KR20010064179A - 고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 타이어 및 공업용 벨트 등을 비롯한 각종 고무제품의 내부에 매설되어 보강재로 사용되는 스틸코드에 관한 것이다.

본 발명은 여러 가닥의 강선이 연선결합되어 이루어진 스틸코드에 있어서, 황동도금된 원형 강선의 냉간 압연에 의해 편평 형상의 단면으로 이루어지고 길이방향을 따라 나선형으로 비틀린 편평 나선형 강선이 적어도 한개 이상 포함된 구조에 기술적 특징이 있는 것으로, 이때 상기 편평 나선형 강선의 편평비는 1.05 ∼ 2.5 이고, 장경은 0.2 ∼ 1.0mm 이며, 나선 피치는 장경의 2 ∼ 100배이고, 평탄면으로 이루어진 상,하면의 양 외측 모서리부가 원호상 곡면으로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 스틸코드는 편평 단면을 갖는 강선이 일정한 나선형 형상으로 비틀린 채로 다른 강선과 연선결합을 하고 있는 구조적 특징에 기인하여 타이어 보강용 소재에서 요구되는 저하중 신율 등의 다른 품질특성을 저하시키거나 함이 없이 인접하는 강선과의 사이에 틈새를 제공하여 고무 침투성, 내피로성, 고무 접착성 및 취급 작업성 등을 향상시켜 궁극적으로는 타이어의 내구성을 증대시킴으로써 타이어 보강재용 스틸코드의 신규한 구조로 기대되고 있다.

Description

고무 침투성이 우수한 고무 보강재용 스틸코드{Steel cord for reinforcing rubber with a good rubber penetration properties}

본 발명은 차량의 타이어 및 공업용 벨트 등을 비롯한 각종 고무제품의 보강재로 사용되는 스틸코드의 구조개선에 관한 것으로, 보다 자세하게는 여러 가닥의 강선이 연선결합되어 이루어지는 스틸코드중에 편평 단면을 갖고 나선상으로 꼬여진 편평 나선형 강선이 적어도 한가닥 이상 포함되도록 함으로써 고무와의 접착성, 내피로성 및 취급작업성이 향상되도록 한 고무침입성이 우수한 고무보강재용 스틸코드에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어나 콘베이어 벨트 등과 같은 탄성 중합체 제품의 보강용으로 사용되는 여러 종류의 보강재 중에서 스틸코드(steel cord)는 강도, 모듈러스, 내열성, 열전달율, 내피로성, 접착성 등이 다른 종류의 보강재에 비해서 타이어 보강재에서 요구되는 특성을 만족시키기 때문에 특히 타이어의 보강용으로 많이 사용되어 왔으며 날로 그 사용량이 급속하게 증가되고 있는 추세에 있다.

한편, 내부공간이 공기로 충진된 래디얼 타이어는 방사선 모양의 카카스 코드를 가지는 래디얼 카카스 부위와, 이 카카스의 반경 방향 외측에 배열되어 트래드 부위를 보강하는 벨트층으로 구성되어 있다. 이와같은 래디얼 타이어의 벨트층 및 카카스층에는 통상적으로 0.12 ∼ 0.38mm 직경의 원형 단면을 갖는 극세강선을 2 ∼ 40 본 정도 연선결합시켜 구성된 스틸코드가 매설되어 이들 벨트층과 카카스층의 보강이 이루어지도록 하고 있다.

이같이 고무제품의 내부에 매설되어 보강재로서의 역할을 하는 스틸코드의 연선결합된 단면은 대개가 원형을 띠고 있는 바, 이러한 종래 스틸코드의 대표적인 몇가지 구조를 도1 내지 도4에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도1은 종래의 밀폐형 스틸코드 구조에 대한 단면도로서, 도시된 바와같이 3가닥의 강선(1a)을 서로 연선결합시킨 1x3 구조의 스틸코드(1)로서, 이는 고무 보강재로서 보강 대상 고무속에 매설하여 가류접착시키게 되면 강선(1a)으로 둘러싸인 내부의 중심 공간부(H)에 고무의 충진이 이루어지지 않은 채 공기가 잔류하게 된다.

