KR20200071738A

KR20200071738A - 엘라스토머 보강용 스틸 코드

Info

Publication number: KR20200071738A
Application number: KR1020207011650A
Authority: KR
Inventors: 게르트 모렌; 바우터 반레이텐
Original assignee: 베카에르트 어드밴스드 코드즈 알테 엔브이
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-06-19
Also published as: JP7296957B2; ES2939826T3; EP3701083A1; US20200248404A1; CN111247292A; US11280047B2; PL3701083T3; HUE061276T2; WO2019081411A1; FI3701083T3; CN111247292B; EP3701083B1; JP2021500491A

Abstract

엘리베이터 벨트, 컨베이어 벨트, 동기 벨트 또는 타이밍 벨트(timing belts) 또는 호스 또는 타이어와 같은 엘라스토머 제품의 보강용 스틸 코드가 제공된다. 스틸 코드(steel cord)는 스틸 필라멘트(steel filaments)로 제조된 스트랜드(strands) 및 모노필라멘트(monofilaments)를 포함한다. 또한 스트랜드 자체도, 함께 꼬인 스틸 필라멘트로 제조된다. 스트랜드는 스틸 코드의 외층을 형성한다. 모노필라멘트는 스트랜드와 동일한 꼬임 길이 및 방향으로 코드 내에 꼬이고, 스틸 코드의 반경방향 외측 측면상의 스트랜드들 사이의 골부 내에 위치된다. 상기 스틸 코드는 더 좋은 충전율 및 더 둥근면을 갖는다는 장점이 있다. 또한, 모노필라멘트는 엘라스토머 제품의 조기 마모 표시기로서의 역할을 할 수 있다.

Description

엘라스토머 보강용 스틸 코드

본 발명은, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머와 같은 열가소성 엘라스토머 또는 고무로 제조된, 엘리베이터 벨트, 동기 벨트 및 컨베이어 벨트와 같은 벨트, 타이어, 호스와 같은 엘라스토머 제품의 엘라스토머 보강용 스틸 코드에 관한 것이다.

엘라스토머 보강 분야에서 스틸 코드가 많이 이용된다. 스틸 코드는 벨트 및 타이어의 카커스(carcass), 크고 작은 호스의 벽, 또한 컨베이어 벨트, 타이밍 벨트로도 알려진 동기 벨트, 플랫 벨트(flat belts), 파워 벨트(power belts)와 같은 벨트 및 기타 같은 종류의 것을 보강하기 위해 사용된다. 최근 들어 엘리베이터에서 벨트의 이용이 급증하고 있으며, 그 이유는 이러한 개선이 엘리베이터 통로 꼭대기의 기계실을 제거할 수 있게 하기 때문이다(US 6739433).

또한, 스틸 코드는 높은 강도, 높은 축방향 강성 및 낮은 크리프(creep)로 제조될 수 있기 때문에 스틸 코드는 현재로서 벨트를 보강하는 데 선호되는 방식이다. 게다가, 스틸 코드는 충분한 내화성을 제공하고, 긴 수명을 보장한다. 엘리베이터 벨트는 고무 또는 열가소성 폴리우레탄으로 제조된 엘라스토머 재킷(elastomer jacket) 내로 스틸 코드를 매설하기 전에, 웨브(web)형태로 서로 평행하게 배열함으로써 생산된다. 후자의 열가소성 폴리우레탄 물질은 마찰, 내마모성 및 내화성 측면에서 엘리베이터 벨트의 요구에 용이하게 적용될 수 있기 때문에 현재 가장 바람직하다. 또한, 고무를 위한 가황 단계가 필요하지 않기 때문에, 생산이 에너지 효율적이다.

엘리베이터 벨트는 엘리베이터의 안전성과 관련된 부분이므로 특별한 고려가 필요하다. 요구사항 중 하나는, 만약 엘리베이터 벨트가 추후 사용이 안전하지 않을 정도로 열화되면(deteriorate), 벨트 상에서 이를 인지할 수 있어야 한다는 것이다. 따라서, 벨트 내의 스틸 코드의 열화를 모니터링할 수 있게 하는 매우 정교한 장비가 제안되었다. 이러한 방법들은 대부분 벨트 내 스틸 코드의 전기 저항 변화에 기초한다(EP 1732837, EP 2172410). 이러한 저항 변화는 와이어 파단(wire fractures), 프렛팅 부식(fretting corrosion) 또는 엘라스토머 재킷의 열화로부터 유래할 수 있다.

일반적 경험상, 벨트는 교체 시기까지 벨트의 원래의 파단 하중(original breaking load)의 적어도 80%를 여전히 견딜 수 있어야 한다. 문제점은 스틸 코드 보강 엘리베이터 벨트의 열화가 매우 느리게 진행하고, 실제로 이러한 한계에 거의 도달하지 않는다는 점이다. 스틸 코드는 함께 점진적으로 열화되고, 단일 스틸 코드의 파단으로 인해서 벨트의 파단 하중의 저하가 발생하는 경우는 매우 희박하다. 많은 경우에, 엘라스토머 재킷은 스틸 코드보다 더 빠르게 마모되고, 벨트를 교환하는 주된 이유는 스틸 코드가 열화되어서가 아니라, 엘라스토머의 마모도가 너무 높기 때문이다.

따라서, 본 발명자들은 내구성을 갖지만 엘리베이터의 안전성을 위태롭게 하지 않으면서 분명한 수명의 표시를 제공하는, 엘리베이터 벨트 보강용 스틸 코드를 개발하기 위한 과제를 설정하였다.

