KR20020055202A - 높은 파단 신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고무 보강재용으로 사용되는 스틸 코드의 단층연 구조를 개방화 한 후, 이를 냉간 압연하여 스틸 코드를 편평화 함으로써 구조적으로 안정하면서도 파단 신율이 우수한 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드에 관한 것이다.

본 발명의 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드는, 1 ×n(n : 소선 가닥수) 구조의 개방형 단층연 스틸 코드를 냉간 압연 가공하여 스틸 코드의 절단면 형상을 편평한 상태로 변화시켜 스틸 코드의 편평비가 1.10~2.0, 파단 신율이 5% 이상, 꼬임 피치는 소선경의 10~40 배, 연 방향은 에스(S)연 내지는 제트(Z)연 인 스틸 코드로서, 각 소선의 직경은 0.15~0.4mm 이고, 상기 스틸 코드의 폭방향 절단면에서 단경 방향으로 인접한 소선 사이의 틈새들 중 적어도 하나는 그 간격이 0.02mm 이상 임에 본 발명 스틸 코드의 기술적 특징이 있다.

본 발명의 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드는, 냉간 압연 가공에 의하여 스틸 코드 연선 구조의 안정성이 향상되어 고무 침투성을 저하시킴이 없이 보형성이 개선되어 취급 작업성이 우수하며, 스틸 코드의 편평화에 따라 타이어 벨트층의 면내 방향에 대한 굴곡 강도가 강해지고, 반면에 면외 방향에는 얇아서 부드러운 물리적 성능을 부여해주기 때문에 코너링 시 노면과 접지하는 면적을 증가시켜 안전한 조종성이 확보되며, 노면으로부터 전달되는 충격을 완화시켜 우수한 승차감을 발휘할 수 있는 이점이 있다.

Description

높은 파단 신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드{Steel cord with high fracture elongation}

본 발명은 고무 보강재용으로 사용되는 파탄신율이 우수한 스틸 코드에 관한 것으로, 더 자세하게는 스틸 코드의 단층연 구조를 개방화 한 후, 이를 냉간 압연 가공하여 스틸 코드를 편평화 함으로써 구조적으로 안정하면서도 파단 신율이 우수한 높은 파단 신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무제품의 보강용으로 널리 사용되고 있는 스틸 코드는 여러 가닥의 강 소선들이 연선 결합되어 일정한 꼬임 피치를 갖는 꼬임 구조로 이루어지고, 스틸 코드를 구성하는 각 소선들은 통상 원형의 단면을 갖는다.

상기 스틸 코드의 가장 중요한 적용 대상인 차량용 타이어는 도 1에 도시된 바와 같이, 방사선 모양의 카카스 코드(12)를 가지는 래디얼 카카스 부위(C)와 이 래디얼 카카스의 반경 방향 외측에 배열하는 트레드 부위(T)를 보강하는 벨트층으로 구성되어 있다.

이 벨트 및 카카스 층 부위에 0.15~0.40mm의 대략 원형의 단면을 갖는 극세 강 소선 2~40 본 정도를 연선 결합시켜 구성된 트레드용 스틸 코드(1)와 카카스용 스틸 코드(12)가 타이어 고무 속에 매설되고, 차량의 휠 림부에 접촉하게 되는 비드부(B)의 저면에는 비드 와이어(11)가 고무 보강용으로 작용하고 있다.

상기의 고무 고강용 스틸 코드는 연선 구조 형태의 특성에 의하여 스틸 코드를 구성하는 소선들 사이의 내부에 미세한 공극이 형성되어 존재하게 되고, 인접한 소선들 간에는 상호 접촉된 상태로 되어 결합되어 있다.

특히, 타이어 트레드부에 매입되는 스틸 코드의 내부에 존재하는 공극은 일종의 모세관 역할을 하게 됨으로써, 타이어 주행시 고무 내부로 침투된 수분의 통로가 되어 스틸 코드를 구성하는 강 소선들의 부식을 촉진하고, 결국 타이어용 고무와 스틸 코드 사이의 급격한 접착층 열화를 일으켜 벨트층과 스틸 코드를 분리시키게 되는 치명적인 원인이 되며, 상기의 공극이 종래 스틸 코드 연선 구조의 가장 취약점이기도 하다.

