KR20100058114A

KR20100058114A - 유기섬유를 포함하는 타이어 보강용 복합코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어

Info

Publication number: KR20100058114A
Application number: KR1020080116813A
Authority: KR
Inventors: 황금강
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2010-06-03

Abstract

본 발명은 1개의 유기섬유 필라멘트로 이루어진 제1층 코어와 3개의 필라멘트로 이루어진 제2층 코어 및 7개 ~ 9개의 필라멘트로 이루어진 제3층 코어로 이루어지며, 제2층 코어 및 제3층 코어는 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 가지고 제1층 코어를 감싸는 형태로 이루어진 타이어 보강용 복합코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 본 발명에 따른 타이어 보강용 복합코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어는 초기 접착력 및 내구성이 우수하며, 제조 공정이 간단하고 중량이 가벼운 특징이 있다.

타이어 보강용 코드, 래디얼 타이어, 프레팅 피로, 초기 접착력, 카카스부, 유기섬유 필라멘트, 복합코드, 스틸 코드.

Description

유기섬유를 포함하는 타이어 보강용 복합코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어{Hybrid Cord for Tire Reinforcement Comprising Organic Fiber and Air Injection Radial Tire Using The Same}

본 발명은 유기섬유를 포함하는 타이어 보강용 복합코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1개의 유기섬유 필라멘트로 이루어진 제1층 코어와 3개의 필라멘트로 이루어진 제2층 코어 및 7개 ~ 9개의 필라멘트로 이루어진 제3층 코어로 이루어지며, 제2층 코어 및 제3층 코어는 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 가지고 제1층 코어를 감싸는 형태로 이루어진 타이어 보강용 복합코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.

통상적으로 중하중용 래디얼 타이어의 카카스부, 비드부, 벨트부에는 고무제품의 보강을 위하여 스틸 코드가 사용되고 있다. 이러한 스틸 코드는 일반적으로 탄소함량 0.6~0.95 중량 %인 카본 스틸에 황동 도금을 실시한 후 신선가공을 수행하여 수득된 선재를 용도에 따라 다양한 구조(1x3, 1x4, 1+6, 2+2, 2+7, 3+6, 3+9, 3+9+15 등)로 꼬아서 제조되고 있다.

이중에서도 트럭 또는 버스에 이용되는 타이어용 스틸 코드로서는, 다수의 필라멘트가 꼬여진 제1층 코어 및 다수의 필라멘트가 제1층 코어를 감싸면서 일체로 되도록 꼬여진 2층형 스틸 코드와, 다수의 필라멘트가 상기 2층형 스틸 코어를 감싸면서 꼬여진 제3층 코어 또는 1개의 필라멘트가 제3층 코어를 감싸면서 꼬여진 립핑 처리된 3층형 구조가 주로 이용되고 있다.

현재 일반적으로 사용되고 있는 것은 3+9+15+w(wrapping) 구조인데 이의 제조방법을 개략적으로 설명해보면 우선 3개의 필라멘트를 좌 또는 우 어느 한쪽방향으로 꼬아서 제1층 코어를 형성하고, 9개의 필라멘트를 제1층 코어와 동일한 방향으로 꼬면서 제1층 코어와 꼬임주기를 달리하여 제2층 코어를 형성한다. 이어서, 제2층 코어가 제1층 코어를 감싸며 일체 되도록 한 후, 15개의 필라멘트를 제1/2층 코어와 반대방향으로 꼬면서 제2층 코어와 꼬임주기를 다르게 하여 제3층 코어를 형성한 후, 제3층 코어가 제2층 코어를 감싸며 일체 되도록 한다, 그리고 1개의 필라멘트를 제3층 코어와 반대방향으로 꼬면서 소정의 꼬임주기로 랩핑 코어를 형성시키되, 랩핑 코어가 제3층 코어를 감싸며 일체 되도록 하여, 랩핑 처리된 3층형 스틸 코드를 완성한다.

