KR101956711B1 - 타이어 코드용 폴리에스테르 원사 제조를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

타이어 코드용 고강도 폴리에스테르 원사 제조를 위한 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사 제조장치는 히팅 후드의 열이 방사구금으로 전이되는 것을 방지하기 위하여 상기 히팅 후드 및 상기 방사구금 사이에 배치되는 단열판을 포함한다.

Description

타이어 코드용 폴리에스테르 원사 제조를 위한 장치 및 방법{Apparatus and Method for Manufacturing Polyester Yarn for Tire Cord}

본 발명은 타이어 코드용 폴리에스테르 원사 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법은 폴리에스테르 칩을 용융시키는 단계, 상기 용융된 폴리에스테르를 방사구금을 통해 방사하는 단계, 상기 용융된 폴리에스테르가 상기 방사구금을 통해 배출되면서 형성되는 반고화 상태의 모노필라멘트들을 냉각시키는 단계, 상기 냉각된 모노필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시키는 단계, 상기 멀티필라멘트를 연신하는 단계, 및 상기 연신된 멀티필라멘트를 권취하는 단계를 포함한다.

한편, 타이어 코드는 높은 형태 안정성(즉, 낮은 중간 신도 및 낮은 건열수축율)을 가질 것이 요구된다. 타이어 코드에 우수한 형태 안정성을 부여하기 위하여, 저속 방사 후 높은 연신비(예를 들어, 6 이상)를 적용하여 고강도를 발현하는 통상의 산업용 폴리에스테르 원사와는 달리, 타이어 코드용 폴리에스테르 원사는 높은 방사 속도(예를 들어, 2500 m/min 이상)로 제조될 필요가 있다. 즉, 연신 공정 전에 섬유의 배향도를 증가시킴으로써 최종 제품인 타이어 코드의 형태 안정성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 방사 속도가 높을수록 연신비는 낮아질 수밖에 없다. 따라서, 낮은 연신비(예를 들어, 2.0 이하)로 인해 타이어 코드용 원사의 강력을 향상시키는데 한계가 있었고, 상대적으로 낮은 강력을 갖는 원사로 제조된 타이어 코드는 만족스러운 강도를 나타내지 못하였다.

타이어 코드의 형태 안정성을 저하시키지 않으면서도 기존의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사 대비 높은 강도를 갖는 폴리에스테르 원사를 제조하기 위한 노력의 일환으로, 용융된 폴리에스테르가 상기 방사구금을 통해 배출되면서 형성되는 반고화 상태의 모노필라멘트들의 냉각을 지연시키기 위하여 방사구금과 냉각부 사이에 히팅 후드를 배치하는 방안이 제시되었다.

즉, 상기 히팅 후드의 온도를 상기 방사구금의 온도와 동일하거나 그보다 약간 낮은 온도(즉, 200 내지 300℃)로 설정함으로써 상기 모노필라멘트의 냉각을 지연시키고 미연신사의 배향도를 조금이나마 더 증가시키고자 하였다.

그러나, 이와 같은 지연 냉각 방법으로 달성할 수 있는 폴리에스테르 원사의 강도 향상은 미미한 수준에 그쳤다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 관점은, 타이어 코드의 형태 안정성을 저하시키지 않으면서도 기존의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사 대비 높은 강도를 갖는 폴리에스테르 원사를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 관점은, 타이어 코드의 형태 안정성을 저하시키지 않으면서도 기존의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사 대비 높은 강도를 갖는 폴리에스테르 원사를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

위에서 언급된 본 발명의 관점 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 익스트루더(extruder); 상기 익스트루더를 통해 전달받은 용융된 폴리에스테르 수지를 방사할 수 있는 방사구금(spinneret); 상기 용융된 폴리에스테르 수지가 상기 방사구금으로부터 배출되면서 형성되는 다수의 모노필라멘트들을 가열할 수 있는 히팅 후드(heating hood); 상기 가열된 모노필라멘트들을 냉각할 수 있는 냉각부; 상기 냉각된 모노필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시킬 수 있는 집속부; 상기 멀티필라멘트를 연신할 수 있는 연신부; 상기 연신된 멀티필라멘트를 권취할 수 있는 와인더; 및 상기 히팅 후드의 열이 상기 방사구금으로 전이되는 것을 방지하기 위하여 상기 히팅 후드 및 상기 방사구금 사이에 배치되는 제1 단열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조장치가 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 따라, 용융된 폴리에스테르 수지를 방사구금을 통해 방사하는 단계; 상기 폴리에스테르 수지가 상기 방사구금으로부터 배출되면서 형성되는 다수의 모노필라멘트들을 400℃ 이상에서 가열하는 단계; 상기 가열된 모노필라멘트들을 냉각시키는 단계; 상기 냉각된 모노필라멘트를 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시키는 단계; 상기 멀티필라멘트를 연신하는 단계; 및 상기 연신된 멀티필라멘트를 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법이 제공된다.

위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.