더욱이, 최근에는 고속 주행이 가능한 고성능의 차량이 증가하고 있기 때문에 보다 더 높은 수준의 타이어 내구성이 강력히 요구되고 있는 바, 내구성은 물론 차량의 저연비화에 따른 경량화에도 부응할 수 있는 신구조의 스틸 코드 개발이 더욱 절실한 실정이다.

그리고, 차량의 주행시 자갈 또는 차도와 보도 사이의 경계석 등과 같은 외부 주행 조건에 의하여 타이어의 트레드부에 강한 충격이 가해지는 경우에 발생될 수 있는 스틸 코드의 절단을 방지하기 위하여 타이어 트레드부의 벨트층에 사용되는 스틸 코드로는, 외부로부터 전달되는 심한 충격 에너지의 완충에 효과적인 고신율 스틸 코드를 사용하는 것이 일반적이다.

상기의 고신율 스틸 코드로는, 도 2의 (가)와 (나)에 도시된 바와 같이 3 ×7 구조(21)또는 4 ×4 구조(22) 등과 같이 꼬임 피치를 상대적으로 짧게 하고 스트랜드의 연방향과 스틸 코드 전체의 연방향이 동일한 랑스(Lang's)연 구조를 적용하여 높은 파단 신율을 얻는 스틸 코드를 주로 사용하였다.

그러나, 상기 랑스연 구조의 스틸 코드는 연피치가 일반 스틸 코드에 비하여 매우 짧고, 또 2공정으로 제조되기 때문에 생산성이 낮을 뿐 아니라 생산 원가가 상승되는 문제가 있기 때문에, 최근에는 1 ×5, 1 ×4 구조 등과 같은 단층연 구조의 스틸 코드의 사용이 증가되고 있는 추세이다.

특히, 타이어 보강재로써 많이 사용되고 있는 도 3에 도시된 1 ×5 구조의 스틸 코드(3)를 타이어 고무속에 매설하여 가류 접착시키면, 상기 스틸 코드(3)의 중심에 형성된 공간(V)에 고무가 충진되지 않아 공기가 잔존하게 되며, 이 잔존 공기는 고무의 열화를 촉진시켜 스틸 코드와 고무 사이 접착 계면층의 분리를 초래하게 된다.

더욱이, 노면의 돌, 못 등에 의해 타이어 트레드 부위가 손상되면 그 부위를 통하여 수분이 침입하여 스틸 코드 중심 공간에 도달하게 됨으로써 스틸 코드의 길이 방향을 따라 스틸 코드의 발청이 급속히 진행된다.

따라서, 상기 스틸 코드의 구조가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 스틸 코드(4)를 구성하는 인접 소선들(4A) 사이에 일정한 간격(G), 즉 틈새를 형성시킨 소위 개방형 구조가 제안되었으며, 이러한 개방형 구조의 경우에는 고무가 스틸 코드 내부까지 침입하기가 쉬어 고무와 스틸 코드의 결합력이 향상된다.

그러나, 상기와 같은 개방형 구조는 스틸 코드를 구성하는 모든 소선들이 길이 방향으로 거의 유사한 100% 이상의 형부율을 갖게 되어 소선들 사이의 틈새가정도 이상으로 커지게 되고, 저하중 신율로 인하여 연선 구조의 안정성이 매우 부족하게 되며, 스틸 코드의 길이 방향으로 인장 하중을 받게 되면 쉽게 늘어나 타이어 성형 공정에서의 취급성이 떨어질 뿐 아니라, 고무와의 가류 접착시 외압이 가해지면 개방 구조가 쉽게 닫혀져 폐쇄형 구조로 변형되기 쉬운, 보형성이 떨어지는 문제가 있다.