이와 같이 랩핑 처리된 3층형 스틸 코드는 다수의 필라멘트에 의해 고강력이고, 랩핑 처리에 의해 각 필라멘트간의 결속력이 크므로, 트럭이나 버스와 같은 대형 타이어의 카카스나 벨트부의 보강용 스틸 코드로 주로 사용되고 있다. 그러나, 랩핑 처리된 3층형 스틸 코드도 상기 2층형 스틸 코드의 경우와 마찬가지로 제1층 내지 제3층 코어의 꼬임방향 및/또는 꼬임주기가 서로 다르게 되어 있으므로, 필라멘트들 간의 기계적인 마찰과, 외부로부터 침투되는 수분이나 염분 등에 의해 화학적인 부식이 동시에 발생되는 프레팅 피로(Fretting fatigue) 현상의 발생이 커서 랩핑 처리된 스틸 코드 및 이를 적용한 타이어의 내구성이 크게 저하되고, 또한 제1/2/3층 코어 및 랩핑 코어를 별도의 공정으로 따로 꼬아야 하므로 생산성이 저하되고, 제품비용이 증가되는 문제가 발생된다.

상술한 문제를 해결하기 위하여 국내 등록 특허 KR 0305503 는 코어층을 구성하는 필라멘트의 꼬임방향을 동일하게 한 3/7 또는 3/8 구조의 타이어 보강용 스틸 코드를 개시하고 있다. 그러나, 제1층 코어와 제2층 코어의 꼬임주기가 동일한 구조로 되어 있어, 스틸 코드의 제조공정은 단순화 되지만, 동일한 꼬임길이, 꼬임주기로 인한 접촉 면적이 극대화 되어 3개의 필라멘트로 이루어진 제 1층 코어 부분까지 완전한 고무침투가 완전히 이루어 진다고 볼 수 없다. 따라서 외력에 의해 타이어가 반복적으로 굴곡되면, 프레팅 피로 발생 소지가 있으며, 이를 적용한 타이어의 내구성이 저하될 염려가 있다.

또한, 제1층 코어에 하나의 금속 필라멘트를 사용하고 제2층 코어와 제3층 코어의 꼬임방향 및 꼬임주기가 동일한 1+3/8 구조의 3층형 스틸 코드에 있어서는, 제1층 코어에 금속 필라멘트를 사용하므로 심선과 측선의 접촉점이 증가함에 따라 심선의 유동에 의한 프레팅 마모가 발생할 소지가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 제1층 코어 물질로 유기섬유 필라멘트를 사용하고 제2층 코어와 제3층 코어의 꼬임방향 및 꼬임주기를 동일하게 함으로써, 제조 공정이 간단하고 내구성이 우수하며 중량이 가벼운 타이어 보강용 코드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 유기섬유 필라멘트를 포함하는 타이어 보강용 코드를 적용함으로써 제조 비용이 저렴하고 내구성이 우수하며 중량이 가벼운 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 1개의 유기섬유 필라멘트로 이루어진 제1층 코어와 3개의 스틸 필라멘트로 이루어진 제2층 코어 및 7개 ~ 9개의 스틸 필라멘트로 이루어진 제3층 코어로 이루어지며, 제2층 및 제3층 코어는 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 가지고 상기 제1층 코어를 감싸는 형태로 이루어지는 타이어 보강용 복합코드에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, 본 발명에 따른 상기 타이어 보강용 복합코드에 있어서, 제3층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 이루어진 랩핑 코어를 추가로 구비하며, 상기 랩핑 코어의 꼬임 방향은 제2층 및 제3층 코어의 꼬임 방향과 반대인 타이어 보강용 복합코드에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은, 본 발명에 따른 상기 타이어 보강용 복합코드를 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나에 적용시킨 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 의한 유기섬유를 포함하는 타이어 보강용 복합코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어는, 초기 접착력 및 내구성 등의 물성이 우수하고, 제조 공정이 간단하며, 타이어의 중량이 가벼운 효과가 있다.

이하, 첨부 도면 및 실시예 등을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드는, 1개의 유기섬유 필라멘트로 이루어진 제1층 코어를 서로 꼬임방향과 꼬임주기가 동일한 제2층 스틸 코어 및 3층 스틸 코어로 감싸는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드는 1개의 유기섬유 필라멘트(1a)로 이루어진 제1층 코어(1), 3개의 스틸 필라멘트(2a)로 이루어진 제2층 코어(2) 및 8개의 스틸 필라멘트(3a)로 이루어진 제3층 코어(3)를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 제3층 코어(3)를 구성하는 스틸 필라멘트(3a)는 바람직하게는 7개 내지 9개의 필라멘트를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)는 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 가지며, 유기섬유 필라멘트(1a)로 이루어진 제1층 코어(1)를 감싸는 형태로 이루어진다.

