KR20110072243A - 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 포함하는 공기입 래디얼 타이어 - Google Patents

타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 포함하는 공기입 래디얼 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 포함하는 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 특히 2개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어와, 5개의 필라멘트로 구성되며 제1층 코어를 감싸는 형태인 제2층 코어로 이루어진 스틸 코드에 있어서, 제2층 코어를 구성하고 있는 5개의 필라멘트 중 최소 1개 또는 전부에 대해 형부를 부여함으로써 고무 침투성이 향상되어 타이어 내구성 향상을 도모하도록 하는 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 포함하는 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.
타이어 보강용 스틸 코드, 고무 침투성, 프레팅 피로, 제1층 코어, 제2층 코어, 2차원 파형, 공기입 래디얼 타이어.

Description

타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 포함하는 공기입 래디얼 타이어{Steel Cord for Reinforcement of a Tire and Air Injection Radial Tire Comprising The Same}
본 발명은 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 포함하는 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 특히 2개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어와, 5개의 필라멘트로 구성되며 제1층 코어를 감싸는 형태인 제2층 코어로 이루어진 스틸 코드에 있어서, 제2층 코어를 구성하고 있는 5개의 필라멘트 중 최소 1개 또는 전부에 대해 형부를 부여함으로써 고무 침투성이 향상되어 타이어 내구성 향상을 도모하도록 하는 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 포함하는 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.
통상적으로 트럭 또는 버스에 이용되고 있는 타이어 보강용 스틸 코드는 다수의 필라멘트를 2층연 또는 3층연으로 꼬아서 제조된다. 예를 들면, 현재 일반적으로 사용되고 있는 2층연 구조는 3+6 구조인데, 그 제조방법은 우선 3개의 필라멘트를 좌, 우 중 어느 한쪽방향으로 꼬아서 제1층 코어를 형성한 후, 6개의 필라멘트를 제1층 코어와 반대 방향으로 꼬면서 제1층 코어와 꼬임주기를 달리하여 제2층 코어 를 형성하되 제2층 코어가 제1층 코어를 감싸며 일체가 되도록 하여 2층형 스틸 코드를 완성한다.
그러나, 이러한 2층형 스틸 코드는 제1층 코어 및 제2층 코어의 꼬임방향과 꼬임주기가 달라 제1층 코어와 제2층 코어의 접촉부위가 작게 되어, 제1층 코어의 필라멘트와 제2층 코어의 필라멘트가 점접촉하게 된다. 따라서 외력에 의해 타이어가 반복적으로 굴곡되면, 프레팅 피로(Fretting fatigue; 필라멘트들 간의 기계적인 마찰과, 외부로부터 침투되는 수분이나 염분 등에 의해 화학적인 부식이 동시에 발생되는 현상) 가 크게 발생되어 타이어의 내구성이 저하되는 문제가 있다. 또한 제1층 코어 및 제2층 코어의 꼬임방향 및/또는 꼬임주기가 달라, 제조시 제1층 코어와 제2층 코어를 별도의 공정으로 따로 꼬아야 하므로, 생산성 저하 및 제조비용 상승의 문제가 있다.
한편, 현재 일반적으로 사용되고 있는 3층연 구조는 3+9+15+w(wrapping) 구조인데 이의 제조방법을 개략적으로 설명하면, 우선 3개의 필라멘트를 좌렛 중 어느 한쪽방향으로 꼬아서 제1층 코어를 형성하고, 9개의 필라멘트를 제1층 코어와 동일한 방향으로 꼬면서 제1층 코어와 꼬임주기를 달리하여 제2층 코어를 형성시키고, 제2층 코어가 제1층 코어를 감싸며 일체가 되도록 한다.
