KR20010001659A

KR20010001659A - 고무보강용 스틸코드

Info

Publication number: KR20010001659A
Application number: KR1019990021025A
Authority: KR
Inventors: 이병호; 임승호
Original assignee: 최의박; 홍덕스틸코드 주식회사
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2001-01-05
Also published as: KR100293558B1

Abstract

본 발명은 차량의 타이어 및 콘베이어 벨트등을 비롯한 각종 고무제품의 보강용으로 사용되는 스틸코드의 고무 침투성과 시효접착성을 향상시킨 새로운 구조의 스틸코드에 관한 것이다.

본 발명은 여러 가닥의 황동 도금된 스틸 소선이 연선되어진 고무보강용 스틸코드에 있어서, 코드의 꼬임방향과 동일하거나 반대방향의 비틀림(꼬임)을 갖는 편평단면 형상의 심선 주위로 다수개의 외측 소선들이 감싸면서 꼬여진 스틸코드 구조로서, 이때 상기 편평단면 형상의 심선은 코드의 연방향과 동일하거나 반대방향으로 코드의 꼬임 피치당 0.2 ∼ 2회 범위의 비틀림(꼬임)을 가짐으로써 심선과 외측 소선들 사이에 간격을 형성함과 동시에 서로 인접하는 외측 소선들간에도 코드의 1꼬임 피치당 적어도 2곳에 0.02mm 이상의 간격이 형성되도록 한 데에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 스틸코드는 코드의 중심부에 존재하는 자체 꼬임을 갖는 편평단면 형상의 심선으로 인해서 코드의 중앙부에 고무의 충진이 충분히 이루어짐에 따라 내굴곡피로 특성, 고무 침투성 및 고무 접착성(특히 시효 접착성)이 향상되고, 소선 표면의 황동 도금층에 대한 보호가 양호하게 이루어짐과 아울러 작업취급성이 개선되는 장점 및 효과를 지님에 의해서 특히 공기주입 래디얼 타이어등의 보강재로서 크게 기대되고 있다.

Description

고무보강용 스틸코드{Steel cord for reinforcing rubber}

본 발명은 차량의 타이어 및 콘베이어 벨트등을 비롯한 각종 고무제품의 보강용으로 사용되는 스틸코드에 관한 것으로, 보다 자세하게는 편평형상의 단면을 갖고 꼬여진 심선의 주위로 다수의 외측 소선이 꼬여진 구조로 스틸코드를 구성하여 심선과 외측 소선 사이 및 인접하는 외측 소선들간의 사이에 간격이 형성되도록 함으로써 고무침투성의 향상과 심선의 이동현상 방지 및 시효접착성의 개선이 이루어질 수 있도록 한 고무보강용 스틸코드에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어나 콘베이어 벨트등과 같은 탄성 중합체 제품의 보강용으로 사용되는 여러 종류의 보강재중에서 스틸코드는 강도, 모듈러스(modulus) 내열성 및 내피로성 등에 있어서 무기섬유나 유기섬유등의 보강재에 비해서 월등히 우수한 특성을 나타내는 것으로 알려져 있으며, 특히 스틸코드가 타이어 보강재로서 카카스나 벨트층에 사용되는 경우에는 타이어의 내마모성, 내구성 및 조종안정성등을 향상시키는 데 크게 기여하게 된다.

이와같이 자동차용 래디얼 타이어나 운반용 콘베이어 벨트의 보강재로 사용되는 스틸코드는 다수의 필라멘트 소선이 꼬여진 구조 또는 다수의 필라멘트 소선이 꼬여진 스트랜드 다수개가 꼬여진 구조로서, 이같은 스틸코드가 효과적인 고무 보강재로 사용되기 위해서는 무엇보다도 고무와 물리적 및 화학적으로 강력하게 접착되는 특성, 즉 고무 접착성이 요구된다.

종래의 타이어 보강용 스틸코드중에서 대표적인 몇가지 구조를 도1 내지 도5에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도1은 트럭이나 버스등의 대형 차량의 래디얼 타이어 벨트부에 주로 사용되는 2층연 구조의 스틸코드에 대한 단면도로서, 도시된 바와같이 스틸코드(1)는 세가닥의 소선(1a)을 연합시킨 하연의 주위로 6가닥의 외측 소선(1b)을 연합시킨 3+6 구조를 취하고 있다.

