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KR100683956B1 - 타이어용 나일론―스틸 하이브리드 코드 - Google Patents

타이어용 나일론―스틸 하이브리드 코드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어용 나일론-스틸 하이브리드 코드에 관한 것으로 보다 상세하게는 현재 전세계적으로 널리 사용되고 있는 레디얼 타이어에 있어서 내부의 카카스 부위의 보강용으로 사용되고 있는 고무제품 보강용 코드로 나일론과 스틸이 결합된 나일론-스틸 하이브리드 코드에 관한 것이다.
본 발명은 필라멘트간에 마멸의 발생을 근본적으로 제거하기 위하여 1+6 구조를 도입하고, 이때 심선 '1'선은 나일론 섬유를 사용하고, 측선 "6"선은 스틸을 사용함으로써 심선과 측선 간의 프렛팅 현상을 원천적으로 피할 수 있는 심선의 나일론 섬유와 측선의 스틸로 이루어진 나일론-스틸 하이브리드 코드 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에서 심선의 나일론 섬유는 스크류 형태로 구성하여 심선으로의 고무의 침투성을 증가시키면서 심선과 고무와의 결합 면적을 향상시켜 결과적으로 심선과 고무와의 접착성을 증가시켜 본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드를 사용한 타이어의 장기 내구성을 유지할 수 있다.

Description

타이어용 나일론―스틸 하이브리드 코드{nylon-steel hybrid cord for tire}
도 1은 본 발명의 일실시예로서 1x0.35+6x0.20 구조의 나일론-스틸 하이브리드 코드의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 나일론-스틸 하이브리드 코드
20 : 심선 30 : 측선
본 발명은 타이어용 나일론-스틸 하이브리드 코드에 관한 것으로 보다 상세하게는 현재 전세계적으로 널리 사용되고 있는 레디얼 타이어에 있어서 내부의 카카스 부위의 보강용으로 사용되고 있는 고무제품 보강용 코드로 나일론과 스틸이 결합된 나일론-스틸 하이브리드 코드에 관한 것이다.
최근 우리나라 뿐만 아니라 전세계적으로 지구환경 오염 문제가 중요한 이슈 (issue)로 대두됨에 따라 현재 자동차 산업 분야에서는 자동차의 연비향상과 아울러 타이어의 장기사용과 재생성 향상에 많은 연구가 진행되고 있다.
이러한 관점에서 자동차용 타이어의 장기사용과 재생성 향상을 위해서는 타이어를 장기간 동안 사용할 수 있는 내구성 향상이 지구환경 보호에 중요한 부분으로 대두되고 있다.
특히 트럭, 버스용 타이어의 내구성과 재생성 향상을 위해서는 타이어 내부의 벨트부 또는 카카스의 보강재로 사용되고 있는 코드의 절단강도가 우수하여 오랫동안 일정한 강도를 유지하도록 하는 것이 필수적이다.
일반적으로 타이어 보강용으로 하는 카카스 내부의 코드의 경우 나일론 코드, 레이온 코드, 아라미드 코드, 폴리에스터 코드, 스틸 코드와 같은 여러 가지 코드를 카카스 내부의 코드로 사용하고 있다.
이중에서 스틸 코드가 타이어 보강성 측면에서 우수한 특성을 나타내므로 벨트부 또는 카카스의 보강재로 스틸 코드를 주로 사용하고 있다.
단일 재료의 스틸(steel)만을 이용한 스틸 코드의 경우 강도, 모듈러스, 내열성, 내피로성 등이 다른 무기섬유 및 유기섬유에 비해 우수하기 때문에 타이어, 고압용 호스, 콘베이어 벨트 등의 고무제품 보강용으로 사용되고 있다.
이중에서 타이어에 사용되는 스틸코드는 여러 가닥의 금속선을 복층으로 꼬아서 만은 스틸코드에 고무 층을 피복하여 제조되며, 스틸 코드는 통상 탄소함량이 0.6∼0.95중량％인 탄소강으로 된 선재 표면 위에 0.1∼0.4㎛ 두께의 황동 도금을 실시한 후 신선가공을 수행하고 수득된 선재를 용도에 따라 다양한 구조(1x3, 1x4, 1+6, 2+2, 2+7, 3+6, 3+9, 3+9+15)로 꼬아서 제조된다.
스틸 코드는 탄소강의 신선물의 수득율에 의한 층 구조로 형성되어 있기 때문에 이들이 타이어에 적용되어서 장기 사용시 필연적으로 코드를 구성하고 있는 필라멘트간 프렛팅(fretting) 현상에 의한 부식을 피할 수 없게 되고 이로 인하여 카카스 코드의 부식과 타이어 장기 내구성 하락으로 연결된다.