이와같은 구조의 스틸코드(1)가 타이어의 벨트 보강재로 사용되는 경우에는 차량의 주행중 타이어의 발열과 중심 공간부(H)에 잔존하는 공기에 의해 고무의 열화가 촉진되어 스틸코드와 고무간의 접착계면층의 분리 현상이 초래된다. 그리고 자동차의 주행중에 가해지는 반복적인 충격이나 노면의 돌이나 못등에 의해 타이어의 트래드부가 손상되면 수분이 모세관 현상에 의해 그 손상된 부위를 타고 침입하여 스틸코드(1)의 중심 공간부(H)로 도달하게 되고, 이같이 중심 공간부로 침입된 수분은 통로 역할을 하는 중심공간부를 따라 스틸코드의 길이방향으로 확산되어 스틸코드의 급속한 발청을 유도하게 된다.

더욱이 스틸코드의 중심 공간부(H)로 침입된 수분은 코드 자체의 발청유발 뿐만이 아니라 고무와 코드간의 접착 계면층을 치명적으로 파괴시켜 두 부재간의 분리가 초래되도록 함으로써 타이어의 내구성을 저하시키게 된다.

또한, 상기 밀폐형 구조의 스틸코드(1)에서는 서로 연선결합된 강선(1a)간에 선접촉을 이루고 있기 때문에 타이어가 1회전할 때마다 접지면에 접하는 타이어 벨트 부위에 계속적인 인장 및 압축이 반복되는 가혹한 외압이 전달되면서 강선간의 접촉부위에서 서서히 내부마찰이 진행되고 그에따라 강선 표면 접촉부위가 마멸되면서 급기야는 마멸피로로 인해서 벨트내부에서 코드의 일부가 절단되는 사고가 발생하게 된다.

이에 더하여, 밀폐형 스틸코드(1)에서 상기와 같이 마멸에 의해 표면의 황동도금층이 손상된 상태의 중심 공간부(H)로 상기한 경우에서와 같이 수분이 침입할 경우에는 쉽게 침식이 이루어지게 되고 부식의 진행이 촉진되는 현상이 발생하게된다.

상기와 같은 밀폐형 스틸코드에서 제기되는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 구조의 하나로 도2에 도시된 바와같은 이른바 개방형 스틸코드가 일본 공개특허공보 소57-43866호 등에 알려져 있다.

도시된 바와같이, 개방형 스틸코드(2)는 다수개의 강선(2a)을 꼬아서 스틸코드를 구성함에 있어 인접하는 강선(2a) 사이에 일정한 틈새(S)가 유지되도록 한 구조를 취하고 있다.

이같은 개방형 스틸코드(2) 구조에서는 강선(2a)들간에 형성된 틈새(S)를 통하여 고무의 침투가 쉽게 되어 고무 침투성이 향상되는 이점이 있긴 하나, 모든 강선이 길이방향으로 유사한 100% 이상의 높은 형부율을 가지고 있기 때문에 강선들간에 큰 틈새가 생겨서 매우 높은 저하중 신율을 나타냄으로 인해 연선의 구조적 안정성 측면에서 매우 불안정하고, 코드의 길이방향으로 인장을 받으면 쉽게 늘어나서 타이어의 성형공정에서 코드 취급성이 떨어지는 문제점이 있다.

그리고, 상기 개방형 스틸코드(2) 구조는 보형성(형태를 유지하려는 성질)에 있어서, 가류 접착시 외압이 가해질 경우 개방형태가 쉽게 닫혀져 앞서 살펴본 바의 도1에 도시된 밀폐형 구조의 스틸코드로 변형되어 버리게 되는 특성이 있음에 따라 보형성에 문제가 있는 것으로 지적되고 있다.

상기 종래의 개방형 코드에서 지적되는 단점을 감안하여 일본 공개특허공보 평5-163687호에는 도3에 도시된 것과 같이 여러 가닥의 강선(3a)을 연선시켜 코드를 구성함에 있어서 일부 소선(3a')만에 대하여 형부를 부여시킨 한가닥 형부형(또는 부분 개방형) 스틸코드(3)가 개시되어 있다.

상기 한가닥 형부형 스틸코드(3)에서는 고무 침입성의 향상과 적절한 저하중 신율은 어느 정도 달성할 수 있었으나, 차량의 주행중 외부 인장, 압축 응력에 의한 순간적인 심한 충격이 전달되어 스틸코드(3)에 하중이 걸리게 되는 때에는 상대적으로 형부율이 낮은 강선, 즉 단위길이당 소선 공급길이가 상대적으로 적었던 소선(3a)에 인장, 압축 응력이 집중적으로 편중되어 그같이 응력이 집중된 강선이 우선적으로 파단되는 현상으로 인해 구조적 안정성이 떨어지는 단점이 있다.

