KR20000042610A - 고무보강용 스틸 타이어코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내피로특성과 경시접착력이 우수한 고무 보강용 스틸 타이어코드에 관한 것이다.

본 발명의 고무 보강용 스틸 타이어코드는 2층연 이상의 스틸 타이어코드의 제조시 하층연의 표면에 실리콘 레진 또는 탄화수소계 오일을 와이어 1kg당 2 ∼ 25g의 범위로 충분히 도포한 후 그 상층부에 최종 외층연을 구성하는 와이어가 꼬이게 함으로써 코드 내부의 공공이 최소화되도록 한 구조에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 스틸 타이어코드는 2층연 이상의 스틸코드에서 하층연의 표면에 도포된 실리콘 레진이나 탄화수소계 오일에 의해서 코드 내부의 공간부가 메워짐에 따라 코드의 내피로특성 및 고무 접착력(특히 경시접착력)의 악화를 초래하는 공공이 최소화되어 스틸 타이어 코드의 피로특성과 경시접착력이 향상되는 효과가 있다.

Description

고무보강용 스틸 타이어코드

본 발명은 고무 보강용 스틸 타이어코드에 관한 것으로, 보다 자세하게는 2층연 이상의 구조를 갖는 스틸 타이어코드에 있어서 하층연의 표면에 실리콘 레진이나 탄화수소계 오일을 충분히 도포하여 하층연 주위의 공공이 레진 또는 오일로 메워지도록 하여 코드 내부에 산소나 수소가 존재할 수 있는 공공이 최소화되도록 함으로써 내피로특성과 경시접착력을 향상시킨 고무 보강용 스틸 타이어코드에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어나 콘베이어 벨트등과 같은 고무제품의 보강용으로 사용되는 여러 종류의 보강재중에서 스틸 코드는 강도, 모듈러스(modulus), 내열성 및 내피로특성등에 있어서 여타의 고무 보강재인 무기섬유나 유기섬유등에 비해서 월등히 우수한 특성을 나타내는 것으로 알려져 있으며, 이에 기인하여 타이어 보강재로서 카카스나 벨트층에 사용되는 경우 타이어의 내마모성, 내구성 및 조종안정성등을 향상시키는데 크게 기여하게 된다.

이와같이 타이어 보강재로 사용되고 있는 스틸 타이어코드의 기본적인 구조가 단면도로 도시된 도1에 의거하여 스틸 타이어 코드의 구조 및 물리적 특성을 비롯한 제반사항을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도1에 도시된 구조의 스틸코드는 1x4 구조의 이른바 밀폐형 스틸코드로서, 탄소 함유량이 0.7 ∼ 1.0%의 고탄소강으로 이루어진 다수개의 소선(1a)이 서로 밀착된 상태로 꼬여진 내부에 이들 소선으로 둘러싸인 공공(B)이 존재하는 스틸코드(1) 구조임을 알 수 있는 바, 이와같은 구조의 스틸코드(1)를 타이어 고무속에 매설하여 가류접착시키게 되면 상기 공공(B)으로 고무가 충진되지 못하게 되므로 타이어 벨트부에 매입된 상태에서도 코드의 길이방향으로 연속된 공공(B)은 공기가 잔류한 상태 그대로 남게 된다.

이같은 구조의 스틸코드가 사용된 타이어에서는 주행중에 발생되는 타이어의 발열에 의해 온도가 상승하게 되면 이러한 고온분위기에서 스틸코드의 공공에 남아 있는 공기(산소나 수분)는 스틸코드와 고무의 접착계면을 급격히 산화시켜 스틸코드와 고무 사이의 접착계면층 분리현상을 초래하기 때문에 스틸코드의 내부에는 공기나 수분이 존재하는 공간으로서의 공공을 최소화하여야 할 것이 요구되고 있다.

또한, 내부에 공공이 존재하는 스틸코드가 사용된 타이어가 주행에 의해서 온도가 상승하게 되면 공공에 존재하는 산소나 수소가 스틸코드와 반응하여 스틸코드의 내피로성과 내부식성을 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.

