KR950007828B1

KR950007828B1 - 고무제품 보강용 스틸코오드

Info

Publication number: KR950007828B1
Application number: KR1019900021156A
Authority: KR
Inventors: 요시로오 고바야시; 고오이찌 히노우라; 아키히로 나가모도
Original assignee: 도크센 고오교오 가부시기가이샤; 가나이 히로유끼
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1995-07-20
Also published as: US5293737A; DE69032298D1; EP0433962A1; DE69032298T2; EP0433962B1

Abstract

내용 없음.

Description

고무제품 보강용 스틸코오드

제1a도는 본 발명의 스틸코오드의 한가지 실시예를 나타내는 개략평면도.

제1b도는 Ⅰ~Ⅶ는 제1a도의 Ⅰ-Ⅰ선~Ⅶ-Ⅶ선에 있어서의 각 단면도.

제2a도는 횡단면이 타원형상인 본 발명의 스틸코오드의 한가지 실시예를 나타내는 개략평면도.

제2b도는 동 정면도.

제2c도의 Ⅰ~Ⅶ는 제2a도의 Ⅰ-Ⅰ선~Ⅶ-Ⅶ선에 있어서의 각 단면도.

제3a도는 소선 사이에 간극을 보유하는 스틸코오드의 단면도.

제4a도는 본 발명의 스틸코오드의 한가지 실시예를 나타내는 개략평면도.

제4b도의 Ⅰ-Ⅶ는 제4a도의 Ⅰ-Ⅰ선~Ⅶ-Ⅶ선에 있어서의 각 단면도.

제5도는 스틸코오프를 매설한 복합체시이트의 단면도.

제6도는 복합체시이트를 밸트부에 사용한 타이어의 주요부 단면도.

제7a도 내지 제7c도, 제8a도, 제8b도는 종래 및 최근의 스틸코오드의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(2) : 스틸코오드 (5) : 고무시이트

(6) : 복합체 (7) : 벨트부

(C) : 꼬임피치

본 발명은 자동차용 타이어 및 컨베이어벨트 등의 고무제품 보강재료로서 사용되는 신규한 꼬임구성의 고무제품보강용 스틸코오드에 관한 것이다.

종래, 타이어등의 고무제품 보강용으로 사용되는 스틸코오드로서는, 제7a도 내지 제7c도에 나타내는 바와같은 1×3, 1×4, 1×5 구성의 것이 일반적이었다. 이와 같은 구성의 스틸코오드(12)는, 복수개의 소선(11)이 밀착하여 서로 꼬여진 것으로, 중앙부에 공동부(X)까지 침입하지 않아서, 코오드의 길이방향으로 연속한 공동부(X)가 그대로 남는다.

이와 같은 스틸코오스를 사용한 타이어에서는, 자동차의 주행중의 타이어가 외상을 입었을 경우, 이 손상부위로부터 침입한 수분이 스틸코오드의 공동부(X)내로 잠입하여, 스틸코오드의 길이방향으로 침투하여 스틸코오드를 부식시켜서, 스틸코오드와 고무와의 접착이 저하되는 소위 분리현상(separation phenomenon)을 일으켜 타이어의 수명을 현저하게 단축하고 있었다.

그런데, 최근에 고강력선재의 개발도 진척되어 스틸코오드를 구성하는 소선(素線)의 가닥수도 적게 할 수 있게 되었으므로, 일본국 특개소 62-234921호 공보 및 동 특개소 62-117893호 공보에 개시된 바와같은 1×2구성의 고무보강용 스틸코오드가 개발되어 있다(제8도 참조). 이러한 구성의 스틸코오드(22)에서는, 상기한 스틸코오드(12)의 공동부(X)가 존재하지 않으므로, 타이어의 손상부위로부터 침입한 수분이 스틸코오드의 길이방향으로 전파되지 않아, 스틸코오드의 내부식성이 개선되었다.

그러나, 최근 자동차의 고속화 및 승차감 등의 품질향상의 요구에 대응하여 스틸코오드는 내피로성과 유연성이 보다 큰 향상이 요구되고 있다.