그리고, 밀폐형 구조에 비하여 개방형 구조는 소선들의 형부율 증가로 스틸 코드 직경이 증가되어 타이어의 경량화에 역행되는 문제가 있으며, 단층연 구조의 경우에는 개방형 구조의 스틸 코드 역시 그 파단 신율이 5% 이상 되도록 제조하기가 어렵다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 파단 신율이 부족한 종래 스틸 코드의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스틸 코드의 구조를 개방화 구조로 하여 고무의 침투성을 높이는 동시에 스틸 코드 내부에 존재하는 3차원 형상 공극을 압착시켜 2차원 형상에 가깝게 함으로써, 개방형 구조의 문제점인 낮은 보형성을 향상시키는 동시에 스틸 코드의 폭방향 연신성을 길이 방향 연신성의 증가에 기여하도록 하여 타이어 폭방향 보다는 트레드부에 수직한 방향과 접선 방향으로의 충격 흡수성을 증가시킬 수 있는 파단신율이 우수한 스틸 코드를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 타이어의 부분 절개 사시도.

도 2는 종래 스틸 코드의 단면을 보인 것으로,

(가)는 3 ×7구조의 단면도이고,

(나)는 4 ×4구조의 단면도이다.

도 3은 폐쇄형 1 ×5 구조 스틸 코드의 단면도.

도 4는 개방형 1 ×5 구조 스틸 코드의 단면도.

도 5는 본 발명 스틸 코드의 단면도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

1. 스틸 코드 3. 폐쇄형 스틸 코드

4. 개방형 스틸 코드 5. 개방형 편평 스틸 코드

11. 비드 와이어 12. 카카스 코드

21. 3 ×7 스틸 코드 22. 4 ×4 스틸 코드

본 발명의 상기 목적은, 형부율이 원형 단면의 소선들로 구성되는 개방형 구조의 스틸 코드를 냉간 압연 가공하여 편평 형상의 스틸 코드로 변형시킴으로써 달성된다.

상기 냉간 압연전의 스틸 코드는 소선들의 중심부 공간을 개방하기 형부율 100% 이상의 소선들로 구성되며, 상기 3차원적인 스틸 코드의 내부 공간이 냉간 압연에 의하여 2차원에 가깝게 변형됨으로써 길이 방향으로의 연신성이 향상되는 동시에 폭 방향으로의 굴곡 저항성이 증가하게 된다.

즉, 타이어 트레드부의 벨트층에 사용되는 스틸 코드는, 타이어의 외주면에 수직한 방향인 직경 방향과 원주 방향에 대한 변형력에 대하여는 흡수 능력이 있어야 하며, 타이어의 회전축 방향으로 상기 타이어 트레드부에 작용하는 변형력에 대하여는 적절한 변형 저항력을 가져야 한다.

따라서, 원형 단면 형상인 3차원적인 소선들의 꼬임 구조가 2차원에 가까운 지그재그형 편평 구조로 변형됨으로써, 스틸 코드의 폭 방향으로 부여되는 하중에 대한 연신성은 감소하게 되나 폭 방향의 굴곡 저항성이 증가하는 동시에, 길이 방향으로 부여되는 하중에 대한 연신성이 향상되고, 이는 곧 노면에 의한 타이어 트레드부의 충격 흡수능과 트레드부 측면부의 변형 저항성이 커짐을 뜻한다.

본 발명의 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드는, 1 ×n(n : 소선 가닥수) 구조의 개방형 단층연 스틸 코드를 냉간 압연 가공하여 스틸 코드의 절단면 형상이 편평한 상태로 변화시킨 스틸 코드로서, 폭방향 절단면에서 단경 방향으로 인접한 소선 사이의 틈새들 중 적어도 하나는 그 간격이 0.02mm 이상이며, 파단 연신율이 5% 이상임을 특징으로 한다.

그리고, 상기 본 발명 스틸 코드를 구성하는 소선의 가닥수는 3∼6가닥이 바람직하며, 폭방향 단면에 대한 편평비 즉, 단경에 대한 장경의 비는 1.10~2.0 범위이고, 스틸 코드를 구성하는 소선경은 0.15~0.4mm 범위, 스틸 코드의 꼬임 피치는 소선경의 10~40 배, 나선형 연방향은 에스(S)연 내지는 제트(Z)연 이다.