본 발명의 주 목적은 엘라스토머 보강용 스틸 코드를 제공하는 것이다. 더 구체적으로, 스틸 코드는 엘리베이터 벨트를 보강하기 위해 적용된다. 스틸 코드는 엘리베이터의 안전성을 위태롭게 하지 않으면서, 벨트의 두드러진 파손(failure)을 적시에(너무 빠르지 않으면서 절대로 늦지는 않음을 의미) 검출 가능하게 하는 내장된 특징을 가진다. 게다가, 스틸 코드는 동일한 원주 면적(circumferential area)에서 더 높은 강도를 제공한다. 벨트의 강도를 모니터링하는 방법은 간단하고 효율적이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 청구항 1의 특징을 갖는 스틸 코드가 제공된다. 상기 스틸 코드는 스틸로 제조된 모노필라멘트 및 스트랜드를 포함한다. 스트랜드 자체는 스트랜드 꼬임 길이 및 방향(strand lay length and direction)으로 함께 꼬인 스틸 필라멘트들로 제조된다. 차례로 스트랜드들은 코드 꼬임 길이 및 방향(cord lay length and direction)으로 함께 꼬인다. 스트랜드는 스틸 코드의 외층을 형성한다. 바람직한 실시예에서, 필라멘트는 둥근 수직 단면을 갖는다.

스틸 코드의 특징은, 모노필라멘트가 코드 꼬임 길이 및 방향으로 꼬이고, 스틸 코드의 스트랜드의 외층의 반경방향 외측의 인접한 스트랜드들 사이의 골부를 채우는 것이다. '스트랜드의 외층의 반경방향 외측'이란, 모노필라멘트의 중심이 스트랜드들의 중심들에 의해 형성된 원의 반경방향으로 바깥쪽에 위치된다는 것을 의미한다.

모노필라멘트의 직경은 인접한 스트랜드들 사이의 간격보다 크다. 인접한 스트랜드들 사이의 간격은 상기 스트랜드들을 둘러싸는 두개의 실린더들 사이의 최소 거리이다. 바람직한 실시예에서, 필라멘트는 둥근 수직 단면을 갖는다. 모노필라멘트의 직경은 필라멘트의 축에 수직인 마이크로미터의 평행한 앤빌들(anvils) 사이에서 측정된 최소 및 최대 페렛 직경(Feret diameter)의 평균이다. 결과적으로, 모노필라멘트는 스틸 코드의 외층의 2 개의 인접한 스트랜드와 접촉하고, 접촉한 상태이며, 접촉 가능하지만, 예를 들어 코어가 존재하는 경우에 이러한 스틸 코드의 코어와는 그러하지 않다. 더 구체적으로, 각각의 모노필라멘트는 단지 스틸 코드의 스트랜드들의 외층 중에서 2개의 이웃하는 스트랜드와 접촉하거나 접촉 가능하다.

'모노필라멘트' 또는 '모노필라멘트들' 이라는 용어는 보통 '충전재 구조' 등으로도 알려져 있는 평행한 꼬임 구조에서, 서로 평행하게 놓여진 필라멘트 사이의 내부 간격을 채우는 것으로서 잘 알려진 '충전재 필라멘트'를 대신하여 선택되었다. 본 출원의 의미에서 모노필라멘트는 내부 간격(inside interstices)을 채우지 않으며, 은폐된 상태로 유지되는 '충전재 필라멘트'와는 대조적으로, 외부에서 볼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 모노필라멘트는 충전재 필라멘트에 대해 예상하는 것보다 크다.

대안적이고 축소된 실시예에서, 스틸 코드는 또한 완전히 스틸 필라멘트로 구성될 수 있으며, 즉, 스트랜드는 스틸 필라멘트로 구성되고, 모노필라멘트도 마찬가지이다.

바람직하게는, 스트랜드는 '1+n' 유형이며, 즉 'n' 개의 외측 스틸 필라멘트가 하나의 중심 스틸 필라멘트 주위에 꼬인다. 1+4, 1+5 또는 1+6 유형의 스트랜드가 가장 바람직하다. 또한, 3+6 또는 3+9 와 같은 간단한 층상 유형의 스트랜드가 고려될 수 있다. 그러한 스트랜드는 함께 꼬여지는 3 개의 스틸 필라멘트로 구성된 내측 스트랜드를 가지며, 내측 스트랜드를 주위로 각각 6 개 또는 9 개의 외측 필라멘트가 상이한 꼬임 길이 및/또는 방향으로 꼬인다. 또한, 스트랜드는 단일 꼬임 유형일 수 있고, 여기서 모든 필라멘트는 동일한 꼬임 길이로 함께 꼬인다. 예시들은 3x(

|

) 이고, 여기서

/

비율은 약 1.5 이고,

/

비율은 약 1.85 이고, 높은 충전도를 제공한다(예를 들어, US 3358435). 대안적으로, 코어는 US 4829760에 설명된 바와 같이 3x(

|

) 유형일 수 있고, 여기서

/

은 약 1.14 이고,

/

는 약 0.79 이다. 이러한 구성에서, 큰

필라멘트는

필라멘트들 사이의 간격을 채운다. 각각의

필라멘트 쌍 사이에 2 개의 더 작은

필라멘트가 위치된다. '

' 는 스트랜드의 중심으로부터 모두 동일한 거리를 갖는 'i' 층의 필라멘트의 직경을 나타낸다.

스트랜드의 스틸 필라멘트를 제조하는 스틸은, 0.40%의 최소 탄소 함량(예를 들어, 0.65%를 초과), 0.40% 내지 0.70% 범위의 망간 함량, 0.15% 내지 0.30% 범위의 실리콘 함량, 0.03%의 최대 황 함량, 0.30%의 최대 인 함량을 갖는 전형적인 조성의 일반 고탄소강이고, 모든 백분율은 중량 백분율이다. 구리, 니켈 및/또는 크롬은 극소량만 존재한다. 최소 탄소 함량이 약 0.80 중량%, 예를 들어 0.775 내지 0.825 중량%일 때, 고장력강이라고 말한다.

스트랜드의 스틸 필라멘트는 적어도 2000 MPa, 바람직하게는 2700 MPa 초과의 인장 강도를 갖는 반면에, 3500 MPa와 같이 3000 MPa 초과의 강도가 현재 통용된다. 현재, 최대 4200 MPa이 매우 미세한 와이어로부터 얻어졌다. 이러한 높은 강도는 0.65 중량% 초과의 탄소 함량을 갖는 스틸로부터 필라멘트를 충분한 정도로 냉간 인발(cold drawing)함으로써 달성할 수 있다.