그런데, 상기한 1×2의 스틸코오드(22)는, 소선(21)끼리가 선접촉하고 있으므로, 미동마모(微動磨耗 : fretting wear)가 발생하기 쉽고, 또 선접촉하고 있는 부분에 고무가 침입하지 않아서, 마치 플랫와이어(flat wire)를 비틀어 놓은 듯한 구성으로 되므로, 반복압축인장 굽힘피로에 대해서는 좌굴(buckling)이 발생하기 쉬워, 내피로성 및 유연성이 뒤떨어지고 있었다. 또, 상기한 스틸코오드는, 선접촉하고 있으므로, 각 소선이 고무로 완전히 피복될 수 없어, 내부식성면에서 불만족스러운 것이었다.

본 발명은, 내피로성, 유연성 및 내부식성을 향상시킨 고무제품보강용 스틸코오드를 제공하는 것을 목적으로 하며 그 특징은 다음과 같다.

즉, 본 발명의 스틸코오드는, 선지름 0.25~0.40㎜, 또한 탄소함유량 0.75~0.88중량%인 2개의 소선을, 꼬임피치 9.0~16.0㎜, 평균예비성형율(average preforming rate)105~150%로 서로 꼬아서 이루어진다. 또, 상기한 스틸코오드는 단면형상이 길이방향으로 대략 동일방향의 타원형상이며, 또한, 장지름(D₁)과 단지름(D₂)의 비를 1.1D₁/D₂ 2.2로 하여 이루어진다. 또, 본 발명의 스틸코오드는 선지름 0.25~0.40㎜이고, 또한, 탄소함유향 0.75~0.88중량%인 2개의 소선을 사용하여 그중 1가닥의 소선에 꼬임피치의 0.1~0.7배의 굴곡피치(wave pitch)이고, 또한, 굴곡의 외경(N)이 소선지름을 A로 했을 때 N=(A+2/100㎜)~(A+2/10㎜)로 되는 대략 나선형상으로 굴곡시키고, 굴곡이 없는 똑바른 다른 소선과 꼬임피치 9.0~16.0㎜로 서로 꼬아서 이루어진다.

따라서, 본 발명의 스틸코오드는 상기한 구성이므로, 소선 사이에 고무가 확실하게 침입하며 더우기 스틸코오드로서의 강도도 충분하고, 꼬임도 안정되어 있다.

이 때문에, 타이어 등의 고무제품에 사용했을 경우, 취급작업성도 뒤떨어지지 않고, 내부식성도 종래보다 개선되며 내피로성 및 유연성도 향상되었다. 또, 타이어에 사용하면 그 수명을 대폭적으로 연장할 수 있고, 승차감도 개선된다.

본 발명의 스틸코오드(2)는 제1도에 도시하는 바와같이, 선지름 0.25~0.40㎜, 탄소함유량 0.75~0.88중량%인 소선(1),(1)을 꼬임피치 9.0~16.0㎜로, 또한, 평균예비성형율 105~150%로 서로 꼬아서 구성된다.

또, 상기한 스틸코오드는 작은 지름의 평로울러(flat roller)를 지그재그형상으로 배열한 교정기에 통과시키는 것에 의해, 제2도에 도시하는 바와같이, 단면형상이 장지름(D₁)과 단지름(D₂)의 비가 1.1D₁/D₂ 2.2인 대략 타원형이며, 또한 그 타원형이 길이방향으로 대략 동일방향으로 된 스틸코오드(2)를 구성할 수도 있다.

그런데, 상기한 평균예비성형율이란, 제3도에 도시하는 바와같이 2개의 소선을 조밀하게 서로 꼬았을 때의 코오드지름을 dc로 하고, 소선 사이에 약간의 간극(t)을 두고 서로 꼬았을 때의 코오드지름을 do(do의 값은 길이방향으로 복수장소에서 측정한 값의 평균치)로 했을 때, 다음 식으로 표현되는 수치를 말한다.