그리고, 상기 도2의 개방형 스틸코드(2)와 도3의 한가닥 형부형 스틸코드(3)구조는, 양자 공히 강선에 소정의 범위내에서 일정한 형부를 부여하기 위해서는 특수한 치공구, 구체적으로는 경판 형부기, 회전 형부기, 톱니기어 또는 다각형 팔랑개비 등의 형부기를 이용하여 여러가지 방법으로 기계적인 가공변형을 가해주게 되는데, 이때 치공구와 강선간의 마찰로 인해 강선 표면의 황동층의 깍임이나 손상이 발생되어 고무와의 접착특성을 저하시키게 되는 단점이 있다.

또한 이들 구조의 스틸코드(2)(3)에서는 강선의 길이방향으로 기계적 물성치의 산포변화가 커지는데, 특히 국부적인 요철부위 즉 곡율반경이 상대적으로 작은 부위에서는 가혹한 소성가공에 의해 치명적인 물성치의 손상이 초래된다.

한편, 고무침투성의 향상을 위한 또 다른 형태의 종래 스틸코드 구조로서 도4에 도시된 바와같이 타원형 단면을 갖는 강선(4a)을 사용하여 2도비틀림 연선공법으로 제조된 이형(異形) 강선형 스틸코드(4)가 알려지고 있는 바, 동 구조의 스틸코드(4)는 강선(4a)들로 둘러싸이는 중앙 공간부를 최소화시키는 한편 강선과 고무와의 접착면적을 증대시킴에 의해 고무접착성 면에서는 유리하긴 하나, 동일한 단위중량하에서 스틸코드(4)의 직경이 증가되어 타이어의 경량화에 역행하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 종래 스틸코드의 제반 문제점을 감안하여 단위중량이나 구조적 안정성면에서는 종래의 코드에 비해 그 특성의 저하를 초래함이 없이 고무 침투성이 우수하면서도 내피로성의 향상을 가져올 수 있을 뿐 아니라 황동도금층의 손상을 최소화시킴으로써 공기주입 래디얼 타이어 등의 보강재로서 적합한 새로운 구조의 스틸코드를 제공하고자 함에 목적을 두고 있다.

도1은 종래 밀폐형 스틸코드의 단면도.

도2는 종래 개방형 스틸코드의 단면도.

도3은 종래 한가닥 형부형 스틸코드의 단면도.

도4는 종래 타원형 단면을 갖는 이형선으로 연선결합된 스틸코드의 단면도.

도5의 (가),(나)는 본 발명에 따른 스틸코드의 구조를 보인 것으로,

(가)는 전체 구조를 보인 정면도이고,

(나)는 (가)의 A-A선 내지 D-D선 단면도이다.

도6은 나선형이 없는 편평단면의 강선을 2도비틀림 연선기로 제조한 스틸코드의 단면도.

도7의 (가) 내지 (다)는 본 발명의 스틸코드를 구성하는 편평 나선형 단면의 강선 제조과정을 보여주는 것으로,

(가)는 압연가공 이전 상태의 소재 강선에 대한 단면이고,

(나)는 압연가공에 의해 편평화된 강선의 단면이며.

(다)는 제작완료된 편평 나선형 강선의 정면도이다.

도8의 (가) 내지 (라)는 편평 나선형 단면의 강선을 포함하는 본 발명의 다른 실시예 스틸코드에 대한 단면도.

도9는 본 발명의 다른 실시예로서 다중연 구조의 스틸코드에 대한 단면도.

도10의 (가),(나)는 본 발명의 다른 실시예로서 다층연 구조의 스틸코드에 대한 단면도.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

10 -14. 스틸코드 10a. 원형단면 강선

10b. 편평 나선형 강선 H. 중심 공간부

S. 틈새

본 발명의 상기 목적은, 여러 가닥의 강선을 서로 연선결합시켜서 구성되는 스틸코드에 있어서, 편평 단면을 갖고 나선상으로 꼬여진 편평 나선형 강선이 적어도 한가닥 이상 포함되어진 구조의 고무보강재용 스틸코드에 의해서 달성된다.