냉간 압연된 본 발명의 스틸 코드의 폭방향 단면 형상을 살펴보면, 장경 방향의 모서리 부위는 냉간 압연 가공에 의해 스틸 코드의 구조적 특성에 따라 여러 형태로 변형될 수 있으나, 1 ×5 구조의 경우는 일반적으로 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명 개방형 편평 스틸 코드(5)의 장경 방향 양측 모서리 중 일측 부분에 위치하게 되는 소선(5A)은 압연 가공이 거의 이루어지지 않은 상태가 되어 그 소선(5A)의 절단면은 원형의 형상을 하게 되는 특징이 있다.

상기에서, 본 발명의 스틸 코드를 구성하는 소선의 가닥수가 3개 미만일 경우에는 스틸 코드의 인장 강도가 부족하게 될 수 있으며, 6가닥을 초과하게 되면 소선수 증가에 의한 인장 강도의 증가치가 감소하고 스틸 코드 내부로의 고무 침투성이 떨어지는 경향이 있기 때문에 소선은 3∼6가닥을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 소선의 직경을 0.15~0.4mm 로 제한한 이유는, 선경이 0.15mm 미만일 경우 보강재로써의 충분한 인장강도를 만족시킬 수 없으며, 0.4mm를 초과하게 되면 타이어 벨트층의 고무 두께가 증가하게 되어 타이어의 경량화에 역행하게될 뿐 아니라, 내피로 특성의 저하는 물론 주행시 승차감이 떨어지게 되기 때문이다.

또한, 냉간 압연 가공에 의해 편평화 된 스틸 코드의 편평비가 1.10 미만일 경우에는 스틸 코드의 편평화에 의한 효과인 구조적 안정성 및 파단 신율을 증가를 기대할 수 없고, 2.0을 초과할 경우에는 과다한 압연 가공에 의해 초래되는 과도한 소성변형으로 소선들의 내부 균열이 초래되는 동시에 인장 강도가 저하되며, 스틸 코드 연 피치가 소선경의 10배 미만이면 생산성 저하가 현저하게 되고, 40배를 초과하게 되면 파단 신율에 대한 구조적 증가 효과를 기대할 수 없다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 다음의 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.

본 발명 편평 나선형의 스틸 코드와 종래의 스틸 코드를 비교 평가하기 위하여 선경 5.5mm, 0.72wt% 탄소의 고 탄소강 선재를 사용하여 산세, 건식 신선, 열처리, 황동 도금 공정을 순차적으로 거친 후, 세물 습식 신선 공정에서 신선하여 얻어진 선경 0.38mm의 강 소선 5가닥을 연선하여 1 ×5의 단층연 구조 스틸 코드를 제조하였으며, 이때 스틸 코드의 연 피치는 6.5mm이며, 연 방향은 S 연이다.

상기 스틸 코드를 다양한 형태의 비교예 및 실시예 스틸 코드 시편으로 제작한 후, 각 스틸 코드의 특성시험을 실시하였으며, 그 결과는 다음의 표 1과 같다.

구 분	비교예1	비교예2	실시예1	실시예2
구 조	1 ×5	1 ×5	1 ×5	1 ×5
	밀폐형	개방형	편평형	편평형
피치(mm)	6.5	6.5	6.5	6.5
스틸 코드경(mm)	장경	1.053	1.075	1.150	1.350
	단경	1.053	1.075	0.943	0.768
소 선 경(mm)	0.35	0.35	0.35	0.35
편 평 비	1	1	1.22	1.76
고무침투성	0	100	95	100
초기고무접착성(%)	100	116	118	114
단위중량(g/m)	4.56	4.58	4.58	4.58
파단신율 (%)	4.55	4.85	5.15	6.05
절 단 력(kgf)	125	124	125	123
취 급 성	0	×	0	0
시효접착성(%)	100	150	145	155

* 상기 표에서 고무 침투성, 초기 고무 접착성, 취급 작업성 및

시효 접착성은 비교예1에 대한 상대 평가치이다.

