KR20100106539A - 부설 위치 화합물 형태의 두 층을 포함하는 케이블을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, M+N 구조의 두 층(Ci, Ce)을 갖는 금속 케이블을 제조하기 위한 방법이며, 상기 층은 내부 층(Ci) 및 외부 층(Ce)을 포함하고, 상기 내부 층은 피치가 p₁인 나선형으로 함께 권선되는 직경이 d₁인 M 개의 와이어(M은 2 내지 4로 다양함)로 구성되고, 상기 외부 층(Ce)은 내부 층(Ci) 주위로 피치가 p₂인 나선형으로 함께 권선되는 직경이 d₂인 N 개의 와이어로 구성되며, 상기 방법은 차례로 이하의 단계를, 즉,
- 조립 지점에서 내부 층(Ci)을 형성하기 위해 트위스팅에 의해 M 개의 코어 와이어를 조립하는 단계와,
- 상기 M 개의 코어 와이어의 조립 지점의 하류부에서, 가공되지 않은 상태의 소위 "충전 고무"인 디엔 고무 합성물로 내부 층(Ci)을 둘러싸는 단계와,
- 내부 층(Ci) 주위를 트위스팅함으로써 둘러싸는 외부 층(Ce)의 N 개의 와이어를 조립하는 단계와,
- 트위스트 밸런싱의 최종 단계를 포함한다.
이러한 방법을 실행하기 위한 장치이다.

Description

부설 위치 화합물 형태의 두 층을 포함하는 케이블을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING A CABLE COMPRISING TWO LAYERS OF THE IN SITU COMPOUND TYPE}

본 발명은 특히 고무 제품, 상세하게는 타이어를 보강하는데 유용한, M+N 구조의 두 층 금속 케이블을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은, "부설 위치(in-situ)에 고무를 도포한", 즉, 내부에 고무를 도포한 형태의 금속 케이블을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 금속 케이블들은 실제로, 특히 산업 차량용 타이어의 벨트에서, 이들의 내부식성 및 이에 따른 항구성을 개선시키기 위해서 가공하지 않은 상태의 고무로 제조된다.

공지된 방식의 방사상 타이어는 트레드와, 두 개의 비신장식 비드(inextensible bead)와, 트레드에 비드를 결합시키는 두 개의 측벽과, 카커스(carcass) 보강재와 트레드 사이에서 주연방향으로 배치된 벨트를 포함한다. 이러한 벨트는, 금속 또는 직물 형태의 보강 재료("보강재")(예를 들어, 케이블 또는 모노필라멘트)에 의해 보강될 수 있거나 보강될 수 없는, 고무로 된 다수의 플라이(또는 "층")로 구성된다.

타이어 벨트는 일반적으로 적어도 두 개의 겹쳐진 벨트 플라이[종종 "워킹(working)" 플라이 또는 "교차된" 플라이로 언급됨]와, 일반적으로 금속성인 보강 케이블로 구성되는데, 상기 케이블은 플라이 내에서 실제로 서로 평행하게 배치되지만, 하나의 플라이로부터 다른 플라이로 교차될 수 있으며, 즉, 당해 타이어의 형태에 따라 중간 주연방향의 평면에 대해 대체로 10˚와 45˚ 사이의 각으로 대칭으로 또는 그 반대로 기울어져 있을 수 있다. 교차된 플라이들은, 경우에 따라 폭이 다양하고, 보강재를 포함할 수도 포함하지 않을 수도 있는 다른 플라이들 또는 고무로 된 보조 층들에 의해 보충될 수 있다; "보호(protective)" 플라이로 언급되거나, 또 다르게는 "호핑(hooping)" 플라이로 언급되는 고무로 된 단순 완충재가 예시적으로 언급될 것이며, "보호" 플라이는 외부 침식 및 천공으로부터 벨트의 레스트(rest)를 보호하는 역할을 하며, "호핑" 플라이는 교차된 플라이에 대해 방사상 외향으로 또는 내향으로, 사실상 주연방향으로 배향되는 보강재를 포함한다("0도" 플라이로 언급됨).

공지된 방식의 이러한 타이어 벨트는 종종 모순된 다양한 요구를 충족해야 하는데, 특히,

- 사실상 타이어의 크라운에 강성을 부여한다는 점에 기인하여 저 변형에서 가능한 강성이어야 하고,

- 한편으로는 크라운의 내부 구역의 러닝(running) 동안 가열을 최소화하도록, 다른 한편으로는 타이어의 구름 저항(rolling resistance)을 감소시키도록, 즉 연료를 절약하도록, 가능한 낮은 히스테리시스(hysteresis)를 가져야하며,

- 마지막으로, 특히 타이어의 견부 구역에서의 교차된 플라이의 단부의 분리 균열 현상["쪼개짐(cleavage)"으로 알려짐]에 대해 높은 항구성을 가져야 하는데, 이를 위해서는 특히 벨트 플라이를 보강하는 금속 케이블이 대체적인 부식 환경에서 압축시 높은 피로 강도를 가져야한다.

세번째 요구는 대형 차량과 같은 산업 차량용 타이어 커버에서 특히 강하게 요구되는데, 이러한 요구를 충족한 타이어는, 타이어에 포함된 트레드가 연장 작동 후에 위험한 정도로 마모되었을 때, 한번 이상 재생될 수 있게 설계된다.

전술된 벨트의 보강을 위해서, 통상적으로 벨트는 중심 코어 및 이러한 코어 주위에 배치되는 와이어로 된 하나 이상 동심 층으로 구성되는, "층상(layered)"("층상 코드")으로 언급되는 강철 케이블("강철 코드")로 만들어진다. 가장 널리 이용되는 층상 케이블은, 기본적으로, M 개의 와이어(들)로 된 코어가 N 개의 와이어로 된 적어도 한 개의 층으로 둘러싸이거나 혹은 그것이 P 개의 와이어로 된 외부 층으로 둘러싸여 형성되는 M+N 또는 M+N+P 구조의 케이블로서, M, N 또는 P 개의 와이어는 간편화와 비용적인 측면을 위해 일반적으로 동일한 직경을 갖는다.

지속적으로 강하고 보다 큰 내구성을 갖게 되는 탄소 강철은, 최근 가능한 많은 타이어 제조업자가, 특히 이러한 케이블의 제조를 단순화하여 복합 보강 플라이의 두께를 감소시킴으로써 타이어의 히스테리시스를 감소시키기 위해, 단 두 개의 층을 갖는 케이블을 사용하려는 경향이 있다는 점에 기인하여 효율적인데, 이는 궁극적으로는 타이어 자체에 드는 비용 및 이러한 타이어가 끼워지는 차량의 에너지 소비를 감소시킨다.

전술된 모든 근거를 기초로, 최근의 타이어 벨트에 가장 널리 이용되는 두 층 케이블은 기본적으로, 코어, 또는 M 개의 와이어(특히 3 또는 4개의 와이어)로 된 내부 층과 N 개의 와이어(예를 들면 6 내지 12 개의 와이어)로 된 외부 층으로 구성된 M+N 구조의 케이블이다. 외부 층은, 특히 코어 와이어의 직경이 외부 층의 와이어의 직경 보다 큰 것으로 선택될 때, M 개의 코어 와이어의 존재에 기인하여 내부 층은 큰 직경을 갖게 되기 때문에 비교적 탈포화(unsaturated)된 상태로 있게 된다.

이러한 형태의 구조는, 타이어가 경화될 동안, 타이어 또는 다른 고무 제품의 캘린더링(calendering) 고무가 외부로부터 케이블로 침투되게 조장하여, 결과적으로, 피로 및 피로 부식 관점에서, 특히 전술된 쪼개짐 문제에 대해서 케이블의 내구성을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 알려진 바와 같이, 케이블 내에 적은 양의 공기를 포획함으로써 고무가 케이블에 양호하게 침투될 수 있는데, 이는 타이어 경화 시간["프레스 시간(press time)"]을 감축시킨다.

그러나, 3+N 또는 4+N 구조의 케이블은, 3 개 또는 4 개의 코어 와이어의 중심에 채널 또는 모세관이 존재하기 때문에 코어까지 침투될 수 없다는 단점을 갖지며, 즉, 상기 채널 또는 모세관은 고무로 채워진 후에도 빈 채로 남아 있게 되어 일종의 "위킹(wicking)" 효과에 의해 물과 같은 부식 매체의 전달에 호의적이게 된다. 이러한 단점은 예를 들어 특허 출원 제WO 01/00922호, 제WO 01/49926호, 제WO 2005/071157호, 및 제WO 2006/013077호에 잘 공지되어 기재되어 있다.

