KR20210127732A

KR20210127732A - 고무 보강용 스틸 코드

Info

Publication number: KR20210127732A
Application number: KR1020217029351A
Authority: KR
Inventors: 아이준 장; 하이둥 시; 웨이 저우
Original assignee: 엔브이 베카에르트 에스에이
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-10-22
Also published as: JP2022521950A; WO2020173759A1; EA202192354A1; CN211921804U; US20220097454A1; EP3931392A1; CN111607869A; BR112021016266A2; CN111607869B

Abstract

m+n 구조를 갖는 스틸 코드가 제공된다. 스틸 코드는 m개의 코어 필라멘트의 제1 그룹과 n개의 쉬쓰 필라멘트의 제2 그룹을 포함하고, 제2 그룹과 제1 그룹은 동일한 꼬임 피치와 동일한 꼬임 방향을 갖고서 서로의 주위에 꼬이며, 코어 필라멘트는 서로 꼬이지 않고, 코어 필라멘트는 평행하거나 300mm 초과의 꼬임 피치를 가지며, 쉬쓰 필라멘트는 30mm 이하의 꼬임 피치를 갖고, 코어 필라멘트는 상기 스틸 코드로부터 풀릴 때 평균 인장 강도 Tc(MPa)를 가지며, 쉬쓰 필라멘트는 상기 스틸 코드로부터 풀릴 때 평균 인장 강도 Ts(Mpa)를 갖고, Tc와 Ts는 5<(Tc-Ts)<200을 만족한다. 본 발명은 비용 증가 없이 높은 파단 하중 및 높은 생산 효율을 갖는 스틸 코드를 제공한다.

Description

고무 보강용 스틸 코드

본 발명은 고무 보강용 스틸 코드에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 스틸 코드에 의해 보강된 고무 제품에 관한 것이다.

스틸 코드는 고무 제품에 충분한 강도와 유연성을 제공할 수 있기 때문에, 스틸 코드는 타이어, 호스, 컨베이어 벨트 등과 같은 고무 제품을 보강하기 위해 널리 사용된다.

최근에 친환경 타이어는 더 가볍고 더 많은 에너지를 절약할 수 있어서 추세가 되고 있다. 따라서 타이어의 보강재로서, 인장 강도가 높은 스틸 필라멘트로 구성된 스틸 코드가 개발되었는데, 그 이유는 스틸 필라멘트의 높은 인장 강도가 더 얇은 스틸 필라멘트 직경에서 충분한 파단 하중을 가져올 수 있고 그로 인해 스틸 코드의 직경 및 중량이 감소되기 때문이다. 더 얇고 더 가벼운 스틸 코드의 사용은 타이어 또한 더 얇고 더 가볍게 만든다.

그러나 인장 강도가 높은 스틸 필라멘트는 인장 강도가 높을수록 가공 도중의 파단 문제가 더 커지기 때문에 스틸 코드가 되도록 꼬이는(twisted) 것과 같이 가공되기가 어렵다.

US5616197호에는 U+T형 스틸 코드로 보강된 트럭 타이어가 개시되어 있다. 초인장 강도의 스틸 필라멘트와 특수 설계된 벨트 구조는 타이어의 중량을 감소시킨다.

U+T형 스틸 코드에서 U 필라멘트는 꼬이지 않고 평행하며 T 필라멘트는 동일한 배치 길이와 꼬임 방향을 갖는 U 필라멘트와 하나의 그룹으로 꼬인다. 그러나 스틸 코드 생산 시에 이 형태의 스틸 코드는 생산 중에 스틸 필라멘트 파단율이 높고 이것은 낮은 생산 효율로 이어진다.

본 발명의 주 목적은 상기 문제를 해결하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 비용 증가 없이 높은 파단 하중과 높은 생산 효율을 갖는 스틸 코드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 비용 증가 없이 높은 파단 하중과 높은 생산 효율을 갖는 스틸 코드로 보강된 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면 m+n 구조를 갖는 스틸 코드가 제공된다. 스틸 코드는 m개의 코어 필라멘트의 제1 그룹과 n개의 쉬쓰(sheath) 필라멘트의 제2 그룹을 포함하고, 제2 그룹과 제1 그룹은 동일한 꼬임 피치와 동일한 꼬임 방향을 갖고서 서로의 주위에 꼬이며, 코어 필라멘트는 서로 꼬이지 않고, 코어 필라멘트는 평행하거나 300mm 초과의 꼬임 피치를 가지며, 쉬쓰 필라멘트는 30mm 이하의 꼬임 피치를 갖고, 코어 필라멘트는 상기 스틸 코드로부터 풀릴 때 평균 인장 강도 Tc(MPa)를 가지며, 쉬쓰 필라멘트는 상기 스틸 코드로부터 풀릴 때 평균 인장 강도 Ts(Mpa)를 갖고, Tc와 Ts는 5<(Tc-Ts)<200을 만족한다.

