KR20060131792A

KR20060131792A - 타이어 카아커스 보강용 3층 금속 코드

Info

Publication number: KR20060131792A
Application number: KR1020067012719A
Authority: KR
Inventors: 앙리 바르게; 알랭 도밍고; 아르노 르토까르; 티보 포티에르
Original assignee: 소시에떼 드 테크놀로지 미쉐린; 미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-12-20
Also published as: DE602004009102D1; FR2864556B1; US20120279629A1; JP5485189B2; US8650850B2; US20120298281A1; KR101152692B1; WO2005071157A1; CN1898435B; CN1898435A; FR2864556A1; CA2548969A1; EP1699973A1; EP1699973B1; RU2358052C2; CA2548969C; US20100288412A1; US20060237110A1; JP4707675B2; US8245490B2

Abstract

본 발명은 직경이 d₁인 L(1 내지 4)개의 와이어의 내층(C1)과, 이를 둘러싸고 있는, p₂의 피치로 나선형으로 함께 감겨진 직경 d₂의 M(3 내지 12)개의 와이어들의 중간층(C2)과, 이 중간층(C2)를 둘러싸고 있는, p₃의 피치로 나선형으로 함께 감겨진 직경 d₃의 N(8 내지 20)개의 와이어들의 외층(C3)를 포함하는 L+M+N 구조의 3층 금속 케이블로서, 하나 이상의 디엔 탄성중합체를 기본으로 하는 가교결합성 또는 가교결합된 고무 조성물로 만들어진 쉬이드(sheath)가 적어도 중간층(C2)을 덮고 있음을 특징으로 하는 L+M+N 구조의 3층 금속 케이블에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이러한 다층 케이블로 보강된 플라스틱 재료 및/또는 고무로 이루어진 제품 또는 반가공품, 특히 산업 차량용 타이어, 더욱 구체적으로는 중차량 타이어 및 그의 카아커스 보강용 플라이(ply)에 관한 것이다.

와이어, 디엔 탄성중합체, 가교결합된 고무 조성물, 쉬이드, 금속 케이블, 보강 충전제, 카아커스 보강용 플라이.

Description

타이어 카아커스 보강용 3층 금속 코드{Three-layer metal cord for tyre carcass reinforcement}

본 발명은 고무 및/또는 플라스틱 재료로 만들어진 제품의 보강재로서 유용한 3층의 금속 케이블에 관한 것이다.

본 발명은 구체적으로 타이어, 특히 중차량과 같은 산업 차량의 타이어의 카아커스의 보강재에 관한 것이다.

일반적으로, 타이어용 탄소강 케이블("탄소강 코드")은 탄소 함량이 약 0.1 내지 1.2%(탄소강의 중량%)인 퍼리틱(perlitic)(또는 페로-퍼리틱(ferro-perlitic)) 탄소강의 와이어(여기서, 와이어의 직경은 보통 0.10 내지 0.40㎜이다)로 만들어진다. 이러한 와이어는 일반적으로 2,000MPa, 바람직하게는 2,500MPa을 초과하는 매우 높은 인장 강도를 필요로 하는데, 이는 와이어를 가공 경화하는 동안에 일어나는 구조적 경화로부터 수득된다. 이어서 와이어를 케이블 또는 스트랜드(strand) 형태로 조립하며, 이 때 탄소강은 다양한 케이블링 공정을 견디기 위한 충분한 비틀림 연성을 가져야 한다.

중차량 타이어의 보강, 특히 카아커스 보강을 위하여 현재는 중심 층과 이 중심 층 둘레에 실질적으로 동심형으로 배열된 하나 이상의 와이어 층으로 구성된 이른바 "층상" 탄소강 케이블("층상 코드") 또는 "다층" 탄소강 케이블을 가장 빈번하게 사용하고 있다. 와이어 사이의 큰 접촉 길이가 장점인 이러한 층상 케이블은 "연선"("스트랜드 코드") 형태가 유리한데, 연선은 첫째 높은 압축성을 갖고 둘째 부식에 의한 마모에 대해 덜 민감하기 때문이다. 층상 케이블 중에서는 알려진 바와 같이 압축 구조의 케이블과 관형 또는 원통형 층을 갖는 케이블로 구별된다.

중차량 타이어의 카아커스에서 가장 흔하게 발견되는 층상 케이블은 L+M 또는 L+M+N 형태의 케이블로, 후자는 일반적으로 최대형 타이어에 사용된다. 이러한 케이블은 알려진 바와 같이 L개의 와이어의 내층과, 이를 둘러싸고 있는 M개의 와이어의 층과, 이를 둘러싸고 있는 N개의 와이어의 외층으로 구성되고(일반적으로 L은 1 내지 4이고, M은 3 내지 12이며, N은 8 내지 20이다), 이 조립체는 최종층 주위를 나선형으로 둘러싸고 있는 외부의 래핑(wrapping) 와이어로 감싸질 수 있다.

타이어 카아커스를 위한 보강재로서의 기능을 만족시키기 위하여, 층상 케이블은 우선 양호한 유연성과 높은 굴곡 내구성을 가져야 하는데, 이것은 구체적으로 와이어가 바람직하게는 0.28㎜ 미만, 더욱 바람직하게는 0.25㎜ 미만의 비교적 작은 직경을 가져야 하고, 일반적으로 타이어의 크라운(crown) 보강재를 위한 통상의 케이블에 사용되는 와이어보다 더 작아야 함을 의미한다.

또한 이러한 층상 케이블은 타이어의 운행 중에 큰 응력, 구체적으로는 반복적인 굴곡 변형 또는 변동이 가해지게 되는데, 이는 와이어 수준에서 마찰을 일으키고 특히 인접한 층들 사이의 접촉을 일으켜서 마모 및 피로 현상을 초래하기 때문에 이러한 케이블은 이른바 "피로-마손" 현상에 대해 높은 내성을 가져야 한다.

마지막으로, 이들은 가능한 한 다량의 고무로 함침되고 이러한 재료가 케이블을 형성하는 와이어 사이의 모든 공간 안에 침투되는 것이 중요한데, 이러한 침투가 불충분한 경우 케이블을 따라 빈 채널이 형성되고 예컨대 타이어가 절단되어 내부에 침투된 물과 같은 부식제가 이러한 채널을 따라 타이어의 카아커스 안으로 이동할 수 있기 때문이다. 이러한 습기의 존재는 건조한 환경에서 사용되는 경우에 비해 부식을 일으키고 상기 분해 과정(이른바 "피로-부식" 현상)을 가속화시키는 중대한 요인이 된다.

일반적으로 "피로-마손-부식"으로 총괄되는 이러한 모든 피로 현상들은 케이블의 기계적 특성을 점진적으로 퇴화시키는 원인이며, 매우 혹독한 주행 조건하에서 이의 수명에 악영향을 미칠 수 있다.

알려진 바와 같이 반복적인 변형 응력이 특히 심각할 수 있는 중차량 타이어 카아커스 내의 층상 케이블의 내구성을 향상시키기 위하여, 특히 고무에 의한 침투력을 향상시킴으로써 부식 및 피로-부식의 위험을 제한하도록 케이블의 설계를 개선시키는 방법이 오래 전부터 제안되어 오고 있다.

일례로, 3+9+15의 구조, 즉 3개의 와이어의 내층과 이를 둘러싸고 있는 9개의 와이어의 중간층 및 15개의 와이어의 외층으로 구성되고 중심 또는 내층의 와이어의 직경이 외층의 와이어의 직경보다 크지 않은 층상 케이블이 제안되었다. 이러한 케이블은 내층의 3개의 와이어의 중앙에 채널 또는 모세관이 존재하기 때문에 고무가 고무에 의한 함침 후 빈 채로 남게 되어 물과 같은 부식성 매체의 전달을 용이하게 하는 코어로 침투될 수 없다.

문헌 RD(Research Disclosure) 제34370번에는 압축 타이어 또는 동심형 관상층을 갖는 타이어의 1+6+12 구조의 케이블, 즉 단일 와이어로 형성된 내층과 이를 둘러싸고 있는 6개의 와이어의 중간층, 그리고 이 중간층을 둘러싸고 있는 12개의 와이어의 외층으로 구성된 케이블이 설명되어 있다. 고무에 의한 침투력은 층 간에, 혹은 심지어 하나의 동일 층 내에서 서로 다른 직경의 와이어를 사용함으로써 향상될 수 있다. 적합한 직경의 와이어를 선택하고 특히 더 큰 직경을 갖는 중앙 와이어를 사용함으로써 침투력을 향상시킨 1+6+12 구조의 케이블은 예컨대 유럽 공개특허공보 제648 891호 또는 국제 공개공보 제WO 98/41682호에도 기재되어 있다.