모노필라멘트는 동일한 종류의 스틸로 제조될 수 있고, 스트랜드의 필라멘트, 즉, 2000 내지 약 3500 MPa의 인장 강도를 갖는 고탄소강과 동일한 수준의 인장 강도를 가질 수 있다.

대안적이고 동등하게 바람직한 실시예에서, 모노필라멘트는 스트랜드의 필라멘트의 스틸과 상이한 종류의 스틸로 제조된다. 예를 들어, 모노필라멘트는 저탄소강으로 제조될 수 있다. 저탄소강은 0.04 중량% 내지 0.20 중량% 범위의 탄소 함량을 갖는 조성을 가진다. 완전한 조성은 다음과 같다: 0.06 중량%의 탄소 함량, 0.166 중량%의 실리콘 함량, 0.042 중량%의 크롬 함량, 0.173 중량%의 구리 함량, 0.382 중량%의 망간 함량, 0.013 중량%의 몰리브덴 함량, 0.006 중량%의 질소 함량, 0.077 중량%의 니켈 함량, 0.007 중량%의 인 함량, 0.013 중량%의 황 함량.

모노필라멘트는 특정 실시예에서 2000 MPa 미만의 인장 강도를 가질 수 있다. 더 적은 냉간 인발 변형을 주고/주거나, 예를 들어 0.40 중량% 탄소와 같은 더 낮은 탄소 함량을 갖는 스틸 또는 저탄소강을 사용함으로써 2000 MPa 미만, 예를 들어 500 MPa 내지 2000 Mpa의 인장 강도와 같은 더 낮은 강도가 얻어질 수 있다.

특정 실시예에서, 모노필라멘트는 자기화가 가능한(magnetisable), 즉 강자성 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 강자성 물질은 1보다 큰, 바람직하게는 50 초과의 상대 투자율(relative magnetic permeability)을 갖는다. 저탄소강 및 고탄소강은 자기화가 가능한 물질들이다.

모노필라멘트는 주로 '수명 표시기'로서 추가된다. 모노필라멘트는 스틸 코드의 외측에 배치되기 때문에, 이들이 내부에 배치되었을 때에 비해서 더 높은 굽힘 응력 및 인장 응력을 받게 된다. 이제, 모노필라멘트의 크기 및 인장 강도를 조정함으로써, 모노필라멘트가 파단(break)되는 대략적인 시간 범위가 조정될 수 있다. 더 큰 직경의 모노필라멘트는, 더 큰 굽힘 응력으로 인해 더 작은 직경의 모노필라멘트보다 먼저 파단될 것이다.

대안적으로 또는 조합하여, 낮은 인장 강도의 모노필라멘트의 항복점이 더 낮기 때문에, 예를 들어, 1200 내지 2000 Mpa 같은 낮은 인장 강도의 모노필라멘트는 높은 인장 강도의 모노필라멘트보다 더 빨리 파손될 것이다.

게다가, 모노필라멘트가 스트랜드의 외층의 반경방향 외측에 위치되기 때문에, 모노필라멘트가 파단된다면, 모노필라멘트는 그것이 내장된 폴리머를 뚫을 것이고, 그에 의해서 수명 표시기로서의 역할을 한다. 이러한 뚫린 필라멘트는 시각적으로 검출될 수 있다.

대안적으로, 이렇게 뚫고 나온 모노필라멘트는 스틸 코드와 엘라스토머 제품이 지나가는 풀리(pulley) 사이의 전기적인 접점으로서의 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 하나의 극성(예를 들어, 접지)의 풀리와 다른 극성의 스틸 코드 사이에 전압(electrical tension)이 유지된다. 뚫고 나온 모노필라멘트가 풀리와 접촉할 때에만 전기적인 쇼트(electrical short)가 발생하기 때문에, 이러한 일시적인 접촉은 파단의 위치 표시기로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 만약 엘라스토머 제품이 엘리베이터 벨트라면, 엘리베이터의 이동 중에 발생하는 전기적인 쇼트의 개수를 셀 수 있다. 파단의 총 개수가 특정 수보다 높아지자 마자, 엘리베이터 벨트를 교체하여야만 한다는 지시가 내보내진다.

다른 바람직한 실시예에서, 스트랜드 꼬임 방향은 코드 꼬임 방향과 반대이다. 이는 모노필라멘트에 가장 근접한 스트랜드 필라멘트들 사이에서 간격이 형성되는 장점을 가지고, 이러한 간격은 폴리머 물질의 유입을 가능케 함으로써 폴리머의 충분한 기계적 고정(mechanical anchorage)을 가능케 한다. '모노필라멘트에 가장 근접한 스트랜드 필라멘트들'이란, 모노필라멘트에 접촉하거나 거의 접촉하는 스트랜드의 외측 필라멘트들을 의미한다. 실제로, 놀랍게도, 본 발명자들은 스트랜드와 코드 간에 반대의 꼬임 방향을 사용할 때 스틸 코드의 기계적 고정에 대한 어떠한 악영향도 관찰할 수 없었다.

다른 바람직한 실시예에서, 모노필라멘트는 스틸 코드의 스트랜드의 외접원 안에 유지된다. '스틸 코드의 스트랜드의 외접원'이란 여전히 모든 스트랜드를 둘러싸지만 반드시 모노필라멘트를 둘러싸지는 않는, 최소의 직경을 갖는 원이다. 그러나, 모노필라멘트는 엘라스토머 제품으로의 가공을 더 용이하게 하는 전체적으로 더 둥근 단면을 스틸 코드가 얻도록, 그 원 내에 유지되는 것이 바람직하다.