전술된 문제를 해결하기 위해서, 단일의 중심 와이어를 사용함으로써 내부 층의 와이어들을 분리시켜 내부 층(Ci)이 개방되게 하고, 외부 층으로부터 하나의 와이어를 제거시키는 것이 제안되어, 예를 들어 1+3+(N-1)의 구조로 획득된 케이블이 외부로부터 그 중심까지 침투될 수 있게 되었다. 내부 층의 와이어와 관련하여, 중심 와이어는, 의도된 탈포화 효과를 갖지 않을 수도 있다는 점 때문에 너무 얇지 않아야 하며, 와이어가 케이블의 중심에 남아있지 않게 될 수도 있다는 점 때문에 너무 두껍지도 않아야 한다. 통상적으로, 예를 들어 직경이 0.35mm인 Ci 층 및 Ce 층의 와이어에 대해서, 직경이 0.12mm인 중심 와이어가 사용된다[예를 들어, RD (연구 개재) 1990년 8월, 제316107호의 "강철 코드 구조(Steel cord construction)" 참조].

상당히 고가인 상기 첫 번째 해결책은, 또한 케이블의 강성에 어떠한 기여도 하지 않는 와이어의 추가를 필요로 하기 때문에, 제조상의 문제를 불러오기도 한다: 즉, 중심 와이어는 케이블링(cabling) 또는 스트랜딩(stranding) 동안 케이블의 중심에 와이어를 유지시키기 위해 고 인장하에서 유지되어야 하는데, 일부 경우에, 이러한 인장은 와이어의 인장 강도에 근접할 수 있다. 또한, 외부 와이어 중 하나를 제거하면 유닛 단면 당 케이블의 강도가 감소한다.

다시 말해, 코어 침투도의 이러한 문제를 해결하려는 시도에 있어서, 이러한 부분에 대해 미국 특허 출원 제2002/160213호는 부설 위치에 고무를 도포한 M+N 형태의 케이블(M은 2 내지 4로 다양함)의 생산을 제안한다. 상기 문서에서 제안된 방법은, 외부 층의 N 개의 와이어가 내부 층 주위를 스트랜딩함으로써 사실상 맞춰져 둘러싸기 전에 고무가 내부 층을 둘러싸도록, 와이어가 조립 지점[또는 트위스팅(twisting)되는 지점]의 상류부에서, M 개의 와이어 중 단 하나 또는 양호하게는 각각을 개별적으로 [즉, 분리식으로, "와이어 바이 와이어(wire by wire)"] 코팅하는데 가공되지 않은 상태의 고무를 사용한다.

전술되어 제안된 방법은 수많은 문제를 나타낸다. 가장 먼저, M 개의 와이어 중 단 하나의 와이어, 예를 들어, (이러한 출원의 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이) 세 개의 와이어 중 하나의 와이어를 둘러싸면, 최종 케이블의 고무로의 충분한 충전이 보장되지 않으며, 부식에 대한 만족스러운 저항의 획득이 보장되지 않는다. 둘째로, (상기 문서의 도 2 및 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이) 와이어 바이 와이어로 M 개의 와이어 각각을 둘러싸면, 실제로 케이블의 충전을 유도함에도 불구하고도, 결과적으로는 초과된 양의 고무를 사용하게 된다. 최종 케이블의 주연부에서 삐져나온 고무는 이후 산업용 스트랜딩 및 고무 도포 환경을 방해한다.

가공되지 않은 상태의 고무의 심한 고착성(stickiness)으로 인해, 이런 식으로 고무가 도포된 케이블은 제조 도구에 달라붙는 원치않는 고착 효과에 의해 또는 이러한 케이블이 수용 릴에 권선될 때 케이블의 턴(turn)이 함께 고착되어 쓸모없게 되며, 궁극적으로 케이블은 적절하게 캘린더링될 수 없다. 캘린더링은, 예를 들어 타이어를 제조할 동안, 가공되지 않은 상태의 고무로 된 두 개의 층 사이에, 임의의 후 제조 단계에 있어서 반 완료 생성물로서 작용하는 금속성 고무 도포 직물을 통합함으로써 케이블을 변환시키는 것을 포함한다.

M 개의 와이어 각각을 개별적으로 둘러쌈으로써 나타나는 다른 문제점은 M 개의 압출 헤드를 사용함으로써 차지하는 상당한 공간이다. 이러한 공간 차지로 인해, [즉, 하나의 층과 다른 층이 상이한 피치(p₁, p₂)를 갖거나, 또는 동일한 피치(p₁, p₂)를 갖지만 하나의 층과 다른 층의 트위스팅 방향이 상이한] 원통형 층을 갖는 케이블의 제조에는, 필요에 따라 두 개의 불연속적인 작업이 갖추어져야 한다; 즉, (i) 제1 단계에서, 와이어를 개별적으로 둘러싼 이후 내부 층을 스트랜딩및 와인딩(winding)하는 단계, 그리고 (ii) 제2 단계에서, 내부 층 주위에 외부 층을 스트랜딩하는 단계. 다시 말해, 가공되지 않은 상태의 고무의 상당한 고착성으로 인해, 내부 층이 릴에 권선될 때, 내부 층의 보관 및 중간 와인딩은, 인터리브(interleave) 및 넓게 분리된 피치의 사용을 요구하여, 권선된 층에서, 동일한 층 내에서, 턴 사이에서 원치않게 고착이 함께 나타나는 것을 막는다.

전술된 제약 모두는 산업적인 입각에서 상당히 불리한 면이 있지만 빠른 제조 속도를 추구한다는 것을 모순적으로 증명한다.

이러한 연구를 수행하면서, 출원인은 일렬로 트위스팅 및 고무를 도포하는 신규 방법을 발견하였으며, 연속해서 이는 부설 위치에 고무를 도포한 M+N 케이블의 제조에 적용될 수 있으며 전술된 단점을 해결할 수 있다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명의 제1 주제는, M+N 구조의 두 층(Ci, Ce)을 갖는 금속 케이블을 제조하기 위한 방법이며, 상기 층은 내부 층(Ci) 및 외부 층(Ce)을 포함하고, 상기 내부 층은 피치가 p₁인 나선형으로 함께 권선되는 직경이 d₁인 M 개의 와이어(M은 2 내지 4로 다양함)로 구성되고, 상기 외부 층(Ce)은 내부 층(Ci) 주위로 피치가 p₂인 나선형으로 함께 권선되는 직경이 d₂인 N 개의 와이어로 구성되며, 상기 방법은 차례로(inline) 수행되는 이하의 단계를, 즉,

- 조립 지점에서 내부 층(Ci)을 형성하기 위해 트위스팅에 의해 M 개의 코어 와이어를 조립하는 단계와,

- 상기 M 개의 코어 와이어의 상기 조립 지점의 하류부에서, 가공되지 않은 상태의 소위 "충전 고무"인 디엔 고무 합성물로 내부 층(Ci)을 둘러싸는 단계와,

- 내부 층(Ci) 주위를 트위스팅함으로써 둘러싸는 외부 층(Ce)의 N 개의 와이어를 조립하는 단계와,

- 트위스트 밸런싱(twist balancing)의 최종 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법을 실시하는데 사용될 수 있는, 차례로 조립 및 고무 도포를 하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 형성되는 과정에 있는 케이블의 이동 방향으로, 상류부에서 하류부로,

- M 개의 코어 와이어를 공급하기 위한 급송 수단과,

- 내부 층을 형성하기 위해 트위스팅에 의해 M 개의 코어 와이어를 조립하기 위한 제1 수단과,

- 내부 층을 둘러싸는 수단과,

- 둘러싸는 수단으로부터의 출구에, 외부 층을 형성하기 위해 코어 주위를 트위스팅함으로써 둘러싸는 N 개의 외부 와이어를 조립하는 제2 수단과,

- 제2 조립 수단으로부터의 출구에, 트위스트 밸런싱 수단을 포함한다.

본 발명 및 본 발명의 이점은 하기의 기재 및 예시적인 실시예의 관점에서, 또한 이러한 예시와 관련된 도 1 내지 도 7 및 개개의 개략적인 도면으로부터 즉시 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있는 트위스팅 및 제위치에 고무를 도포하기 위한 일 예시적인 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 방법을 사용하여 제조될 수 있는 압축 형태의 3+9 구조의 케이블의 단면도이다.
도 3은 다시 압축 형태의 3+9 구조의 통상적인 케이블의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 방법을 사용하여 제조될 수 있는 원통형 층을 갖는 형태의 3+9 구조의 케이블의 단면도이다.
도 5는 다시 원통형 층을 갖는 형태의 3+9 구조의 통상적인 케이블의 단면도이다.
도 6은 매우 작은 직경의 코어 와이어를 갖는 1+3+8 구조의 원통형 층을 갖는 형태의 다른 통상적인 케이블의 단면도이다.
도 7은 방사상 카커스 보강재를 갖는 대형 수송차(heavy goods vehicle) 타이어 커버의 방사상 단면도이다.

