KR101622432B1 - 3개 층 코드를 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현장내, 즉 제조 동안에, 고무 처리된 타입의 3개의 동심 층(C1, C2, C3)을 갖는 금속 코드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 코드는 제1 내부 층 또는 코어(C1)를 포함하고 그 주위에는 제2 중간 층(C2)을 형성하기 위해 직경(d₂)의 N개의 와이어가 나선 형태로 피치(p₂)로 함께 권취되고 N은 3으로부터 12까지 변한다. 또한, 제3 외부 층(C3)을 형성하기 위해 직경(d₃)의 P개의 와이어가 제2 층 주위에 나선 형태로 피치(p₃)로 함께 권취되고 P은 8로부터 20까지 변한다. 이 방법은 이하의 단계들: 코어(C1)가 비가교 상태에서 "충전 고무"로 명명된 고무 조성물로 코팅되는 제1 단계와, "조립 지점"으로서 알려진 지점에서 "코어 스트랜드"(C1+C2)로서 알려진 중간 코드를 형성하기 위해, 제2 층(C2)의 N개 스트랜드가 조립되고 코팅된 코어(C1) 주위에 트위스트되는 단계와, 제3 층(C3)의 P개 스트랜드가 조립되고 코어 스트랜드(C1+C2) 주위에 트위스트되는 단계와, 최종 트위스트 값 밸런싱 단계를 포함한다. 또한 본 발명은 이러한 방법을 수행하는데 사용되는 장치에 관한 것이다.

Description

3개 층 코드를 제조하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A THREE-LAYER CORD}

본 발명은 특히 타이어와 같은 고무로 제조된 물품을 보강하기 위해 사용될 수 있는 특히 M+N+P 구조의 3개 층 금속성 코드를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

더 상세하게는 산업용 차량을 위한 타이어의 카카스 보강재에서 특히 내부식성과 그에 따른 내구성을 향상시키기 위해 비가교 상태의 고무를 이용하여, 실제 제조 동안에 "현장내 고무 처리된(rubberized in situ)" 타입의 금속성 코드, 즉 내측으로부터 고무 처리되는 코드를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 레이디얼 타이어는 트레드, 2개의 비신장성 비드, 비드를 트레드에 연결하는 2개의 측벽, 및 카카스 보강재와 트레드 사이에 원주 방향으로 위치 설정되는 벨트를 포함한다. 공지된 방식에서, 이 카카스 보강재는 일반적으로 무거운 짐을 운반하는 산업용 차량용 타이어의 경우에 금속성 타입인 코드 또는 모노필라멘트와 같은 보강 요소["보강기(reinforcer)"]로 보강되는 고무의 적어도 하나의 플라이(ply)(또는 "층")로 만들어진다.

상기 카카스 보강재를 보강하기 위해, 중앙 층 또는 코어와 이 코어 주위에 위치 설정된 와이어의 하나 이상의 동심 층으로 구성되는 "층상(layered)" 강 코드로서 알려져 있는 것이 일반적으로 사용된다. 가장 자주 사용되는 3개 층상 코드는 실질적으로, M+N+P 구조의 코드이고, 이는 M개 와이어(들)의 코어와, 코어를 둘러싸는 N개의 와이어의 중간 층과, 중간 층 자체를 둘러싸는 P개의 와이어의 외부 층에 의해 형성되고, M은 1로부터 4까지 변하고 N은 일반적으로 3으로부터 12까지 변하고 P는 일반적으로 8로부터 20까지 변하며, 외부 층 주위에 나선으로 권취되는 외부 랩퍼(external wrapper)로 전체 조립체가 싸여지는 것도 가능하다.

잘 알려진 바와 같이, 이러한 층상 코드는 타이어가 특히 반복적 굴곡부 또는 곡률 변동부를 따라 주행할 때 높은 응력을 받게 되며, 이는 특히 인접 층들 사이의 접촉의 결과로서 와이어에 대한 러빙(rubbing)을 야기하며, 이에 따라 피로뿐만 아니라 마모을 겪고, 따라서 이들은 "프레팅 피로(fretting fatigue)"로 알려진 것에 대한 높은 저항성을 가져야 한다.

이들은 재료가 코드를 구성하는 와이어들 사이의 모든 공간 내로 투과하기 위해, 고무가 가능한 한 멀리까지 주입되는 것이 또한 특히 중요하다. 사실상, 이 투과가 불충분하다면, 코드를 따라 그리고 코드 내에 빈 채널 또는 모세관이 형성되고, 예컨대 트레드에서의 절단의 결과로서 타이어로 투과하기 쉬운 물 또는 심지어 공기 중의 산소와 같은 부식제는 타이어의 카카스 내로 이러한 빈 채널을 따라 진행한다. 건조 대기에서의 사용에 비해, 이러한 수분 존재는 부식을 야기하고 상기 열화 공정(소위 "부식 피로" 현상)을 가속화하는데 중요한 역할을 한다.

일반적으로 일반적인 용어 "프레팅 부식 피로" 하에서 그룹화된 이 모든 피로 현상은, 코드의 기계적인 특성의 점진적 열화를 야기하고, 가장 가혹한 주행 조건 하에서 이러한 코드의 수명에 영향을 미칠 수 있다.

상기 단점을 완화하기 위해, 출원 WO 2005/071157는 1+M+N 구조의, 특히 1+6+12 구조의 3개의 층상 코드를 제안하였고, 그의 본질적인 특성들 중 하나는 고무 조성물로 구성되는 외장(sheath)이 M개 와이어들로 구성되는 중간 층을 적어도 덮는 것이고, 코드 자체의 코어(또는 개별 와이어)가 고무로 덮어지거나 덮어지지 않는 것이 가능하다. 이러한 특별한 설계 덕택으로, 우수한 고무 투과성을 얻어서 부식의 문제를 제한할 뿐만 아니라, 프레팅 피로 내구 특성은 종래 기술의 코드에 비해 두드러지게 개선된다. 따라서, 타이어의 수명 및 그의 카카스 보강재의 수명이 매우 상당히 개선된다.

그러나, 이러한 코드의 제조를 위한 기술된 방법 및 얻어진 코드 자체는 단점이 없는 것이 아니다.

무엇보다도, 이러한 3개-층 코드는 불연속적이라는 단점을 갖는 여러 단계로 얻어지는데, 이러한 여러 단계는 첫째로 중간 1+M(특히 1+6) 코드를 생성하는 것, 이후 압출 헤드를 사용하여 이 중간 코드를 외장 형성하는(sheathing) 것, 및 최종적으로 외부 층을 형성하기 위해 외장 형성된 코어 주위에 남아있는 N(특히 12)개 와이어를 케이블링(cabling)하는 최종 작업이다. 외부 층이 코어 주위에 케이블링되기 전에 고무 외장의 경화되지 않은 고무의 매우 높은 점착(tack) 문제를 방지하기 위해, 중간 스풀링(spooling) 및 언스풀링(unspooling) 작동 동안에 플라스틱 층간 필름이 또한 사용되어야 한다. 이 모든 연속적인 핸들링 작업은 산업적 견지에서 가혹한 것이고, 높은 제조 속도를 달성하는데 반한다.

또한, 코드의 축을 따라 코드의 최저의 가능한 공기 투과성을 얻기 위해 코드 내로 고무의 높은 투과 레벨을 보장하는 것이 요구된다면, 종래 기술의 이 방법을 사용할 때 외장 형성 작업 동안에 비교적 많은 양의 고무를 사용하는 것이 필수적이라는 것을 발견하였다. 이러한 양은 제조 완료된 코드의 주연부에서 경화되지 않은 고무의 대체로 현저한 불필요한 넘침(overspill)을 야기한다.

이제, 상기에 이미 언급된 바와 같이, 경화되지 않은(비가교) 상태의 고무가 갖는 매우 높은 점착성으로 인해, 이러한 불필요한 넘침은 코드의 이후의 핸들링 동안에, 특히 타이어 제조의 최종 작동 및 최종 경화 이전에 마찬가지로 경화되지 않은 상태에서 고무 스트립에 코드를 합체하기 위해 후속될 캘린더링(calendering) 작업 동안에, 상당한 단점을 야기한다.