또한, 모노필라멘트가 금속 충전율(metallic fill factor)을 증가시키기 때문에, 모노필라멘트의 존재는 스틸 코드의 직경을 증가시키지 않으면서 스틸 코드의 파단 하중을 증가시킨다. 금속 충전율은 코드의 금속 단면을 외접원의 면적으로 나눈 비율이다. 스틸 코드의 금속 단면은 - 본 출원의 목적을 위해 - 스틸 코드 내의 각 필라멘트의 모든 개별적인 수직 단면적의 합이다.

언급된 바와 같이, 모노필라멘트의 직경은 모노필라멘트의 피로 수명에 영향을 미친다. 따라서, 모노필라멘트는 스트랜드 필라멘트보다 더 일찍 파손되기 위해서 충전재 스틸 필라멘트에 가장 가까운 스트랜드 필라멘트의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이를 더 고려하면, 모노필라멘트는 스틸 코드 내의 다른 임의의 필라멘트 직경보다 큰 직경을 갖는 것이 본 발명에 유리하다. 또한, 모노필라멘트의 더 큰 직경은 스트랜드의 접촉하는 외측 필라멘트의 프렛팅(fretting)을 감소시킨다. 모노필라멘트의 직경은 스트랜드의 직경보다 낮게 유지되어야만 한다. 만약, 모노필라멘트의 직경이 거의 스트랜드의 직경에 가까우면, 스틸 코드의 강성은 너무 높아지고 코드는 그 목적에 더 이상 맞지 않는다. 유리하게는, 모노필라멘트의 직경이 스트랜드의 직경의 절반보다 작거나, 예를 들어 스트랜드 직경의 40%, 35% 또는 심지어 30% 와 같이 훨씬 더 작다. 반대로, 모노필라멘트 직경은 외측 스트랜드들 사이의 최소 간격보다 작을 수 없는데, 그렇지 않으면 모노필라멘트가 스트랜드들 사이로 들어올 것이고, 이는 매우 바람직하지 않다.

다른 개선된 실시예에서, 모노필라멘트의 직경은 가장 가까운 스트랜드 필라멘트의 직경보다 1% 내지 20% 더 크거나, 5% 내지 20% 더 크거나, 심지어 5% 내지 15% 더 크다. 따라서, 외측 필라멘트가 '

' 직경을 갖는 경우, 모노필라멘트 '

' 는

내지

또는

내지

또는 심지어

과

사이의 직경을 갖는다.

다른 바람직한 실시예에서, 모노필라멘트는 모노필라멘트에 가장 가까운 스트랜드 필라멘트의 인장 강도와 실질적으로 동일한 인장 강도를 갖는다. 만약, 인장 강도가 거의 동일하고 이웃하는 필라멘트의 직경이 너무 많이 상이하지 않으면, 이웃하는 필라멘트들 사이의 프렛팅은 과도하지 않을 것이다. '실질적으로 동일'이란, 2 개의 인장 강도 사이의 절대적인 차이가 200 N/mm² 미만인 것을 의미한다.

이와 대조적으로, 모노필라멘트에 가장 가까운 스트랜드 필라멘트의 인장 강도보다 명확하게 낮은 강도를 갖는 모노필라멘트를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방식으로 모노필라멘트는 프렛팅에 더 민감할 것이고, 따라서 스트랜드의 외측 필라멘트가 아직 침식되지 않는 반면에, 모노필라멘트는 적시에 파단을 나타낼 것이다.

스틸 코드 내의 모든 모노필라멘트가 동일한 지점에서 파손되는 경우에 스틸 코드의 파단 하중이 원래 파단 하중의 80% 미만으로 떨어지는 것을 예방하기 위해서, 스틸 코드의 파단 하중에 대한 모든 모노필라멘트의 기여도가 스틸 코드의 20% 미만인 것이 더 좋다. 만약 기여도가 이보다 더 크면, 모든 모노필라멘트가 하나의 지점에서 파단된 후에 잔여 파단 하중은 원래의 파단 하중의 80% 아래로 떨어질 것이다. 다른 한편으로는, 전체 파단 하중에 대한 모노필라멘트의 기여도가 적어도 5% 또는 심지어 10% 인 것이 유리하다.

본 발명의 다른 개선예에서, 스틸 코드 내의, 모노필라멘트를 포함한 모든 스틸 필라멘트의 총 금속 단면적에 대한 하나의 모노필라멘트의 단면적의 비율은 2% 내지 5% 사이이다. 다르게 말하면, 상기 모노필라멘트들 중 하나의 단면적은 상기 스틸 코드의 총 금속 단면적의 2%와 5% 사이이다. 더 바람직하게는, 하나의 모노필라멘트는 스틸 코드의 총 금속 단면적의 적어도 3% 또는 심지어 4% 초과를 차지한다. 그에 따라, 하나의 모노필라멘트가 파단되면, 스틸 코드의 금속 단면적이 원래의 전체 금속 단면적의 2% 내지 5% 만큼 감소할 것이다.

하나의 모노필라멘트의 단면적은 스트랜드 필라멘트에 비해 상대적으로 크기 때문에, 부수적으로 모노필라멘트와 관련된 질량도 클 것이다. 모노필라멘트 중 하나가 파단될 때, 모노필라멘트가 자기화가 가능하다면 자속 검출기에서 그 교란은 충분히 검출될 것이다. 자속 검출기는 로프 또는 벨트에서 필라멘트 파단을 검출하기 위한 공지된 장치이다.

대체 실시예에서, 모노필라멘트 중 적어도 하나, 둘 이상 또는 전부는 전기 절연 층으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 전기 절연 층은 래커(lacquer) 또는 압출 폴리머 코팅일 수 있다. 이러한 실시예는 전기 저항 측정에 의한 모노필라멘트 파단의 검출 가능성을 제공한다. 예를 들어, 각각의 개별적인 모노필라멘트의 저항이 모니터링 될 수 있다. 대안적으로, 병렬적으로 얻어진 모든 모노필라멘트의 저항이 모니터링 될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 모노필라멘트 중 적어도 하나 또는 둘 이상 또는 전부가 간격을 두고 국소적으로 약화된다(weakened).