* 고무 침투성은, 고무 속에 스틸 코드를 매설하여 가류한 후,

코드 중앙 공간부에 스틸 코드 길이 방향으로 고무가 충진된 정도를

길이로 환산하여 비교 평가했으며, 100%는 스틸 코드 중앙 공간부에

고무가 100% 충진되었음을 뜻한다.

* 초기 고무 접착성과 시효 접착성은 ASTM 2229에 의거하여 실시하였다.

* 취급 작업성은 타이어 성형 공정 상에서 스틸 코드를 취급할 때의

용이성에 대한 평가로서 스틸 코드의 구조적 꼬임 안정성과 관계가

있으며, 비교예1과 대비하여 0(양호), △(보통), ×(불량)으로 판정.

본 발명 스틸 코드의 실시예1과 2는, 종래의 스틸 코드 비교예1에 비해서 고무 접착성 측면, 특히 시효 접착성에서 매우 유리한 바, 이는 소선간에 형성된 틈새를 통하여 고무가 스틸 코드 내부로 침투될 수 있는 개방형 연선 구조의 특징에 기인하는 것으로, 스틸 코드의 중앙 공간부가 개방됨으로 인하여 발청을 확산시키는 통로가 고무의 충진에 의하여 제거되기 때문이다.

비교예2는 실시예와 같은 개방형 구조의 특성상 고무 침투성 측면에서는 우수하나 저하중 신율이 커져서 취급 작업성에서 불리함을 알 수 있다. 즉, 보형성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 실시예2는 비교예2에 비하여 코드경 단경의 대략 70% 수준으로, 스틸 코드의 단경이 타이어 트레드부 벨트층 고무의 두께 방향으로 배열되도록 함으로써 고무 벨트층의 두께를 얇게 하는 것이 가능하여 타이어의 경량화 및 고무 사용량의 절감을 통한 타이어 제조 원가 절담을 꾀할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드는, 냉간 압연 가공에 의하여 스틸 코드 연선 구조의 안정성이 향상되어 고무 침투성을 저하시킴이 없이 보형성이 개선되어 취급 작업성이 우수하다.

그리고, 스틸 코드의 편평화에 따라 타이어 벨트층의 면내 방향에 대한 굴곡 강도가 강해지고, 반면에 면외 방향에는 얇아서 부드러운 물리적 성능을 부여해주기 때문에 코너링 시 노면과 접지하는 면적을 증가시켜 안전한 조종성이 확보되며, 노면으로부터 전달되는 충격을 완화시켜 우수한 승차감을 발휘할 수 있다.

또한, 스틸 코드의 편평화에 의하여 타이어의 벨트층 두께 감소가 가능하여 타이어의 경량화에 유리할 뿐 아니라, 타이어의 제조 원가 절감도 기대된다.

Claims (4)

1. 고무 보강재용 스틸 코드로서, 1 ×n(n : 소선 가닥수) 구조의 개방형 단층연 스틸 코드의 냉간 압연 가공에 의해 편평비가 1.10~2.0 인 편평코드이며, 파단 신율이 5% 이상 임을 특징으로 하는 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스틸 코드를 구성하는 소선의 수는 3∼6가닥이며, 각 소선의 직경은 0.15~0.4mm 임을 특징으로 하는 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드.
3. 제 1항에 있어서, 상기 스틸 코드의 꼬임 피치는 소선경의 10~40 배이며,스틸 코드의 나선형 연 방향은 에스(S)연 내지는 제트(Z)연 임을 특징으로 하는 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드.
4. 제 1항에 있어서, 상기 스틸 코드의 폭방향 절단면에서 단경 방향으로 인접한 소선 사이의 틈새들 중 적어도 하나는 그 간격이 0.02mm 이상 임을 특징으로 하는 높은 파단신율을 갖는 고무 보강재용 스틸 코드.