KR101790008B1

KR101790008B1 - 고투과율 탄성 멀티스트랜드 금속 케이블

Info

Publication number: KR101790008B1
Application number: KR1020127031003A
Authority: KR
Inventors: 헨리 바겟; 엠마뉴엘 클레멘
Original assignee: 미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.; 꽁빠니 제네날 드 에따블리세망 미쉘린
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2017-10-25
Also published as: EP2563965A1; US20130199690A1; RU2012150924A; BR112012027615A2; CN102971459B; CN102971459A; US9267233B2; FR2959517A1; KR20130069649A; WO2011134900A1; EP2563965B1; JP5723441B2; JP2013527887A; FR2959517B1

Abstract

산업용 차량용 타이어 벨트를 보강하기 위해 특히 사용될 수 있는 4×(4+M) 구조의 멀티스트랜드 금속 케이블로서, 나선 피치(P3)를 갖는 나선으로 조립된 4개의 요소 스트랜드로부터 형성되고, 각각의 요소 스트랜드는 피치(P1)를 갖는 나선으로 조립된 직경(D1)의 4개의 와이어로부터 형성된 내부층(C1) 및 직경(D2)의 M개의 와이어의 불포화 외부층(C2)을 포함하는 4+M 구조의 2층 케이블로 이루어지고, 여기서 M은 8보다 크거나 같고 11보다 작거나 같고, 이들 M개의 와이어는 내부층(C1) 주위에 피치(P2)를 갖는 나선으로 조립되고, P1은 P2보다 작고, 내부층(C1)의 4개의 와이어는 외부층(C2)의 M개의 와이어와 동일한 비틀림 방향으로 나선으로 권취되고, 외부층(C2)의 M개의 와이어는 상기 4개의 요소 스트랜드와 동일한 방향으로 권취되고, 각각의 직경(D1, D2)은 0.10 mm보다 크거나 같지만 0.50 mm보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블이 개시된다.

Description

고투과율 탄성 멀티스트랜드 금속 케이블{HIGH-PERMEABILITY ELASTIC MULTISTRAND METAL CABLE}

본 발명은 특히 대형 화물차 또는 중장비 차량과 같은 대형 산업용 차량용 공압식 타이어의 보강재를 위해 특히 사용될 수 있는 고강도 멀티스트랜드(multistrand) 케이블에 관한 것이다.

본 발명은 또한 타이어 및 타이어용 보강재, 특히 타이어의 "벨트"라 또한 칭하는 크라운 보강재(crown reinforcement)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 대형 산업용 차량용 타이어 벨트의 보강재에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 래디얼 타이어는 트레드(tread), 2개의 비확장성 비드(bead), 비드를 트레드에 연결하는 2개의 사이드월(sidewall), 카카스(carcass) 보강재 및 카카스 보강재와 트레드 사이에 원주방향으로 배치된 벨트를 포함한다. 벨트는 금속 또는 직물 유형의 케이블형 스레드(thread) 또는 모노필라먼트와 같은 보강 요소에 의해 보강되거나 보강되지 않을 수 있는 다양한 고무 플라이(ply)(또는 "층")로 구성된다.

벨트는 일반적으로 종종 "작동(working)" 플라이 또는 "교차형(crossed)" 플라이라 칭하는 다수의 중첩된 벨트 플라이로 이루어지고, 이 플라이의 일반적으로 금속 보강 케이블은 하나의 플라이로부터 다른 플라이로 각도를 이루어 플라이 내에 서로 실질적으로 평행하도록 배치되는데, 즉 이들은 대칭이건 대칭이 아니건간에 중간 원주 평면에 대해 경사진다. 이들 교차형 플라이는 경우에 따라 폭이 다양하고 금속 보강 요소를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 다양한 다른 보조 고무 플라이 또는 층을 일반적으로 수반한다. 외부 공격으로부터, 특히 천공으로부터 벨트의 나머지를 보호하는 것을 담당하는 "보호" 플라이라 칭하는 것과, 또는 이들이 교차형 플라이에 대해 반경방향으로 외부에 또는 내부에 있는지에 무관하게, 실질적으로 원주방향을 따라 배향된 금속 또는 비금속 보강 요소를 갖는 "후프 형성(hooping)" 플라이라 칭하는 것(소위 "제로-각도" 플라이)을 특히 언급할 수 있다.

공지된 바와 같이, 이러한 타이어 벨트는 다양한 종종 모순된 요구에, 특히 부합해야 하는데,

이는 타이어 크라운(crown)을 강화하는데 실질적으로 기여하기 때문에 낮은 변형에서 가능한 한 강성이어야 하고,

한편으로는 주행 중에 크라운의 내부 영역의 가열을 최소화하고, 다른 한편으로는 타이어의 구름 저항(rolling resistance)을 감소시키기 위해 가능한 한 낮은 이력(hysteresis)을 가져야 하는데, 이는 연료 절약(fuel economy)과 같은 뜻이고,

마지막으로, 이는 특히 분리의 현상, 즉 "벽개(cleavage)"로서 공지된 타이어의 숄더 영역 내의 교차형 플라이의 단부의 균열에 대해 높은 내구성을 가져야 하는데, 이는 특히 비교적 부식성 환경에서도 높은 압축 피로 강도를 갖도록 벨트 플라이를 보강하는 금속 케이블을 필요로 한다.

높은 내구성의 요구는 특히 이들의 트레드가 장기간 주행 또는 사용 후에 임계 마모 스테이지에 도달할 때 1회 이상 재생되는(retreaded) 것이 가능하도록 설계된 대형 화물차 또는 중장비 기계류와 같은 산업용 차량용 타이어의 경우에 특히 중요하다.

더욱이, 산업용 차량용 타이어 벨트는 공지된 바와 같이, 외부 공격, 인열(tearing) 또는 다른 천공으로부터 벨트의 나머지를 보호하도록 설계되어 있는 트레드 아래에 위치되고 작동 크라운 플라이 또는 플라이들을 커버하는 하나 이상의 "보호" 크라운 플라이 또는 층을 포함한다.