이와 같이 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)에 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 부여함으로써 타이어 보강용 복합코드의 제조공정을 단순화할 수 있으며, 심선에 1 가닥의 유기섬유 필라멘트(1a)를 삽입함으로써 제1층 코어(1)부분까지 고무가 침투할 수 있는 공간을 확보하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 1층 코어(1) 물질로 금속 필라멘트 대신 유기섬유 필라멘트를 사용함으로써 심선과 측선의 접촉점이 감소함에 따라 심선의 유동에 의한 프렛팅 마모가 발생할 소지를 완전히 배제할 수 있으며 전체 코드의 중량도 감소시키는 효과가 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드에 있어서, 상기 제1층코어(1)를 구성하는 유기섬유 필라멘트(1a)의 재질로는 나일론 6, 나일론 66, 폴리에스터, 레이온, 케블러, 아라미드 또는 유리섬유 등을 사용할 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드에 있어서, 상기 제1층 코어(1)를 구성하는 유기섬유 필라멘트(1a)의 직경(d1)은 0.20~0.80 mm 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트(d2, d3)의 직경은 0.15~0.40 mm 인 것이 바람직하며, 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)의 꼬임 주기는 제3층 코어(3)를 구성하는 필라멘트 직경(d3)의 20~100배인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드에 있어서, 상기 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)를 구성하는 스틸 필라멘트(2a, 3a)는 카본 함량이 0.7~1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01~5 ㎛ 두께로 도금한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)의 필라멘트 표면을 도금 처리하게 되면, 이들 필라멘트와 고무 간의 상호 접착력이 크게 증가하는 이점을 가진다.

도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 타이어 보강용 복합코드는 제1층 코어(1), 제2층 코어(2) 및 제3층 코어(3)를 포함하여 이루어지는 타이어 보강용 복합코드에 있어서, 상기 제3층 코어(3)의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트(4a)로 이루어진 랩핑 코어(4)를 추가로 구비할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드에 있어서, 상기 랩핑 코어(4)의 꼬임 방향은 제2층 및 제3층 코어(2, 3)의 꼬임 방향과 반대로 형성된다. 상기 랩핑 코어를 구성하는 필라멘트(4a)의 직경은 바람직하게는 0.10~0.40 mm 이며, 꼬임주기는 2~20 mm인 것이 바람직하다. 상기 랩핑 코어(4)를 구성하는 필라멘트(4a)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니나 상기 제2층 및 제3층 코어를 구성하는 필라멘트(2a, 3a)의 재질과 동 일한 것을 사용할 수 있다.

이와 같이 랩핑 처리된 3층형 복합코드는, 심선에 1 가닥의 유기섬유 필라멘트를 삽입함으로써 제1층 코어부분까지 고무가 침투할 수 있는 공간을 확보하여 내구성을 향상시킬 수 있으며, 랩핑 처리에 의해 각 필라멘트 간의 결속력이 크므로 트럭이나 버스와 같은 대형 타이어의 카카스부나 벨트부의 보강용 코드로 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 양상은, 상기 유기섬유 필라멘트를 포함하는 타이어 보강용 복합코드를 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나에 적용한 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 공기입 래디얼 타이어는, 보강코드의 심선에 1가닥의 유기섬유 필라멘트를 사용함으로써 프레팅 마모 발생을 배제하여 타이어의 내구성을 향상시킴과 동시에 타이어의 중량도 감소시킬 수 있으며, 제2층 코어 및 제3층 코어의 꼬임방향과 꼬임주기가 동일하여 제조공정을 단순화할 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 다만 이는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

실시예 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 1 + 3/8 구조의 3층형 복합코드로서, 제1층 코어인 유기섬유 필라멘트는 0.40 mm 직경의 레이온 필라멘트를 사용하였다. 제2층 코어 및 제3층 코어를 구성하는 금속 필라멘트는 직경 0.32 mm의 카본 함량 0.82 중량%의 카본 스틸에 구리/아연 도금된 필라멘트를 사용하였으며, 제2층 코어 및 제3층 코어의 꼬임방향은 동일하고 꼬임 주기는 16 mm로 하였다.

실시예 1에 따른 복합코드의 물성 평가를 실시하여 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

비교예 1은 종래의 3/8 구조로 된 2층형 스틸 코드로서, 그 물성 평가 결과를 하기의 표 1에 함께 나타내었다.

[비교예 2]

비교예 2는 종래의 1 + 3/8 구조로 된 3층형 스틸 코드로서, 1층 코어의 재질로 직경 0.15 mm의 금속 필라멘트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제작하였다.