본 명세서에서, 달리 명확하게 지시하지 않는다면, 지시된 모든 퍼센트(%)는 질량 단위의 퍼센트를 지시한다. "a와 b 사이의"라는 표현에 의해 나타낸 값의 임의의 범위는 a 보다 크고 b보다 작은 범위에 미치는 값의 범위(즉, 마지막 지점인 a와 b를 배제)를 나타내는 반면, "a 내지 b"라는 표현에 의해 나타낸 값의 임의의 범위는 a로부터 최대 b까지 미치는 값의 범위(즉, 엄밀하게 마지막 지점인 a와 b를 포함)를 의미한다.

본 발명은 M+N 구조의 두 층(Ci, Ce)을 갖는 "부설 위치에 고무를 도포한" 형태의 금속 케이블을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 금속 케이블은 내부 층(Ci) 및 외부 층(Ce)을 포함하고, 상기 내부 층(Ci)은 피치가 p₁인 나선형으로 함께 권선되는, 직경이 d₁인 M 개의 와이어(M은 2 내지 4로 다양함)로 구성되고, 상기 외부 층(Ce)은 내부 층(Ci) 주위로 피치가 p₂인 나선형으로 함께 권선되는, 직경이 d₂인 N 개의 와이어로 구성되며, 상기 방법은 차례로(inline) 수행되는 이하의 단계를, 즉,

- 가장 먼저, 조립 지점에서 내부 층(Ci)을 형성하기 위해 트위스팅에 의해 M 개의 코어 와이어를 조립하는 단계와,

- 이후, M 개의 코어 와이어의 상기 조립 지점의 하류부에서, 가공되지 않은 (즉, 교차 결합 되지 않은) 상태의 소위 "충전 고무"인 디엔 고무 합성물(diene rubber composition)로 내부 층(Ci)을 둘러싸는 단계와,

- 이후, 내부 층(Ci) 주위를 트위스팅함으로써 둘러싸는 외부 층(Ce)의 N 개의 와이어를 조립하는 단계와,

- 이후, 트위스트 밸런싱의 최종 단계를 포함한다.

금속 와이어를 조립하는 두 가지 가능한 방법이 하기에 기재된다.

- 케이블링(cabling)에 의한 방법으로서, 이 경우, 조립 지점 전후에서 동기식인 회전으로 인해, 와이어가 자신의 축을 중심으로 한 어떠한 트위스팅도 경험하지 않는, 케이블링에 의한 방법 또는,

- 트위스팅(twisting)에 의한 방법으로서, 이 경우, 와이어는 자신의 축을 중심으로 한 집합적인 트위스팅과 개별적 트위스팅 모두를 경험하게 되어 각각의 와이어에 트위스팅 풀림 토크(untwisting torque)를 발생시키는, 트위스팅에 의한 방법.

전술된 본 발명의 방법의 본질적인 제1 특징은, 내부 층을 조립하고 외부 층을 조립할 때 모두 트위스팅 단계를 사용한다는 것이다.

제1 단계 동안, M 개의 코어 와이어는 공지된 방법대로 (S 또는 Z 방향으로) 함께 트위스팅되어 내부 층(Ci)을 형성한다; 와이어는 코어 와이어를 공통 트위스팅 지점(또는 조립 지점)으로 수렴시키는 조립 안내부와 결합될 수 있거나 결합될 수 없는 릴(reel), 스플리터 플레이트와 같은 급송 수단에 의해 운반된다.

내부 층의 M 개의 와이어는, 예를 들어 0.20와 0.50mm 사이의 범위에 있는, 특히 0.23 내지 0.40mm의 범위의 직경(d₁)을 가지며, 그 트위스팅 피치(p₁)는 예를 들어 5와 30mm 사이의 범위에 있다.

본원에서, 피치 "p"는 공지된 방식으로, 케이블의 축에 평행하게 측정되는 길이를 나타내고, 케이블의 단부에서 이러한 피치를 갖는 와이어는 케이블의 상기 축 주위로 하나의 완전한 턴을 형성할 것이다.

이런식으로, 형성된 내부 층(Ci)은 이후 적절한 온도에서 압출기 스크류에 의해 공급되는 가공되지 않은 상태의 충전 고무로 둘러싸인다. 따라서, 충전 고무는, 종래 기술에 기재된 바와 같이 내부 층이 형성되기 전에 조립 작업의 상류부에서 와이어를 개별적으로 둘러싸는 것에 의존할 필요 없이, 단일의 압출 헤드를 사용하여 고정된 단일의 작은 지점으로 전달될 수 있다.

본 발명의 방법은 종래의 조립 공정을 늦추지 않는 주목할만한 이점을 갖는다. 이로 인해, 생성되는 케이블의 형태와 관련 없이[조밀 층(compact layer)을 갖는 케이블 또는 원통형 층을 갖는 케이블] 초기 트위스팅과, 둘러쌈과, 최종 트위스팅의 완전한 작동이 차례로, 그리고 단일 단계에서 수행될 수 있으며, 이들 모두는 고속으로 수행될 수 있다. 본 발명의 방법은 70m/min을 초과하는, 바람직하게는 100m/min을 초과하는 속도(케이블이 트위스팅/둘러싸는 라인을 지나가는 속도)로 수행될 수 있다.

조립 지점의 하류부(즉, 조립 지점과 압출 헤드 사이)에서, M 개의 와이어에 가해지는 인장 응력은, 사실상 하나의 와이어에서 다음 와이어까지 동일하고, 바람직하게는 와이어의 인장 강도의 10과 25% 사이의 범위에 있다.

압출 헤드는 하나 이상의 다이, 예를 들어 하나의 상류부 안내 다이 및 하나의 하류부 보정 다이를 가질 수 있다. 케이블의 직경을 연속적으로 측정하고 점검하는 수단을 추가할 수 있으며, 이들은 압출기에 링크된다. 양호하게, 충전 고무가 압출되는 온도는 60℃와 120℃ 사이의 범위에 있으며, 보다 바람직하게는 70℃와 110℃ 사이의 범위에 있다.

따라서, 압출 헤드는, 회전 원통형 형태의 둘러싸는 구역(sheathing zone)을 형성하고, 그 직경은 당연히 제조되는 케이블의 특정 구조로 재단된다. 예를 들어, 3+N의 구조의 케이블의 경우에, 압출 직경은 0.4와 1.2mm 사이의 범위에 있는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 0.5와 1.0mm 사이의 범위에 있다. 압출 길이는 4와 10mm 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다.

바람직하게, 압출 헤드를 떠날 때, 내부 층(Ci)은 그 주연부상의 모든 점에서 최소 두께의 충전 고무로 덮이는데, 이 두께는 5㎛를 초과하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10㎛를 초과하며, 예를 들어 10과 50㎛ 사이의 범위에 있다.

압출 헤드에 의해 전달되는 충전 고무의 양은 최종 케이블(즉, 부설 위치에 고무를 도포한 케이블)의 그램 당 5와 40mg 사이에 미치는 양호한 범위로 조절된다.

지시된 최소치 이하에서는, 충전 고무가 케이블의 각 갭 내에 확실하게 존재하는지를 보장할 수 없는 반면, 지시된 최대치 초과분에서는, 케이블의 주연부에 충전 고무가 삐져나옴으로 인해 전술된 다양한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 모든 이유로 인해, 충전 고무의 양은 5와 30mg 사이의 범위로 운반되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 지속적으로 케이블의 그램 당 10 내지 25mg의 범위에 있어야 한다.

충전 고무의 디엔 탄성중합체는 폴리부타디엔(BR), 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 다양한 부타디엔 공중합체, 다양한 이소프렌 공중합체, 및 이러한 탄성중합체의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 양호한 실시예는 "이소프렌" 탄성중합체, 즉 이소프렌 단일중합체 또는 공중합체, 환언하면 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌(IR), 이소프렌의 다양한 공중합체, 이러한 탄성중합체의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 디엔 탄성중합체를 사용한다.

충전 고무는 가황 처리될 수 있는 즉, 합성물이 통상적으로 황 및 하나 이상의 촉진제에 기초하여 경화될 때 합성물을 교차 결합시킬 수 있도록 설계되는 가황 처리 시스템을 일반적으로 포함하는 형태이다. 충전 고무는 또한, 예를 들어 카본 블랙 또는 실리카와 같은 보강 충전제, 산화방지제, 오일, 가소제, 가황 반려 방지제(anti reversion agent), 수지, 코발트 염과 같은 점착 증진제 등의 타이어 고무 매트릭스용의 통상의 첨가제 모두 또는 일부를 포함할 수도 있다. 바람직하게, 충전 고무는 교차 결합된 상태에서, 5와 25MPa 사이의 범위에 있는, 보다 바람직하게는 5와 20MPa 사이의 범위에 있는 (10% 신장율의) 시컨드 인장 모듈러스(secant tensile modulus) E10을 갖는다.

