KR100385400B1 - 승용차용 래디얼 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카카스부에 라이오셀이 적용된 승용차용 래디얼 타이어에 관한 것으로, 상기 라이오셀은 건강도/습강도 비와 고온형태안정성이 다음 조건을 만족하여 타이어 적용시 타이어의 피로 성능 및 주행시의 형태안정성이 향상된 것을 특징으로 한다.

1.2<S1/S2<1.6

S3/S4>0.8

E<0.01

Description

승용차용 래디얼 타이어{Radial tire of a car}

본 발명은 고온형태안정성과 건강도/습강도비가 우수한 라이오셀 코드를 카카스 플라이에 적용한 승용차용 래디얼 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 편평비가 0.6이하인 래디얼 타이어에 상기 코드가 적용되어서 타이어의 피로 성능 향상과 형태안정성을 개선한 승용차용 래디얼 타이어에 관한 것이다.

(*라이오셀 : 재생 셀루로오즈 섬유로서 비스코스레이욘 보다 습윤강도 유지율이 매우 높은 섬유임.)

종래의 래디얼 타이어는 폴리에스터나 레이온 또는 아라미드 등의 섬유 코드로 고무를 보강한 카카스 플라이와, 스틸코드로 고무를 보강한 벨트구조로 이루어져 있다.

또한 타이어가 림에서 벗어나는 것을 막고 안정성을 유지하기 위한 비드와이어가 타이어와 림의 접촉부분에 보강되어 있으며, 이 비드와이어는 카카스 플라이를 고정시키는 역할도 하게 된다.

최초의 공기입 타이어에는 면을 이용한 캔버스지가 카카스재로 사용되었으며, 인조 섬유의 개발에 따라 레이온이나 나일론, 폴리에스터 등의 섬유코드가 카카스 플라이의 재료로 사용되어 왔으며, 최근들어 일부 스틸코드 등이 사용되고 있다.

일반적으로 공기입 래디얼 타이어, 보다 상세하게는 편평비가 0.65 ∼ 0.82인 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 재료로는 폴리에스터가 많이 쓰이고 있으며, 이외에 편평비가 낮은, 보다 상세하게는 0.6 미만의 편평비를 가지는 고속용 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 보강재로는 레이온이 비교적 많이 사용되고 있다.

최근들어 이러한 고속용 저편평비의 래디얼 타이어에도 폴리에스터를 일부 사용하고 있으나, 레이온과 비교하여 낮은 고온 물성과 형태안정성 때문에 그 적용에 제약을 받고 있다.

또한 일반적인 레이온은 생산 방법과 물성면, 타이어 생산 공정면에서 단점이 있기 때문에 일반 래디얼 타이어에 적용함에 있어서는 많은 제약을 받고 있는 실정이다.

일반적으로 기존의 레이온은 간접 치환법을 이용하여 생산되었으며, 복잡한 제조 공정과 환경에 미치는 영향 때문에 많은 문제점을 내포하고 있다.

환경에 대한 영향을 중요시 하는 최근의 추세로 비추어 볼 때, 많은 문제점을 지니고 있다.

또한 물성면에서 보면, 습윤 강도가 지나치게 낮아 타이어 코드로서는 부적합한 면이 있을 뿐 아니라 타이어에 적용시 트레드 부분의 크랙이나 상처로 인한 수분침투에 의하여 강도가 저하되어 타이어의 내구성이 저하되는 단점이 있었다.

또한 타이어 생산시 수분율을 2%이하로 조절하여야 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점 때문에, 기존의 레이온을 카카스로 이용한 타이어의 경우 형태안정성과 고온 물성이 우수함에도 불구하고 사용에 제약을 받아왔다.

본 발명은 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이의 재료로 사용되는 코드를 고온물성, 형태안정성 및 건강도/습강도비가 우수한 라이오셀로 대체함으로써, 형태안정성 및 피로 성능이 향상되고 편평비가 0.6이하인 승용차용 공기입 래디얼 타이어를 제공하는데 기술적 과제를 두고 있다.

도 1은 발명에 따른 타이어의 개략적인 구조도.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 타이어(1)의 카카스 플라이(2)내의 카카스 플라이 보강용 타이어 코드(3)에 건강도(S1)/습강도(S2) 비가 높고 고온 형태안정성이 우수한 라이오셀을 적용한 것이다.

여기서 S1/S2비는 S1 이 4.0g/d ∼ 5.5g/d이고, S2 가 3.0g/d ∼ 4.5g/d이며, S1/S2 비가 1.2 - 1.6인 것이 바람직하다.

