KR20230121877A - 고무 보강용 스틸 코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 n×1의 구성을 가진 스틸 코드를 제공하고, n은 스틸 코드의 스틸 필라멘트의 수이고, 스틸 코드는 2.5N-50N에서 1.2% 미만의 연신율 및 16 mm보다 더 큰 꼬임 피치를 갖고, 스틸 필라멘트 각각은 상기 스틸 코드로부터 풀리는 경우 mm로 표현되는 파동 길이(L) 및 mm로 표현되는 파동 높이(H)를 가진 나선형 파동의 형태를 갖고, L은 16 mm보다 더 크고, 스틸 필라멘트 각각은 Vs=L×H²×π/4, 및 Vs>20mm³을 만족하는 공간 체적(Vs)을 갖는다. 본 발명의 스틸 코드는 응력 분포에 유리하다.

Description

고무 보강용 스틸 코드

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

스틸 코드는 고무 벨트, 고무 타이어, 호스 등과 같은 고무 제품의 보강재로 폭넓게 사용된다.

고무 제품의 보강재로서, 스틸 코드는 특정 강도, 내식성, 내피로성, 고무 침투 특성, 고무 접착 특성 등이 요구된다. 고무 침투 특성은 고무가 스틸 코드에 어느 정도 침투할 수 있는지를 보여주는 스틸 코드의 특성 중 하나이다. 고무가 스틸 코드에 침투하여 스틸 와이어 사이의 간극을 메워 스틸 코드 내부의 공극을 감소시키고, 그에 따라 스틸 코드 내부로 습기가 침투하는 것이 방지되고, 이는 스틸 코드의 스틸 와이어가 부식되는 것을 방지하며, 이를 통해, 스틸 코드의 긴 수명이 보장된다. 스틸 코드에는 항상 높은 고무 침투 특성이 요구된다.

개방형 스틸 코드는 높은 고무 침투 특성을 위해 개발된 스틸 코드의 일종이다. 개방형 스틸 코드란, 스틸 코드에 고무가 상대적으로 쉽게 침투하게 하는 상당히 많은 간극이 스틸 와이어 사이에 있는 스틸 코드를 의미한다.

US4258543은 개방형 스틸 코드를 개시하는 데, 개방형 스틸 코드는 3개 내지 5개의 스틸 와이어를 가지며, 개방형 스틸 코드는 콤팩트한 기하학적 구성에서 동일한 코드의 직경보다 더 큰 직경을 갖는다.

그러나, 때때로, 타이어의 견부 부분에서, 개방형 스틸 코드가 고무와 분리되는 데, 이를 견부 분리 문제라고 하며, 이 문제는 타이어의 파손으로 이어진다.

본 발명의 주된 목적은 종래 기술의 문제를 해결하는 것이다.

본 발명의 제1 목적은 스틸 코드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 본 발명의 스틸 코드에 의해 보강된 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 스틸 코드가 제공된다. 스틸 코드는 n×1의 구성을 갖고, n은 스틸 코드의 스틸 필라멘트의 수이고, 스틸 코드는 2.5N-50N에서 1.2% 미만의 연신율 및 16 mm보다 더 큰 꼬임 피치를 갖고, 스틸 필라멘트 각각은 스틸 코드로부터 풀리는 경우 mm로 표현되는 파동 길이(L) 및 mm로 표현되는 파동 높이(H)를 가진 나선형 파동의 형태를 갖고, L은 16 mm보다 더 크고, 스틸 필라멘트 각각은 다음:

Vs=L×H²×π/4, 및 Vs>20 mm³

을 만족하는 공간 체적(Vs)을 갖는다.

스틸 필라멘트의 큰 공간 체적은 스틸 코드의 길이를 따르는 스틸 코드 주변의 응력 분포에 유리하다. 특히, 타이어 견부 부분에서, 응력 집중이 상대적으로 더욱 심해 타이어 견부 분리 문제가 발생하기도 한다. 본 발명의 스틸 코드를 사용하면, 응력 분포가 더 좋아지고, 그에 따라 타이어 견부 분리의 위험이 감소된다.

바람직하게는, Vs는 23 mm³보다 더 크다. 더욱 바람직하게는, Vs는 30 mm³보다 더 크다. 가장 바람직하게는, Vs는 35 mm³보다 더 크다. Vs는 200 mm³보다 더 작은 것이 바람직하다.

