KR100584695B1

KR100584695B1 - 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유를 이용한 고성능래디얼 타이어

Info

Publication number: KR100584695B1
Application number: KR1020030051415A
Authority: KR
Inventors: 권익현; 방윤혁; 김철
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2006-05-29
Also published as: KR20050012445A

Abstract

본 발명은 래디얼 타이어의 벨트 보강층부에 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유가 적용된 고성능 래디얼 타이어에 관한 것으로, 상기 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유는 하기 물성을 만족하며, 타이어 적용시 타이어의 피로 성능 및 주행시의 형태안정성이 향상된 것을 특징으로 한다.

(1) 0.6 내지 0.9의 고유점도, (2) 8.5g/d 이상의 강도, (3) 6% 이상의 신도, (4) 0.35 이상의 복굴절률, (5) 1.355 내지 1.375의 밀도, (6) 270 내지 285℃의 융점, 및 (7) 1 내지 4%의 수축률

고강력, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 딥코드, 형태안정성, 조종안정성, 타이어, 캡플라이

Description

폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유를 이용한 고성능 래디얼 타이어{High performance radial tire using polyethylene-2,6-naphthalate fiber}

도 1은 본 발명에 따른 방사 공정을 개략적으로 나타낸 도식도이다.

도 2는 본 발명에 따른 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 딥코드를 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 도식적으로 나타낸 개략도이다.

※ 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

11 : 타이어 12 : 카카스층

13 : 카카스층 보강용 코드 14 : 플라이 턴업

15 : 비드영역 16 : 비드코어

17 : 비드필러 18 : 벨트 구조체

19 : 캡플라이 20 : 벨트플라이

21, 22 : 벨트코드 23 : 트래드

24 : 에지플라이 25 : 캡플라이 코드

본 발명은 고온형태안정성과 강력이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 코드를 벨트보강층부(캡 플라이)에 적용한 고성능 래디얼 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고성능 래디얼 타이어에 하기 물성을 만족하는 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유로 제조된 딥코드가 적용되어서 타이어의 피로 성능 향상과 형태안정성을 개선한 고성능 래디얼 타이어에 관한 것이다.

(1) 0.6 내지 1.0의 고유점도, (2) 8.5g/d 이상의 강도, (3) 6% 이상의 신도, (4) 0.35 이상의 복굴절률, (5) 1.355 내지 1.375의 밀도, (6) 270 내지 285℃의 융점, 및 (7) 1 내지 4%의 수축률

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

상기 타이어의 벨트보강층(캡플라이)는 고온에서의 타이어 형태성장을 막아주기 위한 보강재로서, 특히 고온에서 수축이 발행하여 고온에 따른 타이어 내부의 공기압 증가에 따른 타이어 팽창을 막아주는 것에 중점을 두고 있다. 이러한 타이어 캡플라이의 소재로 종래에는 고온에서 수축률과 수축력이 크고 열에 의한 물성 저하가 비교적 적은 폴리아미드 66 소재를 사용하는 것이 일반적이었다.

최근에는 타이어의 경량화와 코너링성능을 향상시키기 위하여 캡플라이에 PEN 섬유를 적용하기 위한 노력이 계속되고 있는데, 이러한 예로 미국특허 제5,931,211호에 PEN 코드를 캡플라이 소재로 이용한 발명이 개시되어 있으며, PEN 코드를 캡플라이 소재로 이용하는 경우에 고속 내구성 및 조종안정성의 향상과 소음의 감소가 가능함을 보여주고 있으나, 상기 PEN 코드의 경우 내피로성 및 강력이용률이 낮다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점 때문에, 기존의 PEN 코드를 캡플라이로 이용한 타이어의 경우 고속 내구성 및 조종안정성의 향상과 소음의 감소가 가능성이 있음에도 불구하고 사용에 제약을 받아왔다.

본 발명은 공기입 래디얼 타이어의 벨트보강층부의 재료로 사용되는 코드를 고온물성, 형태안정성 및 강력이 우수한 하기 물성을 만족하는 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유로 대체함으로써, 형태안정성 및 피로 성능이 향상되고 편평비가 0.6이하인 고성능 공기입 래디얼 타이어를 제공하는데 기술적 과제를 두고 있다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같은 타이어(11)의 벨트 보강층(19)내의 보강용 타이어 코드(25)에 고온 형태안정성 및 강력이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유를 적용한 것이다.