그러나, 상기 종래의 2층연 구조의 스틸코드(1)는 스틸코드를 구성하는 소선의 가닥수가 많아 구조가 복잡하며, 스틸코드의 제조시 하연의 형성을 위한 연선과정과 하연의 주위에 외측 소선을 연선시키는 두차례에 걸친 연선공정을 필요로하여 제조공정의 복잡화에 따른 제조비용이 높아지는 단점이 있다. 그리고, 이러한 구조는 하연(1x3)의 중심부에 공동을 형성하여 고무와 중합체를 형성할 때 고무가 코드의 중심으로 침입하지 못하여 고무와 접착시 시효 접착력이 저하되는 단점이 있다.

또한 상기 구조의 종래 스틸코드는 자체 중량이 많이 나가고 코드 경이 굵어 자동차의 연비향상을 위해 고무제품(타이어)의 경량화가 요구되고 있는 최근의 실정에 부합되지 못하고 있다.

이에 따라 코드 경이 작으면서 간단한 구조를 나타내도록 한 몇가지 형태의 스틸코드가 제안되고 있는 바, 그 중 하나로 일본 공개특허공보 평6-65877호에는 도2에 도시된 바와같이 각 소선(2a)에 과도한 형부를 부여하여 연합시킨 후 외력을 가하여 코드 전체를 편평화시킴으로써 인접하는 소선(2a)간에 틈새(S)가 유지되고 대략 타원형의 단면형상으로 이루어진 개방형 스틸코드(2)가 개시되어 있다.

상기 개방형 스틸코드(2)의 경우에는 1회의 연선공정만으로 스틸코드의 제조가 이루어지기 때문에 경제적이고, 과도한 형부에 의해 소선간에 느슨해진 연합을 이루고 있기 때문에 인접하는 소선(2a)의 사이에 고무의 침입이 가능하도록 하는 틈새(S)가 형성되어 코드의 중심 공간부로 고무의 침입이 이루어지게 되며, 또한 코드의 편평면이 전체 길이에 걸쳐 대략 동일한 방향을 유지하므로 고무에 코드 매설시 고무의 두께를 얇게 가져갈 수 있음으로 해서 타이어의 경량화 효과를 발휘할 수 있다는 장점이 있는 것으로 알려지고 있다.

그러나, 상기 종래의 개방형 스틸코드(2)는 각 소선(2a)이 과도한 형부를 갖고 느슨하게 꼬여져 있기 때문에 저하중 신율이 매우 커서 타이어 제조시 취급성이 불량할 뿐만 아니라, 소선(2a)에 소정의 범위내에서 일정한 형부를 부여하기 위하여 경판 형부기, 회전 형부기등의 특수 치공구를 사용하여 기계적인 가공변형을 가하게 되는 데, 이때 소선과 형부기간의 접촉부에서 심한 마찰이 발생하게 되어 소선의 표면에 피복된 황동 도금층이 깍여나가는 손상을 입게 되어 접착특성과 피로특성의 저하가 초래된다.

특히, 상기 개방형 스틸코드(2)는 취급성이 극히 불량하고 각 코드간의 미세한 저하중 신율의 차이로 인하여 톱핑 쉬트내에 균일한 길이로서 배열되기가 어렵기 때문에 톱핑 쉬트의 품질 산포가 커지게 되는 문제점과 함께 이러한 스틸코드가 벨트부에 사용되는 타이어의 경우 주행중에 스틸코드가 쉽게 늘어나고 형태의 붕괴가능성이 높아서 조종 응답성이 저하되는 문제점이 발생될 우려가 있다.

다음, 도3은 상기 도1에 도시된 종래의 3+6 구조의 하연을 1가닥의 원형단면으로 이루어진 소선으로 대체하여 심선(3a)으로 하고 그 주위로 외층 소선(3b)을 연합시킨 1+6 구조의 스틸코드(3)이고, 도4는 도3과 동일한 1+6 구조의 스틸코드 (4)로서, 이때 외측 소선(4b)으로 둘러싸인 심선(4a)이 압연에 의해 편평단면 형상을 취하는 압연선으로 이루어져 있다는 점에서 상기 도3 구조의 스틸코드와 차이를 보이고 있다.

상기 도3 및 도4의 1+6 구조의 종래 스틸코드(3)(4)는 코드의 중심에 존재하는 심선(3a)(4a)에 의해서 코드 구조의 안정성이 향상되고 코드의 인장시 늘어나는 신율량이 적어지도록 하는 것은 가능하나, 외측 소선(3b)(4b)이 심선(3a)(4a)과 연속적으로 선접촉을 이루고 있기 때문에 심선(3a)(4a)과 외측 소선(3b)(4b) 사이에 고무 침입이 어렵게 된다.