스틸 코드로부터 스틸 필라멘트가 풀리는 경우, 스틸 필라멘트 각각에서는 나선형 파동 형태, 즉, 3차원 파동이 관찰된다. 스틸 필라멘트를 스크린에 투영할 경우, 그 실루엣은 파동 길이 및 파동 높이를 가진 2차원 파동이고, 실루엣의 2차원 파동의 파동 길이 및 파동 높이는 스틸 필라멘트의 나선형 파동의 파동 길이 및 파동 높이로 간주된다.

바람직하게는, 파동 길이(L)는 20 mm보다 더 크다. 더욱 바람직하게는, 파동 길이(L)는 24 mm보다 더 크고 40 mm보다 더 작다.

바람직하게는, 스틸 코드는 20 mm보다 더 큰 꼬임 피치를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 스틸 코드는 24 mm보다 더 크고 40 mm보다 더 작은 꼬임 피치를 갖는다.

본 발명에 따르면, 스틸 코드는 5.0% 미만의 파단시 연신율을 갖는다.

"2.5N-50N에서의 연신율"은 2.5N과 50N 사이에서 백분율로 표현된 연신율이다.

본 발명에 따르면, n은 2 내지 7의 범위이다.

바람직하게는, 스틸 필라멘트는 스틸 코드로부터 풀리는 경우 4000-2000×D MPa을 초과하는 인장 강도를 갖고, D는 mm로 표현되는 스틸 필라멘트의 직경이다. 더욱 바람직하게는, 스틸 필라멘트는 4200-2000×D MPa을 초과하는 인장 강도를 갖는다. 스틸 필라멘트의 인장 강도가 높을수록 스틸 필라멘트와 스틸 코드의 직경 감소에 유리하고, 그에 따라 타이어의 경량화에 유리하다.

본 발명의 스틸 코드의 한 가지 용도는 고무 보강용이다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 타이어가 제공된다. 타이어는 적어도 하나의 벨트 층, 적어도 하나의 카카스 층, 적어도 하나의 트레드 층 및 한 쌍의 비드 부분을 포함하고, 벨트 층 및/또는 카카스 층은 n×1의 구성을 가진 적어도 하나의 스틸 코드를 포함하고, n은 상기 스틸 코드의 스틸 필라멘트의 수이고, 스틸 코드는 2.5N-50N에서 1.2% 미만의 연신율 및 16 mm보다 더 큰 꼬임 피치를 갖고, 스틸 필라멘트 각각은 스틸 코드로부터 풀리는 경우 mm로 표현되는 파동 길이(L) 및 mm로 표현되는 파동 높이(H)를 가진 나선형 파동의 형태를 갖고, L은 16 mm보다 더 크고, 스틸 필라멘트 각각은 다음:

Vs=L×H²×π/4, 및 Vs>20 mm³

을 만족하는 공간 체적(Vs)을 갖는다.

도 1은 본 발명의 스틸 코드를 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 스틸 코드로부터 풀린 스틸 필라멘트 및 상응하는 파동 길이와 파동 높이를 설명한다.

스틸 코드용 스틸 필라멘트는 선재로 제조된다.

선재는 표면에 존재하는 산화물을 제거하기 위해 기계적 스케일 제거에 의해 및/또는 H₂SO₄ 또는 HCl 용액에서의 화학적 산세척에 의해 먼저 세정된다. 그 후, 선재를 물로 헹구고 건조시킨다. 그 후, 건조된 선재는 직경을 제1 중간 직경까지 감소시키기 위해 일련의 제1 건식 인발 작업을 받는다.

이 제1 중간 직경(D1), 예를 들어 약 3.0 내지 3.5 mm에서, 건식 인발된 스틸 필라멘트가 페이턴팅(patenting)이라고 지칭되는 제1 중간 열처리를 받는다. 페이턴팅은 먼저 약 1000℃의 온도까지 오스테나이트화한 다음 약 600 내지 650℃의 온도에서 오스테나이트로부터 펄라이트로의 변태 단계로 이어지는 것을 의미한다. 스틸 필라멘트는 추가의 기계적 변형을 위해 준비된다.

그 후, 스틸 필라멘트는 제2 직경 감소 단계에서 제1 중간 직경으로부터 제2 중간 직경까지 추가로 건식 인발된다. 제2 직경은 전형적으로 1.0 mm 내지 2.5 mm 범위이다.

이 제2 중간 직경에서, 스틸 필라멘트는 제2 페이턴팅 처리, 즉, 약 1000℃의 온도에서 다시 오스테나이트화되고 그 후 펄라이트로의 변태를 허용하도록 600 내지 650℃의 온도에서 담금질을 받는다.