본 발명에서 사용되는 벨트보강층부에 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유는 하기와 같이 제조된다.

(a) 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 85 몰% 이상 함유하고 고유점도가 0.80 내지 1.20 범위인 고상중합 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 칩을 20 내지 200의 방사 드래프트비로 용융방사하여 용융방출사를 생성하는 단계, (b) 이 용융방출사를 지연냉각구역 및 냉각구역을 통과시켜 고화시키는 단계, (c) 미연신사의 복굴절율이 0.015이하이고 융점상승이 1℃ 이하가 되도록 하는 방사속도로 사를 인취한 후, 연속적으로 총연신비 4.0 이상으로 하고 다단연신시켜 사를 권취하는 단계를 거쳐 고온 형태안정성 및 강력이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유가 제조된다.

상기 방법으로 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유의 물성은 다음과 같다.

이하 본 발명에서의 고온 형태안정성 및 강력이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유의 제조공정을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 사용되는 폴리에틸렌 나프탈레이트 칩은 최소한 85 몰%의 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 함유하며, 바람직하게는 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위만으로 구성된다.

선택적으로, 상기 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트는 에틸렌글리콜 및 2,6-나프 탈렌 디카르복시산 혹은 이들의 유도체 이외의 하나 또는 그 이상의 에스테르-형성 성분으로부터 유도된 소량의 유니트를 공중합체 유니트로서 편입할 수 있다. 폴리에틸렌 나프탈레이트 유니트와 공중합가능한 다른 에스테르 형성 성분의 예로는 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올등과 같은 글리콜과, 테레프탈산, 이소프탈산, 헥사하이드로테레프탈산, 스틸벤 디카르복시산, 디벤조산, 아디프산, 세바스산, 아젤라산과 같은 디카르복시산을 포함한다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌 나프탈레이트 칩은, 바람직하게는 나프탈렌-2,6-디메틸카르복실레이트(NDC)과 에틸렌글리콜 원료를 2.0 내지 2.3의 비율로 190℃에서 용융혼합하고, 이 용융혼합물을 에스테르 교환반응(220 내지 230℃에서 약 2 내지 3시간 동안) 및 축중합반응(280 내지 290℃에서 약 2 내지 3시간 동안)시켜 고유점도 0.42 내지 0.50 수준의 로우 칩(raw chip)을 만든 후, 240 내지 260℃의 온도 및 진공하에서 0.80 내지 1.20의 고유점도 및 30 ppm 이하의 수분률을 갖도록 고상중합된다.

에스테르 교환반응시, 에스테르 교환반응 촉매로서는 망간 화합물, 바람직하게는 망간 아세테이트를 최종 중합체 중의 망간 금속으로서의 잔존량이 10 내지 90 ppm이 되도록 하는 양으로 첨가할 수 있는데, 이 양이 10 ppm보다 적으면 에스테르 교환반응속도가 너무 느려지고, 90 ppm보다 많으면 필요 이상의 망간 금속이 이물질로 작용하여 고상중합 및 방사시 문제가 된다.

축중합 반응시, 중합촉매로서는 안티몬 화합물, 바람직하게는 삼산화 안티몬을 최종 중합체 중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 100 내지 900 ppm이 되도록 하 는 양으로 첨가할 수 있는데, 이 양이 100 ppm보다 적으면 중합반응속도가 느려져 중합효율이 저하되고, 900 ppm보다 많으면 필요 이상의 안티몬 금속이 이물질로 작용하여 방사연신 작업성을 떨어뜨린다. 또한, 이때 인계 내열안정제, 바람직하게는 트리메틸포스페이트를 최종 중합체 중의 인 원소로서의 잔존량이 10 내지 95 ppm이 되도록 하는 양으로 첨가할 수 있으며, 망간/인 함량비는 2.0 이하로 한다. 망간/인 함량비가 2.0보다 높으면 고상중합시 산화가 촉진되어 방사시 정상적인 물성을 수득할 수 없게 되므로 2.0 이하로 조절하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트 칩을 본 발명의 방법에 따라 섬유화하며, 도 1은 이러한 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 제조공정을 개략적으로 도시한다.

