KR20080073838A - 3/8 구조의 차량용 타이어의 스틸코드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스틸코드는 탄소함량이 0.95~2.0중량%인 고탄소강을 사용하여 인장강도 380kg/㎟~420kg/㎟이상인 최종선경 0.15~0.4mm의 필라멘트를 생산하고, 상기 필라멘트로 내층 3가닥과 외층 8가닥을 같은 꼬임길이와 방향으로 연선하여 제조한다.

이 때 스틸코드 내부로의 고무 침투력을 높이기 위하여 내층 필라멘트 선경을 외층대비 5~10% 크게한다.

본 발명에 따른 스틸코드는 고무 접착력 및 심 고무 침투력이 향상되고, 초고강도 필라멘트를 사용하므로 스틸코드 사용량을 대폭 절감할 수 있어 타이어 경량화 및 원가절감을 기할 수 있다.

고강도 스틸코드, 내구성, 탄소함량, 초고강도, 고무 침투력, 경량화, 초고강도 고탄소강필라멘트

Description

3/8 구조의 차량용 타이어의 스틸코드{3/8 type steel cord for tire of vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 스틸코드의 일부를 절개한 확대평면도.

도 2는 본 발명에 따른 스틸코드의 횡단면 설명도.

스틸코드(steel cord)는 차량의 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무 제품의 보강용으로 사용되는 여러 종류의 보강재 중에서 강도, 모듈러스, 내열성, 열전달율, 내피로성 및 고무 접착성 등이 우수하므로 타이어 보강재로 특히 널리 사용되고 있으며 또한 그 사용량이 날로 증가하는 추세에 있다.

스틸코드는 일반적으로 탄소함량이 0.6~0.82중량%인 탄소강으로 된 직경5.0~5.5mm인 와이어로드를 직경 1.0~2.5mm로 1차 신선가공한 후 열처리 및 황동도금을 실시하고 다시 최종신선을 하여 직경 0.1~0.4mm, 강도 280~320kg/㎟의 필라멘트 여러 가닥을 용도에 따라 다양한 구조(1×2, 1×3, 2+2, 2+7, 3+6, 3+8, 3+9+15, 1+18, 3/8+13등)로 연선 가공하여 제조한다.

이 중에서 복연구조의 스틸코드는 필라멘트가 2겹 또는 3겹의 층을 형성하도 록 되어 있으며 주로 트럭 및 버스용으로 개발되었다.

상기 복연구조 스틸코드의 대표적인 규격으로는 3+6,3+9,3+9+15 스틸코드인데, 이 중 3+9스틸코드의 구조를 좀 더 자세히 살펴보면, 먼저 내층(內層)에 위치되는 필라멘트인 코어(core)는 3개의 필라멘트가 일정 방향으로 꼬여진 것으로 이루어져 있고, 이 코어를 감싸는 외층(外層)은 9개의 필라멘트가 상기 코어 층에 밀착되어 있으며, 여기에 외층을 감싸는 단선의 필라멘트인 스파이럴 랩(spiral wrap)이 추가적으로 포함될 수도 있다.

여기서 상기 내층을 구성하는 3개의 필라멘트는 서로 꼬여져 있으며, 상기 외층은 내층과 필라멘트경과 꼬임방향은 동일하나 꼬임길이가 다르도록 연선되며, 상기 스파이럴랩은 외층의 꼬임 방향과 반대방향으로 연선 된다.

그러나 상기 스틸코드는 필라멘트의 강도가 280~300kgf/㎟ 수준의 보통강도이므로 강도가 낮아서 타이어 보강재로 적용시 스틸코드의 사용량이 많아지며 또한 연선가공시 스파이럴랩 공정까지 3단계의 공정을 거쳐야 하므로 스틸코드의 단가가 비싸지는 문제점이 있다.

또 상기 스틸코드의 절단 단면을 보면 외층과 내층의 필라멘트 간에 틈새가 거의 없기 때문에 고무 토핑 시 스틸코드 내부로의 고무 침투가 어려워 고무 접착력이 떨어지며, 수분이나 염분 등이 침투할 때 고무 침투가 이루어지지 않은 필라멘트들 사이의 공극들을 통하여 침투되므로 반복되는 타이어의 굴곡 운동에 의해 스틸코드의 부식이 촉진되어, 결국 타이어의 내구성이 떨어지는 큰 문제점이 있었다.