이러한 통상의 케이블에 관하여, 케이블 내의 고무의 침투력을 한층 더 향상시키기 위해 2개 이상의 동심층에 의해 둘러싸인 중앙층을 갖는 다층 케이블, 예컨대 1+6+N, 특히 1+6+11 구조를 갖고 외층이 불포화(불완전)됨으로써 고무에 의한 더욱 큰 침투력을 보장하는 케이블이 제안되었다[참조: 유럽 공개특허공보 제719 889호 및 국제 공개공보 제WO 98/41682호]. 제안된 구조는 외층 및 자체적으로 생성된 래핑 층을 통해 고무가 더 잘 침투할 수 있기 때문에 래핑 와이어가 불필요할 수는 있으나, 경험적으로 이러한 케이블은 고무가 중앙에 적절하게 침투되지 못하거나 모든 경우에 있어서 최적으로 침투되지 못하고 있다.

또한, 고무에 의한 침투력 향상이 충분한 성능 수준을 보장하기에는 부족하다는 사실을 주목해야 한다. 타이어 카아커스의 보강에 사용시 케이블은 내식성을 가져야 할 뿐만 아니라 특히 강도, 내마손성, 높은 고무 점착성, 균일성, 유연성, 반복적 굴곡 또는 수축하의 내구성, 심한 굴곡하의 안정성 등 종종 상반되는 다수 의 조건들을 만족시켜야 한다.

따라서, 앞에서 설명한 모든 이유로 현재 여러 가지의 주어진 조건에 대한 다양한 개선책이 수행되고 있으나, 중차량 타이어의 카아커스 보강에 현재 사용되는 최상의 케이블은 압축 타이어 또는 원통형 층을 갖는 타이어의 매우 통상적인 구조를 갖는, 포화된(완전한) 외층을 가지며 본질적으로 상술한 바와 같은 3+9+15 또는 1+6+12 구조를 갖는 소수의 층상 케이블에 제한되어 있다.

이제, 본 출원인들은 연구 도중 놀랍게도 중차량 타이어 카아커스의 보강재로 알려진 최상의 층상 케이블의 전체적 성능이 더욱 향상된 신규한 층상 케이블을 발견하였다. 본 발명의 케이블은 특정한 구조로 인해 고무에 의한 침투력이 뛰어나서 부식의 문제가 제한될 뿐 아니라, 종래 기술의 케이블에 비해 현저하게 개선된 피로-마손 내구성을 갖는다. 따라서 중차량 타이어의 수명과 그의 카아커스 보강재의 수명이 크게 개선된다.

결과적으로, 본 발명의 제1 측면은 타이어 카아커스 보강재로서 유용한 L+M+N 구조, 즉 직경이 d₁인 L(1 내지 4)개의 와이어의 내층(C1)과, 이를 둘러싸고 있는, p₂의 피치로 나선형으로 함께 감겨진 직경 d₂의 M(3 내지 12)개의 와이어들의 1개 이상의 중간층(C2)과, 이 중간층(C2)를 둘러싸고 있는, p₃의 피치로 나선형으로 함께 감겨진 직경 d₃의 N(8 내지 20)개의 와이어들의 외층(C3)으로 구성되며, 1종 이상의 디엔 탄성중합체를 기본으로 하는 가교결합성 또는 가교결합된 고무 조성물로 만들어진 쉬이드(sheath)가 적어도 상기 C2 층을 덮고 있음이 특징인 3층의 케 이블이다.

또한, 본 발명은 플라스틱 재료 및/또는 고무로 이루어진 제품 또는 반가공품, 예컨대 플라이(ply), 튜브, 벨트, 컨베이어 벨트 및 타이어, 더욱 구체적으로는 보통 금속 카아커스 보강재를 사용하는 산업 차량용 타이어를 보강하기 위한 본 발명에 따른 케이블의 용도에 관한 것이다.

본 발명의 케이블은 특히 밴, "중차량" - 즉, 지하철 열차, 버스, 도로 운송 기기(화물 자동차, 트랙터, 트레일러), 도로 외주 차량 - 농업용 기계 또는 건축용 기계, 항공기 및 기타의 운송 또는 작업 차량으로부터 선택된 산업 차량의 타이어용 카아커스 보강재로서 사용되도록 고안된다.

그러나, 본 발명의 다른 특정한 양태에 따르면 본 발명의 케이블은 타이어의 다른 부분들, 구체적으로는 중차량 또는 건축용 차량의 타이어와 같은 산업용 타이어의 벨트 또는 크라운 보강재를 보강하는 데에도 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 케이블로 보강된 플라스틱 재료 및/또는 고무로 이루어진 제품 또는 반가공품, 특히 상술한 산업 차량의 타이어, 더욱 구체적으로는 중차량의 타이어와, 본 발명에 따른 케이블로 보강된 고무 조성물의 매트릭스를 포함하는, 상기 타이어용 카아커스 또는 크라운 보강용 플라이로서 유용한 복합 직물에 관한 것이다.

본 발명 및 이의 이점은 하기의 설명과 양태, 및 이러한 양태에 관한 도 1 내지 3을 통해 쉽게 이해될 것이다.

도 1은 1+6+12 구조를 갖는 비교 케이블의 단면도를 보여주는 현미경 사 진(40배 확대)이고,

도 2는 1+6+12 구조를 갖는 본 발명에 따른 케이블의 단면도를 보여주는 현미경 사진(40배 확대)이며,

도 3은 방사상(radial) 카아커스 보강재를 갖는 중차량 타이어의 방사 단면으로, 본 발명의 여부에 관계 없는 일반적인 도면이다.

Ⅰ. 측정 및 시험

Ⅰ-1. 통기성 시험

통기성 시험은 케이블의 고무 조성물에 의한 침투력을 직접 측정하는 간단한 방법이다. 경화 고무가 침투된 케이블에 의해 보강된 가황 고무 플라이로부터 외피를 제거하여 직접 추출한 케이블을 사용하여 수행한다.

시험은 주어진 길이(예: 2㎝)의 케이블을 사용하여 다음과 같이 수행한다. 주어진 압력(예: 1bar)에서 공기를 케이블의 입구에 주입하고, 유량계를 사용하여 출구에서 공기의 부피를 측정하고, 측정 중에는 케이블 시료를 밀폐시켜서 케이블의 한 쪽 말단에서 다른 쪽 말단으로 세로축을 따라 통과하는 공기의 양만이 측정되도록 한다. 측정된 유속이 낮을 수록 고무에 의한 케이블의 침투량이 높다.

Ⅰ-2. 타이어의 내구성 시험

피로-마손-부식하의 케이블의 내구성은 중차량 타이어의 카아커스 플라이에서 매우 장시간의 주행 시험에 의해 평가한다.

이를 위하여, 시험 케이블에 의해 보강된 고무 처리된 단일 플라이로 구성되는 카아커스 보강재를 갖는 중차량 타이어를 제조한다. 이러한 타이어를 공지의 적합한 림(rim)에 고정시키고 포화 습공기를 사용하여 동일한 압력(정격 압력에 대한 과잉 압력)으로 팽창시킨다. 그런 다음 이러한 타이어를 매우 높은 하중(정격 하중에 대한 과하중)하에 동일한 속력으로 주어진 킬로미터를 자동 주행 장치를 사용하여 주행시킨다. 주행을 마친 후 타이어 카아커스로부터 외피를 제거하여 케이블을 추출하고, 피로한 케이블과 와이어에서 잔여 파괴 하중을 측정한다.

추가로, 위와 동일한 타이어를 제조하고 상술된 것과 동일한 방식으로 외피를 제거하되 주행은 시키지 않는다. 이렇게 하여 외피 제거 후 피로하지 않은 와이어와 케이블의 초기 파괴 하중을 측정한다.

마지막으로, 잔여 파괴 하중을 초기 파괴 하중에 비교함으로써 피로 후의 파괴 하중의 저하율[△Fm(%)으로 표시]을 산출한다. 당해 저하율 △Fm은 다양한 기계적 응력의 공동 효과, 특히 와이어들의 접촉력의 강한 작용과 주변 공기로부터 유입된 물에 의해 생기는 와이어의 피로와 마모, 즉 주행 중에 타이어 내부의 케이블에 가해지는 피로-마손 부식에 기인한다.

카아커스 플라이가 파괴되거나 그 전에 일어나는 다른 종류의 손상(예: 크라운의 파괴 또는 트레드 소실)으로 인해 타이어가 강제적으로 분해될 때까지 주행 시험을 수행하기로 결정할 수도 있다.

