KR20110009483A - 3차원 단선 스틸코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 파형을 포함하는 파형영역과 비파형영역을 포함하는 3차원 단선 스틸코드에 관한 것이다. 본 발명의 단선 스틸코드는 파단신율 및 접착력이 우수하여 타이어의 굴곡운동에 의한 내충격성 및 승차감을 향상시킨다. 또한, 잔류 회전응력이 거의 없고 직선성이 우수하며, 제조공정이 간단하여 생산성이 우수하다.

스틸코드, 부분 파형, 3차원, 연신율, 접착력

Description

3차원 단선 스틸코드{Three-dimensional single wire steel cord}

본 발명은 파단신율 및 고무 접착력이 향상된 고무제품 보강용으로 사용되는 단선 스틸코드에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 하나 이상의 파형을 포함하는 파형영역과 비파형영역을 포함하는 3차원 단선 스틸코드에 관한 것이다.

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 우수한 특성을 갖는다. 특히, 타이어 보강재로 널리 사용되고 있으며 그 사용량이 날로 증가하는 추세에 있다.

최근에는 환경보호 등 여러 가지 이유로 자동차 연비개선에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이를 위하여 타이어 경량화도 추진되고 있다. 따라서 두께가 얇고 가벼우면서도 모듈러스, 내열성, 열전달율, 내피로성 및 고무 접착성 등이 우수한 스틸코드를 개발하는 요구되고 있다.

승용차용 레디얼 타이어 벨트층에는 1×n구조의 연선 스틸코드가 일반적으로 사용되고 있는데 이러한 구조의 스틸코드는 높은 강성을 갖지만, 그 반면 노면이 울퉁불퉁한 비포장 도로에서는 타이어의 반발력이 지나치게 강해서 승차감이 좋 지 않다. 또한, 트레드 표면에 균열이 쉽게 만들어지고, 그 균열로부터 타이어 내부로 빗물 등이 침입하여 조기에 스틸코드가 부식되는 문제를 야기한다. 또한, 타이어가 변형되거나 진동하거나 하면 꼬아 합쳐진 와이어끼리 서로 마찰되어 마모되는 소위 플래팅마모(fretting wear)가 발생되며, 이러한 마모에 의해 스틸코드의 피로파단이 발생하기 쉽다는 단점을 갖는다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 여러 가닥을 꼬아서 제조되는 연선 스틸코드 대신 필라멘트 한 가닥을 가공하여 제조되는 단선 스틸코드를 타이어의 벨트층에 이용하는 것이 제안되고 있다.

한편, 종래의 연선 구조(1×n)의 스틸코드나 단면이 원형인 단선 스틸코드에는 와이어의 재질요인이나 신선기(伸線機) 혹은 연선기(撚線機) 등의 기계적 요인에 의해 스틸코드의 잔류 회전응력이나 직선성의 변동이 크게 생기는 문제가 있다. 특히, 잔류 회전응력은 변동이 크므로 일반적인 품질보증 레벨에서 각 제품마다 검사가 행해지는 실정이다. 이에 따라 단면이 원형이 아닌 단선 스틸코드를 사용하는 방법이 제안되고 있다. 예컨대, 일본 특개평11/143234호에는 편평화된 단선 스틸코드를 웨이브 형상으로 가공하여 스틸코드의 직선성과 잔류 회전응력을 개선시키는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 노력에도 불구하고 여전히 스틸코드의 직선성과 잔류 회전응력에 대한 개선이 요구되고 있으며, 특히, 승차감의 개선이나 내충격성 강화를 위하여 파단신율과 접착력에 대한 개선도 요구되고 있다.