또한 상기 스틸코드를 타이어에 적용할 경우, 스틸코드를 형성하고 있는 필라멘트들 사이의 불완전한 선접촉(line contact) 또는 점접촉(point contact)에 의한 마찰 및 수분 등이 첨가되어 일어나는 마손부식피로(磨損腐蝕疲勞;fretting fatigue)로 인해 타이어의 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

즉, 내층과 외층, 그리고 스파이럴랩의 꼬임방향 또는 꼬임길이가 상이하여 불완전한 선접촉을 형성하게 되면 타이어의 굴곡 운동 시 마찰 등에 의하여 마모가 빠르게 진행되는 것이다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 여러 시도가 행해지고 있다.

일본특허공개 평7-109685호에서는 3+8구조의 스틸코드를 제안하였는데, 이 스틸코드는 외층 9선 중 1선을 제거하여 틈을 만들고 다시 내층 3선과 외층 8선의 선경을 다르게 하여 틈을 만들고, 이 틈을 통하여 고무 침투성이 좋게 하여서 결국 타이어의 내구성이 향상되도록 한 것이다.

또한 일본특허공개 평10-131065호에서는 상기의 내층 3선의 형부를 외층 9선(혹은 8선)보다 크게 하여 틈을 만들어 내층으로의 고무 침투성을 향상시키는 방법을, 일본특허공개 평6-33382호에서는 내층 3선을 편평화시켜 고무 침투성을 향상시키는 방법을, 일본특허공개 평10-292277호에서는 내층 3선에 프리폼(Preform)을 주어 고무 침투성을 향상시키는 방법을 제시하기도 하였다.

그러나 지금까지 제안된 상기 발명들을 살펴보면 소선강도가 280~300kg/㎟인 보통강도 또는 고강도의 스틸코드이므로 강도가 낮아 타이어 제작 시 내구성 저하 또는 스틸코드 사용량 증가로 인한 회전저항(Rolling Resistance) 저하 등이 발생 할 위험이 있으며 필라멘트의 꼬임길이가 다르거나, 꼬임방향이 다르도록 형성되어 있기 때문에 불완전한 선접촉 또는 점접촉에 의하여 마모가 빠르게 진행될 염려가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결함과 동시에 종래의 스틸코드에 비해 타 물성의 저하를 초래하지 않으면서 강도를 상향시켜서 타이어의 경량화를 달성하고 원가를 절감시킬 수 있으며, 고무 접착력과 심부분으로의 고무 침투력을 향상시킨 차량용 타이어의 스틸코드를 제공하는데 기술적 과제를 둔 것이다.

본 발명은 탄소함량이 0.95~2.0중량%인 와이어로드를 사용하여 인장강도가 380~420kg/㎟인 필라멘트를 생산하고, 이를 연선할 때 내층과 외층 간의 꼬임길이와 방향이 동일하도록 연선가공하여 3/8 UT(Ultra High Tensile) 구조의 스틸코드를 제조한다.

이때 내층 필라멘트의 선경을 외층 필라멘트의 선경대비 5~10% 크게 하여 구조적으로 자연스럽게 공간이 형성되게 하므로서 고무 침투력이 개선되도록 하였다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명에서 내층 필라멘트의 선경(dc)의 크기가 외층 필라멘트의 선경(ds)에 비하여 5% 미만이면 고무침투력 효과가 미비하며, 또 10%를 초과하면 연꼬임시 연불량의 문제가 생길 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3/8 스틸코드의 일부를 절개한 평면도이고, 도 2는 도 1의 횡단면도 인바, 본 발명에 따른 스틸코드의 구체적인 예로는 내층 필라멘트의 직경이 0.16~0.40mm, 외층 필라멘트의 직경이 0.15~0.38mm 이고 꼬임주기가 5~40mm인 스틸코드로서, 인장강도가 380~420kg/㎟인 초고강도 필라멘트를 사용한 초고강도 스틸코드이다.

표 1은 본 발명과 종래기술에 따른 스틸코드를 비교한 것으로, 본 발명에 따른 스틸코드는 탄소함량 0.96중량%인 고강도 카본스틸 선재를 사용하고, 필라멘트 직경을 심선 0.33mm 측선 0.30mm, 그리고 심선 0.20mm, 측선 0.18mm이며 황동도금 한 스틸코드의 물리적 특성을 나타낸 것이다.