상기의 구조로 이루어진 스틸코드(3)(4)가 보강재로 사용된 타이어에 있어서는 타이어의 회전시 수반되는 벨트부의 반복적인 굴신운동의 결과롤 인장과 압축이 반복되는 가혹한 외압이 벨트부 내부에 매입된 스틸코드로 전달됨에 따라 서로 인접한 소선(3a와 3b)(4a와 4b)의 접촉부에서 내부마찰이 진행되어 소선 표면의 접촉부위가 서서히 마멸(fretting)되면서 마멸피로에 의해 급기야는 스틸코드(3)(4)의 일부가 절단되는 현상이 발생될 수도 있다.

그리고, 상기 구조의 스틸코드(3)(4)에서는 심선(3a)(4a)이 외층 소선(3b) (4b)과 고무에 의해 접착되지 않은 채 외층 소선으로 둘러싸인 내부공간에서 자유로운 상태로 되어 타이어의 주행중에 이들 심선(3a)(4a)이 벨트의 끝부위(edge)로 이동하는 이른바 심선 이동(core migration) 현상이 초래되는 문제점이 있다.

다음, 도5는 상기 도3에 도시된 구조의 스틸코드에서 지적되고 있는 단점을 보완하기 위하여 1+6 구조의 외층 소선 일부에 형부를 부여시킨 일부 형부형 스틸코드(5)로서, 심선(5a)의 주위에 연합되는 외층 소선(5b)중 일부의 소선(5b')에 형부를 부여함으로써 형부가 부여된 외층 소선(5b')들 사이가 일부 개방되어 고무 침입성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

그러나, 상기 일부 형부형 스틸코드(5)는 차량의 주행중 타이어의 반복적인 굴신운동에 의한 외부 인장, 압축 응력의 결과로 가해지는 순간적인 심한 충격으로 코드에 하중이 걸리게 되면 상대적으로 형부율이 낮은 소선(5b), 즉 단위길이당 소선 공급길이가 적었던 소선에 인장, 압축 응력이 집중적으로 편중되는 구조적 안정성이 결여되는 단점이 있다.

또한 소선(5b')에 소정의 범위내에서 일정한 형부를 부여하기 위해서는 톱니 기어와 같은 특수 치공구를 이용하여 기계적 가공변형을 주는 데, 이때 치공구와 소선간의 마찰로 인해 소선 표면의 황동 도금층이 깍여나가거나 소선의 손상이 발생되어 스틸코드의 접착특성과 피로특성의 저하가 불가피하다는 문제점이 지적되고 있다.

본 발명은 종래의 고무 제품 보강용 스틸코드에서 제기되는 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 심선과 그 주위로 꼬여진 외측 소선으로 이루어진 스틸코드에서 심선의 구조 개선을 통해서 심선과 외측 소선과의 연속된 접촉을 최소화되도록 함과 아울러 심선과 외측 소선 사이 및 인접하는 외측 소선들간의 사이에 충분한 공간부 및 틈새가 형성되도록 하여 고무가 심선 및 외측 소선사이에 빈틈없이 충진되어 고무와 코드간의 완전한 복합체를 형성하도록 한 고무보강용 스틸코드를 제공하는 데 목적을 두고 있다.

본 발명의 다른 목적은 고무와 코드간의 완전한 복합체 형성에 의해 적은 응력 하중에서 적은 연신을 나타냄으로써 코드의 안정성이 확보되도록 하고, 반복굽힘 응력하에서 쉽게 굽힘이 발생되지 않으며, 내마멸성의 개선 및 황동 도금층의 손상요인 배제가 이루어지도록 함과 아울러 특히 심선 이동의 문제가 해결될 수 있도록 한 고무보강용 스틸코드를 제공하는 데 있다.

도1은 종래 3+6 구조의 스틸코드에 대한 단면도.

도2는 종래 6개의 소선으로 이루어진 압연된 스틸코드에 대한 단면도.

도3은 종래 1+6 구조의 스틸코드에 대한 단면도.

도4는 종래 1(편평단면)+6 구조의 스틸코드에 대한 단면도.

도5는 종래 일부 형부형 1+6 구조의 스틸코드에 대한 단면도.