단계 (a)에서, 폴리에틸렌 나프탈레이트 칩을 팩(1) 및 노즐(2)을 통해 300 내지 318℃의 온도에서 20 내지 200의 방사 드래프트비(최초 권취롤러 위에서의 선속도/노즐에서의 선속도)로 저온 용융방사함으로써 열분해 및 가수분해에 의한 중합체의 점도의 저하를 방지할 수 있다. 방사 드래프트비가 20보다 작으면 필라멘트 단면 균일성이 나빠져 연신작업성이 현저히 떨어지고, 200을 초과하면 방사 중 필라멘트 파손이 발생하여 정상적인 원사를 생산하기 어렵게 된다.

단계 (b)에서, 상기 단계 (a)에서 생성된 용융방출사(4)를 냉각구역(3)을 통과시켜 고화시키는데, 필요에 따라 노즐(2) 직하에서 냉각구역(3) 시작점까지의 거리, 즉 후드 길이(L)에 가열장치를 설치할 수 있다. 이 구역을 지연 냉각구역 또는 가열구역이라 칭하는데, 100 내지 900 mm의 길이 및 300 내지 450℃의 온도를 가질 수 있다. 냉각구역(3)에서는 냉각공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circular closed quenching)법 및 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법 등을 적용할 수 있으나, 이것으로 제한되지는 않는다. 이어, 냉각구역(3)을 통과하면서 고화된 방출사(4)를 유제 부여장치(5)에 의해 0.5 내지 1.0%로 오일링할 수 있다.

단계 (c)에서, 공급 롤러(6)에서 미연신사의 복굴절률이 0.015이하이고 융점상승이 1℃ 이하가 되도록 하는 방사속도로 사를 권취하며, 바람직한 방사속도는 300 내지 1500 m/분이다.

본 발명에서는 미연신사의 미세구조를 조절하는 인자로서는 미연신사의 복굴절률과 미연신사의 융점상승이 사용된다.

본 발명의 핵심기술은 미연신사의 복굴절률과 융점상승을 각각 0.015이하, 1℃ 이하가 되도록 고상중합된 칩의 고유점도, 방사온도, 오리피스 길이/지경, 지연냉각조건, 냉각조건 및 방사속도 등과 같은 방사공정인자를 적절히 조절하는 것이다. 일반적으로 고강력 사를 제조하기 위해서는 미연신사의 연신성을 우수하게 제조하여야 한다. 만약 미연신사의 복굴절률이 0.015를 초과하면 연신 중에 결정화가 너무 급속히 진행되어 오히려 연신성이 떨어져 고강력사를 제조하기가 어렵다.

또한 본 발명에서는 미연신사의 미세구조를 조절하는 인자로 열분석기 상에서 나타나는 미연사에 대한 융점상승이 사용된다. 여기서 미연신사의 융점상승(△Tm)은 △Tm = Tm'-Tm" 에 의하여 계산된다. (단 상기식에서 Tm'는 미연신사의 융점이고, Tm"는 DSC(시차열분석기)에서 미연신사를 300℃에서 3분간 용융 하여 열이력을 없앤 후 급냉하여 측정된 사의 융점이다.)

본 발명에서 바람직한 미연신사의 융점상승은 1℃ 이하이다. 왜냐하면 미연신사의 융점상승 값은 미연신사의 결정화 속도에 관계된다. 미연신사의 결정화 속도가 클수록 융점상승정도는 비례하여 증가하는데, 이는 미연신사 시료의 결정화 속도가 빠를수록 DSC(시차열분석기)상에서 승온 중(20℃/min)에 결정화가 빠르게 진행되어 융점상승 값을 보다 크게 나타낸다. 본 발명에서는 미연신사의 융점상승 값이 낮을수록 연신공정 초기단계에서 미연신사의 결정화를 억제하여 최종 연신배율이 향상됨을 인지하고 미연신사의 융점상승은 1℃ 이하가 되도록 하였다. 만약 미연신사의 융점상승이 1℃를 초과하면 연신공정 초기에 미연신사의 결정화가 급속히 진행되어 연신성이 떨어진다.

