KR950004085B1 - 고무제품 보강용 스틸코드 - Google Patents

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Description

고무제품 보강용 스틸코드

본 발명은 고무제품의 보강제인 스틸코드에 사용되는 강선 스피랄 랩을 섬유나 고강도 고분자물질의 스피랄 랩으로 대체 사용한 고무제품 보강용 스틸코드에 관한 것이다.

고무제품의 보강을 위해서 사용되는 스틸코드는 사용 목적에 적합하도록 일정한 구조로 조합시켜 사용한다. 여러가닥의 강선으로 구성되어 있는 코드의 경우 절단시 코드를 구성하고 있는 강선들이 풀려서 작업성 및 고무의 보강효과를 저하시킨다. 스피랄 랩은 압축응력을 받았을때 코드를 구성하고 있는 각각의 강성(filament)들이 분리되는 것을 방지하여 보강성을 증가시켜 준다. 그러나 강선 스피랄 랩을 사용하여 스틸코드가 딱딱해지고 강제적으로 크도와 접촉되어 있으므로 코드와 스피랄 랩 사이에 접촉응력이 생기게 된다. 이 접촉응력에 의해 코드와 스피랄 랩 사이는 접촉된 상태로 존재하고 인장과 압축응력이 반복적으로 가해지면 접촉부분에서 마찰이 발생되어 코드가 마멸되게 된다. 통상적으로 강선 스피랄 랩를 많이 사용하고 있는데 코드의 재질과 동일한 고탄소강을 사용한다. 타이어와 같이 고하중을 지지해야 하는 카카스부(carcass : 타이어에서 트레드를 제외한 타이어 구성물로서 타이어의 헝태유지를 위해 몸통내부에 고무와 여러가닥의 섬유코드나 강선으로 이루어진 것임.)에서는 마멸부위의 강도가 하락되어 쉽게 파괴가 발생되고 타이어의 내구력 저하는 물론 물적, 인적 손실이 발생된다. 또한 변형후 원상회복도가 낮기 때문에 코드에 가해진 응력이 계속 축척되어 내피로성을 하락시킨다. 코드와 스피랄 랩 사이에는 고무가 침투되지 않기 때문에 압축변형에 의해 접촉부위의 스피랄 랩이 움직여서 접착파괴가 발생된다. 접착파괴가 발생되면 보강성이 떨어짐으로 제품의 내구력이 저하된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 스틸코드에 사용되는 강선 스틸 스피랄 랩 대신에 스피랄 랩의 기능을 갖는 섬유나 고강도 고분자물질로 된 스피랄 랩을 사용하는 스틸코드에 관한 것이다. 여기에서 고강도 고분자물질로는 나이론, 레이온, 케블라, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 우레탄, 글라스화이버 및 카본화이트와 같은 물질들이 사용된다. 상기 물질들은 강선에 비하여 모듀러스(Modulus : 내신장성(耐伸張,性)을나타내는 용어로서 변형에 따른 응력의 비를 나타내는 것임.)가 낮기 때문에 마멸이 심하지 않고 코드와 스피랄 랩 사이의 접촉응력 상태를 보다 많이 이완시킬 수 있다. 이 결과 내피로성 및 코드의 강성을 저하시키고 변형후 원상회복도를 높일 수 있어 고무제품의 수명을 향상시킬 수 있다.

고무의 보강제로 사용되는 코드는 사용 목적에 적합하도록 여러가닥의 강선을 일정한 구조로 조합시켜 사용하고 있다. 여기에서 사용한 구조는 3+9+15×0 175+1×0.15의 스틸코드, 구조를 예로 들었는데 이 코드의 구조는 안쪽에 3가닥의 강선이 일정한 거리와 방향으로 꼬여져 있고, 그 위에 다시 9가닥의 강선이 일정한 거리와 방향으로 주위를 감싸고 있으며, 다시 그 위에 15가닥의 강선이 일정한 거리와 방향으로 꼬여져 있고, 이때 각 강선의 직경이 0.175mm로 된 것이다. 이 코드위에 다시 0.l5mm의 직경을 가진 강선이나 선형으로 감겨지는데 이것은 스피랄 랩이다. 일반적으로 고무의 보강제로 사용되어지는 강선은 단소 함량이 0.7-0 9% 함유되어 있는 고탄소강을 사용한다 코드와 스피랄 랩 사이의 접촉응력을 저하시키기 위하여 코드위에 강선 스피랄 랩을 나선형으로 감을때 강선의 공급 장력을 낮추거나 나선형의 피지를 길게하고 스피랄 랩을 감은후 롤러의 압축정도를 조절한다. 그러나 앞의 방법으로는 접촉부의 접촉응력을 완전히 감소시길 수는 없다. 또한 접촉부에 고무가 완벽하게 침투될 수도 없다. 또 하나의 방법으로는 강선을 사용하되 모듀러스가 매우 낮은 강선을 사용하는 방법인데 이 경우도 역시 접측응력을 완전히 감소시킬 수는 없다. 타이어의 하중을 지지하는 카카스(carcass)부는 불균일한 응력 및 인장과 압축하중을 반복적으로 받고 변형이 심하기 때문에 다른 부위에 비해 피로특성의 저하가 매우 심하다.