이러한 프렛팅 현상의 최소화를 위하여 많은 연구자들이 점접촉, 선접촉, 면접촉 등의 필라멘트간의 접촉 스트레스 분산을 위한 많은 연구를 행하여 왔으나 궁극적으로 필라멘트간에 발생하는 마멸현상을 없애기에는 많은 어려움이 있다.
한편 본 발명과 관련된 종래 기술로서 타이어의 보강재로 사용하는 스틸 코드와 관련하여 미국특허 제3,032,963호에는 일반적으로 사용되는 스틸코드 2층연 3+6 구조가 게시되어 있고, 미국특허 제3,336,774호에는 스틸코도 2층연 2+6 구조가 게시되어 있다.
그러나 이와 같은 2층연 구조 스틸구조는 스틸코드를 구성하는 각 측선 필라멘트간 간격이 밀착되어 있는 구조로 구성되어 있기 때문에 고무가 스틸코드의 내부로 침투하지 못하여 타이어 내부에 침투한 수분, 염분 등에 의하여 스틸코드가 부식되어 타이어의 내구성이 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국특허 제4,586,324호에서는 기존의 2+6 구조 보다 측선수가 적은 2+5 구조를 제안하였고, 일본 특허공개 소63-256782호에서는 기존의 3+9 구조 보다 측선수가 적은 3+8 구조를 제안하여 스틸 코드에 오픈(open)성을 부여하려 하였다.
그러나 이와 같이 측선수를 기존보다 적게 만드는 방법은 측선을 꼬는 연선공정에서 필라멘트간 간격을 균일하게 맞추기 어려워 필라멘트간 간격이 넓은 부외와 필라멘트간 간격이 좁은 부위가 불균일하게 존재하게 되는 단점이 있다.
일본 특허공개 평 5-279973호 및 일본 특허공개 평8-13363호에는 3+6 구조 스틸코드에서 심선을 구성하는 3가닥 중 1가닥을 꼬임 전에 미리 나선형으로 변형시킨 후 심선을 꼬아 심선 코드의 지름을 약간 크게 하여 측선 필라멘트간의 간격을 넓혀 고무 침투력을 향상시키는 스틸코드가 제시되어 있다.
그러나 이 경우 심선 필라멘트 1가닥에 나선형 변형을 부여하는 경우 과도한 응력이 작용하여 꼬임시에 선이 끊어지는 단선현상이 발생하기 쉽고, 심선 필라멘트 중 1가닥만 나선형 변형을 부여함으로써 측선사이의 간격을 넓히는 효과가 매우 적어 고무 침투력 향상이 그다지 개선되지는 못하였다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 필라멘트간에 마멸의 발생을 근본적으로 제거하기 위하여 1+6 구조를 도입하고, 이때 심선 '1'선은 나일론 섬유를 사용하고, 측선 "6"선은 스틸을 사용함으로써 심선과 측선 간의 프렛팅 현상을 원천적으로 피할 수 있는 심선의 나일론 섬유와 측선의 스틸로 이루어진 나일론-스틸 하이브리드 코드 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에서 심선의 나일론 섬유는 스크류 형태로 구성하여 심선으로의 고무의 침투성을 증가시키면서 심선과 고무와의 결합 면적을 향상시켜 결과적으로 심선과 고무와의 접착성을 증가시켜 본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드를 사용한 타이어의 장기 내구성을 유지할 수 있다.
한편 본 발명은 심선 '1'선은 나일론 섬유를 사용하고, 측선 "6"선은 스틸을 사용하는 1+6 구조의 나일론-스틸 하이브리드 코드를 포함하는 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 타이어용 코드에 있어서, 1+6 구조의 지니며, 이때 심선 1개는 타원형인 스크류 형태의 나일론 섬유를 구비하고, 측선 6개는 나선형의 스틸로 구비되어 심선과 측선으로 이루어진 나일론-스틸 하이브리드 코드를 나타낸다.
본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에서 심선은 측선과의 마멸을 최소화하기 위해 측선으로 사용하는 재료와 강도가 서로 다른 것을 사용하는 한편, 심선의 형태를 타원형인 스크류 형태로 하여 심선 내부로의 고무의 유입을 증가시키도록 함으로써 결과적으로 코드의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이러한 심선으로 본 발명에서는 타원형인 스크류 형태의 나일론 섬유를 사용할 수 있다. 이때 나일론 섬유는 나일론-6 또는 나일론-66을 사용할 수 있다.
본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에서 심선으로 사용하는 나일론 섬유의 직경은 0.3∼0.4mm으로 하고, 심선의 피치간격은 5∼8mm으로 할 수 있다.
본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에서 타원형인 스크류 형태의 심선에 서 장축길이와 단축길이의 비율은 60∼80 : 20∼40으로 할 수 있다.
