KR100693083B1 - 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 카카스 부위에 위치되어 타이어가 내부 공기압을 유지하면서 외부 부하를 지지할 수 있도록 하는 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드에 관한 것으로, 심통부(10)의 주위를 6개의 측선 필라멘트(20)가 감싸는 1+6 구조로 형성되고; 상기 심통부(10)는 셀룰로오스(Cellulose) 재질의 원통형 파이버(Fiber)로 형성되고, 상기 측선 필라멘트(20)는 탄소함량이 0.7~0.9 중량%인 탄소강 재질의 선재가 상기 심통부(10)의 주위를 감싸면서 일정 피치로 꼬여 있는 형태로 설치되며; 상기 측선 필라멘트(20)는, 직경이 0.18~0.22㎜의 선재이고, 0.1~0.4㎛의 두께로 황동도금되며, 습식 신선(伸線)을 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 타이어의 장기 사용에 따른 프렛팅 현상이 발생될 때 심통부만 마멸되고 측선 필라멘트는 마멸되지 않아 스틸 코드부가 충분한 보강 성능을 유지하게 되며 타이어의 내구성이 증대된다.

타이어, 하이브리드 스틸코드, 필라멘트, 심통부, 프렛팅, 내구성

Description

타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드{Cellulose-Steel hybrid Cord for Tire Reinforcement}

도 1은, 종래 스틸 코드의 여러 구조가 도시된 구성도.

도 2는, 본 발명에 의한 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드가 도시된 사시도.

도 3은, 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드의 단면도.

도 4는, 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드가 적용된 타이어의 카카스가 도시된 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 심통부 20: 측선 필라멘트

30: 카카스

본 발명은 고무와 같은 탄성체에 삽입 설치되어 강도를 증가시키는 보강 코드에 관한 것으로서, 특히 타이어의 카카스 부위에 위치되어 타이어가 내부 공기압 을 유지하면서 외부 부하를 지지할 수 있도록 하는 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드에 관한 것이다.

전 세계적으로 지구 환경 오염의 문제가 중요한 이슈로 대두됨에 따라 현재 자동차 산업 분야에서는 자동차의 연비 향상과 아울러 타이어의 장기 사용 및 재생성 향상을 위한 연구가 진행되고 있다. 자동차용 타이어의 장기 사용과 재생성은 타이어의 내구성의 영향을 받게 되는데, 통상의 경우에는 타이어의 내구성을 향상시키기 위하여 타이어의 내부에 카카스라는 보강부를 두고 있다. 카카스는 기본적으로 장기 사용이 가능하면서 사용중의 절단 강도가 일정한 강도 이상을 유지하도록 하는 것이 필수적이다.

따라서, 레디얼 타이어의 주요 구성 요소 중 하나인 카카스 부위에는 강도를 보강하기 위하여 스틸 코드가 사용되고 있다. 스틸 코드는 강도, 탄성계수(Modulus), 내열성, 내피로성이 다른 무기섬유나 유기섬유에 비해 우수하여 타이어나 고압용 호스 및 컨베이어 벨트 등의 고무제품 보강용으로 널리 사용되고 있다.

통상적으로 타이어에 사용되는 스틸 코드는 여러 가닥의 금속 필라멘트를 꼬아서 만들게 되며, 그 위에 고무층을 피복하여 제조하게 된다. 스틸 코드는 통상 탄소 함량이 0.6~0.95 중량%인 탄소강으로 된 선재의 표면 위에 고무와의 접착력 향상을 위하여 0.1~0.4㎛ 두께의 황동 도금을 실시한 후 신선 가공을 통해 수득된 선재를 용도에 따라 다양한 구조로 꼬아서 제조한다.

도 1에는 스틸 코드를 여러 구조가 도시되어 있으며, 선재가 1x3, 1x4, 2+2, 2+7, 1+6, 2+5, 2+6, 2+7, 3+6, 3+8, 3+9, 3+9+15의 구조로 꼬여 있는 스틸 코드의 단면을 나타내고 있다. 이러한 스틸 코드의 구조는 기존의 여러 특허를 통해 공지되어 있으며, 각각의 구조마다 서로 다른 특징이 있다.