이들 보호 플라이 또는 층은 한편으로는 이들이 주행 중에 벨트가 지탱하는 장애물의 형상을 가장 양호하게 추종하고, 다른 한편으로는 이들이 그에 대해 반경방향으로 이물질의 침투를 방지하도록 충분히 가요성 및 변형 가능해야 한다. 공지된 바와 같이, 이러한 기준에 부합하기 위해 이들 보호층 내에, 높은 탄성 및 높은 파괴 에너지를 갖는 보강 요소 또는 케이블의 사용을 필요로 한다.

대형 산업용 차량용 타이어의 보호 크라운 플라이, 후프 형성 플라이 및 작동 크라운 플라이의 보강을 위해, 특히 조립되어 있는 K개의 요소 스트랜드(strand)가 조립 피치(PK)를 갖고 단일층으로서 나선으로 동시에 권취되어 있는 K×(L+M) 구조의 단일층(즉, 하나 이상의 다른 스트랜드의 중심 코어를 갖지 않음)을 갖는 멀티스트랜드 케이블과 같은 멀티스트랜드 케이블을 사용하는 것이 현재의 일반적인 실시이다. L+M 구조의 K개의 2층 요소 스트랜드의 각각은 자체로 2개의 동심층으로서 나선으로 함께 또한 권취되어 있는 복수의 강철 와이어(L개의 와이어의 내부층 및 M개의 와이어의 외부층)를 포함한다.

특히 대형 화물차 또는 중장비 차량과 같은 산업용 차량용 타이어의 보호 크라운 플라이를 보강하기 위해, 특히 높은 연신율을 갖는 유형의 K×(L+M) 구조를 갖는 이러한 멀티스트랜드 케이블은 잘 알려져 있고, 다수의 특허 문헌에 설명되어 있다[예를 들어, EP 1000074호, US 6475636호, US 7458200호, WO 2004/003287호 또는 US 2005/0183808호, WO 2004/033789호 또는 US 7089726호 또는 RD(연구 공개 문헌) NO 33877, 1992년 6월, 488-492 참조].

당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 바와 같이, 이들 멀티스트랜드 케이블은 이들이 보강되어 고무가 스트랜드를 구성하는 와이어들 사이의 공간 내에 가능한 한 많이 투과하도록 타이어 벨트 내의 고무에 의해 가능한 한 많이 함침되어야 한다. 이 함침이 불충분하면, 비어 있는 채널은 이어서 스트랜드를 따라 남아 있게 되고, 예를 들어 타이어 벨트가 절단되거나 다른 방식으로 공격당하는 결과로서 타이어에 침투할 수 있는, 예를 들어 물과 같은 부식제가 상기 벨트를 통해 이들 채널을 따라 이동한다. 이 수분의 존재는 중요한 역할을 하여, 건조 환경에서 사용에 비교하여 부식을 발생시키고 피로 프로세스를 가속화한다(소위 "피로-부식" 효과).

일반적인 용어 "피로-프렛팅(fretting) 부식" 하에서 일반적으로 함께 그룹화되는 모든 이들 피로 효과는 케이블 및 스트랜드의 기계적 특성의 점진적인 열화의 원인이고, 가장 심각한 주행 조건하에서, 타이어의 수명에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 일 목적은 고무 화합물에 의해 여전히 용이하게 투과되면서 높은 파열 강도 및 양호한 탄성을 갖는 멀티스트랜드 강철 케이블을 제공하는 것이다.

이 목적은 산업용 차량용 타이어 벨트를 보강하기 위해 특히 사용될 수 있는 4×(4+M) 구조의 멀티스트랜드 금속 케이블로서, 나선 피치(P3)를 갖는 나선으로 조립된 4개의 요소 스트랜드로부터 형성되고, 각각의 요소 스트랜드는 피치(P1)를 갖는 나선으로 조립된 직경(D1)의 4개의 와이어로부터 형성된 내부층(C1) 및 직경(D2)의 M개의 와이어의 불포화 외부층(C2)을 포함하는 4+M 구조의 2층 케이블로 이루어지고, 여기서 M은 8보다 크거나 같고 11보다 작거나 같고, 이들 M개의 와이어는 내부층(C1) 주위에 피치(P2)를 갖는 나선으로 조립되고, P1은 P2보다 작고, 내부층(C1)과 외부층(C2)은 동일한 방향으로 권취되고, 각각의 직경(D1, D2)은 0.10 mm보다 크거나 같지만 0.50 mm보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블에 의해 성취된다.

각각의 요소 스트랜드의 외부층은 스트랜드의 상기 외부층(C2)의 와이어의 수(M)가 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 단일층으로서 나선으로 권취될 수 있는 직경(D2)의 와이어의 최대수(MMAX)보다 작은 점에서 "불포화"이다.

본 발명은 또한 예를 들어 플라이, 호스, 벨트, 컨베이어 벨트 및 타이어와 같은 고무 물품 또는 반완성 제품을 보강하기 위한 이러한 멀티스트랜드 케이블의 사용에 관한 것이다.

본 발명의 멀티스트랜드 케이블은 "대형" 차량, 즉 지하철, 버스, 도로 운반 차량(로리, 트랙터, 트레일러), 오프로드 차량 및 농업용 또는 중장비 기계 및 다른 운반 및 물류 차량과 같은 산업용 차량을 위해 설계된 타이어의 벨트용 보강 요소로서 사용을 위해 특히 적합하다.

본 발명은 또한 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블로 보강될 때 이들 고무 물품 또는 반완성 제품 자체, 특히 산업용 차량을 위해 특히 설계된 타이어에 관한 것이다.