이 때 S1은 107℃에서 2시간 건조 후에 코드그립을 사용하여 인장속도 300mm/분, 초하중 0.05g/d 조건으로 측정한 강도를 말하여, S2는 25℃, 65RH에서 24시간 방치하여 컨디셔닝한 후에 동일한 조건으로 측정한 강도를 말한다.

본 발명에서 S1이 4.0g/d 미만이면 타이어 보강 효과가 없으며 5.5g/d를 초과하는 것은 라이오셀의 물성 한계이므로 더 높은 강도를 얻을 수 없다.

또 S1/S2비가 1.2 미만이면 습강도가 건강도의 90% 이상이 되는 결과가 되어서 실제로 있을 수 없는 값이 되며, 1.6을 초과하면 습강도가 너무 낮아지는 결과가 되므로 타이어 제조시에 불리하다.

기존의 레이온의 경우, S1/S2 비가 2.0이상인 것이 보통이며, 이러한 특성 때문에 타이어 성형공정에서 수분율을 2% 이하로 엄격하게 관리하여야 한다.

만일 수분율 관리가 엄격하게 이루어지지 않을 경우 성형된 래디얼 타이어의 강도가 기준에 미달하여 불량이 발생하게 된다.

또한 타이어 제작 후 실제 주행시에도 타이어 표면에 발생하는 크랙이나 상처를 통하여 침투한 수분에 의하여 강도저하가 발생하며, 이러한 강도 저하 정도가 라이오셀에 비하여 크기 때문에 타이어의 변형이 커지게 되며, 사용에 의한 형태변화와 피로 성능 저하의 발생 가능성이 크다.

고온 형태안정성은 고온 인장강도(S3)가 상온에서의 인장강도(S4)의 80%이상, 수축율(E) 1%미만인 것이 선호되며, 이 때 S3의 경우 140℃에서 측정한 값을 기준으로 하며, S4의 경우, 25℃에서 수분율 1%이하로 측정한 결과를 기준으로 한다(나머지 조건은 S1측정시와 동일). E는 177℃, 0.01g/d 조건에서 2분간 방치하여 측정한 수축율을 기준으로 한다.

기존의 폴리에스터 타이어 코드용 원사는 S3/S4비가 0.75이하이며, 수축율 또한 1% 이상이다.

S3가 낮기 때문에 0.6이하의 편평비를 가지는 고속 주행용 타이어의 경우에는 사용에 제한을 받는 경우가 많았으며, E값 또한 2.5 이상을 가지기 때문에 타이어 생산시 가류후 팽창(PCI) 공정이 필수적이었다.

0.6이하의 편평비를 가지는 래디얼 타이어에 S1/S2비가 1.2 ∼ 1.6이고 S3가 S4의 80%이상인 라이오셀 코드를 사용함에 의하여, 타이어 생산시 기존의 폴리에스터를 사용하는 경우에 필요한 가류 후 팽창(PCI)공정이 생략될 수 있다.

그 밖에, 카카스 플라이용 타이어 코드(3)를 실제 타이어에 적용하기 위한 접착 처리 공정에서의 레소시놀-포름알데히드-라텍스(RFL)처리 공정을 1단계로 행하여도 접착력을 발휘하는 데 충분하다.

가류 후 팽창 공정은 일반적인 타이어 생산 공정에서 최종 검사 단계 이전에 행하여 지는 공정으로, 타이어 몰드 내에서 블래더라는 고무 탄성체를 이용하여 열수나 스팀, 또는 질소등의 비활성 가스를 일정 압력으로 그린 타이어 내부에 주입하여, 가류 전 그린 타이어의 온도가 170 ∼ 180℃가 되도록 하여 10분 내지 15분 정도 유지시켜 미가류 고무내의 황분자와 고무 분자들을 가교 결합시킨 후에, 타이어를 몰드내에서 분리하여, 공기를 타이어 내부에 10분 내지 20분간 불어 넣어 급격한 온도 변화에 따른 타이어 내의 타이어 코드의 탄성회복과 수축에 따른 타이어의 형태 변화를 막아주는 것을 말한다.

일반적으로는 2kg/cm²이상의 공기압으로 공기를 불어넣게 된다. 블래더는 부틸이 함유된 부틸 고무를 일반적으로 사용하며, 그린타이어란 고무 및 타이어 코드, 비드 와이어 및 스틸코드가 보강 및 적층되어 있는 미 가류 상태의 고무 구조물을 말한다.

