KR100639653B1

KR100639653B1 - 경량고속 래디얼 타이어

Info

Publication number: KR100639653B1
Application number: KR1020020023078A
Authority: KR
Inventors: 최수명; 김철
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2006-10-30
Also published as: KR20030084391A

Abstract

본 발명은 타이어의 카카스 및 벨트부를 보강하기 위한 섬유 코드로 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyetylene naphthalate; PEN) 섬유 코드를 적용한 경량고속 래디얼 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 따른 경량고속 래디얼 타이어는 타이어의 카카스층과 벨트 보강층에 총데니어수, 꼬임수 또는 탄성계수등의 물성이 적정한 PEN 섬유를 적용함으로써 경량화와 동시에 내구성이 개선된 경량고속 래디얼 타이어를 제공할 수 있다.

래디얼 타이어, 카카스, 벨트 보강층, 캡플라이, 폴리에틸렌 나프탈레이트

Description

경량고속 래디얼 타이어{Light weight pneumatic radial tire}

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 타이어의 개략적인 구조도이다.

※ 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

1 : 타이어 2 : 카카스층

3 : 카카스층 보강용 코드 4 : 플라이 턴업

5 : 비드영역 6 : 비드코어

7 : 비드필러 8 : 벨트

9 : 캡플라이 10 : 에지플라이

11 : 트레드

본 발명은 경량고속 래디얼 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이어의 카카스 및 벨트부를 보강하기 위한 섬유 코드로 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyetylene naphthalate; PEN) 섬유 코드를 적용함으로써 회전 저항의 감소와 경량화가 가능함과 동시에 내구성이 개선된 경량고속 래디얼 타이어에 관한 것이다.

현재 타이어의 설계 추세는 환경친화적인 것을 주목적으로 하고 있는 바, 타이어의 중량과 회전 저항 감소로 연료의 소비량을 줄이는 것이 상당히 중요한 부분을 차지하고 있다.

타이어의 경량화와 내구성의 향상을 달성하기 위하여, 타이어에 가해지는 하중을 직접적으로 지지하고 타이어를 조종하기 위해 가해지는 하중을 전달하는 카카스에 탄성계수가 높고 수축율이 적은 섬유 코드를 사용하는 것이 타이어 성형시 유니포머티 측면에서 유리하고 조종성능이 우수한 것으로 알려져 있다. 이러한 섬유코드로서 종래의 타이어 공업에서는 레이온, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등이 사용되는 것이 일반적이었으나, 최근에는 신소재 고강도 섬유인 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 적용하는 방법이 연구되고 있다. 일례로 일본특허 P2000-185508A에 1,000 내지 10,000 데니어의 PEN 코드를 카카스로 채택하여 조종안정성을 향상시킨다고 주장하고 있으나, 청구된 바와 같이 2플라이 합연구조를 채택하는 경우, 코드의 게이지(guage)가 증가하여 타이어의 경량화에는 좋지 않은 영향을 미친다. 다른 예로 일본특허 P2000-177310A에도 동일한 구조의 200g의 장력하에서 동탄성계수가 4×10¹⁰ 내지 6×10¹⁰dyn/㎠인 PEN 코드를 카카스 소재로 이용한 발명이 개시되어 있으나, 이러한 수준의 물성은 접착처리가 되어 있는 PEN 코드로서는 달성하기 어려우며 또한 이렇게 동탄성계수가 높은 코드를 카카스로 이용할 경우에는 타이어의 탄성이 매우 높아 승차감에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.

한편, 타이어의 캡플라이는 고온에서의 타이어 형태성장을 막아주기 위한 보강재로서, 특히 고온에서 수축이 발생하여 고온에 따른 타이어 내부의 공기압 증가에 따 른 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 일반적이다. 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 있다.

그러나, 지금까지 PEN 코드를 캡플라이로 적용한 타이어의 카카스에 대한 개발은 알려져 있지 않다.