Ⅱ. 본 발명의 상세한 설명

Ⅱ-1. 본 발명의 케이블

본 명세서에서 케이블의 설명에 사용되는 "구조"란 단순히 이러한 케이블의 구성을 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 L+M+N 구조의 3층 케이블은 L개의 와이어로 형성된 직경 d₁의 내층(C1)과, 이를 둘러싸고 있는 M개의 와이어로 형성된 직경 d₂의 중간층(C2)과, 이를 둘러싸고 있는 N개의 와이어로 형성된 직경 d₃의 외층(C3)을 포함한다.

본 발명에 따르면, 1종 이상의 디엔 탄성중합체를 기재로 하는 가교결합성 또는 가교결합된 고무 조성물로 만들어진 쉬이드가 적어도 상기 C2 층을 덮고 있다. C1 층 자체가 이러한 고무 쉬이드로 덮여질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

"1종 이상의 디엔 탄성중합체를 기재로 하는 조성물"이란 알려진 바와 같이 조성물이 이러한 디엔 탄성중합체(들)를 상당 비율(즉, 50%를 초과하는 질량 분율)로 포함함을 의미한다.

본 발명에 따른 쉬이드는 그가 덮고 있는 상기 C2 층 둘레로 연속적으로 연장(즉, 쉬이드는 케이블의 반경에 수직인 "정방선" 방향으로 연장)되어 유리하게는 사실상 원형의 단면을 갖는 연속적 슬리브(sleeve)를 형성한다는 사실에 주목하게 될 것이다.

또한, 상기 쉬이드의 고무 조성물은 가교결합성 또는 가교결합된 조성물이며, 다시 말해 정의상으로 이 조성물은 가황화시 이의 가교 결합(즉, 용해가 아닌 경화)을 가능케 하는 적합한 가교 결합계를 포함함에 주목하게 될 것이며, 이와 같이 이 고무 조성물은 어떠한 온도에서 가열하든지 용해가 불가능하므로 비용해성이라 부를 수 있다.

"디엔" 탄성중합체 또는 고무는 알려진 바와 같이 적어도 부분적으로는 디엔 단량체(공액 또는 공액되지 않은 2개의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 단량체)로부터 얻어진 탄성중합체(즉, 단중합체 또는 공중합체)를 의미하는 것으로 이해된다.

디엔 탄성중합체는 알려진 바와 같이 "본질상 불포화" 디엔 탄성중합체와 "본질상 포화" 디엔 탄성중합체의 두 그룹으로 분류될 수 있다. 일반적으로, "본질상 불포화" 디엔 탄성중합체는 적어도 부분적으로는 공액 디엔 단량체로부터 얻어지고 디엔 유래 단위(공액 디엔)의 함량이 15%(몰%)를 초과하는 디엔 탄성중합체로서 정의된다. 따라서, 예컨대 부틸 고무 또는 EPDM류의 디엔과 알파-올레핀의 공중합체와 같은 디엔 탄성중합체는 상기의 정의에 포함되지 않고, 구체적으로는 "본질상 포화" 디엔 탄성중합체(디엔 유래 단위의 함량이 항상 15% 미만으로 낮거나 매우 낮다)로 설명될 수 있다. "본질상 불포화" 디엔 탄성중합체 그룹 중, "고불포화" 디엔 탄성중합체는 구체적으로 디엔 유래 단위(공액 디엔)의 함량이 50%를 초과하는 디엔 탄성중합체를 의미하는 것으로 이해된다.

이러한 정의를 기술하였으나, 더욱 구체적으로 본 발명의 케이블에 사용될 수 있는 디엔 탄성중합체는,

(a) 4 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 공액 디엔 단량체의 중합에 의해 얻은 임의의 단중합체,

(b) 하나 이상의 공액 디엔을 함께 공중합하거나 8 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 하나 이상의 비닐-방향족 화합물과 함께 공중합하여 얻은 임의의 공중합체,

(c) 에틸렌, 3 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 α-올레핀과 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 비공액 디엔 단량체의 공중합에 의해 얻은 삼원 공중합체, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌과 상술된 종류의 비공액 디엔 단량체로부터 얻은 탄성중합체, 구체적으로는 1,4-헥사디엔, 에틸리덴 노르보르넨 또는 디사이클로펜타디엔,

(d) 이소부텐과 이소프렌의 공중합체(부틸 고무), 및 이러한 공중합체의 할로겐화, 특히 염화 또는 브롬화된 형태로 이해된다.

어떠한 종류의 디엔 탄성중합체도 사용 가능하나, 본 발명은 본질상 불포화 디엔 탄성중합체, 특히 상기 (a) 또는 (b) 종류의 것들을 가장 우선적으로 사용한다.

따라서, 디엔 탄성중합체는 바람직하게는 폴리부타디엔(BR), 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 각종 부타디엔 공중합체, 각종 이소프렌 공중합체 및 이러한 탄성중합체의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 이러한 공중합체는 더욱 바람직하게는 부타디엔/스티렌 공중합체(SBR), 이소프렌/부타디엔 공중합체(BIR), 이소프렌/스티렌 공중합체(SIR) 및 이소프렌/부타디엔/스티렌 공중합체(SBIR)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

더욱 바람직하게, 특히 본 발명의 케이블이 타이어, 구체적으로는 중차량과 같은 산업 차량의 타이어의 카아커스 보강에 사용되는 경우, 선택되는 디엔 탄성중합체는 주로(즉, 50phr 이상) 이소프렌 탄성중합체로 구성된다. "이소프렌 탄성중 합체"는 알려진 바와 같이 이소프렌 단중합체 또는 공중합체를 의미한다고 이해되며, 즉 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 각종 이소프렌 공중합체 및 이러한 탄성중합체의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 한 유리한 양태에 따르면, 선택된 디엔 탄성중합체는 전적으로(즉, 100phr) 천연 고무, 합성 폴리이소프렌 또는 이러한 탄성중합체의 혼합물로 구성되며, 합성 폴리이소프렌은 시스-1,4-결합의 함량(몰%)이 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 98% 이상이다.

본 발명의 한 특정 양태에 따르면, 상기 천연 고무 및/또는 상기 합성 폴리이소프렌과 상술한 바와 같은 다른 고불포화 디엔 탄성중합체, 구체적으로는 SBR 또는 BR 탄성중합체와의 배합물(혼합물)도 사용할 수 있다.

본 발명의 케이블의 고무 쉬이드는 단일 또는 여러 가지의 디엔 탄성중합체(들)를 함유할 수 있으며, 후자는 디엔 탄성중합체 이외에 임의의 종류의 합성 탄성중합체, 또는 심지어 탄성중합체 이외의 중합체, 예컨대 열가소성 중합체와 함께 사용될 수 있고, 이러한 탄성중합체 이외의 중합체는 소수의 중합체로서 존재한다.

상기 쉬이드의 고무 조성물은 바람직하게는 어떠한 플라스토머도 함유하지 않고 중합성 기재로서 단지 1종의 디엔 탄성중합체(또는 디엔 탄성중합체의 혼합물)만을 포함하지만, 상기 조성물은 1종 이상의 플라스토머를 탄성중합체(들)의 질량 분율 x_e보다 더 적은 질량 분율 x_p로 포함할 수도 있다.

이러한 경우, 바람직하게는 0 < x_p < 0.5ㆍx_e의 관계식이 성립된다.

상기의 경우 더욱 바람직하게는 0 < x_p < 0.1ㆍx_e의 관계식이 성립된다.

바람직하게, 고무 쉬이드를 위한 가교 결합계는 이른바 가황화 계, 즉 황(또는 황 공여자) 및 1차 가황화 촉진자를 기재로 하는 계이다. 여러 가지의 공지된 2차 촉진자 또는 가황화 활성자가 이러한 기본 가황화 계에 첨가할 수 있다. 황은 바람직하게는 0.5 내지 10phr, 더욱 바람직하게는 1 내지 8phr의 양으로 사용되고, 1차 가황화 촉진자, 예컨대 설펜아미드는 바람직하게는 0.5 내지 10phr, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5.0phr의 양으로 사용된다.

본 발명에 따른 쉬이드의 고무 조성물은 상기 가교 결합계 이외에, 타이어용 고무 조성물에 유용한 통상의 모든 성분들, 예컨대 카본 블랙 기재의 보강용 충전제 및/또는 실리카와 같은 보강용 무기 충전제, 노화 방지제, 예컨대 산화 방지제, 신전유, 가소화제, 또는 비경화 상태의 조성물의 가공을 용이하게 하는 성분, 메틸렌 수용체 또는 공여체, 수지, 비스말레이미드, "RFS"(레소르시놀/포름알데하이드/실리카) 종류의 공지의 점착성 증진 계 또는 금속 염, 특히 코발트 염을 포함한다.

