KR20030041072A - 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평행하게 배열된 꼬임이 없는 2개의 코어 필라멘트와 상기 코어 필라멘트를 감싸면서 꼬여진 5개의 시스 필라멘트로 구성된, 2+5 구조의 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드에 관한 것이며, 본 발명의 스틸 코드는 고무 침투성이 매우 우수하고 타원형 단면을 가지므로, 래디얼 타이어에 적용시 내구성 및 코너링 특성이 향상된 경량 타이어를 제공하는 것이 가능하다.

Description

공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드{Steel cord for use in pneumatic radial tire}

본 발명은 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2+5 구조의 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드로서, 평행하게 배열된 꼬임이 없는 2개의 코어 필라멘트와 상기 코어 필라멘트를 감싸면서 꼬여진 5개의 시스 필라멘트로 구성된 스틸 코드에 관한 것이다.

소형 트럭 또는 버스용 공기입 래디얼 타이어의 벨트 층에 사용되는 스틸 코드로서, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 필라멘트가 연합된 코어 주위에 코어 필라멘트보다 지름이 굵은 6개의 필라멘트로 구성된 시스(sheath) 층이 배치된 1×3+6 구조의 스틸 코드가 일반적으로 사용되어 왔다. 한편 근래에는, 스틸 코드 제조시 연선 공정에서 코어 필라멘트와 시스 필라멘트를 동일 방향, 동일 피치로 연선함으로써 1 단계 공정으로 스틸 코드를 제조하는 것이 가능하여 제조 비용 측면에서 유리하다는 이유로, 도 2에 도시된 바와 같은 1×12 구조로 표기되는 컴팩트(compact)한 속연 구조의 스틸 코드가 사용되기 시작하였다.

그러나, 상기 1×3+6 구조의 스틸 코드는 코어의 3개 필라멘트들이 서로 컴팩트하게 접촉하고 있기 때문에 중심에 폐쇄 공간이 형성되는 것을 피할 수 없고, 그 결과 완제품 타이어 상에서 벨트 고무가 코어의 중심까지 충분히 침투하는 것이 불가능하다. 따라서, 타이어 제조 공정 중에 타이어 내에 함유된 수분, 또는 주행중에 입는 외상 등에 의한 균열을 통해 외부로부터 침투한 수분에 의해 스틸 코드의 금속 표면에서 부식이 발생하게 되고, 이러한 부식으로 인한 스틸 코드 자체의 물성 저하에 기인한 벨트 층 파괴, 및 부식으로 인한 벨트 층 내의 고무와 스틸 코드의 접착성 저하에 기인한 벨트 층의 분리(seperation)가 발생하게 된다. 또한, 상기 1×12 구조에서와 같이 코어와 시스의 필라멘트들의 꼬임방향 및 꼬임길이가 동일한 속연 구조에 있어서도, 각 필라멘트가 최밀 충전으로 배열되어 있기 때문에 완제품 타이어 상에서 벨트 고무가 코어의 중심까지 충분히 침투하는 것이불가능하여, 상기 1×3+6 구조에서와 마찬가지로 벨트 층 파괴 및 벨트 층의 분리 현상이 발생하게 된다. 더우기, 1×12 구조의 경우, 코어에 대한 시스 필라멘트의 구속력이 약해 타이어가 주행 중에 받는 반복적인 압축이나 휨에 의하여 코어 필라멘트가 코드의 절단 부위 사이로 이탈하는 이른바 코어 이동(core migration) 현상이 발생하기 쉽다.

최근, 고무 침투성 개선 및 코어 이동 현상 방지를 위해서, 코어 또는 시스 필라멘트 중 최소 1개 이상의 필라멘트에 파상이나 나선상의 형부를 가하여 필라멘트 사이에 고무 침투가 용이하도록 공간을 형성시키는 기술이 제안된 바 있다. 하지만, 이러한 기술은 필라멘트에 미리 파상이나 나선상의 형부를 가하는 별도의 공정을 요구할 뿐만 아니라, 코드 지름의 증가를 수반하여 압연시 고무 두께를 증가시켜야 하기 때문에 타이어의 경량화 측면에서 불리하다. 또한, 파상이나 나선상의 형부가 가해진 코드의 경우, 저하중 신율이 커서 압연시의 코드 텐션(tension)에 의해서도 쉽게 변형이 되어 압연물의 평탄성이 저조하게 되고, 따라서 평탄성을 확보하기 위해서 정밀한 코드 텐션 관리가 이루어져야 하는 단점이 있다.