미국 특허 제3,032,963호에는 일반적으로 사용되는 스틸 코드 2층연 3+6 구조가 개시되어 있고, 미국 특허 제3,336,774호에는 스틸 코드 2층연 2+6 구조가 개시되어 있다. 그러나, 2층연 구조의 스틸 코드는 이를 구성하는 각 측선 필라멘트 사이의 간격이 거의 없는 구조로 되어 있어, 고무층이 스틸 코드의 내부로 침투하지 못하는 단점이 있다. 따라서, 2층연 구조의 스틸 코드를 타이어에 적용할 경우, 타이어의 내부로 침투된 수분이나 염분 등에 의하여 스틸 코드가 부식되거나 필라멘트간 마멸에 의하여 타이어의 내구성이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.

이에 따라 미국 특허 제4,586,324호는 기존의 2+6 구조에 비해 측선 필라멘트의 숫자가 적은 2+5 구조를 제안하였고, 일본국 특개 소63-256782호에서는 기존의 3+9 구조에 비해 측선 필라멘트의 숫자가 적은 3+8 구조를 제안하고 있다. 그러나, 측선 필라멘트의 숫자를 기존에 비해 적게 사용하는 방법은 측선 필라멘트를 꼬는 연신 공정에서 필라멘트 사이의 간격을 균일하게 유지시키기가 어려워 필라멘트간 간격이 넓은 부위와 좁은 부위가 불균일하게 존재하게 되는 문제점이 있다.

또, 일본국 특개 평5-279973호 및 특개 평8-13363호에는 3+6 구조의 스틸 코드에서 심선을 구성하는 3가닥의 필라멘트 중 1가닥에 미리 나선형의 변형을 부여한 후 다른 2가닥과 함께 꼬임을 부여하여 심선 코드의 지름을 크게 함으로써 측선 필라멘트 사이의 간격을 넓혀 고무 침투력을 향상시킨 스틸 코드를 제안하고 있다.

그러나, 이 경우 심선 필라멘트 중 나선형 변형이 부여된 1가닥의 필라멘트 에 과다한 응력이 작용하게 되어 필라멘트가 끊어지는 단선 현상이 발생되기 쉽고, 심선 필라멘트 중 1가닥에만 나선형 변형이 부여되어 측선 필라멘트 사이의 간격을 넓히는 효과가 적기 때문에 고무 침투력 향상에 큰 영향을 주지는 못하고 있다.

타이어 보강용 스틸 코드는 카카스 부위에 적용될 때 탄소강의 신선물 수득에 의한 다층 구조로 형성되는 바, 내구성 향상을 위해서는 스틸 코드를 이루는 필라멘트 사이의 프렛팅(Fretting) 현상에 의한 마멸을 방지하는 것이 중요하다. 즉, 타이어를 장기간 사용할 경우 스틸 코드를 이루는 필라멘트 사이에서 프렛팅 현상이 발생될 수 있으며, 프렛팅 현상이 발생될 경우 필라멘트가 부식되거나 단선되어 스틸 코드의 강도가 약해진다. 이에 따라 스틸 코드로 보강된 카카스 부위의 강도가 약해져 타이어의 내구성이 약해지는 것이다.

이러한 프렛팅 현상을 최소화하기 위하여 필라멘트 사이의 접촉을 점 접촉, 선 접촉, 면 접촉 등으로 변화시켜 가면서 필라멘트 사이의 접촉 스트레스를 분산하려는 연구가 진행되고 있다. 상기한 특허들에 개시된, 스틸 코드를 형성할 때 측선 필라멘트 사이로 침투되는 고무의 침투력을 향상시키는 방법들도 그 연구 성과에 해당된다.