이에 더하여 스틸코드의 내부에 공공이 존재하게 되면 와이어 상호간의 직접적인 마찰로 인하여 그 마찰접촉부에서 마멸(fretting)이 발생하게 되는데, 이와같이 마멸이 발생된 부위는 도금층의 손상에 의해 내부식성이 저하됨은 물론 마멸에 따른 기계적 특성의 저하가 일어나게 된다.

한편, 상기 도1에서는 단일층으로 이루어진 스틸코드에 대하여 도시하고 있으나, 코드내 공공의 존재에 따른 상기의 여러 문제점은 2층연 이상의 스틸 코드에서도 동일하게 나타나게 된다.

이와같이 스틸 타이어코드에 공공이 존재함에 따른 문제점으로서의 내피로특성 저하, 고무 접착력 저하 및 내부식성 저하등의 제반 문제점을 해결하기 위하여 공공을 최소화하기 위한 많은 연구와 다양한 시도가 행해져 왔는 바, 특히 3+5 구조나 3+5+15 구조와 같이 2층연 이상의 구조에서는 하층연에 고무의 침투를 높여 공공이 고무로 채워지도록 함으로써 공공의 존재를 최소화하려는 다음과 같은 스틸코드 구조가 제시되고 있다.

먼저, 국내 특허공보 제676호(공고번호:676)호에는 여러가닥의 스틸소선을 꼬아서 스틸코드를 구성함에 있어 최외층을 구성하는 일부의 소선에 대하여 파형상으로 굴곡된(달리 표현하면, 형부가 부여된) 스틸소선이 감겨지도록 함으로써 그 파형상의 스틸소선과 인접하는 소선간에 생긴 틈새를 통하여 스틸코드 내부의 공공으로 고무가 침투되도록 한 스틸코드가 알려져 있다.

다음, 국내 특허공보 제3720호(공고번호:95-5438호)에는 다층연 구조로 이루어진 스틸코드의 각층을 이루는 와이어의 직경을 다르게 구성하여 외층소선과 내층소선 사이에 공간부가 형성되도록 함으로써 그 공간부를 통해서 고무의 침투가 용이하게 이루어지도록 한 스틸 코드가 개시되어 있으며, 국내 공개특허공보 제1100호(공개번호:93-16167)에는 내층과 중간층 및 외층의 3층연 구조로 이루어진 스틸코드의 내층 와이어의 직경을 중간층 및 외층 와이어에 비해 크게 형성하여 스틸코드 내부로의 고무침투가 용이하게 이루어지도록 한 기술이 나타나 있다.

그러나, 상기 종래의 스틸코드들은 코드를 구성하는 와이어에 형부를 가하거나 와이어의 직경에 변화를 주어 코드 내부가 외부와 개방되도록 해서 그 개방부를 통해 코드 내부로 고무가 침입되도록 한 구조들로서, 그러한 구조에 의해서 코드 내부의 공공이 완전히 제거되지는 못한다는 단점과 함께 코드 형태가 불안정하여 고무톱핑과정에서 형태의 변형이 야기되는 등의 결점이 있다.

한편, 일본국 특개소49-116463 및 동 49-117582에는 벤젠트리카르복실산에스테르와 나프텐산 또는 알킬아릴술폰산에스테르를 함유하는 방청유를 와이어 표면에 도포하는 방식이 개시되어 있으며, 또한 일본국 특개소56-10454에는 방청용 계면활성제 및 탄화수소를 함유하는 피막형성제가 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래의 스틸코드 표면처리 방식들은 코드 표면의 녹발생을 방지하고자 함에 주안점을 두고 있는 것으로서 코드 내부에 산소와 수분이 존재할 수 있는 공간으로서의 공공을 제거하지는 못하고 있는 실정이다.

그리고, 국내 특허공보 제2402호(공고번호:91-5667)에는 고무용 프로세스 오일, 머신유 또는 나프텐계 오일과 같은 탄화수소계 오일을 스틸코드 표면에 도포하는 방법이 알려져 있고, 또한 국내 공개특허공보 제1234호(공개번호:94-7288)에는 유동점이 -50 ∼ -70인 나프텐계 오일을 연선공정에서 도포하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 고무용 탄화수소계 오일은 연선공정에서 마찰력을 감소시켜 코드 표면의 흠 발생은 감소시킬 수 있어 고무접착력면에서는 양호한 결과를 얻을 수 있긴 하나, 이 방법 역시 코드 내부의 공공을 제거하는 효과는 기대하기 어렵다.