도6의 (가)(나)는 본 발명의 일실시예 스틸코드 구조를 보인 것으로,

(가)는 전체 구조에 대한 개략도이고,

(나)는 (가)의 A-A선 내지 E-E선 단면도이다.

도7의 (가)(나)는 본 발명의 스틸코드를 구성하는 심선을 분리하여 도시한 정면도.

도8은 본 발명의 일실시예 스틸코드에 대한 확대단면도.

도9는 본 발명의 스틸코드가 코어로 사용된 다층연 구조의 스틸코드에 대한 단면도.

도10은 본 발명의 스틸코드가 다중연의 스트랜드로 사용된 스틸코드에 대한 단면도.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

10. 스틸코드 11. 심선

12. 외측 소선 d_1.외측 소선의 직경

l. 편평 심선의 장축직경 m. 편평 심선의 단축두께

S. 소선간 틈새 P₁. 코드의 꼬임 피치

P₂. 심선의 꼬임 피치 H. 중심 공동부

본 발명의 상기 목적은 황동 도금된 스틸 소선이 연선되어진 고무보강용 스틸코드에 있어서, 코드의 꼬임방향과 동일하거나 반대방향의 비틀림(꼬임)을 갖는 편평단면 형상의 심선 주위에 다수개의 외측 소선들이 감싸면서 꼬여진 스틸코드 구조에 의해서 달성된다.

즉, 본 발명의 스틸코드는 편평단면 형상의 심선 둘레에 다수의 외측 소선들이 꼬여진 구조로서, 이때 상기 편평단면 형상의 심선은 코드의 연방향과 동일하거나 반대방향으로 코드의 꼬임 피치당 0.2 ∼ 2회 범위의 비틀림(꼬임)을 가짐으로써 심선과 외측 소선들 사이에 간격을 형성함과 동시에 서로 인접하는 외측 소선들간에도 코드의 1꼬임 피치당 적어도 2곳에 0.02mm 이상의 간격이 형성된 구조에 기술적 특징이 있다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이 인접하는 외측 소선들간에 틈새가 형성되어 고무의 침입통로를 구성하고 또한 심선과 외측 소선들 사이에 형성된 공간으로 상기 소선간 틈새를 통해 침입된 고무의 충진이 이루어지도록 함으로써 소선과 심선 및 심선들간의 직접적인 접촉이 최대한 방지되도록 한 점에 또 다른 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 본 발명의 고무보강용 스틸코드는 가류성형 공정에 의해서 타이어의 벨트등에 매입되는 경우 코드의 중심 공간부를 비롯한 외측 소선들간의 틈새가 고무에 의해서 완전히 충진됨으로써 소선끼리의 마멸에 의한 파단이 억제되며, 또한 심선 주위로 충진된 고무에 의해 심선이 고정되어 자유로운 이동이 억제되므로 심선 이동이 방지되고, 소선 표면에 도금된 황동 도금층의 깍힘이나 손상을 초래하는 종래의 형부기 사용이 배제되어 손상없는 황동 도금층 유지에 의한 고무 접착성능의 저하방지 효과를 발휘하게 된다.

본 발명의 스틸코드는 기본적으로 1+n 구조(n은 외측 소선수)로서, 이때 n은 3 ∼ 9의 범위가 바람직하며, 이와같은 본 발명의 스틸코드는 그 자체가 고무제품 보강용으로 사용되거나, 다층연 구조로 이루어지는 스틸코드의 중심층(코어)이나 다중연 구조, 즉 크로징(closing) 구조의 스트랜드로도 사용되어질 수 있다.

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

먼저, 도6의 (가)(나)는 본 발명의 일실시예 스틸코드 구조를 보인 것으로, (가)는 전체 구조에 대한 개략도이고, (나)는 (가)의 A-A선 내지 E-E선단면도이며, 도7의 (가)(나)는 본 발명의 스틸코드를 구성하는 심선을 분리하여 도시한 정면도이고, 도8은 본 발명의 일실시예 스틸코드에 대한 확대단면도이다.

도시된 바와같이, 본 발명의 스틸코드(10)는 편평형상의 단면을 갖는 심선 (11)의 주위로 6가닥의 통상의 황동도금된 스틸 소선으로 이루어진 외측 소선(12)이 꼬여진 구조로서, 이때 상기 심선(11)은 코드의 길이방향을 따라 비틀린(꼬여 진) 구조를 이루고 있다.