피로에 의해 코드의 강도가 저하되며 특히 타이어의 경우는 카카스부의 코드가 절상되어 다량의 물적 인적손실이 발생될 수 있다. 이 문제점을 해결하기 위해서 스피랄 랩을 사용하지 않는 코드구조도 개발되어 일부 고무보강 재료로 사용하고 있으나, 이는 압축응력에 의해 코드를 구성하고 있는 강선들 사이에 분리가 발생되거나 유동이 발생되어 고무의 보강제로 사용하는 것은 문제가 있다. 강선 스피랄 랩을 사용하면 코드의 강성을 증가시키고, 코드의 탄성율을 저하시킨다. 즉 응력을 받았을때 균일하게 응력을 받지 않고 그래프 1과 같이 초기에 과도하게 응력을 받고 변형후 회복도도 느리다는 것을 의미한다.

또한 축압축에 대한 저항성을 증가시킴으로 불균일하게 응력을 받게 된다. 스틸 스피랄 랩을 사용하면 코드의 강성을 증가시킴으로 타이어를 성형할시 코드가 너무 딱딱하기 때문에 작업성이 불량하다. 코드를 고무속에 삽입하여 보강제로 사용할때 코드와 스피랄 랩 사이에 고무가 침투되지 않기 때문에 압축과 인장하중 및 변형을 받는 타이어나 벨트의 경우에는 코드와 스피랄 랩 사이에서 스피랄 랩의 움직임에 의해 접착파괴가 발생되어 고무제품의 수명을 단축시킨다. 강선 스피랄 랩을 사용하면 코드의 강도를 45% 저하시키고, 피로특성을 100% 저하시킨다. 또한 변형후 회복율을 30% 정도 강하시키고 강성(딱딱한 징도)를 15°구부렸을때 15g.cm를 증가시킨다. 결론적으로 강선 스피랄 랩을 사용하면 코드를 구성하고 있는 각각의 강선들을 강제적으로 억압하고 있기 때문에 본래의 코드의 특성을 완전히 발휘할 수 없다.

타이어, 컨베이어벨트, 동력 전송 벨트 및 타이밍 벨트 같은 제품은 강도유지를 위해 강선 보강재를 사용하여 왔다. 본원에서는 이들 제품중에서 대표적으로 타이어를 예를 들어 설명한다. 공기입 레디알 타이어는 황동이 피복된 굵은 강선을 일정한 직경으로 가늘게 뽑아서 용도에 적합하도록 조합시킨 코드를 사용하여 보강한다. 코오드는 단일강선으로 사용할 수 있으나 통상적으로 사용용도 및 목적에 의해 여러가닥을 조합시켜 사용한다. 본 발명의 목적은 강선 스피랄 랩을 사용함으로서 발생되는 강도저하, 피로저하, 단성율 저하, 강성의 증가 및 접착파괴 속도를 개선하기 위함이다. 타이어를 제조하기 위해서는 코드를 일정한 간격으로 배열시켜 코드위에 고무를 입힌후 사용용도에 적합하도록 일정한 크기로 재단한다. 재단물은 일정한 형태로 성형한후 일정한 형태를 갖춘 몰드속에 넣고, 일정시간열을 가하여 제조한다.