앞서 상술한 바와 같이 본 발명에서는 고상중합된 칩의 고유점도, 방사온도, , 오리피스 길이/지경, 지연냉각조건, 냉각조건 및 방사속도 등을 적절히 조절함으로써 미연신사의 복굴절률을 0.015이하, 미연신사의 융점상승 1℃ 이하가 되도록 하여 연신공정에서 연신성을 최대한 확보하여 고강력의 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유를 제조할 수 있다.

또한 본 발명의 단계 (c)에서, 공급 롤러(6)를 통과한 사를, 일단 권취한 후 별도의 연신공정을 이용하여, 또는 바람직하게는 스핀드로우(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러(7, 8, 9 및 10)를 통과시키면서 다단연신시킴으로써 최종 연신사(11)를 수득하는데, 이때 제2단계 연신의 온도를 150 내지 180℃로 조절한다. 보다 구체적으로는, 먼저 0.5 내지 3%의 프리드로우(free draw)를 준 다음, 150 내지 180℃에서 5 내지 7배로 제1단계 연신을 행하고, 160 내지 200℃에서 1.2 내지 2.0배로 제2단계 연신을 행할 수 있으며, 제1단계 연신시 고배율 연신의 균일성을 높이기 위하여 스팀제트 공법을 적용할 수 있다. 이어, 통상적인 방법에 따라, 연신이 완료된 사를 220 내지 250℃의 온도로 열고정(heat setting)하고 0 내지 3%로 이완(relax)시킬 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 연신 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유는 0.73 내지 0.80의 고유점도, 8.5 g/d 이상의 강도, 6.0% 이상의 신도, 0.35 이상의 복굴절률, 1.355 내지 1.375의 밀도, 270 내지 285℃의 융점 및 1 내지 4%의 수축률을 갖는다.

본 발명에서는 상기 물성을 만족하는 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유를 연사기로 연사하여 생코드를 제조한 후 이를 제직하여 딥핑액에 침지하여 폴리에틸렌 나프탈레이트 딥코드를 제공한다.

이하 본 발명의 연사, 제직 및 디핑 공정을 보다 자세히 설명한다.

본 발명의 연사공정을 보다 상세히 설명하면, 상기 방법에 의해 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트 연신사는 권취된 원사 2본을 가연 및 합연이 동시 진행되는 다이렉트 연사기로써 연사하여 타이어코드용 '생코드(Raw Cord)'를 제조한다. 생코드는 타이어 코드용 폴리에틸렌나프탈레이트 원사에 하연(Ply Twist)을 가한 후에 상연(Cable Twist)을 가하며 합연함으로써 제조되며, 일반적으로 상연과 하연은 같은 연수 혹은 필요에 따라서 다른 연수를 가하게 된다.

본 발명에서 중요한 결과로는 폴리에틸렌 나프탈레이트 사에 부여되는 꼬임 의 수준(연수)에 따라 코드의 강신도, 중신, 내피로도 등의 물성이 변화되는 것이다. 일반적으로 꼬임이 높은 경우, 강력은 감소하며, 중신과 절신은 증가하는 경향을 띠게 된다. 내피로도는 꼬임의 증가에 따라 향상되는 추세를 보이게 된다. 본 발명에서 제조한 폴리에틸렌나프탈레이트 타이어코드의 연수는 상/하연 동시에 250/250 TPM 내지 500/500 TPM으로 제조하였는데, 상연과 하연을 같은 수치로 부여하는 것은, 제조된 타이어 코드가 회전이나 꼬임등을 나타내지 않고 일직선상을 유지하기 쉽도록 하여 물성 발현을 최대로 하는 것이다. 이때 250/250 TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 500/500 TPM 초과일 경우에는 강력 저하가 커서 타이어코드용으로 적절하지 않다.

본 발명에서는 필요에 따라 상/하연의 연수를 다르게 부여하는 경우도 있는데, 상연을 350TPM 내지 550TPM으로 조절하고, 하연을 300TPM 내지 550TPM으로 조절하여 각각 상하연이 다른 연수로 생코드를 제작하였다. 상/하연 연수를 다르게 제작하는 것은 생코드가 가지는 최적 물성 범위내에서 연수가 낮을수록 연사 비용은 감소하여 경제적으로 이익이 되기 때문이다. 이러한 꼬임을 평가하는 상수로서 "꼬임상수"가 제안되어 있다.

