KR101547377B1 - 금속 코드, 다중 스트랜드 로프 및 타이어 - Google Patents

Abstract

인-시튜 방식으로 고무화된 3+N 구성의 두 개의 층(Ci, Ce)을 포함하는 금속 코드(C-1)로서, 해당 코드는 피치 p₁의 나선으로 함께 권취되는 직경이 d₁인 세 개의 코어 와이어(10)로 형성된 내층(Ci)과, 상기 내층(Ci) 둘레에 피치 p₂의 나선으로 함께 권취되고 직경이 d₂인 6개 내지 12개 범위에 있는 N개의 와이어(11)의 외층(Ce)을 포함하고, 다음 특징들, 즉 0.08<d₁<0.30, 0.08<d₂≤0.20, p₁/p₂≤1, 3<p₁<30, 6<p₂<30을 만족하고(d₁, d₂, p₁, p₂는 mm 단위), 상기 내층은 "충전 고무"(12)로 명명된 디엔 고무 조성물로 피복되며, 상기 디엔 고무 조성물은 2cm 이상의 임의의 코드 길이에 대해, 상기 세 개의 코어 와이어에 형성된 중심 채널(13)과, 상기 세 개의 코어 와이어(10)와 상기 외층(Ce)의 N개 와이어(11) 사이에 있는 간극 내에 존재하며, 상기 충전 고무의 코드 내 함량은 코드의 g당 5 mg와 35 mg 사이이다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 2층 코드를 포함하는 다중 스트랜드 케이블은 특히 토목 공학용의 산업용 차량의 타이어용으로 의도된 것이다.

Description

금속 코드, 다중 스트랜드 로프 및 타이어{METAL CORD, MULTISTRAND ROPE AND TYRE}

본 발명은 특히 고무 제품의 보강에 사용될 수 있는 3+N 구성의 2층 금속 코드(cords)에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 "인-시튜 고무화" 유형의 금속 코드(cord), 즉 보강하고자 하는 타이어 등의 고무 제품에 합체되기 전에, 해당 코드의 실제 생산 중에 생고무(즉, 경화되지 않은 고무)에 의해 내부로부터 고무화된 코드에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 타이어와, 특히 중기 차량과 같은 산업용 차량용 타이어의 카커스(carcass) 보강을 위한, 소위 이런 타이어의 "카커스"로도 불리는 카커스 보강재에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 래디얼 타이어는 트래드와, 두 개의 비신장성 비드(inextensible beads)와, 이들 비드를 트래드에 연결하는 두 개의 측벽과, 카커스 보강재와 트래드 사이에 원주 방향으로 배치된 벨트를 포함한다. 이 카커스 보강재는 산업용 차량의 타이어의 경우 통상 금속 유형인 케이블식 트레드(cabled thread) 또는 모노필라멘트 등의 보강 요소("보강 트레드")에 의해 보강되는 적어도 하나의 고무 플라이(ply)(또는 "층")로 공지된 방법으로 구성된다.

전술한 카커스 보강재의 보강을 위해, 중심 코어와 중심 코어 주위에 배치되는 하나 이상의 동심 와이어 층으로 형성된 "층상(layered)" 강재(steel) 코드라고 불리는 것을 사용하는 것이 일반적인 관행이다. 가장 빈번하게 사용되는 이런 층상 코드는 M개의 와이어로 된 코어가 N개의 와이어로 된 적어도 하나의 층으로 둘러싸이고, 해당 층 자체는 P개의 와이어로 된 외층으로 선택적으로 둘러싸이며, M, N 그리고 P의 와이어도 일반적으로 단순화 및 비용상의 이유로 동일한 직경을 가지는 M+N 또는 M+N+P 구성의 코드를 기본 구성으로 한다.

이런 타이어 카커스 보강 기능을 충족하기 위해, 다층 코드는 우선 양호한 유연성과 높은 굽힘 내구성을 가져야 하며, 이것은 다층 코드의 와이어가 종래에 타이어의 크라운 보강재용 코드에 사용되는 와이어의 직경보다 작은, 바람직하게는 0.30 mm 미만, 보다 바람직하게는 0.20 mm 미만의 상대적으로 작은 직경을 가져야 함을 의미한다.

이들 다층 코드는 또한 타이어 주행시 높은 응력을 받고, 특히 반복적인 굽힘 또는 곡률 변화를 받게 되고, 이는 특히 인접 층 간의 접촉에 기인하여 와이어 상에 마찰을 일으킴으로써 결국 마모와 피로를 야기한다. 따라서 코드는 소위 "프레팅 피로(fretting fatigue)"에 높은 저항성을 가져야 한다.

결국, 이들 다층 코드는 해당 코드를 구성하는 와이어들 간의 모든 공간으로 침투될 수 있는 고무로 가능한 깊이 침투되는 것이 중요하다. 사실, 이런 침투가 불충분하면, 코드를 따라 빈 채널이 형성되고, 예컨대 절개의 결과로 타이어 내로 침투되기 쉬운 물과 같은 부식 작용제가 이들 채널을 따라 타이어 카커스 내로 이동된다. 이런 수분의 존재는 건조한 대기에서 사용되는 경우에 비해 부식을 야기하고 상술한 열화 과정("부식 피로 현상")을 가속시키는 중요한 역할을 한다.

모든 이들 피로 현상은 일반적으로 포괄적인 용어인 "프레팅 부식 피로"로 분류될 수 있고 코드의 기계적 특성을 점진적으로 퇴화시킬 수 있으며 가혹한 주행 조건에서 상기 코드의 수명에 영향을 미칠 수 있다.

한편, 매우 높은 강도와 내구성을 갖는 탄소강의 유효성은 요즘 타이어 제조자가 특히 이들 코드의 제조를 단순화하고 복합체 보강 플라이의 두께를 줄여서 타이어 이력 현상을 감소시키고 종국적으로 타이어 자체의 비용과 이런 타이어를 장착한 차량의 연비를 줄이기 위해 가능한 오직 2층형 코드를 사용하려는 경향을 의미한다.

상술한 모든 이유로 인해, 현재 타이어 보강 카커스에 가장 빈번히 사용되는 2층 코드는 세 개의 와이어의 코어 또는 내층과 N개(예컨대 8 또는 9개)의 와이어의 외층의 조립체로 형성되고, 이 조립체는 선택적으로 외층 둘레에 나선형으로 권취된 외부 후프(hoop) 와이어에 의해 권취될 수 있는 3+N 구성의 코드를 기본으로 한다.

공지된 바와 같이, 이런 유형의 구성은 타이어 또는 기타 고무 제품의 경화 중 해당 타이어 또는 고무 제품의 캘린더링(calendering) 고무에 의해 외부로부터 코드의 침투를 촉진하고, 그에 따라 코드의 프레팅/부식-피로 내구성을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 고무에 의한 코드의 양호한 침투는 코드 내에 구속된 공기의 부피가 작은 것에 기인하여 타이어 경화 시간을 감소("프레싱 시간의 감소")시킬 수 있는 것이 알려져 있다.

그러나, 3+N 구성의 코드는 세 개의 코어 와이어의 중심에 채널 또는 모세관이 존재하고 해당 채널 또는 모세관은 고무에 의한 외부 함침 이후에도 여전히 비어 있어서 일종의 "심지 효과(wicking effect)"를 통해 물과 같은 부석성 매체가 전파되기 적합하기 때문에 코드가 심지로 바로 침투될 수 없다는 단점이 있다. 3+N 구성의 코드의 이런 단점은 널리 알려진 것으로 예컨대 국제 출원 WO 01/00922, WO 01/49926, WO 2005/071157, WO 2006/013077에서 논의되고 있다.

3+N 코드의 코어 침투성 문제를 해결하기 위해, 미국 특허 출원 US 2002/160213은 인-시튜 고무화 방식의 코드의 생산을 제안한다.

해당 출원에서 기술하고 있는 공정은 외층의 N개의 와이어를 피복 완료된 내층 둘레에 케이블 연결하여 후속 배치하기 전에, 고무 피복된 내층을 얻기 위해 세 개의 와이어 중 오직 하나 또는 바람직하게는 각각에 대해, 세 개의 와이어의 조립 지점(또는 꼬는 지점) 상류에서 비경화된 고무로 개별 피복(즉, "와이어 대 와이어 간"의 분리 피복)하는 것이다.

이 공정은 많은 문제를 제기한다. 첫째, 세 개 중 하나만에 대한 피복(예컨대 해당 문헌의 도 11 및 도 12에 도시됨)은 최종 코드에 고무 화합물의 충분한 충전을 보장하지 않아서 최적의 내식성 및 내구성을 얻을 수 없게 된다. 두 번째, 세 개의 와이어 각각의 와이어 대 와이어의 피복(예컨대 해당 문헌의 도 2 및 도 5에 도시됨)이 실제 코드를 충전하더라도, 과도하게 많은 양의 고무를 사용하게 된다. 최종 코드의 외주로부터 고무 화합물의 누설로 인해 산업용 케이블 형성 및 고무 코팅 조건 하에서 허용될 수 없게 된다.

경화되지 않은 고무의 매우 높은 접착성 때문에, 그렇게 고무화된 코드는 코드의 정확한 캘린더링이 최종적으로 불가능한 것을 언급하지 않고도, 바람직하지 않게 코드 권선이 수용 수풀에 권취될 때 제조 용구 또는 코드 권선 사이에 고착되므로 사용할 수 없게 된다. 캘린더링은 경화되지 않은 두 개의 고무층 사이에 합체함으로써 코드를 예컨대 타이어의 생산을 위해 소정의 후속 제조를 위한 반제품으로 사용되는 고무-코팅된 금속 섬유로 변환하는 것으로 생각된다.

세 개의 와이어 각각을 개별 피복함으로써 제기되는 다른 문제점은 세 개의 확장 헤드를 사용해야만 함으로 인해 요구되는 공간이 크다는 것이다. 이런 공간 요건 때문에, 원통형 층(즉, 층간 서로 다른 피치(p₁, p₂)를 갖는 층, 또는 동일한 피치(p₁, p₂)을 갖지만 층간 트위스트 방향이 다른 층)을 포함하는 코드의 제조는 반드시 다음의 두 개의 불연속 과정, 즉 (1) 제1 단계로서, 내층의 케이블 구성 및 권취 이전에 와이어의 개별 피복 과정과, (2) 제2 단계로서, 내층 둘레에 외층 케이블 형성 과정으로 수행되어야 한다. 다시 경화되지 않은 고무의 높은 접착성 때문에, 내층의 권취 및 중간 보관은 권취층 사이 또는 주어진 층의 권선 사이의 원치 않는 결합을 회피하기 위해 중간 스풀에 권취시 인서트와 넓은 권취 피치를 사용하는 것이 필요하다.

상기 모든 제약은 산업적 관점에서 가혹하며 고속의 생산 속도를 달성하는 데 역행한다.

본 출원인은 지속적인 연구 중에 특별한 제조 과정과 결합하여 상술한 결점들을 완화시킬 수 있는 특정 구조를 갖는, 인-시튜 방식으로 고무화된 3+N 구성의 새로운 층상 코드를 발견했다.

