KR20200089435A - 고무 보강재용 스틸코드 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 시효접착력 및 내구성을 향상시킨 고무 보강재용 스틸코드가 제공된다. 본 발명에 따른 스틸코드는 심선에 아연도금된 필라멘트를 배치하고 측선에 황동도금된 필라멘트를 배치함으로써, 전기방식법을 이용하여 스틸코드의 산화를 방지하여 시효접착력 및 내구성을 향상시킨 것이다.

Description

고무 보강재용 스틸코드{Steel cord for reinforcing rubber product}

본 발명은 고무 보강재용 스틸코드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접착성 및 내구성을 증진시킬 수 있는 구조를 갖도록 심선에는 아연도금 필라멘트, 측선에는 황동도금 필라멘트를 배치함으로써 시효접착력, 시효내구성이 향상된 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 우수하여 특히 타이어 보강재로 널리 사용되고 있으며 그 사용량도 날로 증가하는 추세에 있다.

이러한 스틸코드는 일반적으로 탄소 함량이 0.6 내지 1.05wt%인 탄소강을 재질로 하는 선경 0.9~2.0mm인 선재에 50~1000㎚ 두께의 황동, 구리, 아연 등의 도금층을 형성시킨 후, 이를 다시 냉간 인발 가공하여 다양한 구조로 꼬아 만든 것이다.

상기 스틸 코드는 고탄소 강선의 표면에 통상적으로 60~70wt% Cu와 30~40wt% Zn인 황동 도금층을 피복한 후, 필요한 선경으로 신선하여 황동도금 필라멘트로 만들고, 여러 가닥의 황동도금 필라멘트를 연선함으로써 제조된다.

상기 스틸 타이어 코드에 피복된 황동 도금층은 고무와의 접착력을 높여주기위한 것으로, 황동 도금층의 구리는 타이어고무 속에 존재하는 황과 결합하여 구리-황화합물을 형성하므로써 스틸 코드와 고무와의 접착력을 높여주는 역할을 하는 것이다.

그러나, 황동 도금선의 신선 후 타이어로의 성형 전까지 발생하는 공기중 노출에 의한 스틸 코드의 산화와 타이어 성형 후 타이어 사용 시간이 증가함에 따라 수분, 열, 산소 등의 영향에 의한 구리-황화합물층의 성장과 열화로 인하여 스틸코드와 고무와의 접착력은 떨어지고, 결국 타이어의 손상을 초래하게 된다.

따라서, 상기 대기에 의한 초기 산화와 시간 경과에 따른 접착력, 즉 시효 접착력을 향상시키는 문제에 대한 연구가 다수 진행되어 왔다.

황동도금 스틸코드의 시효 접착력을 향상시키기 위하여 구리와 아연의 2원 합금 도금층을, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 크롬 등의 제 3원소 하나를 더 첨가하여 3원 합금층으로 변화시키는 방법이 미국특허 4,226,918호와 동 4,255,496호에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 방법은 부식에 대하여 안정한 합금층을 형성시키므로써 부식을 억제하는 장점이 있는 반면에 인발 가공시의 신선성이 떨어지고 타이어 고무와의 접착력이 낮아지는 문제가 있다.

다른 시효 접착력 향상을 위한 방법으로 고분자 피막층 형성 (10-0317346) 하거나, 접착증진제 도포 (10-0987148) 하는 방법이 제안되기도 하였다.

그리고, 상기의 방법들과는 다른 새로운 방법들이 있는 바, 미국특허 3,926,703호에는 할로겐화 슬폰아미드 피막층을 형성시키는 방법이 개시되어 있고, 동 4,182,639호에는 인산염계 부식 방지제를 도포하는 방법이 알려지고 있다.