나아가, 상술한 종래의 각 스틸 코드는 단면형이 진원형에 가깝기 때문에 벨트 층의 고무 두께를 얇게 할 수 없고, 따라서 타이어 경량화에 다소 어려움이 있다. 또한, 상기의 각 스틸 코드를 적용한 타이어에서는 벨트 폭 방향으로의 횡강성이 충분히 발휘되지 않아서, 타이어의 코너링(cornering) 등에서의 조종 안정성을 개선하는데 한계가 있다.

이에 대한 대안으로, 코어까지의 고무 침투성 개선을 위해서 시스 필라멘트의 수를 줄이고 연선 공정의 단축을 통해 제조원가를 절감하고자 하는 목적으로, 도 3에 도시된 바와 같은 2+5(또는 2/5) 구조가 최근 제안되었다(참조: 대한민국 특허공개 제 2000-19281호). 그러나, 상기 2+5 구조의 경우 코어와 시스 필라멘트들이 1 단계 공정으로 연선되기 때문에, 2+5 형태보다는 오히려 구조적으로 더 안정한, 도 4에 도시된 바와 같은 1+6 형태로 연선되기 쉽다. 따라서, 2개의 코어 필라멘트들 중에서 1개 필라멘트에는 고무 침투가 어렵게 되고, 그 결과 코어 이동 현상이 발생하게 된다.

이러한 2+5 형태에서 1+6 형태로의 구조적 변이를 방지하기 위해서, 연선 후 코드에 압착을 가해 코드의 단면을 타원형으로 제조하는 방법이 제안되었다. 이러한 방식으로 제조된 타원형 단면을 갖는 2+5 구조의 스틸 코드의 경우, 코어의 2개 필라멘트까지의 고무 침투가 용이하고, 나아가 단면이 타원형인 코드를 타이어 내 벨트 층에 도입함으로써 벨트 고무 층의 두께가 감소되어 타이어의 경량화 효과를 얻을 수 있고, 따라서 회전 저항을 줄일 수 있는 타이어의 제공을 가능하게 하였다.

하지만, 타원형 단면을 형성하기 위해서 가해진 압착에 의해서 코어 필라멘트 간에 또는 코어와 시스 필라멘트 간에 마멸(fretting)이 발생하여 필라멘트 표면에 결함이 생기게 되고, 이로 인한 코드의 내구성, 즉 내피로성의 저하가 초래된다. 또한, 코어의 단면은 한 피치의 꼬임길이 내에서 360°회전하므로, 압착에 의해 코어의 단면을 세로축 방향으로 일정한 타원형으로 제조하는 것은 사실상 불가능하다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 압축 공정을 거치지 않고, 타원형 단면을 가지며 고무침투성이 우수하여 필라멘트 마멸과 코어 이동 현상 방지 및 타이어 경량화를 가능케 하는 2+5 구조의 스틸 코드를 제공함을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 평행하게 배열된 꼬임이 없는 2개의 코어 필라멘트와 상기 코어 필라멘트를 감싸면서 꼬여진 5개의 시스 필라멘트로 구성된, 2+5 구조의 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드에 관한 것이다.

도 1은 종래의 1×3(0.20)+6(0.35) 구조의 스틸 코드의 횡단면도;

도 2는 종래의 1×12(0.25) 구조의 스틸 코드의 횡단면도;

도 3은 종래의 2(0.20)+5(0.35) 구조의 스틸 코드의 일부분해 사시도;

도 4는 1+6 구조로 변이된 종래의 2(0.20)+5(0.35) 구조의 스틸 코드의 횡단면도;

도 5는 본 발명의 2(0.20)+5(0.35) 구조의 스틸 코드의 일부분해 사시도; 및

도 6은 본 발명의 2(0.20)+5(0.35) 구조의 스틸 코드의 횡단면도이다.

본 발명에서는 모든 필라멘트의 꼬임방향 및 꼬임길이가 동일한 종래의 2+5 구조의 스틸 코드가 연선 공정에서 쉽게 1+6 구조로 변형되는 단점을 보완하기 위해서, 2개의 코어 필라멘트는 직선으로 평행하게 배열하여 연선시키지 않고, 5개의 시스 필라멘트만을 상기 평행하게 배열된 2개의 코어 필라멘트 외측으로 연선시켰다. 본 발명에 의한 스틸 코드는 코어 필라멘트의 꼬임이 없기 때문에 구조적 변이가 발생하지 않고, 코드의 단면이 축방향으로 일정한 타원형 형상을 갖게 된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 사용된 필라멘트는 탄소 함량이 0.70~0.96 중량%인 탄소강을 재질로 하는 강선 표면에 고무와의 접착력 향상을 위해 0.3~0.5 ㎛ 두께의 황동층이 도금된 것으로, 260 ㎏/㎟ 내지 385 ㎏/㎟의 인장강도를 갖는다.