전술한 둘러싸는 단계를 지나, 세 번째 단계 동안, 외부 층(Ce)의 N 개의 와이어는 다시 내부 층(Ci) 주위를 (S 또는 Z 방향으로) 트위스팅함으로써 둘러싸서 최종 조립 단계를 경험한다. 트위스팅 동안, N 개의 와이어는 충전 고무를 가압하여 그 내부에 부분적으로 매립된다. 이후, 충전 고무는, 이러한 외부 와이어에 의해 가해진 압력 하에서 변위됨에 따라, 내부 층과 외부 층 사이의 와이어에 의해 비게 되는 갭 또는 공동 각각을 적어도 부분적으로 자연 충전시키게 된다.

물론, 외부 층의 N 개의 와이어의 갯수 N은 각각의 직경 d₁ 및 d₂에만 의존하지 않고, 내부 층의 와이어의 수 M에도 의존한다. M의 값은 3 또는 4인 것이 바람직하며, 6 내지 12로 다양한 것이 바람직하다. 이러한 N 개의 와이어는 예를 들어, 0.20과 0.50mm 사이의 범위의, 특히 0.23 내지 0.40mm 범위 내에 포함되는 직경(d₂)을 가지는데, 물론, 직경(d₂)은 M 개의 코어 와이어의 직경(d₁)과 동일하거나 상이할 수 있다.

특히 양호한 실시예에 따르면, 내부 층은 3 또는 4 개의 와이어를, 보다 바람직하게는 3 개의 와이어를 포함하며, 외부 층은 8, 9, 또는 10 개의 와이어를 포함하는 것이 바람직하다.

3+N 케이블의 경우에, 하기의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.

- N=8일 때 0.7≤(d₁/d₂)≤1;

- N=9일 때 0.9≤(d₁/d₂)≤1.2;

- N=10일 때 1.0≤(d₁/d₂)≤1.3

특히 양호한 실시예에 따르면, 내부 층은 3 개의 와이어를 포함하고, 외부 층은 9 개의 와이어를 포함한다.

피치(p₁)와 동일하거나 상이한 트위스팅 피치(p₂)는 10과 30mm 사이의 범위에 있는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 12 내지 25mm의 범위 내에 포함된다. 양호하게, 관계식 0.5≤(p₁/p₂)≤1이 만족된다.

다른 양호한 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 동일한 p₁ 및 p₂로 실시된다.

바람직하게, 외부 층(Ce)은 포화된 층의 바람직한 특성을 갖는데, 즉 정의에 의해, 상기 층에 직경(d₂)의 적어도 하나의 (N_최대+1) 번째 와이어를 추가할만한 충분한 공간이 없으며, 이때 N_최대는 내부 층(Ci) 주위의 층에 권선될 수 있는 와이어의 최대의 수를 나타낸다. 이러한 구조는 충전 고무가 그 주연부로부터 삐져나오는 위험을 제한시키고, 주어진 케이블 직경에 대해 보다 큰 강도를 제공한다는 이점이 있다.

와이어의 수 N은 본 발명의 특정 실시예에 따라 매우 넓은 범위로 다양화될 수 있는데, 예를 들어, 3 개의 와이어로 된 내부 층(Ci)에 있어서 6 내지 12 개의 와이어일 수 있으며, 와이어의 수 N의 최대 수 N_최대는, 바람직하게 외부 층을 포화된 상태로 유지시키기 위해, M 개의 코어 와이어의 직경(d₁)과 비교하여 그 직경(d₂)이 감소하는 경우 증가하는 것으로 이해된다.

임의의 층상 케이블과 같은 M+N 케이블은 주로 압축 형태 또는 원통형 층으로 된 형태의 두 가지 형태일 수 있다.

본 발명의 일 특정 양호한 실시예에 따르면, 외부 층(Ce)의 와이어는, 예를 들어, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 압축 형태의 층상 케이블을 획득하기 위해, 내부 층(Ci)의 와이어와 동일한 피치 및 동일한 트위스팅 방향[즉, S 방향("S/S 배치") 또는 Z 방향("Z/Z" 배치)]의 나선형으로 권선된다.

이러한 조밀 층상 케이블에서는, 압축으로 인해, 실제로 와이어의 개별적인 층을 볼 수 없고, 결과적으로 이러한 케이블의 단면은 도 2(부설 위치에 고무를 도포한 압축 3+9 케이블) 및 도 3(통상적인 압축 3+9 케이블, 즉 부설 위치에 고무를 도포하지 않은 케이블)에 예시적으로 도시된 바와 같이 다각형 및 비원통형의 외형을 갖춘다.

외부 층이 충전 고무로 둘러싸인 내부 층 주위로 트위스팅된 후에도, M+N 케이블은 아직 완성되지 않는다. M 개의 코어 와이어에 의해 범위가 결정된 중심 채널은, M이 3 또는 4일 때 충전 고무로 아직 완전히 충전되지 않거나, 또는 어떤 경우에도 허용가능한 공기 불통의 특성(air-imperviousness property)을 갖을 만큼 충분히 충전되지 않는다. M이 2이면, 충전 고무는 서로 접촉하고 있는 2개의 와이어들 사이를 충분히 침투하지 않고 내부 층을 둘러싸는데, 이는 특히 잠재적인 침식 마모 위험과 관련하여 유해한 것으로 입증될 수 있다.

하기의 필수적인 단계는 케이블을 트위스트 밸런싱 수단에 통과시키는 단계이다. 본원의 "트위스트 밸런싱"은, 공지된 바와 같이, 내부 층과 외부 층 모두에서, 케이블의 각각의 와이어에 가해지는 잔류 토크의 상쇄[또는 스프링백(springback)의 트위스트 풀림]를 의미한다.

트위스트 밸런싱 도구(balancing tool)는, 트위스팅 기술의 당업자에게 잘 알려져 있으며, 상기 트위스트 밸런싱 도구는 예를 들어 "스트레이터너(straightener)" 또는 "트위스터(twister)" 또는 "트위스터-스트레이터너(twister-straightener)로 구성될 수 있는데, 상기 트위스터-스트레이터너는 트위스터의 경우에는 풀리로 또는 스트레이터너의 경우에는 작은 직경의 롤러로 이루어지며, 케이블은 이러한 풀리 및/또는 롤러에 의해 진행한다.

결과적으로, 밸런싱 도구를 통과하는 동안에, 와이어의 축을 중심으로 하여 와이어의 적어도 부분적인 역회전을 유도하는 M 개의 코어 와이어에 가해지는 트위스팅 풀림은, 여전히 고온이면서 비교적 유동적인 가공되지 않은 (즉, 교차 결합되지 않은, 경화되지 않은) 상태의 충전 고무를, 외부로부터 케이블의 코어를 향해 M 개의 와이어(M=3 또는 4)에 의해 형성된 중심 채널의 매우 안쪽으로 또는 정확히 두 개의 와이어(M=2) 사이로 가압하고 구동하기에 충분하여, 궁극적으로 우수한 공기 불통 특성을 그것을 특징으로하는 본 발명의 케이블에 제공하게 된다. 또한, 스트레이트닝 도구의 사용으로 제공되는 스트레이트닝 기능의 이점은 스트레이터너의 롤러와 외부 층의 와이어 사이의 접촉이 충전 고무에 추가 압력을 가한다는 점과, 이에 더해 충전 고무가 M 개의 코어 와이어들 사이를 침투하게 된다는 점이다.

환언하면, 본 발명의 방법은, 케이블을 제조하는 최종 단계에서, M 개의 코어 와이어의 회전을 이용하며, 이를 사용하여 내부 층(Ci) 내로의 그리고 그 주위로의 충전 고무의 정상적이고 균일한 분배를 보장하는 동시에, 공급된 충전 고무의 양의 완벽한 제어를 보장한다.

따라서, 종래 기술에 기재된 바와 같이 상류부가 아니라 M 개의 와이어의 조립 지점의 하류부에서 고무를 적층시킴으로써, 본 발명의 케이블의 깊숙한 코어까지 충전 고무가 바로 침투되게 할 수 있다는 것과, 동시에, 단일의 압출 헤드를 사용함으로써 전달되는 충전 고무의 양을 제어 및 최적화할 수 있다는 것을 뜻밖에 증명하였다.

이어지는 마지막 트위스트 밸런싱 단계에 의해서, 본 발명의 케이블 제조가 완료된다. 이러한 케이블은 예를 들어 캘린더링 기구(calendering installation)에 의해 처리되기 전에 보관을 위해 수용 릴에 권선되어 금속/고무 복합 직물을 준비할 수 있다.