한편, 스틸의 부식을 방지하기 위하여 산업적으로는 희생양극을 이용한 전기방식법을 널리 사용중이다. 전기방식법은 별도로 설치된 양극 금속과 모재를 전선으로 연결하여 모재의 산화 면역 전위를 양극 금속으로부터 받아 부식을 방지하는 방법으로서, 가장 간단하면서 효율적인 산화 방지 수단을 제공한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 심선에 아연도금된 필라멘트를 배치하고 측선에 황동도금된 필라멘트를 배치함으로써, 전기방식법을 이용하여 스틸코드의 산화를 방지하여 시효접착력 및 내구성을 향상시킨 고무 보강재용 스틸코드를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 심선의 주위를 측선이 감싸는 1+N 또는 3+N구조로 형성되고, 상기 N은 3 내지 18의 정수이며, 상기 심선은 아연도금된 필라멘트, 상기 측선은 황동도금된 필라멘트인 것을 특징으로 하는 스틸코드가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 심선 또는 측선의 선경은 0.2 내지 0.5mm인 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 스틸코드의 접착력 유지율은 60 내지 90% 인 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 상기 스틸코드의 내피로 유지율은 50 내지 75% 인 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 강철 선재를 신선하고 열처리하는 단계; 상기 열처리된 선재를 구리 도금, 아연 도금, 확산을 실시한 후 0.2 내지 0.5mm로 신선하여 황동도금 필라멘트를 제조하는 단계; 상기 열처리된 선재를 아연 도금한 후 0.2 내지 0.5mm로 신선하여 아연도금 필라멘트를 제조하는 단계; 및 상기 아연도금 필라멘트를 심선에 1 또는 3선, 측선에 상기 황동도금 필라멘트를 3 내지 18선 위치하게 하여 연선설비로 꼬아서 코드를 제조하는 단계;를 포함하는 스틸코드의 제조방법이 제공된다.

본 발명은 심선에 아연도금된 필라멘트를 배치하고, 측선에 황동도금된 필라멘트를 배치하여 전기방식법을 통해 스틸코드의 산화를 방지함으로써 초기 접착력의 저하가 없으면서도 시효 접착력, 내구성이 향상된 고무 보강재용 스틸코드를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 1+6 구조의 스틸코드 단면의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 1+5, 1+6, 3+8, 3+9 구조의 스틸코드 단면의 모식도이다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

본 발명은 심선에 아연도금 필라멘트, 측선에 황동도금 필라멘트를 배치함으로써 전기방식법을 통하여 스틸코드의 산화를 방지하여 시효접착력과 내구성이 우수한 스틸코드를 제공한다.

아연도금 필라멘트는 열처리된 선재에 아연을 전기도금하여 필요한 선경으로 신선하여 제조되고, 황동도금 필라멘트는 열처리된 선재에 구리를 도금하고, 아연을 도금하며, 확산, 신선 단계를 거져 제조된다. 이 때 심선 또는 측선의 선경은 0.2 내지 0.5mm인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm인 것이 좋다. 상기 선경이 0.2mm 미만인 경우 고무 보강재로서 강성이 저하되는 문제가 있고, 0.5mm 초과인 경우 가공이 어려워지는 문제가 있어 바람직하지 않다.

아연도금 필라멘트는 황동도금 필라멘트에 비하여 초기접착력이 떨어진다. 황동도금 필라멘트는 황동도금층의 구리가 고무 속에 존재하는 황과 결합하여 구리-황화합물을 형성하므로 고무와의 초기접착력이 높다. 따라서 본 발명에서는 아연도금 필라멘트를 심선에 배치하고 측선에 황동도금 필라멘트를 둘러싸게 배치함으로써 고무와 아연도금 필라멘트의 접촉면을 최소화하여 스틸코드의 고무와의 초기접착력이 크게 감소하지 않도록 하였다.

스틸코드의 접착력 저하는 고온다습한 환경에서 황동도금 표면에서 구리-황화합물이 과성장하거나, 접착계면층 중 ZnO층이 탈아연화되어 Zn(OH)₂ 화합물을 형성하여 접착력이 저하된다. 종래 기술은 황동도금된 필라멘트를 심선 및 측선에 모두 사용하여 상기와 같은 원인으로 초기접착력에 이하여 고온다습한 환경에서의 시효접착력이 감소하는 문제가 있었다.

전기방식법은 모재에 연결된 양극 금속이 전자를 제공함으로써 모재를 대신하여 산화되고 모재는 전자를 제공받아 산화가 방지되는 원리인데, 본 발명에서는 이를 이용하여 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하였다. 본 발명에서는 심선에 아연도금된 필라멘트를 배치함으로써 이온화 경향이 큰 아연이 측선에 배치된 황동도금 필라멘트의 산화를 방지하게 하여 스틸코드의 시효접착력이 감소하지 않게 하였다.