본 발명의 편평 나선형 강선이 포함되어 구성되는 코드의 종류로는 적어도 한가닥의 편평 나선형 강선과 2 내지 6 가닥의 통상적인 원형단면의 강선이 서로 연선결합되어진 단층연 스틸코드와, 이러한 단층연을 스트랜드로 사용되어 구성되는 다층연 구조 및 다중연 구조의 스틸코드를 모두 포함한다.

본 발명은 통상적인 원형단면의 강선과 냉간압연에 의해 편평화되고 비틀림응력부여에 의해 나선상으로 비틀린 강선을 혼용하여 연선시킴에 의해 편평 나선형 강선의 비틀어진 공간과 인접하는 통상의 강선간의 사이에 기하학적으로 코드 내부의 중심 공간부와 연통되는 틈새의 형성이 이루어지도록 함으로써 그 틈새를 통해서 가류 성형시 내부 공간부까지도 쉽게 고무의 침투가 이루어지도록 한 데에 기술적 특징이 있다.

본 발명은 종래의 스틸코드 구조에서 중심 공간부의 개방을 황동도금층의 깍임이나 손상을 초래하는 과도한 형부를 부여함이 없이 연선결합되는 강선간의 틈새를 제공함으로써 도금층 손상의 우려가 배제되고, 또한 코드 중심부에 이르기까지 고무의 충진이 이루어짐에 의해 트래드부 손상으로 수분이 침투되더라도 수분의 전파 및 확산 통로가 차단됨에 따라 고무와의 접착계면층이 보호된다.

이에 더하여 본 발명에서는 강선간의 접촉이 최소화되어 내피로성이 향상되고 저하중 신율의 증가가 없어 취급 작업성이 개선되므로 종래 스틸코드의 장점은 충분히 유지시킨 가운데 상기한 바의 문제점 내지 단점의 해결이 이루어지도록 하고 있다.

본 발명의 고무침투성이 우수한 고무보강재용 스틸코드에 대한 보다 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 아래의 도면을 참조한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도5의 (가),(나)는 본 발명의 일실시예 스틸코드의 구조를 보인 것으로, (가)는 전체 구조를 보인 정면도이고, (나)는 (가)의 A-A선 내지 D-D선 단면도이다. 도시된 바와같이 본 실시예의 스틸코드(10)는 3가닥의 소선이 서로 꼬여진1x3 구조로서, 이때 두개의 강선(10a)은 통상적인 원형 단면으로 이루어져 있으며, 나머지 강선은 편평 나선형 강선(10b)으로 이루어져 있다.

이때, 상기 편평 나선형 강선(10b)은 스틸코드(10)의 길이방향을 따라 나선상으로 자체 꼬임을 이루고 있음에 따라 인접하는 통상의 강선(10a)과의 사이에는 틈새(S)가 형성되어 중심 공간부(H)는 상기 틈새를 통하여 외부와 연통되어진다.

이와같은 스틸코드 중심 공간부(H)의 개방은 편평 나선형 강선(10b)의 단면형상과 나선상 꼬임에 의해서 달성되는 것으로 만일 상기 편평 나선형 강선이 나선형이 없다면 중심 공간부(H)의 개방은 기대하기 어렵다.

즉, 도6은 나선형이 없는 편평단면의 강선을 2도비틀림 연선기로 제조한 스틸코드(11)의 단면도로서, 도시된 바와같이 비틀림이 없는 편평 강선(11b)의 경우에는 인접하는 통상의 강선(11a)들과 서로 선접촉을 이루어 이를 강선(11a)(11b)들로 둘러싸인 내부가 밀폐된 중심 공간부(H)를 형성하게 된다.

이와같이 본 발명에서는 편평 나선형 강선(10a)이 핵심적인 기술구성을 이루고 있는 바, 그 제조방법 및 구체적인 구성을 도7에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도7의 (가),(나)는 본 발명의 단선 스틸코드 제조과정을 보여주는 것으로,

(가)는 압연가공 이전 상태의 소재 강선에 대한 단면이고, (나)는 냉간 압연에 의해 편평화된 강선의 단면이며, (다)는 편평화된 강선에 비틀림 응력을 부여하여 나선상 꼬임이 이루어지도록 한 편평 나선형 강선에 대한 정면도이다.

먼저, 도7의 (가)에 도시된 바와같이, 압연 전의 소재 강선(W)은 종래의 여러 강선의 연선결합에 의한 스틸코드에 사용되는 통상적인 강선과 마찬가지로 원형 단면으로 이루어지고 그 표면부에 황동도금층(BC)이 도금된 구성을 취하고 있다.