본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 파형영역과 비파형영역을 포함하는 3차원의 형상으로 제조되어, 파단신율 및 접착력이 우수하며, 잔류 회전응력이 거의 없고 직선성이 우수하며, 제조공정이 간단하여 생산성이 높은 단선 스틸코드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 하나 이상의 파형을 포함하는 파형영역과 비파형영역을 포함하며, 상기 파형영역은 서로 다른 각도의 파형축(X축)을 갖는 단위 파형영역을2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 파형영역 및 비파형영역에 포함되는 단위 파형영역과 단위 비파형영역이 교대로 배열되고, 모든 단위 파형영역은 인접하는 다른 단위 파형영역과 다른 각도의 파형축(X축)을 갖도록 구성될 수 있다. 이 경우, 각 단위 파형영역의 파형축(X축)은 인접하는 다른 단위 파형영역의 파형축(X축)과 30~150도의 각을 형성하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 단위 파형영역과 단위 비파형영역은 1:9 내지 9:1의 길이 비로 반복되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 단선 스틸코드는 파형영역과 비파형영역을 포함하는 3차원의 형상으로 제조됨으로써, 파단신율 및 접착력이 우수하여 타이어의 굴곡운동에 의한 내충격성 및 승차감을 향상시키는 효과를 제공한다. 또한, 잔류 회전응력이 거의 없고 직선성이 우수하며, 제조공정이 간단하여 생산성을 향상시키는 효과를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명의 3차원 단선 스틸코드의 형태를 예시적으로 도시한 것이다. 도1에 예시된 것처럼, 본 발명의 3차원 단선 스틸코드는 하나 이상의 파형(110a 또는 110a')을 포함하는 파형영역과 비파형영역을 포함하며, 상기 파형영역은 서로 다른 각도의 파형축(X축)을 갖는 단위 파형영역(110)을 2개 이상 포함하는 구성을 갖는다.

본 발명에서 파형영역이 상기와 같은 조건을 충족하면 되므로, 다양한 형태로 단위 파형영역(110) 및 단위 비파형영역(120)이 배열될 수 있다. 예컨대, 단위 파형영역(110) 및 단위 비파형영역(120)이 교대로 배열되고, 모든 단위 파형영역(110)은 인접하는 다른 단위 파형영역(110)과 파형축(X축)이 다른 각도를 갖도록 배열될 수 있다. 이러한 형태로 배열되는 경우에 3차원 단선 스틸코드의 파단신율 및 접착력이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

상기와 같이 단위 파형영역(110)과 단위 비파형영역(120)이 배열되는 경우에, 각 단위 파형영역(110)의 파형축(X축)은 인접하는 다른 단위 파형영역(110)의 파형축(X축)과 30~150도의 각을 형성하는 것이 파단연신율 및 고무 접착력 향상에 바람직하며, 더욱 바람직하게는 90도의 각을 형성하는 것이 좋다.

상기에서 각 단위 파형영역(110)의 파형축(X축) 간에 이루는 각의 방향은 어느 방향이라도 상관 없다. 예컨대, 한 방향으로 계속해서 다른 각도를 형성하거나, 한번은 아래방향으로 한번은 윗방향으로 다른 각도를 형성하여 규칙적인 배열을 가질 수도 있다.

본 발명의 3차원 단선 스틸코드에 있어서, 상기 단위 파형영역(110)과 단위 비파형영역(120)이 1:9 내지 9:1의 길이 비로 반복되는 것이 바람직하며, 4:6 내지 6:4 의 길이 비로 반복되는 것이 더욱 바람직하다. 상술한 길이 비로 반복되면, 직선성 조정 및 연신률 조절이 용이한 이점이 있다.

또한, 상기 단위 파형영역(110)과 단위 비파형영역(120)의 길이는 1㎜ 내지 100㎜인 것이 바람직하고, 상술한 범위를 만족하면, 직선성 조정 및 연신률 조절이 용이한 이점이 있다.

또한, 상기 단위 파형영역(110)은 1 내지 100개의 파형(110a, 110a')을 포함하는 것이 바람직하며, 1 내지 10개의 파형(110a, 110a'))을 포함하는 것이 더 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 직선성 조정 및 연신률 조절이 용이한 이점이 있다.

또한, 상기 파형(110a 및 110a')의 주기(t)는 1㎜ 내지 10㎜이고, 상기 파형(110a)의 높이(h)는 0.24mm 내지 3.0㎜인 것이 바람직하다. 상기 파형(110a)의 주기(t) 및 높이(h)가 상술한 범위를 만족하면, 원하는 연신률의 제품을 용이하게 생산할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 3차원 단선 스틸코드에 있어서, 형부율은 120 내지 300%인 것이 바람직하다. 형부율이 상술한 범위를 만족하면 직선성 개선 및 연신률 조절이 용이한 이점이 있다.