본 발명 및 그 장점은 이들 실시예에 관련하는 도 1 내지 도 6과 함께 이어지는 상세한 설명 및 실시예의 견지에서 즉시 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 4×(4+8) 원통형 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블의 예를 케이블의 축에 수직인 단면에서 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 4×(4+9) 원통형 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블의 예를 케이블의 축에 수직인 단면에서 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 4×(4+10) 원통형 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블의 예를 케이블의 축에 수직인 단면에서 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 4×(4+11) 원통형 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블의 예를 케이블의 축에 수직인 단면에서 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 멀티스트랜드 케이블의 제조를 위한 스트랜드를 제조하는데 사용될 수 있는 비틀림(twisting) 및 현장 고무 코팅 설비의 예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 래디얼 카카스 보강재를 갖는 산업용 차량용 타이어를 반경방향 단면에서 개략적으로 도시하는 도면.

M1- 동력계 측정

금속 와이어 및 케이블과 관련하여, FM(N 단위의 최대 하중)으로 나타내는 파열력, RM(MPa 단위)으로 나타내는 파열 강도 및 AT(% 단위의 총 연신율)로 나타내는 파괴시 연신율의 측정이 표준 ISO 6892(1984년)에 따라 장력하에서 수행되었다.

M2- 공기 투과율 시험

이 시험은 소정의 시간에 걸쳐 일정한 압력 하에서 샘플을 통해 교차하는 공기의 체적을 측정함으로써 피시험 금속 케이블의 종방향 공기 투과율이 결정되는 것을 가능하게 한다. 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 이러한 시험의 원리는 공기에 불투과성이게 하기 위해 케이블의 처리의 효용성을 증명한다. 시험은 예를 들어 표준 ASTM D2692-98에 설명되어 있다.

시험은 제조된 상태의 멀티스트랜드 케이블 상에서 또는 이들 멀티스트랜드 케이블이 보강하고 따라서 경화 고무로 미리 코팅된 고무 플라이로부터 또는 타이어로부터 추출된 케이블 상에서 수행되었다.

제 1 경우에(제조된 상태의 멀티스트랜드 케이블), 금속 케이블은 고무 코팅 화합물로 외부로부터 미리 코팅되어야 한다. 이를 행하기 위해, 평행하도록 배열된 일련의 10개의 금속 케이블(20 mm의 스트랜드간 거리를 가짐)이 경화 고무 조성물의 2개의 스킴(skim)(80×200 mm 치수의 2개의 직사각형) 사이에 배치되고, 각각의 스킴은 5.0 mm의 두께를 갖는다. 전체 조립체는 이어서 몰드 내에 클램핑되고, 각각의 스트랜드는 클램핑 모듈을 사용하여 몰드 내에 배치될 때 직선형으로 잔류하는 것을 보장하기 위해 충분한 장력(예를 들어, 3 daN)하에서 유지되고 있다. 다음에, 조립체는 약 120℃의 온도에서 그리고 15 bar의 압력하에서(80×200 mm 치수의 직사각형 피스톤) 약 10 내지 12시간에 걸쳐 가황(경화)되고, 그 후에 조립체는 이형(unmold)되고 특징 부여를 위해 10 mm×10 mm×LT 치수의 평행육면체의 형태의 이와 같이 코팅된 금속 케이블의 10개의 샘플로 절단되고, 여기서 LT는 금속 케이블의 사전 결정된 길이이다.

통상의 타이어 고무 조성물이 고무 코팅 화합물로서 사용되고, 상기 조성물은 천연(콜로이드 분산) 고무 및 N330 카본 블랙(50 phr)에 기초하고 또한 이하의 일반적인 첨가제, 황(7 phr), 설폰아미드 가속제(1 phr), ZnO(8 phr), 스테아르산(0.7 phr), 항산화제(1.5 phr) 및 코발트 나프테네이트(1.5 phr)를 함유한다. 100℃에서의 그 무니 점도(Mooney viscosity)는 약 70이고, 130℃에서의 그 스코치 타임(scorch time)(T5)은 약 10분이다.

무니 점도 측정을 위해, 프랑스 표준 T43-005(1991년)에 설명된 바와 같은 발진 점도계가 이하의 원리에 따라 사용되는데, 미가공 또는 미경화 상태(즉, 경화 전)의 조성물이 100℃로 가열된 원통형 포위체(enclosure) 내에서 성형된다. 1분 동안 예열 후에, 회전자가 2 rpm에서 샘플 내에서 회전하고, 이 운동을 지속하기 위한 유용한 토크가 4분의 회전 후에 측정된다. 무니 점도(ML 1+4)는 무니 단위(Mooney unit;MU, 1MU = 0.83 Nm)로 표현된다.

스코치 타임은 NF-T43-005 표준에 따라 130℃에서 측정된다. 시간의 함수로서 점도 지수의 변화가 파라미터 T5에 의해 전술된 표준에 따라 평가되고 분 단위로 표현되고 이 지수에 대해 측정된 최소값을 초과하는 5 단위만큼 점도 지수(무니 단위로 표현됨)를 증가시키는데 요구되는 시간으로서 정의되는 고무 조성물의 스코치 타임을 결정하는데 사용된다.

시험은 이하의 방식으로, 즉 1 bar의 압력하에서 공기가 스트랜드의 입구 내로 분사되고 이를 떠나는 공기의 체적이 유량계(예를 들어, 0으로부터 500 cm³/min까지 캘리브레이션됨)를 사용하여 특정되는 방식으로 그 주위 고무 조성물(또는 고무 코팅 화합물)로 코팅된 금속 케이블의 사전 결정된 길이(LT)(예를 들어, P3 또는 6 cm에 동일함)에서 수행된다. 측정 중에, 스트랜드 샘플은 그 종축을 따라 일 단부로부터 다른 단부까지 금속 케이블을 통해 통과하는 공기의 양만이 측정되는 이러한 방식으로 압축된 밀봉부(예를 들어, 고무 또는 조밀한 발포체 밀봉부) 내에 고정된다. 밀봉부의 밀봉 능력은 고체 고무 샘플, 즉 케이블을 갖지 않는 것을 사용하여 미리 점검된다.

측정된 평균 공기 유량(10개의 샘플에 걸친 평균)은 금속 케이블의 종방향 불투과성이 높을수록 낮다. 측정은 ±0.2 cm³/min으로 정확하기 때문에, 0.2 cm³/min 이하의 측정된 값은 제로로 고려된다 - 이들은 그 축을 따라(즉, 그 종방향을 따라) 완전히 기밀한 것으로 고려될 수 있는 스트랜드에 대응함.