모든 상기 단점은 물론 산업적 생산 속도를 늦추고, 코드의 그리고 그들이 보강한 타이어의 최종 비용에 악영향을 미친다.

연구를 추구함에 있어, 출원인은 상기 단점을 완화할 수 있는 개선된 제조 방법을 발견하였다.

결과적으로, 본 발명의 제1 요지는 제1 내부 층 또는 코어(C1)를 포함하고 그 주위에는 제2 중간 층(C2)에서 직경(d₂)의 N개 와이어가 나선으로 피치(p₂)로 함께 권취되고 N은 3으로부터 12까지 변하고, 제2 층 주위에는 제3 외부 층(C3)에서 직경(d₃)의 P개 와이어가 나선으로 피치(p3)로 함께 권취되고 P은 8로부터 20까지 변하는, 현장내 고무 처리된 타입의 3개의 동심 층(C1, C2, C3)을 갖는 금속 코드를 제조하는 방법이고, 이 방법은 이하의 단계를 포함한다.

- 코어(C1)가 비가교 상태에서 "충전 고무"로 명명된 고무 조성물로 외장 형성되는, 외장 형성 단계와,

- "조립 지점"으로 명명된 지점에 "코어 스트랜드"(C1+C2)로 명명된 중간 코드를 형성하기 위해 외장 형성된 코어(C1) 주위에 제2 층(C2)의 N개 와이어를 트위스트하는 것에 의한 제1 조립 단계와,

- 코어 스트랜드(C1+C2) 주위에 제3 층(C3)의 P개 와이어가 트위스트되는 제2 조립 단계와,

- 최종 트위스트 밸런싱 단계.

본 발명의 이 방법은 종래 기술의 현장내 고무 처리된 3개 층 코드에 비해서, 더 적은 양의 충전 고무를 포함하고 더 컴팩트하며, 이 고무가 그의 모세관 각각에서 코드 내에 균일하게 분포되고 더 우수한 길이방향 불투과성을 제공하는 주목할 만한 장점을 갖는, 3개-층 코드를 바람직하게 연속적으로 그리고 인라인으로(in line) 제조하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법을 실행하기 위해 사용될 수 있는 인-라인 고무 처리 및 조립 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 코드가 형성될 때 코드의 진행 방향에 있어서 상류로부터 하류를 향해,

- 제1 층 또는 코어(C1)를 공급하기 위한 공급 수단과,

- 코어(C1)를 외장 형성하기 위한 외장 형성 수단과,

- "코어 스트랜드"(C1+C2)로 명명된 중간 코드를 형성하기 위해, 조립 지점으로 명명된 지점에서, 외장 형성된 코어(C1) 주위에 제2 층(C2)의 N개 와이어를 트위스트함으로써 조립하는 제1 조립 수단 및 공급 수단과,

- 제3 층(C3)을 적용하기 위해, 코어 스트랜드 주위에 P개 와이어를 트위스트함으로써 조립하는 제2 조립 수단 및 공급 수단과,

- 제2 조립 수단으로부터의 출구에 있는 트위스트 밸런싱 수단을 포함한다.

본 발명 및 그의 장점은 후속될 예시적인 실시예의 그리고 설명의 관점에서 그리고 이들 실시예에 관한 것이고 각각 도식으로 도시된 도 1 내지 도 3으로부터 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법에 따라, 컴팩트 타입의 3개-층 코드의 제조를 위해 사용될 수 있는 현장내 고무 처리 및 트위스트 장치의 일 예이다.
도 2는 컴팩트 타입의 현장내 고무 처리되고 본 발명의 방법을 사용하여 제조될 수 있는 1+6+12 구조의 단면이다.
도 3은 현장내 고무처리되지 않았지만 컴팩트 타입과 유사한 1+6+12 구조의 종래의 코드의 단면이다.

본 설명에서, 달리 명백히 표시되지 않는다면, 표시된 모든 퍼센트(%)는 중량 퍼센트이다.

또한, "a와 b 사이"라는 표현으로 나타내어진 값의 임의의 범위는 a보다 큰 것으로부터 b보다 작은 것까지 연장되는(즉, 종점인 a와 b를 제외하는) 값의 범위를 나타내는 반면, "a로부터 b까지"라는 표현으로 나타내어진 값의 임의의 범위는 a로부터 b까지 연장되는(즉, 진정한 종점인 a와 b를 포함하는) 값의 범위를 의미한다.

본 발명의 방법은, 제1 내부 층 또는 코어(C1)를 포함하고 그 주위에는 제2 중간 층(C2)에서 직경(d₂)의 N개의 와이어가 나선으로 피치(p₂)로 함께 권취되고 N은 3으로부터 12까지 변하고, 제2 층 주위에는 제3 외부 층(C3)에서 직경(d₃)의 P개의 와이어가 나선으로 피치(p₃)로 함께 권취되고 P은 8로부터 20까지 변하는, 현장내 고무 처리된 타입의 3개의 동심 층(C1, C2, C3)을 갖는 금속 코드를 제조하기 위해 구성되고, 상기 방법은 인라인으로 그리고 연속적으로 바람직하게 수행되는 이하의 단계들:

- 첫째로, 코어(C1)가 경화되지 않은[즉, 비가교 또는 언쿠킹(uncooked) 상태] 상태의 "충전 고무"로 명명된 고무 조성물로 외장 형성되는, 외장 형성 단계와,

- 이후 후속되는, "조립 지점"으로 명명된 지점에서 "코어 스트랜드"(C1+C2)로 명명된 중간 코드를 형성하기 위해, 이렇게 외장 형성된 코어(C1) 주위에 제2 층(C2)의 N개 와이어를 트위스트하는 것에 의한 제1 조립 단계와,

- 이후 후속되는, 제3 층(C3)의 P개 와이어가, 이렇게 형성된 코어 스트랜드 주위에서 트위스트되는 제2 조립 단계와,

- 최종적으로, 최종 트위스트-밸런싱 단계를 포함한다.

- 조립 지점 전후의 동기식 회전으로 인해, 와이어가 와이어 자신의 축을 중심으로 트위스트를 겪지 않는 케이블링(cabling)에 의한 방식과,

- 또는, 와이어가 와이어 자신의 축을 중심으로 집단적인 트위스트 및 개별 트위스트 양자 모두를 받게 됨으로써 와이어 각각에 트위스트 해제 토크를 발생시키는 트위스트에 의한 방식의,

금속 와이어를 조립하기 위한 2가지 가능한 기술이 있다는 것이 상기될 것이다.

상기 방법의 한가지 필수 특징은 제1 층(C1) 주위에 제2 층(C2)을 조립하기 위해, 그리고 제2 층(C2) 주위에 제3 층(C3)을 조립하기 위해 트위스트 단계를 사용하는 것이다.

코어(C1)의 직경(d₀)(또는 전체 사이즈 직경)은 0.08mm로부터 0.50mm까지 범위에 포함되는 것이 바람직하고, 이 코어는 단일 와이어로 구성되는 것이 가능하고, 임의의 알려진 수단에 의해, 예컨대 케이블링 또는 더 바람직하게는 트위스트함으로써 심지어 이미 서로 조립된 여러 개의 와이어들로 구성되는 것이 가능하다. 바람직하게, 코어 내의 와이어(들)의 "M"으로 표시된 숫자는 1로부터 4까지의 범위에 포함된다. 더 바람직하게, 코어는 단일 개별 와이어(M이 1임)로 구성되고, 단일 개별 와이어의 직경(d₁) 자체는 더 바람직하게 0.08mm로부터 0.50mm까지의 범위에 포함된다.