[ 표 1 ]

구분		비교예 1	비교예 2	실시예 1
규격		3/8(0.32)	1(0.15)+3/8(0.32)	1(0.40)+3/8(0.32)
선재 C wt %		0.82	0.82	0.82
심선(제1층) 여부		x	0	0
심선(제1층) 재질		-	금속필라멘트	레이온
피로한계응력 (kgf/mm2)		90이상	90이상	90이상
초기 접착력 (kgf/mm2)		172	175	190
열노화성 (kgf/mm2)	7일 14일 21일	175 160 146	174 168 156	184 174 165
내습성 (kgf/mm2)	7일 14일 21일	169 154 145	176 175 165	186 182 178
내온수성 (kgf/mm2)	7일 14일 21일	169 155 145	171 165 155	181 176 170
내염수성 (kgf/mm2)	7일 14일 21일	165 145 121	176 160 140	179 171 165

[물성 평가 방법]

* 피로한계응력은 RBT(Rotating Beam Tester, Bekaert사)에 의해 측정하였다.

(피로한계응력에서 100만회 이상 회전)

* 초기 고무접착력은 150 ℃ x 30 min. 조건에서 Intron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.

* 열노화성은 100 ℃의 오븐(oven) 조건에서, 내습성은 70 ℃, 96% RH 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Intron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.

* 내온수성은 70 ℃ 조건에서, 내염수성은 NaCl 20% 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Intron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 제1층 코어에 유기섬유 필라멘트를 포함하는 본 발명에 따른 3층형 복합코드가 초기 접착력을 포함하여 내구성 전반에 걸쳐 비교예 1의 3/8 구조로 된 2층형 스틸 코드에 비하여 월등히 우수한 물성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제1층 코어에 유기섬유 필라멘트를 포함하는 3층형 복합코드는, 제1층 코어에 금속 필라멘트를 포함하는 종래의 3층형 스틸 코드에 비하여 초기 접착력을 포함한 내구성 전반에 걸친 물성이 약 5% 이상 우월한 효과를 보임을 알 수 있다.

이상에서, 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 타이어 보강용 복합코드의 단면도이다.

[도면의 주요부분에 대한 설명]

1 : 제1층 코어, 1a : 제1층 코어 필라멘트

2 : 제2층 코어, 2a : 제2층 코어 필라멘트

3 : 제3층 코어, 3a : 제3층 코어 필라멘트

4 : 랩핑 코어 4a : 랩핑 코어 필라멘트

Claims

1개의 유기섬유 필라멘트로 이루어진 제1층 코어와 3개의 스틸 필라멘트로 이루어진 제2층 코어 및 7개 ~ 9개의 스틸 필라멘트로 이루어진 제3층 코어로 이루어지며, 상기 제2층 코어 및 제3층 코어는 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 가지고 상기 제1층 코어를 감싸는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 복합코드

제 1항에 있어서, 상기 타이어 보강용 복합코드는 상기 제3층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 이루어진 랩핑 코어를 추가로 구비하며, 상기 랩핑 코어의 꼬임 방향은 제2층 및 제3층 코어의 꼬임 방향과 반대인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 복합코드.

제 1항에 있어서, 상기 제1층 코어를 구성하는 물질은 나일론 6, 나일론 66, 폴리에스터, 레이온, 케블러, 아라미드 또는 유리섬유 등의 유기섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 모노 필라멘트인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 복합코드.

제 1항에 있어서, 상기 제1층 코어를 구성하는 유기섬유 필라멘트의 직경은 0.20~0.80 mm 이고, 제2층 코어 및 제3층 코어를 구성하는 금속 필라멘트의 직경은 0.15~0.40 mm 이며, 제2층 코어 및 제3층 코어의 꼬임 주기는 제3층 코어를 구성하는 필라멘트 직경의 20~100배인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 복합코드.

제2항에 있어서, 상기 제3층 코어를 감싸는 랩핑 코어를 구성하는 필라멘트의 직경은 0.10~0.40 mm이며, 꼬임 주기는 2~20 mm인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 복합코드.

제1항에 있어서, 상기 제2층 코어 및 제3층 코어를 구성하는 스틸 필라멘트는 카본 함량이 0.7~1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01~5 ㎛ 두께로 도금한 것을 특징으로 타이어 보강용 복합코드.

제1항 내지 제6항의 타이어 보강용 복합코드를 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나에 적용시키는 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어.