KR20000074367A - 타이어용 단일 필라멘트 코드 및 이를 사용한 래디얼 타이어 - Google Patents

타이어용 단일 필라멘트 코드 및 이를 사용한 래디얼 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어용 단일 필라멘트 코드 및 이를 사용한 래디얼 타이어에 관한 것으로, 상기 단일 필라멘트 코드는 단면이 원형인 하나의 필라멘트(1)로 이루어지되, 신율 향상을 위해 주기적인 파형을 부여한 것이어서, 코드의 제조공정 중 꼬는 공정이 필요없게 되므로 공수가 절감되고, 고무에 대한 코드의 접착력이 향상되며, 타이어의 중량을 감소시키는 등 타이어의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

타이어용 단일 필라멘트 코드 및 이를 사용한 래디얼 타이어 {Mono Filament Cord and a Radial Tire Using Mono Filament Cords}
본 발명은 타이어의 보강용으로 사용되는 스틸 코드 및 이를 적용한 타이어에 관한 것으로, 특히 탄소강이나 스테인레스강 등으로 된 파형을 부여한 한가닥의 필라멘트로 구성됨으로써, 생산성 향상 및 비용절감과 더불어 고무와의 접착력을 향상시키며 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있도록 된 타이어용 단일 필라멘트 코드 및 이를 사용하는 래디얼 타이어에 관한 것이다.
일반적으로, 타이어용 스틸 코드(Steel Cord)는 탄소강으로 된 선재에 인발가공 및 고무와의 접착을 위해 표면에 황동으로 도금한 여러 가닥의 0.15 ~ 0.40mm의 필라멘트를 연선(撚線)시켜 만들게 되고, 이러한 코드는 래디얼 타이어(Radial Tire)의 벨트(Belt)나 카카스(Carcass) 또는 체파(Chafer)의 보강용으로 사용되고 있으며, 이 코드를 통상적으로 연선된 코드라 한다.
승용차용 래디얼 타이어에 사용되는 스틸 코드는 동일한 직경의 원형단면을 갖는 2 ~ 5가닥의 필라멘트로 구성되며, 이들 필라멘트를 1층 또는 2층의 구조로 꼬아서 만들게 된다.
한편, 트럭이나 버스용 래디얼 타이어에 사용되는 스틸 코드는 원형단면을 갖는 5 ~ 28가닥의 필라멘트로 구성되며, 이들 필라멘트를 1 ~ 3층의 구조로 꼬아서 만드는데, 하나의 층을 구성하는 필라멘트들의 직경은 동일하나, 코드에 고무를 입힐 때 고무의 침투성 향상과 굽힘강성과 같은 코드의 여러 물성을 조절하기 위해서, 목적에 따라 층들 사이에는 서로 다른 직경의 필라멘트들로 구성되는 경우가 많다.
그러나, 상기와 같이 여러 가닥의 필라멘트를 꼬아서 스틸 코드를 만들기 위해서는 인발 및 도금공정을 거쳐 필라멘트들을 꼬는 공정이 필요하게 되는데, 2층 또는 3층으로 구성된 코드일 경우에 꼬는 공정이 1단계의 작업으로 끝나지 않고 2 ~ 3단계의 작업으로 이루어지는 경우가 많기 때문에, 다수의 층으로 구성된 코드일수록 꼬는 공정을 위한 설비비용이 더욱 증가하고, 생산성이 크게 저하되는 문제가 있었다.
또한, 여러 가닥의 필라멘트로 구성된 스틸 코드에 있어서, 1층으로 구성되면 필라멘트들은 선접촉을 형성하게 되는 한편, 다수의 층으로 구성되면 같은 층내에서 필라멘트들은 선접촉을 형성하고, 층과 층 사이에서는 점접촉 또는 불완전한 선접촉을 형성하게 되는데, 어떤 경우에서든 타이어에 사용될 때 반복되는 굴곡운동과 침투된 수분 또는 염분(鹽分) 등의 작용으로 초래되는 마모 및 부식에 의해서 코드의 강도와 고무에 대한 접착력이 저하되면서, 타이어의 내구성을 떨어뜨리게 되었다.