공기 투과율 시험에서, "기밀" 금속 케이블은 0.2 cm³/min 이하의 평균 공기 유량을 특징으로 하고, 반면에 "실질적으로 기밀" 금속 케이블은 2 cm³/min 미만, 바람직하게는 1 cm³/min 미만의 평균 공기 유량을 특징으로 한다.

본 명세서에서, 달리 명시적으로 지시되지 않으면, 지시된 모든 백분율(%)은 중량 %이다.

더욱이, 표현 "a 내지 b"로 나타낸 값들의 임의의 간격은 a 초과 b 미만(즉, 경계값 a 및 b는 제외됨)의 값의 범위를 표현하고, 반면에 표현 "a로부터 b까지"로 나타낸 값의 임의의 간격은 a로부터 최대 b(즉, 정밀한 경계값 a 및 b가 포함됨)의 값의 범위를 의미한다.

용어 "금속 케이블"은 금속 재료 주로(즉, 이들 와이어의 수의 50% 초과) 또는 완전히(와이어의 100%) 이루어지는 와이어로부터 형성된 케이블을 의미하는 것으로 본 출원에서 정의에 의해 이해된다. 와이어는 바람직하게는 강, 더 바람직하게는 탄소강으로 제조된다. 그러나, 예를 들어 스테인레스강 또는 다른 합금과 같은 다른 강을 사용하는 것이 물론 가능하다.

탄소강이 사용될 때, 그 탄소 함량(강의 중량 %로)은 바람직하게는 0.2% 내지 1.2%, 특히 0.5% 내지 1.1%이다. 이들 함량은 타이어의 요구 기계적 특성과 와이어의 실행 가능성 사이의 양호한 절충을 표현한다. 0.5% 내지 0.6%의 탄소 함량은 이들이 인발이 더 용이하기 때문에 이들 강이 최종적으로 저비용 되게 한다는 것이 주목되어야 한다. 본 발명의 다른 유리한 실시예는 또한 의도된 용례에 따라, 특히 저비용 및 큰 와이어 인발성에 기인하여, 예를 들어, 0.2% 내지 0.5%의 저탄소 함량을 갖는 강의 사용으로 이루어질 수 있다.

특히 탄소강 또는 스테인레스강이건간에 사용된 금속 또는 강 자체는 예를 들어 금속 케이블 및/또는 그 구성 요소의 가공 특성, 또는 접착성, 내부식성 또는 내시효성과 같은 케이블 또는 타이어 자체의 사용 특성을 향상시키는 금속층으로 코팅될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 사용된 강은 황동(Zn-Cu 합금) 또는 아연의 층으로 코팅된다. 와이어 제조 프로세스 중에, 황동 또는 아연 코팅은 와이어 인발을 더 용이하게 하고 와이어가 고무에 더 양호하게 접합되게 한다는 사실이 상기될 것이다. 그러나, 와이어는 황동 또는 아연층 이외의 얇은 금속층으로 그리고/또는 예를 들어 Co, Ni, Al 또는 금속 Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn의 2개 이상의 것의 합금의 얇은 층과 같은 이들 와이어의 내부식성 및/또는 고무로의 접착성을 향상시키는 기능을 갖는, 가능하게는 실란에 기초하는 유기 결합제로 코팅될 수 있다.

본 발명의 멀티스트랜드 케이블에 사용된 스트랜드는 바람직하게는 탄소강으로 제조되고, 바람직하게는 2500 MPa 초과, 더 바람직하게는 2800 MPa 초과의 파열 강도(RM)를 갖는다. 그 구조적 탄성 및 소성 연신율의 합인 본 발명의 실시예에 따른 케이블의 각각의 요소 스트랜드의 파괴시 총 연신율(AT로 나타냄)은 바람직하게는 2.0% 초과, 더 바람직하게는 적어도 2.5%이다.

본 발명에 따른 멀티스트랜드 코어

I- 구조

본 발명의 멀티스트랜드 금속 케이블은 4×(4+M) 구조를 갖는다. 이는 나선 피치(P3)를 갖는 나선으로 조립된 4개의 요소 스트랜드를 포함하고, 각각의 요소 스트랜드는 피치(P1)를 갖는 나선으로 조립된 직경(D1)의 4개의 와이어로부터 형성된 내부층(C1) 및 직경(D2)의 M개의 와이어의 불포화 외부층(C2)을 포함하는 4+M 구조의 2층 케이블로 이루어지고, 여기서 M은 8보다 크거나 같고 11보다 작거나 같고, 이들 M개의 와이어는 내부층(C1) 주위에 피치(P2)를 갖는 나선으로 조립되고, P1은 P2보다 작고, 내부층(C1)의 4개의 와이어는 외부층(C2)의 M개의 와이어와 동일한 비틀림 방향으로 나선으로 권취되고, 외부층(C2)의 M개의 와이어는 나선 피치(P3)를 갖는 나선으로 조립된 상기 4개의 요소 스트랜드와 동일한 방향으로 권취되어 있다. 각각의 직경(D1, D2)은 0.10 mm보다 크거나 같지만 0.50 mm보다 작거나 같다.

여기서, 공지된 바와 같이, 피치(P)는 외부 스트랜드 또는 멀티스트랜드의 축에 평행하게 측정된 길이를 표현하고, 그 후에 이 피치를 각각 갖는 와이어 또는 외부 스트랜드는 상기 축 둘레에 1회의 완전한 회전을 행한다는 것이 상기될 수 있을 것이다.

각각의 요소 스트랜드의 외부층은 스트랜드의 상기 외부층(C2)의 와이어의 수(M)가 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 단일층으로서 나선으로 권취될 수 있는 직경(D2)의 와이어의 최대수(MMAX)보다 작다는 점에서 "불포화(unsaturated)"이다.