[수학식 1]

단, 소선 사이의 간극이 제3도에 도시하는 바와같이, 길이방향으로 일정하게 설치되어 있는 것은 물리적으로도 생각할 수 없으므로, 부분적으로 2개의 소선이 접촉하는 곳도 존재한다.

또, 횡단면형상이 대략 타원형인 경우에, 타원의 장지름을 D₁, 단지름을 D₂로 했을 때(제2도 참조),

[수학식 2]

로하여 계산하는 것으로 한다.

단면형상이 타원형인 경우의 do의 값도, 길이방향으로 복수장소에서 측정하여 평균한 것이다.

상기한 실시예의 스틸코오드(2)는 상기한 바와같이 소선지름, 탄소함유량, 꼬임 피치가 한정되어 있으므로, 스틸코오드로서 요구되는 강도, 유연성을 유지할 수 있고, 또 평균예비성형율을 105~150%로 하고 있으므로, 제1도 및 제2도에 나타내는 바와같이 소선(1) 사이에 공극(空隙)이 발생하여, 소선 사이에 고무가 잘 침입한다. 그리고, 소선전체가 고무로 둘러싸여지므로, 내식성도 종래보다 더욱 향상되며, 또 소선끼리에 의한 미동마모가 거의 없어진다. 또한, 소선이 스틸코오드로서의 역할을 완수하면서도, 각각 단독으로 고무보강재로서의 작용도 하도록 되어서, 좌굴이 발생하기 어려우며 내피로성 및 유연성도 향상된다.

또, 본 발명의 스틸코오드(2)는 제4도에 도시하는 바와같이, 선지름 0.25~0.40㎜, 탄소함유량 0.75~0.88중량%인 소선을 사용하여 굴곡이 없이 대략 똑바른 소선(1)과, 굴곡피치(M)가 꼬임피치(C)의 0.1~0.7배이고, 또한 굴곡의 외경(N]이 소선지름을 A로 했을 때, N=(A+2/100㎜)~(A+2/10㎜)로 되는 나선형상의 굴곡소선(1)을 꼬임위치(C) 9.0~16.0㎜로 서로 꼬아서 이루어진다.

그런데, 상기한 굴곡피치란, 제4a도에 나타내는 M은로, 꼬임피치(C)에 대하여 M=0.1~0.7C의 범위이다. 굴곡의 외경(N)이란, 제4b도에 나타내는 바와같이, 굴곡을 준 소선의 겉보기 외경을 나타낸다. 대략 나선형상인 굴곡은, 정확하게 나선형상일 필요는 없고, 단순히 파형상으로 되어 있어서 2개의 소선을 서로 꼬으면 나선형상과 동일한 교화를 나타내므로, 이와같은 형상을 포함하는 것으로 한다.

상기한 실시예의 스틸코오드(2)는, 상기한 바와같이 소선지름, 탄소함유량, 꼬임피치가 한정되어 있으므로, 스틸코오드로서 요구되는 필요한 강도, 유연성을 유지할 수 있다. 더우기, 스틸코오드(2)는 2가닥의 소선중 1가닥 소선에 꼬임피치의 0.1~0.7배의 굴곡피치로, 또 외경(N)이 소선지름을 A로 했을 때 N=(A+2/100㎜)~(A+2/10㎜)로 되는 대략 나선형상으로 굴곡시키고 있으므로, 제4b도에 도시하는 바와같이, 소선 사이에 적당한 간극이 발생하여, 소선 사이에 고무가 잘 침입한다. 그리고, 소선전체가 고무로 둘러싸여지므로 내부식성도 향상되고, 또 소선끼리에 의한 미동마모는 거의 없어진다. 또한, 이와 같은 스틸코오드는 소선끼리 정당한 간격으로 접촉, 비접촉을 반복하고 있으므로 꼬임구조가 안정하여 취급작업성이 우수함과 아울러 좌굴이 발생하기 어려워, 내피로성 및 유연성도 향상된다.

그런데, 본 발명의 수치한정은 다수의 실험에 의해 얻어진 결과로서, 그 이유는 다음과 같다.