상기 심선(11)은 도7에 도시된 바와같이 길이방향을 따라 비틀림을 가짐에 있어 (가)에 도시된 바와같이 코드의 꼬임방향과 동일한 방향으로 꼬여지거나 (나)에 도시된 바와같이 코드의 꼬임방향과 반대방향으로 꼬여진다.

이때, 상기 심선(11)의 꼬임 피치(P₂)는 코드(10)의 꼬임 피치(P₁)당 0.2 ∼ 2회의 범위를 갖음으로 해서 기하학적으로 심선(11)이 차지하는 공간을 증가시켜 외측 소선(12)간의 틈새(S)를 제공함으로써 1+n형 스틸코드(10)에서 인접하는 외측 소선(12)간에 코드의 1꼬임 피치(P₁)당 적어도 2곳에서 0.02mm 이상의 간격을 형성시키도록 한다.

이때, 상기 심선(11)은 그 꼬임 피치(P₂)가 전체 코드길이에 걸쳐 일정하게 유지되도록 하는 것 이외에 코드의 꼬임 방향에 대해 정방향, 꼬임없음, 역방향이 혼재하도록 구성할 수도 있다.

이와같이 본 발명의 스틸코드(10)에서는 심선(11)과 외측 소선(12) 사이가 개방되므로 그 개방된 틈새 간격을 통해서 가류 성형시 고무의 완전한 충진이 이루어지게 되어 고무와의 시효접착성이 향상되고 심선과 외측 소선간의 마멸현상 및 심선의 이동(core migration)이 방지된다.

상기와 같은 본 발명의 장점 내지 특징적인 효과는 스틸코드(10)를 구성하는 외측 소선(12)의 선경과 심선(11)의 선경 및 편평비를 비롯한 심선의 꼬임 피치(P₂) 를 적절히 선택함에 의해서 도출되고 또한 발휘된다.

본 발명의 스틸코드(10)에서는 외측 소선(12)의 선경을 적게 하고 심선(11)의 선경을 크게 할수록, 또한 심선(11)의 편평비(F)를 크게 할 수록 스틸코드(10)의 외측 소선(12)간의 간격과 외측 소선이 코드의 중심부에서 차지할 수 있는 공간이 더욱 커져서 고무의 침입이 양호하게 되나, 심선(11)의 선경과 편평비(F)를 너무 크게 하면 스틸코드(10)의 직경이 증대되어 고무 톱핑 쉬트의 두께가 증가되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 스틸코드 직경의 증가를 초래함이 없이 고무 침투성과 코드 안정성이 확보될 수 있도록 하기 위해서는 다음과 같은 관계식을 만족하도록 하여야 한다.

여기서, d₁은 외측 소선의 직경(mm)

d₂는 편평 전 심선의 직경(mm)

F는 심선의 편평비

l은 편평 심선의 장축 직경(mm)

m은 편평 심선의 단축 두께(mm)

θ는 심선의 편평각도(degree)

P₁은 코드의 꼬임 피치(mm)

P₂는 심선의 비틀림(꼬임) 피치(mm)이다.

본 발명의 스틸코드를 구성하는 외측 소선(12)의 직경과 편평단면 형상의 심선(11)의 편평화 전의 직경은 0.1 ∼ 0.5mm 범위가 적절하며, 이들 스틸 선재의 주요성분인 탄소(C)의 함유량은 0.65 ∼ 1.1wt%이고 그 표면에 황동 도금층으로 피복된 소선이 바람직하다.

본 발명의 스틸코드 구조와 관련한 수치한정 이유는 다음과 같다.

먼저, 본 발명 스틸코드에서 심선의 꼬임 피치(P₂)가 코드의 꼬임 피치(P₁)에 대하여 동일한 방향 또는 반대 방향으로 0.2 ∼ 2회의 범위가 되도록 설정하고 있는 바, 이는 외측 소선과 심선의 사이를 개방시키기 위한 것으로 만일 0.2보다 적을 경우에는 개방의 효과를 기대하기 어렵고 2보다 클 경우에는 작업성의 어려움이 야기되기 때문에 상기와 같은 범위로 정하였다.