이어서, 15개의 필라멘트를 제1/2층 코어와 반대방향으로 꼬면서 제2층 코어와 꼬임주기를 다르게 하여 제3층 코어를 형성한 후, 제3층 코어가 제2층 코어를 감싸며 일체가 되도록 한다, 그리고 1개의 필라멘트를 제3층 코어와 반대방향으로 꼬면서 소정의 꼬임주기로 랩핑 코어를 형성시키되, 랩핑 코어가 제3층 코어를 감 싸며 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 있지만, 랩핑 처리된 3층형 스틸 코드도 상기 2층형 스틸 코드의 경우와 마찬가지로 제1/2/3층 코어의 꼬임방향 및/또는 꼬임주기가 서로 다르게 되어 있으므로, 프레팅 피로의 발생 및 생산성 저하, 제조비용 상승의 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내 등록 특허 KR 0493672 에는 2개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어와, 5개의 필라멘트로 구성되어 제1층 코어를 감싸는 제2층 코어로 이루어지되, 제1층 코어와 제2층 코어의 꼬임방향과 꼬임주기가 동일한 2/5 구조의 래디얼 타이어용 스틸 코드가 개시되었다. 그러나 이러한 2/5 구조의 스틸 코드는, 꼬임방향과 꼬임주기가 동일하여 스틸 코드의 제조공정은 단순화 되지만 동일한 꼬임길이 및 꼬임주기로 인한 접촉 면적이 극대화 되어 2개의 필라멘트로 이루어진 제1층 코어 부분까지 완전한 고무침투가 완전히 이루어 진다고 볼 수 없다. 또한 2+5 또는 2/5 구조는 3+6 구조에서 제1층 및 제2층 코어 의 코어 필라멘트를 각각 1가닥씩 뺀 불안정한 구조로 단순히 꼬는 공정에 의해 제조시 제2층 코어 필라멘트가 한쪽으로 치우침이 발생할 소지가 크다. 따라서 제1층 코어로 고무침투가 용이하지 않아 외력에 의해 타이어가 반복적으로 굴곡되면, 프레팅 피로발생 소지가 있으며, 이를 적용한 타이어의 내구성이 저하될 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 2개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어와, 5개의 필라멘트로 구성되어 제1층 코어를 감싸는 제2층 코어로 이루어진 스틸 코드에 있어서, 제2층 코어를 구성하고 있는 5개의 필라멘트는 제1층 코어와 동일한 꼬임방향 및 꼬임주기를 가지며, 최소 1개 또는 전부에 대해 형부를 부여함으로써 고무 침투성이 향상되어 타이어 내구성 향상을 도모할 수 있는 타이어 보강용 스틸 코드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 본 발명에 따른 스틸 코드를 타이어의 카카스와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나에 적용한 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 2개의
필라멘트로 구성된 제1층 코어와, 5개의 필라멘트로 구성되며 제1층 코어를 감싸는 형태인 제2층 코어를 포함하며, 상기 제1층 코어와 제2층 코어는 꼬임 방향과 꼬임 주기가 동일하고, 상기 제2층 코어를 구성하는 필라멘트는 최소 하나 이상이 2차원 파형 형상인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드에 관한 것이다.
본 발명의 상기 스틸 코드는, 제2층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 구성된 랩핑 코어를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 스틸 코드는, 제2층 코어를 구성하는 2차원 파형 형상의 필라멘트가 L = (0 ~ 100 )d2, A = (0.02 ~ 30)d2 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다. (여기에서 d2는 제2층 코어 필라멘트의 직경(mm)이고, L은 2차원 파형의 파장(mm)이며, A는 2차원 파형의 진폭(mm)임)
본 발명의 상기 스틸 코드는, 제2층 코어를 구성하는 필라멘트의 직경이 0.10mm≤d2≤0.40mm이고, 제1층 코어를 구성하는 필라멘트 직경은 0.08mm≤d1≤0.42mm이며, 제1층 및 제2층 코어의 꼬임주기는 제2층 코어를 구성하는 필라멘트 직경의 20∼100배인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 스틸 코드는, 제1,2층 코어 및 랩핑 코어를 구성하는 필라멘트가 카본 함량이 0.70∼1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01∼5.0㎛ 두께로 도금한 것임을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은, 상기와 같은 본 발명의 스틸 코드가 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나에 적용된 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.
본 발명에 의한 타이어 보강용 스틸 코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼 타이어는 제1층 코어 부분까지 고무침투가 용이하게 이루어짐으로써, 외력에 의해 타이어 가 반복적으로 굴곡되어도 프레팅 피로가 발생하지 않아 타이어의 내구성을 높이는 효과가 있다.
이하, 첨부 도면 및 실시예 등을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명의 일 구현예에 따른 스틸 코드의 단면도이다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 스틸 코드는 2개의 필라멘트(1a)로 이루어진 제1층 코어(1)와 5개의 필라멘트(2a)로 이루어진 제2층 코어(2)를 포함하여 이루어진다. 한편 상기 제1층 코어(1)와 제2층 코어(2)의 꼬임방향과 꼬임주기는 서로 동일하게 되어 있다.