그러나, 상기한 방법으로는 필라멘트 사이에 발생되는 마멸 현상을 없애기에는 많은 어려움이 따르고 있다. 즉, 통상의 스틸 코드를 구성하는 심선 필라멘트와 측선 필라멘트 중 측선 필라멘트 사이의 프렛팅 현상을 어느 정도 완화시킬 수는 있으나, 심선 필라멘트와 측선 필라멘트 사이의 프렛팅 현상에는 아무런 영향을 주지 못한다.

다시 말해서, 종래의 스틸 코드는 심선 필라멘트와 측선 필라멘트가 동일한 탄소강으로 형성되어 심선 필라멘트와 측선 필라멘트 사이의 프렛팅 현상이 발생될 경우 측선 필라멘트가 마멸되어 타이어의 내구성이 약화되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 심선과 측선을 강도가 다른 재질로 형성하여 측선 필라멘트 사이의 프렛팅 현상을 최소화할 수 있는 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드를 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 강도가 약한 셀룰로오스 재질로 심통부를 구성하고 탄소강으로 된 측선 필라멘트가 그 주위에 꼬여 있도록 함으로써, 코드의 강도를 실질적으로 결정하는 측선 필라멘트 사이의 프렛팅 현상을 최소화하여 타이어의 내구성을 향상시킨 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드에 따르면, 심통부의 주위를 6개의 측선 필라멘트가 감싸는 1+6 구조로 형성되고; 상기 심통부는 셀룰로오스(Cellulose) 재질의 원통형 파이버(Fiber)로 형성되고, 상기 측선 필라멘트는 탄소함량이 0.7~0.9 중량%인 탄소강 재질의 선재가 상기 심통부의 주위를 감싸면서 일정 피치로 꼬여 있는 형태로 설치되며; 상기 측선 필라멘트는, 직경이 0.18~0.22㎜의 선재이고, 0.1~0.4㎛의 두께로 황동도금되며, 습식 신선(伸線)을 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드에 따르면, 상기 측선 필라멘트는 꼬임 피치가 10~12㎜이고; 상기 심통부는 상기 측선 필라멘트 직경의 130~175% 범위의 직경을 갖는다.

상기한 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명에 의한 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드가 도시된 사시도이고, 도 3은 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드가 적용된 타이어의 카카스가 도시된 단면도이다.

본 발명에 의한 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드는, 셀룰로오스(Cellulose) 재질의 원통형 파이버(Fiber)로 형성된 심통부(10)와, 상기 심통부(10)의 주위를 6개의 측선 필라멘트(20)가 감싸는 1+6 구조로 형성된다.

여기서, 상기 측선 필라멘트(20)는 탄소함량이 0.7~0.9 중량%인 탄소강 재질의 선재가 상기 심통부(10)의 주위를 감싸면서 10~12㎜의 피치로 꼬여 있는 형태로 설치된다. 또, 상기 측선 필라멘트(20)는 직경이 0.20㎜인 탄소강이고, 상기 심통 부(10)는 0.35㎜의 셀룰로오스 파이버이다.

이때, 상기 측선 필라멘트(20)는 0.18~0.22㎜의 직경을 가질 수 있으며, 0.1~0.4㎛의 두께로 황동도금되고, 습식 신선(伸線)을 통해 제조된다. 또한, 상기 심통부(10)는 상기 측선 필라멘트(20) 직경의 130~175% 범위의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드는 타이어의 장기 사용에 따라 프렛팅 현상이 발생될 때 심통부만 마멸되어 전체적인 스틸 코드부의 보강 성능이 하락하지 않도록 한다.

타이어를 장기간 사용함에 따라 카카스 부위(30)의 스틸 코드 사이의 간격이 좁아지게 되고, 스틸 코드에서 프렛팅 현상이 발생된다. 이때, 탄소강으로 형성된 측선 필라멘트(20) 사이에서는 프렛팅 현상이 일어나지 않고 심통부(10)와 측선 필라멘트(20) 사이에서만 프렛팅 현상이 발생된다. 또한, 프렛팅 현상이 발생됨에 따라 셀룰로오스 재질의 심통부(10)와 탄소강 재질의 측선 필라멘트(20)가 마찰될 때 상대적으로 경도가 약한 셀룰로오스 파이버 재질의 심통부(10)만 마멸되고 측선 필라멘트(20)에는 마멸 현상이 나타나지 않게 된다.