스트랜드의 내부층(C1) 주위에 단일층으로서 나선으로 권취될 수 있는 직경(D2)의 와이어의 최대수보다 작은 수의 와이어를 갖는 스트랜드의 외부층(C2)을 제공하는 사실은 스트랜드의 외부층(C2)의 와이어들 사이의 평균 거리가 증가하는 결과를 가져, 이에 의해 고무 화합물이 스트랜드의 코어 내로 투과하는 것을 더 용이하게 한다.

일 특정 실시예에 따르면, 스트랜드의 상기 외부층(C2)의 와이어의 수(M)는 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 단일층으로서 나선으로 권취될 수 있는 직경(D2)의 최대수(MMAX)보다 1만큼 작다(M=MMAX-1). 이 구조는 케이블의 기계적 강도 및 그 투과율 사이의 우수한 절충을 제공한다.

일 유리한 실시예에 따르면, 스트랜드의 상기 외부층(C2)의 와이어의 수(M)는 직경(D1)의 4개의 와이어로 이루어진 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 나선으로 권취되어 있는 직경(D2)의 와이어 사이의 평균 최소 거리가 D2/X보다 크거나 같도록 선택되고, 여기서 X=π(DC1+DC2)/DC이고, DC1은 직경(D1)에 자체로 의존하는 스트랜드의 내부층(C1)의 직경이다. 당 기술 분야의 숙련자는 MMAX가 X의 정수부에 대응한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 바람직하게는, 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 나선으로 권취된 직경(D2)의 와이어 사이의 평균 최소 거리는 D2/MMAX보다 크거나 같고, 더 바람직하게는 0.05 mm보다 크거나 같다.

강도, 실행 가능성, 강성 및 케이블의 압축시 내구성 사이의 최적의 절충을 위해, 각각의 요소 스트랜드에서, 직경(D1, D2)의 각각은 0.15 mm보다 크거나 같지만 0.35 mm보다 작거나 같다.

일 유리한 실시예에 따르면, 각각의 요소 스트랜드에서, 피치(P1)는 3 mm보다 크거나 같지만 피치(P2)보다 작고, 피치(P2)는 20 mm보다 작거나 같다(3 mm≤P1<P2≤20 mm). 더 바람직하게는, 피치(P2)는 15 mm보다 작거나 같고(3 mm≤P1<P2≤15 mm), 더욱 더 바람직하게는 10 mm보다 작거나 같다(3 mm≤P1<P2≤10 mm).

바람직하게는, 각각의 요소 스트랜드에서, P2는 5 mm보다 크거나 같지만 10 mm보다 작거나 같다. 피치(P1, P2)에 대한 이들 바람직한 값의 결과는 외부층(C2)의 와이어가 내부층(C1)의 와이어에 의해 형성된 원통형 봉입체(envelope)의 표면 상에 잔류하는 것이다. 이는 외부층(C2)의 불포화도 및 따라서 스트랜드의 투과율을 증가시킨다.

바람직하게는, P3는 7 mm보다 크거나 같지만 25 mm보다 작거나 같고, 더욱 더 바람직하게는 10 mm보다 크거나 같지만 20 mm보다 작거나 같다. 피치(P3, P2, P1)에 대한 이들 바람직한 값의 결과 및 동일한 비틀림 방향의 선택은 비틀림의 추가를 야기하고, 이는 유리하다.

본 발명에 따른 케이블의 스트랜드에서, 스트랜드의 상기 외부층(C2)의 와이어의 수(M)가 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 단일층으로서 나선으로 권취될 수 있는 직경(D2)의 와이어의 최대 수(MMAX)보다 작으면, 2개의 층의 와이어는 동일한 직경(즉, D1=D2) - 이는 특히 스트랜드의 제조를 단순화하고 이들의 비용을 감소시킴 - 또는 한 층(C1)에서 다른 층(C2)까지 상이한 직경(즉, D1≠D2)을 가질 수 있다. 예를 제공하기 위해, M=8인 경우에, D1은 D2와 동일할 수 있거나 D2와 상이할 수 있다. 그러나, M=11일 때, 그렇지 않으면 M은 MMAX보다 더 이상 작지 않기 때문에 D1은 D2보다 반드시 크다.

바람직하게는, 각각의 요소 스트랜드에서, 직경(D1, D2)의 비(D1/D2)는 0.5보다 크거나 같지만 1.5보다 작거나 같고, 더욱 더 바람직하게는 이 비(D1/D2)는 0.7보다 크거나 같지만 1.3보다 작거나 같다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 케이블을 개략적으로 도시한다.

도 1은 4×(4+8) 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블(10)의 예를 케이블(직선이고 휴지 상태인 것으로 가정됨)의 축에 수직인 단면에서 개략적으로 도시한다. 이 예에서, 내부층(C1)의 와이어(11)의 직경(D1)은 외부층(C2)의 와이어(12)의 직경(D2)과 동일하다. 내부층(C1)의 와이어(11)의 수가 주어지면, 값 MMAX는 10이다. 외부층(C2)의 와이어(12) 사이의 평균 최소 거리는 D2/8보다 크거나 같고, 불포화될 외부층(C2)에 대해 상기에 규정된 바와 같은 기준 중 하나에 대응한다.

도 2는 4×(4+9) 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블(10)의 제 2 예를 개략적으로 도시한다. 내부층(C1)의 와이어(11)의 직경(D1)은 외부층(C2)의 와이어(12)의 직경(D2)과 동일하다. 내부층(C1)의 와이어(11)의 수가 주어지면, 값 MMAX는 10이다. 외부층(C2)의 와이어(12) 사이의 평균 최소 거리는 D2/9보다 크거나 같고, 불포화될 외부층(C2)에 대해 상기에 규정된 바와 같은 기준 중 하나에 대응한다.

도 3은 4×(4+10) 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블(10)의 제 3 예를 개략적으로 도시한다. 여기서, 내부층(C1)의 와이어(11)의 직경(D1)은 외부층(C2)의 와이어(12)의 직경(D2)보다 크다. 외부층(C2)의 와이어(12) 사이의 평균 최소 거리는 D2/10보다 크거나 같다.