각 소선의 선지름을 0.24㎜이상, 0.40㎜이하로 한 것은, 타이어 등에 사용하는 경우, 종래와 비교하여 소선가닥수가 적으므로, 적당한 강도를 얻기 위해서는 최저 0.25㎜가 필요하고 0.40㎜를 초과하면 유연성이 뒤떨어진다.

탄소함유량은, 고장력선을 사용하기 위하여 0.75중량% 이상은 필요하지만, 0.88중량%를 초과하면 신선, 연선공정(燃線工程)에서 단선(斷線)이 많이 발생한다.

꼬임피치는 지나치게 길게하면 스틸코오드의 꼬임불량이 많이 발생하며, 또 취급작업이 곤란하다. 이 때문에, 16.0㎜이하일 것이 필요하다. 그러나, 9.0㎜미만이면, 연신률이 지나치게 크게 되므로, 타이어 등의 보강재로서는 부적합하게 된다.

평균예비성형율은 105%미만에서는 소선 사이로의 고무침입이 불충분하게 되고, 또 150%를 초과하면 코오드가 늘어나기 쉽게 되어서, 성형가공시 치수유지가 곤란하게 되거나, 고무시이트로 캘린더가공(calendering)하는 경우 작업성도 불량하게 된다. 따라서, 평균예비성형율은 105~150%가 바람직하고, 130~145%가 최적이다.

또, 스틸코오드의 단면형상을 제2도에 도시하는 바와같이, 대략 타원으로 하는 것에 의하여, 꼬임안정성을 향상시키면서 소선 사이의 고무침입을 촉진할 수 있으며, 또 압축굽힘피로에도 유효하며, 스틸코오드를 둘러싸는 고무시이트의 두께를 얇게 할 수 있다.

그러나, D₁/D₂가 1.1미만이면 그 효과는 기대할 수 없고, 2.2를 초과하면 길이방향으로 압축을 받으면 좌굴하기 쉽게 되어 내피로성이 뒤떨어지게 된다. 이 때문에, 1.1D₁/D₂ 2.2의 범위가 적당하다.

소선의 대략 나선형상의 굴곡에 대해서는, 굴곡피치가 꼬임피치의 0.1배 보다 작으면 저하중인장시의 연신율도 크게 되어, 성형가공시의 치수유지가 곤란하게 되는 경향이 있다. 0.7배 보다 크면 꼬임이 불량하게 되어, 내피로성, 취급작업성이 뒤떨어진다. 굴곡의 외경이 A+2/100㎜보다 작으면, 고무침입이 불충분하게 되고 A+2/100㎜ 보다 크면, 코오드가 늘어나기 쉽게 되어, 성형가공시의 치수유지가 곤란하게 되거나, 고무시이트로 캘린더가공하는 경우의 작업성도 불량하게 된다.

(실시예 1)

다음에, 본 발명의 실시예와 종래예 및 비교예를 구체적으로 설명한다. 제1표는, 표면에 황동도금을 실시한 2개의 소선을 서로 꼬은 각종 스틸코오드의 시험결과를 나타낸 것으로, 스틸코오드의 소선지름, 탄소함유량, 꼬임위치, 평균예비성형율, 단면형상을 다양하게 변화시키고 있다.

[표 1]

표중

A : 소선지름(㎜)

B : 탄소함유량(중량%)

C : 꼬임피치(㎜)

D : 평균예비성형율(%)

E : 단면형상

F : D₁/D₂

G : 파단하중(kgf)

H : 소선 사이의 고무침입율(%)

I : 압축·인장굽힘피로성

J : 5kg 하중시의 연신율(%)

K : 취급작업성

을 나타낸다.

실험번호 1,2는 제8도에 도시하는 전술한 일본국 특개소 62-234921호 공보 및 동특개소 62-117893호 공보에 개시된 종래의 스틸코오드이다. 실험번호 7~9는 제1도에 도시하는 실시예인 단면형상이 대략 원형인 본 발명의 스틸코오드(2), 실험번호 10~12는 제2도에 도시하는 실시예인 단면형상이 대략 타원형인 본 발명의 스틸코오드(2)이다. 또, 실험번호 3~6과 실험번호 13은 비교예의 스틸코오트이다.

