보강을 위하여 트레드부(T) 내부에는 스틸 코드(1)가 매립되고, 비드부(B)에는 비드부 보강용 강선(鋼線)인 비드 와이어(2)가 매립되며, 타이어 전체 단면부를 따라 카카스(3)가 매립되는 구조를 갖는다.

특히, 자동차 하중을 견디고 고속 주행 도중의 안정성을 확보하기 위하여 타이어의 벨트와 카카스에 황동 도금된 스틸 코드를 사용하고 있으며, 이러한 타이어 보강재로 사용되는 스틸 코드는 고무와의 접착을 쉽고 강력하게 유지하기 위해 구리(Cu)와 아연(Zn)의 중량비가 62 대 38 내지 70 대 30인 황동을 강선 표면에 얇게 피막하여 사용하는 것이 일반적이다.

또한, 타이어를 림에 장착시키는 역할을 하는 비드부(B)는 타이어의 공기압이 급격하게 감소되는 경우에도 타이어가 림에서 빠져나가지 않도록 설계되며, 비드부를 구성하는 고무의 강도를 보강하기 위하여 내부에 매립되는 비드 와이어는 일반적으로 강선 표면에 청동 또는 황동 도금하여 사용하는 것이 일반적이다.

이러한 스틸 코드 또는 비드 와이어는 이를 둘러싼 고무층과의 접착력이 충분히 유지되어야 타이어의 내구성을 증대시킬 수 있으므로, 타이어를 구성하는 고무와의 접착력이 우수한 와이어의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 뿐만 아니라 타이어 수명과 관련된 노화 접착력을 향상시키려는 노력도 이루어지고 있다.

일반적으로 사용되는 스틸 코드나 비드 와이어의 황동 피막 표면은, 수분이나 산소가 작용하면 ZnO 또는 Zn(OH)₂ 층이 형성되어 고무와의 접착을 방해하기 때문에, 타이어 수명에 치명적인 악영향을 끼칠 수 있다.

따라서, 대기에 의한 초기 산화와 시간 경과에 따르는 접착력, 즉 시효 접착력을 향상시키는 문제에 대한 연구가 다수 진행되어 왔다. 종래 기술로는 표면에 p-니트로아닐린을 도포하여 사용하는 기술이 한국 등록특허 제10-066094호에 개시되어 있으나, p-니트로아닐린은 인체에 유해하여 상용화가 어려운 기술로 판명되었다. 또한, 벨기에 특허 제786,059호 및 독일 특허 제2,227,013호는 금속 코드(Metal Cord)와 고무와의 접착력 저하 현상을 억제하는 방안에 관한 것으로, 유기산과 장쇄(Long-Chain) 지방족 아민 염의 미네랄 오일 용액(Mineral Oil) 또는 당해 용액에 극미량의 벤조트리아졸을 혼합한 용액 속에서 스틸 코드 표면을 코팅하는 것에 관하여 개시하고 있다. 그러나 이 방법은 용액 중에 함유된 유기산과 기름 성분 물질들을 균일하게 혼합하는 것이 관건인데, 용액의 제조에 있어서 재현성이 보장되지 않는 문제로 인하여 생산 공정에 적용하기가 적합하지 않다는 단점이 있다.

따라서, 향상된 노화 고무 접착력을 확보할 수 있으면서도 생산 공정에 적용이 용이한 타이어 보강재용 와이어의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 노화 고무 접착력이 우수한 타이어 보강재용 비드 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 생산 공정에 적용하기가 용이한 타이어 보강재용 비드 와이어의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 타이어 보강재용 비드 와이어로서, 타이어 보강재용 와이어가 에칭된 표면을 지니며, 노화 고무 접착력이 향상된 타이어 보강재용 비드 와이어에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 타이어 보강재용 비드 와이어는 에칭 용액으로 에칭된 표면을 가질 수 있고, 에칭 용액으로는 염산, 인산, 황산 등을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 농도 0.1% 내지 4%의 염산을 사용할 수 있다.

본 발명에 따르는 타이어 보강재용 비드 와이어는 직경이 0.70mm 내지 2.0mm이고, 탄소 함량이 0.67% 내지 1.5%이며, 절단 강도가 100kg 내지 650kg/㎟일 수 있으나, 특별히 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따르는 타이어 보강재용 비드 와이어는 에칭 공정 이후의 후속 공정에 따라 스틸 코드 또는 비드 와이어에 사용될 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 타이어 보강재용 비드 와이어의 제조에 있어서, 비드 와이어를 에칭 용액으로 에칭하는 단계를 포함하는 타이어 보강재용 비드 와이어의 제조방법에 관한 것이다.