본 발명에 따르면, 이 코어(C1)는 무엇보다도, 적절한 온도에서 압출 스크류에 의해 공급되는 비가교 충전 고무로 (경화되지 않은 상태에서) 외장 형성된다. 따라서, 충전 고무는 단일 압출 헤드에 의하여 단일의 작은 체적의 고정 지점에서 전달될 수 있다.

압출 헤드는 하나 이상의 다이, 예컨대 상류 안내 다이 및 하류 사이징 다이를 포함할 수 있다. 외장 형성된 코어의 직경을 연속적으로 측정하고 제어하기 위한 수단이 추가될 수 있고, 이들은 압출기에 연결될 수 있으며, 압출 헤드 내에서 코어의 센터링을 제어하기 위한 수단도 마찬가지이다. 바람직하게, 충전 고무가 압출되는 온도는 50℃와 120℃ 사이에 포함되고, 더욱 바람직하게는 50℃와 100℃ 사이에 포함된다.

따라서, 압출 헤드는 직경이 바람직하게 0.15mm와 1.2mm 사이, 더 바람직하게는 0.2mm와 1.0mm 사이에 포함되고 길이가 바람직하게 4mm와 10mm 사이에 포함되는 공전(revolution)의 실린더 형상을 갖는 외장 구역을 형성한다.

압출 헤드에 의해 전달되는 충전 고무의 양은 최종(즉, 제조 완료된 현장내 고무 처리된) 코드의 그램당 5mg와 40mg 사이, 특히 5mg과 30mg 사이에 포함되는 바람직한 범위에서 조절된다.

지시된 최소값 미만에서 충전 고무가 사실상 코드의 갭 또는 모세관의 각각에 존재할 것을 보장하는 것이 불가능한 한편, 지시된 최대값을 초과하면 코드는 제조된 코드의 특정 구조 및 본 발명의 특정 작동 조건에 따라, 코드의 주연부에서 충전 고무의 넘침으로 인해 다양한 전술된 문제들에 노출될 수 있다. 이 모든 이유로 인해, 전달되는 충전 고무의 양은 바람직하게는 코드의 g당 5mg와 25mg 사이이고 더 바람직하게는 10mg으로부터 20mg까지의 범위에 있어야 한다.

일반적으로, 압출 헤드를 떠날 때에, 코드의 주연부 상의 모든 지점에서 코드의 코어는 두께가 바람직하게는 20㎛을 초과하고 더 바람직하게는 30㎛을 초과하고 특히 40㎛와 80㎛ 사이에 포함되는 최소 두께의 충전 고무로 덮어진다.

충전 고무의 엘라스토머(또는 구별없이 "고무", 이 둘은 동의어로 간주됨)는 바람직하게는 디엔 엘라스토머, 즉, 정의하자면 적어도 부분적으로 디엔 모노머(들)[즉, 모노머(들)은 2개의 공액(conjugated) 결합 또는 다르게는 탄소-탄소 이중 결합을 가짐]로부터 발생된(즉, 호모폴리머 또는 공중합체) 엘라스토머이다. 디엔 엘라스토머는 폴리부타디엔(BR), 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 부타디엔의 다양한 공중합체, 이소프렌의 다양한 공중합체 및 이들 엘라스토머의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 바람직하게 선택된다. 이러한 공중합체는 에멀젼 중합(emulsion polymerization)(ESBR) 또는 용액 중합(SSBR)에 의해 준비된 부타디엔-스티렌 공중합체(SBR), 부타디엔 이소프렌 공중합체(BIR), 스티렌-이소프렌 공중합체(SIR) 및 스티렌-부타디엔-이소프렌 공중합체(SBIR)로 구성되는 그룹으로부터 더 바람직하게 선택된다.

바람직한 일 실시예는 "이소프렌" 엘라스토머, 즉 이소프렌의 호모폴리머 또는 공중합체, 다시 말하면 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 다양한 이소프렌 공중합체 및 이들 엘라스토머의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 디엔 엘라스토머를 사용하는 것이다. 이소프렌 엘라스토머는 바람직하게는 천연 고무 또는 cis-1,4 타입의 합성 폴리이소프렌이다. 이러한 합성 폴리이소프렌 중에서, 90%보다 큰, 더 바람직하게는 98%보다 큰 cis-1,4 결합의 함량(몰% 단위)를 갖는 폴리이소프렌이 바람직하게 사용된다. 다른 바람직한 실시예에 따르면, 이소프렌 엘라스토머는 예컨대 SBR 및/또는 BR 타입 중 하나와 같은 또 다른 디엔 엘라스토머에 또한 결합될 수 있다.

충전 고무는 특히 디엔 타입의 단 하나의 엘라스토머 또는 여러 엘라스토머를 포함할 수 있고, 이것 또는 이것들이 엘라스토머가 아닌 임의의 타입의 폴리머와 조합하여 사용되는 것이 가능하다.

충전 고무는 바람직하게 가교 가능한 타입이고, 즉 이는 정의하자면 조성물이 그의 경화 공정 중에(즉, 가열될 때, 용융보다는 오히려 경화되도록) 가교되게 하기에 적절한 가교 시스템을 포함하고; 따라서 이 경우에, 이 고무 조성물은 온도가 어떻든 간에 가열에 의해 용융될 수 없기 때문에 용융 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 바람직하게는, 디엔 고무 조성물 경우에, 고무 외장을 위한 가교 시스템은 가황 처리(vulcanizing) 시스템으로서 알려져 있는 시스템, 즉 적어도 하나의 가황 처리 촉진제(vulcanization accelerator)와 황(또는 황 도너 작용제)에 기초한 시스템이다. 그러나, 본 발명은 충전 고무가 황 또는 심지어 임의의 다른 가교 시스템을 포함하지 않는 경우에 또한 적용되고, 본 발명의 코드가 보강하도록 의도된 고무 기질에 이미 존재하는 가교 또는 가황 처리 시스템은 가교 또는 가황 처리에 충분할 수 있으며 접촉을 통하여 상기 주위 기질로부터 충전 고무 내로 이동할 수 있다는 것이 이해된다.

충전 고무는 카본 블랙 또는 실리카와 같은 보강 필러, 산화 방지제, 오일, 가소제(plasticisers), 항환원제(anti-reversion agents), 수지, 코발트 염과 같은 접착 촉진제와 같은, 타어어에 사용되는 고무 기질을 위해 구성된 종래 첨가제의 일부 또는 모두를 또한 포함할 수 있다.

예컨대 카본 블랙인 보강 필러 또는 실리카와 같은 무기 보강 필러의 함량은 바람직하게는 50phr보다 크고, 에컨대 50phr와 120phr 사이에 포함된다. [타이어-그레이드 블랙(tyre-grade blacks)으로 알려져 있는] 타이어에 전형적으로 사용되는 특히 HAF, ISAF, SAF 타입의 예컨대 모든 카본 블랙인 카본 블랙이 적절하다. 이들 중, 더 구체적으로 (ASTM) 300, 600 또는 700 그레이드(예컨대 N326, N330, N347, N375, N683, N772)의 카본 블랙이 언급될 수 있다. 특히, 적절한 무기 보강 필러는 실리카(SiO₂) 타입의 무기 필러, 특히 450 m²/g 미만, 바람직하게는 30 m²/g으로부터 400 m²/g까지의 BET 표면적을 갖는 침강(precipitated) 실리카 또는 발열성(pyrogenic) 실리카를 포함한다.

선행하는 외장 형성 단계의 완료 시에, 제2 단계 동안에, 제2 층(C2)의 N개 와이어는 그 자체가 알려진 방법으로 코어 스트랜드(C1+C2)를 형성하기 위해, 외장 형성된 코어(C1) 주위에 함께(S 또는 Z 방향) 트위스트되고; 와이어는 조립 가이드에 결합될 수 있거나 결합될 수 없는 개별 그리드, 스풀(spool)과 같은 공급 수단에 의해 전달되어, N개 와이어가 공통의 트위스트 지점(또는 조립 지점)에서 코어 주위에 수렴하게 하도록 의도된다.