폴리에스터 타이어 코드의 경우 이러한 가류 후 팽창 공정이 필수적인 바, 이는 폴리에스터 타이어 코드의 열수축이 레이온이나 라이오셀에 비하여 크기 때문이다.

라이오셀을 이용한 카카스 코드(3)은 3000d ∼ 5500d의 총데니어, 15 ∼ 30 EPI 의 밀도로 사용되는 것이 바람직하며, 10 ∼ 15tpi의 꼬임수를 가진다.

보다 바람직하게는 10 ∼ 12tpi, 3300d의 코드가 적용될 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, 타이어의 최대단면 높이(CH)는 타이어의 공칭 림 직경으로부터 타이어의 트레드부의 반경방향 최외측부까지 측정된 반경 방향 거리이다.

또한 공칭 림 직경은 그 사이즈에 의해 지정되는 바와 같은 타이어의 직경이다.

타이어의 최대단면 폭은 타이어가 24시간 동안 정상 압력으로 팽창된 후 무하중 상태에서 측정한 타이어의 축에 평행한 측벽의 외측사이의 최대 직선거리이며, 타이어의 라벨, 장식, 보호 밴드로 인한 측벽의 증가는 배제한다.

여기서 정상 압력이란 타이어의 서비스 조건에 대해 적합하도록 표준 협회 또는 관련 협회에 의하여 설정된 특정 설계 팽창 압력 및 하중을 의미한다. 본 발명의 목적을 위해, 타이어의 최대 단면 높이/최대단면 폭의 비는 0.6이하인 것이 선호된다.

실시예 및 비교예 1, 2 ;

이러한 PET 코드(비교예 1)와 기존의 레이온 코드(비교예 2), 본 발명에 사용된 라이오셀 코드의 특성 및 상기 코드를 타이어에 적용하였을 때 그 결과를 비교해 보면 표 1과 같다.

< 표 1 >

	재 료	S1/S2	S3/S4	E(%)	비 고
비교예 1	PET	1.0-1.2	0.75이하	2.5이상	S3/S4가 낮기 때문에 저편평비 타이어 사용시 형태안정성과 고온물성에 문제있음.
비교예 2	레이온	1.8이상	0.80이하	1.0이하	S1/S2가 크기 때문에 타이어 제조시 공정상 문제 및 내구성 문제있음.
실시예	라이오셀	1.2-1.6	0.80이상	1.0미만	타이어 내구성 향상과 유니포머티, 형태안정성 향상

< 측정 방법 >

S1 : 107℃, 2시간 건조후의 강도

S2 : 25℃, 65RH에서 24시간 방치하여 컨디셔닝한 후에 측정한 강도

S3 : 140℃에서 측정한 강도

S4 : 25℃에서 측정한 강도

E : 177℃, 0.01g/d 조건에서 2분간 방치하여 측정한 수축율

실시예

도 1에 도시된 본 발명의 래디얼 타이어에 있어서, 카카스 플라이(2)는 적어도 한층의 카카스 플라이 보강용 타이어 코드(3)을 포함한다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 반경 방향 외측 플라이 턴업(4)을 가지는 카카스 플라이(2)가 제공되어 있으며, 이러한 카카스 플라이(2)는 바람직하게는 1층 ∼ 2층의 카카스 코드를 포함한다.

보강용 카카스 코드(3)는 타이어(1)의 원주방향 중간면에 대하여 85°∼ 90°의 각도로 배향된다.

도시된 특정 실시예에 있어서, 보강용 카카스 코드(3)는 원주 방향 중간면에 대하여 90°로 배열되어 있다.

카카스 코드(3)은 고온 형태안정성과 건강도/습강도비가 우수한 라이오셀을 이용하여 제작된다.

플라이 턴업(4)의 경우, 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 ∼ 80% 정도의 높이를 가지도록 하는 것이 선호된다.

플라이 턴업이 40% 미만으로 낮은 경우에는 타이어 측벽의 강성 보완 효과가 지나치게 낮으며, 80%를 초과한 경우에는 타이어 측벽 강성이 너무 높아 승차감등에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 타이어(1)의 비드 영역(5)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(6)를 갖는다. 비드코어는 연속적으로 감겨진 단일의 또는 단일 필라멘트 강선으로 만들어지는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 있어, 0.95mm ∼ 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4x4 구조를 형성하며, 4x5 구조를 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 특정 실시예에 있어, 비드 영역은 또한 비드필러(7)를 가지며, 상기 비드 필러의 경우, 일정 수준 이상의 경도를 가지는 것이 필요하며, 바람직하게는 쇼어 A 경도(Shore A hardness)가 40이상인 것이 선호된다.