그리고, 본 발명에서 심선의 편평비(F)를 0.35 ∼ 0.95로 한정한 이유는, 편평비가 0.35 미만으로 되면 코드 내부로의 고무 침투성은 향상되나 코드경이 너무 커지게 되어 고무 톱핑 쉬트의 두께증가가 초래되고 반대로 0.95를 초과하는 경우에는 심선과 외측 소선 사이의 공간부가 줄어들어 고무침투성이 저하되기 때문이다. 따라서, 타이어의 경량화 및 고무침투성의 향상이라는 두가지 효과를 동시에 기대할 수 있는 범위로서 편평비(F)를 0.35 ∼ 0.95로 정하였다.

한편, 도9는 본 발명의 스틸코드(10)가 코어로 사용된 다층연 구조의 스틸코드(13)에 대한 단면도이고, 도10은 본 발명의 스틸코드(10)가 다중연의 스트랜드로 사용된 스틸코드(14)에 대한 단면도로서, 본 발명의 적용예를 보여주고 있다.

즉, 본 발명의 스틸코드는 그 자체로서 고무 제품에 매설되어 보강재로서의 역할을 할 수 있음은 물론 다층연 구조의 스틸코드를 구성하는 코어 및 다중연 스틸코드의 스트랜드로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

본 발명에 따른 연선 구조를 갖는 스틸코드(도6)와 도1 내지 도5에 도시된 종래 스틸코드의 제반 특성을 비교 평가하기 위하여 0.82% 탄소중량의 고탄소강으로 이루어진 5.5mm 직경의 선재(제품명: POSCORD 80)을 원재료로 이용하여 산세, 건식 신선, 열처리, 황동도금 공정을 순차적으로 거친 후 세물 습식 신선공정에서 신선하여 얻어진 소선경이 0.32mm로 동일한 6가닥의 소선과 0.34mm의 선경을 갖는 심선을 이용하여 아래의 표1과 같은 조건에서 각각의 스틸코드 시편을 제작하였다.

상기의 제조공정을 통해서 얻어진 본 발명의 실시예 시편과 비교예 시편에 대하여 타이어 보강재용에서 요구되는 품질특성인 굴곡피로특성, 접착성, 고무침투도, 통기성, 절단력, 저하중신율, 취급 작업성, 표면 황동층 Fe 용출량 등을 측정하였으며, 그 측정결과를 표1에 표시하였다.

구분	실시예(도6)	종래예1(도1)	종래예2(도2)	종래예3(도3)	종래예4 (도4)	종래예5(도5)
구조특징	비틀림 피치를 갖는 편평심선	2공정	코드압연	심선1가닥	편평심선	외측형부
구조특징	1x0.34+6x0.32	1x0.34+6x0.32	3x0.2+6x0.32	6×0.32	1×0.34+6×0.32
편평비(F)	0.6	0.8				0.6
코드경(mm)	1.00	1.04	1.09	0.97	0.98	1.03	1.06
핏치(mm)	10/14	10/14	7/14	14	14	14	14
연방향	S/S	S/S	S/Z	S	S	S	S
절단력(kgf)	170.4	170.52	170.8	142.2	170.3	170.6	169.2
굴곡피로 특성^*	118	112	100	87	95	96	89
고무침투성	100	95	90	100	10	25	95
통기성(분)^*	25.3	21.5	8.8	24.5	1.2	1.6	21.8
표면 Fe용출량(g/㎡)	0.22	0.23	0.22	0.37	0.23	0.23	0.45
접착력(kgf)	82.8	82.2	81.5	78.5	75.8	77.6	82.4
시효접착력(kgf)	81.5	79.8	78.6	77.4	48.8	52.2	80.1
저하중신율(%)	0.03	0.03	0.04	0.55	0.03	0.04	0.18
파단신율(%)	2.5	2.6	2.6	4.3	2.6	2.7	3.2
심선이동억제특성	◎	◎	◎	-	×	△	○
취급작업성	◎	◎	◎	×	◎	○	×

상기 표1에서 ＊로서 표시된 굴곡피로특성과 고무침투성은 종래예1(도1)에 대한 상대적인 비율로 평가하였다.

먼저, 내굴곡 피로특성은 스틸코드 시편을 가로 5mm, 세로 2.5mm의 직사각형 단면적을 갖는 소형 고무시편 몰드의 중앙에 매설시키고 35kgf/cm²의 100% 모듈러스(modulus)를 갖는 고무 화합물을 이용하여 일정한 가류 조건하에서 가류시킨 후 3롤 굴곡피로 시험기를 이용하여 굽힘부여용 3개의 풀리를 좌우로 이동시켜 고무속의 스틸코드 시편이 마멸피로등에 의해 파단될 때까지의 왕복 싸이클 수를 종래예1을 기준으로 하여 상대 비교하였다.