바람직하게, N개 와이어의 직경(d₂)은 0.08 mm로부터 0.45 mm까지의 범위에 포함되고, 트위스트 피치(p₂)는 5 mm로부터 30 mm까지의 범위에 포함된다. 알려진 방법으로, 피치 "p"는 코드의 축과 평행하게 측정되는 길이를 나타내고 상기 길이 이후에 상기 피치를 갖는 와이어는 코드의 상기 축 주위에 완전한 턴(turn)을 만든다.

이 트위스트 동안, N개 와이어는 충전 고무에 대해 지지되어, 코어(C1)를 덮는 고무의 외장에서 덮이게 된다. 이후, 충분한 양의 이 충전 고무는 코어(C1)와 제2 층(C2) 사이에 형성되는 모세관 갭을 자연적으로 충전한다.

조립 지점의 하류에서, 코어 스트랜드에 적용된 인장 응력은 그의 파괴 강도의 10%와 25% 사이에 바람직하게 포함된다.

제3 단계 동안에, 제3 층 또는 외부 층(C3)의 P개 와이어는 다시, 외장 형성된 코어 스트랜드(C1 + C2) 주위에 (S 또는 Z 방향) 트위스트함으로써, 최종 조립된다. 바람직하게는, P개 와이어의 직경(d₃)은 0.08mm로부터 0.45mm까지의 범위에 포함되고, 트위스트 피치(p₃)는 p₂보다 크거나 같고 특히 5mm로부터 30mm까지의 범위에 포함된다.

공정에서의 이 단계에서, 본 발명의 코드는 완성되지 않는다: 제2 층(C2)의 N개 와이어와 제3 층(C3)의 P개 와이어에 의해 한계 설정된 상기 모세관은 아직 충전 고무로 가득차지 않아서, 어느 경우에서도 최적 공기 불투과성의 코드를 생성하기에 충분하지 않지 않다.

이어지는 본질적인 단계는 경화되지 않은 상태의 코드의 충전 고무가 제공되는 코드를 트위스트 밸런싱 수단을 통하여 통과시키는 것을 포함한다. "트위스트 밸런싱(twist balancing)"이 의미하는 것은, 각 층 내에서 트위스트 상태의 코드의 각 와이어 상에 가해진 잔류하는 트위스트 토크[또는 언트위스트 스프링 백(untwisting springback)]을 알려진 방식으로 상쇄하는 것이다. 트위스트 밸런싱 공구는 트위스트의 당해 분야의 숙련자들에게 알려져 있고; 이는 예컨대 스트레이트너 및/또는 "트위스터" 및/또는 "트위스터-스트레이트너"로 구성될 수 있고, 트위스터(twister)의 경우에는 풀리로 구성되거나, 스트레이트너의 경우에는 작은 직경의 롤러로 구성되며, 단 하나의 평면 또는 바람직하게는 적어도 2개의 상이한 평면에서, 이 풀리 또는 롤러를 통해 코드가 진행한다.

상기 다양한 밸런싱 수단의 통과 동안에, 상기 밸런싱 수단은 제2 및 제3 층(C2 및 C3)의 N개 및 P개 와이어 상에서 트위스트 및 반경 방향 압력을 생성하고, 트위스트 및 반경 방향 압력은 제2 층(C2)의 N개 와이어 및 코어(C1)에 의해 형성된 모세관으로부터, 제2 층(C2)의 N개 와이어 및 제3 층(C3)의 P개 와이어에 의해 형성된 모세관 내로 충전 고무를 부분적으로 이송함으로써, 여전히 고온이고 비교적 유동적인, 경화되지 않은(즉, 비가교, 언쿠킹 상태) 상태에서 충전 고무를 재분배하기에 충분하여, 궁극적으로는 코드를 특징짓는 우수한 공기 불투과성 특성을 본 발명의 코드에 제공하는 것으로 귀납적으로 추정된다. 스트레이트닝 공구의 사용에 의해 얻어진 스트레이트닝 기능은, 외부 층(C3)의 와이어와 스트레이트너의 롤러들 사이의 접촉이 충전 고무에 추가 반경 방향 압력을 적용할 것이고, 추가로 코드의 제2 층(C2)과 제3 층(C3) 사이에 존재하는 모세관을 완전히 관통하게 하는 장점을 또한 갖는다.

즉, 전술된 본 발명의 공정은, 공급되는 충전 고무의 양을 완벽하게 제어하는 동시에, 코드 내측에서 반경 방향으로 충전 고무를 분배하기 위해 코드 제조의 최종 단계에서, 상기 와이어 상에 가해지는 반경 방향 압력 및 와이어의 트위스트를 사용하는 것이다. 당해 분야의 숙련자는, 와이어에 가해진 반경 방향 압력의 강도를 변경하기 위해 트위스트 밸런싱 수단의 풀리 및/또는 롤러의 직경, 배열을 조절하는 방법을 구체적으로 알 것이다.

따라서, 예기치 않게, 단일 압출 헤드의 사용의 덕택으로, 전달된 충전 고무의 양을 제어하고 최적화하는 동시에, 코어(C1)의 제1 층 주위에 N개 와이어의 조립의 지점의 상류에 고무를 적층시킴으로써, 충전 고무가 본 발명의 코드의 가장 중심부 내로, 그리고 그의 모세관 모두 내로 침투시키는 것이 가능하다는 것이 입증되었다.

이러한 최종 트위스트 밸런싱 단계 이후에, 경화되지 않은 상태의 충전 고무로 현장내 고무 처리되는, 본 발명의 방법에 따른 코드의 제조는 완료된다.

바람직하게, 이 완성된 코드에서, 코드의 2개의 인접한 와이어들 사이의 충전 고무의 두께는, 이들 와이어가 어느 것이든지 간에, 1 ㎛보다 크고, 바람직하게는 1㎛와 10㎛ 사이에 포함된다. 이 코드는 예컨대 타이어 카카스 보강재로서 사용될 수 있는 금속/고무 조성물 패브릭을 준비하기 위해, 캘린더링 설치를 통해 예컨대 처리되기 전에, 저장을 위해 수용 스풀 상에 권취될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 이하의 관계가 충족된다(d₁, d₂, d₃, p₂ 및 p₃는 mm로 나타내어짐):

5π(d₁ + d₂) < p₂ ≤ p₃ < 10π(d₁ + 2d₂ + d₃).

더 상세하게는, 이하의 관계가 충족된다:

5π(d₁ + d₂) < p₂ ≤ p₃ < 5π(d₁ + 2d₂ + d₃) .

유리하게는, 피치(p₂) 및 피치(p₃)은 동일하고, 이는 제조 공정을 더 단순하게 만든다.

당해 분야의 통상의 지식을 가진 자는, 본 설명을 고려하여, 요구된 특성(특히 탄성 계수)의 레벨을 달성하기 위해 충전 고무의 조성(formulation)을 조절하는 방법과, 의도된 특정 용례에 적합하도록 조성을 적합하게 하는 방법을 알 것이다.

본 발명의 제1 실시예에서, 충전 고무의 조성은 최종 코드가 보강하도록 의도되는 고무 기질의 조성과 동일하도록 선택될 수 있고; 따라서 충전 고무의 그리고 상기 고무 기질의 개별 재료들 사이의 호환성에 있어서 어떤 문제도 없을 것이다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 충전 고무의 조성은 최종 코드가 보강하도록 의도된 고무 기질의 조성과 상이하도록 선택될 수 있다. 특히, 충전 고무의 조성은 접착 촉진체의 비교적 많은 양, 일반적으로 예컨대 코발트와 같은 금속성 염, 니켈 염, 또는 네오디뮴 염과 같은 란탄나이드 염(특히 출원 WO 2005/113666을 참조)의 5phr로부터 15 phr를 사용함으로써, 그리고 주위 고무 기질에서 접착 촉진제의 양을 유리하게 감소시킴으로써(또는 이를 전부 생략함으로써) 조절될 수 있다. 물론, 충전 고무의 점성과, 코드가 제조될 때 코드를 관통하는 능력을 최적화하기 위해 충전 고무의 조성을 조절하는 것이 또한 가능할 수 있다.