에칭 단계는 염산, 인산, 황산 등에서 선택된 에칭 용액으로 수행될 수 있으며, 보다 바람직하게는 농도 0.1% 내지 4%의 염산으로 수행될 수 있다.

에칭 단계는 와이어의 신선 공정 이후 도금 공정 이전에 수행될 수 있으며, 후속 공정에 따라 스틸 코드 또는 비드 와이어로 사용될 수 있다.

본 발명의 구현예들에 의한 타이어 보강재용 비드 와이어는 제조공정 도중에 와이어 표면을 에칭시킴으로써 도금층이 부착될 수 있는 와이어 표면적을 증가시키고 동시에 도금층의 거칠기를 증가시켜 고무와의 유효 접촉 면적이 증대되므로, 노화 고무 접착력이 향상된 스틸 코드 또는 비드 와이어를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 일구현예에 따르는 하나의 양상은 타이어 보강재용 비드 와이어로서, 타이어 보강재용 비드 와이어가 에칭된 표면을 지니며, 향상된 노화 고무 접착력을 가진 타이어 보강재용 비드 와이어에 관한 것이다.

본 발명의 구현예들에 따르는 타이어 보강재용 비드 와이어는 와이어 표면이 에칭됨으로써 추후 도금층이 부착될 수 있는 와이어 표면적이 증가하는 동시에, 도금층의 거칠기를 증가시켜 고무와의 유효 접촉 면적이 증가하므로, 노화 고무 접착력이 향상될 수 있다. 일례로, 제조공정 도중에 에칭 용액으로 와이어를 에칭하는 단계를 포함함으로써 고무와의 노화 접착력을 향상시킬 수 있다. 이러한 에칭 공정은 타이어 보강재용 와이어의 제조단계에서 와이어 로드를 일정 두께로 신선하는 공정과 도금 공정 사이에서 수행될 수 있다. 따라서, 일정 두께로 신선된 와이어 표면을 에칭함으로써 추후 진행되는 도금 공정에서 도금층이 부착될 수 있는 와이어 표면적이 증가되며, 동시에 도금층의 거칠기가 증가되어 타이어에 적용되는 경우, 고무층과의 유효 접촉 면적이 증가하여 노화 접착력이 향상된다.

에칭 용액은 염산, 인산, 황산 등으로부터 선택될 수 있으며, 보다 바람직하게는 농도 0.1% 내지 4%의 염산을 사용할 수 있다.

타이어 보강재용 비드 와이어는 직경이 0.70mm 내지 2.0mm이고, 탄소 함량이 0.67% 내지 1.5%이며, 절단 강도가 100 내지 650kg/㎟일 수 있으나, 특별히 이에 제한되지 않는다.

타이어 보강재용 비드 와이어는 에칭 공정 후의 도금 물질과 도금 이후의 추가 공정에 따라 스틸 코드 또는 비드 와이어로 사용될 수 있다. 예를 들어, 에칭 후 청동 도금(주석비 0 내지 15%, 도금 중량 2.0 내지 5.0g/kg)으로 비드부에 포함되는 비드 와이어를 제공할 수 있으며, 황동 도금 및 후속 신선 공정과 트위스팅 단계로 스틸 코드를 제공할 수도 있으며, 이는 타이어 제조사의 용도에 따라 변화될 수 있다. 또한, 본 발명의 구현예들에 의한 타이어 보강재용 비드 와이어의 제조방법은 생산 공정에서 용이하게 적용할 수 있다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

탄소 함량이 0.82중량%이고 직경이 5.5mm인 와이어 로드(Wire rod)를 직경이 1.60mm로 되도록 신선하고, 청동 도금 전에 0.1% 염산으로 표면을 에칭시켜 도금층의 밀착성 및 도금층 표면의 거칠기를 증가시킨 와이어를 제조한 다음, 이에 대하여 청동 도금(9.1% Sn, 도금 중량 3.90g/kg)을 실시하여 비드 와이어를 제조하였다.

실시예 2

2% 염산으로 표면을 에칭하는 것과 청동 도금의 주석비를 9.0%으로 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 비드 와이어를 제조하였다.

실시예 3

3% 염산으로 표면을 에칭하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 비드 와이어를 제조하였다.

실시예 4

4% 염산으로 표면을 에칭하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 비드 와이어를 제조하였다.

비교예 1

탄소 함량이 0.82중량%이고 직경이 5.5mm인 와이어 로드를 직경이 1.60mm로 되도록 신선하고, 이에 대하여 청동 도금(9.0% Sn, 도금 중량 3.85g/kg)을 실시하여 비드 와이어를 제조하였다.

비교예 2

5% 염산으로 표면을 에칭하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 비드 와이어를 제조하였다.