제1 및 제2 건식 인발 단계의 전체 축소가 너무 크지 않으면, 선재로부터 제2 중간 직경까지 직접 인발 작업이 수행될 수 있다.

이 제2 페이턴팅 처리 후에, 스틸 필라멘트에는 일반적으로 황동 코팅이 제공되고: 구리는 스틸 필라멘트에 도금되고 아연은 구리에 도금된다. 황동 코팅을 형성하기 위해 열 확산 처리가 적용된다. 대안적으로, 스틸 필라멘트에는 구리, 아연, 및 코발트, 티타늄, 니켈, 철, 또는 다른 공지된 금속의 제3 합금을 포함하는 삼원 합금 코팅이 제공될 수 있다.

그 후, 황동 코팅 또는 삼원 합금 코팅 스틸 필라멘트는 습식 인발 기계에 의해 일련의 최종 단면 감소를 받는다. 최종 제품은 탄소 함량이 0.70 중량%보다 높거나, 또는 0.80 중량% 이상이거나, 또는 심지어 0.90 중량%보다 높으며, 인장 강도(TS)가 전형적으로 3000 MPa을 초과하고 고무 제품의 보강에 적합한 스틸 필라멘트이다.

타이어의 보강에 적합한 스틸 필라멘트는 전형적으로 0.05 mm 내지 0.60 mm, 예를 들어 0.10 mm 내지 0.40 mm 범위의 최종 직경(D)을 갖는다. 와이어 직경의 예는 0.10 mm, 0.12 mm, 0.15 mm, 0.175 mm, 0.18 mm, 0.20 mm, 0.22 mm, 0.245 mm, 0.28 mm, 0.30 mm, 0.32 mm, 0.35 mm, 0.38 mm, 0.40 mm이다. 스틸 필라멘트의 직경(D)이 0.10 mm 내지 0.50 mm 범위인 것이 더 좋다.

기존의 스틸 코드 제조 프로세스 즉, 케이블링(cabling) 또는 번칭(bunching) 프로세스에 의해 다수의 스틸 필라멘트를 꼬아서 스틸 코드를 형성하고, 스틸 필라멘트는 꼬아서 코드를 형성하기 전에 기존의 예비 형성 방법으로 미리 형성된다. 미리 결정된 스틸 필라멘트의 파동 높이는 스틸 필라멘트에 대한 예비 형성을 조절함으로써 실현되며, 미리 결정된 스틸 필라멘트의 파동 길이는 스틸 필라멘트에 대한 예비 형성 및 꼬임 프로세스를 조절함으로써 실현되고, 이로써, 미리 결정된 공간 체적을 가진 풀려 있는 스틸 필라멘트에 이른다. 스틸 필라멘트가 스틸 코드로부터 풀리는 경우 스틸 필라멘트의 파동 길이 및 파동 높이가 측정되지만, 풀리는 동작이 스틸 필라멘트의 파동 길이 및 파동 높이에 어떠한 실질적인 변화를 가져오지는 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 예시한다. 스틸 코드(100)는 직경이 0.38 mm인 4개의 스틸 필라멘트(105)를 포함한다. 도 2a는 스틸 코드(100)로부터 풀린 스틸 필라멘트(105)를 예시하고, 도 2b는 측정 방법에 따라 스틸 필라멘트(105)의 파동 길이(L) 및 파동 높이(H)를 예시한다. 파동 길이 및 파동 높이의 측정 방법에 대한 세부사항은 다음과 같다:

- 첫째로, 스틸 코드(100)를 샘플로서 100-150 mm와 같은 특정 길이로 절단하고, 스틸 코드 샘플로부터 스틸 필라멘트(105)가 풀리고,

- 둘째로, 하나의 스틸 필라멘트(105)를 투영하여 스크린에 스틸 필라멘트(105)의 중간 부분의 실루엣을 만들고,

- 셋째로, 2개의 후속 파동 길이(즉, 하나의 피크로부터 다음 두 번째 피크까지)의 거리를 측정하고 2로 나누어 파동 길이를 결정하고; 두 피크 사이의 가상의 기준선과 골부와의 사이의 거리를 측정하여 파동 높이를 결정하고,

- 넷째로, 동일한 스틸 필라멘트(105)의 5개의 단편을 반복하여 평균 값을 계산하며, 평균 값은 파동 길이(L) 및 파동 높이(H)이다.

하기의 표 1은 참조와 비교하여 본 발명의 스틸 코드의 성능을 요약한 것이다.