도 4는 4×(4+11) 구조의 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블(10)의 마지막 예를 개략적으로 도시한다. 내부층(C1)의 와이어(11)의 직경(D1)은 외부층(C2)의 와이어(12)의 직경(D2)보다 크다. 외부층(C2)의 와이어(12) 사이의 평균 최소 거리는 D2/11보다 크거나 같다.

II- 제조

요소 스트랜드의 제조

전술된 4+M 구조의 요소 스트랜드는 바람직하게는 인라인(in line)으로 연속적으로 수행되는 이하의 단계, 즉

먼저, 4개의 코어 와이어가 조립 지점에서 스트랜드의 내부층(C1)을 형성하기 위해 비틀리거나 케이블링(cabling)되는 조립 단계,

선택적으로, 4개의 코어 와이어를 조립하기 위해 상기 지점의 하류측에서, 스트랜드의 내부층(C1)이 미경화(즉, 미가교 결합) 충전 고무 화합물로 코팅되는 코팅 단계,

스트랜드의 외부층(C2)의 M개의 와이어가 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 비틀리거나 케이블링되는 후속 조립 단계, 및

바람직하게는, 특히 코팅 작업 중에 토션(torsion)을 평형화하는 최종 단계를 포함하는 공지의 프로세스에 따라 제조된다.

금속 와이어를 조립하기 위한 2개의 가능한 기술, 즉

케이블링에 의한 것: 이러한 경우에, 와이어는 조립 지점 전후에 동기 회전에 기인하여 이들 자신의 축 둘레에 어떠한 비틀림도 경험하지 않음,

또는 비틀림에 의한 것: 이러한 경우에, 와이어는 이들의 자신의 축 둘레의 집합적인 비틀림 및 개별적인 비틀림의 모두를 경험하여, 이에 의해 각각의 와이어 상에 비틀림 해제 토크를 생성함이 존재한다는 것이 여기서 상기될 수 있을 것이다.

상기 프로세스의 일 바람직한 특징은 스트랜드의 내부층(C1) 및 스트랜드의 외부층(C2)의 모두가 조립될 때 비틀림 단계를 사용하는 것이다.

제 1 단계 중에, 4개의 코어 와이어가 그 자체가 공지된 방식으로 스트랜드의 내부층(C1)을 형성하기 위해 함께 비틀리고(S 또는 Z 비틀림 방향), 와이어는 조립 가이드에 결합되는지 여부에 무관하게, 코어 와이어가 공통 비틀림 지점(또는 조립 지점)에서 수렴하게 하는데 적합한 스풀, 분리 그리드와 같은 공급 수단에 의해 전달된다.

이와 같이 형성된 스트랜드의 내부층(C1)은 이어서 적합한 온도에서 압출 스크류에 의해 공급된 미경화 충전 고무 화합물로 코팅될 수 있다. 충전 고무 화합물은 따라서 종래 기술에 설명된 바와 같이 내부층의 형성 전에, 조립 작업의 상류측의 와이어를 개별적으로 코팅할 필요 없이 단일 압출 헤드에 의해 단일의 고정된 작은 지점으로 전달될 수 있다.

이 프로세스는 통상의 조립 프로세스를 감속하지 않는 상당한 장점을 갖는다. 따라서, 이는 제조되는 케이블의 유형이 무엇이건간에(콤팩트 케이블 또는 원통형 적층 케이블), 모두 고속으로 완전한 작업 - 초기 비틀림, 고무 코팅 및 최종 비틀림 - 이 인라인으로 단일 단계에서 수행하는 것을 가능하게 한다.

마지막으로, 최종 조립 작업은 바람직하게는 스트랜드의 이와 같이 코팅된 내부층(C1) 주위에 스트랜드의 외부층(C2)의 M개의 와이어를 비틀림함으로써(내부층의 경우에서와 동일한 방향 S 또는 Z에서) 수행된다.

선택적인 이하의 단계는 비틀림 평형화 수단을 통해 케이블을 통과시키는 것으로 이루어진다. 용어 "비틀림 평형화"는 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 바와 같이, 여기서 스트랜드의 내부층(C1) 및 스트랜드의 외부층(C2)의 모두에서 스트랜드의 각각의 스레드 상에 작용하는 잔류 비틀림 모멘트(또는 비틀림 해제에 기인하는 탄성 복귀 모멘트)의 상쇄를 의미하는 것으로 이해된다.

이 최종 평형화 단계 후에, 외부 스트랜드의 제조가 완료된다. 이 스트랜드는 본 발명의 멀티스트랜드 케이블을 얻기 위해 요소 스트랜드를 케이블링하는 후속의 작업 전에, 저장을 위해 하나 이상의 수용 스풀 상에 권취된다.

전술된 프로세스를 구현하기 위해 사용될 수 있는 조립/고무 코팅 디바이스는, 형성되는 스트랜드의 전진 방향을 따라 상류측 단부로부터 하류측 단부로,

4개의 코어 와이어를 공급하기 위한 수단,

스트랜드의 내부층(C1)을 형성하기 위해 이들을 비틀거나 케이블링함으로써 4개의 코어 와이어를 조립하기 위한 수단,

선택적으로, 스트랜드의 내부층(C1)을 코팅하기 위한 수단,

스트랜드의 외부층(C2)을 형성하기 위해 이와 같이 코팅된 스트랜드의 내부층(C1) 주위에 이들을 비틀거나 케이블링함으로써 M개의 외부 와이어를 조립하기 위한 수단, 및 마지막으로,

토션을 평형화하기 위한 선택적 수단을 포함하는 디바이스이다.

도 5는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 4+8 구조의 원통형 적층형의 스트랜드의 제조를 위해 사용될 수 있는 회전 이송기 및 회전 수신기를 갖는 비틀림 조립 디바이스(200)의 예를 도시한다[여기서, 층(C1)의 피치(P1)는 층(C2)의 피치(P2)와는 상이함]. 이 디바이스(200)에서, 이송 수단(210)은 조립 가이드(212)에 결합되거나 결합되지 않을 수도 있는 분배 그리드(211)(축 대칭 분배기)를 통해 4개의 코어 와이어(11)(단지 3개만이 도시되어 있음)를 전달하고, 이 조립 가이드를 넘어 4개의 와이어(11)는 스트랜드의 내부층(C1)을 형성하기 위해 조립점 또는 비틀림점(213)으로 수렴한다.