따라서, 본 발명은 종래의 고무 보강용 스틸 타이어코드에서 제기되고 있는 상기의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2층연 이상의 구조를 갖는 스틸 코드에서 하층연의 표면에 레진이나 탄화수소계 오일을 충분히 도포하여 하층연 주위에 존재하는 공공이 레진이나 오일로 메워지도록 함으로써 산소나 수소의 존재가 가능한 공공을 최소화시킨 고무 보강용 스틸 타이어코드를 제공함에 발명의 목적을 두고 있다.

도1은 종래 스틸 타이어코드의 구조를 보인 단면도.

도2는 본 발명의 스틸 타이어코드 제작장치에 대한 개략도.

도3의 (가),(나)는 3+9 구조의 스틸 타이어코드에 대한 단면도로서,

(가)는 종래 스틸 타이어코드에 대한 것이고,

(나)는 본 발명의 실시예 스틸 타이어코드에 대한 것이다.

도4의 (가)(나)는 3+9+15 구조의 스틸타이어 코드에 대한 단면도로서,

(가)는 종래 스틸 타이어코드에 대한 것이고,

(나)는 본 발명의 실시예 스틸 타이어코드에 대한 것이다.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

10,16. 공급릴 11. 하층연 와이어

12,18. 연선장치 13. 하층연

14. 오일도포용 가제 15. 오일공급장치

17. 상층연 와이어 19. 스틸 타이어코드

20. 인출 캡스턴 21. 권취릴

본 발명의 상기 목적은 2층연 이상의 스틸 타이어코드의 제조시 하층연의 표면에 실리콘 레진 또는 탄화수소계 오일을 와이어 1kg당 2 ∼ 25g의 범위로 충분히 도포한 후 그 상층부에 최종 외층연을 구성하는 와이어가 꼬이게 한 구조에 의해서 달성된다.

이때, 상기 하층연에 도포되는 실리콘 레진이나 탄화수소계 오일을 1kg당 2 ∼25g의 범위로 한정한 이유는, 도포량이 2g 미만일 때에는 스틸코드 내부의 공공을 억제하는 효과를 거의 기대할 수 없으며, 도포량이 25g을 초과하게 되는 때에는 레진이나 오일이 코드의 최외층으로 빠져나와 연선공정에서 와이어와 접촉하는 가이드 로울러 및 릴등을 오염시키는 부작용이 있기 때문에 상기의 범위로 도포량을 제어하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 스틸 타이어코드 구조에서는 코드 내부에 산소나 수소의 존재가 가능한 공공을 최소화시킴에 의해 스틸코드의 부식이 억제되어 내피로성이 향상되고, 특히 고온분위기에서 고무와 스틸코드간의 접착력 하락을 크게 완화시킬 수 있게 된다.

이에 더하여, 본 발명의 스틸 타이어 코드에 사용되는 실리콘 레진이나 탄화수소계 오일은 스틸코드의 산화를 억제시키는 효과가 있으며 고무와의 친화력이 우수하여 고무 접착력 촉진효과도 아울러 기대할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에따른 작용효과에 대한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도2는 본 발명의 일실시예 3+9 구조의 2층연으로 이루어진 스틸 타이어코드 제조장치를 보인 것이다.

본 발명의 스틸 타이어 코드 제조과정은, 도시된 바와같이 세 개의 공급릴(10)로부터 인출되어 나온 세가닥의 하층연 와이어(11)는 연선장치(12)를 통과하면서 서로 꼬여서 하층연(13)으로 형성되어 이동하는 과정에서 그 이동경로상에 설치된 오일도포용 가제(14)와 접촉하여 그 표면부에 실리콘 레진이나 탄화수소계 오일이 도포된다. 이때, 상기 오일도포용 가제(14)는 그 직상부에 위치하는 오일공급장치(15)로부터 레진이나 오일의 공급이 이루어지도록 구성된다.