결과적으로 본 발명은 종래 기술에 비하여 초기접착력은 크게 감소하지 않으면서도 전기방식법에 의하여 황동도금 필라멘트의 산화를 방지하여 시효접착력의 감소를 막아 종래 기술보다 시효접착력이 향상되는 효과가 있다. 이는 (시효접착력/초기접착력)×100으로 나타낸 접착력 유지율(%)을 보면 더욱 두드러지게 나타난다.

본 발명에 따른 스틸코드의 접착력 유지율은 60 내지 90%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 70 내지 90%, 가장 바람직하게는 85 내지 90%인 것이 좋다. 60%미만이면 접착 내구성이 낮아 고무 보강재로서 적합하지 않고, 90%를 초과하는 물성은 초기접착력이 지나치게 낮거나 스틸코드와 고무의 접착반응성이 낮은 것으로 고무 보강재로서 적합하지 않다.

또한 본 발명에 따른 스틸코드는 내구성이 우수한 효과가 있다. 이는 아연도금 필라멘트에 의한 산화 방지에 따라 필라멘트 내부의 스틸층이 덜 산화되기 때문이다. 본 발명에 따른 스틸코드의 내피로 유지율은 50 내지 75%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 60 내지 75%, 가장 바람직하게는 65 내지 75%인 것이 좋다. 50%미만이면 고무 보강재로서 적합하지 않고, 75%를 초과하는 물성은 초기 내피로가 낮은 경우로 고무 보강재로서 적합하지 않다.

본 발명에 따른 스틸코드는 강철 선재를 신선하고 열처리하는 단계; 상기 열처리된 선재를 구리 도금, 아연 도금, 확산을 실시한 후 0.2 내지 0.5mm로 신선하여 황동도금 필라멘트를 제조하는 단계; 상기 열처리된 선재를 아연 도금한 후 0.2 내지 0.5mm로 신선하여 아연도금 필라멘트를 제조하는 단계; 및 상기 아연도금 필라멘트를 심선에 1 또는 3선, 측선에 상기 황동도금 필라멘트를 3 내지 18선 위치하게 하여 연선설비로 꼬아서 코드를 제조하는 단계;를 거쳐 제조된다.

심선에 1 또는 3선을 배치하는 것은 구조적 안정성 때문이다. 2선을 심선에 배치하게 되면 심선끼리 형태를 잡아주는 구조가 형성되기 어려워 가공성이 떨어진다. 심선이 1선인 경우 측선은 3 내지 6선이 가능하고, 심선이 3선인 경우 측선은 8 내지 18선이 가능하다.

본 발명에 따른 스틸코드는 특별히 제한되지 않는 한 공지의 방법에 따라 제조된다. 먼저 직경이 5.5mm(와이어로드의 공통규격)이고 카본 함량이 0.60~1.05%(탄소강)인 와이어 로드를 1차 신선가공 처리한 후에, 그 1차 신선가공 중에 가공변형된 금속내부의 조직을 회복시키기 위해 900 내지 1100℃의 온도에서 가열하여 오스테나이트화한 다음에, 급냉하여 대략 500 내지 650℃의 온도범위에서 미세한 펄라이트로 항온변태시키는 기존의 방식대로 페이턴팅(patenting) 열처리함과 아울러 그 열처리된 외주면을 황동 또는 아연으로 코팅되도록 도금하고, 그 도금된 와이어 로드를 인장 강도 270~400kg/㎟를 갖도록 적어도 1회 이상 신선 가공함으로써 필라멘트(F)로 직경을 축소한다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

탄소함량이 0.90wt%이고, 직경이 5.5mm인 선재를 신선, 열처리하였다.

상기 열처리된 선재를 구리 도금, 아연 도금, 확산을 실시한 후 직경 0.30mm로 신선하여 황동도금 필라멘트를 제조하였다.

상기 열처리된 선재를 아연 도금한 후, 직경 0.30mm로 신선하여 아연도금 필라멘트를 제조하였다.

상기 아연도금 필라멘트를 심선에 1선, 측선에 상기 황동도금 필라멘트를 6선에 위치하게 하여 연선설비로 꼬아서 1+6 ×0.30 코드를 제조하였다.

