KR101522467B1 - 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드 및 그의 공기입 래기얼 타이어를 개시한다.
본 발명에 따르는 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드 및 그의 공기입 래기얼 타이어는 3가닥의 코어 필라멘트로 구성된 코어층, 상기 코어 필라멘트를 감싸고 있는 9개의 필라멘트로 구성된 제1시스층 및 제1시스층과 인접하여 꼬여 있는 14개 내지 16개의 필라멘트로 구성된 제2시스층으로 이루어진 3+9+n(n=14~16) 구조로 되어 있는 스틸 코드이고, 상기 코어층에 타이어 벨트고무와 동일한 소재로 토핑된 코어토핑층이 구비되며, 상기 제1시스층의 꼬임 방향은 코어층과 동방향이고, 제2시스층의 꼬임방향은 제1시스층과 이방향인 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 스틸 코드 내부의 공극을 최소화하고, 이로 인하여 공극 사이로 수분이나 염분이 침투되는 현상을 방지하여 플랫팅 마모와 부식으로 인한 타이어 내구성 저하를 방지하는 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있다.

Description

공기입 래디얼 타이어용 스틸코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어{Steel cord for pneumatic radial tyre and pneumatic radial tyre thereof}

본 발명은 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스틸 코드 내부의 공극을 최소화하고, 이로 인하여 공극 사이로 수분이나 염분이 침투되는 현상을 방지하여 플랫팅 마모와 부식으로 인한 타이어 내구성 저하를 방지하는 고무와의 접착력을 향상시킨 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드 및 이를 이용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.

스틸 코드는 탄소강을 재질로 하며, 구리, 아연, 니켈, 코발트, 주석 중에서 선택된 원소를 합금도금한 후, 이와 같은 선재를 용도에 따라 다양한 구조로 꼬아 만든 것으로 강도, 모듈러스, 내열성 및 내피로성 등이 다른 종류의 무기섬유 및 유기섬유에 비해 우수하여 타이어 등의 고무 보강재로 사용되고 있다.

일반적으로 스틸 코드는 타이어의 보강재로 사용되는 관계로 이종물질인 고무와의 접착이 우수하여야 하며, 자동차의 주행중 형성되는 가혹한 환경하에서도 내구성이 우수하여야 한다. 스틸 코드 및 타이어 제조 업계에서는 이러한 내구성을 향상시키기 위하여 많은 연구를 진행하여 왔다.

종래, 트럭 또는 버스용 공기입 래디알 타이어의 카카스(Carcass)층에 사용되는 스틸코드로서 3개의 필라멘트를 연선한 코어층과 코어층의 주위에 코어 필라멘트와 지름이 동일한 9개의 필라멘트로 구성된 제1시스(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 사용되어 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 저하시키는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 인식하여 대한민국 특허등록공보 제686433호에서는 2+8+n 또는 2+8+n+w(n=13~14) 구조를 가지는 스틸 코드를 개시하고 있으나, 여전히 3+9+w 구조 또는 3+9+15+w 구조를 대체하기에는 어려움이 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 기술적 과제는 스틸 코드 내부의 공극을 최소화하고, 이로 인하여 공극 사이로 수분이나 염분이 침투되는 현상을 방지하여 플랫팅 마모와 부식으로 인한 타이어 내구성 저하를 방지하는 고무와의 접착력을 향상시킨 스틸 코드를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 기술적 과제는 스틸 코드 내부의 공극을 최소화하고, 이로 인하여 공극 사이로 수분이나 염분이 침투되는 현상을 방지하여 플랫팅 마모와 부식으로 인한 타이어 내구성 저하를 방지하는 고무와의 접착력을 향상시킨 스틸 코드를 이용한 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 첫번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 3가닥의 코어 필라멘트로 구성된 코어층, 상기 코어 필라멘트를 감싸고 있는 9개의 필라멘트로 구성된 제1시스층 및 제1시스층과 인접하여 꼬여 있는 14개 내지 16개의 필라멘트로 구성된 제2시스층으로 이루어진 3+9+n(n=14~16) 구조로 되어 있는 스틸 코드이고, 상기 코어층에 타이어 벨트고무와 동일한 소재로 토핑된 코어토핑층이 구비되며, 상기 제1시스층의 꼬임 방향은 코어층과 이방향이고, 제2시스층의 꼬임방향은 제1시스층과 이방향이고,상기 제1시스층에 코어토핑층과 동일한 소재로 토핑된 제1시스토핑층을 구비하며, 상기 코어토핑층 또는 제1시스토핑층의 두께는 0.1 내지 0.4㎜인 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드를 제공한다.