이렇게 준비되면, M+N 케이블은 기밀 또는 공기가 통하지 않는 것으로 여겨질 수 있는데, 하기의 섹션 II-1-B에 기재된 공기 투과도 테스트에서는 2cm³/min보다 작은, 바람직하게는 0.2cm³/min보다 작거나 거의 동일한 평균 공기 유속을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은, 양호하게 그 주연부에 충전 고무가 전혀 없을 수 있는 (또는 사실상 없을 수 있는) M+N 케이블의 제조를 가능케 한다. 이는, 육안으로는 케이블의 주연부에서 충전 고무의 미립자를 볼 수 없다는 것을 의미하며, 즉, 당업자는, 하기의 제조에서 그의 육안을 사용하여, 2 또는 3 미터의 거리에서, 본 발명에 따라 준비된 부설 위치에 고무를 도포한 M+N 케이블의 릴과 통상적인 M+N 케이블(즉, 부설 위치에 고무가 도포되지 않은 케이블)의 릴 간의 차이를 식별할 수 없다.

물론, 본 발명의 이러한 방법은 압축 형태의 케이블(전술된 바와 같이 그리고 정의에 의해, Ci 층과 Ce 층이 동일한 피치 및 동일한 방향으로 권선된 케이블)을 제조 및 원통형 층을 갖는 형태의 케이블(전술된 바와 같이 그리고 정의에 의해, Ci 층과 Ce 층이 상이한 피치 또는 반대 방향으로, 또는 심지어는 상이한 피치 및 반대 방향으로 권선된 케이블)에 적용할 수 있다.

전술된 본 발명의 방법을 실시하는데 사용될 수 있는 본 발명에 따른 조립 및 고무 도포를 위한 장치는, 형성되는 공정 중 케이블의 이동 방향으로, 상류부에서 하류부로,

- M 개의 코어 와이어를 공급하기 위한 급송 수단과;

- 내부 층을 형성하기 위해 트위스팅에 의해 M 개의 코어 와이어를 조립하기 위한 수단과;

- 내부 층을 둘러싸는 수단과;

- 둘러싸는 수단으로부터의 출구에, 외부 층을 형성하기 위해 코어 주위를 트위스팅함으로써 둘러싸는 N 개의 외부 와이어를 조립하는 수단과;

- 마지막으로, 트위스트 밸런싱 수단을 포함한다.

첨부된 도 1은 고정된 공급기 및 회전식 수용기를 갖춘 형태로서, 트위스팅함으로써 조립할 수 있는 예시적인 장치(10)를 도시하는데, 이는 도 2에 예시적으로 도시된 압축 형태의 케이블(Ci 층 및 Ce 층의 동일한 트위스팅 방향 및 p₂=p₃)을 제조하는데 사용될 수 있다. 이 장치에서, 급송 수단(110)은 조립 안내부(13)에 결합될 수 있거나 결합될 수 없는 스플리터 플레이트(12)(선대칭 스플리터)를 통해 M 개(예를 들어 3 개)의 코어 와이어(11)를 전달하는데, 조립 안내부를 지나 M 개의 코어 와이어는 내부 층(Ci)을 형성하기 위해 조립 지점 또는 트위스팅 지점(14)으로 수렴된다.

내부 층(Ci)이 일단 형성된 후에는 둘러싸는 구역을 통과하는데, 둘러싸는 구역은 예를 들어, 내부 층이 통과할 수 있는 단일의 압출 헤드(15)로 구성된다. 수렴되는 지점(14)과 둘러싸는 지점(15) 사이의 거리는 예를 들어 50cm와 1m 사이의 범위에 있다. 급송 수단(170)에 의해 전달되는 외부 층(Ce)의 N 개(예를 들어 9 개)의 와이어(17)는 이후 내부 층(Ci) 주위를 트위스팅함으로써 화살표 방향으로 고무를 도포하여(16) 조립된다. 이에 따라 형성된 최종 M+N 케이블은, 최종적으로 예를 들어 트위스터-스트레이터너로 구성되는 트위스트 밸런싱 수단(18)을 통해 회전식 수용 유닛(19)에 모아진다.

당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 도 4에 예시적으로 도시된 것[Ci 층과 Ce 층의 피치(p₂)와 피치(p₃)가 상이함 및/또는 트위스팅 방향이 상이함]과 유사하게 원통형 층을 갖춘 형태의 케이블을 제조하기 위해, 통상적으로 케이블은 예시적으로 전술된 것(도 1 참조)과는 다른 두 개의 회전식 (급송 또는 수용) 유닛을 포함하는 장치로 제조될 것이라는 것이 본원에서 생기될 것이다.

도 2는 (직선의 정지 상태로 나타내진) 케이블, 예를 들어 전술된 본 발명에 따른 방법을 사용하여 획득될 수 있는 부설 위치에 고무를 도포한 양호한 3+9 케이블의 축에 수직인 단면을 개략적으로 도시한다.

(C-1로 표시된) 이러한 케이블은 압축 형태로 제공되는데, 즉 내부 층(Ci)과 외부 층(Ce)은 동일한 방향(인식된 용어에 따르면 S/S 또는 Z/Z)으로, 또한 동일한 피치(p₁=p₂)로 권선된다. 이러한 형태의 구조는, 내부 와이어(20)와 외부 와이어(21) 각각이, 후술되는 원통형 층을 갖춘 케이블의 경우와 같이 원통형이기보다는 사실상 다각형(Ci 층의 경우에는 삼각형, Ce 층의 경우에는 육각형)의 (점선으로 도시된) 외형을 갖는, 두 개의 동심 층을 형성한다는 것을 의미한다.

충전 고무(22)는 세 개의 코어 와이어(20)에 의해 형성된 (삼각형으로 상징되는) 중심 모세관(23)을 충전하여, 세 개의 코어 와이어를 아주 약간 분리하면서 동시에 이러한 세 개의 와이어(20)에 의해 형성된 내부 층(Ci)을 완전하게 덮는다. 또한, 충전 고무는, 코어 와이어(20)와 이에 바로 옆에 인접한 두 개의 외부 와이어(21)에 의해 또는 두 개의 코어 와이어(20)와 이들에 인접한 외부 와이어(21)에 의해 형성된 (동일하게 삼각형으로 상징되는) 각각의 갭 또는 공동을 충전하는데, 총 12 개의 갭(역시 삼각형으로 상징되는 나선형 모세관)이 갖추어짐으로써 이러한 3+9 케이블에는 중심 채널 또는 모세관(23)이 추가로 갖춰진다.

양호한 실시예에 따르면, 이러한 3+N 케이블에서, Ci 층을 덮는 충전 고무는 Ci 층 주위로 연속적으로 확장된다.

비교를 위해, 도 3은, 압축 형태와 유사한 (C-2로 표시된) 통상적인 3+9 케이블(즉, 부설 위치에 고무가 도포되지 않은 케이블)을 통과하는 단면을 상기하여 제공한다. 충전 고무의 부재는, 실제적으로 모든 와이어(30, 31)가 서로 접촉하여, 고무가 외부에서 침투하기 매우 곤란한 (아니면 불가능한) 특정 수축 구조를 초래하는 것을 의미한다. 이러한 형태의 케이블은, 세 개의 코어 와이어(30)가, 비어있고 폐쇄되어 있는 중심 채널 또는 모세관(33)을 형성함으로써, "위킹" 효과에 의해 물과 같은 부식 매체의 전달을 용이하게 하는 것을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 양호한 3+9 케이블의 다른 예시를 개략적으로 도시한다.

(C-3로 표시된) 이러한 케이블은 원통형 층을 갖춘 형태로 제공되는데, 즉 그 내부 층(Ci) 및 외부 층(Ce)은 동일한 피치(p₁=p₂), 그러나 상이한 방향(S/Z 또는 Z/S)으로 권선되거나, 또는 트위스팅 방향과 관계없이 (S/S 또는 Z/Z 또는 S/Z 또는 Z/S) 상이한 피치(p₁≠p₂)로 권선된다. 공지된 바와 같이, 이러한 형태의 구조는, 와이어들이 두 개의 인접한 동심의 관형 층(Ci 및 Ce)으로 배열되어 다각형이기보다는 원통형으로 된 (점선으로 도시된) 외형을 갖는 케이블(및 두 개의 층)을 제공한다는 것을 의미한다.

충전 고무(42)는 세 개의 코어 와이어(40)에 의해 형성된 (삼각형으로 상징되는) 중심 모세관(43)을 충전함으로써 세 개의 코어 와이어를 아주 약간 분리하면서 동시에 세 개의 와이어(40)에 의해 형성된 내부 층(Ci)을 완전하게 덮는다. 또한, 충전 고무는, 코어 와이어(40)와 이에 바로 옆에 (가까이) 인접한 두 개의 외부 와이어(41)에 의해 또는 두 개의 코어 와이어(40)와 이들에 인접한 외부 와이어(41)에 의해 형성된 각각의 갭을 적어도 부분적으로 (및 본원의 예시에서는 완전하게) 충전하는데, 총 12 개의 갭 또는 모세관이 갖추어짐으로써 이러한 3+9 케이블에는 중심 모세관(43)이 추가로 갖춰진다.