이와같은 황동도금된 소재 강선(W)은 냉간 압연에 의해서 도7의 (나)에서와 같이 그 단면이 편평 형상으로 바뀌게 된다. 이때, 냉간 압연에 의해 편평화된 강선(W')은 상면과 저면이 평탄면을 이루며 양 외측의 모서리면은 원호상 곡면을 이루게 된다.

이어서, 상기와 같이 압연을 통해서 편평화된 강선(W')는 비틀림 응력이 부여됨에 의해 도7의 (다)에 도시된 바와같이 나선형으로 비틀어진 구조로 되어 본 발명의 편평 나선형 강선(10b)으로 완성된다.

본 발명의 상기 편평 나선형 강선(10b)의 구조를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 편평 나선형 형상에 있어서 그 두께 방향의 최소 직경인 단경(b)에 대한 폭 방향의 최대 직경인 장경(a)의 비, 즉 편평비(a/b)는 1.05 ∼ 2.5 이고, 장경(a)의 크기는 0.2 ∼ 1.0mm 이며, 나선평 피치(P)는 장경(a)에 대해 2 ∼ 100배이고, 연방향은 S연 또는 Z연중 어느 것이나 가능하며, 편평형상의 모서리 부위는 원호상 곡면으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 편평 나선형 강선(10a)에서 나선형상을 부여하지 않고 단지 편평형 강선만으로 연선을 하면, 스틸코드 제조업체에서 주로 보유하고 있는 2도비틀림 연선기에서는 앞서 살펴본 바의 도6에서와 같이 원형단면의 다른 강선들과 동일한 피치로 연선결합되기 때문에 스틸코드의 중심 공간부를 개방시킬 수 없게 된다.

이와같은 기술적 이유에 의해서 편평 나선형 강선의 나선 피치(P)는 스틸코드의 피치와 동일하지 않도록 설계하는 것이 유리하다.

이에 더하여, 편평 나선형 강선의 연방향과 스틸코드의 연방향이 서로 상이하도록 하는 것이 고무침투도 면에서 보다 바람직하다.

본 발명의 편평 나선형 강선에서 단면형태 및 구조를 상기와 같이 한정한 이유는 다음과 같다.

먼저, 편평 나선형 강선의 최대 직경인 장경(a)을 0.2 ∼ 1.0mm 로 한정한 이유는, 선경이 0.2mm 미만으로 되어 너무 가는 경우에는 보강재로서 충분한 인장강도를 만족시킬 수 없으며, 반대로 1.0mm를 초과하여 선경이 너무 굵어지게 되면 타이어의 벨트층 및 카카스층의 고무 두께의 증가를 초래하여 타이어의 경량화에 역행하고 주행시 승차감이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

다음, 편평 나선형 강선의 편평비(a/b)가 1.05 미만일 경우에는 편평화로 인한 효과인 고무와 접촉되는 스틸코드 표면적 증가를 기대할 수 없고, 2.5를 초과하는 경우에는 압연 가공율이 너무 높아 가혹한 소성변형으로 인해 강선 내부에 크랙이 발생하게 된다. 따라서 강선의 편평비를 1.05 ∼ 2.5 의 범위로 제한하고 있다.

또한, 나선형 피치(P)를 장경(a) 대비 2 ∼ 100 배로 한정한 것은, 2배 미만으로 너무 작으면 생산성 측면에서 불리하고, 반대로 나선형 피치를 100 배 보다 크게 하면 나선형으로 인한 효과인 내피로성의 향상을 기대할 수 없기 때문이다.

일반적으로 스틸코드의 내피로성 향상 방안은 여러 가지가 알려지고 있는바, 그 중에서도 강선의 직직성 정도에 따라 내피로성이 상당히 좌우되기 때문에 강선의 직진성을 높임으로써 스틸코드의 내피로성을 증가시키는 방안이 중요하게 다루어지고 있다.

다시말하면, 직진성이 나쁜 강선, 즉 굽혀져 강선 자체내에 굽힘응력 (bending stress)이 존재하는 강선의 경우에는 강선 자체의 소재가 강인하여도 내피로성이 급격히 저하된다.

본 발명은 편평 형상의 강선에 대하여 그 진행 방향에 대한 중심축을 기준으로 비틀림 응력을 부여함으로써 강선의 직진성이 확보되도록 한 것을 일 구성요지로 하고 있다.