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본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 스틸코드는 3+9+n+w 구조로 최외곽층으로서 랩핑 필라멘트를 더 포함하며, 상기 랩핑 필라멘트는 제2시스층의 꼬임방향과 이방향일 수 있다.

본 발명은 상술한 두번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상기 스틸코드를 이용하여 제조한 공기입 래디얼 타이어를 제공한다.

본 발명에 의하면, 스틸 코드 내부의 공극을 최소화하고, 이로 인하여 공극 사이로 수분이나 염분이 침투되는 현상을 방지하여 플랫팅 마모와 부식으로 인한 타이어 내구성 저하를 방지하는 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스틸코드의 단면을 개략적으로 보여주는 그림이다.

이하, 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

본 발명에 대하여 아래에서와 같이, 실시 가능한 예를 들어 설명하나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스틸코드의 단면을 개략적으로 보여주는 그림이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따르는 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드(100)로, 3가닥의 코어 필라멘트(110)로 구성된 코어층, 상기 코어 필라멘트를 감싸고 있는 9개의 필라멘트(120)로 구성된 제1시스층 및 제1시스층과 인접하여 꼬여 있는 14개 내지 16개의 필라멘트로 구성된 제2시스층(미도시)으로 이루어진 3+9+n(n=14~16) 구조로 되어 있는 스틸 코드이고, 상기 코어층에 타이어 벨트고무와 동일한 소재로 토핑된 코어토핑층(110')이 구비되며, 상기 제1시스층의 꼬임 방향은 코어층과 이방향이고, 제2시스층의 꼬임방향은 제1시스층과 이방향일 수 있다.

이러한 스틸코드(100)는 3가닥의 코어 필라멘트(110)가 연선된 코어층에 타이어 벨트고무와 동일한 소재로 토핑된 코어토핑층(110') 위로 9가닥의 필라멘트로 제1시스층을 연선하고, 그 위에 14 내지 16가닥의 필라멘트로 제2시스층을 연선하여 형성한다.

여기서, 연선의 의미는 복수개의 필라멘트를 일정 피치(pitch)로 일정한 방향으로 꼬아 합치는 것을 의미하며, 상기 제2시스층의 꼬임방향은 제1시스층과 이방향 구조를 통하여 반제품 압연이나 재단 공정에서 토션(torsion)불량의 발생을 방지한다.

또한, 상기 제1시스층에 코어토핑층(110')과 동일한 소재로 토핑된 제1시스토핑층(120')을 구비할 수 있어, 고무침투도의 향상은 물론 이종 고무간 계면분리 분량을 방지할 수 있다.

이 경우, 상기 스틸코드(100)는 3가닥의 코어 필라멘트(110)가 연선된 코어층에 타이어 벨트고무와 동일한 소재로 토핑된 코어토핑층(110') 위로 9가닥의 필라멘트로 제1시스층을 연선하고, 그 상부에 코어토핑층(110')과 동일한 소재로 토핑된 제1시스토핑층(120')을 구비한 후 그 위에 14 내지 16가닥의 필라멘트로 제2시스층을 연선하여 형성할 수 있다.

또한, 상기 코어토핑층(110') 또는 제1시스토핑층(120')의 두께는 0.1 내지 0.4㎜인 것일 수 있는데, 만일 0.1mm 미만의 경우에는 고무 가류시 미가류될 우려가 있으며, 반대로 0.4mm를 초과하면, 타이어 벨트 반제품의 게이지 불량이 발생될 수 있다.

아울러, 상기 스틸코드는 3+9+n+w 구조로 최외곽층으로서 랩핑 필라멘트(130)를 더 포함하며, 상기 랩핑 필라멘트(130)는 제2시스층의 꼬임방향과 이방향일 수 있는데, 이에 의하여 반제품 압연이나 재단 공정에서 토션(torsion)불량의 발생을 방지할 수 있게 된다.

상술한 스틸코드는 공기입 래디얼 타이어의 고무제품 보강을 위해 사용될 수 있으며, 본 발명의 스틸코드를 이용한 공기입 래디얼 타이어는 고무침투성 및 내구성이 향상되어 트럭 또는 버스등의 중하중용 래디얼 타이어로도 사용될 수 있다.