결국, 본 발명의 제1 주제는, 인-시튜 방식으로 고무화된 3+N 구성의 두 개의 층(Ci, Ce)을 포함하되, 피치 p₁의 나선으로 함께 권취되는 직경이 d₁인 세 개의 코어 와이어로 형성된 내층(Ci)과, 상기 내층(Ci) 둘레에 피치 p₂의 나선으로 함께 권취되고 직경이 d₂인 6개 내지 12개 범위에 있는 N개의 와이어의 외층(Ce)을 포함하는 금속 코드에 있어서, 상기 금속 코드는 다음 특징들(d₁, d₂, p₁, p₂는 mm 단위), 즉 0.08 < d₁ < 0.30, 0.08 < d₂ ≤ 0.20, p₁/p₂ ≤ 1, 3 < p₁ < 30, 6 < p₂ < 30을 만족하고,

상기 내층은 "충전 고무"인 디엔 고무 조성물로 피복되고, 상기 디엔 고무 조성물은 2cm 이상의 임의의 코드 길이에 대해, 상기 세 개의 코어 와이어에 의해 형성된 중심 채널과, 상기 세 개의 코어 와이어 및 상기 외층(Ce)의 N개 와이어 사이에 있는 각각의 간극 내에 존재하며,

상기 충전 고무의 코드 내 함량은 코드의 g당 5 mg과 35 mg 사이인 것을 특징으로 하는 금속 코드이다.

본 발명은 예컨대 플라이, 호스, 벨트, 컨베이어 벨트 및 타이어와 같은 고무 제품 또는 반제품의 보강을 위한 상기와 같은 코드의 사용에 관한 것이기도 하다.

본 발명의 코드는 지하 채굴 차량과, 버스와, 로리, 트랙터, 트레일러 또는 오프로드 차량과 같은 도로 수송 차량과, 농업 또는 토목 기계류 및 기타 유형의 수송 또는 조작 차량 등에 중기 차량으로 알려진 밴과 차량과 같은 산업용 차량에 사용하고자 하는 타이어의 카커스 보강재용 보강 요소로서 사용되도록 의도된 것이다.

본 발명은 본 발명에 따른 코드로 보강된, 특히 밴 또는 중기 차량과 같은 산업용 차량용으로 의도된 타이어를 포함하는, 고무 제품 또는 반제품 자체에 관한 것이기도 하다.

본 발명과 그 장점은 다음의 상세한 설명 및 실시예와 이들 실시예에 관한 도 1 내지 도 6으로부터 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 콤팩트 유형의 3+9 구성의 코드의 횡단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 콤팩트 유형의 3+9 구성의 코드의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 원통형 층으로 이루어진 유형의 3+9 구성의 코드의 횡단면도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 원통형 층으로 이루어진 유형의 3+9 구성의 코드의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 콤팩트 유형의 코드의 제조에 사용될 수 있는 트위스팅 및 인-시튜 고무 코팅 설비의 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 구성에 무관하게 방사상 카커스 보강재를 갖는 고내구성 타이어를 일반적으로 도시한 방사상 단면도이다.

I. 측정 및 시험

I-1. 인장 시험 측정

금속 와이어와 코드에 대해, ISO 6892(1984) 표준에 따른 장력으로 파단력(F_m)(N 단위의 최대 부하), R_m으로 지시된 인장 강도(MPa 단위) 및 A_t으로 지시된 파단시의 연신율(% 단위의 총 연신율)을 측정한다.

고무 조성물과 관련하여, 달리 지시하지 않으면 1998년의 ASTM D 412 표준(시편 "C")에 따라 장력 하에서 탄성 계수 측정을 행하며, E10으로 지시되고 MPa로 표현되는 10% 연신율에서의 "진(true)" 시컨트(secant) 탄성 계수(즉, 시편의 실제 단면적에 대한 탄성계수)가 ASTM D 1349(1999) 표준에 따른 정상 온도 및 수분 조건 하에서 2차 연신(즉, 적응 사이클 이후의)을 통해 측정된다.

I-2. 공기 투과성 시험

이 시험은 주어진 시간 동안 일정 압력 하에서 시편을 통과한 공기의 부피를 측정함으로써 시험 대상 코드의 종방향 공기 투과성을 결정할 수 있게 한다. 당업자에게 잘 알려진 이런 시험의 원리는 공기 불투과성으로 만들기 위한 코드의 처리의 효용성을 실증하는 것이다. 시험은 예컨대 ASTM D2692-98에 기술된 것이다.

이 시험은 이미 제조된 그대로의 코드 또는 보강을 통해 코드가 이미 경화 고무로 코팅된 타이어나 고무 플라이에서 추출된 코드에 대해 행해진다.

첫 번째 경우, 제조된 그대로의 코드는 먼저 코팅 고무에 의해 외부로부터 코팅되어야 한다. 이를 행하기 위해, 병렬 배열된 일련의 열 개의 코드(코드간 거리는 20 mm)가 각각 3.5 mm 두께를 갖는 두 개의 경화 고무 조성물의 피막(80×200 mm 규격의 두 직사각형) 사이에 배치된다. 클램핑 몰드를 이용하여 전체 조립체를 몰드에 파지하고, 이때 몰드에 있을 때 직선형을 유지하는 것을 보장하기 위해 각각의 코드는 충분한 장력(예, 2daN) 하에서 유지된다. 가황(경화) 공정은 140℃의 온도와 15 bar의 압력(80×200 mm 규격의 직사각형 피스톤에 의해 인가되는 압력) 하에서 40분에 걸쳐 수행된다. 이후, 조립체는 몰드에서 분리 후, 예컨대 특성화를 위해 7×7×20 mm 규격의 평행 육면체 형태로 코팅된 열 개의 코드 시편으로 절단 분할된다.

코팅 고무로서 종래의 타이어 고무 조성물이 사용되며, 해당 조성물은 천연 (콜로이드화) 고무와 N330 카본 블랙(65 phr)을 기초로 하고 다음의 상용 첨가제, 즉 황(7 phr), 설펜아미드 촉진제(1 phr), ZnO(8 phr), 스테아릭산(0.7 phr), 산화방지제(1.5 phr) 및 나프텐산 코발트(1.5 phr)를 포함한다. 코팅 고무의 탄성계수(E10)는 약 10 MPa이다.

예컨대 이 시험은 고무 조성물(또는 코딩 고무)로 주변이 코팅된 2 cm 길이의 코드에 대해 다음의 방법으로 수행된다. 코드 유입구로 1 bar의 압력의 공기를 주입하고 코드를 나가는 공기의 부피를 유량계(예컨대 0 내지 500 cm³/min으로 보정됨)를 이용하여 측정한다. 측정 중 코드 시편은 코드를 통해 일단에서 타단으로 종축을 따라 통과하는 공기의 양만이 측정되도록 압축된 시일(seal)(예, 고밀도 포옴(foam) 또는 고무 시일)에 고정된다. 시일의 밀봉 능력은 순수한 고무 시편, 즉 코드없는 시편을 사용하여 사전에 확인된다.

측정된 공기 평균 유량(열 개 시편의 평균)은 코드의 종방향 불투과 능력이 클수록 작다. 측정은 ±0.2 cm³/min 까지 정확하므로, 0.2 cm³/min 이하의 측정값은 0으로 간주되고, 해당 측정값은 축을 따라(즉, 종방향을 따라) 완전히 기밀하다고 말할 수 있는 코드에 대응한다.

I-3. 충전 고무 함량

충전 고무의 양은 초기 코드(인-시튜 고무화 코드)의 중량과 적절한 전해 처리에 의해 충전 고무가 제거된 코드(와이어의 코드)의 중량 사이의 차이를 측정함으로써 측정된다.

크기를 줄이기 위해 자체에 권취된 코드 시편(1m 길이)은 전기분해기(electrolyser)의 음극(발전기의 음극 단자에 연결됨)을 구성하는 반면, 양극(양극 단자에 연결됨)은 백금 와이어로 이루어진다. 전해질은 리터 당 1몰의 탄산나트륨을 함유하는 수용액(순수(純水))으로 이루어진다.

전해액에 완전히 침지된 시편에는 전압이 15분간 300 mA의 전류로 인가된다. 그후, 코드는 전해욕에서 제거된 후 충분히 물로 세정된다. 이 처리는 코드로부터 고무가 쉽게 분리되도록 한다(분리가 행해지지 않으면 몇 분간 전기분해를 계속함). 고무는 예컨대 코드로부터 와이어를 하나씩 풀어내면서 흡수천을 사용하여 단순히 문지름으로써 조심스레 제거된다. 와이어는 다시 물로 세정된 후 50% 순수와 50% 에탄올의 혼합물을 수용한 비이커에 침지된다. 비이커는 초음파욕에 10분간 침지된다. 그렇게 고무의 모든 흔적이 지워진 와이어는 비어커에서 제거된 후 질소 또는 공기의 증기로 건조된 다음 중량이 측정된다.

이로부터, 계산에 의해 열 번에 걸친 측정(즉, 총 10 m 이상의 코드에 대해)을 평균한 초기 코드의 g(그램) 당 충전 고무의 mg(밀리그램)으로 표현된 코드 내 충전 고무 함량이 도출된다.

I-4. 벨트 시험

"벨트" 시험은 시험 대상의 강재 코드가 가황 처리된 고무 제품에 합체된, 예컨대 특허 출원 EP-A-0 648 891 또는 WO 98/41682에 기술된 공지된 피로 시험이다.

이 시험의 원리는 다음과 같다. 고무 제품은 래디얼 타이어의 카커스 보강재용으로 널리 사용되는 것과 유사한 공지된 고무계 화합물로 제조된 무한 벨트이다. 각 코드의 축은 벨트의 종방향을 따라 배향되고, 코드는 약 1mm의 고무 두께 만큼 상기 벨트 표면에서 떨어져 있다. 벨트가 회전 실린더를 형성하도록 배치되면, 코드는 상기 실린더와 동일한 축의 나선형 권선을 형성한다(예컨대 나선 피치는 약 2.5 mm와 같다).

이 벨트는 이후 다음의 응력을 받는다. 벨트는 각 코드의 각 요소부가 초기 파단력의 12%인 인장력을 받아서, 벨트가 5천만 주기 동안 무한 곡률 반경으로부터 40 mm의 곡률반경까지 통과하게 만드는 곡률 변화 주기를 겪도록 두 열을 중심으로 회전된다. 시험은 조절된 분위기에서 수행되며, 벨트와 접촉하는 공기의 온도 및 상대 습도는 약 20℃와 60%로 유지된다. 각 벨트의 응력 인가 시간은 약 3주이다. 이런 응력 인가 후, 코드는 고무의 제거를 통해 벨트에서 분리되고, 피로 상태의 코드의 와이어의 잔류 파단력이 측정된다.

또한, 상술한 것과 동일한 벨트를 제조하고 이전과 동일한 방식으로 박피하지만, 이번은 코어에 대한 피로 시험을 하지 않는다. 피로 과정을 거치지 않은 코드의 와이어의 초기 파단력이 측정된다.

마지막으로, 잔류 파단력을 초기 파단력과 비교함으로서 피로 과정 후 파단력의 감소(ΔF_m으로 지시되고 %로 표현됨)가 계산된다. 이 감소(ΔF_m)는 공지된 바와 같이 응력과 대기에서 오는 수분의 결합된 작용에 의해 야기되는 와이어의 피로 및 마모에 기인하며, 이들 상태는 타이어 카커스 보강재의 보강 코드가 적용된 것과 비교될 수 있다.