본 발명에 있어, 타이어(1)는 벨트(8)와 캡플라이(9)구조에 의하여 크라운 부가 보강된다.

도시된 특정 실시예에 있어, 벨트 구조체(8)는 두 개의 절단 벨트 플라이(10)를 포함하며 벨트 플라이의 코드(11)는 타이어의 원주 방향 중앙면에 대하여 약 20도의 각도로 배향된다.

벨트 플라이의 코드(11)는 원주 방향 중앙면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트 플라이의 코드(12)의 방향과는 반대로 배치된다.

그러나 벨트(8)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16 ∼ 24°의 범위로 배치될 수 있다.

벨트(8)는 타이어(1)의 작동중에 노면으로부터의 트레드(13)의 상승을 최소화하도록 측방향 강성을 제공하는 역할을 한다.

제시된 실시예에 있어서, 벨트(8)의 코드(11,12)는 스틸코드로 제조되어 있으며, 2+2구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에 있어, 벨트(8)부의 상부에 캡플라이(9)와 에지플라이(14)가 보강되고 있다.

캡플라이(9)내의 캡플라이코드(15)는 타이어의 원주 방향에 평행하게 보강되어 타이어의 고속회전에 따른 원주 방향의 크기 변화를 억제하는 작용을 하며, 고온에서의 열수축 응력이 큰 캡플라이 코드(15)을 이용한다.

바람직하게는 나일론이 이용되며, 그 외의 유기 섬유코드, 예를 들어 PEN이나 레이온, 아라미드가 사용될 수 있으며, 스틸코드를 사용하는 것도 무방하다.

특정 실시예에 있어 1층의 캡플라이(9)와 1층의 에지플라이(14)가 사용되고 있으나, 바람직하게는 1 ∼ 2층의 캡플라이와 역시 1 ∼ 2층의 에지플라이가 보강되는 것이 좋다.

본 발명의 실시예에 따라 205/60R15 91V의 타이어가 제조 되었으며, 타이어의 중량은 9.9Kg이었다.

본 발명의 래디얼 타이어는 타이어 제작시 가류 후 팽창 공정이 생략되었으며, RFV(Radial Force Variation)와 LFV(Lateral Force Varition)가 가류후 팽창 공정을 사용한 기존의 폴리에스터 코드 타이어에 비하여 55 ∼ 100%만큼 개선되는 결과를 나타내어 유니포머티(uniformity)가 향상된다.

또 본 발명은 타이어 제조시 불필요한 시간의 낭비를 막을 수 있고 에너지의 절감을 가져올 수 있다.

또 본 발명의 타이어는 기존의 레이온 타이어 코드를 사용한 타이어에 비하여 피로 성능의 향상이 확인되었다.

또 본 발명은 기존의 레이온 타이어 코드를 사용한 타이어의 경우에 비하여 외부 반경의 성장이 10%이상 감소되어 형태안정성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (3)

1. 건강도(S1)가 4.0g/d ∼ 5.5g/d이며, 습강도(S2)가 3.0g/d ∼ 4.5g/d 사이이며, 건강도/습강도 비(S1/S2)가 1.2 ∼ 1.6사이이고, 고온 인장강도(S3)가 상온에서의 인장강도(S4)의 80%이상, 수축율(E) 1%미만인 라이오셀 코드가 카카스부에 적용되어 있는 것을 특징으로 하는 승용차용 래디얼 타이어.

   단, S1(g/d) ; 107℃에서 2시간 건조후 인장속도 300mm/분 초하중 0.05g/d의

   조건으로 측정.

   S2(g/d) ; 25℃, 65RH에서 24시간 방치후 S1과 같은 조건으로 측정.

   S3(g/d) ; 140℃에서 S1과 같은 조건으로 측정.

   S4(g/d) ; 25℃에서 수분율 1% 이하에서 S1과 같은 조건으로 측정.

   E(%) ; 177℃, 0.01g/d 조건에서 2분간 방치하여 측정.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 라이오셀 코드는 총 데니어 3000d ∼ 5500d, 꼬임수 10 ∼ 15tpi, 보강 밀도 15 ∼ 30EPI인 것을 특징으로 하는 승용차용 래디얼 타이어.
3. 청구항 1에 있어서, 편평비가 0.6 이하임을 특징으로 하는 승용차용 래디얼 타이어.