바람직하게, 가교 상태에 있는 충전 고무는, 2MPa와 25MPa 사이, 더 바람직하게는 3MPa와 20MPa 사이에 포함되고 특히 3MPa로부터 15MPa까지의 범위에 포함되는, 연신 E10(10% 연신율)에서 시컨트 계수를 갖는다.

바람직하게, 제3 층(C3)은 포화된 층인 바람직한 특징을 갖고, 즉 정의하자면 직경(d₃)의 적어도 하나의 (P_max+1)번째 와이어가 추가되기에 충분한 공간이 이러한 층에 없고, P_max는 제2 층(C2) 주위의 제3 층(C3)에 권취될 수 있는 와이어의 최대 개수를 나타낸다. 이 구성은 주연부에서 충전 고무의 넘침 위험을 제한하고 주어진 코드 직경에 있어서 큰 강도를 제공하는 장점을 갖는다.

따라서, 제3 층 내의 와이어의 개수 P는 본 발명의 특정 실시예에 따라 매우 큰 정도로 변할 수 있고, 바람직하게 외부 층을 포화된 상태로 유지하기 위해 와이어의 최대 개수(P)는 와이어의 직경(d₃)이 제2 층의 와이어의 직경(d₂)에 비해 감소되는 경우에 증가될 것이라는 것이 이해된다.

바람직하게, 제1 층(C1)은 개별 와이어로 구성되고, 그의 직경(d₁)은 0.08mm로부터 0.50mm까지의 범위에 포함된다.

코어(C1)가 복수의 와이어로 구성된다면(즉 M이 I이 아님), M개 와이어는 바람직하게 4mm와 15mm 사이, 특히 5mm와 10 mm 사이에 포함되는 조립 피치로 바람직하게 함께 조립된다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제2 층(C2)은 5개로부터 7개까지의 와이어를 포함한다(즉 N은 5로부터 7까지 변한다). 또 다른 특히 바람직한 실시예에 따르면, 층(C3)은 10개로부터 14개까지의 와이어를 포함한다; 전술된 코드들 중에서 더 구체적으로 선택되는 것들은 층(C2)으로부터 층(C3)까지의 실질적으로 동일한 직경을 갖는(즉 d₂=d₃) 와이어로 구성되는 것이다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제1 층(C1)은 단일 와이어를 포함하고, 제2 층(C2)은 6개 와이어를 포함하고(N은 6임), 제3 층(C3)은 11개 또는 12개 와이어를 포함한다(P는 11 또는 12이다). 즉, 본 발명의 코드는 선호 구조 1+6+11 또는 1+6+12를 갖는다.

임의의 층상인 코드와 같이 본 발명에 따라 준비된 코드는 2가지 타입, 즉 컴팩트 층 타입 또는 원통형 층 타입을 가질 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 제3 층(C3)의 와이어는 예컨대 도 2에서 개략적으로 도시된 바와 같이 컴팩트 타입의 층상 코드를 얻기 위해서, 제2 중간 층(C2)의 와이어와 동일한 피치(p₂ = p₃)로, 그리고 동일한 트위스트 방향[즉, S 방향("S/S" 레이아웃)으로 또는 Z 방향("Z/Z" 레이아웃)으로] 나선으로 권취된다.

이러한 컴팩트 층 코드에서, 조밀도(compactness)는 실질상으로 와이어의 어떤 특징적인 층도 보이지 않도록 하고; 이는 예컨대 도 2(현장내 고무 처리된 1+6+12 컴팩트 코드)와 도 3(종래의 1+6+12 컴팩트 코드, 즉 현장내 고무 처리되지 않은 것)에서 도시된 바와 같이, 이러한 코드의 단면이 원통형이 아니라 대체로 다각형인 윤곽을 갖는다는 것을 의미한다.

이에 따라 준비되어 본 발명에 따라 제조된 코드는 경화 상태에서 기밀성인 것으로 지칭될 수 있고; 이후의 단락 II-1-B에 기재된 공기 투과성 시험에서, 2 cm³/분 미만, 바람직하게는 0.2 cm³/분 이하의 평균 공기 유동 속도를 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 제조된 코드의 타입(컴팩트 코드 또는 원통형 층상 코드)에 상관없이, 라인에서 그리고 단일 단계에서 초기 트위스트, 고무 처리 및 최종 트위스트의 완전 작동을 수행하는 것과, 이 모두를 고속으로 하는 것을 가능하게 한다는 장점을 갖는다. 상기 방법은 50 m/분을 초과, 바람직하게는 70 m/분을 초과하는 속도(트위스트-고무 처리 라인을 따른 코드의 진행 속도)로 수행될 수 있다.

본 발명의 방법은 코드의 주연부에 충전 고무가 없을(실질적으로 없을) 수 있는 코드를 제조하는 것을 가능하게 한다. 이는 코드의 주연부 상에서 충전 고무의 어떤 입자도 맨눈으로 보이지 않는다는 것을 의미하고, 즉 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 제조 후에, 3미터 이상의 거리에서 맨눈으로 본 발명에 따른 코드의 스풀과 현장내 고무 처리되지 않은 종래의 코드의 스풀 간의 차이를 알 수 없다는 것을 의미한다.

물론 이 방법은 컴팩트 타입[다시 말하면 그리고 정의하자면, 층(C2 및 C3)이 동일한 피치 및 동일한 방향으로 권취되는 것]의 코드의 제조와, 원통형 층 타입[다시 말하면 그리고 정의하자면, 층(C2 및 C3)이 상이한 피치로(트위스트 방향들이 동일하거나 그렇지 않든지) 그리고 반대 방향으로(피치가 동일하거나 상이하든지) 권취되는 것]의 코드의 제조에 적용된다.

본 발명의 정의에 의하면, 용어 "금속 코드"는 대부분(즉, 와이어의 개수의 50% 초과) 또는 전체(와이어의 100%)가 금속성 재료로 구성되는 와이어로부터 형성되는 코드를 의미하는 것으로 이해된다. 서로 독립적으로, 그리고 하나의 층으로부터 다른 층까지, 코어(C1)의 와이어 또는 와이어들, 제2 층(C2)의 와이어들, 및 제3 층(C3)의 와이어들은 강으로, 바람직하게는 탄소 강으로 바람직하게 제조된다. 그러나, 물론 다른 강, 예컨대 스텐레스 강 또는 다른 합금을 이용하는 것이 가능하다. 탄소 강이 이용될 때, 그의 탄소 함량(강의 중량%)은 바람직하게, 0.4%와 1.2% 사이, 특히 0.5%와 1.1% 사이에 포함되고; 이들 함량은 와이어의 제조성(feasibility)과 타이어에 요구된 기계적인 특성 사이의 우수한 절충안을 나타낸다. 0.5%와 0.6% 사이에 포함된 탄소 함량은 강이 더욱 용이하게 인발되기 때문에 궁극적으로 이러한 강을 덜 비싸게 한다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 본 발명의 또 다른 유용한 실시예는 특히 저비용과 큰 인발 능력으로 인해서, 예컨대 0.2%와 0.5% 사이에 포함되는 낮은 탄소 함량을 갖는 강을 이용하는 것을 의도된 용례에 따라서 구성할 수 있다.

앞서 기술된 바와 같이 본 발명의 방법을 구현시키기 위해 바람직하게는 이용될 수 있는 조립 및 고무 처리 장치는, 코드가 형성될 때 코드의 진행 방향에 있어서 상류로부터 하류를 향해,

- 제1 층 또는 코어(C1)를 공급하기 위한 공급 수단과,

- 코어(C1)를 외장 형성하기 위한 외장 형성 수단과,

- C1+C2 구조의 "코어 스트랜드"로 명명된 중간 코드를 형성하기 위해, 조립 지점으로 명명된 지점에서, 외장 형성된 코어(C1) 주위에 제2 층(C2)의 N개 와이어를 트위스트함으로써 조립하는 제1 조립 수단 및 공급 수단과,

- 제3 층(C3)을 적용하기 위해, 코어 스트랜드 주위에 P개 와이어를 트위스트함으로써 조립하는 제2 조립 수단 및 공급 수단과,

- 제2 조립 수단으로부터의 출구에 있는 트위스트 밸런싱 수단을 포함하는 장치이다.