실시예1

탄소함량이 0.72wt%, 직경이 5.5mm인 스틸 와이어 로드를 직영 1.10mm가 되도록 1차 신선한 후 페이턴팅 처리 및 황동 도금 실시하고 직경 0.175mm까지 최종 신선을 하여 필라멘트를 준비하였다. 이어 상기 필라멘트 3선을 5mm 피치로 연선하고, 3선 외부에 0.1mm 두께의 고무를 토핑하였다. 이어 필라멘트 9선을 10mm 피치로 3선과 이방향으로 연선하고, 필라멘트 15선을 9선과 이방향으로 16mm 피치로 꼬고, 최외각 필라멘트 1선을 5mm 피치로 15선과 이방향으로 스파이럴랩 형태로 연선하여 본 발명에 따르는 스틸코드를 제조하였다.

실시예2

탄소함량이 0.72wt%, 직경이 5.5mm인 스틸 와이어 로드를 직영 1.10mm가 되도록 1차 신선한 후 페이턴팅 처리 및 황동 도금 실시하고 직경 0.175mm까지 최종 신선을 하여 필라멘트를 준비하였다. 이어 필라멘트 3선을 5mm 피치로 꼬고, 3선 외부에 0.1mm의 고무를 덧대었다. 이어 필라멘트 9선을 10mm 피치로 3선과 이방향으로 꼰 후, 필라멘트 9선 외부에 0.1mm의 고무를 토핑하였다. 이어 필라멘트 15선을 9선과 이방향으로 16mm 피치로 꼬고, 최외각 필라멘트 1선을 5mm 피치로 15선과 이방향으로 스파이럴랩 형태로 연선하여 본 발명에 따르는 스틸코드를 제조하였다.

비교예

탄소함량이 0.72%, 직경이 5.5mm인 스틸 와이어 로드를 직영 1.10mm가 되도록 1차 신선한 후 페이턴팅 처리 및 황동 도금 실시하고 직경 0.175mm까지 최종 신선을 하여 필라멘트를 준비하였다. 이어 필라멘트 3선을 5mm 피치로 꼬고, 9선을 10mm로 3선과 이방향으로 꼰후, 15선을 9선과 이방향으로 16mm 피치로 꼬고, 최외각 1선을 5mm 피치로 15선과 이방향으로 스파이럴랩 형태로 꼬아 스틸코드를 제조하였다.

실험예

상기 실시예 1, 2 및 비교예에 의한 스틸코드를 관련 ASTM 규정에 의하여 실험을 하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구 분	실시예1	실시예2	비교예
Cord경(mm)	1.43	1.52	1.34
Breaking Strength(kgf)	179	187	167
고무침투도(%)	181	220	100
접착력(kgf/inch)	142	151	136

표 1을 참조하면, 본 발명에 따르는 스틸코드는 기존 대비 고무침투도를 높여 파단 강도가 증가되어(비교예 대비 112%) 타이어의 내구성이 향상됨을 알 수 있다.

또한 고무침투도를 향상시켜(비교예 대비 220%) 고무와 스틸코드와의 접착력이 향상되어 타이어 노화 수명을 연장시킬 것으로 판단된다.

스틸코드 100, 3개의 필라멘트 110,
9개의 필라멘트 120, 코어토핑층 110',
제1시스토핑층 120', 랩핑 필라멘트 130

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 3가닥의 코어 필라멘트로 구성된 코어층, 상기 코어 필라멘트를 감싸고 있는 9개의 필라멘트로 구성된 제 1 시스층, 및 제 1 시스층과 인접하여 꼬여 있는 14개 내지 16개의 필라멘트로 구성된 제 2 시스층으로 이루어진 3+9+n(n=14~16) 구조로 되어 있는 스틸 코드이고, 상기 코어층에 타이어 벨트고무와 동일한 소재로 토핑된 코어토핑층이 구비되며, 상기 제1시스층의 꼬임 방향은 코어층과 이방향이고, 제2시스층의 꼬임방향은 제1시스층과 이방향이고,
   상기 제1시스층에 코어토핑층과 동일한 소재로 토핑된 제1시스토핑층을 구비하며,
   상기 코어토핑층 또는 제1시스토핑층의 두께는 0.1 내지 0.4㎜인 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 스틸코드는 3+9+n+w 구조로 최외곽층으로서 랩핑 필라멘트를 더 포함하며, 상기 랩핑 필라멘트는 제2시스층의 꼬임방향과 이방향인 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸코드.
   
5. 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 스틸코드를 이용하여 제조한 공기입 래디얼 타이어.

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