I-5. 타이어의 내구성 시험

프레팅 부식 피로에 대한 코드의 내구성은 매우 오랜 시간 동안의 주행 시험에 의해 중기 차량 타이어의 카커스 플라이에서 평가된다.

이를 수행하기 위해, 시험 대상인 코드에 의해 보강된 단일 고무화 플라이로 이루어진 카커스 보강재를 갖는 중기 차량 타이어가 제조된다. 이들 타이어는 적절한 공지의 림에 설치된 후 수분 포화 상태의 공기와 동일한 압력(규정 압력보다 과압(overpressure))까지 팽창된다. 그후, 이들 타이어는 매우 높은 부하(규정 부하보다 과부하) 하에서 정해진 킬로미터 거리에 대해 동일 속도로 자동 롤링 머신 상에서 주행된다. 주행 시험 종료시, 고무를 박피함으로써 코드가 타이어의 카커스 보강재에서 제거되고, 그렇게 피로 과정을 겪은 와이어와 코드 모두에 대해 잔류 파단력이 측정된다.

또한, 이전 타이어와 동일한 타이어를 제조한 후 이전과 동일한 방법으로 박피되지만 이에 대해서는 주행 시험을 하지 않는다. 따라서, 박피 후 피로 과정을 거치지 않은 와이어와 코드의 초기 파단력이 측정된다.

마지막으로, 잔류 파단력을 초기 파단력과 비교함으로써 피로 과정 후 파단력의 감소(ΔF_m으로 지시되고 %로 표현됨)가 계산된다. 이 감소(ΔF_m)는 와이어의 피로와 마모(단면적 감소) 모두에 기인하는데, 이 피로와 마모는 특히, 와이어 상호 간 접촉력과 대기에서 오는 수분, 즉 롤링 중 타이어 내의 코드가 겪는 프레팅 부식 피로에 따른 격렬한 작용과 같은 다양한 기계적 응력의 결합 작용에 의해 야기된다.

카커스 플라이의 파괴 또는 초기에 일어날 수 있는 다른 유형의 사건(예, 트래드 박리) 때문에, 타이어가 강제로 파괴될 때까지 주행 시험을 수행하도록 선택하는 것도 가능하다.

II . 발명의 상세한 설명

본 설명에서 달리 지시되지 않으면 지시된 %는 중량%이다.

또한, "a와 b 사이"의 표현으로 나타낸 값의 어떤 간격도 a를 초과하고 b 미만의 값의 범위를 나타내는 반면(즉 상하한 값인 a와 b가 배제됨), "a 내지 b"의 표현으로 지시된 값의 간격은 a에서 b까지의 값의 범위를 의미한다(즉 상하한 값인 a와 b가 포함됨).

II -1. 본 발명의 3+N 코드

3+N 구성의 본 발명의 두 개의 층(Ci, Ce)을 포함하는 금속 코드는,

피치 p₁의 나선으로 함께 권취되고 직경이 d₁인 세 개 코어 와이어를 포함하는 내층(Ci)과,

상기 내층(Ci) 둘레에 피치 p₂의 나선으로 함께 권취되고 직경이 d₂인 6개 내지 12개 범위에 있는 N개의 와이어의 외층(Ce)을 포함한다.

상기 코드는 다음의 기본적인 특징, 즉 0.08 mm < d₁ < 0.30, 0.08 mm < d₂ ≤ 0.20, p₁/p₂ ≤ 1, 3 < p₁ < 30, 6 < p₂ < 30의 특징들을 갖는다.

상기 내층은 디엔 고무 조성물로 피복되며, 상기 디엔 고무 조성물은 "충전 고무"로서, 2cm 이상의 임의의 코드 길이에 대해, 상기 세 개의 코어 와이어에 형성된 중심 채널과, 상기 세 개의 코어 와이어와 상기 외층(Ce)의 N개 와이어 사이에 있는 각각의 간극 내에 존재하며,

상기 충전 고무의 코드 내 함량은 코드의 g당 5 mg과 35 mg 사이이다.

이런 본 발명의 코드는 인-시튜 고무화 코드로 명명될 수 있으며, 내층(Ci)과 외층(Ce)은 내층(Ci)과 외층(Ce) 사이에 존재하는 간극 또는 공동 각각을 적어도 부분적으로 충전하는 충전 고무의 피복만큼 방사상으로 분리된다. 또한, 내층의 세 와이어에 의해 형성되는 중심 모세관은 자체가 충전 고무에 의해 침투된다.

본 발명의 코드는 충전 고무 함량이 코드의 그램 당 5 mg과 35 mg 사이의 충전 고무인 다른 기본적 특징을 갖는다.

지시된 최소치 미만의 경우, 적어도 2 cm의 임의의 길이의 코드에 대해 충전 고무가 코드의 간극 각각에 적어도 부분적으로 실제 존재하는 것을 보장할 수 없는 반면, 지시된 최대치보다 큰 경우, 충전 고무가 코드 외주면에서 누설됨으로 인해 상술한 다양한 문제가 생길 수 있다. 이런 모든 이유로 인해, 충전 고무 함량은 코드의 그램 당 5 mg과 30 mg 사이, 예컨대 10 mg 내지 25 mg까지의 범위에 있는 것이 바람직하다.

전술한 한계 내에서 조절되는 상기 함량과 함께, 이런 충전 고무 함량은 하기에 상세히 설명되는 3+N 코드의 형상에 적합한 특정 트위스팅/고무 코팅 공정을 실시하는 것에 의해서만 가능하게 된다.

이런 특정 공정의 실시는 조절된 충전 고무량의 코드가 얻어질 수 있도록 함고 더불어 본 발명의 코드 내, 특히 중심 채널 내에 내부 고무 파티션(코드의 축을 따라 연속적이든 불연속적이든) 또는 고무 플러그가 충분한 수로 존재하도록 보장한다. 따라서, 본 발명의 코드는 대기에서 오는 산소 또는 물과 같은 임의의 부식성 유체가 코드를 따라 전파되는 것에 대해 불투과적으로 됨으로써 본 문헌의 서두에 언급된 심지 효과를 방지할 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 일 실시예에 따르면, 다음 특징이 입증된다. 즉 2 cm 이상인 코드의 임의의 길이에서 코드는 종방향을 따라 기밀하거나 실질적으로 기밀하다는 것이 입증된다. 다시 말해, 세 개의 코어 와이어에 의해 형성되는 중심 채널을 포함하는 3+N 코드 내의 각각의 간극(또는 공동)은 상기 코드(고무와 같은 폴리머로 외부가 코팅된 코드)가 그 종방향을 따라 기밀하거나 실질적으로 기밀하도록 매 2cm 마다 충전 고무의 플러그(또는 내부 파티션)를 포함한다.

I-2 항목에서 기술한 공기 투과성 시험에서, "기밀한" 3+N 코드는 최대 0.2 cm³/min 또는 그 미만의 평균 공기 유량을 특징으로 하는 한편, "실질적으로 기밀한" 3+N 코드는 2 cm³/min 미만, 보다 바람직하게는 1 cm³/min 미만의 평균 공기 유량인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특별한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 코드는 외주에 충전 고무가 없거나 실질적으로 없다. 이런 표현은 케이블의 외주에 육안상 미량의 충전 고무도 보이지 않는 것, 다시 말해, 당업자가 2 m 이상의 거리에서 육안으로 볼 때 본 발명에 따른 3+N 코드의 스풀과 종래의 3+N 코드의 스풀, 즉 제조 후 인 시튜 방식으로 고무화되지 않은 코드의 스풀 사이에 아무런 차이가 없는 것으로 이해된다.

굽힘시 코드의 강도, 실행 가능성, 강성 및 내구성 사이의 최적의 절충을 위해, 와이어의 직경이 층에 따라 동일한지 아닌지 여부에 무관하게, 층(Ci, Ce)의 와이어의 직경이 0.10 < d₁ < 0.25 및 0.10 < d₂ ≤ 0.20인 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게, 0.10 < d₁ < 0.20 및 0.10 < d₂ < 0.20인 관계를 만족한다.

층(Ci, Ce)의 와이어는 층에 따라 동일하거나 상이한 직경을 가질 수 있다. 층간 직경이 동일한 (즉,d₁ = d₂) 와이어를 이용함으로써 특히 제조를 단순화하고 코드의 비용을 줄이는 것이 바람직하다.

바람직하게, 0.5 ≤ p₁/p₂ ≤ 1인 관계가 만족된다.

공지된 바와 같이, 본 명세서에서 피치 "p"는 코드의 축에 평행하게 측정된 길이를 나타내고, 그 길이의 끝에서 상기 피치를 갖는 와이어는 코드의 축 둘레에 완전히 일 회전된다.

특별한 실시예에 따르면, 피치 p₁과 p₂는 동일하다(p₁=p₂). 이것은 특히 두 개의 층(Ci, Ce)이 트위스트(S/S 또는 Z/Z)와 동일 방향으로 권취되는 추가의 특징을 갖는 도 1의 예에서 설명된 바와 같은 콤팩트 유형의 층상 코드의 경우이다. 이런 콤팩트한 층상 코드의 경우, 조밀성(compactness)은 실질적으로 와이어의 층간 분리가 보이지 않는 정도이다. 따라서, 이런 코드의 단면은 예컨대 도 1(본 발명에 따른 콤팩트형 3+9 코드) 또는 도 2(제어로서 3+9 콤팩트형 코드, 즉 인 시튜 방식으로 고무화되지 않은 코드)에 도시된 바와 같이 원통형이 아닌 다각형의 외형을 가진다.

피치 p₂는 특히 d₁=d₂일 때, 보다 바람직하게는 6 mm와 25 mm 사이, 예컨대 8 mm 내지 22 mm의 범위가 되도록 선택된다. 이 경우, 피치 p₁는 특히 d₁=d₂일 때, 보다 바람직하게는 3 mm와 25 mm 사이, 예컨대 4 mm 내지 20 mm 사이의 범위가 되도록 선택된다.

외층(Ce)은 포화층, 즉, 정의상, 직경이 d₂인 적어도 (N_max+1)번째 와이어를 부가하기에 불충분한 공간이 존재하는 포화층의 선택적 특징을 가지며, 이때 N_max는 내층(Ci) 둘레에 층으로서 권취될 수 있는 와이어의 최대 갯수를 나타낸다. 이 구성은 그 표면으로부터 충전 고무가 누설되는 위험을 제한하고 주어진 코드 직경에서 고강도를 제공하는 장점을 갖는다.

따라서, 와이어의 수(N)는 본 발명의 특별한 실시예에 따라 예컨대 6개 내지 12개의 와이어로 매우 넓게 변화될 수 있으며, 와이어의 최대 수(N_max)는 바람직하게 외층을 포화 상태로 유지하도록 해당 직경(d₂)이 코어 와이어의 직경(d₁)보다 감소되면 증가되는 것으로 이해된다.

바람직한 실시예에 따르면, 층(Ce)은 8개 내지 10개의 와이어를 포함하며, 다시 말해, 본 발명의 코드는 3+8, 3+9 및 3+10 구성의 코드의 그룹에서 선택된다. 보다 바람직하게, 층(Ce)의 와이어는 다음 관계를 만족한다.

특히, 실질적으로 동일한 층간 직경(즉, d₁=d₂)을 갖는 와이어를 포함하는 코드가 상기 코드로부터 선택된다.