더구나, 상기 스틸 코드와 고무를 결합시킬 때 이 코드의 내부로 고무가 충분히 침투되도록 코드의 구조를 설계하나, 실제로 코드의 내부에 고무가 완전히 침투되지 않아 공극이 존재하게 되고, 이로 인해 고무에 대한 코드의 단위표면적당 접착력이 약화되며, 이 공극이 타이어의 주행 중에 침투되는 수분 또는 염분 등의 이동통로로 되어 코드의 부식이 촉진되면서 타이어의 내구성이 더욱 저하되는 문제가 있었다.
한편, 스틸 코드를 구성하는 필라멘트들은 그 제조공정 중에 여러 형태의 기계적 또는 열적 응력을 받게 되고, 이 응력의 일부는 코드로 꼬여진 후에도 잔류응력으로 남아서, 시간이 경과됨에 따라 코드의 꼬임방향 또는 반대방향으로 회전되는 현상이 발생하는데, 코드에 고무를 입혀 형성시킨 시트를 재단한 후 이 재단된 시트를 다시 연결하는 반제품 제조공정에서, 상기 회전현상으로 재단물의 모서리가 들뜨거나 재단물이 뒤틀려 치수가 변하게 되어 재단물을 연결하는 작업의 효율을 떨어뜨리게 되고, 타이어에는 유니포머티(Uniformity)특성이 떨어지게 되는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제들을 해결하기 위한 것으로, 단면이 원형인 하나의 필라멘트로 코드를 구성하되, 그 형상에 주기적인 파형(波形)을 부여해서 신율특성을 향상시키고, 생산비를 절감시키면서 고무와의 접착력 및 코드의 내구성을 향상시킴은 물론, 잔류응력에 의한 회전현상을 방지하여 궁극적으로 타이어의 품질 및 생산성이 향상될 수 있도록 하는 타이어용 단일 필라멘트 코드 및 이를 사용한 래디얼 타이어를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 타이어용 단일 필라멘트 코드의 사시도이고,
도 2는 도 1의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 타이어용 단일 필라멘트 코드의 파형특성을 도시한
설명도이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 단면이 원형인 하나의 필라멘트에 주기적인 파형을 부여함으로써 이루어진다.
이하 본 발명을 예시된 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드의 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도로서, 이는 단면이 원형인 하나의 필라멘트(1)로 이루어지되, 신율 향상을 위해 주기적인 파형형상을 하고 있다. 또한, 이 코드는 탄소함량이 0.50 ~ 1.50 중량%인 탄소강이나 내부식성 향상을 위해 스테인레스강으로 만들어지는데, 고무와의 접착력 향상을 위해서 표면에 황동이나, 청동, 동, 아연이나 황동에 니켈이 함유된 합금, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금 등을 0.01 ~ 5.0㎛로 도금한다.
예컨대, 탄소강을 사용할 때에는 Fe에 탄소함량이 0.82 중량%인 탄소강을 인발가공한 후 표면에 Cu 63.5 중량% 및 Zn 36.5 중량%인 황동으로 도금하고 다시 인발가공하여 단일 필라멘트 코드를 만드는 한편, 스테인레스강을 사용하는 경우에는 특히 Fe에 0.34 중량%의 C와, 13.9 중량%의 Cr 및, 0.77 중량%의 Ni이 함유된 마르텐사이틱(Martensitic) 스테인레스강을 사용하는데, 상기 탄소강과 마찬가지로 인발가공한 후 황동으로 도금하고 다시 인발가공하여 단일 필라멘트 코드를 완성하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드의 파형특성을 도시한 것으로, 이 코드의 직경(D;또는 필라멘트(1)의 직경)은 0.20 ~ 0.60mm의 범위내에 있으며, 파장(L)은 3 ~ 60D(mm), 진폭(A)은 0.02 ~ 3.0D(mm)의 조건을 만족시키고 있다.