첨부된 도 1은, 예컨대 이하에 논의될 도 2에 도시된 바와 같이, 컴팩트 타입[p₂=p₃ 및 층(C2 및 C3)의 동일한 트위스트 방향]의 M+N+P 구조를 갖는 3개 층상 코드의 제조를 위해 사용될 수 있는, 고정식 공급부(feed) 및 회전식 수용부(receiver)를 갖는 타입의 트위스트 조립 장치(10)의 예를 도시한다.

이 장치(10)에서, 단일 코어 와이어(C1)는 예컨대 단일 압출 헤드(11)로 구성되는 외장 형성 구역을 우선 통과한다. 공급 수단은(120) 외장 형성된(예컨대 개별 와이어로 구성되는) 코어 와이어(C1) 주위에서, 조립 가이드(14)에 결합될 수 있거나 없는 분배 그리드(13)(선대칭 분배기)를 통하여 N개 와이어(12)를 전달하고, 그리드를 넘어서 제2 층의 N개(예컨대 6) 와이어는 M+N(예컨대 1+6) 구조의 코어 스트랜드(C1+C2)를 형성하기 위해 조립 지점(15)에서 수렴된다. 외장 형성된 지점(11)과 수렴 지점(15) 사이의 거리는 예컨대 1미터와 5미터 사이에 포함된다.

공급 수단(170)에 의해 전달되는, 예컨대 12개가 있는 외부 층(C3)의 P개 와이어(17)는 이후, 형성되는(16) 코어 스트랜드(C1+C2) 주위에 트위스트함으로써 조립되어, 화살표 방향으로 전진한다. 최종 코드(C1+C2+C3)는 예컨대 스트레이트너 또는 트위스터-스트레이트너로 구성되는 트위스트 밸런싱 수단(18)을 통과한 후, 회전식 수용부(19)에 최종적으로 수집된다.

당해 분야의 숙련자에게 잘 알려진 바와 같이, 원통형 층 타입[층(C2 및 C3)을 위한 상이한 트위스트 방향 및/또는 상이한 피치(p₂ 및 p₃)]을 제조하기 위해, 예로써 전술된 바와 같이 단 하나가 아니라 2개의 회전식(공급부 또는 수용부) 부재를 포함하는 장치가 사용된다는 것이 여기에서 상기될 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 앞서 기재된 방법을 사용하여 얻어질 수 있고 현장내 고무 처리되는 바람직한 1+6+12 코드의 예를 (직선이고 정지한 것으로 추측되는) 코드의 축에 수직인 단면으로 개략적으로 도시된다.

(C-1으로 표시된) 이 코드는 컴팩트 타입이고, 즉 그의 제2 및 제3 층(각각 C2 및 C3)이 동일한 방향으로(인정된 용어를 사용하면 S/S 및 Z/Z)으로 권취되고 또한 동일한 피치(p₂=p₃)를 갖는 컴팩트 타입이다. 이 타입의 구성은 이들 제2 및 제3 층(C2, C3)의 와이어(21, 22)가 코어(20) 또는 제1 층(C1) 주위에서, 소위 원통형 층 타입의 코드의 경우에서와 같이 원통형이 아니라 실질적으로 다각형(더 상세하게는 6각형)인 (점선으로 도시된) 윤곽(E)을 각각 갖는 2개의 실질적으로 동심인 층을 형성하는 효과를 갖는다.

이 코드(C-1)는 현장내 고무 처리된 코드라 지칭될 수 있다: 3개 층(C1, C2 및 C3)의, 3개로 고려되는 인접 와이어들에 의해 형성되는 모세관 또는 갭(충전 고무가 존재하지 않는 경우의 빈 공간)의 각각은 충전 고무로 적어도 부분적으로 (코드의 축을 따라 연속적이거나 그렇지 않게) 충전되어서, 임의의 2cm 길이의 코드에 있어서, 각 모세관이 고무의 적어도 하나의 플러그를 포함한다.

더 상세하게는, 충전 고무(23)는 코드의 다양한 층들(C1, C2, C3)의 인접 와이어(3개로 고려됨)에 의해 형성되는 각 모세관(24)(삼각형으로 나타내어짐)을 충전하여, 이들을 매우 약간 이격되게 이동시킨다. 이들 모세관 또는 갭은 코어 와이어(20) 및 이를 둘러싸는 제2 층(C2)의 와이어(21)에 의해, 그리고 제2 층(C2)의 2개의 와이어(21) 및 이들에 바로 인접한 제3 층(C3)의 1개의 와이어(23)에 의해, 또는 다르게는 제2 층(C2)의 각 와이어(21) 및 그에 바로 인접한 제3 층(C3)의 2개의 와이어(22)에 의해, 자연적으로 형성되고; 따라서 전체적으로 이 1+6+12 코드에 존재하는 24개의 모세관 또는 갭(24)이 있다는 것을 알 수 있다.

비교를 위해, 도 3은 (C-2로 표시된) 종래 1+6+12 코드의 단면, 즉 마찬가지로 컴팩트 타입으로 이루어진 현장내 고무 처리되지 않은 코드의 단면을 다시 제공한다. 충전 고무의 결여는 와이어(30, 31, 32)의 실질적으로 모두가 서로 접촉하고 있다는 것을 의미하고, 이는 특히 컴팩트인 구조를 가져오지만, 한편으로는 고무가 외측으로부터 투과하는 것을 매우 어렵게 한다(불가능하게 한다). 이런 타입의 코드의 특징은 3개의 다양한 와이어가 채널 또는 모세관(34)을 형성하고, 이들 중 대다수가 폐쇄되고 비어 있는 채로 남아있고 따라서 "윅킹(wicking)" 효과를 통하여 물과 같은 부식성 매체의 전파에 대해 적합(propicious)하다는 것이다.

바람직한 예에 의해서, 본 발명의 방법은 1+6+11 및 1+6+12 구조의 제조, 특히 1+6+12 구조의 코드의 제조를 위해 사용되고, 코드는 제2 층(C2)으로부터 제3 층(C3)까지의 동일한 직경을 실질적으로 갖는(즉, 이 경우, d₂ = d₃) 와이어로 구성된다.

본 발명의 실시예

이하의 테스트는 종래 기술의 현장내 고무 처리된 3개 층 코드에 비해서, 더 작은 양의 충전 고무를 포함하고 더 우수한 조밀도를 보장하고 이 고무가 모세관 각각 내측에서 코드 내에 균일하게 또한 분배되어 최적의 길이방향 불투과성을 제공하는 장점을 갖는, 3개 층 코드를 제공하기 위한 본 발명의 방법의 능력을 증명한다.

II-1. 사용된 측정 및 테스트

II-1-A. 동력(dynamometric) 측정

금속 와이어 및 코드에 관하여, Fm로 표시된 파괴 강도(N 단위의 최대 부하), Rm으로 표시된 인장 강도(MPa 단위), 및 At로 표시된 파손 시 연신율(% 단위의 전체 연신율)의 측정이 1984의 표준 ISO 6892에 따라 인장하여 실시된다.

고무 조성물에 관하여, 모듈러스 측정이 달리 표시되지 않는다면 1998의 표준 ASTM D 412(시편 "C")에 따라 장력 하에서 실행된다: E10으로 표시되고 MPa 단위로 표현되는 10% 연신율에서의 "진정한" 시컨트 계수(즉, 시편의 실제 단면에 대한 모듈러스)가 제2 연신율(즉, 하나의 수용 사이클 이후)(1999의 표준 ASTM D 1349에 따른 정상 온도 및 수분 조건)에 대해 측정된다.