한편, 상기 오일이 도포된 하층연(13)은 그 이동경로의 전방에 설치된 다수의 공급릴(16)로부터 인출되어 나오는 외층연 와이어(17)와 함께 연선장치(18)를 통과하게 되고, 이와같이 연선장치(18)를 통과하는 과정에서 하층연(13)의 외측에 상층연이 꼬여진 스틸 타이어 코드(19)로 된 후 인출 캡스턴(20)에 안내되어 최종적으로 권취릴(21)에 권취되는 일련의 공정을 통해서 본 발명의 3+9 구조의 스틸 타이어 코드로 제작된다.

다음, 도3은 3+9 구조의 2층연으로 이루어진 스틸 타이어코드의 고무접착 결합체에 대한 단면도로서, (가)는 종래의 스틸 타이어 코드에 대한 것이고, (나)는 본 발명의 스틸 타이어코드에 대한 것이다.

도3의 (가)에 도시된 종래 스틸 타이어 코드의 경우에는 외층연을 이루는 와이어(w)들 사이에 존재하는 개방부를 따라 내층연 쪽으로 어느정도 고무(r)의 침투가 이루어지긴 하였으나 하층연 주위에는 공공(v)이 그대로 존재하고 있다.

반면에, 도3의 (나)에 도시된 본 발명의 스틸 타이어코드는 하층연의 표면에 충분하게 도포된 오일(또는 레진)(o)이 코드 내부에 존재하는 공간부를 메꿈에 따라 코드 내부에는 공공이 거의 존재하지 않음을 알 수 있다.

한편, 도4의 (가)(나)는 3+9+15 구조의 종래 스틸 타이어 코드와 본 발명 실시예 스틸 타이어 코드의 고무 접착결합체에 대한 단면도로서, 앞서 살펴본 것과 마찬가지로 종래 스틸 와이어코드는 외층연 부위만에 고무(r)의 침투가 이루어졌을 뿐 그 내부에는 공공(v)이 그대로 존재함에 비해 본 발명 실시예의 스틸 타이어코드의 경우에는 종래 스틸 와이어의 내부에 존재하는 공공(v) 부위에 오일(o)이 채워져 있어 공공이 존재하고 있지 않다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

실시예1

황동도금된 직경 1.45mm의 와이어를 연속된 다이에 의해 직경이 0.22mm인 와이어로 신선하고 연선기에서 3+9x0.22+1 구조로 꼬았다.

이때, 도2에서와 같이 우선 하층연으로 꼬이는 3가닥의 와이어 표면에 가제를 이용하여 실리콘 레진 또는 탄화수소계 오일을 충분히 도포한 후 그 상층부에 외층연 9가닥을 꼬아서 실시예 스틸 타이어코드 시편을 마련하였다.

상기 실시예 스틸 타이어코드의 내피로특성을 알아보기 위하여 고무에 코드를 매설하고 고온,고압으로 가류하여 접착결합체를 제작한 후 이 접착결합체를 3-롤 굴곡피로 시험기에서 반복적인 굴신운동을 가하여 와이어가 절단되기까지의 반복굴신운동 횟수를 측정하였다.

다음, 상기 실시예 스틸 타이어코드를 아래와 같은 조성을 갖는 고무시트 두장 사이에 매입한 후 초기 가류조건 60기압으로 150℃에서 30분간 가열하여 타이어코드와 고무와의 접착결합체를 마련하였다.

- 조성 -

천연고무 100 중량부

카본블랙 55

산화아연 3

스테아린산 0.5

황 3

벤조시아졸 0.5

방향족 오일 1.5

레조신올 수지 1

이렇게 얻어진 고무접착 결합체를 고온 분위기에서의 열경시접착력을 알아보기 위하여 100℃ 분위기에서 3주동안 보관 후 인장시험기에서 고무접착 결합체로부터 코드를 뽑아내면서 고드와 고무와의 접착력을 평가하였다. 상기 접착력 평가는 ASTM D-2229에 따라 실시하였다.