특별히 바람직한 실시예에 따르면, 외층은 9개의 와이어를 포함한다.

모든 층상 코드와 마찬가지로 본 발명의 3+N 코드는 두 종류, 즉 콤팩트 유형 또는 원통형-층 유형을 가질 수 있다.

바람직하게, 층(Ci, Ce)의 모든 와이어는 동일한 트위스트 방향, 즉 S 방향(S/S 배열) 또는 Z 방향(Z/Z 배열)으로 권취된다. 유리하게, 동일 방향의 권취층(Ci, Ce)은 이들 두 층 간의 마찰과 그에 따른 구성 와이어의 마모를 최소화한다.

보다 바람직하게, 두 층은 도 1의 예에 나타낸 바와 같이 콤팩트 유형의 코드를 얻기 위해 동일 피치(p₁=p₂)를 가지거나, 도 3의 예에 도시된 바와 같이 원통형 유형의 코드를 얻기 위해 다른 피치를 가지고 동일 방향(S/S 또는 Z/Z)으로 권취된다.

본 발명의 코드의 구성은 유리하게 코드의 구조 내로 고무의 침투가 양호하고 그로부터 얻어지는 자체-후핑(테두리화)에 기인하여 후프 와이어의 배제를 가능케 한다.

"금속 코드"라는 용어는 본 출원에서 정의상 다수(즉, 와이어의 수의 50% 초과) 또는 전체(와이어의 100%)가 금속 재료로 된 와이어로 형성된 코드를 의미하는 것으로 이해된다. 층(Ci)의 와이어는 바람직하게는 강으로, 보다 바람직하게는 탄소강으로 제조된다. 별도로, 층(Ce)의 와이어는 자체가 강으로, 바람직하게는 탄소강으로 제조된다. 그러나, 물론 예컨대 스테인레스 강과 같은 그 밖의 강이나 그 밖의 합금을 사용하는 것이 가능하다.

탄소강이 사용되는 경우, 그 탄소 함량은 바람직하게 0.4%와 1.2% 사이, 특히 0.5%와 1.1% 사이이다. 보다 바람직하게, 탄소 함량은 0.6%와 1.0% 사이(%는 강 중의 중량%)이며, 이런 함량은 조성물의 필요한 기계적 성질과 와이어의 실현 가능성 사이의 양호한 절충을 나타낸다. 0.5%와 0.6% 사이의 탄소 함량은 강이 신선이 용이하기 때문에 실제로 이런 강을 보다 저렴하게 만든다. 본 발명이 다른 유리한 실시예는 의도하는 용도에 따라 예컨대, 특히 저비용 고신선성 때문에 0.2%와 0.5% 사이인 저탄소 함량의 강을 사용하는 것일 수 있다.

사용되는 금속 또는 강은, 특히 탄소강 또는 스테인레스 강이든지 간에, 예컨대 금속 코드 및/또는 그 구성 요소의 처리 특성 또는 점착성, 내식성 또는 내시효성과 같은 코드 및/또는 타이어 자체의 사용 특성을 향상시키는 금속층으로 자체가 코팅될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 사용되는 강은 황동층(Zn-Cu 합금) 또는 아연층으로 코팅된다. 와이어 제조 공정 중, 황동 또는 아연 코팅은 와이어 신선을 보다 쉽게 하고 와이어가 고무에 보다 잘 접착되게 함을 알게 된다. 그러나, 와이어는 예컨대, 이들 와이어의 내식성 및/또는 고무에 대한 점착성을 향상시키는 기능을 갖는, 예컨대 Co, Ni, Al의 박막층 또는 Cu, Zn, Al, Ni, Co 및 Sn 성분 중 둘 이상의 성분의 합금과 같이, 황동 또는 아연 이외의 박막 금속층으로 코팅될 수 있다.

본 발명의 코드는 바람직하게 탄소강으로 제조되고 바람직하게 2,500 MPa보다 크고, 보다 바람직하게 3,000 MPa보다 큰 인장 강도(R_m)를 가진다. 구조적, 탄성적 및 소성적 연신율의 합계인 코드의 파단(A_t)시의 총 연신율은 바람직하게 2.0%보다 크고, 보다 바람직하게 적어도 2.5%이다.

충전 고무의 디엔 엘라스토머(또는 구분없이 "고무", 이들 두 표현은 같은 의미로 간주됨)는 바람직하게 폴리부타디엔(BR), 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 다양한 부타디엔 공중합체, 다양한 이소프렌 공중합체 및 이들 엘라스토머의 혼합물에 의해 형성된 그룹에서 선택된 디엔 엘라스토머이다. 이런 공중합체는 보다 바람직하게, 유화 중합(ESBR)되거나 용액 중합(SSBR)되던지 간에, 스티렌-부타디엔(SBR) 공중합체, 부타디엔-이소프렌(BIR) 공중합체, 스티렌-이소프렌(SIR) 공중합체 및 스티렌-부타디엔-이소프렌(SBIR) 공중합체에 의해 형성된 그룹에서 선택된다.

바람직한 실시예는 "이소프렌" 엘라스토머, 즉 이소프렌 단일 중합체 또는 공중합체, 다시 말해, 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 다양한 이소프렌 공중합체 및 이들 엘라스토머의 혼합물에 의해 형성된 그룹에서 선택된 디엔 엘라스토머를 사용하는 것이다. 이소프렌 엘라스토머는 바람직하게 천연 고무 또는 cis-1,4 유형의 합성 폴리이소프렌이다. 이들 합성 폴리이소프렌 중에서, 90%보다 크고, 보다 바람직하게는 98%보다 큰 함량(몰%)의 cis-1,4 본드를 갖는 폴리이소프렌을 사용하는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 실시예에 따르면, 디엔 엘라스토머는 예컨대 BR 유형의 다른 엘라스토머와 혼합되지 않거나 혼합된 예컨대, 사용되는 SBR과 같은 다른 디엔 엘라스토머로 전적으로 또는 부분적으로 이루어질 수 있다.

충전 고무는 디엔 엘라스토머가 아닌 다른 종류의 합성 엘라스토머 또는 심지어 엘라스토머가 아닌 폴리머와 같이 사용될 수 있는 하나 이상의 디엔 엘라스토머를 포함할 수 있다.

충전 고무는 가교 결합 가능한 유형일 수 있다. 즉 충전 고무는 일반적으로 조성물이 경화(즉, 강화) 공정 동안에 가교 결합될 수 있도록 하는 데 적합한 가교 결합 시스템을 포함한다. 바람직하게, 고무 피복의 가교 결합 시스템은 소위 가황 시스템, 즉 황(또는 황 공여제)과 1차 가황 촉진제에 기초한 가황 시스템이다. 이 기초 가황 시스템에는 다양한 공지된 2차 촉진제 또는 가황 활성화제가 추가될 수 있다. 황은 바람직하게 0.5 phr과 10 phr 사이, 보다 바람직하게 1 phr과 8 phr 사이의 양으로 사용되며, 1차 가황 촉진제, 예컨대 술펜아미드는 바람직하게 0.5 phr과 10 phr 사이, 보다 바람직하게 0.5 phr과 5.0 phr 사이의 양으로 사용된다.

그러나, 본 발명은 충전 고무가 황 또는 심지어 임의의 다른 가교 결합 시스템을 포함하지 않는 경우에도 적용되는데, 이것은 자체의 가교 결합의 경우 본 발명의 코드가 보강하고자 의도하는 고무 매트릭스에 이미 존재하는 가교 결합 또는 가황 시스템이 충분할 수 있고 상기 주변 매트릭스와의 접촉에 의해 충전 고무 내로 이동될 수 있는 것으로 이해된다.

충전 고무는 상기 가교 결합 시스템과 별개로, 타이어의 제조를 위해 의도된 고무 매트릭스에 관행적으로 사용되는, 특히, 예컨대 높거나 바람직하게는 낮은 점도를 갖는 나프텐계 또는 파라핀계 등의 매우 취약하거나 비-방향족 오일, MES 또는 TDAE 오일, 30℃가 넘는 높은 Tg를 갖는 가소성 수지, 경화되지 않은 상태에서 조성물의 처리를 용이하게 만드는 처리 보조제, 점착성 부여 수지, 전환 방지 작용제, 예컨대 HMT(헥사메틸렌 테트라민) 또는 H3M(헥사메톡시메틸멜라민)과 같은 메틸렌 수용체 및 공여체, 보강 수지(레조르시놀 또는 비스말레이미드 등), 예컨대 코발트 또는 니켈 염 또는 란탄염 등의 금속염 종류의 공지된 접착 촉진 시스템과 같은 방향족 또는 비-방향족 유형에 관계없이, 예컨대 카본 블랙이나 실리카 등의 무기 충전제와 같은 보강 충전제, 커플링 작용제, 시효 방지제, 산화 방지제, 가소제 또는 오일 확장제(oil extender)와 같은 첨가제 중 전체 또는 일부를 또한 포함할 수 있다.

예컨대 카본 블랙 또는 실리카 등의 무기 보강 충전제와 같은 충전제의 함량은 바람직하게 50 phr보다 큰, 예컨대 60 phr과 140 phr 사이이다. 보다 바람직하게 70 phr보다 크고, 예컨대 70 phr과 120 phr 사이이다. 카본 블랙의 경우, 예컨대 모든 카본 블랙, 특히 타이어에 통상 사용되는 HAF, ISAF 및 SAF 유형의 모든 카본 블랙(타이어-등급 블랙으로 알려짐)이 적절하다. 이들 중 ASTM 300, 600 또는 700 등급(예, N326, N330, N347, N375, N683 및 N772)의 카본 블랙에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 적절한 무기적 보강 충전제는 특히, 구체적으로 450 m²/g 미만, 바람직하게는 30 m²/g 내지 400 m²/g인 BET 표면적을 갖는 석출형 또는 화성(pyrogenic) 실리카인 실리카(SiO₂) 유형의 미네랄 충전제이다.

당업자들은 본 설명을 통해 원하는 레벨의 특성(특히 탄성 계수)을 얻도록 충전 고무의 배합을 조정하고 해당 배합을 계획하는 특정 용도에 적합화하는 것이 가능할 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 충전 고무의 배합은 본 발명의 코드가 보강하고자 의도하는 고무 매트릭스의 배합과 동일하게 선택될 수 있다. 따라서, 충전 고무의 각각의 재료와 상기 고무 매트릭스 간의 조화에 아무런 문제가 없다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 충전 고무의 배합은 본 발명의 코드가 보강하고자 의도하는 고무 매트릭스의 배합과 다르게 선택될 수 있다. 충전 고무의 배합은 특히, 상대적으로 많은 양의 접착 촉진제, 통상 예컨대 5 phr 내지 15 phr의 코발트염, 니켈염, 또는 네오디뮴 등의 란탄족 금속염과 같은 금속염을 사용하고(WO2005/113666 출원 참조), 주변 고무 매트릭스에 있는 상기 촉진제를 유리하게 감소(또는 심지어 완전히 제거)시킴으로써 조정될 수 있다. 물론, 충전 고무의 배합은 점성과 그에 따라 코드 제조 중 코드 내로의 침투를 최적화할 목적으로 조정될 수 있다.

바람직하게, 충전 고무는 가교 결합된 상태에서 2 MPa와 25 MPa 사이, 보다 바람직하게 3 MPa와 20 MPa 사이, 특히 3 MPa 내지 15 MPa의 범위에 있는 연신율 E10(10% 연신율)에서의 시컨트 탄성 계수를 가진다.