이에 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 총데니어수, 꼬임수 또는 탄성계수가 적정한 PEN 섬유를 타이어의 카카스 코드 뿐 아니라 캡플라이 소재로도 적용함으로써 경량화와 동시에 내구성이 개선된 경량고속 래디얼 타이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경량고속 래디얼 타이어는 카카스층과, 그 카카스 외주측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주측에 형성된 원주방향의 유기섬유 벨트 보강층을 포함하는 래디얼 타이어에 있어서, 상기 카카스층과 상기 벨트 보강층에 사용되는 유기섬유 코드가 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 섬유로 된 것임을 특징으로 한다.

상기 카카스층에 사용되는 섬유 코드는 1,000 내지 3,500데니어의 PEN 섬유로서 200g 장력하에서 동적탄성계수가 5×10⁹ 내지 2×10¹⁰dyn/㎠, 0.5g/d 하중하에서 정적탄성계수가 100g/d 이상이며 10 내지 15tpi(turns of inch)로 꼬인 3합연사인 것이 바람직하다.

또한 상기 벨트 보강층에 사용되는 섬유 코드의 신도는 50℃, 1.4g/d 하중하에서 2.0 내지 3.0%이며, 170℃, 0.5g/d 하중하에서 3.0 내지 3.5%인 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

종래의 고속용 타이어(V-grade 이상)의 경우, 열적인 특성때문에 대부분 레이온을 카카스 소재로 사용하고 있으나, 레이온의 경우 강도가 약하기 때문에 카카스 소재용 섬유의 사용량이 많고, 수분 함유율에 따라 코드 물성이 민감하게 변동하기 때문에 수분율을 엄격하게 관리해야 하는 번거로움이 있었다. 본 발명에서는 카카스 소재로 레이온 대신에 PEN 섬유를 사용함으로써 레이온을 사용한 경우에 대비하여 40% 이상의 무게 감소가 가능하도록 하며, 엄격한 수분 관리의 필요성을 줄이는데 그 특징이 있다.

또한, 동시에 벨트 보강층 소재로서 종래에 나일론 66을 사용하는 경우가 일반적이었으나, 본 발명에서는 적정한 신도 및 수축력을 갖는 PEN 섬유를 적용함으로써 고온에서 타이어의 크기 성장을 제한하여 회전저항을 감소한데 그 특징이 있다.

상기 카카스 소재로 사용되는 PEN 섬유는 1,000 내지 3,500 데니어의 총데니어, 20 내지 35의 경사밀도(End Per Inch; EPI), 10 내지 15tpi의 꼬임수를 갖는 것이 바 람직하게 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는 2,000 내지 3,500 총데니어, 10 내지 12tpi의 꼬임수를 갖는 3합연사인 것이 적용될 수 있다. 이때 1,000 데니어 미만의 섬유를 이용할 경우에는 타이어의 강도 유지를 위하여 여러층의 카카스층을 설치해야 하므로 타이어의 제조 비용이 상승하게 되며, 3,500 데니어를 초과한 섬유를 이용시에는 카카스층의 두께가 필요 이상으로 증가해 타이어의 중량 증가를 초래하게 된다. 특히, 1,000 내지 3,500 데니어의 2합연 구조가 아닌 3합연사를 채택함으로서 2합 구조에 비하여 더욱 컴팩트하게 타이어 코드를 제작할 수 있어, 전체적인 타이어의 두께가 얇아지고 결과적으로 고무의 무게를 줄일 수 있다.

또한, 타이어의 조종안정성과 승차감을 동시에 개선하기 위하여, 상기 PEN 섬유는 200g 장력하에서 동적탄성계수가 5×10⁹ 내지 2×10¹⁰dyn/㎠, 0.5g/d 하중하에서 정적탄성계수가 100g/d 이상인 것이 요구된다. 이 경우 동적탄성계수가 5×10⁹dyn/㎠미만인 경우에는 조종안정성이 개선되지 않으며, 2×10¹⁰dyn/㎠보다 큰 경우에는 승차감이 좋지 않아 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 타이어는 상술한 카카스층의 1층 또는 2층을 포함함으로써 타이어 경량화 목적에 있어서 바람직하다.