제조된 '생코드 (Raw Cord)'는 제직기(weaving machine)를 사용하여 제직하고, 수득된 직물을 딥핑액에 침지한 후, 경화하여 'Raw Cord'표면에 수지층이 부착된 타이어 코드용 '딥 코드(Dip Cord)'를 제조한다.

본 발명의 디핑 공정을 보다 상세히 설명하면, 딥핑은 섬유의 표면에 RFL (Resorcinol-Formaline-Latex)이라 불리는 수지층을 함침하여 줌으로써 달성되는 데, 원래 고무와의 접착성이 떨어지는 타이어 코드용 섬유의 단점을 개선하기 위하여 실시된다. 통상의 레이온 섬유 또는 나일론은 1욕 디핑을 행하는 것이 보통이며, PET 섬유를 사용하는 경우, PET 섬유 표면의 반응기가 레이온 섬유나 나일론 섬유에 비하여 적기 때문에 PET 표면을 먼저 활성화 한 후에 접착처리를 행하게 된다(2욕 딥핑). 본 발명에 따른 폴리에틸렌 나프탈레이트 사는 2욕 딥핑을 사용한다. 딥핑욕은 타이어 코드를 위해 공지된 딥핑욕을 사용한다.

전술한 방법에 따라 제조된 딥코드는 총 데니어가 3000 내지 6000데이어로서, 꼬임상수가 0.50 내지 0.85이고, 절단하중이 14.0 내지 35.0kg의 범위인 바, 승용차용 타이어 코드로서 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명은 공기입 래디얼 타이어의 벨트보강층(캡플라이)의 재료로 사용되는 코드를 상기 상술한 방법에 의해 제조하고, 고온물성, 형태안정성 및 강력이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유로 대체함으로써, 형태안정성 및 피로 성능이 향상되고 편평비가 0.6이하인 고성능 공기입 래디얼 타이어를 제공하는데 기술적 과제를 두고 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같은 코드를 제조한다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따라 제조된 폴리에틸렌나프탈레이트 딥코드를 이용한 캡플라이 코드(25)은 3,000d 내지 6,000d의 총데니어를 가진다. 카카스 플라이(12)는 적어도 한층의 카카스 플라이 보강용 타이어 코드 (13)를 포함한다. 반경 방향 외측 플라이 턴업(14)을 가지는 카카스 플라이 (12)는 바람직하게는 1층-2층의 카카스 코드를 포함한다. 보강용 카카스 코드(13)는 타이어(11)의 원주방향 중간면에 대하여 85°- 90°의 각도로 배향된다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 보강용 카카스 코드(13)는 원주 방향 중간면에 대하여 90°로 배열되어 있다. 플라이 턴업(14)의 경우, 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 - 80% 정도의 높이를 가지도록 하는 것이 선호된다. 플라이턴업이 40%이하로 낮은 경우에는 타이어 측벽의 강성 보완 효과가 지나치게 낮으며, 80%이상인 경우에는 타이어 측벽 강성이 너무 높아 승차감 등에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.

이하 도 2를 보다 자세히 하기와 같이 설명한다.

타이어(11)의 비드 영역(15)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(16)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(17)를 가지며, 상기 비드 필러의 경우, 일정 수준 이상의 경도를 가지는 것이 필요하며, 바람직하게는 Shore A hardness 40이상인 것이 선호된다.