'국소적으로 약화된다'는 파단 하중이 짧은 길이에 걸쳐서, 예를 들어 모노필라멘트 직경의 5 배 미만 또는 2 배 미만에 걸쳐서, 국소적으로 감소하는 것을 의미한다. 이러한 약화는 국소적으로 와이어를 기계적 변형시킴으로써, 예를 들어 와이어를 핀칭(pinching), 압착(squeezing) 또는 평탄화(flattening)함으로써, 이루어질 수 있다. 대안적으로, 약화는 스틸의 금속 조직 구조를 국소적으로 변경함으로써, 예를 들어 레이저 펄스에 의해 와이어를 국소적으로 가열함으로써, 이루어질 수 있다.

'간격을 두고'는 약화가 모노필라멘트(들)의 길이를 따라 되풀이하여 발생하는 것을 의미한다. 되풀이하는 발생이 불규칙적 즉, 무작위적일 수 있지만 바람직하게는 규칙적이거나 주기적이다. 국소적으로 약화된 지점들 사이의 거리는 코드 꼬임 길이의 1/10(0.1 배)과 백배(100 배) 사이일 수 있다.

약화의 목적은 충전재 와이어가 바람직하고 제어 가능하게 파단되는, 제어된 약화 지점(controlled weak spot)을 갖는 것이다.

매우 바람직한 다른 실시예에 따르면, 스틸 코드는 코어를 포함하고, 코어 주위로 모노필라멘트와 함께 외층의 스트랜드가 꼬인다. 제1 실시예에 따르면, 코어는 얀(yarn)으로 꼬인 합성 유기 섬유 또는 천연 유기 섬유를 포함하거나 또는 이로 구성된다. 또한, 상기 얀은 코어 로프로 꼬일 수 있다. 유기 섬유는 순수한 탄소를 포함하여 탄소 화학 기반의 폴리머로 제조된 섬유를 의미한다. 이들은 목화, 아마(flax), 대마, 울(wool), 사이잘(sisal) 또는 이와 유사한 물질과 같은 천연 유래물로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 얀은 탄소 섬유, 폴리프로필렌, 나일론, 또는 폴리에스테르로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 얀은 액정 폴리머(LCP), 아라미드(aramid), 고분자량 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 및 이들의 혼합물 섬유로 제조된다.

더 바람직하게 코어는 코어 스트랜드로 함께 꼬인, 스틸 필라멘트를 포함하거나 이로 이루어진다. 가능한 코어 스트랜드는 다음과 같다:

단일 스틸 필라멘트;

가장 바람직하게는, 코어 스트랜드로 함께 꼬인 2,3,4 또는 5 개의 스틸 필라멘트;

주위로 각각 3, 4, 5, 6, 7 또는 'n'개의 필라멘트가 꼬인 단일 스틸 필라멘트를 나타내는, 1+3, 1+4, 1+5, 1+6, 1+7 또는 1+n과 같은 단일 층 스트랜드. 필라멘트의 직경은 충분한 금속 충전을 갖도록 선택된다.

3+6, 3+9, 1+6+12, 3+9+15, 4+10+16와 같은 층상형 코드로서, 각각의 연속적인 층은 더 많은 필라멘트를 포함하는 층상형 코드. 상기 층들은 다른 층 위에서 꼬이고, 각각의 층은 적어도 꼬임 길이 및/또는 꼬임 방향 중 어느 하나가 상이하다;

모든 필라멘트가 동일한 꼬임 방향 및 꼬임 길이로 꼬인 단일 꼬임 코드, 예컨대, 컴팩트 코드, 워링튼 스트랜드(Warrington strands), 3|9, 3|3|6, 1|5|5|5, 1|6|6|6과 같은 시일 스트랜드(Seale strands) 등.

코어 직경은 평행한 앤빌을 갖는 캘리퍼(calliper)에 의해 측정될 수 있다. 본 출원의 목적을 위해서, 원형 플래튼 앤빌(circular platten anvils)을 갖는 마이크로미터에 의해 스트랜드에 대하여 수직한 평면을 가로질러 상이한 각도들에 대하여 결정되는 최대 직경이 코어 직경으로서 결정된다. 동일한 방식으로 스트랜드 직경이 결정될 수 있다. 코어 직경이 스트랜드 직경보다 작은 것이 바람직한 실시예이다.

외측 스트랜드의 수를 3 개, 4 개 또는 5 개로 제한할 때, 사용 중에 안정적인 스틸 코드를 얻기를 원하는 경우, 코어 직경은 외측 스트랜드 직경보다 반드시 작을 것이다. '사용 중에 안정적인'이란, 필라멘트 및 스트랜드가 사용 중에 서로에 대하여 과도하게 이동하지 않는다는 것을 의미한다. 또한 스트랜드의 개수가 3 개, 4 개 또는 5 개 일때, 스트랜드들 사이에 형성된 골부가 더 크기 때문에, 모노필라멘트의 직경은 가장 크다. 예를 들어, 6개의 스트랜드가 사용되고, 각각의 스트랜드는 하나의 스틸 필라멘트를 포함하고, 이 스틸 필라멘트를 주위로 6 개의 외측 스틸 필라멘트가 꼬인 경우에, 모노필라멘트의 직경이 외측 스틸 필라멘트의 직경과 거의 동일하여, 덜 바람직한 상황이 된다.