<실시예>

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 아래의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 특허청구의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

1) 실시예 1

탄소함량이 0.96중량%이고 인장강도가 130kg/㎟이며, 직경이 5.5mm인 와이어로드를 신선한 후 열처리 및 황동도금을 실시하고 직경 0.20mm,0.18mm 까지 최종신선을 하여 필라멘트를 준비한 후 내층 3가닥(0.20mm)과 외층8가닥(0.18mm)을 12mm 꼬임길이로 S(시계)방향으로 연선가공하여 3x0.20/8x0.18UT 스틸코드를 생산하여 그 물성을 시험한 결과를 [표1]에 나타내었다.

2) 실시예 2

탄소함량이 0.96중량%이고 인장강도가 130kg/㎟이며, 직경이 5.5mm인 와이어 로드를 신선한 후 열처리 및 황동도금을 실시하고 직경 0.33mm,0.30mm 까지 최종신선을 하여 필라멘트를 준비한 후 내층 3가닥(0.33mm)과 외층(0.30mm)를 17mm꼬임길이로 S(시계)방향으로 연선가공하여 3x0.33/8x0.30UT 스틸코드를 생산하여 그 물성을 시험한 결과를 [표1]에 나타내었다.

2) 비교예 1

탄소함량이 0.80중량%이고 인장강도가 110kg/㎟이며, 직경이 5.5mm인 와이어로드를 신선한 후 열처리 및 황동도금을 실시하고 직경 0.35mm까지 최종신선을 하여 필라멘트를 준비한 후 내층 3가닥은 9mm 꼬임길이로 S(시계)방향으로 외층 8가닥은 18mm S(시계) 방향으로 연선가공하여 3+8x0.35HT 스틸코드를 생산하여 그 물성을 시험한 결과를 [표1]에 나타내었다.

2) 비교예 2

탄소함량이 0.80중량%이고 인장강도가 110kg/㎟이며, 직경이 5.5mm인 와이어로드를 신선한 후 열처리 및 황동도금을 실시하고 직경 0.22mm까지 최종신선을 하여 필라멘트를 준비한 후 내층 3가닥과 외층 8가닥은 12mm 꼬임길이로 S(시계)방향으로 연선가공하여 3/8x0.22HT 스틸코드를 생산하여 그 물성을 시험한 결과를 [표1]에 나타내었다.

[표1] 스틸코드 물성

[표1]에서 심고무 접착력(kg/1”)은 다음과 같이 측정하였다.

* 심고무 접착력 (Kg/1”)

: 제조된 스틸코드를 상하에서 6mm두께의 고무로 피복하여 길이 25.4mm의 고무 블록을 제조 후 150℃x30분 가류 시킨 몰드를 준비(고무 접착력 시험시의 몰드와 동일)하여 스틸코드의 측선을 모두 제거 후 심 3 가닥의 접착력을 평가하였다.

본 발명은 탄소함량이 0.95~2.0중량%이고 인장강도가 380~420kg/㎟인 초고강도 고탄소강의 필라멘트를 사용하고, 내층 필라멘트의 선경이 외층 필라멘트 선경대비 5~10%가 되도록 하며 내,외층의 꼬임길이와 방향을 동일하게 한 것이므로 스틸코드의 사용량을 줄일 수 있어서 타이어의 경량화와 원가절감을 기할 수 있다.

또 본 발명은 타이어에 적용 시 고무 접착력과 심 고무 접착력 향상으로 내 측과 외측의 공극들 사이에 수분이나 염분들의 침투가 방지되어 내구성이 향상된다.

Claims (2)

1. 탄소함량이 0.95~2.0중량%이고 인장강도가 380kg/㎟이상인 초고강도 고탄소강 필라멘트로 되어 있으며, 내,외층 필라멘트의 선경(dc,ds)이 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 3/8 구조의 차량용 타이어의 스틸코드.

   다 음

   dc = (1.05~1.10) x ds
2. 제 1항에 있어서, 내,외층 필라멘트 간의 꼬임 방향 및 길이가 동일하며 꼬임길이는 5~40mm인 것을 특징으로 하는 3/8 구조의 차량용 타이어의 스틸코드.

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