본 발명에 따른 편평 나선형 강선의 기계적 성질은, 인장강도는 270kgf/mm²이상이고, 파단신율은 1.5 ∼ 3.0% 범위가 적절한 바, 이러한 조건을 만족시키는 강선은 JIS 규격의 피아노 선재 SWRS 82A(C=0.82%)나, 보다 높은 고강도를 얻기 위해 과공석강 피아노 선재(0.8＜C≤1.1%)를 모재 와이어 로드로 하여 반복적인 냉간 신선가공과 파텐팅 열처리를 실시하고 최종적으로 세물 습식 신선공정을 행함으로써 얻어지게 된다.

통상적으로 고무속에 매설된 스틸코드와 고무간의 보다 높은 접착성을 확보하도록 하기 위해서 강선의 표면부에 형성되는 황동도금층의 두께는 0.05 ∼ 2μm가 바람직하며, 그 중에서도 0.07 ∼ 1.5μm 범위가 가장 유리하다.

한편, 상기 황동도금층중의 구리 함량은 55 ∼ 70%가 바람직한 바, 보다 바람직하기로는 황동도금에 제3의 원소인 Co, Fe, Ni 등을 0.1 ∼ 5.0%의 범위로 첨가하여 3원 합금도금이 이루어지도록 함으로서 고무와 강선간의 접착성 향상과 더불어 내부식성 및 시효 접착성도 개선되도록 할 수 있을 것이다.

상기한 바와같은 구성으로 이루어진 편평 나선형 강선을 이용하여 연선된 본 발명에 따른 스틸코드의 여러 가지 구조가 도8 내지 도10에 도시되어 있다.

도8의 (가) 내지 (마)는 편평 나선형 단면의 강선을 포함하는 본 발명의 스틸코드(12)에 대한 단면도로서, 통상의 원형단면 강선(10a)과 편평 나선형 강선(10b)의 합이 4가닥인 4 x d (d:선경) 구조의 스틸코드에 있어서 편평 나선형 강선(10b)의 사용 가닥수와 배열을 여러가지로 변화시킨 형태를 보여주고 있다. 이때, 편평 나선형 강선(10b)의 절단면상의 배열위치는 규칙적 또는 비규칙적으로 배열될 수 있으나, 규칙적인 배열이 바람직하다.

다음, 도9는 본 발명의 다른 실시예로서 다중연 구조의 스틸코드(13)에 대한 단면도로서 한가닥의 편평 나선형 강선(10b)과 두가닥의 통상의 강선(10a)이 연선되어진 스트랜드(St) 3개를 클로우징(closing)시켜 구성된 3 x 3 구조의 다중연 스틸코드 (13)이다.

그리고, 도10의 (가),(나)는 본 발명의 다른 실시예로서 다층연 구조의 스틸코드(14)(14')에 대한 단면도로서 심선이 아닌 외층(2층, 3층, 4층...)에 편평 나선형 강선(10b)이 사용된 1 + 6 + 10 구조와 1 + 6 + 12 구조를 각각 예시하고 있다.

한편, 본 발명의 스틸코드 구조는 앞서 살펴본 바의 구조에 한정되지 않고뒤따르는 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주내에서 다양한 구조의 스틸코드에 적용이 가능할 것이다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

본 발명에 따른 편평 나선형 강선이 사용된 스틸코드와 종래의 스틸코드간에 물성을 비교평가하기 위하여 직경이 5.5mm인 0.82% 탄소(C) 중량의 고탄소강으로 이루어진 소재 와이어 로드를 사용하여 이를 산세, 건식 신선, 열처리, 황동도금 공정을 순차적으로 거친 후, 마지막 습식 신선공정에서 신선하여 0.3mm 직경의 강선을 얻고, 이를 이용하여 아래의 표1과 같은 조건으로 시편을 제작하였다.

상기 제조공정을 통해서 얻어진 본 발명의 실시예 시편과 종래예 시편에 대하여 내피로성, 고무침투성, 고무접착성 및 저하중 신율을 측정하였 던 바, 그 결과는 아래의 표1에 나타나 있다.