일반적으로, 2+5 구조의 스틸 코드에 있어서, 코어 필라멘트는 시스 필라멘트보다 더 작은 지름을 갖는다. 본 발명에 따르면, 바람직하게, 코어 필라멘트의 지름(Dc)은 0.18~0.30 ㎜이고, 시스 필라멘트의 지름(Ds)은 0.22~0.40 ㎜이며, Dc와 Ds의 비율은 0.50≤Dc/Ds≤0.85를 만족한다. 또한, 시스 필라멘트의 꼬임길이(Ls)는 10.0≤Ls≤20.0 ㎜인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스틸 코드의 사시도와 횡단면도를 각각 도 5 및 도 6에 도시하였다. 도 5 및 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 스틸 코드는 시스 필라멘트들 사이에 안정적으로 공간이 형성되어 있고, 따라서 코어 필라멘트까지 고무가 충분히 침투하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 스틸 코드는 단면 형상이 타원형이므로 이방성 특성을 갖게 되어, 타이어에 적용시 벨트 폭 방향으로의 횡 강성이 증대된다. 아울러, 2개의 코어 필라멘트를 평행하게 배열하고, 나머지 5개의 시스 필라멘트를 상기 코어 필라멘트를 감싸면서 연선하므로, 1 단계 공정으로 코드 제조가 가능하여 제조단가를 절감할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 및 비교예

본 발명의 2+5 구조의 스틸 코드와 종래의 1×3+6 구조 및 1×12 구조의 스틸 코드의 제반 물성을 하기 표 1에 비교하여 나타내었다.

		실시예	비교예 1	비교예 2
규격	구조	2(0.20)+5(0.35)	1×3(0.20)+6(0.35)	1×12(0.25)
	꼬임길이(코어/시스)(단위: ㎜)	-/18.0	10.0/18.0	18.0
	꼬임방향(코어/시스)	-/S	S/Z	S
	Dc/Ds	0.57	0.57	1.00
	코드경(장경/단경)(단위: ㎜)	1.13/0.93	1.13/1.13	1.02/1.02
물성	강성비(장경/단경)	110	100	100
	고무침투성(단위: %)	100	70	60
	고무 접착력유지율(단위: %)	내수노화	95	85	70
	염수노화(%)	내염수노화	90	75	40

[물성평가방법]

1) 강성(stiffness)비(장경/단경): 타버(Taber) 강성 테스터를 이용하여 15°휨에 대한 강성을 장경과 단경 방향 각각에 대해 측정한 후, 그 비를 구하였다.

2) 고무접착력 유지율: 노화 시험 전의 접착력 대비 수분(70℃ 탈이온수×3주) 및 염수(20% NaCl 수용액×3주) 조건에서 각각 노화된 후의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 ASTM D2229-99에 의거 측정하였다.

3) 고무침투성: 상술한 바와 같이 고무접착력을 측정한 후, 스틸코드를 해체하여 고무가 코어 필라멘트를 덮고 있는 비율로 나타내었다.

상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 스틸 코드는 종래의 스틸 코드에 비해 단경이 작고, 고무 침투성의 증가로 인해 내수 및 내염수 노화시험에서 높은 고무 접착력 유지율을 시현하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 스틸 코드는 고무 침투성이 양호하여 수분 침투에 기인한 필라멘트의 부식과 그에 따른 벨트 층의 분리 및 코어 이동에 의한 마멸 현상에 대한 저항성이 우수하므로, 내구성이 양호한 타이어를 제공하는 것을 가능케 한다. 또한, 코드 단면이 타원형이어서 타이어 벨트 층의 박층화를 실현할 수 있어 타이어의 경량화를 도모하는 것이 가능하고, 타이어 상에서 벨트 폭 방향으로의 횡 강성을 향상시켜 코너링 특성이 우수한 타이어를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (3)

1. 2개의 코어 필라멘트와 5개의 시스 필라멘트로 구성된 2+5 구조의 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드에 있어서, 상기 2개의 코어 필라멘트가 꼬임이 없이 서로 평행하게 배열되고 상기 5개의 시스 필라멘트가 상기 코어 필라멘트를 감싸는 구조로 된 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 코어 필라멘트의 지름(Dc)이 0.18~0.30 ㎜이고, 시스 필라멘트의 지름(Ds)이 0.22~0.40 ㎜이며, Dc와 Ds의 비율이 0.50≤Dc/Ds≤0.85인 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드.
3. 제 2항에 있어서, 상기 시스 필라멘트의 꼬임길이(Ls)가 10.0≤Ls≤20.0 ㎜인 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어용 스틸 코드.