일단 형성되면, 내부층(C1)은 이어서 예를 들어 그 내부층이 통과되는 단일 압출 헤드(214)로 이루어지는 선택적 코팅 구역을 통과할 수 있다. 수렴점(213)과 코팅점(214) 사이의 거리는 예를 들어 50 cm 내지 1 m이다. 이송 수단(220)에 의해 전달된 스트랜드의 외부층(C2)의 N개의 와이어(12), 예를 들어 8개의 와이어는 이어서 화살표에 의해 지시된 방향을 따라 진행하는 스트랜드의 선택적으로 고무 코팅된 내부층(C1) 주위에 비틀림됨으로써 조립된다. 이와 같이 형성된 스트랜드(C1+C2)는 예를 들어 직선화기(straightener) 또는 트위스터-직선화기로 이루어진 토션을 평형화하기 위한 수단(230)을 통해 통과된 후에 회전 수용기(240) 상에 마지막으로 수집된다.

멀티스트랜드 코드의 제조

본 발명의 멀티스트랜드 케이블을 제조하기 위한 프로세스는 스트랜드를 조립하기 위해 설계된 케이블링 또는 비틀림 기계를 사용하여 이전에 얻어진 요소 스트랜드를 케이블링 또는 비틀림함으로써 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 방식으로 수행된다.

바람직한 구현 방법에 따르면, 사용된 비틀림 프로세스는 HE(고연신율) 유형의 바람직한 멀티스트랜드 케이블을 얻기 위해 이하의 공지의 단계를 포함하는데(예를 들어, 전술된 특허 출원 WO 2004/003287호 참조),

4개의 요소 스트랜드가 소정의 일시적인 비틀림 피치를 갖고 단일층으로서 나선으로 함께 권취되고,

과비틀림(overtwist)이 이 일시적인 피치를 감소시키기 위해, 즉 상기 층의 나선각을 증가시키고 그 결과 층의 나선 곡률을 증가시키기 위해 적용되고,

얻어진 케이블은 제로 잔류 토크를 얻기 위해 이를 비틀림 해제함으로써 안정화된다.

III- 코드의 사용

본 발명의 멀티스트랜드 케이블은 예를 들어 호스, 벨트, 컨베이어 벨트와 같은 타이어 이외의 물품을 보강하기 위해 사용될 수도 있고, 유리하게는 그 크라운 보강재 이외의 타이어의 부분, 특히 산업용 차량용 타이어의 카카스 보강재를 위해 또한 사용될 수 있다.

그러나, 본 명세서의 서두에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 케이블은 특히 채굴형의 중장비 차량과 같은 대형 산업용 차량용 타이어 크라운 보강재로서 특히 적합하다.

예를 제공하기 위해, 도 6은 이 일반적인 표현에서 본 발명에 따를 수 있거나 따르지 않을 수도 있는 금속 크라운 보강재를 갖는 타이어를 통한 반경방향 단면을 매우 개략적으로 도시한다.

이 타이어(1)는 크라운 보강재 또는 벨트(6)에 의해 보강된 크라운(2), 2개의 사이드월(3) 및 2개의 비드(4)를 포함하고, 이들 비드(4)의 각각은 비드 와이어(5)에 의해 보강되어 있다. 크라운(2)은 트레드에 의해 덮인다. 카카스 보강재(7)가 각각의 비드(4) 내의 2개의 비드 와이어(5) 주위에 권취되고, 이 보강재(7)의 턴업(turn-up)(8)이 예를 들어 타이어(1)의 외부를 향해 배향되어 있고, 이 턴업은 여기서 타이어의 림(9) 상에 장착된 것으로 도시되어 있다. 자체가 공지되어 있는 바와 같이, 카카스 보강재(7)는 "래디얼" 케이블에 의해 보강된 적어도 하나의 플라이에 의해 형성되는데, 즉 이들 케이블은 서로 실질적으로 평행하고 중간 원주방향 평면[즉, 타이어의 회전축에 수직인 평면, 이 평면은 2개의 비드(4) 사이의 절반에 위치되고 크라운 보강재(6)의 축방향 중간부를 통과함]과 80°내지 90°의 각도를 이루기 위해 하나의 비드로부터 다른 비드로 연장된다.

본 발명의 실시예에 따른 타이어는 그 벨트(6)가 적어도 벨트 플라이 중 적어도 하나를 위한 보강재로서, 본 발명의 실시예에 따른 멀티스트랜드 케이블을 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 6에 매우 간단한 방식으로 개략적으로 도시된 이 벨트(6)에서, 본 발명의 멀티스트랜드 케이블은 예를 들어 "작동" 벨트 플라이라 칭하는 것의 일부 또는 모두를 보강할 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 물론, 이 타이어(1)는 공지된 바와 같이, 타이어의 반경방향 내부면을 형성하고 타이어 내부의 공간으로부터 도래하는 공기의 확산으로부터 카카스 플라이를 보호하기 위해 적합한 고무 화합물 또는 엘라스토머의 내부층(일반적으로 "내부 라이너"라 칭함)을 또한 포함한다.

IV- 실시예

이하의 시험은 고무 화합물에 의해 여전히 용이하게 투과 가능하면서 높은 고무 강도 및 양호한 탄성의 멀티스트랜드 케이블을 제공하는 본 발명의 능력을 증명한다.

사용된 와이어 및 코드의 성질 및 특성

이하의 시험에서, 황동 코팅된 탄소강 와이어로부터 형성된, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 4+9 구조의 2층 스트랜드가 요소 스트랜드로서 사용되었다.

