KR20000055075A

KR20000055075A - 스틸코드

Info

Publication number: KR20000055075A
Application number: KR1019990003526A
Authority: KR
Inventors: 배달향; 김민안; 박종식
Original assignee: 조정래; 주식회사 효성
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-09-05

Abstract

본 발명은 타이어, 고압호스, 콘베이어 벨트 등의 고무제품 보강용으로 사용되는 스틸코드, 특히, 탄소함량이 0.70~0.90중량%인 탄소강을 재질로 하는 직경 0.1 내지 0.4㎜의 선재에 황동도금을 실시한 후 신선가공하여 수득된 2본의 필라멘트가 1×2 구조로 꼬아진 것을 특징으로 하는 스틸코드에 관한 것으로, 본 발명의 스틸코드는 레이디얼(radial) 및 바이어스(bias) 타이어 내부의 스틸벨트 부위에 보강용도로 사용될 경우 타이어의 구름저항(rolling resistance)을 감소시켜 자동차 주행시 연비성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

스틸코드{Steel Cords}

본 발명은 레이디얼(radial) 및 바이어스(bias) 타이어 내부의 벨트 부위 등에 보강용도로 사용되는 고무제품 보강용 스틸코드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소강(steel)을 습식신선한 후 2본의 필라멘트를 서로 꼬아 1×2구조로 제조함으로써 타이어의 구름저항(rolling resistance)을 감소시켜 자동차 주행시 연비성능을 더욱 향상시킬 수 있는 고무제품 보강용 스틸코드에 관한 것이다.

스틸코드는 강도, 모듈라스, 내열성, 내피로성이 다른 종류의 무기섬유 및 유기섬유에 비해 우수하여 타이어, 고압호스, 콘베이어 벨트 등의 고무제품 보강용으로 사용되고 있다. 일반적으로 타이어에 사용되는 스틸벨트는 여러 가닥의 금속선을 꼬아 만든 스틸코드(steel cords) 위에 고무층을 피복하여 제조되며, 스틸코드는 통상 탄소함량이 0.6 내지 0.95 중량%인 탄소강으로 된 선재 표면에 0.1 내지 0.4μm 두께의 황동도금을 실시한 후 신선가공을 행하고 수득된 선재를 용도에 따라 다양한 구조(1×3, 1×4, 2+2, 2+7, 3+6, 3+9+15 등)로 꼬아서 제조된다.

전세계적으로 지구 환경오염 문제가 중요한 이슈로 대두됨에 따라 현재 자동차 산업분야에서는 자동차의 연비 향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 자동차의 연비를 향상시키기 위한 하나의 방법으로 타이어의 경량화 및 타이어 보강재의 고강도화, 경량화가 요구된다. 자동차가 주행할 때 타이어에 하중의 증감에 따라 반복적인 상하 비틀림의 변화가 생기고, 하중과 비틀림 사이의 변형(hysteriesis)에 의해서 에너지 손실이 발생되는데, 이로 인하여 구름저항(rolling resistance)이 발생하며 이러한 구름저항이 클수록 자동차 주행시 연비성능은 나빠진다. 따라서 연비성능을 향상시키기 위해서는 자동차 주행시 타이어의 진행을 방해하는 구름저항을 줄이는 것이 필요하며, 구름저항을 감소시키는 방법은 타이어의 트레드부를 가볍게 하는 것이다.

기존에 타이어의 보강용도로 사용되는 스틸코드는 적어도 3본 이상의 필라멘트를 서로 꼬아 만든 구조(2+2, 2+7 등)로, 이러한 스틸코드를 사용한 스틸벨트는 단위면적당 중량이 크게 작용하여 구름저항이 비교적 크고, 여러 필라멘트를 꼬아 제조하기 때문에 필라멘트간의 접촉점이 많아서 쉽게 마모가 일어나는 프렛팅(Fretting) 현상이 발생되는 문제점을 갖는다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하는 것으로, 기존의 타이어 스틸벨트 부위의 보강재로 사용되는 3본 이상의 스틸코드에 비하여 코드를 구성하는 필라멘트 수를 줄이므로써 타이어에 적용되는 구름저항(rolling resistance)을 감소시킬 수 있고 내구성이 향상된 스틸코드를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 탄소함량이 0.70~0.90중량%인 탄소강을 재질로 하는 직경 0.10 내지 0.40㎜의 선재에 황동도금을 실시한 후 신선가공하여 수득된 2본의 필라멘트가 1×2 구조로 꼬아진 것을 특징으로 하는 스틸코드를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 타이어의 단면 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 1×2 스틸코드의 개념을 설명한 도면이다.