구 분	종래예1	종래예2	종래예3	실시예 1	실시예2
구 조	1 x 3	1 x 3	1 x 3	1 x 3	1 x 3
특 징	밀폐형	개방형	(1cr + 2)**	(1fsc + 2)**	(2fsc + 1)**
코드피치(mm)	16	16	16	16	16
선경(mm)	장경	0.30	0.30	0.30	0.332	0.383
	단경	0.30	0.30	0.30	0.239	0.192
편 평 비	1	1	1	1.39	1.99
편평나선형강선본수	0	0	0	1	2
나선형 피치(mm)	-	-	-	5	5
고무 침투성	0	100	90	95	100
*내피로성	100	115	112	128	131
*시효고무 접착성	100	116	110	119	123
표면 Fe용출량	0.19	0.58	0.37	0.21	0.24
파단신율(%)	2.4	2.5	2.5	2.4	2.4
저하중 신율(%)	0.156	0.436	0.319	0.158	0.161
*취급 작업성	◎	X	△	○	○

(1cr + 2)** ; 한가닥은 파도선(curl) 사용

(1fsc + 2)** ; 한가닥은 편평 나선형 강선(flat screwed steel wire) 사용

상기 표1에서 *로 표시된 내피로성, 시효고무 접착성 및 취급 작업성은 종래예1에 대한 상대적인 비율로 평가하였다.

먼저, 고무 침투성은 고무속에 스틸코드를 매설하여 가류시킨 후, 코드의 중심 공간부(H)에 코드 길이방향으로 고무가 충진된 여부를 길이로 환산하여 상대적으로 비교 평가하였다. 따라서, 고무 침투성 100%란 스틸코드의 중심 공간부에 고무가 100% 충진되었음을 의미한다.

내피로성 시험은 스틸코드 시편을 가로 5mm, 세로 2.5mm의 직사각형 단면적을 갖는 소형 고무시편 몰드의 중앙에 매설시키고, 35kgf/cm²의 100% 모듈러스를 갖는 고무 화합물을 이용하여 굴곡 부여용의 3개 풀리가 좌우로 이동하면서 고무속의 스틸코드 시편이 마멸피로 등에 의해 파단될 때까지의 왕복 싸이클 수를 측정하여 이를 종래예1을 기준으로 상대평가 하였다.

시효고무 접착성은 미국 표준 시험방법(ASTM 2229)에 의해 고무와의 접착성, 특히 가혹한 습도(95%RH)와 높은 온도(82℃)하에서의 시효 접착성을 상대 비교조사하였다.

또한, 표면층 철(Fe) 용출량 측정은 스틸코드의 표면 황동층의 결함 손상여부를 평가하는 시험법으로 철 용출법에 의해 일정한 조건하에서 [시료: 0.5N -HNO₃용액 x 22℃(온도) x 1분간(시간)] 시편의 표면 평방미터당 용출되는 철(Fe)의 양을 g/m²으로 표시하였다. 따라서, 일정 시간당 철 용출량이 많을수록 황동 표면층의 손상이 큼을 의미한다.

다음, 저하중 신율은 통상 0.25 ∼ 5.1kgf 범위의 낮은 하중에서 시편의 늘어난 신율을 백분율로 표시한 것으로, 이 값이 클수록 취급시 작업성이 불리하다.

취급 작업성은 타이어 성형 공정상에서 스틸코드를 취급할 때의 용이성 정도로서 스틸코드의 구조적 꼬임 안정성에 의한, 특히 저하중 신율이 작을수록 양호하며, 종래예1과 대비하여 ◎(우수), ○(양호), △(보통), X(불량) 순으로 표시하였다.

상기 표1에서와 같이, 본 발명의 실시예1,2의 스틸코드는 종래예1의 스틸코드에 비해 내피로성이 월등히 향상된 특성을 발휘하고 있음을 알 수 있는데, 이는 본 발명의 스틸코드가 비틀림 응력에 의해 형성된 나선형 형상으로 인해서 비틀린 공간 사이로 고무가 중앙 공간부 내로 쉽게 침투되어 강선 사이에 고무가 완충 역할을 하면서 인접한 강선끼리의 직접 접촉에 의한 마멸현상을 최소화시킴과 동시에 나선형 형상 특징에 기인하는 것으로 판단된다.

그리고, 본 발명의 실시예1,2 스틸코드는 종래예1 스틸코드에 비해서 고무 접착성, 특히 시효 접착성 면에서 매우 유리함을 알 수 있는데, 이는 연선구조의 중심 공간부가 개방됨으로 인해 발청을 확산시키는 통로가 제거되었기 때문이며, 또한 손상되지 않은 황동층을 보유하면서 편평화로 인하여 고무와의 접촉면적이 증가되었기 때문이다.