이하, 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드와 종래기술로 꼬아서 만든 코드를 비교하기로 , 다음 표 1은 이들의 기계적 성질을 나타낸다.
연선된 코드 단일 필라멘트 코드
구분 P C1 C2 C3
소재 탄소강 탄소강 탄소강 스테인레스강
코드 직경(mm) 0.65 0.30 0.38 0.38
절단하중(kgf) 62.0 22.6 33.9 30.8
절단신율(%) 2.5 3.5 2.7 2.8
단위중량(g/m) 1.55 0.58 0.93 0.92
탄성율(%)(by loop tester) 97 99 99 99
굽힘강성(g-cm/개)(by "TABER" stiffness tester) 33 15 30 31
피로한계응력(kg/mm2)(완전 인장 압축 응력 조건) 90 이상 90 이상 90 이상 90 이상
여기서, P(2+2(0.25)의 고강력 스틸 코드)는 원형단면의 직경이 0.25mm인 4가닥의 필라멘트로 구성되는데, 먼저 2가닥의 필라멘트를 평행으로 나열하고 나머지 2가닥의 필라멘트를 평행으로 나열한 다음, 2가닥으로 구성된 이들을 꼬임길이 14.0mm로 오른쪽으로 꼬아서 형성시킨 종래기술에 따른 연선된 코드인 반면, C1은 파장(L)이 5.0mm, 진폭(A)이 0.15mm(0.5D)인 단일 필라멘트로, C2는 파장(L)이 6.0mm, 진폭(A)이 0.12mm(0.32D)인 단일 필라멘트로, C3은 C2와 마찬가지로 파장(L)이 6.0mm, 진폭(A)이 0.12mm(0.32D)인 단일 필라멘트로 형성시킨 코드이다. 또한, P와 C1 및 C2는 전술한 탄소함량이 0.82 중량%인 탄소강을 사용하고, C3는 전술한 마르텐사이틱 스테인레스강을 사용한다.
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드는 내피로성을 비롯한 기계적 특성이 연선된 코드와 거의 동일한데, 특히 신율특성에 있어서 파형이 없는 단순한 단일 필라멘트 코드가 구조적 신율, 즉 꼬임효과에 의해 나타나는 신율이 전혀 없음에 비해 본 발명에서는 적절한 파형을 부여함으로써 연선된 코드의 수준 내지는 그 이상으로 월등하게 됨을 나타내고 있다.
또한, 가류 후의 초기 고무접착력을 포함하여 열이나, 수분, 염분 등의 영향하에서 4 ~ 12일의 노화기간을 거친 각 코드의 고무접착력을 비교한 결과가 표 2에 나타나 있는데, 여기서 ( )내의 값은 각 코드에 대한 고무접착력을 접착에 기여할 수 있는 필라멘트 전체 단면적으로 나누어 순수하게 단위면적 당 접착력으로 환산하고, 동일한 조건의 P코드의 경우를 100으로 하여 비교한 상대지수이다.
구분 고무접착력(kgf/0.5inch)(ASTM D2229에 준함. 접착력 평가시 적용홀더의 직경은 4mm임.)