이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스틸코드는 도 1에 도시된 바와 같이, 레이디얼(radial) 및 바이어스(bias) 타이어 내부의 스틸벨트 부위에 보강용도로 사용될 수 있다.

자동차 주행시 타이어에 작용하는 구름저항(R)은 스틸코드의 유연성(flexibility)에 의존하며, 하기 이. 도르(E.Dorr)의 수학식 1로 표현될 수 있다.

R=μW

상기 식에서, μ는 하기 수학식 2의 구름저항계수이고, W는 타이어에 작용하는 하중을 의미한다(참고문헌: 신편자동차공학, p207, 동명사).

상기 수학식 2에서 p는 타이어 내압이고, v는 타이어의 회전속도이며 ω는 타이어 하중을 의미한다.

본 발명은 상기 이. 도르의 구름저항에 대한 수학식으로 부터 착안하여 성안된 것으로, 기존의 스틸벨트 부위의 보강재로 사용되는 3본 이상의 스틸코드에 비하여 코드를 구성하는 필라멘트 수를 2본(1×2 구조)으로 줄이므로써 타이어에 적용되는 경우에 트레드부의 단위면적당 중량 및 타이어 하중을 감소시켜 구름저항계수(μ)를 감소시키고 이로써 궁극적으로 구름저항을 줄여 자동차 주행시 연비성능을 향상시킬 수 있는 스틸코드를 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 스틸코드는 탄소함량이 0.70 내지 0.90중량%인 탄소강을 사용하여 직경 0.1 내지 0.4mm의 필라멘트 직경으로 습식신선한 후 도 2에 도시된 바와 같이 2본의 필라멘트를 서로 꼬아 1×2 구조로 제조된 것이다. 본 발명에서 필라멘트 직경이 0.4mm를 초과하는 경우 임계하중은 우수하지만 피로수명은 저하되는데, 이는 필라멘트 직경이 커지고 필라멘트간의 접촉점이 많아질수록 피로수명이 저하되는 것에 기인한다.

본 발명의 1×2 스틸코드에서 꼬임피치는 3㎜ 내지 20㎜이고, 코드직경은 0.20㎜ 내지 0.80㎜인 것이 바람직하며, 스틸코드를 구성하는 필라멘트의 인장강도는 280 내지 360㎏/㎟인 것이 필요하다.

예를 들어, 본 발명의 1×2 스틸코드 구조의 구성을 탄소함유량 0.82중량%, 필라멘트 직경 0.3㎜, 꼬임피치 9.5㎜로 할 경우, 기존의 타이어 벨트 부위의 보강용도로 사용 되는 일본공개특허 소57-193253호에 개시된 2+2×0.25 구조의 스틸코드에 비하여 타이어벨트 끝부분에 매설된 스틸코드와 고무가 분리되기 시작하는 임계하중은 20% 증가하고 중량은 12% 감소한다. 따라서 본 발명의 스틸코드는 같은 방법으로 타이어에 매설된 2+2×0.25 구조의 스틸코드에 비하여 구름저항(rolling resistance)은 10% 감소된다.

또한 본 발명의 1×2 스틸코드를 Tabor stiffness Tester로 유연성을 측정해 보면 60ｇ 이하로 나타나며, 임계하중은 108 ㎏/㎟이며, 이 때의 임계변형률은 11%를 초과하지 않는다.

더욱이, 본 발명의 스틸코드는 2본의 필라멘트를 꼬아 제조되므로, 3본 이상으로 구성된 기존의 코드에 비하여 생산가격을 줄일 수 있고, 보강재의 두께를 얇게 만들 수 있으며, 가볍고 구조가 단순하여 유연성(flexibility)이 향상된 이점을 갖는다. 본 발명의 1×2 스틸코드의 2본 필라멘트를 오픈시킬 경우 고무침투력을 향상시킬 수 있다.