바람직하게, 고무 쉬이드의 조성물은 가교 결합시 표준 ASTM D 412(1998)에 따라 측정된 할선 인장 모듈러스 M10이 20MPa 미만, 더욱 바람직하게는 12MPa 미만, 특히 4 내지 11MPa이다.

바람직하게, 이 쉬이드의 조성물은 본 발명의 케이블에 의해 보강되는 고무 매트릭스를 위해 사용되는 조성물과 동일하게 선택된다. 따라서, 쉬이드와 고무 매트릭스의 각각의 재료들 사이의 불상용성의 문제가 생기지 않는다.

바람직하게, 상기 조성물은 천연 고무를 기재로 하며 보강용 충전제로서 카 본 블랙, 예컨대 300, 600 또는 700 등급(ASTM)의 카본 블랙(예: N326, N330, N347, N375, N683, N772)을 포함한다.

본 발명에 따른 케이블에서는 다음의 특성 중 바람직하게는 하나 이상, 더욱 바람직하게는 모두를 만족시킨다.

- C3 층은 포화층으로, 다시 말하면 이 층에 직경 d₂의 (N+1)번째 와이어 1개 이상을 추가시킬 공간이 불충분하고(N은 C2 층 둘레의 층에 감겨질 수 있는 와이어의 최대의 개수를 나타낸다),

- 고무 쉬이드는 내층(C1)을 덮고 있고/거나 중간층(C2)의 인접한 와이어 쌍들을 분리시키며,

- 고무 쉬이드는 C3 층의 각각의 와이어의 안쪽 원주의 절반을 실질적으로 방사상으로 덮어서 C3 층의 인접한 와이어 쌍들을 분리시킨다.

본 발명에 따른 L+M+N 구조에서, 중간층(C2)은 바람직하게는 6 또는 7개의 와이어를 포함하고, 따라서 본 발명에 따른 케이블은 하기의 바람직한 특성을 갖는다(d₁, d₂, d₃, p₂ 및 p₃(㎜ 단위)):

-(ⅰ) 0.10 < d₁ < 0.28,

-(ⅱ) 0.10 < d₂ < 0.25,

-(ⅲ) 0.10 < d₃ < 0.25,

-(ⅳ) M = 6 또는 M = 7,

-(ⅴ) 5π(d₁ + d₂) < p₂ ≤ p₃ < 5π(d₁ + 2d₂ + d₃) 및

-(ⅵ) 상기 C2, C3 층의 와이어는 동일한 꼬임 방향으로 감긴다(S/S 또는 Z/Z).

바람직하게, (ⅴ)의 특성은 케이블의 압축성과 (ⅵ)의 특성(C2 및 C3 층의 와이어는 동일한 방향으로 감긴다)을 고려하여 p₂ = p₃이다.

공지의 정의에 따르면, 피치는 케이블의 축(O)에 평행으로 측정된 길이를 나타내며, 그 끝에서 와이어는 상기 피치가 케이블의 축(O) 둘레를 완전하게 회전하도록 하고, 이로써 축(O)을 축(O)에 수직인 2개의 평면으로 구분하고 C2 또는 C3의 두 층 중 한 층의 와이어의 피치와 동일한 길이로 분리하는 경우, 이 와이어의 축은 이러한 두 평면에서 문제의 와이어의 C2 또는 C3 층에 상응하는 2개의 원 위에서 동일한 위치를 갖는다.

(ⅵ)의 특성에 따르면, C2 및 C3 층의 모든 와이어는 동일한 꼬임 방향, 즉 S 방향("S/S" 배치) 또는 Z 방향("Z/Z" 방향)으로 감긴다. 본 발명에 따른 케이블에서, C2 및 C3 층이 동일한 방향으로 감기면 이러한 C2 및 C3의 두 층 사이의 마찰이 최소화됨으로써 이러한 층을 구성하는 와이어의 마모가 최소화될 수 있는 이점(와이어 사이의 교차 접촉이 존재하지 않기 때문)이 있다.

본 발명의 바람직한 케이블은 압축성(C2 및 C3 층에 대한 동일한 피치 및 꼬임 방향)을 가지면서도, C3 층은 도 2에 도시된 바와 같이 쉬이드의 첨가로 인해 사실상 원형의 단면을 가짐을 알게 될 것이다. 실제로, 케이블의 세로 대칭축으로 부터 측정된 C3 층의 N개의 와이어의 각각의 반경의 비율(표준 편차/산술 평균)로 정의되는 변이 계수 CV가 도 2에서는 크게 감소된 것을 쉽게 확인할 수 있다.

이제, 예컨대 1+6+12 구조를 갖는 압축된 층상 케이블에서는 이러한 케이블의 단면적이 도 1에 예시된 바와 같이 실질적으로 다각형으로 압축되어 상술한 변이 계수 CV가 실질적으로 더 높다.

바람직하게, 본 발명의 케이블은 도 2에 도시된 바와 같은 1+M+N 구조, 즉 내층(C1)이 단일 와이어로 형성된 층상 케이블이다.

본 발명의 케이블에서, (d₁/d₂) 비율은 바람직하게는 C2 층의 와이어의 개수 M(6 또는 7)에 따라서 다음과 같은 주어진 범위를 갖는다:

M = 6인 경우, 1.10 < (d₁/d₂) < 1.40 및

M = 7인 경우, 1.40 < (d₁/d₂) < 1.70

상기 비율이 너무 낮으면 내층과 C2 층의 와이어가 잘 고정되지 않을 수 있다. 상기 비율이 너무 높으면 그 자체로서 케이블의 압축성에 악영향을 미쳐 저항의 정도가 결국 크게 개선되지 못하고 유연성에도 악영향을 미치며, 직경 d₁이 지나치게 커서 내층(C1)의 강성이 증가되는 것도 케이블링 공정 중에 케이블 자체의 유연성에 불리할 수 있다.

C2 및 C3 층의 와이어는 층 사이에 동일하거나 상이한 직경을 가질 수 있다. 동일한 직경(d₂ = d₃)의 와이어를 사용하는 것이 특히 케이블링 공정을 단순화하고 비용을 절감시키기 위해 바람직하다.

C2 층 둘레를 감을 수 있는 단일의 포화된 C3 층의 와이어의 최대 개수 N_max은 당연히 수 파라미터(내층의 직경 d₁, C2 층의 와이어의 개수 M과 직경 d₂, C3 층의 와이어의 직경 d₃)의 함수이다.

본 발명은 바람직하게는 1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 또는 1+7+13 구조의 케이블로부터 선택되는 케이블을 포함한다.

본 발명은 더욱 바람직하게는 특히 중차량 타이어의 카아커스 내의 1+6+12 구조의 케이블을 포함한다.

케이블의 강도, 유연성 및 굴곡 강도를 잘 절충시키는 한편 고무에 의한 침투력을 높이기 위하여, C2 및 C3 층의 와이어의 직경(동일하거나 상이하다)은 0.14㎜ 내지 0.22㎜가 바람직하다.

이러한 경우, 하기 관계식을 만족시키는 것이 더욱 바람직하다:

0.18 < d₁ < 0.24,

0.16 < d₂ ≤ d₃ < 0.19 및

5 < p₂ ≤ p₃ < 12(낮은 피치, ㎜) 또는 20 < p₂ ≤ p₃ < 30(높은 피치, ㎜).

실제로, 중차량 타이어의 카아커스 보강을 위하여, 직경 d₂ 및 d₃는 바람직하게는 0.16 내지 0.19㎜로부터 선택되며, 0.19㎜ 미만의 직경은 케이블의 곡률에서 주요 변동시 와이어에 가해지는 응력의 정도를 감소시킬 수 있고, 0.16㎜를 초과하는 직경을 선택한 이유는 특히 와이어의 강도와 산업적 비용면에서 바람직하기 때문이다.

하나의 유리한 양태는 예컨대 8 내지 12㎜의 p₂ 및 p₃를 갖는 1+6+12 구조의 케이블이다.

바람직하게, 고무 쉬이드는 0.010㎜ 내지 0.040㎜의 평균 두께를 갖는다.

일반적으로, 본 발명은 임의의 종류의 금속 와이어, 구체적으로는 탄소강 와이어, 예컨대 탄소강 와이어 및/또는 스테인레스강 와이어를 포함할 수 있다. 탄소강을 사용하는 것이 바람직하지만, 다른 탄소강 또는 합금도 물론 사용 가능하다.