평균예비성형율은 연선기의 굴곡핀(waving pin)의 간격, 치수 등을 조정하는 것에 의해서, 또 단면형상을 타원형으로 하기 위해서는 작은 지름의 평로울러를 지그재그형상으로 배열한 교정기를 통과시키는 것에 의하여, 용이하게 제조할 수 있는 것이다. 연선기로서는 번처형(buncher type)을 사용하였다.

그리고, 본 실시예의 스틸코오드(2)를 제5도에 도시하는 바와같이 상하로부터 고무시이트(5)로 피복하여, 복합체시이트(6)를 제조하였다. 또한, 종래에 및 비교예도 마찬가지로 하여 복합체시렌를 얻었다. 또, 이 복합체시이트를 제6도에 도시하는 바와같이, 타이어(8)의 벨트부(7)에 사용하였다.

이와같은 각종 스틸코오드의 각 상태에 있어서의 파단강도, 고무가황했을 경우의 소선 사이로의 고무침입을 고무와의 복합체로서의 압축인장 굽힘피로성, 5kg 하중시의 연신율 및 고무제품가공시에 있어서의 취급자업성을 다음과 같이 평가하였다.

파단하중(G)

스틸코오드만의 파단하중으로, 이 종류의 스틸코오드로서는 최소한 25kgf이상 필요하다.

고무침입율(H)

고무에 매설하여 가황한 후, 스틸코오드를 빼내고, 그 소선을 잡아 떼어서, 2개의 소선이 저하고 있는 면에 고무가 어느 정도 침입하고 있는지를 백분율(%)로 나타낸다. 또, 이 값은 60이상 필요하다.

압축인장 굽힘피로성(Ⅰ)

스틸코오드를 복수가닥 고무시이트에 매입하고, 이 시이트를 3점풀리(3-point pulley) 굽힘피로시험기에 의하여 평가하였다. 결과는 실험번호 1늘 100으로 하여 지수로 표시하였다. 최종적으로는 미동마모, 좌굴등에 의하여 파단에 이르지만, 이 상태로 될 때까지의 반복회수로 평가한다.

취급작업성(K)

스틸코오드의 제조에 있어서의 취급 및 고무시이트에 매설하는 경우, 및 타이어등의 성형공정에서의 스틸코오드의 취급작업성을 말하며, 스틸코오드의 플레이성(flaring), 저하중연신율, 스틸코오드 상호간의 꼬임, 및 진직성(straightness)등이 관계한다. 종래품과 비교하여 대단히 뒤떨어지는 것을 ×, 약간 뒤떨어지는 것을 △, 차이가 없는 것을 ○으로 하여 평가하였다.

제1표로부터 알 수 있듯이, 본 실시예의 스틸코오드는 파단하중도 필요한 25kgf를 보유하며, 소선 사이로 고무가 잘 침입하고 있고 피로성도 향상되며, 취급작업성도 종래품과 큰 차이는 없다. 또, 본 실시예의 스틸코오드를 타이어에 사용한 결과 타이어수명이 대폭적으로 향상되고, 승차감이 개선하였다.또, 단면형상이 타원형인 스틸코오드는 고무시이트 두께를 얇게 할 수 있어서, 타이어의 경량화가 도모됨과 아울러, 승차감의 개선도 기대할 수 있다.

(실시예 2)

다음에 본 발명의 다른 실시예를 종래예 및 비교예와 비교하여 구체적으로 설명한다. 제2표는, 표면에 황동도금을 실시한 2가닥의 소선으로 서로 꼬은 각종 스틸 코오드의 시험결과를 나타낸 것으로, 스틸코오드의 소선지름, 탄소함유량, 꼬임피치, 나선형상 굴곡의 외경을 다양하게 변화시키고 있다.

[표 2]

표중, A~C, G~K는 실시예 1과 동일하다.