비교를 위해, 도 5는, 두 개의 원통형 층을 갖춘 형태와 유사한 (C-4로 표시된) 통상적인 3+9 케이블(즉, 부설 위치에 고무를 도포하지 않은 케이블)을 통과하는 단면을 상기하여 제공한다. 충전 고무의 부재는, 내부 층(Ci)의 세 개의 와이어(50)가 실제적으로 서로 접촉하여, 고무가 외부에서 침투할 수 없고 또한 부식 매체의 전파를 촉진하는, 비어있고 폐쇄되어 있는 중심 모세관(53)을 초래한다는 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 방법은 2+N 구조의 케이블에 양호하게 적용할 수 있다. 내부로부터의 충전 고무에 의한 케이블의 최적화된 침투로 인해, 특히 고무에 의한 외부로부터의 침투도를 개선하기 위해 외부 층이 더 이상 탈포화될 필요가 없다. Ci 층 및 Ce 층의 동일한 와이어 직경은, 예를 들어 2+7 구조의 케이블을 동일한 전체 크기에 대해 더 큰 강도를 나타내는 2+8 구조의 케이블로 대체할 수 있게 한다는 이점이 있다.

양호한 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 2+6, 2+7, 2+8, 3+7, 3+8, 3+9, 4+8, 4+9, 4+10 구조의 케이블을 제조하는데 사용되며, 특히 이들 케이블은 하나의 층에서 다른 층까지 사실상 동일한 직경(즉, d₁=d₂)을 갖는 와이어로 구성되어 있다.

물론, 본 발명의 방법은, 와이어가 전술된 바와 같이 0.20과 0.50mm 사이의 범위의 직경을 갖는 양호한 케이블의 제조로 제한되지 않는다. 따라서, 예를 들어, 본 발명의 방법은, 예를 들어 0.08 내지 0.20mm의 범위에 포함되는 직경의, 작은 직경(d₁) 및 직경(d₂)를 갖는 M 및 N 개의 와이어로 된 케이블을 제조하는데 사용될 수 있으며, 예를 들어, 이러한 케이블은 타이어의 크라운 보강재 이외의 타이어의 부품을 보강하는데, 특히 대형 수송차와 같은 산업 차량용 타이어의 카커스 보강재를 보강하는데 사용될 수 있다.

II . 본 발명의 예시의 구체화

하기의 테스트는, 케이블의 축을 따르는 우수한 공기 불통 특성의 관점에서 타이어의 내구성이 상당히 개선된 케이블을 제공하는 본 발명의 방법의 성능을 나타낸다.

II -1. 이용되는 측정 및 테스트

A) 동력 측정

금속 와이어 및 케이블과 관련하여, (N 단위의 최대 부하인) Fm으로 표시되는 파단력(breaking force)과, (MPa 단위의) Rm으로 표시되는 인장 강도와, (% 단위의 총 신장율인) At으로 표시되는 파단부의 신장율의 측정은, 1984년의 ISO 표준 ISO 6892에 따른 인장하에서 수행된다.

고무 합성물과 관련하여, 모듈러스 측정은, 다른 지시가 없으면 1998년의 표준 ASTM D 412에 따른 인장하에서 수행되고(시편 "C"): E10으로 표시되고 MPa로 표기되는 10% 신장율의 "실제" 시컨트 모듈러스(즉, 시편의 실제 단면과 관련된 시컨트 모듈러스)는 제2 신장율(즉, 수용 사이클 이후)(1999년의 표준 ASTM D 1349에 따른 표준 상태의 온도 및 상대 습도)로 측정된다.

B) 공기 침투도 테스트

이 테스트는 주어진 시간 동안 일정한 압력 하에서 테스트 시료를 통과하는 공기의 체적을 측정함으로써 테스트되는 케이블의 종방향 공기 침투도를 결정하는데 사용된다. 당업자에게 잘 알려져 있는 이러한 테스트 이면의 원리는, 케이블 처리에 의해 케이블에 공기가 통하지 않게 되는 효율을 설명하기 위한 것이며; 이는 예를 들어 표준 ASTM D2692-98에 기재되어 있다.

본원의 테스트는, 케이블이 보강하고 있어 이미 경화된 상태의 고무로 코팅된 고무 플라이 또는 타이어로부터 취해지는 케이블 또는 가공되지 않고 제조된(raw asmanufactured) 케이블로 실행된다.

상기 예시에서, 가공되지 않은 케이블들은, 사전에 외부로부터 케이블을 둘러싼 소위 코팅 고무 내에 매립되어야 한다. 이를 위해, 평행하게 배치된 일련의 10 개의 케이블(케이블 간의 거리 : 20mm)은 가공되지 않은 상태의 고무 합성물로 된, 각각이 3.5mm의 두께를 갖는 두 개의 스킴(skim)(80X200mm로 측정되는 두 개의 직사각형)들 사이에 배치되고, 이후 이들 모두는 몰드 내에 고정되는데, 이때 각각의 케이블은 클램핑 모듈을 이용하여 몰드 내에 위치될 때 직선으로 유지되도록 충분한 인장 (예를 들어 2daN) 하에 유지되고 이후, 140℃의 온도, 15bar의 압력에서 40분 동안 가황 처리(경화)된다(80X200mm로 측정되는 직사각형 피스톤). 이후, 몰드로부터 실체가 방출되고, 이로써 코팅된 케이블로 된 10 개의 테스트 시료는 7X7X20mm로 측정되는 평행육면체의 형태로 절단되어 특성화될 준비를 한다.

코팅 고무에 있어서, 이는 통상적으로 (해교된) 천연 고무 및 카본 블랙 N330(65phr)에 기초된, 타이어에 사용되는 통상적인 고무 합성물로 제조되며, 상기 고무 합성물은 또한 통상적인 첨가제[황(7phr), 술폰아미드 액셀러레이터(sulphonamide accelerator)(1phr) ZnO(8phr), 스테아르 산(0.7phr), 산화방지제(1.5phr), 코발트 나프테네이트(cobalt naphthenate)(1.5phr)]를 포함하는바, 코팅 고무의 E10 모듈러스는 대략 10MPa이다.

테스트는, 코팅되어 고무 합성물(또는 코팅 고무)로 둘러싸이는 2cm 길이의 케이블로 하기와 같이 수행된다; 공기는 1bar의 압력에서 케이블의 입구로 보내지고 출구에서의 공기의 체적은 유량계를 사용하여 측정된다(예를 들어 0 내지 500cm³/min으로 보정된다). 측정하는 동안, 케이블의 테스트 시료는 압축된 기밀 시일(예를 들어, 농후한 발포체 또는 고무 시일)내에 고정되기 때문에 케이블의 종방향 축을 따라 일 단부로부터 다른 단부까지 케이블을 통과하는 공기의 양만이 측정되는 것으로 간주되며, 이때 시일의 기밀성은 고체 고무 테스트 시료, 즉 케이블을 갖추지 않은 시료를 사용하여 사전에 점검된다.

케이블의 종방향 불침투도가 높아질수록 측정되는 유량은 낮아진다. 측정은 ±0.2cm³/min의 정밀도로 수행되기 때문에, 0.2cm³/min보다 낮거나 이와 동일하게 측정된 값들은 0으로 간주되며, 이 값들은 그 축(즉, 그 종방향)을 따라 기밀일 수 있는 케이블에 대응한다.

C) 충전 고무의 함량

충전 고무의 양은, 초기 케이블(따라서 부설 위치에 고무를 도포한 케이블)의 무게와 적절한 전해 처리를 사용하여 충전 고무가 제거된 케이블의 무게(따라서 그 와이어의 무게) 사이의 차이로써 측정된다.

그 크기를 감소시키기 위해 자체로 권선되는 (1m 길이의) 케이블의 테스트 시료는 (발전기의 음 단자에 연결되는) 일렉트로라이저(electrolyser)의 캐소드를 형성하며, (양 단자에 연결되는) 애노드는 플레티늄 와이어로 구성된다. 전해질은 탄산나트륨의 리터당 1 몰을 포함하는 수성 용액(탈염수)이다.

전해질에 완전히 침지된 테스트 시료는 300mA의 전류에서 15분 동안 가해진 전압을 갖는다. 이후, 케이블은 물로 충분히 헹궈진 욕(bath)으로부터 제거된다. 이러한 처리는, 고무가 케이블로부터 용이하게 분리될 수 있게 한다(분리되지 않으면, 몇 분 더 전기 분해가 지속된다). 고무는 예를 들어, 흡수 천을 사용하여 고무를 단순하게 닦음(wiping)으로써 조심스럽게 제거되어, 케이블의 와이어의 트위스팅을 하나씩 푼다. 이후, 와이어는 물에 다시 헹구어 진 후 탈염수(50%)와 에탄올(50%)의 혼합물을 수용하는 비커에 침지된다. 비커는 10분 동안 초음파 탱크 안에 놓인다. 따라서, 고무의 모든 흔적이 벗겨진 와이어는 비커로부터 제거되어, 질소 또는 공기의 흐름에서 건조되고, 최종적으로 무게가 측정된다.