본 발명의 스틸 코드는 스틸 코드 생산 도중의 낮은 스틸 필라멘트 파단율과 더불어 높은 생산 효율을 갖는 한편으로 스틸 코드 파단 하중이 유지되고 스틸 코드의 비용이 증가되지 않는다.

코어 필라멘트가 서로 꼬이지 않고 코어 필라멘트가 평행하거나 300mm 초과의 꼬임 피치를 갖는 m+n 스틸 코드를 제조하는 경우에, 코어 필라멘트 상의 꼬임 횟수는 쉬쓰 필라멘트 상의 꼬임 횟수보다 많은데, 그 이유는 코어 필라멘트가 집군(bunching) 기계의 크래들 외부에 배치되고 쉬쓰 필라멘트가 집군 기계의 크래들 내부에 배치되기 때문이다. 따라서 코어 필라멘트는 쉬쓰 필라멘트보다 파괴되기 쉽다. 특히 코어 필라멘트의 인장 강도가 초인장일 때, 즉 4100-2000×DMPa를 초과할 때, 코어 필라멘트는 더 많이 파괴된다. 본 발명은 비용 증가 없이 스틸 코드의 파단 하중이 유지되는 와중에 코어 필라멘트의 인장 강도를 쉬쓰 필라멘트보다 약간 높게 함으로써 스틸 필라멘트 파단 문제를 해결한다. 코어 필라멘트의 인장 강도가 높을수록 여러 번 꼬임으로 인해 발생하는 더 높은 비틀림 전단 응력을 견뎌낼 수 있으며, 이로 인해 스틸 코드 생산 시에 코어 필라멘트의 파괴가 감소된다. 그러나 Tc와 Ts 사이의 차이가 너무 크면, 즉 200MPa보다 크면, 추가 생산 비용이 초래될 것인데, 그 이유는 이러한 더 높은 인장 강도가 주로 스틸 필라멘트의 탄소 함량을 증가시킴으로써 또는 더 높은 비용으로 이어지는 스틸 필라멘트의 조성을 조절함으로써 얻어지기 때문이고, 이는 본 발명자가 기대한 것이 아니다. 한편, 코어 필라멘트와 쉬쓰 필라멘트 사이의 인장 강도 차이가 너무 크면, 즉 200MPa보다 크면, 전술한 바와 같이 코드 가공 중에 더 높은 파괴로 이어질 것이다.

쉬쓰 필라멘트가 절단된 후에 코어 필라멘트를 관찰하면, 두 관찰 중 어느 것이나 코어 필라멘트가 서로 꼬이지 않는다는 것을 반영한다: 1) 두 개의 코어 필라멘트 사이에 중첩이 전혀 없으며, 이 경우 코어 필라멘트는 평행한 것으로 간주된다; 2) 코어 필라멘트의 꼬임 피치는 GBT33159-2016에 따르면 300mm를 초과하는 것으로 측정되었다.

바람직하게, 쉬쓰 필라멘트는 5-30mm 범위의 꼬임 피치를 갖는다.

바람직하게, Tc와 Ts는 10<(Tc-Ts)<100을 만족한다. 보다 바람직하게, 10<(Tc-Ts)<150을 만족한다. 가장 바람직하게, 10<(Tc-Ts)<100 또는 심지어 15<(Tc-Ts)<60을 만족한다.

바람직하게, 코어 필라멘트와 쉬쓰 필라멘트를 구비하는 스틸 필라멘트는 동일한 스틸 조성을 갖는다.

코어 필라멘트 또는 쉬쓰 필라멘트의 인장 강도는 너무 높지 않은 것이 바람직한데, 매우 높은 인장 강도는 더 낮은 연성 및 더 많은 필라멘트 파괴로 이어질 것이기 때문이다. 바람직하게, 3800-2000xDc<Tc<4300-2000xDc이며, Dc는 코어 필라멘트의 평균 직경이다. 바람직하게, 3800-2000xDs<Ts<4300-2000xDs이며, Ds는 쉬쓰 필라멘트의 평균 직경이다.