하기 표 1은 본 발명의 1×2 스틸코드와 기존의 타이어 스틸벨트 보강용으로 사용되는 2+2×0.25, 및 2+7×0.22 스틸코드를 비교한 것이다.

	2+7x0.22	2+2x0.25	2x0.3 SHT
고무1cm당 스틸코드의 매설 본수(개)	6.30	7.87	9.45
코드직경(mm)	0.838	0.686	0.610
임계하중(kg/mm²)	90	90	108
임계변형률(%)	-	10.7	10.9
필라멘트의 인장강도(kg/mm²)	300	300	320

상기 표 1을 통해서, 본 발명의 1x2 구조의 스틸코드의 임계하중은 108kg/mm²로서 2+2x0.25 구조의 스틸코드 90kg/mm²보다 20% 증가됨을 확인할 수 있다. 또한 1x2 스틸코드는 고무 1cm당 스틸코드의 매설본수가 9.45개로서 접착력이 우수하다.

하기 표 2는 필라멘트경을 0.3mm로 한 경우의 본 발명의 스틸코드와 기존의 2+2x0.25 구조의 스틸코드의 내피로성을 비교한 결과이다. 내피로성은 RBT(Rotating Beam Tester, Beaker사 제품) 피로시험기를 이용하여 90kg/mm²하중에서 실시한 것이다.

	2+2x0.25	2x0.3
고무1cm당스틸코드의 매설본수(개)	7.87	9.45
시험하중(kg/mm²)	90	90
피로수명 cycle	185.910	2,000,000 이상

상기 표 2에 개시된 바와 같이, 본 발명의 1x2 스틸코드는 5,000,000cycle 에서도 피로파괴가 일어나지 않았는데, 이것은 기존의 2+2x0.25 구조의 스틸코드에 비하여 필라멘트 직경이 0.05mm 크지만 필라멘트간의 접촉점이 적으므로 피로수명이 향상된 것에 기인한다.

하기 표 3은 본 발명의 스틸코드와 기존의 2+2 구조의 상대적 무게를 비교한 것으로, 각 스틸코드의 무게는 2+2x0.25의 무게를 100으로 하여 환산 표시하였다.

구조	상대적 무게
2x0.3	88
2x0.32	90
2x0.34	92
2+2x0.25	100

본 발명의 2x0.3 스틸코드는 2+2x0.25에 비하여 중량이 20% 감소된다. 이러한 2x0.3 스틸코드는 타이어의 보강재로 사용되는 경우에 타이어의 무게를 감소시켜 구름저항(rolling resistance)을 감소시키고 이로써 자동차주행시 연비성능을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 2x0.3 스틸코드는 주로 승용차용 타이어의 스틸벨트 부위의 보강용으로 적용 가능하다.

본 발명의 스틸코드는 기존의 3본 이상의 필라멘트로 이루어진 스틸코드에 비하여 2본 필라멘트로 구성된 구조이므로 가볍고 구조가 단순하여 유연성(flexibility)이 향상되고, 접촉점이 적으므로 프렛팅(Fretting) 현상을 감소시켜 내구성이 향상되며 중량이 가벼워 타이어의 스틸벨트 부위의 보강용도로 사용할 때 타이어의 구름저항을 감소하여 자동차의 연비성능을 향상시킬 수 있는 현저한 효과를 제공한다.

Claims

탄소함량이 0.70~0.90중량%인 탄소강을 재질로 하는 직경 0.10 내지 0.40㎜의 선재에 0.1 내지 0.4㎛ 두께의 황동도금을 실시한 후 신선가공하여 제조된 2본의 필라멘트가 1×2 구조로 꼬아진 것을 특징으로 하는 스틸코드.
제 1항에 있어서, 상기 필라멘트의 꼬임피치가 3㎜ 내지 20㎜이고, 코드직경이 0.20㎜ 내지 0.80㎜인 것을 특징으로 하는 스틸코드.
제 1항에 있어서, 상기 필라멘트의 인장강도가 280 내지 360㎏/㎟인 것을 특징으로 하는 스틸코드.