초기 케이블의 그램 당 충전 고무의mg으로 표기되는 케이블 내의 충전 고무의 레벨은, 이후 계산에 의해 추론되고 10 번의 측정으로 나누어 평균 지어진다(총 10m의 케이블).

II -2. 케이블의 생산

각각의 구성이 첨부된 도 2 및 도 6의 개략적인 도면에 따르고 기계적 특성이 하기의 표 1에 주어진, 두 형태의 케이블[(C-1로 참조된) 3+9 층상 케이블 및 (C-5로 참조된) 1+3+8 층상 케이블]이 가장 먼저 측정된다

표 1

도 2에 개략적으로 도시된 C-1 케이블은, 전술되어 기재되고 도 1에 개략적으로 도시된 장치를 사용하여 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된다. 충전 고무는 하기의 타이어 테스트에서 케이블(C-1)을 보강시키는 벨트 플라이의 고무 플라이의 형태와 동일한 형태의, 타이어 크라운 보강재용의 통상적인 고무 합성물이다. 이러한 합성물은 0.700mm로 측정되는 분립 다이(sizing die)를 통해 90℃의 온도에서 압출된다.

각각의 케이블(C-1)은, 동일한 피치(p₁=p₂=15.4mm) 및 동일한 트위스팅 방향(S)으로 권선되어 압축 형태의 케이블을 획득할 수 있는, 모두가 0.30mm의 직경을 갖는 총 12 개의 와이어로 형성된다. 섹션 II-1-C에서 전술되어 지시된 방법을 따라 측정된 충전 고무의 레벨은 케이블의 g 당 16mg이다. 이러한 충전 고무는 세 개의 코어 와이어에 의해 형성된 중심 채널 또는 모세관을 충전시켜 세 개의 코어 와이어를 아주 약간 분리시키면서 동시에 세 개의 와이어에 의해 형성된 내부 층(Ci)을 완전하게 덮는다. 또한, 충전 고무는, 코어 와이어와 이에 바로 옆에 인접한 두 개의 외부 와이어 사이에 또는 두 개의 코어 와이어와 이들에 인접한 외부 와이어 사이에 형성된 12 개의 빈 채널 또는 갭 각각을 완전하지 않다면 적어도 부분적으로는 충전한다.

도 6에 도시된 케이블(C-5)은 통상적인 방법을 사용하여 제조된다. 이들은 충전 고무를 구비하지 않는다. 각각의 케이블(C-5)은 매우 작은 직경(0.12mm)의 코어 와이어(65)와, 각각이 0.35mm의 직경을 갖는 8 개의 외부 와이어(61) 및 세 개의 내부 와이어(60)를 포함한다. 내부 층 내의 세 개의 와이어는 7.7mm의 피치(p₁)의 나선형(S 방향)으로 함께 권선되는데, 이러한 층(Ci)은, 15.4mm의 피치(p₂)로 코어 주위에 나선형(S 방향)으로 자체적으로 함께 권선된 8 개의 와이어로 된 원통형 외부 층과 접촉한다. 코어 와이어(65)는, 내부 층(Ci)의 와이어(60)를 분리시키고 상기 세 개의 코어 와이어(60)에 의해 형성된 중심 채널을 어떤 방식으로든 충전시킴으로써, (하나의 층에서 다른 층까지의 동일한 와이어 직경에 대해) [내부 층(Ci)의 직경을 증가시킴으로써] 외부 층(Ce)의 탈포화를 허용하여, 외부로부터 케이블(C-5)을 침투할 수 있는 고무의 능력을 향상시킨다. 이러한 구조로 인해, 케이블(C-5)은 외부로부터 그 중심까지 완전히 침투가능하게 된다.

이러한 케이블을 제조하는데 사용되는 모든 와이어는 공지된 방법을 사용하여 제조된, 하기의 테이블 2에 기재된 특성을 갖는 박막의 탄소강 와이어이다.

표 2

이후, 층상 케이블(C-1)과 층상 케이블(C-5)은, 대형 차량용 방사상(radial) 타이어의 벨트 파일을 제조하는데 사용될 수 있는 통상적인 고무 합성물로 제조된 고무로 된 플라이(스킴)로 캘린더링함으로써 통합된다. 이러한 합성물은 (해교된) 천연 고무 및 카본 블랙 N330(55phr)에 기초되며, 또한 하기의 통상적인 첨가제[황(6phr), 술폰아미드 액셀러레이터(1phr) ZnO(9phr), 스테아르 산(0.7phr), 산화방지제(1.5phr), 코발트 나프테네이트(1phr)]를 포함하는바, 충전 고무의 E10 모듈러스는 대략 6MPa이다.

II -3. 타이어 크라운 보강재 내의 케이블의 테스트

이후 케이블(C-1)과 케이블(C-5)은 도 7에 도시된 바와 같이 대형 수송차용 타이어의 벨트에서 테스팅되었다.

이러한 방사상 타이어(1)는 크라운 보강재 또는 벨트(6)와, 두 개의 측벽(3)과, 두 개의 비드(4)에 의해 보강된 크라운(2)을 구비하는데, 이러한 비드(4) 각각은 비드 와이어(5)에 의해 보강된다. 크라운(2)은 이러한 개략적인 도면에 도시되지 않은 트레드 위에 놓여진다. 카커스 보강재(7)는 각각의 비드(4) 내의 두 개의 비드 와이어(5) 주위로 권선되며, 타이어(1)의 림(9)상에 장착된 것으로서 본원에 도시된 이러한 보강재(7)의 반환부(turned-back portion; 8)는 예를 들어, 타이어(1)의 외부를 향해 위치된다. 공지된 방법대로, 카커스 보강재(7)는, 소위 "방사상" 케이블(즉, 서로에 대해 실질적으로 평행하게 배치되고 하나의 비드로부터 다른 비드로 이어지는 케이블)을 갖추어 보강된 적어도 하나의 플라이로 형성되어, 중간 주연방향의 평면[타이어의 회전 축에 대해 수직이고, 두 개의 비드(4) 사이의 중간에 위치되어 크라운 보강재(6)의 중간을 관통하는 평면]과 80˚와 90˚사이의 각을 형성한다. 물론, 이러한 타이어(1)는 또한, 공지된 방식으로, 고무 또는 탄성중합체의 내부 층(통상적으로 "내부 라이너"로 공지됨)을 포함하는데, 상기 내부 층은 타이어의 방사상 내부 면을 형성하고 타이어 내부 공간으로부터의 어떠한 공기의 확산으로부터도 카커스 플라이를 보호하도록 의도된다.

공지된 방법대로, 크라운 보강재 또는 벨트(6)는, 두 개의 겹쳐져 교차된 "워킹 플라이" 위에 놓여진 65˚로 경사진 금속 케이블에 의해 보강된 두 개의 삼각측량 반 플라이로 형성된다. 이러한 워킹 플라이는, 서로에 대해 사실상 평행하게 배치되고 26˚(방사상 내부 플라이) 및 18˚(방사상 외부 플라이)로 경사진 금속 케이블에 의해 보강된다. 두 개의 워킹 플라이는 또한 18˚로 경사진 통상적인 (고 신장율의) 탄성 금속 케이블에 의해 보강된 보호 플라이에 의해 덮인다. 기재된 경사진 모든 각은 타이어의 중간 주연방향의 평면에 대해 측정된다.

하기의 테스트에서, 전술된 두 개의 "워킹 플라이"는 사전에 제조된 케이블(C-1) 또는 케이블(C-5)을 사용한다.

이후, 치수 315/70 R22.5를 갖는 (P-1 및 P-5로 각각 표시된) 대형 차량 타이어에 대해, 두 시리즈의 러닝 테스트(running test)가 수행되며, 각각의 시리즈에서 타이어는 러닝(running)되게 의도되고, 나머지는 새로운 타이어의 박리(decortication)를 위해 의도된다. 타이어(P-1, P-5)들은 벨트(6)를 보강하는 케이블을 제외하면 동일하다. 타이어(P-1)는 본 발명의 방법에 따라 제조된 케이블(C-1)에 의해 보강되고, 타이어(P-5)는 케이블(C-5)에 의해 보강되는데, 이들은, 특히 (개별 코어 와이어를 갖추지 않은) 통상적인 3+9 케이블과 비교하여 이들의 인식되는 성능 때문에, 이러한 형태의 테스트에 있어서의 선택을 지배한다.

이러한 타이어는, (자동 롤링 기계상의) 타이어가 견부 구역에서 그들의 크라운 블록의 매우 강한 코너링(cornering)과 강압 압축을 연속적으로 받게 함으로써, 과부하 상태하에서 "쪼개짐"(벨트 플라이의 단부의 분리)으로 알려진 현상에 대해 그들의 저항을 테스트하도록 의도된 엄격한 러닝 테스트를 받게 된다.