스틸 코드의 바람직한 다른 실시예에서, 모노필라멘트는 적어도 0.25 mm의 직경을 갖는다. 이 때, 아마도 다른 모든 필라멘트들은 0.25㎜ 보다 작아서 모노필라멘트가 스틸 코드 내에서 가장 클 수 있다. 스틸 코드의 전체 직경은 바람직하게는 3 mm 미만, 또는 2 mm 미만, 또는, 예를 들면 약 1.5 mm으로서, 심지어 1.8 mm 미만이다. 외측 스트랜드들 사이 골부의 깊이가 스틸 코드의 직경에 비례하므로, 너무 큰 직경은 지나치게 큰 충전재 직경을 야기하여 조기 파손 및 극도의 굽힘 강성을 초래할 것이다. 따라서 스틸 코드는 다른 특성을 포기하지 않으면서, 단순하게 더 큰 직경으로 조정될 수 없다. 그러므로, 발명자들은 최대 0.50 mm 또는 심지어 0.40㎜ 미만의, 예를 들어 0.35㎜ 이하의 직경을 갖는 모노필라멘트로 본 발명의 실질적인 사용을 제한한다. 이 때, 다른 모든 필라멘트들은 그 직경 미만인 것이 바람직하다.

본 발명의 코드는 코드의 종래 기술에 비하여 몇가지 유리한 특징을 나타낸다.

모노필라멘트의 파단 하중이 전체 파단 하중에 항상 추가되므로, 모노필라멘트가 없는 동일한 코드에 비해서 더 높은 파단 하중이 달성될 수 있다.

충전재 와이어는 수명 표시기로서 추가되고, 가장 먼저 파단될 것이다. 이러한 파단은 시각적, 전기적 또는 자기적 검출에 의해 검출될 수 있다.

심지어 모든 모노필라멘트가 파단될 때에도, 스틸 코드의 파단 하중이 여전히 원래의 파단 하중의 80% 를 초과하도록 보장된다;

코어 스트랜드는 외측 스트랜드보다 작다. 결과적으로, 코어 스트랜드가 큰 경우에 그러한 것처럼 코어 스트랜드가 쉽게 삐져나오지는(wick out) 않을 것이다.

또한, 모노필라멘트는 코드를 안정화 시킨다. 이것은 모노필라멘트가 외측 스트랜드를 제자리에 유지시키는 것을 돕는다는 것을 의미한다.

매우 놀랍게도, 스틸 코드의 외측 표면은 주변 폴리머에 대한 스틸 코드의 고정 능력을 유지시킨다. 본 설명으로 한정되는 것은 아니나, 발명자들은 이를 스트랜드 꼬임 방향이 코어 꼬임 방향과 반대일 때, 외측 스트랜드와 모노필라멘트 사이의 간격이 존재하기 때문인 것으로 여기고 있다.

제2 양태에 따르면, 엘라스토머 제품이 청구된다. 엘라스토머 제품은 전술한 바와 같은 스틸 코드를 포함한다. 엘라스토머 제품은 바람직하게는 엘리베이터 벨트, 플랫 벨트, 동기 벨트 또는 파워 벨트와 같은 벨트이다. 더 바람직한 용도는 호스에 있다. 모노필라멘트의 파단에 대한 능력(ability to fracture)을 고려할 때, 타이어에서의 사용은 덜 바람직할 수 있지만, 이로 인해 특수한 용도에서 배제되는 것은 아니다.

본 출원의 맥락 안에서 '엘라스토머'는 열경화성(가황 또는 열처리를 필요로 함) 또는 열가소성일 수 있는, 탄성 폴리머 물질이다.

열경화성 엘라스토머는 전형적으로, 예를 들어 천연 또는 합성 고무와 같은, 고무 물질이다. NBR(아크릴로니트릴 부타디엔), SBR(스티렌 부타디엔), EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 모노머) 또는 CR(폴리클로로프렌) 또는 실리콘 고무와 같은 합성 고무가 바람직하다. 물론, 폴리머의 성질을 조정하기 위해 다른 첨가제가 폴리머에 첨가될 수 있다.

열가소성 엘라스토머 물질은, 예를 들어 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리아미드, 폴리올레핀 혼합물, 열가소성 코-폴리에스테르, 폴리비닐리덴 디플루오라이드와 같은 열가소성 플루오로폴리머, 또는 심지어 폴리옥시메틸렌(POM)일 수 있다. 이들 중에서, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리카보네이트로부터 유도된 열가소성 폴리우레탄이 가장 바람직하다. 또한, 이러한 열가소성 물질은 발화 지연제(fire retardants), 마모 향상 충전재(wear improvement fillers), 유기 또는 무기 성질의 마찰 조절 충전재로 완성될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 스틸 코드의 바람직한 제1 실시예의 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 스틸 코드의 바람직한 제2 실시예의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 스틸 코드의 가능한 제조 방법을 설명한다.
도 4 는 상부(도 4a) 및 측면(도 4b)에서 본, 필라멘트의 국소적 약화부로서의 역할을 하는 규칙적인 핀치를 갖는, 모노필라멘트를 도시한다.
도면에서, 동일한 1자리 및 10자리 숫자를 갖는 참조번호는 도면에 걸쳐 대응하는 아이템을 나타내고, 100자리 숫자는 도면의 번호를 나타낸다.

제1 바람직한 실시예에 따르면, 다음 구조의 코드가 제공된다.

스틸 코드의 거울상에 대해서는 모든 'z'가 's'로 대체되고, 반대로 's'는 'z'로 대체된다.

식은 다음과 같이 읽혀져야 한다:

소수는 필라멘트의 직경을 나타내고, 정수는 필라멘트의 개수 또는 스트랜드의 개수를 나타낸다.

괄호 안에는 하나의 단에 함께 놓여지는 필라멘트 및/또는 스트랜드가 포함된다.

부지수는 mm 단위의 꼬임 길이와 방향을 나타낸다.

플러스 기호는 '+'의 양 쪽의 항목들이 함께 놓이고, 상이한 꼬임-길이 및/또는 방향을 갖는다는 것을 나타낸다.

짧은 선은 '|'의 양 쪽의 항목들이 동일한 꼬임-길이 및/또는 방향으로 함께 놓여지는 것을 나타낸다.