코어 필라멘트와 쉬쓰 필라멘트를 구비하는 스틸 코드의 모든 필라멘트는 균일한 직경을 갖는다. 생산의 정확성 때문에, 코어 필라멘트나 쉬쓰 필라멘트 각각의 필라멘트의 직경은 다른 필라멘트와 절대적으로 동일할 수 없으며, 따라서 본 발명은 Dc가 Ds와 실질적으로 동일하다고 정의하고, "실질적으로 동일하다"는 것은 Dc와 Ds 사이의 차이가 +/-0.005mm 이내임을 의미하며, 이 경우에 스틸 코드의 모든 필라멘트는 균일한 직경을 갖는 것으로 간주된다. 스틸 코드를 형성하기 위한 꼬임 과정 중에, 스틸 코드는 높은 장력을 받게 되는데, 코어 필라멘트 직경이 쉬쓰 필라멘트 직경보다 크면 장력 분포가 불균일해지고 코어 필라멘트가 더 큰 장력을 받게 되며, 이로 인해 코어 필라멘트는 파괴되기가 매우 쉽게 되고, 이것은 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에서 코어 필라멘트 직경은 쉬쓰 필라멘트 직경과 동일하다.

바람직하게 m은 n보다 크다. 보다 바람직하게 m은 3 또는 4이다. 이 구조는 보다 양호한 고무 침투 성능을 갖는다.

본 발명의 제3 태양에 따르면 타이어가 제공된다. 타이어는 벨트 층, 카카스 층, 트레드 층, 및 한 쌍의 비드 부분을 포함하며, 벨트 층 및/또는 카카스 층에는 적어도 하나의 본 발명의 스틸 코드가 매립된다.

도 1은 m+n 스틸 코드 제조 과정의 도시도이다.
도 2는 4+3 스틸 코드의 제1 실시예를 도시한다.

스틸 코드용 스틸 필라멘트는 선재(wire rod)로 만들어진다.

선재는 표면에 존재하는 산화물을 제거하기 위해 먼저 기계적 디스케일링에 의해 및/또는 H₂SO₄ 또는 HCl 용액 중에서의 화학적 산세척에 의해 세척된다. 이후 선재는 물로 헹궈지고 건조된다. 건조된 선재는 이후 제1 시리즈의 건식 연신(drawing) 작업을 겪으면서 직경이 제1 중간 직경까지 감소된다.

이 제1 중간 직경(D1)에서, 예를 들어 약 3.0-3.5mm에서, 건식 연신된 강선은 패턴팅(patenting)이라고 하는 제1 중간 열처리를 겪는다. 패턴팅은 먼저 약 1000℃의 온도까지 오스테나이트화 처리를 하고 이후 약 600-650℃의 온도에서 오스테나이트에서 펄라이트로 상 변태시키는 것을 의미한다. 강선은 이후 추가 기계적 변형을 위해 준비된다.

이후 강선은 제2 개수의 직경 감소 단계에서 제1 중간 직경(D1)으로부터 제2 중간 직경(D2)까지 추가로 건식 연신된다. 제2 직경(D2)은 통상적으로 1.0mm 내지 2.5mm의 범위이다.

이 제2 중간 직경(D2)에서, 강선은 제2 패턴팅 처리를 겪는 바, 즉 약 1000℃의 온도에서 다시 오스테나이트화 처리되고 이후 600 내지 650℃의 온도에서 ??칭 처리되어 펄라이트로 변태될 수 있다.

제1 및 제2 건식 연신 단계에서의 총 감소가 너무 크지 않으면, 선재로부터 직경 D2까지 직접 연신 작업이 이루어질 수 있다.

이 제2 패턴팅 처리 이후 강선에는 보통 황동 코팅이 제공되는 바: 강선 상에 구리가 도금되고 구리 위에 아연이 도금된다. 황동 코팅을 형성하기 위해 열확산(thermo-diffusion) 처리가 적용된다. 대안적으로, 강선에는 구리, 아연 및 제3 금속(코발트, 티타늄, 니켈, 철 또는 기타 공지된 금속)을 포함하는 3원 합금 코팅이 제공될 수 있다.