P C1 C2 C3
초기150℃ 30분 가류 40(100) 17(118) 28(121) 27(117)
열 4일100℃ 8일12일 40(100) 18(125) 29(126) 29(126)
36(100) 16(123) 26(125) 25(120)
34(100) 15(123) 25(127) 25(127)
습도 4일70℃ 8일96%R/H 12일 40(100) 15(104) 27(117) 27(117)
36(100) 14(108) 23(111) 23(111)
31(100) 12(108) 20(112) 20(112)
온수 4일70℃ 8일12일 37(100) 14(105) 23(108) 22(103)
32(100) 13(113) 21(114) 22(119)
32(100) 13(113) 21(114) 21(114)
염도 4일20% NaCl 8일12일 40(100) 17(118) 28(121) 29(126)
35(100) 16(127) 25(124) 26(129)
34(100) 15(123) 25(127) 27(137)
표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드가 연선된 코드에 비해 초기 및 노화된 후의 고무접착력이 약 20%씩 향상되는 바, 이는 단일 필라멘트 코드가 전체 표면적에 비한 실제 고무접착 면적이 연선된 코드 보다 크기 때문이며, 파형을 부여함으로써 고무접착력의 향상 정도는 더욱 커지게 된다. 한편, C1과 C2 및 C3 사이에는 큰 차이가 없으나, 스테인레스강으로 만들어진 C3가 염분과 같은 가혹한 조건하에서 대체로 고무접착력이 우수함을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드와 연선된 코드를 사용하여 타이어를 만든 후, 이들의 일부 사양과 특성을 비교하여 표 3에 나타내는 바, 이에 적용된 타이어의 규격은 205/65R14이며, 전체 타이어들의 트레드 패턴은 동일하다. 또한, 카카스 및 벨트를 제외한 모든 사양은 동일하고, 카카스 및 벨트에 대해서도 폭과 길이 및 코드각도를 제외한 사양만 변경하였는데, 변경된 사양은 이하에 설명하였다. 한편, 실차 마모시험에 적용한 차량은 소나타Ⅲ이다.
구분 R T1 T2 T3 T4 비고
카카스 nt 28 28 28 28 28
1.15 0.8 1.15 1.15 1.15
제1벨트 nt 17 33 33 17 33
1.4 0.85 0.9 1.4 0.9
제2벨트 nt 17 33 33 33 33
1.4 0.85 0.9 0.9 0.9
중량 카카스벨트합계 1.039 1.094 1.039 1.039 1.039 kg
1.553 1.368 1.368 1.458 1.359
2.592 2.462 2.407 2.497 2.398
타이어소음(60km/hr) 70 70 70 70 70 클수록양호
노면소음(60km/hr) 70 68 70 70 69
승차감(60km/hr) 70 68 70 70 70
조종안정성(60km/hr) 62 71 63 63 62
제동(60km/hr) 100 105 103 100 99
고속내구(PS01)(FMVSS109조건) 8.6 8.5 8.6 8.7 8.6 hr
주행내구(PL11)(FMVSS109조건) 66.6 68.7 66.0 69.0 65.8
회전저항(속도 80km/hr,하중 540kgf,공기압 1.8kg/cm2,온도 24℃) 56.83 54.03 56.67 56.91 56.50 Newton작을수록 양호
내마모성(포장로,공기압 2.0kg/cm2) 100 107 99 101 102 클수록양호
표 3에서 R은 종래의 폴리에스테르 1500d/2 카카스 1장과 종래의 2+2(0.25) 고강력 스틸 코드를 사용한 2장의 스틸 벨트로 만들어진 종래의 래디얼 타이어인 한편, T1은 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드인 C1을 사용한 스틸 카카스 1장과 상기 C2를 사용한 2장의 스틸 벨트를 적용한 래디얼 타이어이고, T2는 상기 R과 동일한 폴리에스테르 카카스 1장과 상기 T2에서와 같이 C2를 사용한 2장의 스틸 벨트를 적용한 래디얼 타이어이다. 또한, T3는 상기 R과 동일한 폴리에스테르 카카스 1장과 혼성벨트, 즉 안쪽의 제 1벨트에는 종래의 스틸 코드인 2+2(0.25) 고강력 스틸코드를 사용하고 바깥쪽(트레드쪽)의 제 2벨트에는 상기 단일 필라멘트 코드인 C2를 적용시켜 만든 타이어이며, T4는 상기 R과 동일한 폴리에스테르 카카스 1장과 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드 중 스테인레스강으로 만든 C3를 사용한 2장의 스틸 벨트를 적용한 타이어이다.