다음, 고무 침투성은 고무속에 스틸코드 시편을 매설하여 가류시킨 후 코드 중심 동공부에 코드 길이방향으로 고무가 충진된 상태를 조사하여 길이로 환산하여 상대적으로 비교 평가하였다. 상기 표1에서 고무 침투성 100란 코드의 중심부에 고무가 100% 충진되었음을 의미한다.

다음, 통기성은 25mm 길이의 스틸코드 시편을 직경 5mm의 원형 단면적을 갖는 소형 고무 시편 몰드의 중앙에 매설시키고 35kg/cm³의 100% 모듈러스를 갖는 고무 화합물을 이용하여 일정한 가류 조건하에서 가류시킨 후 시편의 한쪽 끝은 대기압하에 다른쪽 끝은 0.5기압의 진공실로 연결하여 25ml의 공기가 시편을 통하여 진공실로 이동하는 시간을 측정하였다.

그리고, 표면층 철(Fe) 용출량 측정은 스틸코드의 표면 황동층 결함(손상) 상태를 평가하는 시험법으로 철 용출법에 의해 일정한 조건하에서 {시료: 0.5N - HNO₃용액 x 22℃(온도) x 1분간(시간)} 시편의 소선 평방미터당 용출되는 철의 양을 g/m²으로 표시하였다. 따라서, 일정시간당 철의 용출량이 많을수록 황동 표면층 손상정도가 큼을 의미한다.

다음, 접착력은 미국 표준 시험방법(ASTM 2229)에 의해 평가되었으며, 시효접착 시험은 열습시효(MPA, Moisture Permeation Adhesion)로 70℃ x 96%RH x 7일(day)의 조건에서 행하였다.

그리고, 저하중신율은 0.25 ∼ 5.1kgf의 낮은 하중하에서 각 시편의 늘어난 신율을 백분율로 표시하였다. 따라서, 저하중신율 값이 낮을수록 취급 작업성이 양호함을 의미한다.

다음, 심선이동(core migration) 억제특성은 심선과 외측 소선의 결속력 상태를 나타낸 것으로 ◎(우수), ○(양호), △(보통), ×(불량) 순으로 표시하였다.

마지막으로 취급 작업성은 타이어 성형 공정상의 코드 취급 용이성의 정도를 나타내는 것으로서, 스틸코드의 구조적 꼬임안정에 의해서 특히 저하중신율이 작을수록 양호하게 나타나는 바, 그 취급 작업성의 양부는 ◎(우수), ○(양호), △(보통), ×(불량) 순으로 표시하였다.

상기 표1에서와 같이 본 발명의 실시예 스틸코드 시편은 종래의 스틸코드에 비해서 내굴곡 피로특성면에서 월등히 향상된 특성을 발휘하고 있음을 알 수 있는 데, 이는 본 발명 구조의 스틸코드가 고무 침투성이 우수하여 외측 소선과 심선 사이에 고무의 충진이 완전하게 이루어짐으로써 그 충진된 고무가 소선 사이에서 완충역할을 하여 인장 압축의 반복응력하에서 소선간의 직접적인 접촉이 방지되어 내마멸성이 향상되었음에 기인한다.

또한, 철 용출량 시험결과에 의하면 종래예5(도5)의 일부 형부형 스틸코드의 경우 소선 형부 부여시 황동 도금층의 손상에 의해 철 용출량이 많았음을 알 수 있고, 본 발명의 실시예 스틸코드에서는 소선에 형부 부여가 없는 개방형 구조로 이루어져 있음으로 해서 종래예1(도1)과 유사하게 양호한 특성을 나타냄을 알 수 있다.

그리고, 시효접착력면에서도 본 발명의 실시예 시편은 종래예에 비해 월등히 향상된 특성을 보이고 있는 바, 이는 본 발명의 스틸코드가 소선의 형부없이 소선간의 간격을 형성함에 의해 코드의 황동 표면층에 대한 손상(손실)이 없고, 통기성 시험에서도 알 수 있듯이 코드 내로 고무의 침입이 원활하게 이루어짐으로써 나타난 결과이다.