본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에서 측선으로 사용하는 스틸의 직경은 0.2∼0.3mm으로 하고, 측선의 피치간격은 10∼12mm으로 할 수 있다.
측선으로 사용하는 스틸은 탄소 함량이 0.7∼0.90중량％인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에서 심선의 꼬임 방향과 측선의 꼬임 방향을 서로 다르게 하여 심선 내부로 침투되는 고무와 결합시 심선과 측선의 꼬임 방향이 서로 상이한 차이로 인해 고무외 코드와의 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드에 있어서, 심선의 나일론 섬유와 측선의 스틸로 이루어진 코드에 있어서, 다양한 조건으로 적용하여 나일론-스틸 하이브리드 코드를 얻어본바, 전술한 수치, 조건으로 하였을 때 본 발명의 목적에 부합하는 나일론-스틸 하이브리드 코드를 얻을 수 있다.
이하 본 발명을 첨부한 도면에 의해 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드(1)의 단면도로서 심선(20) 1가닥은 타원형의 스크류 형태의 나일론-66 섬유로 이루어져 있고(스크류 형태 미도시), 측선(30) 6가닥은 나선형의 스틸코드로 이루어져 있다(나선형태 미도시).
이때 심선의 직경은 0.35mm, 심선 필라멘트는 장축과 단축의 비율이 80:20 비율을 갖으며, 스크류 피치 간격은 5mm이다.
스틸의 측선 직경은 0.20mm, 측선 외부 필라멘트의 피치 간격은 10mm의 나선 형 구조이고, 이때 스틸은 탄소 함량이 0.8중량％인 것을 사용하였다.
도 1에서처럼 탄소강 필라멘트로 이루어진 스틸의 측선 6개는 그 내부에 측선 보다 직경이 큰 심선이 있어 측선 상호간의 마멸은 일어나지 않고 오로지 스틸의 측선과 나일론-66 섬유의 심선 사이에만 마멸이 발생한다. 이때 스틸 보다 상대적으로 무르기가 연한 나일론-66 섬유만 마멸이 발생하여 전체적인 스틸코드부의 보강성능 하락에는 영향을 주지않는 나일론-스틸 하이브리드 코드(1x0.35(N66)+6x0.20)이다.
본 발명에서는 심선 필라멘트의 직경이 측선 필라멘트의 직경보다 상대적으로 큰 것으로 설계되어서 종래의 타이어 보강용 스틸코드의 코어 마이그레이션(core migration) 현상을 크게 개선할 수 있으며, 또한 측선 필라멘트간의 간격이 개방성으로 완제품 타이어에 적용시 고무 침투도를 향상시킬 수 있다.
한편 본 발명은 상기의 타이어용 나일론-스틸 하이브리드 코드를 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
도 1과 같은 구조의 나일론-스틸 하이브리드 코드를 실험구로 하고, 기존의 일반 스틸코드를 대조구로 하여, 실험구와 대조구의 코드에 대해 각각 내피로 특성을 측정하고 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
내피로 특성은 RBT(Roating Beam Tester, Beaker사 제품) 피로시험기를 이용하여 실시하였다.
<표 1> 실험구 및 대조구 코드의 내피로 특성
구분 실험구 대조구
구조 1x0.35+6x0.20 1+6x0.20
피로수명 사이클 (시험하중 : 90kg/mm2) 200만 이상 200만 이상
피로수명 사이클 (시험하중 : 130kg/mm2) 180만 이상 6만 5천
상기 표 1에 게시된 바와 같이 본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드의 경우 90kg/mm2에서는 200만회 이상에서도 절단되지 않았으며, 하중이 130kg/mm2에서도 180만회 이상의 내피로 특성을 갖고 있는 것으로 나타났다.
상기 표 1에 게시된 바와 같이 본 발명의 나일론-스틸 하이브리드 코드는 90kg/mm2에서는 200만회 이상에서도 절단되지 않았으며, 특히 하중이 130kg/mm2에서 본 발명에 의한 나일론-스틸 하이브리드 코드는 180만회 이상의 내피로 특성을 갖 고 있음에 비해 종래 일반 코드는 6만 5천회 정도만의 내피로 특성을 갖고 있어 결과적으로 본 발명에 의한 나일론-스틸 하이브리드 코드는 종래 스틸코드에 비해 내피로 특성이 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 타이어용 코드에 있어서,
    1+6 구조를 지니며, 피치간격이 5∼8mm인 하나의 심선은 타원형인 스크류 형태의 나일론-66으로 이루어져, 장축길이와 단축길이의 비율은 60∼80 : 20∼40이고, 피치간격이 10∼12mm인 측선은 나선형의 스틸로 구비되어 심선과 측선으로 이루어진 나일론-스틸 하이브리드 코드.
  2. 삭제
  3. 삭제
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