한편, 표 3에서 n은 고무를 입힐(Topping) 때 1인치 당 단일 필라멘트 코드나 연선된 코드 또는 재직된 폴리에스테르 코드의 가닥수를 나타내며, t는 고무가 입혀진 시트에서 코드를 포함한 시트의 두께(mm)를 나타내는데, 이들은 본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드를 공기입 래디얼 타이어의 벨트나 카카스 또는 체파용으로 사용할 때 이 단일 필라멘트 코드의 직경(D;또는 필라멘트(1)의 직경(mm))에 대해 다음 수학식 1과 같은 조건을 만족시킨다.
n ≥ 1.35 / D2
(D + 0.1)≤ t ≤ (D + 2.4)
본 발명에 따른 단일 필라멘트 코드를 적용시킨 타이어(T1,T2,T3,T4)는 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 타이어(R)에 비해 조종안정성과, 제동특성, 회전저항 및, 내마모성이 우수하게 되고, 특히 중량이 감소되는 효과가 있는데, 그 범위는 타이어 1개 당 약 95 ~ 194g으로 감소한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 코드의 제조공정 중 꼬는 공정이 필요없게 됨으로써, 공수가 절감되고 필라멘트 제조 및 꼬는 공정에서 발생되는 응력의 일부가 잔류응력으로 남아 야기되는 코드의 회전현상이 방지되어 재단물을 연결하는 작업이 원활히 이루어지는 등 생산성이 향상되며, 결국 타이어의 유니포머티특성 및 품질을 향상시키면서 생산비를 절감할 수 있다.
또한, 고무에 대한 코드의 접착에 기여할 수 있는 단위면적당 접착력이 약 20% 상승하여서, 침투되는 수분이나 염분 등으로 초래되는 부식을 방지하는 데에 크게 기여할 수 있게 되며, 이에 따라 타이어의 내구성이 크게 향상되는 한편, 타이어의 조종안정성이나, 회전저항, 내마모성 등의 향상을 비롯하여 타이어의 중량을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 하나의 필라멘트(1)로 이루어지되, 그 직경은 0.20 ∼ 0.60mm 이며, 신율 향상을 위해 주기적인 파형형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 타이어용 단일 필라멘트 코드.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 필라멘트(1)는 탄소함량이 0.50 ∼ 1.50 중량%인 탄소강 또는 스테인레스강으로 이루어지며, 그 표면은 황동이나, 청동, 동, 아연이나 황동에 니켈이 함유된 합금, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금 등으로 도금한 것을 특징으로 하는 타이어용 단일 필라멘트 코드.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 필라멘트(1)의 파형형상은 L = 3 ~ 60D(mm), A = 0.02 ~ 3.0D(mm)인 조건을 만족시키는 것으로, 여기서 D는 필라멘트의 직경(mm)이고, L은 파장(mm)이며, A는 진폭(mm)인 것을 특징으로 하는 타이어용 단일 필라멘트 코드.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 필라멘트(1)가 타이어의 카카스나 벨트 또는 체파 등에 보강코드로 적용될 때, n ≥ 1.35 / D2이고, (D + 0.1)≤ t ≤ (D + 2.4)인 조건식을 만족시키는 것으로, 여기서 D는 필라멘트의 직경(mm)이고, n은 고무를 입힐 때 1인치 당 단일 필라멘트 코드의 가닥수이며, t는 고무가 입혀진 시트에서 코드를 포함한 고무시트의 두께(mm)인 것을 특징으로 하는 타이어용 단일 필라멘트 코드.
  5. 제 1항 내지 제 4항에 따른 타이어용 단일 필라멘트 코드를 사용한 래디얼 타이어.
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