황동-코팅된 강선은 이후 습식 연신기에 의해 최종 시리즈의 단면 감소를 겪는다. 최종 제품은 탄소 함량이 0.60 중량% 초과, 예를 들어 0.70 중량% 초과, 또는 0.80 중량% 초과, 또는 심지어 0.90 중량% 초과이고 인장 강도가 통상적으로 2000 MPa 초과, 예를 들어 3800-2000xD (HT) Mpa 초과, 또는 4100-2000xD MPa (ST) 초과 또는 4400-2000xD (UT) MPa 초과(D는 최종 강선의 직경이며, 즉 D는 Dc 또는 Ds)인 강선이며, 엘라스토머 제품의 보강에 적합하다.

타이어의 보강에 적합한 강선은 통상적으로 0.05mm 내지 0.60mm, 예를 들어 0.10mm 내지 0.40mm 범위의 최종 직경을 갖는다. 강선 직경의 예는 0.10mm, 0.12mm, 0.15mm, 0.175mm, 0.18mm, 0.20mm, 0.22mm, 0.245mm, 0.28mm, 0.30mm, 0.32mm, 0.35mm, 0.38mm, 0.40mm이다.

도 1은 m+n 스틸 코드를 제조하는 과정을 보여주고 있다. 스틸 코드는 집군 타입 기계에 의해 제조된다. 두 개의 코어 필라멘트(105)는 집군 기계의 크래들(135) 외부에 배치되고 두 개의 쉬쓰 필라멘트(110)는 집군 기계의 크래들(135) 내부에 배치된다. 먼저 두 개의 코어 필라멘트(105)가 공급되어 풀리(115) 및 풀리(120)를 통과하도록 안내되고, 이후 두 개의 코어 필라멘트가 가닥(strand)을 형성하며; 두 개의 쉬쓰 필라멘트(110)가 공급되고, 이후 하나의 그룹으로서 두 개의 쉬쓰 필라멘트(110)는 풀리(125) 및 풀리(130)에서 두 개의 코어 필라멘트(105)의 가닥과 꼬아져서 코드를 형성하며, 이후 코드는 거짓-트위스터(false-twister)를 겪고난 후 스풀 상에 감긴다. 제2 그룹의 쉬쓰 필라멘트와 제1 그룹의 코어 필라멘트는 동일한 꼬임 피치와 동일한 꼬임 방향을 갖고서 서로의 주위에 꼬이며, 코어 필라멘트는 서로 꼬이지 않고, 코어 필라멘트는 평행하거나 300mm 초과의 꼬임 피치를 가지며, 쉬쓰 필라멘트는 30mm 이하의 꼬임 피치를 갖는다. 집군 공정 중에, 코어 필라멘트는 풀리(115)와 풀리(120)에서의 S방향으로의 2회 꼬임 및 풀리(125)와 풀리(130)에서의 Z 방향으로의 2회 꼬임을 포함하는 4회 꼬임을 겪게 되며; 쉬쓰 필라멘트는 풀리(125)와 풀리(130)에서의 Z 방향으로의 꼬임을 포함하는 2회 꼬임을 겪는다. 코어 필라멘트는 쉬쓰 필라멘트보다 2회 꼬임을 더 겪으며, 또한 코어 필라멘트는 다른 방향으로의 꼬임, 즉 트위스트-인(twist-in)(S 방향) 및 트위스트-아웃(twist-out)(Z 방향)으로의 꼬임을 겪게 되고, 따라서 스틸 코드 생산 시에 코어 필라멘트는 쉬쓰 필라멘트보다 파괴되기 쉽다. 본 발명은 문제를 해결한다. 본 발명은 스틸 코드 비용을 증가시키지 않으면서 스틸 코드 생산 시의 스틸 필라멘트 파단율을 감소시키기 위해 코어 필라멘트가 쉬쓰 필라멘트보다 약간 높은 인장 강도를 갖게 한다. 이것은 전술한 필라멘트 제조 공정의 연신 공정을 조절함으로써, 즉 연신 다이, 즉 습식 와이어 연신의 압축비를 조절함으로써 실현된다.

도 2는 제1 실시예를 나타낸다. 스틸 코드는 네 개의 코어 필라멘트(205)와 세 개의 쉬쓰 필라멘트(210)로 구성된 4+3 구조를 갖는다. 네 개의 코어 필라멘트(205)는 서로 평행하다. 쉬쓰 필라멘트(210)는 18mm의 꼬임 피치를 갖는다.

