KR20210034981A - 스틸 코드 및 이를 포함하는 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일 스프링 형상의 스틸 코드 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스틸 코드는 소선이 코일 스프링 형태로 꼬아져 제조되어, 절단신율이 10% 이상을 초과한다. 본 발명에 따른 타이어는 소선이 코일 스프링 형태로 꼬아져 제조된 스틸 코드타이어의 마지막 층의 벨트의 신율을 향상시켜 내충격성을 높임으로써 외부 충격에 의한 펑크를 효과적으로 방지하고 부식의 전파를 감소시키는 효과가 있다.

Description

스틸 코드 및 이를 포함하는 타이어{STEEL CORD AND TIRE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 스틸 코드 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코일 스프링 형상의 스틸 코드 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다.

타이어는 크게 PCR(Passenger Car Radial) 타이어와 TBR(Truck & Bus Radial) 타이어로 분류된다. PCR은 2장의 스틸 벨트가 사용되는 반면에 TBR은 4장의 스틸 벨트가 사용되므로 고하중에 견디게 된다.

여러 층으로 이루어진 TBR 스틸 벨트의 스틸 코드는 총 4장의 벨트에 사용되며, 마지막 층(제4층)에 사용되는 스틸 코드는 사용되는 환경에 따라 특정 코드가 사용된다. 비포장 도로를 주행하는 차량용 타이어의 경우, 제4층의 벨트에는 다른 벨트와는 달리 고신율의 코드가 일반적으로 사용된다. 즉, 비포장 도로를 주행하는 타이어의 경우에는 외부 충격에 의해 타이어가 터지는 경우가 많으며, 이를 보호하기 위해 고신율(내충격성) 스틸 코드가 사용된다.

스틸 코드는 강도, 모듈라스, 내열성, 내피로성이 다른 종류의 무기섬유 및 유기섬유에 비해 우수하여 타이어, 고압호수, 콘베이어 벨트 등의 고무제품 보강용으로 사용되고 있다. 일반적으로 타이어에 사용되는 스틸 벨트는 여러 가닥의 금속선을 꼬아 만든 스틸 코드(steel cord) 위에 고무층을 피복하여 제조되며, 스틸 코드는 통상 탄소함량이 0.6~0.95 wt%인 탄소강으로 된 직경 0.1mm 내지 0.4mm인 선재 표면에 0.1 내지 0.4㎛ 두께의 황동도금을 실시한 후 신선가공을 행하고 수득된 선재를 용도에 따라 다양한 구조(1x3, 1x4, 2+2, 2+7, 3+9+15 등)로 꼬아서 제조된다.

스틸 코드의 제조공정 중, 마지막 연선(Twist) 공정에서 어떠한 방식으로 제조하느냐에 따라 스틸 코드의 물성이 달라진다. 제4층 벨트에 사용되는 고신율의 스틸 코드는 코드의 형상이 늘어날수록 형부를 부여하거나 꼬임 길이(Lay Length)를 짧게 하는 방법이 사용된다. 이러한 제조방법은 제조하기가 까다로우며 일반적인 스틸 코드에 비해 신율을 2~3% 더 확보하는데 그친다. 또한 TBR 타이어의 경우 사용환경에 의해 펑크가 나는 경우가 자주 있으며, 이때 수분 등의 침투에 의해 스틸 코드가 부식되는 문제가 더하여 생기게 된다. 이는 스틸 코드가 철 재질로 이루어져 있으며 표면에 황동 도금 등을 하기 때문이다. 구리재의 경우는 철 재질보다 이온화경향이 작기 때문에 도금층이 손상을 입을 경우 철(Fe)인 소지철의 부식을 가속화시킬 수 있다.

일본공개특허 제2006-213157호(공개일자: 2006년 8월 17일)

본 발명은 목적은 타이어의 벨트의 신율을 향상시켜 내충격성을 높임으로써 외부 충격에 의한 펑크를 효과적으로 방지하고 부식의 전파를 감소시키는 스틸 코드 및 이를 포함하는 타이어를 제공하는 것이다..