본 발명에 있어, 타이어(11)는 벨트(18)와 캡플라이(19)구조에 의하여 크라운 부가 보강된다. 벨트 구조체(18)는 두 개의 절단 벨트 플라이(20)를 포함하며 벨트 플라이의 코드(21)는 타이어의 원주 방향 중앙면에 대하여 약 20도의 각도로 배향된다. 벨트 플라이의 코드(21)는 원주 방향 중앙면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트 플라이의 코드(22)의 방향과는 반대로 배치된다. 그러나 벨트(18)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16-24°의 범위로 배치될 수 있다. 벨트(18)는 타이어(11)의 작동중에 노면으로부터의 트레드(23)의 상승을 최소화하도록 측방향 강성을 제공하는 역할을 한다. 벨트(18)의 코드(21), (22)는 스틸코드로 제조되어 있으며, 2+2구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작할 수 있다. 벨트(18)부의 상부에 캡플라이(21)와 에지플라이(24)가 보강되어 있는데 캡플라이(19)내의 캡플라이 코드(25)는 타이어의 원주 방향에 평행하게 보강디어 타이어의 고속 회전에 따른 원주 방향의 크기 변화를 억제하는 작용을 하며, 고온에서의 열수축응력이 큰 캡플라이 코드(25)를 이용한다. 1층의 캡플라이(19)와 1층의 에지플라이(21)를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 1-2층의 캡플라이와 역시 1-2층의 에지플라이가 보강되는 것이 좋다.

[실시예]

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 비교예에서 타이어코드 등의 특성은 하기와 같은 방법으로 그 물성을 평가하였다.

(a) 타이어 코드 강력(kgf) 및 중간신도(%)

107℃로 2시간 건조후에 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하였는 데, 20Tpm(20회 twist/m)의 꼬임를 부가한 후 시료장 250mm, 인장속도 300m/min로 측정한다. 이때 부과한 중간신도(Elongation at specific load)는 하중 6.8kg인 지점의 신도를 나타낸다.

(b) 건열수축률(%, Shrinkage)

25℃, 65 %RH에서 24시간 방치한 후, 20g의 정차중에서 측정한 길이(L₀)와 150℃로 30분간 20g의 정하중에서 처리한 후의 길이(L₁)의 비를 이용하여 건열수축율을 나타낸다.

S(%) = (L₀ - L₁) / L₀ × 100

(c) E-S

일정 하중하에서의 신도를 본 발명에서는 중간신도(E)라 부르며, 이때 하중은 6.8kg을 의미한다. 특별히 하중 6.8kg일 때의 신도를 평가하는 이유는 타이어코드 1본당 걸리는 최대하중이 그 정도 수준임을 감안한 것이기 때문이다. 그리고 'S'는 상기 (b)항의 건열수축률을 의미하는 것으로, 중간신도(E)와 건열수축률(S)의 합을 ' E-S '라고 본 발명에서는 칭한다. 일반적으로 타이어가 가류하고 나면 코드의 수축률과 중간신도가 변하게 된다. 수축률과 중간신도의 합은 타이어를 완전히 제작하고 난 후의 코드가 가지는 모듈러스의 개념과 유사하다고 볼 수 있다. 즉, 'E-S'값이 낮으면 모듈러스가 높아지는 상관관계를 형성한다. 모듈러스가 높 으면 타이어의 변형에 따른 force생성량이 크기 때문에 조종이 더 쉬워지고, 반대로 같은 정도의 장력을 만들어 내기 위해서 적은 변형으로도 가능해지기 때문에 조정성능이 좋아지고 변형에 따른 형태안정성이 우수하다고 판단할 수 있다. 따라서, 'E-S'값은 타이어 제조시 코드성능의 우수성을 판단할 수 있는 물성치를 활용된다. 또한 타이어 제조시, E-S 수치가 낮은 타이어는 열에 의한 변형량이 작기 때문에 타이어의 균일성이 향상되는 효과가 있으며, 그에 따라 타이어 전체의 균일성이 향상되는 효과를 가져오게 된다. 따라서, E-S 수치가 낮은 코드를 사용한 타이어의 경우, 높은 코드를 사용하는 타이어보다 타이어의 균일도가 높아지는 효과가 있기 때문에 타이어 성능의 향상도 가능하다.

E-S = 중간신도(Elongation at 6.8kg) + 건열수축률(Shrinkage)

(d) 꼬임상수(R)

꼬임상수(R)은 다음과 같은 식에 의하여 구한다. 꼬임 상수가 같은 코드들은 합연되어 있는 단사가 코드의 길이 방향에 대하여 같은 각도로 보강되어짐을 의미한다:

(상기 식에서, R은 꼬임상수, N은 10cm 당 꼬임수 D은 총 데니어이고, ρ는 비중이다).