제1 실시예 및 참고 1-3은 도 1에 도시된 과정과 같은 방법으로 제조되었다. 참고 1은 코어 필라멘트의 인장 강도가 매우 높기 때문에 코어 필라멘트 파단율이 높고 생산 비용이 높다. 참고 2는 코어 필라멘트의 인장 강도를 낮춤으로써 필라멘트 파단율을 감소시키지만, 스틸 코드의 파단 하중도 많이 감소된다. 참고 3은 코어 필라멘트와 쉬쓰 필라멘트 사이에 유사한 인장 강도를 갖지만, 코어 필라멘트 파단율이 높다.

상기 표에 의하면, 본 발명의 코드는 높은 코드 파단 하중을 유지하면서 낮은 코어 필라멘트 파단율을 갖는다. Tc의 작은 증가는 큰 비용 증가 없이 스틸 코드 파단 하중을 유지하면서 스틸 코드 생산 중의 스틸 필라멘트 파단을 감소시키는데 도움이 될 수 있다.

평균 인장 강도(Tc, Ts)를 테스트하고 계산하는 방법은 이하를 포함한다:

- 스틸 코드로부터 코어 필라멘트와 쉬쓰 필라멘트를 풀어내고,

- 필라멘트 파단 하중을 평균 필라멘트 직경으로 나누어 개별 필라멘트의 인장 강도를 계산하며, 필라멘트 파단 하중은 250mm의 클램프 길이, 100mm/min의 테스트 속도, 각각의 필라멘트에 대한 테스트 5회와 같은 특정 세팅을 갖는 표준 ISO6892-1:2009에 기재된 원리에 따라 측정되고,

- 코어 필라멘트의 평균 인장 강도와 쉬쓰 필라멘트의 평균 인장 강도를 계산하여 Tc와 Ts를 구한다.

코어 필라멘트의 평균 직경과 쉬쓰 필라멘트의 평균 직경은 이하의 방식으로 테스트된다:

- 개별 필라멘트의 직경을 마이크로미터로 측정하며, 각각의 필라멘트에 대한 5회 테스트하고,

- 코어 필라멘트의 평균 직경과 쉬쓰 필라멘트의 평균 직경을 계산하여 Dc와 Ds를 구한다.

코어 필라멘트 파단율은 코어 필라멘트의 파단 횟수 대 스틸 코드의 생산 톤의 비율을 계산함으로써 측정된다.

제2 실시예는 4+6x0.32이다. 네 개의 코어 필라멘트는 서로 평행하다. 쉬쓰 필라멘트는 18mm의 꼬임 피치를 갖는다. Tc와 Ts의 차이는 40MPa이다.

Claims

스틸 코드이며,
상기 스틸 코드는 m개의 코어 필라멘트의 제1 그룹과 n개의 쉬쓰 필라멘트의 제2 그룹을 포함하고, 상기 제2 그룹과 상기 제1 그룹은 동일한 꼬임 피치와 동일한 꼬임 방향을 갖고서 서로 꼬이며,
상기 코어 필라멘트는 서로 꼬이지 않고, 코어 필라멘트는 평행하거나 300mm 초과의 꼬임 피치를 가지며, 상기 쉬쓰 필라멘트는 30mm 이하의 꼬임 피치를 갖는, 스틸 코드에 있어서,
상기 코어 필라멘트는 상기 스틸 코드로부터 풀릴 때 평균 인장 강도 Tc(MPa)를 가지며, 상기 쉬쓰 필라멘트는 상기 스틸 코드로부터 풀릴 때 평균 인장 강도 Ts(Mpa)를 갖고, 상기 Tc와 상기 Ts는 5<(Tc-Ts)<200을 만족하는 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항에 있어서, 상기 Tc와 상기 Ts는 10<(Tc-Ts)<150을 만족하는 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제2항에 있어서, 상기 Tc와 상기 Ts는 10<(Tc-Ts)<100을 만족하는 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제2항에 있어서, 상기 Tc와 상기 Ts는 15<(Tc-Ts)<60을 만족하는 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Tc는 3800-2000xDc<Tc<4300-2000xDc를 만족하고, Dc는 코어 필라멘트의 평균 직경인 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Ts는 3800-2000xDs<Ts<4300-2000xDs를 만족하고, Ds는 쉬쓰 필라멘트의 평균 직경인 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 필라멘트와 상기 쉬쓰 필라멘트는 균일한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, m이 n보다 큰 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, m이 3 또는 4인 것을 특징으로 하는 스틸 코드.
벨트 층, 카카스 층, 트레드 층, 및 한 쌍의 비드 부분을 포함하는 타이어에 있어서,
상기 벨트 층 및/또는 상기 카카스 층에는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 스틸 코드가 매립되는 것을 특징으로 하는 타이어.