본 발명은 당연히 경화되지 않은 상태(충전 고무가 가황 처리되지 않음)와 경화된 상태(충전 고무가 가황 처리됨) 모두의 경우의 상술한 코드에 관한 것이다. 그러나, 충전 고무와 주변 고무 매트릭스(예, 캘린더링 고무) 사이의 최종 가황 처리 도중에 접합의 촉진을 위해 상기 코드가 의도하는 타이어 등의 반제품 또는 완제품으로 후속으로 합체될 때까지 경화되지 않은 상태에서 본 발명의 코드를 충전 고무와 함께 사용하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 바람직한 3+9 코드의 예를 코드(직선형이고 미사용인 것으로 가정)의 축에 수직인 단면을 개략적으로 도시한다.

이 코드 C-1은 콤팩트 유형으로서, 다시 말해 내층(Ci)과 외층(Ce)이 동일 방향(인정된 명명법에 따라 S/S 또는 Z/Z)과 부가적으로 동일 피치(p₁=p₂)로 권취된다. 이런 유형의 구성은 결과적으로 내부 와이어(10)와 외부 와이어(11)가 두 개의 동심층을 형성하고, 각 층의 윤곽(점선으로 표시)은 실질적으로 다각형(층(Ci)의 경우 삼각형이고 층(Ce)의 경우 육각형)이고 이후 설명될 원통형 층상 코드의 경우에서와 같이 원통형이 아니다.

충전 고무(12)는 세 개의 코어 와이어(10)에 의해 한정되어 형성된 중심 모세관(13)(삼각형으로 부호화)을 충전함으로써, 세 개의 와이어(10)에 의해 형성된 내층(Ci)을 완전히 커버하면서 해당 와이어를 아주 조금 떨어지게 이동시킨다. 충전 고무는 또한 하나의 코어 와이어(10)와 그에 바로 인접한 두 개의 외부 와이어(11), 또는 두 개의 코어 와이어(10)와 그에 인접한 외부 와이어(11)에 의해 한정되어 형성된 간극 또는 공동(또한 삼각형으로 부호화)을 충전한다. 총계로 12개의 간극이 3+9 코드에 존재하며, 코드에 중심 모세관(13)이 추가된다.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 3+N 코드에서, 충전 고무는 해당 충전 고무가 덮는 층(Ci) 둘레에 연속적인 방식으로 확장된다.

이에 비해, 도 2는 콤팩트 유형의 종래의 3+9 코드(C-2)(인 시튜 방식으로 고무화되지 않은 코드)의 단면을 도시한다. 충전 고무의 부재는 실제로 모든 와이어(20, 21)가 서로 접촉되어, 고무가 외부로부터 침투하기가 매우 어려운(불투과성이 아님) 특히 콤팩트한 구조가 얻어짐을 의미한다. 이런 종류의 코드의 특징은 세 개의 코어 와이어(20)가 중심 모세관 또는 채널(23)을 형성하며, 해당 모세관 또는 채널은 비어 있고 폐쇄되어 있어서 물 등의 부식 매체가 "심지" 효과를 통해 전파되기에 적합하다.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 3+9 코드의 다른 예를 개략적으로 도시한다.

이 코드 C-3는 원통형 층상 유형이고, 다시 말해 내층(Ci)과 외층(Ce)이 동일한 피치(p₁=p₂)이지만 다른 방향(S/Z 또는 Z/S)으로, 또는 어떤 트위스트 방향(S/S 또는 Z/Z 또는 S/Z 또는 Z/S)으로도 다른 피치(p₁≠p₂)로 권취된다. 공지된 바와 같이, 이런 종류의 구성은 결과적으로 와이어가 두 개의 인접한 동심의 관상층(Ci, Ce)으로 배열됨으로써 코드(및 두 개층)의 외형(점선으로 표현)은 원통형이고 더 이상 다각형이 아니다.

충전 고무(32)는 세 개의 코어 와이어(30)에 의해 형성된 중심 모세관(33)(삼각형으로 부호화)을 충전함으로써, 세 개의 와이어(30)에 의해 형성된 내층(Ci)을 완전히 덮으면서 해당 와이어를 아주 조금 떨어지게 이동시킨다. 충전 고무는 또한 하나의 코어 와이어(30)와 그에 바로 인접한 두 개의 외부 와이어(31)(최근접 와이어), 또는 두 개의 코어 와이어(30)와 그에 인접한 외부 와이어(31)에 의해 한정되어 형성된 각각의 간극 또는 공동을 적어도 부분적으로(본 예에서는 완전히) 충전한다.

이에 비해, 도 4는 두 개의 원통형 층으로 이루어진 유형의 종래의 3+9 코드(C-4)(인 시튜 방식으로 고무화되지 않은 코드)의 단면을 도시한다. 충전 고무의 부재는 실제로 내층(Ci)의 세 개의 와이어(40)가 서로 접촉함으로써, 고무가 외부로부터 침투할 수 없고 부식 매체가 전파되기 적합한 비어 있고 폐쇄된 중심 모세관(43)이 얻어짐을 의미한다.

본 발명의 코드에는 외부 후프가 마련될 수 있으며, 해당 외부 후프는 외층과 반대이거나 동일한 권취 방향으로 외층보다 짧은 피치로 코드 둘레에 나선으로서 권취되는 금속 또는 기타 재료로 된, 예컨대 단일 와이어를 포함할 수 있다.

그러나, 그 특정 구조로 인해, 본 발명의 이미 자체-후핑된 코드는 통상 외부 후프 와이어의 사용을 필요로 하지 않아서 후프와 코드의 최외층의 와이어 간의 마모의 문제점을 유리하게 해결할 수 있다.

그러나, 후프 와이어가 사용되는 경우, 외층 와이어가 탄소강으로 제조되는 일반적인 경우, 예컨대 특허 출원 WO-A-98/41682에서 교시하는 바와 같이, 스테인레스강으로 제조된 후프 와이어를 유리하게 선택함으로써 스테인레스강 후프와 접촉하는 이들 탄소강 와이어의 프레팅 마모를 감소시킬 수 있고, 스테인레스강 와이어는 예컨대 EP-A-976 541 문헌에 설명되는 바와 같이 외부만 스테인레스강이고 코어는 탄소강으로 제조된 복합체 와이어에 의해 선택적으로 균등하게 대체될 수 있다. 특허 출원 WO-A-03/048447에 설명되는 바와 같이 폴리에스테르 또는 서모트로픽 방향족 폴리에스테르아미드로 된 후프를 사용하는 것도 가능하다.

II -2. 본 발명의 3+N 코드의 제조

전술한 3+N 구성의 본 발명의 코드는 연속 수행되는 다음 네 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있는데, 이들 단계는,

제1 단계로서 조립 지점에서 내층(Ci)을 형성하도록 세 개의 코어 와이어를 함께 트위스팅하여 조립하는 1차 조립 단계와,

제2 단계로서 상기 세 개의 코어 와이어를 조립하기 위한 상기 조립 지점 하류에서, 상기 내층(Ci)을 경화되지 않은(즉, 가교 결합되지 않은) 충전 고무로 피복하는 피복 단계와,

제3 단계로서 상기 피복된 내층(Ci) 둘레에 외층(Ce)의 N개 와이어를 트위스트하는 2차 조립 단계와,

제4 단계로서 상기 트위스트를 밸런싱하는 최종 단계이다.

금속 와이어 조립을 위해 다음의 두 가지 가능한 방법이 존재함을 알게 된다

케이블링 방법: 이 경우, 와이어는 조립 지점 전후의 동기 회전 때문에 와이어 자체의 축에 대한 트위스팅을 겪지 않는다.

트위스팅 방법: 이 경우 와이어는 자체의 축에 대해 집합적 트위스팅과 개별적 트위스팅 모두를 겪게 되어 와이어 각각에 대해 언트위스팅(풀림) 토크(untwisting torque)를 발생시킨다.

상기 공정의 한 가지 기본적인 특징은 내층과 외층의 조립시 트위스팅 단계의 사용이다.

제1 단계 동안, 세 개의 코어 와이어는 자체로 알려진 방식으로 내층(Ci)을 형성하기 위해 함께 트위스팅된다(S 또는 Z 방향으로). 와이어는 조립 가이드에 커플링되는지 여부에 무관하게 코어 와이어를 공통의 트위스트 지점(또는 조립 지점)로 수렴하게 하도록 의도된 스풀, 분리용 그리드 등의 공급 수단에 의해 전달된다.

그렇게 형성된 내층(Ci)은 압출 스크류에 의해 적절한 온도로 공급되는 경화되지 않은 충전 고무로 피복된다. 충전 고무는 종래 기술에 설명되는 바와 같이 내층의 형성 전에 조립 작업의 상류에서 와이어를 개별 피복할 필요없이 단일 압출 헤드에 의해 작은 용적의 단일 고정점으로 전달될 수 있다.

이 공정은 종래의 조립 공정을 감속(slow down)시키지 않는 상당한 장점을 가진다. 따라서, 해당 공정은 초기 트위스팅, 고무 코팅 및 최종 트위스팅의 완전한 작업이 생산된 코드의 유형(콤팩트 코드 또는 원통형 층상 코드)에 무관하게 모두 고속으로 연속으로 단일 단계로 수행되도록 할 수 있다. 상기 공정은 50 m/min보다 큰, 바람직하게는 70 m/min보다 큰 속도(트위스팅과 고무 코팅 라인을 따른 코드 주행 속도)로 수행될 수 있다.

압출 헤드의 상류에서, 일층 와이어에서 타층 와이어까지 실질적으로 동일하게 세 개의 와이어에 가해지는 장력은 와이어의 파단력의 10%와 25% 사이인 것이 바람직하다.

압출 헤드는 하나 이상의 다이, 예컨대 상류 가이딩 다이와 하류 사이징 다이를 포함할 수 있다. 코드의 직경을 연속 측정 및 조절하는 수단이 추가될 수 있으며, 이들 수단은 압출기에 연결된다. 바람직하게, 충전 고무의 압출 온도는 60℃와 120℃ 사이, 보다 바람직하게는 60℃와 100℃ 사이이다.

따라서, 압출 헤드는 바람직하게 0.15 mm와 0.8 mm 사이, 보다 바람직하게 0.2 mm와 0.6 mm 사이의 직경을 가지고, 바람직하게 4 mm와 10 mm 사이의 길이를 가지는 회전 실린더의 형태를 갖는 피복 영역을 한정한다.

따라서, 압출 헤드에 의해 전달되는 충전 고무의 양은 최종의 3+N 코드에서 그 양은 코드의 그램 당 5 mg과 35 mg 사이, 바람직하게 5 mg과 30 mg 사이, 특히 10 mg 내지 25 mg의 범위에 있도록 쉽게 조정될 수 있다.

통상적으로, 압출 헤드를 떠날 때, 내층(Ci)은 외주상의 모든 점에서 바람직하게는 5 ㎛보다 크고, 보다 바람직하게는 10 ㎛보다 큰, 예컨대 10 ㎛와 50 ㎛ 사이의 최소 두께의 충전 고무로 덮힌다.