스피랄 랩은 통상 코드의 강선과 동일한 재질을 사용한다. 스피랄 랩의 사용목적은 정확히 공지되지는 않았으나 모드 절단후 코드를 구성하고 있는 강선들의 풀림을 방지하기 위하여 사용한다고 일반적으로 알려져있다. 그러나 강선 스피랄 랩을 사용함으로서 전자에 언급한 바와 같이 강도저하, 피로저하, 탄성율 저하, 강성의 증가는 물론 고무속에 삽입하여 사용할시 스리랄 랩과 코드 사이에 고무가 침투되지 않기 때문에 이접촉부위에서 스피랄 랩의 움직임에 의해 접착파괴 속도가 증가하고, 스피랄 랩을 코드위에 나선형으로 감을때 고무와의 접착을 위해서 강선위에 도금시긴 황동이 상처를 입어 접착특성을 저하시킨다. 또한 코드를 일정한 배열로 나열시킨 후 고무를 입히는 과정에서 스피랄 랩이 밀려서 본래의 스피랄 랩 이치에 랩이 존재하지 않는다. 이로 인하여 또 다른 부위의 황동이 싱처를 입는다.

황동이 피복된 강선 스피랄 랩 역시 고무를 입히는 과정에서 상처를 입어 접착특성이 하락되어 고무제품의 내구성에 종종 문제가 되고 있다. 상기의 문제점을 해결하기 위하여 스피랄 랩을 사용하지 않는 코드구즈도 개발되나 일부 고무제품 제조사에서 사용하고 있으나 압축응력을 받으면 코드를 구성하고 있는 강선들이 분리되거나 유동이 발생되어 고무의 보강제로 사용하는데는 문제가 있다.

본 발명은 기존 고무제품의 보강제로 많이 사용되는 코드를 감고 있는 강선 스피랄 랩을 섬유나 고강도고분자 물질의 스피랄 랩으로 대체사용하므로서 코드고유의 특성을 완전히 이용하여, 강선 스피랄 랩에 의한 코드특성의 저하와 같은 결점을 해소코져 한 것이다. 즉, 강도, 피로, 회복도를 향상시키고, 강성을 저하시켜 작업성을 용이하게 하며 접착파괴 속도를 낮추어 고무제품의 수명을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하면서 절단시 발생되는 풀림을 방지하여 코드의 설계 목적에 완전히 부합되도록 섬유 혹은 고강도 고분자 물질로된 고분자 스피랄 랩 소재로 사용하는 것이다. 섬유나 고강도고분자 물질은 모듀러스가 대단히 낮고, 신축성이 우수함으로 강선과 접촉되어 마찰하더라도 강선을 마멸시키지 않고 감싸는 방법에 의해 충분히 절단시 강선들의 풀림을 방지시킬 수 있다.

또한 고분자 스피랄 랩을 코드위에 감게되면 코드의 황동층을 손상시키지 않고 고무를 입히는 과정에서도 고분자 스피랄 랩이 밀리더라도 황동층에 손상을 입히지 않기 때문에 접착 내구성에도 문제가 없다. 섬유나 고강도 고분자 물질들은 모듀러스는 낮고 신축성이 우수하기 때문에 코드를 구성하고 있는 강선들의 억압력이 낮아지고 고분자 스피랄 랩과 코드사이의 접촉응력 및 압력이 낮아짐으로 강도저하 방지, 피로특성 향상, 탄성율 향상, 강성저하는 물론 접착의 파괴속도도 낮출 수 있다. 물론 고무와의 접착을 위하여 섬유나 고강도 고분자 물질에 접착제를 도포하여 사용해야 한다. 그 대표적인 접착제의 예가 레소르시놀 포름알데하이드 라덱스이다.

본 발명에 의해 3+9+15×0.175+1×10데니어 나이론을 스피랄 랩으로 사용하여 평가한 결과 강선 스피랄 랩 사용 코드에 비해 강도 45% 향상, 피로성 l00% 향상, 탄성 회복율 30% 향상, 강성 15g.cm를 낮출수 있었다. 또한 시험타이어를 제조하여 100% 마모후 타이어에서 코드를 채취하여 분석한 결과 강선 랩을사용한 코드에서는 마멸에 의해 주행전 코드에 비해 강도가 20% 하락, 피로가 30% 하락하고 스피랄 랩과코드사이의 접착파괴 길이가 2mm 정도 발생되었다.