도2는 본 발명의 일 구현예에 따른 스틸 코드에 있어서, 제2층 코어(2)를 구성하는 2차원 파형 형상의 필라멘트(2a) 확대도이다. 도2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 스틸 코드는 제2층 코어(2)를 구성하는 필라멘트(2a)의 적어도 하나 이상이 도2에 도시된 바와 같이 2차원 파형 형상을 가진다. 상기 2차원 파형을 가진 필라멘트(2a)는 파장 L이 L = (0 ~ 100)d2(mm) 이며 진폭 A가 A = (0.02 ~ 30) d2 (mm) 인 조건을 만족한다. (여기에서 d2 는 제 2층 코어 필라멘트의 직경(mm)이다)
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 스틸 코드에서 상기 제2층 코어(2)를 구성하는 필라멘트(2a)의 직경(d2)은 0.10mm≤d2≤0.40mm이며, 제1층 코어(1) 구성하는 필라멘트(1a)는 직경(d1)은 0.08mm≤d1≤0.42mm가 바람직하다. 코드를 구성하는 필라 멘트(1a,2a)의 직경(d1,d2)이 0.08mm보다 작으면 필라멘트 제조도 어렵고 제조단가도 상승되는 문제점이 있으며, 0.42mm보다 크면 타이어 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 상기 동일한 꼬임방향과 꼬임주기를 갖는 제 1층 코어(1) 및 제 2층 코어(2)의 꼬임주기는 제1층 코어(1)를 구성하는 필라멘트 직경(d1)의 20∼100배인 바람직하다. 꼬임주기가 직경 대비 너무 작으면 구조적 신율이 증가되어 가공성이 저하가 우려되며, 반대로 너무 크면 구조적 신율이 너무 작어 타이어 내구성 저하가 우려되기 때문이다.
본 발명에 따른 상기 스틸코드는 제2층 코어(2)의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 구성된 랩핑 코어를 추가로 포함할 수 있다. 여기에서 제1층 코어및 제2층 코어를 구성하는 필라멘트의 직경 및 이들의 관계는 랩핑 처리되지 않은 스틸 코드의 경우와 동일하다. 상기 랩핑 코어의 필라멘트의 꼬임방향은 제1,2층 코어의 방향과 반대이고, 꼬임 주기는 2~10mm이다.
또한, 상기 제1층 및 제2층 코어(1,2)를 구성하는 필라멘트(1a,2a)는 카본이 0.70∼1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공(Drawing)한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01∼5.00㎛ 두께로 도금한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1,2층 코어(1,2)의 필라멘트(1a,2a) 표면을 도금 처리하면, 이들 필라멘트(1a,2a)와 고무 간의 상호 접착력이 크게 증가되는 이점을 가진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스틸 코드는 제1층 코어(1)와 제2층 코어(2)의 꼬임주기 및 꼬임방향이 동일하기 때문에, 종래 코드 연선에서 일반적으로 2공정 작업이 요구되어 오던 것을 1공정으로 줄일 수 있어 코드의 제조 단가를 낮추면서 생산성도 향상시킬 수 있다.
또한 종래의 2/5 구조 스틸 코드는(/는 꼬임방향, 꼬임주기가 동일함을 의미함) 3+6 또는 3/6 구조의 스틸 코드에서 제1층 및 제2층 코어 필라멘트를 각각 1가닥씩 뺀 불안정한 구조로 단순히 꼬는 공정에 의해 제조시 제2층 코어 필라멘트가 한쪽으로 치우침이 발생할 소지가 크다. 따라서 제1층 코어로 고무침투가 용이하지 않아 외력에 의해 타이어가 반복적으로 굴곡되면, 프레팅 피로가 발생할 소지가 있으며, 이를 적용한 타이어의 내구성이 저하될 우려가 있다.
그러나 본 발명에 따른 스틸 코드는 5개의 필라멘트로 이루어진 제2층 코어에 최소 1개에서 최대 5개까지 2차원 형부를 부여한 필라멘트를 구비함으로써, 제2층 코어 필라멘트들 사이에 공간을 확보하여 고무가 제1층 코어까지 용이하게 침투할 수 있게 함으로써, 이를 적용한 타이어의 내구성을 향상시키는 효과가 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]
본 발명에 따른 2/5구조의 스틸 코드로 제2층 코어 필라멘트에 형부를 부여하여 제조하였으며, 그 물성 평가를 수행하여 표1에 도시하였다.
[비교예 1]
종래의 3+6 구조로 된 스틸 코드를 가지고 물성평가를 수행하여 표1에 도시하였다.