선행하는 피복 단계의 마지막에, 상기 공정은 제3 단계 중에 피복된 내층(Ci) 둘레에 외층(Ce)의 N개 와이어를 다시 트위스팅(S 또는 Z 방향)함으로써 최종 조립하는 것을 포함한다. 트위스팅 작업 중 N개 와이어는 충전 고무에 담지되어 그 안에 덮히게 된다. 이들 외부 와이어들이 가하는 압력에 의해 변위되는 충전 고무는 자연적으로 내층(Ci)와 외층(Ce) 사이에 와이어에 의해 빈 상태로 남겨진 각각의 간극 또는 공동을 적어도 부분적으로 충전하는 경향이 있다.

이 단계에서, 본 발명의 3+N 코드는 완성되지 않는데, 이는 세 개의 코어 와이어에 의해 형성되는 중심 채널이 충전 고무로 아직 충전되지 않았고, 어떤 경우든 허용할 만한 공기 투과성을 얻기에 불충분하기 때문이다.

기본적인 후속 단계는 코드가 트위스트 밸런싱 수단을 통과하도록 하는 것이다. 본 출원에서 "트위스트 밸런싱"이라 함은 공지된 바와 같이 내층과 외층 모두의 코드의 각 와이어 상에 가해지는 잔류 토크(또는 언트위스팅 스프링백)로부터의 상쇄를 의미하는 것으로 이해된다.

트위스트 밸런싱 공구는 해당 트위스팅 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 이들 공구는 예컨대 "스트레이트너(straightener)" 및/또는 "트위스터(twister)" 및/또는 "트위스터-스트레이트너"로 이루어질 수 있으며, 이들은 트위스터의 경우 풀리 또는 스트레이트너의 경우 소구경 롤러로 이루어지며, 이들 풀리 또는 롤러를 통해 상기 코드가 단일 평면에서 또는 바람직하게 적어도 두 개의 상이한 평면에서 주행된다.

귀납적으로, 이들 밸런싱 공구를 통과하는 동안, 세 개의 코어 와이어에 가해지는 트위스팅은 여전히 고온이고 상대적으로 유동성을 가지는 미가공 상태(green state)의 충전 고무(즉, 가교 결합되지 않거나 경화되지 않은 충전 고무)를 코드의 외부에서 코드의 코어 측으로 세 개의 와이어에 의해 형성된 중심 채널의 매우 안쪽으로 가압 또는 구동시키기에 충분하므로, 결국 특징적으로 공기 불투과성이 우수한 본 발명의 코드가 제공되는 것으로 가정된다. 또한, 스트레이트닝 공구를 사용함으로써 가해지는 스트레이트닝의 기능은 스트레이트너의 롤러와 외층의 와이어 사이의 접촉이 충전 고무에 추가의 압력을 가하여, 충전 고무가 세 개의 코어 와이어에 의해 형성된 중심 모세관 안으로 침투되는 것을 더욱 촉진시키는 장점을 갖는 것으로 생각된다.

즉, 상술한 공정은 코드의 최종 제조 단계에서 세 개의 코어 와이어들을 트위스팅하는 작업을 사용하여, 충전 고무의 공급량을 완벽히 제어하면서 내층(Ci) 내부와 둘레에 충전 고무를 자연스럽고 균일하게 분배한다. 당업자는 다양한 와이어에 가해지는 방사상 압력의 세기를 변경하기 위해 특히 트위스트 밸런싱 수단의 풀리 및/또는 롤러의 배열 및 직경을 조절하는 것을 알게 될 것이다.

따라서, 예상치 않게, 단일 압출 헤드를 사용함으로써 전달되는 충전 고무의 양을 여전히 조절하여 최적화시키면서, 종래 기술에 설명되는 바와 같이, 세 개의 와이어가 조립되는 조립 지점의 상류가 아닌 하류에 고무를 배치함으로써 충전 고무를 본 발명의 코드의 코어 내로 깊숙히 침투시킬 수 있음이 입증되었다.

이런 최종의 트위스트 밸런싱 단계 이후, 본 발명에 따른 3+N 코드의 제조가 완료된다. 이 코드는 예컨대 금속/고무 복합체 섬유를 마련하기 위해 캘린더링 유닛을 통해 처리되기 이전에 보관을 위해 수용 스풀에 권취될 수 있다.

전술한 공정은 유리하게 외주에 충전 고무가 없을 수 있는(또는 실질적으로 없을 수 있는) 본 발명에 따른 코드의 제조를 가능케 한다. 이런 표현은 육안상 코드 외주에 미량의 충전 고무도 보이지 않음을 의미하는데, 다시 말해, 제조 후 당업자가 육안으로 볼 때 3 미터 이상의 거리, 보다 바람직하게 2 미터 이상의 거리에서 본 발명에 따른 코드의 스풀과 인 시튜로 고무화되지 않은 종래의 코드의 스풀 사이에 아무런 차이도 인식할 수 없음을 의미한다.

물론, 상술한 공정은 콤팩트 코드(상기해 보면, 정의상, 층(Ci, Ce)이 동일한 피치를 가지고 동일 방향으로 권취되는 코드)와 원통형 층상 코드(상기해 보면, 정의상, 층(Ci, Ce)이 다른 피치를 가지거나 반대 방향으로 또는 그 외에 다른 피치를 가지고 반대 방향으로 권취되는 코드) 모두의 제조에 적용된다.

전술한 공정을 실시하는 데 사용될 수 있는 조립/고무 코팅 장치는 형성 과정 중 코드의 진행 방향을 따라 상류 단부로부터 하류 단부까지, 세 개의 코어 와이어를 공급하는 공급 수단과, 세 개의 코어 와이어를 함께 트위스팅하여 내층을 형성함으로써 세 개의 코어 와이어를 조립하는 조립 수단과, 상기 내층을 피복하는 피복 수단과, 상기 피복 수단의 하류에서, N개의 외부 와이어를 상기 피복된 내층 둘레에 트위스팅하여 외층을 형성함으로써 N개의 외부 와이어를 조립하는 조립 수단과, 트위스트 밸런싱 수단을 포함한다.

도 5는 예컨대 도 1에 도시된 콤팩트 코드(층(Ci, Ce)은 p₁=p₂에서 동일한 트위스트 방향으로 트위스트됨)의 제조에 사용될 수 있는, 고정 공급부와 회전 수용부를 갖는 유형의 트위스팅 조립 장치(50)의 예를 도시하며, 해당 장치에서 공급 수단(510)은 분배 그리드(52)(축대칭 분배기)를 통해 세 개의 코어 와이어(51)를 전달하며, 이때 그리드는 조립 가이드(53)에 커플링되거나 커플링되지 않을 수 있고 조립 가이드를 지나서 세 개의 코어 와이어가 조립 지점(54)에서 수렴하여 내층(Ci)을 형성한다.

일단 형성된 내층(Ci)은 예컨대 내층이 통과하도록 의도된 단일 압출 헤드(55)를 포함하는 피복 영역을 통과한다. 수렴점(54)과 피복점(55) 사이의 거리는 예컨대 50 cm와 1 m 사이이다. 공급 수단(570)에 의해 전달되는 예컨대 아홉 개의 와이어인 외층(Ce)의 N개의 와이어(57)는 화살표 방향으로 전진하는 고무 코팅된 내층(Ci)(56) 둘레에 트위스트됨으로써 조립된다. 그렇게 형성된 최종의 3+N 코드는 예컨대 스트레이트너 또는 트위스터-스트레이트너를 포함하는 트위스트 밸런싱 수단(58)을 통과한 후 결국 회전 수용부(59)에 수집된다.

당업자에게 잘 공지된 바와 같이, 예컨대 도 3에 도시된 원통형 층의 유형(층(Ci, Ce)의 피치(p₁, p₂)가 다르고, 트위스트의 방향이 다름)의 본 발명에 따른 코드는 예시로써 상술한 바(도 5)와 같은 것이 아닌 두 개의 회전(공급 또는 수용) 부재를 포함하는 장치를 사용하여 제조됨을 알게 될 것이다.

II -3. 타이어 카커스 보강재에 코드의 사용

본 문헌의 서두에 설명된 바와 같이, 본 발명의 코드는 중기 차량 형태의 산업용 차량을 위한 타이어의 카커스 보강재용으로 특히 의도된다.

예컨대, 도 6은 해당 일반적 도식에서는 본 발명에 따르거나 따르지 않을 수 있는 금속 카커스 보강재를 갖는 타이어의 방사상 단면을 개략적으로 도시한다. 해당 타이어(1)는 크라운 보강재 또는 벨트(6)에 의해 보강된 크라운(2)과, 두 개의 측벽(3)과, 각각 비드 와이어(5)로 보강되는 두 개의 비드(4)를 포함한다. 크라운(2)은 트레드(본 개략도에서 도시 안됨)로 덮힌다. 카커스 보강재(7)는 각각의 비드(4) 내에서 두 개의 비드 와이어(5) 둘레에 권취되고, 이 보강재(7)의 턴-업부(turn-up)(8)는 여기서는 림(9) 위에 설치된 것으로 도시되는 예컨대 타이어(1)의 외부에 놓인다. 그 자체로 공지된 바와 같이, 카커스 보강재(7)는 "방사상" 금속 코드에 의해 보강되는 적어도 하나의 플라이에 의해 형성되며, 다시 말해, 이들 코드는 실제로 서로 평행하고 중간 외주면(타이어의 회전축에 수직하고 두 개의 비드(4)의 중간에 위치되고 크라운 보강재(6)의 중간을 통과하는 평면)과 80°와 90° 사이의 각도를 이루도록 하나의 비드로부터 다른 비드로 연장된다.

본 발명에 따른 타이어는 그 카커스 보강재(7)가 적어도 하나의 카커스 플라이를 위한 보강재로서 본 발명에 따른 적어도 하나의 금속 코드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 물론, 이 타이어(1)는 공지된 바와 같이 타이어의 방사상 내면을 한정하고 카커스 플라이를 타이어 내부의 공간으로부터 오는 공기의 확산으로부터 보호하도록 의도된 고무 화합물 또는 엘라스토머의 내층(통상 "내부 라이너")도 포함한다.

이 카커스 보강 플라이에서, 본 발명에 따른 코드의 밀도는 카커스 플라이의 데시미터(dm) 당 코드가 바람직하게 40와 150 사이, 보다 바람직하게 70과 120 사이이고, 두 개의 인접 코드 사이의 축간 거리는 바람직하게 0.7 mm와 2.5 mm 사이, 보다 바람직하게 0.75 mm와 2.2 mm 사이이다.

본 발명에 따른 코드는 두 개의 인접 코드 사이의 고무 브릿지의 폭(Lc)이 0.25 mm와 1.5 mm 사이가 되도록 배열되는 것이 바람직하다. 공지된 바와 같이, 이 폭(Lc)은 캘린더링 피치(고무 직물 내의 코드의 레이(lay) 피치)와 코드 직경 사이의 차이를 나타낸다. 지정된 최저값보다 작은 경우, 너무 협소한 고무 브릿지는 특히 자체 평면이 신장 또는 전단에 의해 변형을 겪는 동안과 같이 플라이의 작동 중 기계적으로 품질 저하되는 위험을 겪는다. 지정된 최대치보다 클 경우, 타이어의 측벽에 가시적인 결함이 나타나거나 물체가 관통하여 코드 사이로 침투할 위험이 존재한다. 보다 바람직하게, 동일한 이유로, 상기 폭(Lc)은 0.35 mm와 1.25 mm 사이에 있도록 선택된다.