비교예 3

0.01% 염산으로 표면을 에칭하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하여 비드 와이어를 제조하였다.

실험예 1 - 부착량 측정

본 발명에 따르는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 비드 와이어의 표면에 부착되어 있는 청동 도금 부착량(Cu 및 Sn의 도금 중량)을 ICP(Inductively Coupled Plasma) 장비로 정량적으로 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.

실험예 2 - 초기 접착력 평가

본 발명에 따르는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 비드 와이어와 표 1의 조성을 가지는 고무를 사용하여 ASTM D2229-85 규격에 따라 접착력 평가용 시편(試片)을 제조하였다. 제조된 시편을 160℃의 온도와 14kg/㎠의 압력이 유지된 열판형 가류 프레스에서 20분 동안 가류시키고, 대기 속에서 8시간 동안 방치한 다음, ASTM D2229-79 접착력 시험법에 따라 인장 시험기를 이용한 접착 실험을 실시하였다.

접착력은 몰드 고무에 접착된 비드 와이어를 빼낼 때 필요한 힘으로 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

사용 약품	사용량(PHR)
천연 고무(SMR-20)	100
카본 블랙(N-351)	50
산화아연	10
활성제(스테아르산)	1.0
노화방지제(KUMANOX-13)	0.7
코발트 착염	0.3
레소시놀 레진	2.0
HMMM(헥사-메톡시-메틸-멜라민)	3.5
유황	5.0
촉진제(DCBS - AKROCHEM 사)	0.7
방향족 오일	5.0

* PHR(Parts per Hundred)은 사용되는 고무량을 100으로 놓고, 나머지 조성물들은 고무량 대비 상대 비율로 사용량을 표시한 것임.

실험예 3 - 노화 접착력 평가

실험예 1에 따라 제조된 접착력 평가 시편을 온도 70℃, 상대 습도 96%의 노화 조건하에 21일 동안 방치한 후에 노화 접착력을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3
주석비(%)	9.1	9.0	9.0	9.1	9.0	9.0	9.0
부착량 (g/kg)	3.90	3.88	3.91	3.86	3.85	3.90	3.90
초기 접착력(kg)	99	103	100	104	102	95	99
노화 접착력(kg)	60	75	73	71	57	45	50

* 주석비는 전체 청동 부착량 중 Sn의 비율을 나타내며, 부착량은 Cu, Sn이 부착되어 있는 총량(g/kg)을 의미한다.

위의 표 1에서 나타낸 바와 같이, 농도 0.1% 내지 4%의 염산으로 표면을 에칭하여 제조된 비드 와이어의 경우(실시예 1 내지 4)에는 염산으로 표면을 에칭하는 단계를 실시하지 않고 제조된 비드 와이어(비교예 1)보다 노화 접착력이 약 35% 내지 50% 향상되었으며, 일정 농도 이상의 에칭 용액을 사용한 경우(비교예 2)와 일정 농도 미만의 에칭 용액을 사용한 경우(비교예 3)에는 오히려 노화 접착력이 다소 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

즉, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 대한 실험예의 결과로부터, 본 발명과 같이 제조 공정에서 에칭 용액으로 에칭하는 단계를 포함하여 제조된 비드 와이어의 경우에는 고무와의 노화 접착력이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 자동차용 타이어의 부분 절개 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 스틸 코드 2: 비드 와이어

3: 카카스

T: 트레드부 S: 숄더부

C: 사이드 월부 B: 비드부

Claims (10)

1. 타이어 보강재용 와이어에 대하여 와이어 로드의 신선공정 이후 청동 도금공정 이전에 농도 0.1% 내지 4%의 염산 에칭 용액으로 에칭을 실시함으로써 타이어 보강재용 와이어가 에칭된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 노화 고무 접착력이 향상된 타이어 보강재용 비드 와이어.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 직경이 0.70mm 내지 2.0mm임을 특징으로 하는, 노화 고무 접착력이 향상된 타이어 보강재용 비드 와이어.
5. 제1항에 있어서, 탄소 함량이 0.67% 내지 1.5%이며, 절단 강도가 100 내지 650kg/㎟임을 특징으로 하는, 노화 고무 접착력이 향상된 타이어 보강재용 비드 와이어.
6. 제1항에 있어서, 스틸 코드 또는 비드 와이어에 사용되는 것을 특징으로 하는, 노화 고무 접착력이 향상된 타이어 보강재용 비드 와이어.
7. 타이어 보강재용 와이어에 대하여 와이어 로드의 신선공정 이후 청동 도금공정 이전에 농도 0.1% 내지 4%의 염산 에칭 용액으로 에칭하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 노화 고무 접착력이 향상된 타이어 보강재용 비드 와이어의 제조방법.
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