결과적으로 스틸 코드부의 강도를 유지시키는 측선 필라멘트(20)가 거의 마멸되지 않게 되고, 그에 따라 스틸 코드부의 보강 성능은 하락되지 않게 된다.

또, 심통부(10)의 직경이 외측의 측선 필라멘트(20)의 직경에 비해 130~175% 정도로 크기 때문에 일반적인 타이어 보강용 스틸 코드에서 발생되는 코어 마이그레이션(Core Migration) 현상을 크게 개선시킬 수 있고, 측선 필라멘트(20) 사이의 간격이 넓어져 타이어 제조시 고무의 침투성을 향상시킬 수 있다.

다음의 표 1은 기존의 일반 스틸 코드(비교예)와 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드(발명예)의 구조 및 내피로특성을 RBT(Rotating Beam Tester, Beaker사 제품) 시험기를 사용하여 시험한 결과이다.

시험에 사용된 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드는 심통부(10) 직경이 0.35㎜이고, 측선 필라멘트(20)의 직경이 0.20㎜인 것을 사용하였으며, 일반 스틸 코드의 경우는 직경이 0.20㎜인 것을 사용하였다.

구분		비교예	발명예
구조		1+6x0.20	1x0.35+6x0.20
피로수명 사이클	시험하중 : 90㎏/㎟	200만회 이상	200만회 이상
	시험하중 : 120㎏/㎟	6만 5천회	170만회 이상

상기한 표 1을 참조하면, 시험하중 90㎏/㎟에서는 발명예와 비교예 모두 200만회 이상의 피로수명 사이클을 가지고 있으나, 시험하중 120㎏/㎟에서는 비교예의 피로수명 사이클이 6만 5천회에 불과한 반면 발명예는 170만회 이상의 피로수명 사이클을 보여주는 등 내피로특성이 기존의 스틸 코드에 비해 우수하다.

따라서, 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드는 트럭이나 버스와 같은 대형 차량의 타이어에서 더욱 우수한 효과를 보이는 것을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드에 따르면, 타이어의 장기 사용에 따른 프렛팅 현상이 발생될 때 심통부(10)만 마멸되고 측선 필라멘트(20)는 마멸되지 않아 스틸 코드부가 충분한 보강 성능을 유지하게 되며 타이어의 내구성이 증대되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드에 따르면, 심통부(10)의 직경이 커서 코어 마이그레이션 현상을 개선할 수 있고 않고 측선 필라멘트(20) 사이의 간격이 커져 고무 침투도가 향상되는 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명의 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드에 따르면, 하중이 증가되더라도 우수한 내피로특성을 유지하여 트럭이나 버스등 대형 차량의 타이어에 적용될 경우 타이어의 수명을 효과적으로 연장할 수 있다.

Claims (4)

1. 심통부(10)의 주위를 6개의 측선 필라멘트(20)가 감싸는 1+6 구조로 형성되고;

   상기 심통부(10)는 셀룰로오스(Cellulose) 재질의 원통형 파이버(Fiber)로 형성되고, 상기 측선 필라멘트(20)는 탄소함량이 0.7~0.9 중량%인 탄소강 재질의 선재가 상기 심통부(10)의 주위를 감싸면서 일정 피치로 꼬여 있는 형태로 설치되며;

   상기 측선 필라멘트(20)는, 직경이 0.18~0.22㎜의 선재이고, 0.1~0.4㎛의 두께로 황동도금되며, 습식 신선(伸線)을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 측선 필라멘트(20)는, 꼬임 피치가 10~12㎜인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 심통부(10)는, 상기 측선 필라멘트(20) 직경의 130~175% 범위의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 셀룰로오스 스틸 하이브리드 코드.

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