바람직하게, 카커스 보강 플라이의 직물에 사용되는 고무 조성물은 상기 직물이 카커스 보강 플라이를 형성하도록 의도된 경우, 가황 상태에서(즉, 경화 후) 연신율 E10에서 2 MPa와 25 MPa 사이, 보다 바람직하게 3 MPa와 20 MPa 사이, 특히 3 Mpa 내지 15 MPa의 범위를 가진다.

III . 발명의 실시예

다음의 시험은 종축을 따른 우수한 공기 불투과성으로 인해 특히 타이어 카커스 보강재에 실질적으로 개선된 내구성을 갖는 코드를 제공하는 본 발명의 능력을 검증한다.

III -1. 시험 1-코드의 제조

다음 시험에서, 얇은 황동-코팅 탄소강 와이어로 형성된 도 1에 도시된 바와 같은 3+9 구성의 층상 코드를 사용했다.

탄소강 와이어는 예컨대, 1 mm에 가까운 중간 직경까지 얇게 압연 및/또는 신선함으로써 1차 가공 경화된 기계 와이어(5 내지 6 mm 직경)로부터 공지된 방식으로 준비했다. 사용된 강은 탄소 함량 0.70%의 공지된 탄소강(미국 표준 AISI 1069)이다.

중간 직경의 와이어에 대해 후속 변환에 앞서 탈지 및/또는 산세 처리를 수행했다. 이들 중간 와이어에 황동 코팅을 적층한 후, 예컨대 수용성 에멀젼 또는 분산제 형태의 신선 윤활제를 이용하여 습식 매체에서의 냉간 신선을 통해 각 와이어(즉, 최종 패턴팅(patenting) 열처리 후)에 소위 "최종" 가공 경화 공정을 수행했다.

신선된 강 와이어는 다음의 직경과 기계적 성질을 가졌다.

강	직경(mm)	Fm(N)	Rm(MPa)
NT	0.18	68	2820

와이어 둘레의 황동 코팅은 마이크론보다 훨씬 작은, 예컨대 강 와이어의 직경에 비해 무시할 수 있는 약 0.15 내지 0.30 마이크로미터의 매우 작은 두께를 가졌다. 물론, 와이어에 사용된 강의 조성은 그 다양한 요소(예, C, Cr, Mn)와 관련하여 시작 와이어의 강에 사용되는 것과 동일했다.

이들 와이어는 3+9 구성의 층상 코드의 형태로 조립되고(도 1의 C-1 및 도 2의 C-2 참조), 해당 구성은 도 1 및 도 2에 도시되고 표 2에 주어진 기계적 성질에 따른다.

코드	p1(mm)	p2(mm)	Fm(daN)	Rm(MPa)	At(%)
C-1	12.5	12.5	78.5	2720	1.9
C-2	6.3	12.5	81.0	2770	1.9

도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 3+9 코드(C-1)는 콤팩트 코드를 얻기 위해 동일 피치(p₁=p₂=12.5 mm)를 가지고 동일 트위스트 방향(S)으로 권취되고 직경이 0.18 mm인 모두 열두 개의 와이어로 형성했다. I-3 항목에서 지정된 방법에 따라 측정된 충전 고무의 함량은 코드의 그램 당 약 24 mg였다. 충전 고무는 세 개의 와이어에 의해 형성된 중심 채널 또는 모세관을 충전함으로써 세 개의 와이어에 의해 형성된 내층(Ci)을 완전히 덮으면서 와이어를 약간 떨어지게 이동시킨다. 충전 고무는 또한 하나의 코어 와이어와 이것에 바로 인접한 두 개의 외부 와이어에 의해 또는 두 개의 코어 와이어와 이것에 인접한 외부 와이어에 의해 형성되는 열두 개의 간극 각각을 완전하지 않더라도 적어도 부분적으로 충전한다. 본 발명에 따른 코드 C-1은 외부 후프 와이어가 없다.

이런 코드를 제조하기 위해, 도 5에 도시되고 상술한 바와 같은 장치를 사용했다. 충전 고무는 다음 시험에서 코드 C-1이 보강하고자 하는 카커스 보강재용 고무 플라이와 동일한 배합을 갖는 통상의 타이어 카커스 보강재용 고무 조성물이었다. 이 조성물은 0.410 mm 사이징 다이를 통해 약 82℃의 온도에서 압출되었다.

도 2에 도시된 바와 같은 3+9 구성의 제어 코드 C-2를 직경이 0.18 mm인 총 열두 개의 와이어로 형성했다. 해당 코드는 약 6.3 mm인 피치 p₁로 함께 나선(S 방향)으로 권취되는 세 개의 와이어의 내층(Ci)을 포함하였고, 해당 내층(Ci)은 2배 피치인 약 12.5 mm인 피치 p₂로 코어 둘레에 함께 나선(S 방향)으로 그 자체가 권취되는 아홉 개 와이어의 원통형 외층과 접촉된다. 해당 코드는, 단순화를 위해 도 2에는 도시되지 않았지만, 특히 공지된 바와 같이 코드의 버클링 저항(buckling resistance)과 특히 저압 주행 조건 하에서 카커스 보강재의 내구성 향상을 위해 작은 직경의 단일 외부 후프 와이어(0.15 mm 직경, 3.5 mm 나선 피치)를 더 포함하며, 본 제어 코드는 외부로부터 중심으로 바로 침투가 이루어지지 않는데 해당 코드는 충전 고무가 없다.

III -2. 시험 2-벨트 시험에서 코드의 내구성

이 시험에서, 층상 코드 C-1 및 C-2는 중기 차량용 래디얼 타이어의 카커스 보강 플라이의 제조에 통상 사용되는 조성물로 이루어진 고무 플라이("스킴") 내로 캘린더링에 의해 합체되었다. 이 조성물은 천연(중합)고무와 N330 카본 블랙(55 phr)을 기초로 한 것이었다. 상기 조성물은 상용 첨가제인 황(6 phr), 설펜아미드 촉진제(1 phr), ZnO(9 phr), 스테아릭산(0.7 phr), 산화방지제(1.5 phr) 및 나프텐산 코발트(1 phr)를 함유했다. 조성물의 E10 탄성 계수는 약 6 MPa였다.

캘린더링된 복합체 직물은 코드의 양측면 상에서 중첩되는 두 개의 얇은 층(약 0.6mm 두께)의 고무 화합물로 형성된 고무 매트릭스를 포함했다. 캘린더링 피치(고무 직물에서 코드의 배열 피치)는 약 1.5 mm였다. 주어진 코드 직경(코드 C-1 및 C-2 각각의 경우 약 0.73 mm 및 1.02 mm)에서, 코드 이면 상에서 고무 화합물의 두께는 약 0.15 mm와 0.25 mm 사이였다.

이렇게 마련된 고무화 직물은 고무를 박피한 후 I-4 항목에서 설명된 벨트 시험을 수행했고, 다음의 결과가 얻어졌다.

코드	개별층과 코드에 대한 ΔFm(%)
	Ci	Ce	코드
C-1	6.3	5.3	5.6
C-2	11	18	16

표 3은 코드의 어떤 영역(내층(Ci) 또는 외층(Ce))을 분석하더라도 최선의 결과(최소 감소)는 본 발명에 따른 코드 C-1에서 조직적으로 발견되었음을 보여준다. 특히, 본 발명의 코드의 전체 감소(ΔF_m)는 제어 코드보다 약 3배가 적다.

III -3. 시험 3-타이어 카커스 보강재로서 코드의 내구성

새로운 시험에서, 피치(p₁, p₂)(이 시험에서 피치는 각각 6 mm, 10 mm였다)를 제외하고 상술한 코드 C-1과 동일한 C-3으로 지시되는 본 발명에 따른 다른 코드를 제조했다. 피치(p₁, p₂)가 다르기 때문에, 이 케이블의 구조는 도 3에 도시된 바와 같이 원통형 유형이다. 충전 고무 함량은 코드의 그램 당 약 27 mg였다.

이 코드 C-3는 아래의 표 4에 주어진 성질을 가진다.

코드	p1(mm)	p2(mm)	Fm(daN)	Rm(MPa)	At(%)
C-3	6	10	79.2	2745	2.4

층상 코드 C-2 및 C-3은 캘린더링에 의해 고무 플라이에 합체됨으로써 상기 표 2에 지시된 바와 같은 고무화 직물을 형성했고, 225/90 R17.5 규격의 중기 차량 타이어(P-2, P-3으로 각각 지시됨)에 대해 두 가지 시리즈의 주행 시험을 수행했으며, 각 시리즈에서 타이어는 주행을 위해 의도된 것이고 다른 것은 새로운 타이어에 대한 장식을 위한 것이다. 이들 타이어의 카커스 보강재는 상기 고무화 직물을 포함하는 단일 래디얼 플라이를 포함했다.

따라서 본 발명의 코드 C-3에 의해 보강된 타이어 P-3는 본 발명에 따른 타이어였다. 제어 코드 C-2로 보강된 타이어 P-2는 종래 기술의 제어 타이어를 구성했으며, 그 인정된 성능 때문에 이들 타이어 P-2는 이 시험에서 선택의 제어를 구성했다.

따라서 타이어 P-2 및 P-3은 카커스 보강재(7)를 보강하는 코드(C-2, C-3)들을 제외하고 동일했다.

특히, 상부에 두 개의 중첩된 교차 "작동 플라이(working plies)"가 있는, 65°경사진 금속 코드로 보강된 두 개의 삼각 분할 반부-플라이(half-plies)로부터 자체가 공지된 방식으로 타이어의 크라운 보강재 또는 벨트(6)를 형성했다. 이들 작동 플라이는 실질적으로 서로 평행하고 26°(방사상 내부 플라이)와 18°(방사상 외부 플라이)로 경사지게 배치된 공지의 금속 코드에 의해 보강되었다. 또한, 두 개의 워킹 플라이를 18°경사진 통상의 탄성(고 연신율) 금속 코드로 보강된 보호 플라이로 덮었다. 지시된 모든 경사각은 중간 외주면에 대해 측정된 것이다.

이들 타이어에 대해 I-5 항목에 설명된 바와 같은 엄격한 주행 시험을 250,000km의 총거리가 주행될 때까지 수행했다. 이런 주행 거리는 약 8달에 가까운 기간 동안 연속 주행하는 것과 100,000,000 이상의 피로 사이클에 상응하는 것이다.

주행 시험 이후, 고무를 박리했다. 즉 코드를 타이어로부터 인출했다. 그후, 코드에 대해 코드 내의 와이어 위치에 따라 그리고 시험 대상 코드 각각에 대해 인장 시험을 수행했으며, 매번 각 종류의 와이어의 초기 파단력(새로운 타이어에서 인출된 코드에 대해)과 잔류 파단력(주행 시험을 받은 타이어에서 인출된 코드에 대한)을 측정했다.

평균 감소(ΔF_m)가 하기의 표 5에 %로 주어지며, 그 값은 내층(Ci)의 와이어와 외층(Ce)의 와이어 모두에 대해 계산되었다. 전체 감소(ΔF_m)도 코드 자체에 대해 측정되었다.