한편, 종래예2,3 스틸코드의 경우 고무 침투성 측면에서는 우수하나 저하중 신율이 커져서 취급 작업성이 불리하다는 양면성이 있다.

상기 표1의 철 용출량 평가결과에 의하면, 종래예2,3의 개방형 스틸코드의 경우 강선에 강압적인 소성변형에 의한 형부 부여로 인해서 황동도금층의 손상이 발생된 결과 철 용출량이 많았음을 알 수 있고, 본 발명의 실시예1,2 스틸코드에서는 양호한 황동도금층을 간직하여 고무와의 접착성에서 역시 유리하게 작용하였다.

그리고, 본 발명의 실시예1,2 스틸코드는 종래예1 스틸코드와 같이 강선 형부율이 연선 안정성 측면에서 가장 좋은 100% 정도의 강선 형부율을 보유하고 있기 때문에 강선의 형부율이 100% 보다 큰 종래예2,3 스틸코드에 비교하여 저하중 신율이 상대적으로 낮아 타이어 성형공정에서 취급 작업성이 우수함을 알 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 스틸코드는 편평 단면을 갖는 강선이 일정한 나선형 형상으로 비틀린 채로 다른 강선과 연선결합을 하고 있는 구조적 특징에 기인하여 타이어 보강용 소재에서 요구되는 저하중 신율 등의 다른 품질특성을 크게 저하시키거나 함이 없이 연선구조의 인접 강선과의 사이에 틈새를 제공하여 내피로성과 고무 접착성 및 취급 작업성 등을 향상시켜 궁극적으로는 타이어의 내구성을 향상시킴으로써 타이어 보강재용 스틸코드의 신규한 구조로 기대되고 있다.

즉, 본 발명의 스틸코드는 중심 공간부가 개방되어 그 개방된 틈새를 통해서고무의 충분한 충진이 이루어져 고무 침투성이 향상되고, 그에 수반하여 내부식성이 개선되며 또한 고무와의 접착계면 파괴가 억제되어 타이어의 내구성 향상에 기여하게 된다.

그리고, 내피로성 측면에서는 개방된 중심 공간부 및 인접하는 강선간에 존재하는 틈새가 고무로 충진되어 강선간의 직접 접촉에 의한 마찰이 억제되므로 인해 타이어의 주행에 의해서 인장, 압축의 반복응력이 가해지더라도 강선의 마멸이 최소화되므로 내피로성이 증대된다.

또한, 본 발명의 스틸코드에서는 종래의 강선에 기계적 소성가공에 의한 형부 부여를 통해 중심 공간부의 개방이 유도되도록 하는 과정에서 초래되는 황동도금층의 손상 우려가 없으며, 강선의 편평 형상으로 인해 고무와의 충분한 접착 계면층을 확보할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명의 스틸코드를 구성하는 강선은 형부율이 대략 100%이기 때문에 저하중 신율이 낮아서 타이어 가류시 외압에 의한 연선 구조의 붕괴가 없고, 타이어 성형 작업시 취급성이 양호하다.

Claims (4)

1. 여러 가닥의 강선이 서로 연선결합되어 이루어진 고무보강재용 스틸코드에 있어서, 코드중에 적어도 한가닥 이상의 편평 나선형 강선이 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 고무침투성이 우수한 고무보강재용 스틸코드.
2. 제1항에 있어서, 상기 편평 나선형 강선의 편평비는 1.05 ∼ 2.5 이고, 장경은 0.2 ∼ 1.0mm 이며, 나선형 피치는 장경의 2 ∼ 100배인 것을 특징으로 하는 고무침투성이 우수한 고무보강재용 스틸코드.
3. 제1항에 있어서, 상기 편평 나선형 강선은 평탄면으로 이루어진 상,하면의 양 외측 모서리부가 원호상 곡면으로 이루어짐을 특징으로 하는 고무 침투성이 우수한 고무보강재용 스틸코드.
4. 제1항에 있어서, 상기 스틸코드는 2 ∼ 6가닥의 강선이 서로 연선결합된 단층연, 상기 단층연을 스트랜드로 사용하여 연선결합된 다층연이나 다중연 중의 어느 한 종류인 것 또는 다층연과 다중연이 혼합된 연선구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고무침투성이 우수한 고무보강재용 스틸코드.