그러나 본 발명 코드를 사용한 코드에서는 강도저하 5%, 피로저하 5% 및 접착파괴는 발견할 수 없었다. 여기에서 데니어란 섬유에서 사용하는 단위로 실 1g을 9000m 늘렸다는 의미이다.

강선등은 고무제품을 보강하는데 사용하는 강철보강제를 표현하는 말로써 사용된다. 상기에 기술한 강절보강제란 말은 상기에 나열한 고무제품을 보강하는 모든 제품을 총칭하는 말이다. 탄소강은 탄소함량이 0.67 내지 l.0%를 함유한 강선을 말한다. 섬유 혹은 고강도 고분자 물질은 산업용으로 사용하는 모든 섬유를 표현하는 말로써 사용된다. 예로서 나이론, 레이온, 폴리에스터, 케블라, 카본등이 있다.

상기에서 섬유의 데니어는 가능한 낮을 수록 유효하고 그 범위는 l-100데니어일때 효과적이다. 감는 방법은 한가닥을 사용할 수도 있으나 두 가닥을 엇갈려 감는 방법이 효과적이다. 그러나 목적에 따라 여러가지 형태로 감아서 사용할 수 있다.

(실시예 1,2,3,4)

섬유 스피랄 랩을 사용하여 제조한 코드의 종류를 표 1에 나타냈다.

상기 코드의 특성을 평가하여 이 결과를 역시 표 1,2,3에 나타냈다.

이 결과는 고무에 삽입하기 전의 코드이다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

표 1에 나타난 바와 같이 강도, 피로성, 회복율은 향상되고 강성은 낮아졌다. 또한 코드절단시 풀림도 발생되지 않았으나 고분자 스피랄 랩의 데니어가 커지면 접착력이 낮아진다. 즉 데니어가 증가되면 코드의 표면을 섬유가 많이 차지하기 때문에 접착력이 낮아진다. 그래서 가능한 낮은 데니어의 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

(실시예 4,5,6,7,8)

실시예 1,2,3,4에 실시한 동일한 코드로 타이어를 제조하여 100% 마모후 타이어에서 시편을 채취하여 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 4,5에 나타냈다.

[표 4]

[표 5]

표 4,5에 나타난 바와 같이 강도, 피로성이 크게 향상되었다. 또한 고분자 스피랄 랩과 코드 사이의 접착파괴 길이도 현저히 저하시킬 수 있었다. 그러나 섬유의 스피랄 랩 데니어가 증가되면 접착파괴 길이가 증가되는 경향이 있으므로 가능한 낮은 데니어를 사용하는 것이 바람직하다. 재질을 폴리에스터나 기타 소재로 대체하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 구성된 섬유나 고강성 고분자 물질로된 스피랄 랩을 사용한 스틸코드는 코드의 강도 향상으로 효율적 강도를 유지하게 되며, 코드의 피로성 향상으로 고무제품의 성능을 향상시켜 주고 코드의 회복율 향상으로 내피로성이 향상되며, 코드의 강성 저하로 작업성을 개선시켜 주고 접착파괴 길이를 감소시켜 고무제품의 내구력을 향상시킴은 물론, 특히 타이어의 경우 안정성 향상 및 재생성을 향상시킬 수 있는 특징이있다.

Claims (6)

1. 고무제품 보강용 스틸코드에 있어서, 한가닥 혹은 두가닥 이상의 섬유 혹은 고강도 고문자 물질로 된 스피랄 랩을 스틸코드에 사용함을 특징으로 하는 고무제품 보강용 스틸코드.
2. 스틸코드와 섬유 혹은 고강도 고분자 물질로 된 스피랄 랩 사이에 접착제를 도포함을 특징으로 하는 고무제품 보강용 스틸코드.
3. 섬유나 고강도 고분자 물질의 굵기는 1데니어 내지 100데니어 범위임을 특징으로 하는 고무제품 보강용 스틸코드.
4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 섬유 또는 고강도 고분자물질로는 나일론 폴리에스터, 폴리에틸렌, 우레탄, 레이온, 유리섬유, 탄소섬유 케블라중에서 선택 사용됨을 특징으로 하는 고무제품 보강용 스틸코드.
5. 제2항에 있어서, 접착제로는 레소르시놀 포름알데히드 라텍스를 사용함을 특징으로 하는 고무제품 보강용 스틸코드.
6. 제1항 내지 제6항의 스틸코드를 사용하는 타이어.