이러한 코드(100)의 단면이 도 1 에 도시되어 있다. 외측 스트랜드(102)는, 주위에 0.23 mm 크기의 5 개의 스틸 필라멘트(106)가 'z' 방향으로 12 mm의 꼬임 길이로 꼬인 0.17 mm 크기의 중심 스틸 필라멘트(110)로 제조된다. 이러한 경우 코어(108)는 스틸 필라멘트 코어로서, 0.22 mm 크기의 3 개의 필라멘트가 'z' 방향으로 꼬임 길이 10 mm로 서로의 주위로 꼬인다. 코어(108) 주위로, 5 개의 외측 스트랜드(102)가 'S' 방향으로 꼬임 길이 16.3mm 로 5 개의 모노필라멘트(104, 104', 104'', 104''', 104'''')와 함께 꼬이고, 여기서 스트랜드는 모노필라멘트와 번갈아가며 나타난다. 스트랜드(102)는 스틸 코드(100)의 외층을 형성한다. 모노필라멘트(104 내지 104'''')는 외층의 반경방향 외측에서 스트랜드들 사이의 골부 내에 위치한다.

스트랜드 꼬임 방향 'z'은 코드 꼬임 방향 'S'와 반대이다. 모노필라멘트(104 내지 104'''')는 모두, 스트랜드들(102)에 접하는 외접원(112)내에 유지된다. 모노필라멘트(104)는 스트랜드(106)의 외측 필라멘트에 가장 근접하다. 모노필라멘트(104)의 직경은 0.25 mm이고, 이는 모노필라멘트(104)에 가장 가까운 스트랜드 필라멘트(106)의 직경인 0.23 mm보다 크다. 실제로 모노필라멘트의 직경은 가장 가까운 외측 필라멘트의 직경보다 8.7% 더 크다. 게다가: 모노필라멘트는 스틸 코드 내에서 가장 큰 필라멘트이다.

아래 비교 표 1 은 모노필라멘트가 없는 0.725 중량% 탄소의 종래 코드 ('종래 기술')와 대비한, 0.725 % 탄소강 및 0.825% 탄소강을 사용할 때의 코드의 특징을 나타낸다.

0.25 mm 모노필라멘트(*)는 0.725 중량% 탄소와 0.825 중량% 탄소의 두 경우 모두에 대해서, 0.23 mm의 가장 가까운 스트랜드 필라멘트보다 더 낮은 인장 강도를 나타낸다. 그러나, 인장 강도의 차이는 200 MPa 미만(각각 130 MPa 및 160 MPa)이며, 따라서 이들은 서로 여전히 매우 비슷하다. 모노필라멘트 각각은 코드의 총 단면적의 3.25% 를 차지한다.

파단 하중에 대한 모노필라멘트의 기여도는 다음의 절차에 의해 쉽게 평가될 수 있다.

처음에, 본 발명 코드의 파단 하중이 결정된다: 그 결과는 'A' 뉴턴이다.

본 발명의 코드로부터, 모노필라멘트가 제거된다. 모노필라멘트가 스틸 코드의 외측에 있기 때문에, 이는 용이하게 이루어질 수 있다.

남은 코드의 파단 하중이 측정된다. 그 결과는 'B' 뉴턴이다.

전체 파단 하중에 대한 모노필라멘트의 기여도는

퍼센트이다. 상기 0.725 중량%의 경우에, 파단 하중에 대한 모노필라멘트의 기여도는 16% 이다. 그러므로, 사용 중에 모든 모노필라멘트가 동일한 지점에서 파단되면, 여전히 원래 파단 하중의 84%가 유지될 것이다. 모노필라멘트의 파단 하중이 얼마이든지, 그것은 항상 스틸 코드의 파단 하중에 기여할 것이라는 것을 유념하여야 한다.

제2 실시예에 따르면, 도 2에 단면이 도시되어 있는 다음의 코드 제조가 제안된다:

거울상은 모두 반대의 꼬임 방향을 가진다.

이러한 경우에, 직경 0.28 mm의 모노필라멘트는 제어된 파단 지점(fraction spot)을 얻기 위해서, 인장 강도를 국소적으로 감소시키도록 옴폭 패인다. 이를 위해 모노필라멘트는 서로 동기화되어 작동하는 2 개의 기어 사이에 인입된다. 기어들 사이의 위상은 톱니가 서로 대면하도록 조정된다(기어 맞물림이 없다). 기어 톱니바퀴들 사이의 간격은 모노필라멘트 직경의 0.70 내지 0.95 사이에서 조정된다. 이제 와이어가 2 개의 기어 사이에 인입되면, 2 개의 편평부가 서로 정반대로 형성된다. 이는 도 4에 도시되어 있고, 여기서 와이어(204)는 편평부(220)들 사이에서 원형인 단면(224)을 보인다. 편평부 - 와이어 직경의 2 배 미만인 길이 - 에서 단면(226)은 편평해진다. 와이어 상에 이러한 편평부를 만들기 위한 장치가 WO 2015/054820 에 예시되어 있고, 여기서 편평부를 만드는 절차는 [33], [46] 및 도 5a 및 도 5b에 설명되어 있다. 이러한 개시내용은 여기 본 출원에 구체적으로 그리고/또는 전체적으로 포함된다.

편평부(220)는 모노필라멘트의 파단 하중을 10% 감소시키며, 이는 전체적인 스틸 코드의 파단 하중을 작은 수치인 2% 감소시킨다. 편평부는 제어된 파단 위치를 생성한다. 만약 모든 모노필라멘트가 동일한 지점에서 파단된다면, 이는 단지 파단 하중에 14.3% 감소를 초래할 것이고 즉, 여전히 원래 파단 하중의 85.7% 가 유지된다.

모노필라멘트가 국소적으로 편평해지기 때문에, 편평부는 모노필라멘트와 외측 스트랜드 사이의 간격을 유지시킬 것이다. 이러한 간격은 스틸 코드의 코어로의 엘라스토머 침투를 향상시킬 것으로 예상된다.