본 발명의 일 실시예에 의한 스틸 코드는 소선이 코일 스프링 형태로 꼬아져 제조되어, 절단신율이 10% 이상을 초과한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 스틸 코드는 신선공정에서 아연 100% 도금후 코일 스프링 형태로 꼬아져 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 스틸 코드의 소선의 직경은 0.1~0.5mm이고, 코드의 외경은 0.8~2.0mm로 형성될 수 있다. 스틸 코드의 피치간격은 0.2~1.0mm로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 타이어는 소선이 코일 스프링 형태로 꼬아진 스틸 코드가 벨트부의 마지막 벨트층에 사용되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 타이어에서, 스틸 코드는 마지막 벨트층을 제외한 적어도 하나의 벨트층에 추가로 사용될 수 있다. 또한 스틸 코드는 트레드부, 사이드월부, 카카스부 및 이너라이너부 중에서 적어도 한 곳에 추가로 사용될 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 스틸 코드 및 이를 포함하는 타이어에 의하면, 타이어의 벨트의 신율을 향상시켜 내충격성을 높임으로써 외부 충격에 의한 펑크를 효과적으로 방지하고 부식의 전파를 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 코어가 적용되는 타이어의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 코드를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 코드의 제조공정을 나타내는 플로우 차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 코어가 적용되는 타이어의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 코드를 나타내는 사시도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스틸 코드(100)가 적용되는 타이어(200)는 트레드부(210), 사이드월부(220), 벨트부(230), 카카스부(240) 및 이너라이너부(250)를 포함한다.

스틸 코드(100)는 보강 재료로서 상기 트레드부(210), 사이드월부(220), 벨트부(230), 카카스부(240) 또는 이너라이너부(250) 어디에도 적용하는 것이 가능하며, 특히 벨트부(230)의 벨트층에 적절하게 적용할 수 있다.

스틸 코드(100)는 소선(110)이 코일 스프링 형태로 꼬아져 제조되어, 코드를 이루며, 절단신율이 10% 이상을 초과한다. 이때, 스틸 코드는 신선공정에서 아연 100% 도금후 코일 스프링 형태로 꼬아져 형성되는 것이 바람직하다.

TBR 타이어는 사용 환경상 펑크가 생길 수 밖에 없으며, 펑크가 발생하였을 때 오래 사용할 수 있는 구조적 특징을 가지느냐가 중요하며, 또한 트레부(210)만 제거하여 재생용 원단으로 사용하기 때문에 이는 매우 중요하다. 종래 스틸 코드는 황동 도금으로 이루어져 있으며, 펑크가 발생한 이후에 외부적 요인에 의해 도금층이 손상을 입은 경우 이온화 경황에 의해 부식 전파가 빠르게 이루어 질 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 황동 도금 대신에 100% 아연 도금이 되어 있으므로 부식 전파가 느리게 진행된다.

한편, 스틸 코드는 원료인 탄소강이 가지고 있는 재료적 신율에 마지막 공정인 연선에 의해 코드가 꼬아지면서 생기는 구조적 신율이 더해져 최종적인 제품의 신율이 정해진다. 종래 TBR 타이어의 벨트부(230)의 마지막 벨트층에 사용되는 스틸 코드는 원재료가 가지는 2% 재료적 신율에 구조적 신율을 최대한 늘려 약 5%의 신율을 가지게 하지만, 외부 충격으로부터 완벽한 보호 역활을 수행하는데 한계가 있다. 본 발명의 실시예에서는 코드 연신 공정에서 스프링 코일 방식으로 제조된 스틸 코어(100) 이므로, 종래 스틸 코드가 가지고 있는 구조적 신율이 5%가 한계임에 반해 본 발명의 실시예에서는 구조적 신율이 10% 이상까지 향상된다. 따라서, 종래의 스틸 코어에 비하여 높은 신율이 확보되어 열악한 도로환경에서도 완벽한 보호 층(Protect Layer)의 역할을 수행할 수 있다.