즉,

A : 소선지름(㎜)

B : 탄소함유량

C : 꼬임피치

G : 파단하중(kgf)

H : 소선 사이의 고무침입율(%)

I : 압축·굽힘피로성

J : 5kg 하중시의 연신율(%)

K : 취급작업성

L : 나선형상의 굴곡(㎜)

M : 굴곡피치

N : 굴곡의 외경

실험번호 1,2는 전술한 실시예 1과 동일한 종래의 스틸코오드이다. 실험번호 19~22는 제4도에 도시하는 실시예의 스틸코오드이다. 또, 실험번호 14~17은 비교예의 스틸코오드이다.

1가닥의 소선의 나선형상 굴곡은, 연선기에 설치한 굴곡핀의 간격, 치수 등을 조정하는 것에 의해, 또 그후에 설치한 작은 지름의 지그재그형상으로 배열한 로울러를 통과시키는 것에 의해 용이하게 제조된다. 또, 연선기에 넣기 전에, 단선(單線) 그대로 치차 등에 맞물려서 그 서을 비틀어도 용이하게 할 수 잇다. 이 경우는, 치차형상이나 단선(單線)의 비틀림횟수 등을 조정한다.

이 실험에 있어서 스틸코오드는, 연선기로서 번처형을 사용하고, 꼬임의 집합점앞에 설치된 굴곡핀 3개~5개 사이를 통과시키는 것에 의하여 나선형상으로 굴곡시켰다.

그리고, 본 실시예의 스틸코오드를 제5도에 도시하는 바와같이, 상하로부터 고무시이트(5)로 피복하여, 복합체시이트(6)를 제작하였다. 또한, 종래예 및 비교예도 동일하게 하여 복합체이이트를 얻었다.

또, 이 복합체시이트(6)를 제6도에 도시하는 바와같이, 타이어(8)의 벨트부(7)에 사용하였다.

이와 같은 각종 스틸코오드의 각 상태에 있어서의 파단강도, 고무가황했을 경우의 소선 사이로의 고무침입을 고무와의 복합체로서의 압축인장 굽힘피로성, 5kg 하중시 연신율 및 고무제품가공시에 있어서의 취급작업성을, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다.

제2표로부터 알 수 있듯이, 본 실시예의 스틸코오드는 파단하중도 필요한 25kgf를 보유하며, 소선 사이로 고무가 잘 침입하여, 내피로성도 향상되었다. 또 꼬임구조가 안정되어 있으므로, 취급작업성도 양호하였다. 그리고, 본 실시예의 스틸코오드를 타이어에 사용한 결과 타이어의 수명을 대폭적으로 향상시키며, 승차감을 개선하였다.

Claims

2가닥의 소선을 서로 꼬아서 이루어지는 스틸코오드에 있어서, 선지름 0.25~0.40㎜, 탄소함유량 0.75~0.88중량%의 소선을, 꼬임피치 9.0~16.0㎜, 평균예비성형을 105~150%로 서로 꼬아서, 횡단면형상을, 장지름(D₁)과 단지름(D₂)의 비가 1.1D₁/D₂ 2.2인 길이방향으로 동일방향의 대략 타원형상으로 한 것을 특징으로 하는 고무제품 보강용 스틸코오드.
2가닥의 소선을 서로 꼬아서 이루어지는 스틸코오드에 있어서, 각 소선은, 선지름이 0.25~0.40㎜, 탄소함유량이 0.75~0.88중량%이고, 서로 꼬은 스틸 코오드의 꼬임피치가 9.0~16.0㎜이며, 스틸코오드를 구성하는 2가닥의 소선중 1가닥의 소선이 상기한 꼬임피치의 0.1~0.7배의 굴곡피치이고, 또 N=(A+2/100㎜)~(A+2/㎜)(단, N : 굴곡의 외경, A : 소선지름)으로 되는 나선형상의 굴곡을 보유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고무제품 보강용 스틸코오드.
제1항 또는 제2항에 기재되어 있는 스틸코오드(2)의 복수가닥을 병렬배치하여 고무시이트(5)로 피복한 복합체(6)를 적어도 밸브부(7)에 매설한 타이어.