[비교예 2]
종래에 사용되는 2/5 구조로 제2층 코어에 형부를 부여하지 않은 필라멘트를 사용하였으며, 그 물성평가 결과를 표1에 도시하였다.
[표 1]
구분 비교예 1 비교예2 실시예1
규격 3+6(0.20) 2/5(0.20) 2/5(0.20)
선재 C wt % 0.82 0.92 0.92
심선(제2층)
형부 여부		 x x 0
피로한계응력
(kgf/mm2)		 90이상 90이상 90이상
초기 접착력
(150℃x30min)		 114 123 129
열노화
(100℃ oven)		 7일
14일
21일		 100
108
96		 112
100
115		 121
119
117
내습
(70℃,96%RH)		 7일
14일
21일		 99
93
95		 107
97
99		 120
111
102
내온수
(70℃)		 7일
14일
21일		 94
96
86		 116
98
96		 126
114
99
내염수
(NaCl 20%)		 7일
14일
21일		 111
107
98		 123
116
113		 125
122
115
[물성 평가 방법]
* 피로한계응력은 RBT(Rotating Beam Tester, made in Bekaert)에 의해 측정하였다
(피로한계응력에서 100만회 이상 회전)
* 초기 고무접착력은 150℃x30min 조건에서 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.
* 열노화성은 100℃의 오븐(oven) 조건에서, 내습성은 70℃,96%RH 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.
* 내온수성은 70℃ 조건에서, 내염수성은 NaCl 20% 조건에서 각각 노화된 뒤의 접착력 비로 정하였으며, 접착력은 Instron사의 ASTM D2229-99에 의해 측정하였다.
상기 표1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예1에서와 같이 제2층 코어에 2차원 파형를 부여한 2/5구조가 초기 접착력을 비롯한 내구성 전반에 걸쳐 비교예1의 3+6 구조 및 비교예2의 제2층 코어에 형부를 부여하지 않은 2/5구조 보다 탁월한 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 내에 서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 스틸 코드의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 스틸 코드에 있어서, 제2층 코어를 구성하는 2차원 파형 형상 필라멘트의 확대도이다.

Claims (8)

  1. 2개의 필라멘트로 구성된 제1층 코어와, 5개의 필라멘트로 구성되며 제1층 코어를 감싸는 형태인 제2층 코어를 포함하며, 상기 제1층 코어와 제2층 코어는 꼬임 방향과 꼬임 주기가 동일하고, 상기 제2층 코어를 구성하는 필라멘트는 최소 하나 이상이 2차원 파형 형상인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2층 코어의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트로 구성된 랩핑 코어를 추가로 포함하며, 상기 랩핑 코어의 꼬임방향은 상기 제1층 및 제2층 코어의 꼬임방향과 반대인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2층 코어를 구성하는 2차원 파형 형상의 필라멘트는 L =(0 ~ 100) d2, A =(0.02 ~ 30) d2 의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
    (여기에서 d2는 제2층 코어 필라멘트의 직경(mm)이고, L은 2차원 파형의 파장(mm)이며, A는 2차원 파형의 진폭(mm)임)
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2층 코어를 구성하는 필라멘트의 직경은 0.10mm≤d2≤0.40mm이고, 상기 제1층 코어를 구성하는 필라멘트 직경은 0.08mm≤d1 ≤0.42mm이며, 상기 제1층 및 제2층 코어의 꼬임주기는 제2층 코어를 구성하는 필라멘트 직경의 20∼100배인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
  5. 제2항에 있어서, 상기 랩핑 코어의 꼬임주기는 2∼10㎜ 인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1,2층 코어 및 랩핑 코어를 구성하는 필라멘트는 카본 함량이 0.70∼1.20 중량% 함유된 카본 스틸을 인발 가공한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01∼5.0㎛ 두께로 도금한 것임을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
  7. 제 1항 또는 제2항에 따른 스틸 코드가 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 어느 하나의 보강용 스틸 코드로 적용되어지는 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스틸 코드를 카카스부와 체파부 및 벨트부 중 적어도 하나에 적용하기 위해 상기 스틸 코드에 고무 토핑을 하는 경우, 하기의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어.
    n = 0.6 / (0.27 d1 2 + 0.73 d2 2), D + 0.1 ≤ t ≤ D + 2.4
    (여기에서 n은 고무토핑시 폭 1인치당 스틸 코드의 가닥수, t는 스틸 코드를 포함한 시트의 두께, d1, d2 는 각각 제1, 2층 코어 필라멘트의 직경, D는 스틸 코드의 직경임)
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