타이어	코드	개별 층과 코드에 대한 ΔFm(%)
		Ci	Ce	코드
P-2	C-2	11	22	18
P-3	C-3	4.8	7.8	7.0

표 5는 코드의 어떤 영역(내층(Ci) 또는 외층(Ce))을 분석하더라도 최선의 결과(즉, 최소 감소)는 분명히 본 발명에 따른 코드 C-3에서 얻어짐을 보여준다. 특히, 본 발명의 코드의 전체 감소(ΔF_m)는 제어 코드에 비해 약 2.5배만큼 감소됨을 주목해야 한다.

이들 결과에 대응하여, 다양한 와이어에 대한 육안 검사에 따르면, 반복되는 와이어의 상호간 마찰로 야기되는 마모 또는 프레팅(접촉점에서 재료의 부식)의 양이 코드 C-2에서 보다 코드 C-3에서 크게 낮다.

본 발명에 따른 코드 C-3의 사용을 요약하면, 코드 C-2에 의해 보강된 제어 타이어에서 이미 우수한 카커스 보강재의 수명이 매우 크게 증가되는 것을 가능케 한다.

결국, 상기 시험들이 실증하는 바와 같이, 본 발명의 코드는 차량, 특히 중기 차량의 타이어의 카커스 보강재의 코드의 프레팅 부식 피로를 현저히 감소시키고 그에 따라 이들 타이어의 수명이 향상될 수 있도록 한다.

마지막으로 그리고 최소한, 본 발명에 따른 코드는 그 특별한 구성(외부 후프 와이어를 필요로 하지 않음을 상기해야 한다)과 아마도 상당히 개선된 버클링 저항성으로 인해, 저감된 압력으로 주행시, 타이어의 카커스 보강재에 2 내지 3 배만큼의 상당히 양호한 내구성을 제공하는 것으로 확인되었다.

전술한 모든 개선된 내구성의 결과는 시험 4에서 후술하는 바와 같이 고무에 의한 코드의 침투 정도와 매우 상관 관계를 갖는다.

III -4. 시험 4-공기 투과성 시험

본 발명의 코드 C-1에 대해 코드를 1분 내에 통과한 공기의 부피(cm³)를 측정함으로써 I-2 항목에서 설명된 공기 투과성 시험을 수행했다(시험 대상의 코드 각각에 대한 열 개의 측정치의 평균을 취함).

시험 대상의 코드(C-1) 각각에 대해 그리고 측정치의 100%에 대해(즉, 10개 시편의 10번), 0.2 cm³/min 미만 또는 0의 유량이 측정되었다. 다시 말해, 본 발명의 코드는 그 축을 따라 기밀하다고 말할 수 있다-따라서 해당 코드는 최적의 고무 침투량을 갖는다.

단일 와이어 또는 내층(Ci)의 세 개의 와이어 각각을 개별 피복함으로써 본 발명의 콤팩트 코드 C-1과 동일한 구성을 갖는 인 시튜 방식으로 고무화된 제어 코드를 마련했다. 이 피복은 종래 기술에 설명된 바와 같이 해당 경우 조립 지점(피복 및 트위스팅이 준비됨)의 상류에 배치되는 가변 직경(230 내지 300 ㎛)의 압출 다이를 사용하여 수행했다. 엄격한 비교를 위해, 충전 고무의 양은 최종 코드 내의 충전 고무의 함량(I-3 항목에 주어진 방법에 따라 측정된 값으로 코드의 그램 당 4 mg 내지 30 mg)이 본 발명의 코드의 고무 함량과 가까울 수 있도록 더욱 조정되었다.

단일 와이어를 피복하는 경우, 어떤 코드를 시험하던지 간에, 측정치의 100%(즉, 10개 시편에서 10번)가 2 cm³/min 보다 큰 공기 유량을 나타냄이 관찰되었다. 사용된 작업 조건, 특히 시험되는 압출 다이의 직경에서 측정된 평균 유량은 2.5 cm³/min에서 9 cm³/min까지 변했다.

세 개 와이어 각각을 개별 피복하는 경우, 측정된 평균 유속이 많은 경우 2cm³/min 보다 낮은 것으로 입증되었지만, 그럼에도 획득된 코드는 그 외주에 상대적으로 많은 양의 충전 고무가 존재함으로써 산업적 조건하에서 캘린더링 공정에 부적합하게 되는 것으로 관찰되었다.

물론, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않는다.

따라서, 예컨대 본 발명의 코드는 타이어가 아닌, 예컨대 호스, 벨트 및 컨베이어 벨트 등의 제품의 보강에 사용될 수 있다. 유리하게, 본 발명의 코드는 카커스 보강재가 아닌, 특히 중기 차량 등의 산업용 차량의 타이어의 크라운 보강재로서의 타이어의 부품의 보강에 사용될 수도 있다.

특히, 본 발명은 기본 스트랜드(strand)로서 본 발명에 따른 적어도 하나의 층상 코드를 포함하는 구조를 갖는 임의의 다중 스트랜드 강 코드(또는 다중 스트랜드 로프)에 관한 것이기도 하다.

예컨대 본 발명에 따른 다중 스트랜드 로프는 예컨대 토목 공학용의 산업용 차량용 타이어, 특히 그 카커스 보강재 또는 크라운 보강재에 사용될 수 있으며, 다음의 일반적 구성의 다중 스트랜드 로프에 대해 설명하면, 해당 구성은,

중심에 있는 하나의 스트랜드와 중심 둘레에 케이블링된 여섯 개의 스트랜드인 총 7개의 기본 스트랜드로 형성된 (1+6)(3+N) 및 중심에 있는 세 개의 스트랜드와 중심 둘레에 케이블링된 9개의 스트랜드인 총 열두 개의 기본 스트랜드로부터 형성된 (3+9)(3+N)이지만,

3+N 구성, 특히 3+8 또는 3+9 구성의 층상 코드에 의해 형성된 각각의 기본 스트랜드(또는 기본 스트랜드 중 적어도 최소의 일부)는, 콤팩트 유형 또는 원통형 층상 유형이든지 간에, 인 시튜 방식으로 고무화된 본 발명에 따른 3+N 코드이다.

특히 (1+6)(3+8), (1+6)(3+9), (3+9)(3+8), 또는 (3+9)(3+9) 구성의 이런 다중 스트랜드 강 로프는 제조시 인 시튜 방식으로 자체가 고무화될 수 있다. 즉 이 경우 중심 스트랜드는 자체가, 또는 여러 개가 존재할 경우 중심의 스트랜드들 자체가 외층을 형성하는 주변 스트랜드들이 케이블링에 의해 위치로 진입되기 전에 가황되지 않은 충전 고무(이 충전 고무는 개별 스트랜드의 인 시튜 고무화에 사용된 것과 동일하거나 다른 배합을 가진다)에 의해 피복된다.

Claims (26)

1. 인-시튜 방식으로 고무화된 3+N 구성의 두 개의 층(Ci, Ce)을 포함하되, 피치 p₁의 나선으로 함께 권취되는 직경이 d₁인 세 개의 코어 와이어로 형성된 내층(Ci)과, 상기 내층(Ci) 둘레에 피치 p₂의 나선으로 함께 권취되고 직경이 d₂인 6개 내지 12개 범위에 있는 N개의 와이어의 외층(Ce)을 포함하는 금속 코드에 있어서,
   상기 금속 코드는 다음 특징들(d₁, d₂, p₁, p₂는 mm 단위), 즉 0.08 < d₁ < 0.30, 0.08 < d₂ ≤ 0.20, p₁/p₂ ≤ 1, 3 < p₁ < 30, 6 < p₂ < 30을 만족하며,
   상기 내층은 "충전 고무"인 디엔 고무 조성물로 피복되고, 상기 디엔 고무 조성물은 2cm 이상의 임의의 코드 길이에 대해, 상기 세 개의 코어 와이어에 의해 형성된 중심 채널과, 상기 세 개의 코어 와이어 및 상기 외층(Ce)의 N개 와이어 사이에 있는 각각의 간극 내에 존재하며,
   상기 충전 고무의 코드 내 함량은 코드의 g당 5 mg과 35 mg 사이인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
2. 제1항에 있어서, 상기 충전 고무의 디엔 엘라스토머는 폴리부타디엔, 천연 고무, 합성 폴리이소프렌, 부타디엔 공중합체, 이소프렌 공중합체 및 이들 엘라스토머의 혼합물에 의해 형성된 그룹에서 선택된 것을 특징으로 하는 금속 코드.
3. 제2항에 있어서, 상기 디엔 엘라스토머는 천연 고무인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
4. 제1항에 있어서, 0.10 < d₁ < 0.25 및 0.10 < d₂ ≤ 0.20인 관계(d₁, d₂는 mm 단위)를 만족하는 것을 특징으로 하는 금속 코드.
5. 제1항에 있어서, 0.5 ≤ p₁/p₂ ≤ 1인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 금속 코드.
6. 제1항에 있어서, p₁=p₂인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
7. 제1항에 있어서, p₂는 6 mm와 25 mm 사이인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
8. 제1항에 있어서, p₁은 3 mm와 25 mm 사이인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
9. 제1항에 있어서, 상기 외층(Ce)은 포화층인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
10. 제1항에 있어서, 상기 외층(Ce)은 8, 9, 또는 10개의 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코드.
11. 제10항에 있어서, 상기 외층(Ce)의 와이어는 N=8: 0.7≤(d₁/d₂)≤1; N=9: 0.9≤(d₁/d₂)≤1.2; N=10: 1.0≤(d₁/d₂)≤1.3 인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 금속 코드.
12. 제1항에 있어서, d₁=d₂인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
13. 제12항에 있어서, 상기 외층(Ce)은 9개의 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코드.
14. 제1항에 있어서, 상기 충전 고무의 함량은 코드의 g당 5 mg과 30 mg 사이인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
15. 제1항에 있어서, 공기 투과성 시험에서 평균 공기 유량은 2 cm³/min 미만인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
16. 제15항에 있어서, 상기 공기 투과성 시험에서 평균 공기 유량은 0.2cm³/min 미만이거나 최대 0.2 cm³/min인 것을 특징으로 하는 금속 코드.
17. 제1항에 따른 금속 코드인 스트랜드를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 로프.
18. 제17항에 있어서, 중심에 있는 하나의 스트랜드와 중심 둘레에 케이블링된 나머지 6개의 스트랜드를 포함하고, 각각의 스트랜드는 3+N의 구성을 가지며, 총 7개의 개별 스트랜드로 형성된 (1+6)(3+N) 구성의 다중 스트랜드 로프.
19. 제17항에 있어서, 중심에 있는 3개의 스트랜드와 중심 둘레에 케이블링된 나머지 9개의 스트랜드를 포함하고, 각각의 스트랜드는 3+N의 구성을 가지며, 총 12개의 개별 스트랜드로 형성된 (3+9)(3+N) 구성의 다중 스트랜드 로프.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, N은 8 또는 9인 다중 스트랜드 로프.
21. 제17항에 있어서, 상기 다중 스트랜드 케이블은 자체가 인-시튜 고무화된 것을 특징으로 하는 다중 스트랜드 로프.
22. 제1항에 따른 금속 코드 또는 제17항에 따른 다중 스트랜드 로프를 포함하는 타이어.
23. 제22항에 있어서, 상기 타이어는 산업용 차량의 타이어인 타이어.
24. 제22항에 있어서, 상기 금속 코드 또는 다중 스트랜드 로프는 타이어의 카커스 보강재에 존재하는 타이어.
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