탄소강을 사용하는 경우, 그의 탄소 함량(강의 중량 기준 %)은 바람직하게는 0.1% 내지 1.2%, 더욱 바람직하게는 0.4% 내지 1.0%이며, 이러한 함량은 타이어에 필요한 기계적 특성과 와이어의 유연성 사이의 양호한 절충 효과를 제공한다. 0.5% 내지 0.6%의 탄소 함량을 갖는 탄소강은 연신이 더욱 용이하기 때문에 비용이 더 저렴하다. 본 발명의 다른 유리한 양태는 목적하는 용도에 따라서 특히 비용이 저렴하고 연신이 더욱 용이한 이유로 예컨대 0.2% 내지 0.5%의 낮은 탄소 함량을 갖는 탄소강을 사용할 수도 있다.

산업 차량의 타이어 카아커스를 보강하기 위하여 본 발명의 케이블을 사용하는 경우, 그의 와이어는 바람직하게는 2,000MPa, 더욱 바람직하게는 3,000MPa을 초과하는 인장 강도를 갖는다. 직경이 매우 큰 타이어의 경우에는 특히 3,000MPa 내지 4,000MPa의 인장 강도를 갖는 와이어가 선택될 것이다. 당업자는 특히 탄소강의 탄소 함량과 이러한 와이어의 최종 가공 경화율(ε)을 조절함으로써 상기의 강 도를 갖는 탄소강 와이어를 제조하는 방법을 알게 될 것이다.

본 발명의 케이블에는 예컨대 외층과 동일하거나 반대되는 회전 방향으로, 외층의 피치보다 더 작은 피치로 케이블 주위를 나선형으로 감고 있는 단일 와이어(금속재 또는 비금속재)로 형성된 외부 랩이 제공될 수 있다.

그러나, 특정한 구조로 인해서 이미 자체-래핑된 본 발명의 케이블은 일반적으로 외부의 래핑 와이어를 사용할 필요가 없기 때문에, 케이블의 최외층의 와이어와 랩 사이의 마모의 문제가 해결되는 이점이 있다.

그러나, 일반적으로 C3 층의 와이어가 탄소강으로 만들어진 경우 래핑 와이어를 사용한다면, 이러한 탄소강 와이어가 스테인레스강 랩과 접촉하여 마손되는 것을 줄이기 위하여 국제 특허 공개 제WO-A-98/41682호에 개시된 바와 같이 스테인레스강의 래핑 와이어를 선택하는 것이 유리할 수 있고, 동일한 방식으로 유럽 공개특허공보 제976 541호에 개시된 바와 같이 스테인레스강 와이어 대신에 외피만이 스테인레스강으로 되어 있고 코어는 탄소강으로 된 복합 와이어를 사용할 수도 있다. 또한 국제 공개공보 제WO 03/048447호에 개시된 바와 같은 폴리에스테르 또는 열방성 방향족 폴리에스테르아미드로 형성된 랩을 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 케이블은 당업자에게 알려진 다른 기술에 의해 수득될 수 있는데, 예를 들면 우선 코어 또는 중간 구조 L+M(C1+C2 층)을 압출 헤드에 의해 피복한 후 이렇게 피복된 C2 층 둘레에 나머지 N개의 와이어(C3 층)를 케이블링하거나 꼬는 2단계의 방법으로 수득될 수 있다. 중간의 감기와 풀기 작업 중에 고무 쉬이드에 의해 생기는 비경화 상태의 점착 문제는 예컨대 플라스틱재의 삽입 필름 을 사용함으로써 당업자에 의해 공지의 방식으로 해결될 수 있다.

Ⅱ-2. 본 발명의 타이어

도 3은 방사상 카아커스 보강재를 갖는 중차량 타이어(1)의 방사 단면을 나타낸 도면으로, 본 발명의 여부에 관계 없는 일반적인 도면이다.

이 타이어(1)는 크라운(2), 2개의 측벽(3), 그리고 카아커스 보강재(7)가 내부에 고정되어 있는 2개의 비드(bead)(4)를 포함한다. 트레드(tread)(간략화를 위해 도 3에는 도시하지 않았다)에 의해 둘러싸인 크라운(2)은 2개의 측벽(3)에 의해 상기 비드(4)에 연결되며, 예컨대 공지의 금속 케이블에 의해 보강된 2개 이상의 교차되어 포개진 플라이로 만들어진 크라운 보강재(6)에 의해 자체 공지된 방식으로 보강된다. 카아커스 보강재(7)는 2개의 비드 와이어(5) 둘레에 감겨져서 각각의 비드(4) 안에 고정되고, 이 보강재(7)의 상향 회전부(8)는 예컨대 림(rim)(9)에 탑재된 타이어(1)의 바깥 쪽 방향으로 배열된다. 카아커스 보강재(7)는 이른바 "방사상" 케이블에 의해 보강된 하나 이상의 플라이로 구성되며, 즉 이러한 케이블은 실질적으로 서로 평행하게 배열되고, 중간의 주변 평면(2개의 비드(4) 사이의 중앙에 위치하여 크라운 보강재(6)의 중심을 통과하는 타이어의 회전축에 수직인 평면)과 80°내지 90°각도를 이루면서 한 비드로부터 다른 비드까지 연장된다.

물론, 이 타이어(1)는 알려진 바와 같이, 타이어의 방사상 내부 표면을 한정하고 타이어의 내부로부터 유입되는 공기의 확산으로부터 카아커스 플라이를 보호하도록 고안된 내부의 고무 또는 탄성중합체층("내부 고무"로 통칭)을 추가로 포함 한다. 유리하게, 타이어는 카아커스 플라이와 내층 사이에 위치하여 내층과 카아커스를 보강하고 부분적으로는 카아커스 보강재에 가해지는 힘을 비편재화하도록 고안된 중간의 탄성중합체 보강층을 추가로 포함한다.

본 발명에 따른 타이어는 그의 카아커스 보강재(7)가 본 발명에 따른 3층의 탄소강 케이블을 방사상 케이블로서 갖는 하나 이상의 카아커스 플라이를 포함함을 특징으로 한다.

이 카아커스 플라이에서, 본 발명에 따른 케이블의 밀도는 바람직하게는 방사상 플라이 1dm(데시미터)당 40 내지 100개의 케이블, 더욱 바람직하게는 1dm당 50 내지 80개의 케이블이며, 따라서 2개의 인접한 방사상 케이블 사이의 축간 거리는 바람직하게는 1.0 내지 2.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.25 내지 2.0㎜이다. 본 발명에 따른 케이블은 바람직하게는 2개의 인접한 케이블 사이의 고무 다리의 폭("Lc")이 0.35 내지 1㎜가 되도록 배열된다. 상기 폭 "Lc"은 알려진 바와 같이 캘린더 피치(고무 직물 내의 케이블의 레잉 피치(laying pitch))와 케이블의 직경 사이의 거리를 나타낸다. 상기 표시된 최소값 미만에서는 고무 다리가 너무 좁아서 플라이의 처리 도중, 특히 신장 또는 전단에 의해 플라이가 그의 자체 평면 내에서 변형을 일으키는 동안 기계적으로 분해될 위험이 있다. 상기 표시된 최대값을 초과하면 타이어의 측벽에 외관상 결함이 생기거나 천공에 의해 케이블 사이에 물체가 침투될 위험이 있다. 이와 같은 이유로, 폭 "Lc"은 0.5 내지 0.8㎜에서 선택하는 것이 더욱 바람직하다.

바람직하게, 카아커스 플라이의 직물을 위해 사용되는 고무 조성물은 가황화 시(즉 경화 후) 할선 인장 모듈러스 M10이 20MPa 미만, 더욱 바람직하게는 12MPa 미만, 특히 5 내지 11MPa이다. 이러한 범위의 모듈러스에서 본 발명의 케이블의 내구성과 이러한 케이블에 의해 보강되는 직물 사이의 최상의 절충 효과가 얻어진다.

Ⅲ. 본 발명의 양태

Ⅲ-1. 사용되는 와이어의 성질 및 특성

본 발명의 여부에 관계없이 케이블의 표본을 제조하기 위해서는, 초기 직경이 대략 1㎜인 시판 와이어로부터 출발하여 공지의 방법에 따라 제조한 미세한 탄소강 와이어를 사용한다. 사용되는 탄소강은 예컨대 탄소 함량이 0.70%인 공지의 탄소강(표준 USA AISI 1069)이다.