(e) 내피로도

타이어 코드의 피로 시험에 통상적으로 사용되는 Goodrich Disc Factigue Tester를 이용하여 피로시험 후 잔여강력을 측정하여 내 피로도를 비교하였다. 피로 시험 조건은 120℃, 2500RPM, 압축 10% 및 18%의 조건이었으며, 피로 시험후 tetra cholore ethylene 액에 24시간 침지하여 고무를 팽윤시킨 후 고무와 코드를 분리하여 잔여강력을 측정하였다. 잔여 강력의 측정은 107도 2시간 건조후 통상의 인장 강도 시험기를 이용하여 앞의 (a)방법에 따라 측정하였다.

(f) 접착력

접착력은 ASTM D4776-98 방법을 기준으로 H-테스트 방법으로 측정하였다.

[실시예 1]

망간 및 안티몬 금속을 각각 40 및 220 ppm 포함하는 고유점도(I.V.) 0.90, 망간/인 함량비 1.8 및 수분률 20 ppm의 고상중합 폴리에틸렌 나프탈레이트 칩을 제조하였다. 제조된 칩을 압출기를 사용하여 316℃의 온도에서 440g/분의 토출량 및 550의 방사 드래프트비로 용융방사하였다. 이때, 5개의 유니트를 갖는 스태틱 믹서를 팩의 중합체 도관 내에 설치하여 용융방사되는 중합체를 고르게 혼합시켰다. 이어, 방출사를 노즐 직하 길이 40cm의 가열구역(분위기온도 370℃) 및 길이 530mm의 냉각구역(20℃, 0.5m/초의 풍속을 갖는 냉각공기 취입)을 통과시켜 고화시킨 다음 방사 유제로 오일링하였다. 이 미연신사를 470m/분의 방사속도로 권취하고, 2% 프리드로를 준 다음 2단 연신시켰다. 제1단계 연신은 158℃에서 6.0배로, 제2단계 연신은 163℃에서 1.1배로 수행하며, 230℃에서 열고정하고 1% 이완시킨 다음 권취하여 1500데니어의 최종 연신사(원사)를 제조하였다.

제조된 원사 2가닥을 390 turns/m로 상하연하여 코드사를 제조한 후, 이 코드사를 딥핑 탱크에서 (PCP 수지+RFL)의 접착액에 침적한 다음 건조 지역에서 170℃로 1.0% 연신하에 150초간 건조하고 고온 연신 지역에서 240℃로 150초간 열고정한 후, 다시 RFL에 침적한 다음 170℃로 100초간 건조하고 240℃로 -1% 연신하에 40초간 열고정시켜 딥코드를 제조하였다.

이와 같이 제조된 연신사 및 딥코드의 물성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 7]

칩의 고유점도, 망간/인 함량비, 방사온도, 방사 드래프트비, 가열구역의 길이 또는 온도, 또는 미연신사의 복굴절률을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 연신사 및 처리 코드를 제조하였다.

[표 1]

[실시예 6]

본 발명의 실시예 5에 의해 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트 딥코드를 사용하여 제조된 래디얼 타이어는 캡플라이층을 가지며, 상기 캡플라이층은 실시예 5에 의해 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트 딥코드가 1층 내지 2층이 포함하도록 설치하였다. 이때 카카스 코드 및 캡플라이의 사양은 다음의 표2에 나타낸 바와 같이 하고, 벨트(8)는 상부에 1층의 캡플라이(9)와 1층의 에지플라이(14)로 된 벨트 보강층에 의해 보강되며 캡플라이(9) 내의 캡플라이 코드가 타이어의 원주 방향에 대하여 평행하도록 배치하였다.

[비교예8-9]

타이어 제작을 위한 코드 소재 및 규격을 표2와 같이 달리 하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[표1]

		실시예6	비교예8	비교예9
카카스	소재	PET	PET	레이온
	규격(d/합연사)	1500d/2	1500d/2	1650d/3
	EPI(ends/in)	25	25	25
	강력(Kg)	22	22	26
	탄성계수(g/d)	120	75	60
캡플라이	소재	PEN	나일론	나일론
	규격(d/합연사)	1500d/2	1260d/2	1260d/2
	강력(Kg)	23	24	24
	탄성계수(g/d)	90	30	30
타이어	편평비	0.60	0.60	0.60
	카카스층수	1	1	1
	캡플라이층수	1	1	1