II-1-B. 공기 투과성 테스트

이 테스트는 테스트된 코드의 길이방향 공기 투과성이 주어진 시간에 걸쳐 일정한 압력 하에서 시편을 통과하는 공기의 체적을 측정함으로써 결정될 수 있게 한다. 당해 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 이러한 테스트의 원칙은 공기에 대해 불투과성이도록 하기 위한 코드의 처리의 유효성을 증명하는 것이다. 테스트는 예컨대 표준 ASTM D2692-98에 기술된다.

테스트는 외측으로부터 경화된 고무로 이미 코팅되었던, 보강하는 고무 플라이로부터 또는 타이어로부터 추출된 코드 상에서, 또는 후속 코팅 및 경화 작동을 겪은 제조된 코드 상에서 수행된다.

후자의 경우에, 제조된 코드는 코팅 고무로서 알려진 고무에 의해 외측으로부터 우선 덮어져야, 코팅되어야 한다. 이를 위해, (20mm의 코드 간 거리로) 서로 평행하게 배열된 일련의 10개의 코드는 경화되지 않은 고무 조성물의 2개의 스킴(skim)(80×200 mm로 측정되는 2개의 직사각형) 사이에 위치되고, 각 스킴은 3.5 mm 두께를 갖고; 이후 전체 조립체는 주형에 클램핑되고, 코드 각각은 클램핑 모듈러스를 사용하여, 충분한 장력(예컨대 2daN) 하에서 유지되어 주형 내에 위치되는 동안 직선으로 유지되고; 이후 가황 처리(경화) 공정은 (80×200 mm로 측정되는 직사각형 피스톤에 의해 인가되는) 15 bar 압력하에서 그리고 140 ℃ 온도에서 40분에 걸쳐 발생한다. 그 이후에, 조립체는 이형되고, 특성 확인을 위해 7×7×20 mm로 측정되는 육면체 형태로, 코팅된 코드의 10개 시편로 절단된다.

종래의 타이어 고무 조성물은 코팅 고무로서 이용되고, 상기 조성물은 천연(해교된) 고무 및 N330 카본 블랙(60 phr)을 기반으로 하고, 또한 다음의 일반 첨가제: 황(7 phr), 술펜아미드 촉진제(sulfenamide accelerator)(1 phr), ZnO(8 phr), 스테아린산(0.7 phr), 산화방지제(1.5 phr) 및 코발트 나프테네이트(cobalt naphthenate)(1.5 phr)를 포함하고; 코팅 고무의 모듈러스 E10는 약 10 MPa이다.

테스트는 이하와 같이 경화 상태에서 주위 고무 조성물(또느 코팅 고무)로 코팅되는 2 cm 길이의 코드에서 수행되고; 1 bar의 압력 하에 있는 공기는 코드의 입구로 도입되고 이를 떠나는 공기의 체적은 유량계를 이용하여 측정된다(예컨대 0으로부터 500 cm³/분까지로 조정된다). 측정 동안, 코드 시편은 종축을 따라 일 단부로부터 타 단부로 코드를 통하여 통과하는 공기의 양만이 측정되도록 압축된 기밀 시일에서 고정되고; 기밀 시일의 기밀성은 중공 고무 시편, 즉 코드를 포함하지 않는 것을 사용하여 사전에 체크된다.

코드의 길이방향 불투과성이 더 높을수록, 측정된 유동 속도가 더 낮아진다. 측정이 ±0.2 cm³/분으로 정확하기 때문에, 0.2 cm³/분 이하인 측정된 값은 0인 것으로 고려되고; 그의 축을 따라(즉, 종방향으로) 완전히 기밀인 것이라고 할 수 있는 코드에 대응한다.

II-1-C. 충전 고무 함량

충전 고무의 양은 초기 코드의 중량(이에 따른 현장내 고무 처리된 코드)과 충전 고무가 적절한 전해질 처리를 이용하여 제거된 코드의 중량(및 이에 따른 그의 와이어의 중량) 간의 차이를 측정함으로써 측정된다.

사이즈를 줄이기 위해 자체가 권취된 코드 시편(길이가 1m)는 (제너레이터의 음단자에 연결되는) 전기분해장치(electrolyser)의 캐소드를 구성하는 한편, (양단자에 연결되는) 애노드는 백금 와이어로 구성된다. 전해질은 탄산 나트륨의 리터당 1 mol을 포함하는 수성(미네랄 제거 물) 용액으로 구성된다.

전해질에 완전히 침지된 시편은 300 mA 전류로 15분 동안 전압이 그에 적용되게 한다. 이후 코드는 배스(bath)로부터 제거되고 충분하게 물로 헹궈진다. 이 처리는 고무가 코드로부터 쉽게 분리될 수 있게 한다(그렇지 않다면, 전기분해가 수분동안 계속된다). 코드로부터 하나씩 와이어를 푸는 동안, 고무는 예컨대 흡수성 직물을 이용하여 간단하게 그것을 닦음으로써 주의깊게 제거된다. 와이어는 다시 한번 물로 헹궈지고, 이후 미네랄 제거 물(50%)과 에탄올(50%)의 혼합물을 포함하는 비이커에 침지되고; 비이커는 10분 동안 초음파 배스 내에 침지된다. 따라서 고무의 모든 트레이스를 제거한 와이어는 비이커에서 제거되고, 질소 또는 공기의 스트림에서 건조되고, 최종적으로 계중된다.

이로부터, 10개 측정치(전체가 10m인 코드)에서 평균된 초기 코드의 그램당 충전 고무의 mg로 표현된 코드의 충전 고무 함량이 연산에 의해 추론된다.

II-2. 코드 제조 및 테스트

이하의 테스트에서, 미세한 브래스(brass)-코팅된 탄소-강 와이어로 제조되는 1+6+12 구조의 층상 코드가 사용되었다.

탄소 강 와이어는 약 1mm의 중간 직경 아래로 압연 및/또는 인발함으로써, 예컨대 우선 가공 경화된(work-hardened) 기계 와이어(직경 5mm에서 6 mm)로부터 알려진 방법으로 준비되었다. 사용된 강은 0.70%의 탄소 함량을 갖는 알려진 탄소 강(미국 스탠다드 AISI 1069)였다. 중간 직경의 와이어는 그들의 후속 변환 이전에 디그리싱(degreasing) 및/또는 피클링(pickling) 처리를 겪었다. 브래스 코팅이 이들 중간 와이어에 적용된 이후에, 예컨대 수성 유제 또는 분산액 형태의 인발 윤활제를 이용하여 습윤 매체에서 냉간 인발함으로써 각 와이어 상에서 (즉, 최종 패턴팅 열 처리 이후에) "최종" 가공 경화 작업이라 불리는 것이 수행되었다. 와이어를 둘러싸는 브래스 코팅은 매우 작은 두께를 갖고, 명료하게는 1 미크론보다 작은, 예컨대 대략 0.15㎛에서 0.30㎛인 매우 작은 두께를 갖고, 이는 강 와이어의 직경에 비해 무시할 만하다. 따라서, 인발된 강 와이어는 아래 표 1에 표시된 직경 및 기계 특성을 갖는다.

강	φ(mm)	Fm(N)	Rm(MPa)
NT	0.18	68	2820
NT	0.20	82	2620

이후 이러한 와이어는 구조가 도 1에 도시된 바와 같고 기계 특성이 표 2에 주어진, 1+6+12 층상 코드의 형태로 조립되었다.