<실시예 2>

탄소함량이 0.90wt%이고, 직경이 5.5mm인 선재를 신선, 열처리하였다.

상기 열처리된 선재를 구리 도금, 아연 도금, 확산을 실시한 후 직경 0.20mm로 신선하여 황동도금 필라멘트를 제조하였다.

상기 열처리된 선재를 아연 도금한 후, 직경 0.20mm로 신선하여 아연도금 필라멘트를 제조하였다.

상기 아연도금 필라멘트를 심선에 3선, 측선에 상기 황동도금 필라멘트를 9선에 위치하게 하여 연선설비로 꼬아서 3+9 ×0.20 코드를 제조하였다.

<비교예 1>

황동도금 필라멘트를 심선에 1선, 측선에 6선 위치하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코드를 제조하였다.

<비교예 2>

아연도금 필라멘트를 심선에 1선, 측선에 6선 위치하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 코드를 제조하였다.

<비교예 3>

황동도금 필라멘트를 심선에 3선, 측선에 9선 위치하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 코드를 제조하였다.

<비교예 4>

아연도금 필라멘트를 심선에 3선, 측선에 9선 위치하게 한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 코드를 제조하였다.

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 코드를 ASTM 방법에 의거 시편을 제조하여 초기접착력 및 스팀 에이징 후 시효접착력을 측정하여 하기 표 1에 결과를 나타내었다. 스팀 에이징은 시편을 1.5기압, 105℃수증기에서 24시간 처리한 것이고, 접착력 유지율은 (시효접착력/초기접착력)×100이다.

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
심선 도금종류	아연	아연	황동	아연	황동	아연
측선 도금종류	황동	황동	황동	아연	황동	아연
스틸코드 구조	1+6	3+9	1+6	1+6	3+9	3+9
초기접착력(kg)	150	100	160	80	120	60
시효접착력(kg)	135	85	100	40	75	33
접착력 유지율(%)	90	85	63	50	63	55

고무 안에 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 코드를 20ea/inch 폭으로 균일하게 배치되어 있는 복합물을 제조하여 폭 20mm, 길이 400mm로 시편을 제조하여 3축 내피로시험기로 초기내피로와 스팀 에이징 후 시효내피로를 측정하여 하기 표 2에 결과를 나타내었다. 내피로 유지율은 (시효내피로/초기내피로)×100이다.

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
초기내피로(cycle)	100,000	160,000	100,000	80,000	160,000	120,000
시효내피로(cycle)	65,000	120,000	56,000	30,000	100,000	40,000
내피로 유지율(%)	65	75	56	38	63	33

상기 표 1 및 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 스틸코드(실시예 1 및 2)는 초기접착력과 초기내피로가 종래 기술(비교예 1 내지 4)에 비하여 크게 떨어지지 않으면서도 접착력 유지율과 내피로 유지율이 종래 기술에 비하여 더 우수함을 알 수 있다.

이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예들 및 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (5)

1. 심선의 주위를 측선이 감싸는 1+N 또는 3+N구조로 형성되고,
   상기 N은 3 내지 18의 정수이며,
   상기 심선은 아연도금된 필라멘트, 상기 측선은 황동도금된 필라멘트인 것을 특징으로 하는 스틸코드
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 심선 또는 측선의 선경은 0.2 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는 스틸코드
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 스틸코드의 접착력 유지율은 60 내지 90%인 것을 특징으로 하는 스틸코드
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스틸코드의 내피로 유지율은 50 내지 75%인 것을 특징으로 하는 스틸코드
   
5. 강철 선재를 신선하고 열처리하는 단계;
   상기 열처리된 선재를 구리 도금, 아연 도금, 확산을 실시한 후 0.2 내지 0.5mm로 신선하여 황동도금 필라멘트를 제조하는 단계;
   상기 열처리된 선재를 아연 도금한 후 0.2 내지 0.5mm로 신선하여 아연도금 필라멘트를 제조하는 단계; 및
   상기 아연도금 필라멘트를 심선에 1 또는 3선, 측선에 상기 황동도금 필라멘트를 3 내지 18선 위치하게 하여 연선설비로 꼬아서 코드를 제조하는 단계;
   를 포함하는 스틸코드의 제조방법.
   

Images