상기 실시예 스틸 타이어코드와의 특성 비교를 위해 오일이 부착되지 않은 것을 제외하고는 코드 구조 및 선경등이 실시예의 스틸 타이어코드와 동일하도록 제작된 종래예 시편을 제작하였으며, 이들 실시예와 종래예 시편들에 대한 피로특성 및 열경시접착력의 측정결과는 아래의 표1과 같다.

구 분	와이어 1kg당오일 부착량 (g)	피로특성(cycle)	열경시접착력(kg)
비교예1	1.2	13021	52
실시예1	2.5	17652	61
실시예2	5.7	22382	70
실시예3	12.5	27654	75
비교예4	25.6	26584	74
종래예1	0.0	12662	52

실시예2

황동도금된 직경 1.22mm의 와이어를 연속된 다이에 의해 직경이 0.175mm인 와이어로 신선하고 연선기에서 3+9+15x0.175+1 구조로 꼬았다.

이때, 우선 하층연으로 되는 3+9x0.175 와이어 다발의 표면에 가제를 이용하여 실리콘 레진 또는 탄화수소계 오일을 충분히 도포한 후 그 상층부에 외층연 15가닥을 꼬아서 실시예 스틸 타이어코드 시편을 마련하였다.

상기 실시예 스틸 타이어코드의 내피로특성을 알아보기 위하여 고무에 코드를 매설하고 고온,고압으로 가류하여 접착결합체를 제작한 후 이 접착결합체를 3-롤 굴곡피로 시험기에서 반복적인 굴신운동을 가하여 와이어가 절단되기까지의 반복굴신운동 횟수를 측정하였다.

다음, 상기 실시예 스틸 타이어코드를 실시예1과 같은 조성을 갖는 고무시트 두장 사이에 매입한 후 초기 가류조건 60기압으로 150℃에서 30분간 가열하여 타이어코드와 고무와의 접착결합체를 마련하였다.

이렇게 얻어진 고무접착 결합체를 고온 분위기에서의 열경시접착력을 알아보기 위하여 100℃ 분위기에서 3주동안 보관 후 인장시험기에서 고무접착 결합체로부터 코드를 뽑아내면서 고드와 고무와의 접착력을 평가하였다. 상기 접착력 평가는 ASTM D-2229에 따라 실시하였다.

상기 실시예 스틸 타이어코드와의 특성 비교를 위해 오일이 부착되지 않은 것을 제외하고는 코드 구조 및 선경등이 실시예의 스틸 타이어코드와 동일하도록 제작된 종래예 시편을 제작하였으며, 이들 실시예와 종래예 시편들에 대한 피로특성 및 열경시접착력의 측정결과는 아래의 표2와 같다.

구 분	와이어 1kg당오일 부착량 (g)	피로특성(cycle)	열경시접착력(kg)
실시예5	1.7	33240	71
실시예6	2.3	39652	82
실시예7	6.5	45250	85
실시예8	15.2	46851	84
실시예9	23.5	45980	89
종래예2	0.0	31207	67

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 스틸 타이어코드는 2층연 이상의 스틸코드에서 하층연의 표면에 도포된 실리콘 레진이나 탄화수소계 오일에 의해서 코드 내부의 공간부가 메워짐에 따라 코드의 내피로특성 및 고무 접착력(특히 경시접착력)의 악화를 초래하는 공공이 최소화되어 스틸 타이어 코드의 피로특성과 경시접착력이 향상되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에서 코드 내부의 공공 억제에 사용되는 실리콘 레진이나 탄화수소계 오일은 스틸코드의 산화를 억제시키는 효과와 더불어 고무와의 친화력이 우수하여 고무 접착력 효과도 기대할 수 있다.

Claims (1)

1. 2층연 이상의 구조로 이루어진 고무 보강용 스틸 타이어코드에 있어서, 하층연의 표면에 실리콘 레진 또는 탄화수소계 오일이 와이어 1kg당 2 ∼ 25g 도포되고, 하층연의 외측에 최종 상층연의 와이어가 꼬여져 구성됨을 특징으로 하는 고무 보강용 스틸 타이어코드.