상기 실시예6 및 비교예8-9에 따라 제조된 215/60 R15 V 타이어를 2000cc 등급의 승용차에 장착하고 60km/h 속도로 주행하면서 차량내 발생하는 소음을 측정하여 가청 주파수 영역의 갑을 노이즈(dB)로 나타내었으며, 조종 안정성 및 승차감은 숙력된 운전자가 테스트 코스를 주행하여 100점 만점에 5점의 단위로 평가하여 그 결과를 다음의 표2에 나타내었다. 내구성은 FMVSS 109의 P-메트릭 타이어 내구성 테스트(P-metric tire endurance test) 방법을 따라 측정온도 섭씨 38도(±3도), 타이어 표기 하중의 85, 90, 100% 조건으로, 주행 속도 80km/h로 하여 총 34시간 주행하여 트레드나 사이드월, 카카스 코드, 이너라이너, 비드 등 어느 부위에도 비 드 분리, 코드 절단, 벨트 세퍼레이션 등의 흔적을 찾을 수 없는 경우에 합격(OK)으로 판정하였다.

[표2]

구 분	실시예6	비교예8	비교예9
타이어무게(kg)	9.45	9.98	10.12
승차감	100	90	95
조종안정성	100	95	95
내구성	OK	OK	OK
유니포머티	100	95	97
소음(dB)	61.4	64.5	63.2

상기 표2의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 타이어(실시예 6)는 종래의 캡플라이에 나일론66를 적용한 경우(비교예 8, 9)에 비하여 타이어의 무게가 확실히 줄어드는 것을 볼 수 있으며, 따라서 회전저항의 감소가 가능함을 알 수 있다. 또한, 성능면에서도 본 발명에의해 제조된 PEN 코드를 캡플라이에 사용하는 본 발명의 경우에 승차감, 조종 안정성 및 소음 감소면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 유니포머티 또한 향상됨을 알 수 있다.

본 발명에서는 미연신사의 복굴절률 및 융점상승을 적절하게 조정함으로서 고강력 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유를 제조할 수 있으며, 이 사로부터 형성된 처리 코드는 치수안정성 및 강도가 우수하여 타이어 및 벨트 등의 고무제품의 보강재로서 또는 기타 산업적 용도로서 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 고성능 래디얼 타이어의 벨트보강층(캡플라이)에 본 발명의 고강력PEN 코드를 적용함으로써 타이어의 내구성, 승차감 및 조종안정성 등에 대해 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 고강도 PEN 섬유를 적용함으로써 보다 경량화된 타이어를 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

(a) 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 85 몰% 이상 함유하고 고유점도가 0.80 내지 1.20 범위인 고상중합 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 칩을 20 내지 200의 방사 드래프트비로 용융방사하여 용융방출사를 생성하는 단계,

(b) 이 용융방출사를 지연냉각구역 및 냉각구역을 통과시켜 고화시키는 단계, (c) 미연신사의 복굴절률이 0.015이하이고 융점상승이 1℃ 이하가 되도록 하는 방사속도로 사를 인취한 후, 연속적으로 총연신비 4.0 이상으로 하여 다단연신시켜 사를 권취하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는, 하기의 물성을 갖는 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유로 제조된 딥코드가 벨트보강층부에 적용되어 있는 것을 특징으로 하는 고성능 래디얼 타이어.

(1) 0.6 내지 1.0의 고유점도, (2) 8.5g/d 이상의 강도, (3) 6% 이상의 신도, (4) 0.35 이상의 복굴절률, (5) 1.355 내지 1.375의 밀도, (6) 270 내지 285℃의 융점, 및 (7) 1 내지 4%의 수축률
제1항에 있어서,

상기 딥코드는 총 데니어 3000d ∼ 5500d, 꼬임수 250 ∼ 500TPM, 보강 밀도 15 ∼ 30EPI인 것을 특징으로 하는 고성능 래디얼 타이어.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 벨트보강층이 1층인 것을 특징으로 하는 상기 고성능 래디얼 타이어.
제1항에 있어서,

편평비가 0.6 이하임을 특징으로 하는 고성능 래디얼 타이어.