본 발명의 스틸 코드(100)의 소선(110)의 직경(d1)은 0.1~0.5mm이고, 코드의 외경(d2)은 0.8~2.0mm로 형성되는 것이 바람직하며, 스틸 코드(100)의 피치간격(p1)은 0.2~1.0mm로 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 타이어(200)에는 소선이 코일 스프링 형태로 꼬아진 스틸 코드(100)가 벨트부(230)의 마지막 벨트층(TBR 타이어인 경우에는 제4층)에 사용되는 것이 바람직하다. 스틸 코드(100)는 마지막 벨트층을 제외한 적어도 하나의 벨트층에 추가로 사용될 수 있다.

타이어(200)는 도 1의 구조로 한정되지 않으며 종래에 알려진 모든 타이어의 구조가 적용될 수 있다.

트레드부(210)는 지면과 직접 접촉하는 부분으로 자동차의 구동력 및 제동력을 노면에 전달하며, 캡트레드(211)와 언더트레드(212)를 포함한다. 사이트월부(220)는 카카스부(240)를 외부의 충격으로부터 보호하고 스티어링 휠의 움직임을 비드(도시하지 않음)를 거쳐 트레드부(210)에 전달하는 중간 위치 역할을 한다.

벨트부(230)는 노면 접지력 및 핸들링 등의 성능을 조절하는 벨트(Belt)와 상기 스틸 벨트 층간의 분리를 방지하기 위한 보강 캡플라이(Capply)와 벨트 쿠션(Belt Cushion) 등의 구성을 포함할 수 있다.

카카스부(240)는 타이어의 골격을 이루는 뼈대 역할을 하며 이너라이너부(250)와 함께 공기압을 유지하여 외부로부터 부가되는 하중을 지지하는 역할을 한다.

이너라이너부(250)는 타이어 내부의 공기압을 유지하는 기능을 한다.

타이어(200)는 바람직하게 경주용 타이어일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 타이어(200)는 승용차용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 또한, 타이어(200)는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스틸 코드의 제조공정의 예를 나타내는 플로우 차트이다.

스틸 코드(100 : 도 2에 도시)는 0.72~0.92wt%의 탄소를 함유하는 탄소강을 사용하여, 산세처리 공정(S110), 1차 신선 공정(S120), 2차 신선 공정(S130), 도금 공정(S140), 습식 신선 공정(S150) 및 연선 공정(S160)을 순차적으로 거쳐 제조된다.

즉, 5.5mm 원재료인 와이어 로드를 화학적 또는 물리적으로 산세 처리한 후(S110), 산세 처리된 와이어 로드를 원하는 소선경으로 1차로 신선(drawing)하고(S120), 1차 신선된 소선경을 안정화시키기 위해 열처리 후 다시 2차 신선을 실시한 다음(S130), 2차 신선된 소선경의 표면에 100% 아연도금을 실시한 후(S140), 도금된 소선경을 습식 신선하여 최종적으로 원하는 소선경(0.1~0.5mm)을 얻은 후(S150), 최종적으로 연선(Twist) 공정을 통해 코일 스프링 형태로 꼬아서 직경 0.8~2.0mm 및 피치간격은 0.2~1.0mm의 코드로 완성한다(S160).