본 발명에서는 상기 PEN 코드를 상기 카카스층에 적용함과 동시에 벨트 보강층 소재로도 적용한다. 벨트 보강층 소재로는 500 내지 2,500 데니어의 총데니어인 코드로 50℃, 1.4g/d 하중하에서 신도가 2.0 내지 3.0%이며, 동시에 170℃, 0.5g/d 하중하에서 3.0 내지 3.5%인 것이 바람직하게 사용될 수 있다.

타이어의 벨트부는 고온에서 타이어의 형태 성장을 막아주기 위한 보강재로서, 특히 고온에서 수축이 발생하여 타이어 내부의 공기압 증가로 인한 타이어의 팽창을 막아주는 데 중점을 두고 있다. 이러한 타이어 벨트 보강층은 타이어 단면 전폭에 걸치는 캡플라이와 타이어의 숄더 부위에만 보강되는 에지플라이가 있으며, 본 발명에서는 상기 특성을 갖는 PEN 섬유를 적용한 캡플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1층 또는 2층의 캡플라이를 포함하는 것이 좋다. 또한 상기 PEN 섬유를 에지플라이용 소재로도 이용할 수 있다. 이로써 종래 벨트 보강층의 소재로 사용하던 나일론 66에 비해 수축력이 크지 않은 PEN 섬유를 사용하더라도 타이어의 회전 저항 감소를 달성할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 카카스층 및 벨트 보강층에 PEN 코드를 적용함에 있어서, V-grade 이상의 타이어, 바람직하게는 편평비가 0.6 이하인 래디얼 타이어에 사용함으로써 타이어의 경량화와 동시에 조종 안정성의 향상과 내구성의 향상을 가져오는 것이 가능하다. 타이어의 편평비가 0.6을 초과하게 되면, 상기 PEN 소재를 사용한 경우의 타이어 성능이 다른 소재를 사용한 타이어에 비하여 큰 차이가 나지 않으며, 편평비가 0.6이 넘는 일반 타이어의 경우, 사용된 코드의 종류에 따른 타이어 성능의 변화가 크지 않다.

상술한 바와 같이, 편평비 0.6 이하의 타이어에 본 발명에 의한 적합한 물성을 갖는 PEN 코드를 카카스에 적용함으로써 PEN 섬유의 고탄성에 의해 타이어 전체의 강성이 향상되고 조종안정성이 개선될 수 있으며, 이와 동시에 적합한 물성의 PEN 코드를 벨트 보강층에 적용함으로써 종래에 주로 사용되던 나일론 소재를 사용하지 않고도 목적하는 회전저항의 감소를 달성할 수 있다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다. 그러나, 이하의 실시예는 단지 예시를 위한 것이므로, 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어서는 안 될 것이다.

[실시예1-2]

본 발명에 따른 래디얼 타이어(1)는 반경 방향 외측 플라이 턴업(4)을 갖는 카카스층(2)을 가지며, 상기 카카스층은 1 내지 2층의 카카스층 보강용 섬유 코드(3)를 포함하도록 설치하였다. 이때 카카스 코드의 사양은 다음의 표1에 나타낸 바와 같이 하고, 타이어의 원주 방향 중간면에 대하여 90도 각도로 배향하였다. 상기 플라이 턴업(4)은 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 내지 80%의 높이를 갖도록 하였다. 비드부(5)는 0.95 내지 1.00㎜ 직경의 고강도 강선이 4×4로 형성된 비드코어(6)와 shore A hardness 40 이상의 경도의 비드필러(7)를 갖도록 하였다. 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. 이때 캡플라이 코드의 소재로 다음의 표1에 나타낸 PEN 코드를 적용하여 제조하였다.