※ 형부율= h(파형의 높이)/d(선경)×100

본 발명의 3차원 단선 스틸코드에 있어서, 상기3차원 단선 스틸코드는 선경(d)은 0.10㎜ 내지 1.0㎜인 것이 바람직하다. 선경(d)이 0.10mm 미만일 경우 타이어에서 원하는 파단강도가 나오지 않으며, 1.0mm를 초과할 경우 타이어의 경량화에 역행할 수 있다.

본 발명의 3차원 단선 스틸코드에 있어서, 신율은 2% 내지 5%인 것이 바람직하다. 신율이 2% 미만일 경우에는 타이어의 내구성 및 승차감이 저하되며, 신율이 5%를 초과하는 경우 타이어 제조공정중 고무 Topping 작업성이 저하될 수 있다.

본 발명의 3차원 단선 스틸코드는 탄소함량이 0.7% 내지 2% 정도로 포함되며, 인장강도가 270kg/㎟~480kg/㎟ 정도로 제조될 수 있다.

도2 및 도3은 본 발명의 3차원 단선 스틸코드의 제조방법을 예시하는 도면 이다.

본 발명의 3차원 단선 스틸코드는, 도2 및 도3에 예시된 바와 같이, 먼저, 필라멘트(10a)를 파형형성부(21) 및 파형비형성부(22)를 포함하는 제1 회전형 형부기(20)의 사이에 도입하여, 상기 필라멘트(10a)에 제1파형(110a)을 형성한다. 그리고, 뒤따라오는 제2 회전형 형부기(20')로 도입하여, 먼저 형성된 파형과 파형축(X축)이 다른 각도를 이루는 제2파형(110a')을 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 제1 회전형 형부기(20)와 제2 회전형 형부기(20')가 이루는 각도는 제1파형(110a)과 제2파형(110a')의 파형축(X축)이 이루기를 원하는 각도에 맞추어 조절할 수 있다.

상기 회전형 형부기(20)는 소결합금(WC)으로 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 파형형성부(21)의 형태는 원하는 파형에 따라 조절할 수 있다.

실시예 1.

탄소함량이 0.82%, 직경이 5.5mm인 Wire Rod를 직경 1.90mm가 되도록 1차 신선한 후, 페이턴팅(patenting) 처리 및 황동도금을 실시하고 직경 0.40mm까지 최종 신선을 실시하여 필라멘트를 준비하였다. 이후 회전형 형부기를 사용하여 단위 파형영역 구간 10mm와 비파형 영역 구간 10mm가 반복되며, 인접하는 단위 파형영역의 파형축(X축) 간의 각도가 90도가 되도록 파형을 부여하여 3차원 단선 스틸코드를 제조하였다. 이렇게 형성된 3차원 단선 스틸코드는 어느 하나의 단위 파형영역을 기준으로 홀수번에 해당하는 단위 파형영역과 짝수번에 해당하는 단위 파형영역 은 파형축(X축)이 90도의 각을 이루며, 홀수번 단위 파형영역끼리 및 짝수번 단위 파형영역끼리는 파형축(X축)이 동일한 각을 형성하였다.

상기 3차원 단선 스틸코드의 물성 평가결과를 다음과 같은 방법으로 실시하여 하기 표1에 나타내었다.

1) 선경(단경과 장경): 마이크로미터를 이용하여 측정, 편평비 = 단경/장경

2) 피치(P): 스틸코드의 꼬임부가 10개 형성된 길이를 측정 피치(P) = 꼬임부가 10개 형성된 길이/10(즉, 피치(P)가 동일할 경우에는, 피치=꼬임부들간의 상호 간격)

3) 자전(코드의 회전성): 코드 단말부를 "ㄱ"자 형태로 꺽어서 고정한 상태로 6m 인출한 후 고정상태를 해제하여 코드가 회전하는 수를 측정

4) 코드의 직선성(AH: Arc Height): 코드를 40㎝ 길이로 절단하여 평판에 자유롭게 놓아 두었을 때 코드가 형성하는 원호의 높이를 측정