상기 테스트는 타이어의 강제 파괴가 일어날 때까지 수행된다.

이후, 본 발명의 방법에 의해 생성된 케이블에 의해 보강된 타이어(P-1)들은, 이들에 부과되는 매우 심각한 러닝 상태하에서, 확실히 개선된 내구성을 나타낸다는 것을 발견하였는데, 즉 이동된 평균 거리가 또한 이미 우수한 성능을 나타낸 제어 타이어에 비해 20% 증가했다.

II -4. 공기 침투도 테스트

본 발명의 방법을 사용하여 제조된 케이블(C-1)은, 또한 1 분 동안 케이블을 통과하는 공기의 체적(테스트되는 각 케이블에 대한 10 번의 측정의 평균)을 측정함으로써 공기 침투도 테스트(섹션 II-1-B)의 지배를 받는다.

테스트되는 각각의 케이블(C-1)에 있어서, 측정치의 100%(즉, 10 개 중 10 개의 테스트 시료)에 대해, 0 유속 또는 0.2cm³/min 미만의 유속이 측정되며, 이에 의해, 케이블(C-1)은 공기를 통과시키지 않고 섹션 II-I-B의 테스트의 목적 내에서 그 축을 따라 기밀되어 갖춰질 수 있는데, 이는 고무(충전 고무)의 최적 침투 레벨에 기인하는 것이다.

또한, 케이블(C-1)과 동일한 3+9 구조를 갖는 부설 위치에 고무를 도포한 제어 케이블이, 내부 층(Ci)의 단 하나의 와이어 또는 세 개의 와이어 각각을 개별적으로 둘러싸서 제조된다. 종래 기술(전술된 특허 US 2002/160213)에 기재된 바와 같이, 조립 지점의 상류부에 위치되는 때(일렬로, 둘러쌈 및 트위스팅)에 다양한 직경(320 내지 420μm)의 압출 다이를 사용하여 상기 둘러싸는 단계가 수행되는데, 엄격한 비교를 위해, 운반된 충전 고무의 양은, 최종 제어 케이블 내의 충전 고무의 레벨(즉, 섹션 II-I-C의 방법에 따라 측정된 케이블의 g 당 6과 25mg 사이)이 본 발명의 케이블과 유사해지도록 조절된다. .

단 하나의 와이어가 둘러싸일 때, 테스트되는 케이블에 상관없이, 측정치의 100%(즉, 10 개 중 10 개의 테스트 시료)가 2cm³/min를 초과하는 공기 유속을 나타낸다는 것을 발견하였으며, 측정된 평균 유속은 사용된 작동 환경에 따라, 특히 테스트되는 압출 다이의 직경에 따라 16 내지 62cm³/min로 변화된다

3개의 와이어 각각이 개별적으로 둘러싸일 때, (0.2 내지 4cm³/min로 다양하게) 측정된 평균 유속이 전술된 값보다 낮더라도, 하기와 같은 사항이 발견되었다.

- 최악의 경우(320μm 다이), 측정치의 90%(즉, 10 개 중 9 개의 테스트 시료)가 2cm³/min를 초과하는 유속, 평균 유속 4cm³/min을 나타내며;

- 최선의 경우(420μm 다이), 측정치의 10%(즉, 10 개 중 1 개의 테스트 시료)가 여전히 약 2cm³/min의 유속, 평균 유속 약 0.2cm³/min를 갖는다.

환언하면, 테스트되는 상기 제어 케이블들 중 어떠한 케이블도 그 종방향 축을 따라 기밀인 케이블로서 갖춰질 수 없다.

또한, 이러한 제어 케이블 중 최저 공기 침투도를 갖는 케이블(420μm 다이를 통해 세 개의 와이어 각각을 개별적으로 둘러쌈으로 획득되는 케이블을 상기하라)은 그 주연부에 비교적 많은 양의 충전 고무를 가져서 산업 스케일 캘린더링(industrial-scale calendering)에는 부적합하다는 것을 발견하였다.

요컨데, 본 발명의 방법은, 고무의 최적 침투도에 의해, 첫째, 산업 환경하에서 효율적으로 사용될 수 있고, 특히 제조시 삐져나오는 과도한 고무와 관련된 곤란함을 겪지 않고 효율적으로 사용될 수 있고, 둘째, 이러한 용례에 대해 지금까지 알려진 최적 제어 케이블과 비교하여 상당히 개선된 타이어 벨트의 내구성을 갖는, 부설 위치에 고무를 도포한 M+N 구조의 케이블의 제조를 허용한다.

Claims (16)

1. M+N 구조의 두 층(Ci, Ce)을 갖는 금속 케이블을 제조하기 위한 방법이며,
   상기 두 층은 내부 층(Ci) 및 외부 층(Ce)을 포함하고,
   상기 내부 층은 피치가 p₁인 나선형으로 함께 권선되는 직경이 d₁인 M 개의 와이어(M은 2 내지 4로 다양함)로 구성되고, 상기 외부 층(Ce)은 내부 층(Ci) 주위로 피치가 p₂인 나선형으로 함께 권선되는 직경이 d₂인 N 개의 와이어로 구성되며, 상기 방법은 차례로 수행되는 이하의 단계를, 즉,
   - 조립 지점에서 내부 층(Ci)을 형성하기 위해 트위스팅에 의해 M 개의 코어 와이어를 조립하는 단계와,
   - 상기 M 개의 코어 와이어의 조립 지점의 하류부에서, 가공되지 않은 상태의 소위 "충전 고무"인 디엔 고무 합성물로 내부 층(Ci)을 둘러싸는 단계와,
   - 내부 층(Ci) 주위를 트위스팅함으로써 둘러싸는 외부 층(Ce)의 N 개의 와이어를 조립하는 단계와,
   - 트위스트 밸런싱의 최종 단계를 포함하는
   금속 케이블 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   직경(d₁)은 0.20과 0.50mm 사이의 범위에 있고, 트위스팅 피치(p₁)는 5와 30mm 사이의 범위에 있는
   금속 케이블 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   조립 지점의 하류부에서 M 개의 와이어에 가해지는 인장 응력은 와이어의 인장 강도의 10과 25% 사이의 범위인
   금속 케이블 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   충전 고무의 디엔 탄성중합체는 폴리부타디엔, 천연 고무, 합성 폴리이소프렌, 부타디엔 공중합체, 이소프렌 공중합체, 및 이러한 탄성중합체의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
   금속 케이블 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   디엔 탄성중합체는 천연 고무인
   금속 케이블 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   충전 고무의 압출 온도는 60℃와 120℃ 사이의 범위에 있는
   금속 케이블 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   둘러싸는 단계 중 전달되는 충전 고무의 양은 최종 케이블의 그램 당 5와 40mg 사이의 범위에 있는
   금속 케이블 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   둘러싸는 단계 후, 내부 층은 5㎛를 초과하는 충전 고무의 최소 두께로 덮이는
   금속 케이블 제조 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   직경(d₂)은 0.20과 0.50mm 사이의 범위에 있고, 피치(p₂)는 피치(p₁)보다 크거나 피치(p₁)와 동일한
   금속 케이블 제조 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 층의 와이어는 내부 층의 와이어와 같이 동일한 피치 및 동일한 트위스팅 방향으로 나선형으로 권선되는
    금속 케이블 제조 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    M은 3과 동일하고, N은 8, 9, 또는 10과 동일한
    금속 케이블 제조 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 층(Ce)은 포화된 층인
    금속 케이블 제조 방법.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하는데 사용될 수 있는, 차례로 조립 및 고무 도포를 하기 위한 장치이며,
    상기 장치는 형성되는 과정에 있는 케이블의 이동 방향으로, 상류부에서 하류부로,
    - M 개의 코어 와이어를 공급하기 위한 급송 수단과,
    - 내부 층을 형성하기 위해 트위스팅에 의해 M 개의 코어 와이어를 조립하기 위한 제1 수단과,
    - 내부 층을 둘러싸는 수단과,
    - 둘러싸는 수단으로부터의 출구에, 외부 층을 형성하기 위해 코어 주위를 트위스팅함으로써 둘러싸는 N 개의 외부 와이어를 조립하는 제2 수단과,
    - 제2 조립 수단으로부터의 출구에, 트위스트 밸런싱 수단을 포함하는
    조립 및 고무 도포용 장치.
14. 제13항에 있어서,
    고정된 급송기 및 회전식 수용기를 포함하는
    조립 및 고무 도포용 장치.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    둘러싸는 수단은 적어도 하나의 분립 다이를 포함하는 단일의 압출 헤드로 구성되는
    조립 및 고무 도포용 장치.
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    와이어의 트위스트 밸런싱을 위한 수단은 스트레이터너 또는 트위스터 또는 트위스터-스트레이터너를 포함하는
    조립 및 고무 도포용 장치.

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