표 1은 종래 벨트와 본 발명의 벨트의 절단 신율을 비교하여 나타낸 표이다. 비교예 1은 종래 일반 스틸 코드가 4층벨트의 제4층에 적용된 예를 나타내고, 비교예 2는 종래 고신율 스틸 코드가 4층벨트의 제4층에 적용된 예를 나타내며, 비교예 3은 본 발명의 스프링 형상 및 종래의 황동도금이 적용된 스틸 코드가 4층벨트의 제4층에 적용된 예를 나타내며, 실시예 1은 본 발명의 스프링 형상의 스틸 코드 및 아연이 적용된 스틸 코드가 4층벨트의 제4층에 적용된 예를 나타낸다. 실시예 1의 스틸 코드는 도 3의 공정에 따라 제조되어 소선의 직경(d1)이 0.2mm이고, 코드의 외경(d2)이 1.5mm이며, 피치간격(p1)이 0.6mm인 스틸코드이다.

	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1
절단신율(%)	2.3	5.2	12.3	12.3

표 1에 표시된 바와 같이 본 발명에서 스프링 형상의 스틸 코드를 적용한 실시예에 의한 절단 신율은 종래 일반 스틸 코드를 적용한 비교예에 의한 절단 신율에 비해 현저히 높다는 것을 알 수 있다.

표 2은 종래 벨트와 본 발명의 벨트가 적용된 타이어를 가혹한 환경에서 주행하는 실제 차량에 취부하여 타이어가 시간 경과에 따라 펑크되어 버스트(Burst)된 비율을 누적 체크한 결과를 나타낸 표이다. 비교예 3과 실시예 1에 사용된 스틸코드는 표 1의 스틸 코드와 동일하며, 총 20대의 차량에 비교예 3 및 실시예 1을 복합 취부방식으로 평가하였으며, 각각 50개의 타이어를 취부하여 2년이 경과하기까지 펑크되어 버스트(Burst)된 타이어의 수량을 누적 체크한 결과이다.

	비교예 3	실시예 1
6개월 경과	0	0
12개월 경과	3	1
24개월 경과	6	3

표 2에 표시된 바와 같이, 비교예 2의 스틸 코드를 적용한 타이어는 24개월이 경과한 후 펑크되어 버스트된 타이어가 6개임에 반해, 실시예 1(본 발명의 실시예)의 스틸 코드를 적용한 타이어는 24개월이 경과한 후 펑크되어 버스트된 타이어가 3개에 불과하였다. 이와 같이 동일한 환경에서 스프링 코일 형태의 스틸 코드임에도 도금이 아연 100%를 적용한 타이어에서 펑크 또는 파손이 더욱 효과적으로 방지된다는 것을 알 수 있다.

표 3은 표 2에서 취부했던 타이어 중에서 펑크난 부분을 절단하여 약 다섯부위에서 부식이 발생하여 전파된 길이를 평균한 값이다.

	비교예 3	실시예 1
부식 전파 길이 평균(cm)	14	7

표 3에 표시된 바와 같이, 발명의 실시예 1에서 부식 전파 길이(7cm)는 비교예 3의 부식 전파 길이(14cm)보다 현저히 짧다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 스틸 코드 110: 소선
200: 타이어 230: 벨트부

Claims (7)

1. 타이어에 사용되는 스틸 코드로서,
   소선이 코일 스프링 형태로 꼬아져 제조된 스틸 코드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스틸 코드의 제조공정 중 신선공정에서 아연 100% 도금후 코일 스프링 형태로 꼬아져 형성된 스틸 코드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스틸 코드의 소선의 직경은 0.1~0.5mm이고, 코드의 외경은 0.8~2.0mm로 형성된 스틸 코드.
4. 제3항에 있어서,
   상기 스틸 코드의 피치간격은 0.2~1.0mm로 형성된 스틸 코드.
5. 소선이 코일 스프링 형태로 꼬아진 스틸 코드가 벨트부의 마지막 벨트층에 사용된 타이어.
6. 제5항에 있어서,
   상기 스틸 코드는 마지막 벨트층을 제외한 적어도 하나의 벨트층에 추가로 사용된 타이어.
7. 제5항에 있어서,
   상기 스틸 코드는 트레드부, 사이드월부, 카카스부 및 이너라이너부 중에서 적어도 한 곳에 추가로 사용된 타이어.

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