5) 신율: 인장시험기로 파단시 신율 측정 (파단신율)

6) 접착력: 0.5 inch 고무 Mold에 150℃ 30분 가류시킨 후 인장시험기에서 Cord 를 당길때의 힘을 측정

비교예 1

탄소함량이 0.82%, 직경이 5.5mm인 Wire Rod를 직경 1.90mm가 되도록 1차신선한 후 페이턴팅 처리 및 황동도금을 실시하고 직경 0.40mm까지 최종신선을 하 여 필라멘트를 준비하였다. 이후 회전형 형부기를 사용하여 단위 파형영역 구간 10mm와 비파형 영역 구간 10mm가 반복되며, 인접 단위 파형영역 간에 형성되는 파형이 동일한 평면 상에 위치되도록 파형을 부여하여 단선 스틸코드를 제조한 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 물성을 평가하여 결과를 하기 표1에 나타내었다.

비교예2.

탄소함량이 0.82%, 직경이 5.5mm인 Wire Rod를 직경 1.90mm가 되도록 1차신선한 후 페이턴팅 처리 및 황동도금을 실시하고 직경 0.40mm까지 최종신선을 하여 필라멘트를 준비하였다. 이후 압착 롤러를 사용하여 단경/장경의 편평비가 0.80이 되도록 제조하였고 직선교정 R/O 를 사용하여 단선 스틸코드를 제조한 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 물성을 평가하여 결과를 하기 표1에 나타내었다.

샘플구분		실시예1	비교예1	비교예2
필라멘트	단경 (mm)	0.36	0.39	0.39
	장경 (mm)	0.51	0.48	0.48
	편평비	0.78	0.81	0.80
파형영역 길이 (mm)		10	10	-
비파형 영역 길이 (mm)		10	10	-
Pitch (mm)		20	20	-
자전 (회/6m)		0	0	0
AH (mm/40Cm)		11	20	35
신율 (%)		3.5	2.2	1.9
접착력 (Kg/ 8mm)		29	23	24

상기 표1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명 실시예1의 3차원 단선 스틸코드는 2차원의 파형이 부가된 비교예1의 단선 스틸코드 및 파형이 부여되지 않은 비교예2의 단선 스틸코드와 비교하여 코드의 파단신율과 접착력이 매우 우수함을 알 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도1은 본 발명의 3차원 단선 스틸코드의 일형태를 예시한 사시도 이다.

도2및 도3은 본 발명의 3차원 단선 스틸코드의 제조방법을 예시한 도면이다.

*도면 부호의 설명*

10: 3차원 단선 스틸코드 10a: 필라멘트

110: 단위 파형영역 110a: 제1파형

110a': 제2파형 120: 단위 비파형영역

20: 제1 회전형 형부기 20': 제2 회전형 형부기

21: 파형형성부 22: 파형비형성부

Claims (9)

1. 하나 이상의 파형을 포함하는 파형영역과 비파형영역을 포함하며, 상기 파형영역은 서로 다른 각도의 파형축(X축)을 갖는 단위 파형영역을2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 파형영역 및 비파형영역에 포함되는 단위 파형영역과 단위 비파형영역이 교대로 배열되고, 모든 단위 파형영역은 인접하는 다른 단위 파형영역과 다른 각도의 파형축(X축)을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
3. 청구항 2에 있어서, 각 단위 파형영역의 파형축(X축)은 인접하는 다른 단위 파형영역의 파형축(X축)과 30~150도의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 단위 파형영역과 단위 비파형영역이 1:9 내지 9:1의 길이 비로 반복되는 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 3차원 단선 스틸코드는 신율이 2% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 3차원 단선 스틸코드의 선경이 0.10㎜ 내지 1.0㎜인 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
7. 청구항 4에 있어서, 상기 파형영역 및 비파형영역의 길이는 1㎜ 내지 100㎜인 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 파형은 0.24㎜ 내지 3.0㎜의 높이와 1㎜ 내지 10㎜의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 파형의 형부율이 120% 내지 300%인 것을 특징으로 하는 3차원 단선 스틸코드.

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