또한, 본 발명의 실시예 시편의 경우에는 저하중신율이 0.03% 이하로서 종래예 시편에 비해 상당히 낮은 값을 나타내므로 타이어 성형공정에서 취급작업성이 우수함을 보여주고 있다.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 스틸코드는 편평단면을 갖는 심선이 일정한 꼬임 피치를 유지하고 그 심선의 주위로 외측 소선들이 꼬여진 구조로 인해서 외측 소선들 사이가 개방되고 또한 외측 소선과 심선 사이에 간격이 형성됨으로써 다음과 같은 여러 장점과 특징적인 효과를 낳는다.

먼저, 외측 소선들 사이의 틈새를 통해서 소선과 심선 사이의 중심 동공부로 고무의 충진이 충분히 이루어지는 고무 침투성의 향상으로 내부식성의 개선과 더불어 고무 접착성 파괴가 억제되므로 결과적으로 본 발명의 스틸코드가 보강재로 사용되는 타이어등의 고무제품 수명을 연장시키게 된다.

그리고, 본 발명의 스틸코드는 기하학적으로 심선의 편평화와 비틀림에 의해 심선이 차지할 공간을 증가시켜 소선들(외측 소선과 심선, 인접하는 외측 소선들)간의 사이에 틈새 및 간격이 형성되고 그 틈새 및 간격으로 완충작용을 하는 고무가 충진됨으로써 상기 소선들간의 직접 접촉 및 마찰이 억제되어 인장 압축 반복응력하에서 소선간의 접촉부위에서 마멸이 발생할 가능성이 현저히 감소되므로 굴곡 피로특성이 개선되고 이에 따라 타이어의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 스틸코드에서는 코드 내부로 고무의 침투가 충분하게 이루어 짐으로써 심선과 외측 소선간의 결속력이 강화되고 그에 따라 심선의 이동 문제가 개선된다.

그리고, 본 발명의 스틸코드는 표면의 황동 도금층 손상이나 흠집의 발생을 초래하는 기계적 소성가공에 의한 형부 부여 공정이 없이 소선간 틈새를 제공하는 개방형 구조를 취함에 기인하여 고무와 충분한 접착계면층을 확보할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은 편평형상의 단면을 갖는 심선이 자체 꼬임을 갖고 코드의 중심부에 존재하여 저하중신율을 낮춤으로써 타이어 가류시 외압에 의한 구조 형태의 붕괴가 없이 코드의 형태를 안정화시켜 타이어 성형작업시 취급성이 향상된다.

이상의 사실을 종합하면, 본 발명의 스틸코드는 코드의 중심부에 존재하는 자체 꼬임을 갖는 편평단면 형상의 심선으로 인해서 내굴곡피로 특성, 고무 침투성및 고무 접착성(특히 시효 접착성)이 향상되고, 소선 표면의 황동 도금층에 대한 보호가 양호하게 이루어짐과 아울러 작업취급성이 개선되는 장점 및 효과를 지님에 의해서 특히 공기주입 래디얼 타이어등의 보강재로서 크게 기대되고 있다.

Claims

심선의 주위에 n개의 외측 소선이 꼬여진 1+n 구조의 스틸코드로서, 상기 심선은 자체 꼬임을 갖는 편평단면 형상으로서 그 꼬임 피치가 코드의 꼬임 피치당 0.2 ∼ 2회의 범위이고, 인접하는 외측 소선들간에는 코드의 1 꼬임 피치당 적어도 2곳이 0.02mm 이상의 틈새가 형성됨을 특징으로 하는 고무보강용 스틸코드.
제1항에 있어서, 상기 심선의 꼬임 방향은 코드의 꼬임 방향과 동일한 것을 특징으로 하는 고무보강용 스틸코드.
제1항에 있어서, 상기 심선의 꼬임 방향은 코드의 꼬임 방향과 반대인 것을 특징으로 하는 고무보강용 스틸코드.
제1항에 있어서, 상기 스틸코드는 아래의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 고무보강용 스틸코드.

여기서, d₁은 외측 소선의 직경(mm)이고, d₂는 편평 전 심선의 직경(mm)이며, F는 심선의 편평비이고, l은 편평 심선의 장축 직경(mm)이며, m은 편평 심선의 단축 두께(mm)이다.
제1항에 있어서, 상기 n은 3 ∼ 9 인 것을 특징으로 하는 고무보강용 스틸코드.
제1항에 있어서, 상기 편평단면 형상의 심선의 꼬임피치가 코드의 꼬임방향에 대해 정방향, 꼬임없음, 역방향이 혼재하는 것을 특징으로 하는 고무보강용 스틸코드.