먼저, 시판의 출발 와이어를 후속 공정에 앞서 공지의 탈지 및/또는 피클링(pickling) 처리한다. 이 단계에서, 이들의 인장 강도는 약 1,150MPa과 같고 이들의 파단시 신장율은 대략 10%이다. 이어서 주위 온도에서 전기적으로 각각의 와이어에 구리를 증착시킨 후 아연을 증착시키고, 다음으로 와이어를 주울(Joule) 효과에 의해 540℃로 가열하여 구리와 아연의 확산에 의해 황동을 수득한다. 여기서, (α상)/(α상+β상)의 중량비는 대략 0.85와 같다. 일단 황동 코팅이 얻어지면 와이어의 가열 처리를 수행하지 않는다.

이어서, 각각의 와이어(즉, 최종 가열 처리 후)를 수중 유화액 형태의 연신 윤활제와 함께 습윤 매질 중에서 냉-연신함으로써 이른바 "최종" 가공 경화를 수행 한다. 이러한 습윤 연신은 시판의 출발 와이어에 대한 상기 표시된 초기 직경으로부터 산출되는 최종 가공 경화율(ε)을 수득하기 위하여 공지된 방식으로 수행된다.

정의에 의하면, 가공 경화율 ε은 식 ε = Ln(S_i/S_f)에 의해 주어진다(여기서, Ln은 자연 대수이고, S_i는 가공 경화 전의 와이어의 절단면이며, S_f는 가공 경화 후의 와이어의 최종 절단면이다).

최종 가공 경화율을 조절함으로써 상이한 직경을 갖는 2개의 그룹의 와이어를 제조하고, 평균 직경 φ가 대략 0.200㎜(ε=3.2)인 제1 그룹의 와이어를 색인 1의 와이어(F1로 표시된 와이어), 평균 직경 φ가 대략 0.175㎜(ε=3.5)인 제2 그룹의 와이어를 색인 2 또는 3의 와이어(F2 또는 F3로 표시된 와이어)로 한다.

와이어를 둘러싸고 있는 황동 쉬이드의 두께는 1㎛보다 훨씬 작아서 매우 얇으며 예컨대 0.15 내지 0.30㎛로 탄소강 와이어의 직경에 비해 무시될 정도이다. 물론, 와이어의 탄소강의 여러 원소들(예: C, Mn, Si)의 조성은 출발 와이어의 탄소강의 것과 동일하다.

와이어의 제조 과정 중에 황동 쉬이드는 와이어의 연신은 물론 고무에 대한 와이어의 점착을 용이하게 함을 상기할 것이다. 물론, 와이어는 예컨대 이러한 와이어의 내식성 및/또는 고무에 대한 그의 점착성을 향상시키는 기능을 갖는 황동 이외의 미세 금속층, 예컨대 Co, Ni, Zn, Al, 또는 Cu, Zn, Al, Ni, Co, Sn 화합물 중 2종 이상의 합금의 미세 층으로 덮일 수 있다.

Ⅲ-2. 케이블의 제조

A) 케이블 C-Ⅰ 및 C-Ⅱ

상기 와이어를 종래 기술의 대조 케이블(도 1)과 본 발명의 케이블(도 2)의 1+6+12 구조의 층상 케이블 형태로 조립하고, 이러한 각종 케이블의 C1 층을 형성하는 데에는 와이어 F1을 사용하고, C2 및 C3 층을 형성하는 데에는 와이어 F2 및 F3을 사용한다.

이 양태에서 각각의 케이블은 랩을 포함하지 않고 하기 특성을 갖는다(d 및 p(㎜ 단위)):

- 1+6+12 구조,

- d₁ = 0.200(㎜),

- (d₁/d₂) = 1.14,

- d₂ = d₃ = 0.175(㎜) 및

- p₂ = p₃ = 10(㎜).

C2 및 C3 층의 와이어 F2 및 F3은 동일한 꼬임 방향(Z 방향)으로 감긴다. 따라서 두 종류의 케이블(대조 케이블 C-Ⅰ 및 본 발명의 케이블 C-Ⅱ)은 본 발명의 케이블 C-Ⅱ에서 C1 및 C2 층에 의해 형성된 중심 코어(1+6 구조)가 비-가황화 디엔 탄성중합체(비경화 상태) 기재의 고무 조성물에 의해 피복된다는 점만이 다르다.

본 발명에 따른 케이블 C-Ⅱ는 여러 단계를 통해 얻어지는데, 먼저 중간의 1+6 케이블을 생성한 후, 이 중간 케이블을 압출 헤드를 통해 피복하고, 마지막으로 이렇게 피복된 C2 층 둘레에 나머지 12개의 와이어를 케이블링하는 최종 작업을 수행한다. 고무 쉬이드가 "비경화 상태에서 점착"되는 문제를 없애기 위하여, 중간의 감기와 풀기 작업 중에 플라스틱 재료(PET)의 삽입 필름을 사용한다.

도 1에 비해 도 2에서 명백하게 볼 수 있듯이, C3 층은 C2 층의 피복으로 인해 C2 층으로부터 이격되어 있고, 내층(C1)도 (C2로부터 이격된 것으로 보이기 때문에) 오로지 C2 층의 와이어들 사이의 고무의 침투에 의해서 피복되어 있다.

고무 쉬이드를 구성하는 탄성중합체 조성물은 케이블에 의해 보강되는 카아커스 보강용 플라이의 조성과 동일한 조성을 가지며 천연 고무 및 카본 블랙을 기재로 한다.

B) 케이블 C-Ⅲ 및 C-Ⅳ

추가적인 비교 시험을 위하여, 카본의 양을 변화시킴으로써(0.70% 대신 0.58%) 다른 케이블들을 제조한다. 이렇게 하여 얻은 대조 케이블 및 본 발명에 따른 케이블을 각각 C-Ⅲ 및 C-Ⅳ로 표시한다. 케이블 C-Ⅳ의 한 변형 양태(제2 C-Ⅳ)에서는, C1 및 C2 층으로 형성된 코어를 고무 처리하기 전에 추가로 C1 층(중심 와이어) 자체도 고무로 처리한다. 두 종류의 케이블(C-Ⅳ 및 제2 C-Ⅳ)은 동등한 결과를 나타내는 것으로 관찰된다.

Ⅲ-3. 타이어의 내구성

이어서 중차량 방사상 타이어의 카아커스 플라이의 제조에 통상적으로 사용되는, 보강 충전제로서 천연 고무와 카본 블랙을 기재로 하는 공지의 조성물로 형성된 복합 직물 내에서 상기 3층 케이블을 캘린더링한다. 이 조성물은 탄성중합체 및 보강 충전제 이외에, 본질적으로 산화 방지제, 스테아르산, 신전유, 점착 증진제인 코발트 나프테네이트, 및 마지막으로 가황화계(황, 촉진자, ZnO)를 포함한다.

이러한 케이블에 의해 보강되는 복합 직물은 케이블의 한 쪽 측면에 포개진 두께 0.75㎜의 2개의 미세 고무층으로 형성된 고무 매트릭스를 포함한다. 캘린더링 피치(고무 직물 내의 케이블의 레잉 피치)는 두 종류의 케이블에 대해 1.5㎜이다.

A) 시험 1

치수가 315/70 R 22.5 XZA인 중차량 타이어(P-Ⅰ 및 P-Ⅱ로 표시)에 대한 2회의 주행 시험을 수행하고, 각 시험에서 타이어는 주행을 위해 사용되며, 외피 제거를 위해서는 새로운 타이어를 사용했다.

이러한 타이어의 카아커스 보강재는 상기 설명된 고무 처리된 직물으로 형성된 단일의 방사상 플라이로 이루어진다.

타이어 P-Ⅰ은 케이블 C-Ⅰ로 보강된 종래 기술의 대조 타이어이고, 타이어 P-Ⅱ는 케이블 C-Ⅱ로 보강된 본 발명에 따른 타이어이다. 따라서 이러한 타이어는 카아커스 보강재(7)를 보강하는 층상 케이블을 제외하고는 동일하다.

구체적으로, 이들의 크라운 보강재(6)는 알려진 바와 같이, 26도(내측 방사상 플라이) 및 18도(외측 방사상 플라이)로 경사진 비신장성 금속 케이블로 보강된 교차되어 포개진 2개의 가공 플라이에 의해 둘러싸인, 65도로 경사진 금속 케이블로 보강된 2개의 삼각 하프-플라이(half-plies)로 구성되며, 상기 2개의 가공 플라이는 18도로 경사진 탄성의 금속 케이블(높은 신장율)로 보강된 보호 크라운 플라이에 의해 덮인다. 이러한 각각의 크라운 보강용 플라이에 사용되는 금속 케이블은 실질적으로 서로 평행하게 배열된 공지의 통상적 케이블이며, 표시된 모든 경사각은 중간 원주 평면에 대해 측정된다.