[비교예1-4]

타이어 제작을 위한 코드 소재 및 규격을 표1과 같이 달리 하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[표 1]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 215/60 R15 V 타이어를 2000cc 등급의 승용차에 장착하고 60㎞/h 속도로 주행하면서 차량내 발생하는 소음을 측정하여 가청 주파수 영역의 값을 노이즈(dB)로 나타내었으며, 조종 안정성 및 승차감은 숙련된 운전자가 테스트 코스를 주행하여 100점 만점에 5점의 단위로 평가하여 그 결과를 다음의 표2에 나타내었다. 또한, 동일한 시험에서 타이어의 원주방향 수치 변화와 횡방향 수치 변화를 측정하여 타이어의 유니포머티를 측정하고 타이어의 무게를 측정하여 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 비드 분리, 코드절단, 벨트 세퍼레이션 등의 흔적을 찾을 수 없는 경우에 합격(OK) 으로 판정하였다.

[표 2]

구 분	실시예1	실시예2	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
타이어무게(kg)	9.45	9.47	9.98	9.99	10.08	10.12
승차감	100	100	90	95	90	95
조종안정성	100	100	95	90	95	95
내구성	OK	OK	OK	OK	OK	OK
유니포머티	100	97	95	92	96	97
소음(dB)	61.4	61.8	64.5	62.5	65.4	63.2

상기 표2의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 타이어(실시예1,2)는 종래의 카카스 또는 캡플라이 중 어느 한 곳에만 PEN 코드를 적용한 경우(비교예5, 6, 8)에 비하여 타이어의 무게가 확실히 줄어드는 것을 볼 수 있으며, 따라서 회전저항의 감소가 가능함을 알 수 있다. 또한, 성능면에서도 PEN 코드를 카카스와 캡플라이 양쪽에 사용하는 본 발명의 경우에 승차감, 조종 안정성 및 소음 감소면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 유니포머티 또한 향상됨을 알 수 있다. PEN 코드를 캡플라이에만 적용하는 종래의 경우(비교예2, 4)에는 소음이나 승차감면에서 다소 효과가 있으나, 조종안정성의 향상이나 타이어 무게의 감소 효과는 나타나지 않았다. 또한, 카카스에만 PEN 코드를 적용한 경우(비교예1)에는 타이어의 조종안정성은 향상되나 승차감의 향상이 나타나지 않았다.

본 발명에 따르면, 경량고속 래디얼 타이어의 카카스층과 벨트 보강층에 동시에 PEN 코드를 적용함으로써 타이어의 내구성, 승차감 및 조종안정성 등에 대해 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 고강도의 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

카카스층과, 그 카카스 외주측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주측에 형성된 원주방향의 유기섬유 벨트 보강층을 포함하는 래디얼 타이어에 있어서,

상기 카카스층과 상기 벨트 보강층에 사용되는 유기섬유 코드는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN) 섬유가 10 내지 15tpi(turns of inch)로 꼬인 3합연사인 것을 특징으로 하는 경량고속 래디얼 타이어.
제1항에 있어서,

상기 카카스층에 사용되는 섬유 코드는 1,000 내지 3,500데니어의 PEN 섬유로서 동적탄성계수가 5×10⁹ 내지 2×10¹⁰dyn/㎠이며, 정적탄성계수가 100g/d 이상인 것을 특징으로 하는 상기 경량고속 래디얼 타이어.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 카카스층이 1층 또는 2층임을 특징으로 하는 상기 경량고속 래디얼 타이어.
제1항에 있어서,

상기 벨트 보강층에 사용되는 섬유 코드의 신도가 50℃, 1.4g/d 하중하에서 2.0 내지 3.0%이며, 170℃, 0.5g/d 하중하에서 3.0 내지 3.5%임을 특징으로 하는 상기 경량고속 래디얼 타이어.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 벨트 보강층이 1층 또는 2층임을 특징으로 하는 상기 경량고속 래디얼 타이어.
제1항에 있어서,

상기 타이어의 편평비가 0.6 이하임을 특징으로 하는 상기 경량고속 래디얼 타이어.