이러한 제2 실시예에서, 열가소성 폴리우레탄과의 접착 시험이 접착제와 함께 뿐만 아니라 접착제 없이도 수행되었다. 접착제로서, WO 2004/076327로부터 공지된 바와 같이 유기 기능성 시레인(organo functional silane)이 사용되었다. 이를 위해, 스틸 코드가 25 mm의 길이 및 직경 12.5 mm의 소형 사출 성형 실린더에 내장되고, 24 시간 동안의 냉각 후에 축을 따라서 인출되었다.

종래 기술의 코드는 모노필라멘트가 없는 제2 실시예의 코드이다.

놀랍게도 본 발명자들은 접착제를 사용하지 않을 때, 본 발명의 코드와 종래 기술의 코드 사이에 상당한 차이를 발견하지 못했다. 이 경우에 대부분의 접착은 기계적 고정에 기인하기 때문에, 기계적 고정이 상대적으로 더 매끄러운 외측 표면에 의해서 영향을 받지 않는 것으로 보인다. 추가적인 장점은, 본 발명 코드의 외측 금속 표면이 모노필라멘트의 도입으로 증가함에 따라, 접착제 적용 후의 접착이 또한 크게 향상한다는 것이다.

도시되지 않은 제3 실시예는 다음의 식을 갖는다:

도시되지 않은 제4 실시예가 다음과 같이 만들어질 수 있다.

후자의 예시는 모노필라멘트의 직경이 다른 직경들과 크게 다르지 않기 때문에 다소 덜 바람직하다.

도 3 은 코드가 어떻게 제조될 수 있는지를 보여준다. 공지된 번칭 공정(bunching process)에서, 코어(308), 스트랜드(302) 및 모노필라멘트(304)는 케이블 다이(318)에서 조립된다. 스트랜드는 회전하는 페이오프 스탠드[payoff stand(320)]로부터 인출되고, 이에 의해 이들의 꼬임 길이는 페이오프(pay off) 중에 단축된다.

코드 꼬임 방향은 스트랜드 꼬임 방향과 반대이기 때문에, 스트랜드 꼬임 길이는 보우[bow(310)]에서의 이동 중에 증가할 것이다. 회전하는 페이오프 스탠드가 이를 정확하게 보상한다. 모노필라멘트(304)는 꼬임 길이를 갖지 않기 때문에, 정적으로 페이오프될 수 있다. WO 2015/05482 에 설명된 장치(322)는 와이어에 편평부를 유도한다. 이 경우에 단지 하나의 모노필라멘트가 변형되지만, 다른 모노필라멘트들을 변형시키는 것도 마찬가지로 충분히 가능하다. 편평부는 모노필라멘트가 파단되기 쉬운 국소적인, 우선 파단 지점을 도입한다. 보우(310)의 양 단부에 위치하는 2 개의 안내 풀리[guiding pulley(316,316')]가 스틸 코드(301)를 스풀(314)로 안내한다. 스틸 코드(301)의 경로 상에, 비틀림 제거 장치(312)가 도입된다.

Claims

스트랜드 및 스틸로 제조된 모노필라멘트를 포함하는 스틸 코드로서, 상기 스트랜드는 스트랜드 꼬임 길이 및 방향으로 함께 꼬이고 스틸로 제조된 스트랜드 필라멘트를 포함하고, 상기 스트랜드는 코드 꼬임 및 방향으로 함께 꼬이고, 상기 스트랜드는 상기 스틸 코드의 외층을 형성하는, 스틸 코드에 있어서,
상기 모노필라멘트는 상기 코드 길이 및 방향으로 꼬이고, 상기 스틸 코드의 상기 외층의 반경방향 외측 상의 인접한 스트랜드들 사이의 골부를 채우는 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 모노필라멘트는 직경을 가지고, 상기 모노필라멘트의 상기 직경은 상기 인접한 스트랜드들 사이의 간격보다 큰 스틸 코드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모노필라멘트는 상기 스틸 코드의 상기 스트랜드에 대한 외접원 안에 유지되는 스틸 코드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노필라멘트는 직경을 갖고, 상기 모노필라멘트 직경은 상기 스틸 모노필라멘트에 가장 가까운 상기 스트랜드의 직경보다 작은 스틸 코드.
제4항에 있어서, 상기 모노필라멘트는 직경을 갖고, 상기 모노필라멘트 직경은 스트랜드 필라멘트의 직경들 중 임의의 것보다 큰 스틸 코드.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노필라멘트는 모노필라멘트 인장 강도를 갖고, 상기 모노필라멘트 강도는 상기 모노필라멘트에 가장 가까운 스트랜드 필라멘트의 인장 강도보다 낮은 스틸 코드.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노필라멘트는 총 모노필라멘트 파단 하중을 갖고, 상기 총 모노필라멘트 파단 하중은 상기 스틸 코드의 파단 하중의 20%보다 낮은 스틸 코드.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노필라멘트 중 하나의 단면적이 상기 스틸 코드의 총 금속 단면적의 2% 내지 5% 사이인 스틸 코드.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모노필라멘트 중 적어도 하나는 전기 절연 층으로 코팅되는 스틸 코드.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 모노필라멘트 중 적어도 하나는 간격을 두고 국소적으로 약화되는 스틸 코드.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스틸 코드는 코어를 더 포함하며, 상기 스트랜드는 상기 코어 주위로 꼬인 스틸 코드.
제11항에 있어서, 상기 코어는 인공 유기 섬유 또는 천연 유기 섬유를 포함하는 스틸 코드.
제11항에 있어서, 상기 코어는 스틸 필라멘트를 포함하고, 스틸 필라멘트는 코어 스트랜드를 형성하는 스틸 코드.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어는 코어 직경을 갖고, 상기 스트랜드는 스트랜드 직경을 갖고, 상기 코어 직경이 상기 스트랜드 직경보다 작은 스틸 코드.
제14항에 있어서, 외측 스트랜드의 개수는 3 개, 4 개, 또는 5 개인 스틸 코드.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 모노필라멘트는 0.25mm보다 큰 스틸 코드.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 스틸 코드를 포함하는 엘라스토머 제품.