코드	p2 (mm)	p3 (mm)	Fm (daN)	Rm (MPa)	At (%)
C-1	10	10	126	2645	2.4

따라서, 도 1에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 준비된 1+6+12 코드 예(C-1)는 직경이 0.20 mm인 코어 와이어와 그 주위에 직경이 0.18 mm인 18개 와이어인 전체가 19개 와이어로 구성되고, 이는 컴팩트 타입의 코드를 얻기 위해 동일한 트위스트 방향(S)과 동일한 피치(p₂ = p₃ = 10.0 mm)로 2개의 동심 층에서 권취되었다. 단락 II-1-C에서 상기에 나타난 방법을 사용하여 측정되는 충전 고무 함량은 코드의 그램당 약 16 mg이었다. 이 충전 고무는 3개로 고려된 다양한 와이어에 의해 형성된 24개 모세관 각각에 존재하였고, 즉 임의의 2 cm 길이의 코드에 걸쳐, 각 모세관에 고무의 적어도 하나의 플러그가 있도록 이들 모세관 각각을 완전히 또는 적어도 부분적으로 충전한다.

이 코드를 제조하기 위해, 상기에 기술되고 개략적으로 도 1에 도시된 바와 같은 장치가 사용되었다. 충전 고무는 코드(C-1)가 보강되도록 의도된 고무 카카스 플라이와 동일한 조성을 갖는, 산업용 차량용 타이어의 카카스 보강재를 위한 종래의 고무 조성물이었고; 이 조성물은 천연(해교된) 고무를 기반으로 그리고 N330 카본 블랙(55 phr)을 기반으로 하고; 또한 이하의 일반 첨가제: 황(6 phr), 술펜아미드 촉진제(1 phr), ZnO(9 phr), 스테아린산(0.7 phr), 산화방지제(1.5 phr), 코발트 나프테네이트(1 phr)를 함유하였고; 조성물의 E10 모듈러스는 약 6 MPa였다. 이 조성물은 0.400mm의 사이징 다이를 통하여 약 85℃ 온도에서 압출되었다.

준비된 코드(C-1)는 (테스트되는 각 코드에 대한 10개 측정치의 평균하여) 1분 동안에 코드를 통과하는 공기의 체적(cm³)을 측정하는, 단락 II-1-B에서 설명된 공기 투과성 테스트를 받는다.

시험된 코드(C-1) 각각에 있어서 그리고 측정치의 100%(즉, 10개 중 10개 시편)에 있어서, 0.2 cm³/분 미만이거나 0인 유량이 측정되었고, 즉 본 발명의 발명에 따라 준비된 코드는 그의 종축을 따라 기밀이라 할 수 있고; 이는 고무에 의한 침투의 최적 레벨을 갖는다.

또한, 현장내 고무 처리되고 상기 컴팩트 코드(C-1)와 동일한 구성을 갖는 대조 코드는, 외부 층을 형성하기 위해, 압출 헤드를 사용하여 중간 1+6 코어 스트랜드를 외장 형성하는 단계와, 이후 이렇게 외장 형성된 코어 주위에 잔여 12개 와이어를 케이블링하는 제2 단계인, 비연속적인 여러 단계로 전술된 출원 WO 2005/071557에 기술된 발명에 따라 준비되었다. 이후, 이들 대조 코드는 단락 I-2의 공기 투과성 테스트를 받았다.

어떠한 이들 대조 코드도 0.2 cm³/분 미만이거나 0인 측정된 유량을 100%로(즉, 10개 중 10개 시편) 제공하지 않았고, 즉 어떠한 이들 대조 코드도 그의 축을 따라 기밀로(완전히 기밀로) 될 수 없었다는 것을 특히 주목하여야 한다.

또한 이들 대조 코드들 중에서, 모든 가장 우수한 불투과성 결과(즉, 약 2cm³/분의 평균 유량)를 나타낸 것은 주연부로부터 넘치는 비교적 많은 양의 불필요한 충전 고무를 가져서, 산업 조건 하에서 만족스러운 캘린더링 작동에 부적합하게 한다는 것을 알았다.

요약하면, 본 발명의 방법은 특히 제조 동안에 고무의 과도한 넘침과 관련된 어려움 없이, 고무에 의한 투과의 최적 레벨의 덕택으로 한편으로는 타이어 카카스 보강재에서 높은 내구성을 나타내고 다른 한편으로는 산업 조건 하에서 효율적으로 사용될 수 있고 현장내 고무 처리된 코드의 제조를 허용한다.

Claims (19)

1. M개의 와이어를 갖는 제1 내부 층 또는 코어(C1)를 포함하고, 그 주위에는 제2 중간 층(C2)으로 직경(d₂)의 N개의 와이어가 나선으로 피치(p₂)로 함께 권취되고 N은 3으로부터 12까지 변하고, 제2 층 주위에는 제3 외부 층(C3)으로 직경(d₃)의 P개의 와이어가 나선으로 피치(p₃)로 함께 권취되고 P는 8로부터 20까지 변하는, 현장내 고무 처리된 타입의 3개의 동심 층(C1, C2, C3)을 갖는 금속 코드를 제조하는 방법이며,
   - 코어(C1)가 비가교 상태에서 "충전 고무"로 명명된 고무 조성물로 외장 형성되는, 외장 형성 단계와,
   - "조립 지점"으로 명명된 지점에서 M+N 구조의 "코어 스트랜드"로 명명된 중간 코드를 형성하기 위해, 상기 외장 형성된 코어(C1) 주위에 제2 층(C2)의 N개 와이어를 트위스트하는 것에 의한 제1 조립 단계와,
   - 코어 스트랜드 주위에 제3 층(C3)의 P개 와이어가 트위스트되는 제2 조립 단계와,
   - 코어와 제2 층 사이에 형성된 모세관 갭을 충전하도록 비가교 상태의 충전 고무를 코어를 향하여 가하는 금속 코드의 최종 트위스트-밸런싱 단계를 포함하는
   금속 코드를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   외장 형성 단계 동안 전달되는 충전 고무의 양은 최종 코드의 그램당 5mg와 40mg 사이에 포함되는
   금속 코드를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   외장 형성 단계 이후에, 코어(C1)는 20㎛를 초과하는 충전 고무의 최소 두께로 덮어지는
   금속 코드를 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   충전 고무의 고무는 디엔 엘라스토머인
   금속 코드를 제조하는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   제1 층은 단일 개별 와이어로 구성되고, 단일 개별 와이어의 직경(d₁)은 0.08mm로부터 0.50mm까지의 범위에 포함되는
   금속 코드를 제조하는 방법.
6. 제1항에 있어서,
   직경(d₂)은 0.08mm로부터 0.45mm까지의 범위에 포함되고, 트위스트 피치(p₂)는 5mm로부터 30mm까지의 범위에 포함되는
   금속 코드를 제조하는 방법.
7. 제1항에 있어서,
   직경(d₃)은 0.08mm로부터 0.45mm까지의 범위에 포함되고, 피치 p₃는 p₂보다 크거나 동등한
   금속 코드를 제조하는 방법.
8. 제1항에 있어서,
   제3 층(C3)의 와이어는 제2 층(C2)의 와이어와 동일한 피치로 그리고 동일한 트위스트 방향으로 나선으로 권취되는
   금속 코드를 제조하는 방법.
9. 제1항에 있어서,
   제3 층(C3)은 포화된 층인
   금속 코드를 제조하는 방법.
10. 제1항에 따른 방법을 실행하기 위해 사용될 수 있는 인-라인 고무 처리 및 조립 장치이며,
    코드가 형성될 때 코드의 진행 방향에 있어서 상류로부터 하류를 향해,
    - 제1 층 또는 코어(C1)를 공급하기 위한 공급 수단과,
    - 코어(C1)를 외장 형성하기 위한 외장 형성 수단과,
    - "코어 스트랜드"(C1+C2)로 명명된 중간 코드를 형성하기 위해, 조립 지점으로 명명된 지점에서, 외장 형성된 코어(C1) 주위에 제2 층(C2)의 N개 와이어를 트위스트함으로써 조립하는 제1 조립 수단 및 공급 수단과,
    - 제3 층(C3)을 적용하기 위해, 코어 스트랜드 주위에 P개 와이어를 트위스트함으로써 조립하는 제2 조립 수단 및 공급 수단과,
    - 제2 조립 수단으로부터의 출구에 있는 트위스트 밸런싱 수단을 포함하는
    인-라인 고무 처리 및 조립 장치.
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