타이어 P-Ⅰ은 본 출원인에 의해 중차량용으로 시판되는 타이어로, 그의 성능이 인정된 바 본 시험에서 대조용으로 선택하였다.

이러한 타이어를 사용하여 상기 Ⅰ-2 단원에 설명된 바와 같은 엄격한 주행 시험을 수행하되, 시험은 타이어의 강제적 파괴가 일어날 때까지 행한다.

대조 타이어 P-Ⅰ은 매우 엄격한 주행 조건하에서 232,000㎞의 평균 거리를 주행한 후 카아커스 플라이가 파열된 다음에 파괴된다(타이어의 바닥 부분에서 다수의 케이블 C-Ⅰ이 파괴된다). 이는 대조 타이어가 이미 매우 높은 성능을 가짐을 당업자에게 예증하는 것으로, 이러한 주행 거리는 대략 8개월에 가까운 연속 주행과 8천만회의 피로 주기에 상당한다.

그러나, 예상 외로 본 발명에 따른 타이어 P-Ⅱ는 400,000㎞에 가까운 평균 주행 거리 또는 대략 70%의 내구성의 증가로 현저하게 우수한 내구성을 나타낸다.

더우기, 본 발명의 타이어의 파괴는 카아커스 보강재 수준이 아닌 크라운 보 강재 수준에서 일어나고 카아커스 보강재의 강도는 유지되어서 본 발명에 따른 케이블의 뛰어난 성능을 말해준다.

주행 후, 타이어로부터 케이블을 추출하는 외피 제거를 수행한다. 이어서 케이블 내의 와이어의 위치에 따라 각각의 시험 케이블에 대해 각 종류의 와이어의 초기 파괴 하중(새로운 타이어로부터 추출한 케이블)과 잔여 파괴 하중(주행 후의 타이어로부터 추출한 케이블)을 매번 측정함으로써 케이블의 인장 시험을 수행한다. 대조 케이블 C-Ⅰ은 주행 도중 파괴되지 않은 것만을 본 시험에 사용한다.

하기 표 1은 내층(C1)의 코드와 C2 및 C3 층의 코드에 대해 산출한 평균 저하율 △Fm을 보여준다. 케이블 자체에 대한 전체적 저하율 △Fm도 측정한다.

타이어	케이블	개별적 층 및 케이블의 △Fm(%)
타이어	케이블	C1	C2	C3	케이블
P-Ⅰ	C-Ⅰ	38	30	12	19
P-Ⅱ	C-Ⅱ	9	6	2	3.5

표 1에서, 분석된 케이블의 모든 영역(C1, C2 및 C3 층)에서 본 발명에 따른 케이블 C-Ⅱ이 최상의 결과를 나타내며, 특히 케이블의 안으로 들어갈 수록(C3, C2, 이어서 C1 층) 저하율 △Fm이 커지고, 본 발명에 따른 케이블은 C1, C2 또는 C3 층에 따라 대조 케이블에 비해 4 내지 6배 더 낮은 저하율을 보임을 알 수 있다.

마지막으로, 무엇보다도 상당히 먼 거리의 주행을 견딘 본 발명에 따른 케이블 C-Ⅱ는 전체적 마모율(△Fm)이 19%로 대조 케이블(3.5%)에 비해 5 내지 6배 더 낮다.

이러한 결과와 함께, 각종 와이어의 육안 조사는 와이어들 사이의 반복적 마찰로 인한 마모 또는 마손(접촉점에서의 재료의 부식) 현상이 케이블 C-Ⅰ에 비해 케이블 C-Ⅱ에서 실질적으로 감소됨을 보여준다.

요약하면, 본 발명에 따른 케이블 C-Ⅱ를 사용하면 대조 타이어에서도 이미 우수했던 카아커스의 수명이 한층 더 현저하게 증가될 수 있다.

덧붙여서, 상술된 내구성의 시험 결과는 후술하는 바와 같이 고무에 의한 케이블의 침투량에 매우 밀접하게 관계된 것으로 보인다.

(새로운 타이어로부터 추출한 후의) 피로하지 않은 케이블 C-Ⅰ 및 C-Ⅱ를 사용하여 상기 Ⅰ-1 단원에서 설명한 통기성 시험을 수행하고, 1분 내에 케이블을 통과한 공기의 부피(㎤)를 측정한다(10회의 측정에 대한 평균).

하기 표 2는 공기의 평균 유속(10회의 측정에 대한 평균 - 대조 케이블 100 기준의 상대적 단위) 및 공기 유속 0에 상응하는 측정 회수로 나타낸 시험 결과를 보여준다.

케이블	공기의 평균 유속 (상대적 단위)	유속 0의 측정 회수
C-Ⅰ	100	0/10
C-Ⅱ	6	9/10

본 발명의 케이블 C-Ⅱ는 가장 낮은 통기성(공기의 평균 유속이 0 또는 실질적으로 0이다)을 가져서 결과적으로 고무에 의한 침투량이 가장 많음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 케이블은 그의 중간층(C2)(및 내층(C1))을 덮고 있는 고무 쉬이드에 의해 불투과성을 나타내며, 따라서 예컨대 타이어의 측벽 또는 트레드로부터 카아커스 보강재의 영역 쪽으로 통과되는 산소와 습기의 흐름으로부터 보호된다(여기서 케이블은 알려진 바와 같이 가장 강한 기계적 작용을 받는다).

B) 시험 2

두 번째 시험에서는, 케이블 C-Ⅲ 및 C-Ⅳ를 사용하여 상기된 것과 동일한 치수(315/70 R 22.5 XZA)를 갖는 새로운 중차량 타이어를 제조하고, 이러한 타이어(각각 P-Ⅲ 및 P-Ⅳ)를 사용하여 상기와 동일한 내구성 시험을 수행한다.

대조 타이어(P-Ⅲ)는 엄격한 주행 조건하에서 250,000㎞의 평균 거리를 가며, 마지막에는 비드 영역에서 대조 케이블(C-Ⅲ)의 파열이 시작되어 비드 영역의 변형이 일어난다.

동일한 조건하에서, 본 발명에 따른 타이어(P-Ⅳ)는 430,000㎞의 평균 주행 거리, 또는 대략 70%의 내구성의 증가로 현저하게 개선된 내구성을 나타낸다. 더우기, 본 발명의 타이어의 파괴는 카아커스 보강재의 수준이 아닌 크라운 보강재에서 일어나므로(카아커스 보강재는 강도를 유지한다) 본 발명에 따른 케이블의 뛰어난 성능이 입증된다는 사실이 강조된다.

외피 제거 후, 다음과 같은 결과가 얻어진다.

타이어	케이블	개별적 층 및 케이블의 △Fm(%)
타이어	케이블	C1	C2	C3	케이블
P-Ⅲ	C-Ⅲ	20	18	9.5	13
P-Ⅳ	C-Ⅳ	1	1	3	2

상기 표 2의 결과로부터 본 발명의 케이블 C-Ⅳ는 모든 층(C1, C2 및 C3)에서 대조 케이블 C-Ⅲ에 비해 사실상 저하율이 전혀 나타나지 않기 때문에 훨씬 월등함을 보여준다.

결론적으로, 상기 시험에서 확인된 바와 같이 본 발명의 케이블은 타이어, 특히 중차량 타이어의 카아커스 보강재 내의 케이블의 피로-마손 부식 현상을 크게 감소시킬 수 있고 따라서 이러한 타이어의 수명을 향상시킨다.

또한, 본 발명에 따른 케이블은 특정한 구조 및 크게 개선된 내비틀림성으로 인해 감압 시의 주행 중에 2 내지 3의 인자로 현저하게 개선된 내구성을 타이어의 카아커스 보강재에 부여하는 것으로 나타났다.

물론, 본 발명은 상기 설명된 양태에 제한되지 않는다.

이와 같이, 예컨대 본 발명의 케이블의 내층(C1)은 가소적으로 변형된 비-원형 단면의 와이어, 특히 실질적으로 타원형 또는 다각형, 예컨대 삼각형, 사각형 또는 직사각형 단면의 와이어로 형성될 수 있고, 내층(C1)은 예비 성형된 와이어(원형 또는 비원형 단면), 예컨대 파상형 또는 나사형 와이어, 또는 나선 또는 지그재그 모양으로 꼬인 와이어로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 물론 C1 층의 직경 d₁은 중심 와이어를 둘러싸고 있는 가상의 회전 원통의 직경(부피 직경)을 나타내며, 중심 와이어 자체의 직경(또는 그의 단면이 원형이 아닌 경우 다른 임의의 가로 크기)을 나타내는 것이 아님을 이해해야 한다. 이것은 C1 층이 상기 양태에서와 같이 단일 와이어로 형성되지 않고 복수 개의 와이어가 함께 조립되어 형성된 경우, 예컨대 2개의 와이어가 서로 평행하게 배열되거나 중간층(C2)와 동일하거나 상이한 꼬임 방향으로 함께 꼬여서 형성된 경우에도 마찬가지로 성립될 것이다.