피로 시험은 스틸 코드가 고무로부터 어느 정도 분리되는지에 대해 알아보는 시험이다. 피로 시험에는 하기의 단계가 있다:

- 스틸 코드를 길이 330 mm의 작은 단편 15개로 융합하고, 작은 단편을 중앙 부분에서 절단하여 30개의 작은 스틸 코드 샘플을 얻고, 작은 스틸 코드 샘플의 절단된 단부가 벌어지지 않도록 하고;

- 크기가 203 mm × 35 mm × 6.4 mm(길이 × 폭 × 높이)인 고무 스트립 및 고무 스트립과 동일한 크기의 고무 커버를 준비하고;

- 작은 스틸 코드 샘플(길이가 12.5 mm이며, 절단된 단부를 포함함)의 단부 부분을 고무 스트립에 놓고, 고무 블록의 일 측면을 따라 15개의 작은 스틸 코드 샘플을 별도로 배열하고 고무 스트립의 대향 측면을 따라 다른 15개의 작은 스틸 코드 샘플을 별도로 놓고, 고무 스트립의 일 측면에 있는 하나의 작은 스틸 코드 샘플이 대향 측면에 있는 상응하는 작은 스틸 코드 샘플과 동일한 수평축을 갖도록 하고, 고무 스트립 및 작은 스틸 코드 샘플에 고무 커버를 놓아서 고무 블록을 만든 다음, 고무 블록을 경화하고;

- 고무 블록의 길이를 따라 2, 4, 6, 9, 11, 13번째의 작은 스틸 코드 샘플을 식별하고, 고무 블록을 절단하여 길이가 약 22 mm인 작은 블록을 취득하고, 각각의 작은 블록이 그 중앙 부분에 2개의 작은 스틸 코드 샘플이 삽입되도록 한 다음, 각각의 작은 블록의 스틸 코드를 수직축을 따라 2개의 클램프로 고정하고 나서, 실온에서 미리 결정된 주파수 및 진폭으로 작은 블록에 진동력을 부여하고, 스틸 코드가 작은 블록과 분리될 때까지 반복되는 진동력의 원을 기록한다.

참조용 스틸 코드와 비교할 때, 본 발명의 스틸 코드는 고무 블록과 분리될 때까지 더 많은 진동 횟수에 견디는 능력이 더 좋으며, 이는 본 발명의 스틸 코드가 더 좋은 응력 분포에 기여한다는 것을 입증한다.

Claims (15)

1. n×1의 구성을 가진 스틸 코드이며, n은 상기 스틸 코드의 스틸 필라멘트의 수이고, 상기 스틸 코드는 2.5N-50N에서 1.2% 미만의 연신율 및 16 mm보다 더 큰 꼬임 피치를 갖고, 상기 스틸 필라멘트 각각은 상기 스틸 코드로부터 풀리는 경우 mm로 표현되는 파동 길이(L) 및 mm로 표현되는 파동 높이(H)를 가진 나선형 파동의 형태를 갖는, 스틸 코드에 있어서, 상기 L은 16 mm보다 더 크고, 상기 스틸 필라멘트 각각은 다음:
   Vs=L×H²×π/4, 및 Vs>20 mm³
   을 만족하는 공간 체적(Vs)을 갖는 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
2. 제1항에 있어서, 상기 Vs는 23 mm³보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
3. 제2항에 있어서, 상기 Vs는 30 mm³보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
4. 제3항에 있어서, 상기 Vs는 35 mm³보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Vs는 200 mm³보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파동 길이(L)는 20 mm보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
7. 제6항에 있어서, 상기 파동 길이(L)는 24 mm보다 더 크고 40 mm보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스틸 코드의 꼬임 피치는 20 mm보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
9. 제8항에 있어서, 상기 스틸 코드의 꼬임 피치는 24 mm보다 더 크고 40 mm보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스틸 코드는 5.0% 미만의 파단시 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, n은 2 내지 7의 범위인 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스틸 필라멘트는 상기 스틸 코드로부터 풀리는 경우 4000-2000×D MPa을 초과하는 인장 강도를 갖고, D는 mm로 표현되는 스틸 필라멘트의 직경인 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
13. 제12항에 있어서, 상기 스틸 필라멘트는 4200-2000×D MPa을 초과하는 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 스틸 코드.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 스틸 코드의 용도는 고무 보강용인, 용도.
15. 적어도 하나의 벨트 층, 적어도 하나의 카카스 층, 적어도 하나의 트레드 층 및 한 쌍의 비드 부분을 포함하는 타이어에 있어서, 상기 벨트 층 및/또는 상기 카카스 층은 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 스틸 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 타이어.
    

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