탄소강 와이어는 예를 들어 1 mm에 근접한 중간 직경으로 감소하여 압연 및/또는 인발에 의해 먼저 가공 경화되는 와이어 스톡(5 내지 6 mm 직경)으로부터 공지의 방식으로 준비되었다. 본 발명의 실시예에 따른 케이블을 위해 사용된 강은 예를 들어 그 탄소 함량이 약 0.7%이고 잔량은 철, 망간, 실리콘 및 강 제조 프로세스에 기인하는 일반적인 불가피한 불순물로 이루어지는 NT(수직 인장) 탄소강이었다.

중간 직경의 와이어는 이들의 후속의 변환 전에 탈지(degreasing) 및/또는 산세(pickling) 처리를 받게 된다. 황동 코팅이 이들 중간 와이어 상에 침착된 후에, 예를 들어 수성 유제 또는 분산액의 형태의 인발 윤활제로 습윤 매체 내에서 이를 냉간 인발함으로써, "최종" 가공 경화 작업이 각각의 와이어에 수행되었다[즉, 최종 패턴팅(patenting) 열처리 후에].

이와 같이 인발된 강철 와이어는 이하의 직경 및 기계적 특성을 갖는다.

강	Φ(mm)	FM(N)	RM(MPa)
NT	0.26	145	2900

이들 와이어는 이어서 스트랜드의 형태로, 그 다음에 케이블의 형태로 조립되었고, 이들의 기계적 특성이 표 2에 제공되어 있다.

	코드	와이어 등급	P1 (mm)	P2 (mm)	P3 (mm)	FM (daN)	RM (MPa)
"R"	4×(3+9) AS=3.8%	NT	5.1	7.5	15	5900	2190
"A"	4×(4+9) AS=3.8%	NT	5.1	7.5	15	6280	2120

문자 "R"은 참조 케이블에 대응한다. 이들 케이블을 제조하기 위해, 비틀림 조립 수단이 사용되었다. 용어 "AS"는 여기서 케이블의 "구조적 연신율"을 나타낸다. 이 용어가 측정되는 방식은 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있고 예를 들어 문헌 US 2009/294009호(도 1 및 그에 관련된 설명 참조)에 설명되어 있다.

시험의 결과

표 3은 공기 투과율 시험의 결과를 나타낸다. 투과율은 평균 공기 유량(10회 측정에 걸친 평균) 및 NP0, 즉 제로 공기 유량에 대응하는 측정의 수의 모두에 의해 특징화되고, NP0는 시험 샘플 상에서 결정된다.

문자	단위	"R"	"A"
평균 유량	cm³/min	100	20-50
NP0[시험 샘플]	%	0	20

본 발명의 실시예에 따른 케이블 "A"의 향상된 투과 성능은, 모든 청구된 요구에 부합하지 않는 참조 탄성 케이블 "R"과 비교에 의해, 감소된 평균 유량 및 이것이 제로로 고려되는 경우의 수의 상당한 증가의 모두에 의해 증명된다.

10: 케이블 11: 와이어
12: 와이어 200: 디바이스
210: 이송 수단 211: 분배 그리드
212: 조립 가이드 213: 비틀림점
C1: 내부층 C2: 외부층

Claims

산업용 차량용 타이어 벨트들을 보강하기 위해 특히 사용될 수 있는 4×(4+M) 구조의 멀티스트랜드 금속 케이블로서, 상기 금속 케이블은 나선 피치(P3)를 갖는 나선으로 조립된 4개의 요소 스트랜드들로부터 형성되고, 각각의 요소 스트랜드는 피치(P1)를 갖는 나선으로 조립된 직경(D1)의 4개의 와이어들로부터 형성된 내부층(C1) 및 직경(D2)의 M개의 와이어들의 불포화 외부층(C2)을 포함하는 L+M 구조의 2층 케이블로 이루어지고, 상기 M은 8보다 크거나 같고 11보다 작거나 같고, 상기 M개의 와이어들은 내부층(C1) 주위에 피치(P2)를 갖는 나선으로 조립되고, 피치(P1)는 피치(P2)보다 작고, 내부층(C1)의 4개의 와이어들은 외부층(C2)의 M개의 와이어들과 동일한 비틀림 방향으로 나선으로 권취되고, 외부층(C2)의 M개의 와이어들은 상기 4개의 요소 스트랜드들과 동일한 방향으로 권취되고, 각각의 직경들(D1 및 D2)은 0.10 mm보다 크거나 같지만 0.50 mm보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 1 항에 있어서, 각각의 요소 스트랜드에서, 각각의 직경들(D1 및 D2)은 0.15 mm보다 크거나 같지만 0.35 mm보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 1 항에 있어서, 각각의 요소 스트랜드에서, 피치(P1)는 3 mm보다 크거나 같지만 피치(P2)보다 작고, 피치(P2)는 20 mm보다 작거나 같은(3 mm≤P1<P2≤20 mm) 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 3 항에 있어서, 각각의 요소 스트랜드에서, 피치(P1)는 3 mm보다 크거나 같지만 피치(P2)보다 작고, 피치(P2)는 10 mm보다 작거나 같은(3 mm≤P1<P2≤10 mm) 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 4 항에 있어서, 각각의 요소 스트랜드에서, 피치(P2)는 5 mm보다 크거나 같지만 10 mm보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 1 항에 있어서, 피치(P3)는 7 mm보다 크거나 같지만 25 mm보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 6 항에 있어서, 피치(P3)는 10 mm보다 크거나 같지만 20 mm보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 1 항에 있어서, 각각의 요소 스트랜드에서, 상기 직경들(D1 및 D2)의 비(D1/D2)는 0.5보다 크거나 같지만 1.5보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 1 항에 있어서, 각각의 요소 스트랜드에서, 상기 직경들(D1 및 D2)의 비(D1/D2)는 0.7보다 크거나 같지만 1.3보다 작거나 같은 멀티스트랜드 금속 케이블.
제 1 항에 따른 케이블을 포함하는 타이어.
제 10 항에 있어서, 상기 멀티스트랜드 케이블은 상기 타이어의 벨트 내에 존재하는 타이어.