그러나, 산업적 실용성, 비용 및 전체적 성능의 측면에서 본 발명은 원형 단면의 통상적인 단일 직선 중심 와이어(C1 층)를 가짐이 바람직하다.

추가로, 중심 와이어는 케이블 내의 그의 위치에서 다른 와이어들에 비해 케이블링 공정 중에 응력을 덜 받기 때문에, 높은 비틀림 연성을 제공하는 탄소강 조성물과 같은 와이어를 사용할 필요가 없고, 어떠한 종류의 탄소강(예: 스테인레스강)도 사용이 가능하다는 이점이 있다.

더우기, C2 및/또는 C3 층 중 어느 한 층의 (적어도) 하나의 선형 와이어는 예컨대 고무 또는 다른 임의의 재료에 의한 케이블의 침투력을 더 향상시키기 위하여, 예비 성형 또는 변형된 와이어, 더욱 일반적으로는 다른 와이어의 단면과 상이한 단면을 갖는 직경 d₂ 및/또는 d₃의 와이어로 대체될 수도 있으며, 여기서 이러한 대체 와이어의 부피 직경은 문제의 층(C2 및/또는 C3)을 구성하는 다른 와이어들의 직경(d₂ 및/또는 d₃)과 동일하거나 그보다 작거나 혹은 클 수 있다.

본 발명의 케이블을 구성하는 와이어의 일부 또는 전부는 본 발명의 정신에 위배됨 없이 다른 탄소강 와이어 이외의 금속 또는 비금속 와이어, 특히 높은 기계적 강도를 갖는 무기 또는 유기 재료, 예컨대 액정 유기 중합체의 단일 필라멘트의 와이어로 구성될 수도 있다.

본 발명은 적어도 기본 스트랜드로서 본 발명에 따른 3층 케이블을 포함하는 임의의 복합 스트랜드 탄소강 케이블("복합 스트랜드 로프")도 추가로 제공한다.

Claims

직경이 d₁인 L개(1 내지 4개)의 와이어의 내층(C1), 이를 둘러싸고 있는, p₂의 피치로 나선형으로 함께 감겨진 직경 d₂의 M개(3 내지 12개)의 와이어들의 중간층(C2), 당해 중간층(C2)을 둘러싸고 있는, p₃의 피치로 나선형으로 함께 감겨진 직경 d₃의 N개(8 내지 20개)의 와이어의 외층(C3)을 포함하는 L+M+N 구조의 3층 금속 케이블(cable)로서, 하나 이상의 디엔 탄성중합체를 기본으로 하는 가교결합성 또는 가교결합된 고무 조성물로 이루어진 쉬이드(sheath)가 적어도 중간층(C2)을 덮고 있음을 특징으로 하는, L+M+N 구조의 3층 금속 케이블.
제1항에 있어서, 고무 쉬이드의 디엔 탄성중합체가 폴리부타디엔, 천연 고무, 합성 폴리이소프렌, 부타디엔 공중합체, 이소프렌 공중합체 및 이러한 탄성중합체들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 3층 금속 케이블.
제2항에 있어서, 디엔 탄성중합체가 천연 고무, 합성 폴리이소프렌 및 이러한 탄성중합체의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 3층 금속 케이블.
제3항에 있어서, 디엔 탄성중합체가 천연 고무인 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 고무 조성물이, 보강 충전제로서 카본 블랙을 포함하는 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 고무 조성물이, 가교결합된 상태에서 할선 인장 모듈러스가 20MPa 미만인 3층 금속 케이블.
제6항에 있어서, 고무 조성물의 할선 인장 모듈러스가 12MPa 미만인 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 고무 조성물이 타이어의 카아커스 보강용 플라이(ply)의 고무 매트릭스를 구성하는 데 사용될 수 있는 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 외층(C3)이 포화층인 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 고무 쉬이드가 내층(C1)을 추가로 덮고 있는 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 고무 쉬이드가 중간층(C2)의 인접한 와이어 쌍들을 추가로 분리하는 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 고무 쉬이드가 외층(C3)의 각각의 와이어의 방사상 내측 원주의 절반을 덮음으로써 외층(C3)의 인접한 와이어 쌍들을 분리하는 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 중간층(C2)이 6 또는 7개의 와이어(M = 6 또는 7)를 포함하는 3층 금속 케이블.
제13항에 있어서, 하기 특성[d₁, d₂, d₃, p₂ 및 p₃(㎜ 단위)]을 갖는 3층 금속 케이블.

-(ⅰ) 0.10 < d₁ < 0.28,

-(ⅱ) 0.10 < d₂ < 0.25,

-(ⅲ) 0.10 < d₃ < 0.25,

-(ⅳ) M = 6 또는 M = 7,

-(ⅴ) 5π(d₁ + d₂) < p₂ ≤ p₃ < 5π(d₁ + 2d₂ + d₃) 및

-(ⅵ) 중간층(C2), 외층(C3)의 와이어는 동일한 꼬임 방향으로 감긴다.
제14항에 있어서, 하기 관계식을 만족시키는 3층 금속 케이블.

M = 6인 경우, 1.10 < (d₁/d₂) < 1.40 및

M = 7인 경우, 1.40 < (d₁/d₂) < 1.70.
제14항 또는 제15항에 있어서, p₂ = p₃인 3층 금속 케이블.
제16항에 있어서, 외층(C3)이 사실상 원형의 단면을 갖는 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 내층(C1)이 단일 와이어에 의해 형성된 1+M+N 구조의 3층 금속 케이블.
제18항에 있어서, 1+6+10, 1+6+11, 1+6+12, 1+7+11, 1+7+12 및 1+7+13 구조의 케이블로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 3층 금속 케이블.
제19항에 있어서, 1+6+12 구조의 3층 금속 케이블.
제14항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 하기 관계식을 만족시키는 3층 금속 케이블.

0.18 < d₁ < 0.24,

0.16 < d₂ ≤ d₃ < 0.19,

5 < p₂ ≤ p₃ < 12.
제14항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 하기 관계식을 만족시키는 3층 금속 케이블.

0.18 < d₁ < 0.24,

0.16 < d₂ ≤ d₃ < 0.19 및

20 < p₂ ≤ p₃ < 30.
제1항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 고무 쉬이드의 평균 두께가 0.010㎜ 내지 0.040㎜인 3층 금속 케이블.
제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 있어서, 내층(C1), 중간층(C2) 및 외층(C3)의 각각의 와이어가 탄소강으로 만들어진 3층 금속 케이블.
제24항에 있어서, 탄소강의 탄소 함량 범위가 0.4% 내지 1.0%인 3층 금속 케이블.
플라스틱 재료 및/또는 고무로 이루어진 제품용 보강재로서의, 제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 따르는 3층 금속 케이블의 용도.
플라스틱 재료 및/또는 고무로 이루어진 반가공품용 보강재로서의, 제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 따르는 3층 금속 케이블의 용도.
산업 차량용 타이어용 카아커스 보강재로서의 제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 따르는 3층 금속 케이블의 용도.
제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 따르는 3층 금속 케이블을 보강재로서 포함하는 플라스틱 재료 및/또는 고무로 이루어진 반가공품.
제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 따르는 3층 금속 케이블로 보강된 고무 매트릭스를 포함하는, 중차량 타이어용 카아커스 보강용 플라이로서 유용한 복합 직물.
제30항에 있어서, 고무 매트릭스가, 가교결합된 상태에서 할선 인장 모듈러스가 0MPa 미만, 바람직하게는 12MPa 미만인 복합 직물.
제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 따르는 3층 금속 케이블에 의해 보강되거나, 제30항 또는 제31항에 따르는 복합 직물을 포함하는 타이어.
제32항에 있어서, 2개의 비드(bead) 내에 고정되고 크라운 보강재(당해 크라운 보강재는 다시 2개의 측벽에 의해 비드에 연결된 트레드로 덮여 있다)로 방사상으로 덮힌 카아커스 보강재를 포함하는 타이어로서, 카아커스 보강재가 제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 따르는 3층 금속 케이블을 포함함을 특징으로 하는, 밴, 중차량, 농업용 또는 건축용 장비, 항공기 및 운송 또는 작업 차량으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 산업 차량용 타이어.
제33항에 있어서, 중차량용 타이어.