본 발명에 의하면, 용융된 폴리에스테르 수지가 방사구금으로부터 배출된 직후 다이 스웰 현상에 따라 정렬된 폴리에스테르 수지의 분자 배열을 그 상태로 고정시킴으로써, 소정 연신비 하에서의 멀티필라멘트의 강력 발현 정도를 극대화시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 타이어 코드용 폴리에스테르 원사를 제조할 때와 같이 높은 방사속도로 인해 상대적으로 낮은 연신비가 적용될 수밖에 없는 환경에서도 그러한 낮은 연신비 하에서 구현될 수 있는 최대한의 강력이 발현되도록 함으로써 고강도의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사를 제조할 수 있고, 이와 같은 폴리에스테르 원사를 이용하여 타이어 코드를 제조함으로써 높은 강도 및 우수한 형태 안정성을 갖는 타이어 코드를 제공할 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 종래기술에 의해 형성된 폴리에스테르 멀티필라멘트의 연신 직전 및 직후의 분자 구조들을 개략적으로 각각 보여주고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 형성된 폴리에스테르 멀티필라멘트의 연신 직전 및 직후의 분자 구조들을 개략적으로 각각 보여주며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에스테르 멀티필라멘트 제조장치를 개략적으로 보여준다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.

일반적으로, 용융된 폴리에스테르 수지가 방사구금으로 배출될 때 갑작스러운 엔트로피 증가로 인해 출구 팽창(extrudate swell)이라고도 지칭되는 다이 스엘(die swell) 현상이 발생한다. 이러한 다이 스웰 현성에 의해, 폴리에스테르 수지의 분자 사슬(molecular chains) 및 교락점(entanglement points)이 규칙적으로 정렬된다(aligned).

그러나, 도 1에 예시된 바와 같이, 용융된 폴리머가 방사구금으로부터 배출되면서 형성되는 반고화 상태의 모노필라멘트들이 히팅 후드 및/또는 냉각부를 통과하면서 이와 같은 규칙적 분자 배열 상태가 다소 변형된다. 연신 직전의 멀티필라멘트의 분자 배열이 불규칙할수록 그 연신성은 낮아질 수밖에 없다(즉, 소정 연신비 하에서 강력 발현 정도가 감소할 수밖에 없다).

높은 방사속도로 인해 상대적으로 낮은 연신비가 적용될 수밖에 없는 타이어 코드용 원사의 경우, 이와 같은 낮은 연신성은 폴리에스테르 원사의 만족할만한 강도 향상을 불가능하게 한다.

따라서, 고강도의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사를 구현하기 위해서는 방사된 멀티필라멘트의 연신성을 향상시켜야 한다. 방사된 멀티필라멘트의 연신성을 향상시키기 위해서는, 방사구금으로부터 배출된 직후 다이 스웰 현상에 따라 정렬된 폴리에스테르 수지의 분자 배열을 그 상태로 바로 고정시켜 규칙적인 분자 배열이 연신 공정 직전까지 유지되도록 하여야 한다.

방사구금으로부터 배출된 직후 다이 스웰 현상에 따라 정렬된 폴리에스테르 수지의 분자 배열을 그 상태로 바로 고정시키기 위한 하나의 방법으로서, 레이저 조사를 고려하여 볼 수 있다.

방사구금으로부터 배출되는 폴리에스테르 수지의 분자 배열이 다이 스웰 현상에 의해 정렬된 직후에 상기 폴리에스테르 수지에 레이저를 강하게 조사함으로써(예를 들어, 방사구금으로부터 5 내지 15 mm 떨어진 지점을 통과하는 모노필라멘트 부분에 국부적으로 레이저를 조사함으로써), 상기 분자 배열을 정렬된 상태로(즉, 규칙적 배열 상태로) 고정시킬 수 있다.

그러나, 레이저를 위한 분자 배열 고정은 실험실 스케일에서 하나의 모노필라멘트에 대하여 수행될 수는 있지만 다수의 모노필라멘트들로 구성되는 원사의 대량생산에는 적합하지 않다는 단점이 있는데, 이것은 모노필라멘트 별로 레이저 가열 정도 편차가 발생할 수밖에 없기 때문이다.

더욱이, 고강도 폴리에스테르 원사의 제조를 위해서는 연신 전의 냉각 공정을 정밀하게 제어할 수 있는 폐쇄형 방사 시스템이 요구되는데, 레이저 조사 방식은 냉각 공정의 정밀 제어를 불가능하게 하는 개방형 방사 시스템으로 그 사용이 제한된다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 도 2에 예시된 바와 같이, 방사구금을 빠져나오는 반고화 상태의 다수의 모노필라멘트들이 히팅 후드에서 400℃ 이상의 고온으로 상대적으로 짧은 시간 동안 가열됨으로써 폴리에스테르의 분자 배열이 정렬된 상태로 고정되고, 규칙적 분자 배열을 갖는 멀티필라멘트가 소정 연신비로 연신됨으로써 강력 발현이 극대화된다.

이와 같이 제조된 본 발명의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사는 1 내지 3 데니어의 섬도를 각각 갖는 300 내지 1,000개의 모노필라멘트들을 포함하고, 9.7 g/d 이상의 인장강도 및 9.6% 이상의 절단신도를 갖는다.

바람직한 실시예들에 있어서는, 상기 폴리에스테르 원사는 10 g/d 이상의 인장강도를 갖는다.

선택적으로, 상기 모노필라멘트들은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있다.

이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조를 위한 장치 및 방법을 구체적으로 설명한다.

도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 익스트루더(110), 상기 익스트루더(110)를 통해 전달받은 용융된 폴리에스테르 수지를 방사할 수 있는 방사구금(120), 상기 용융된 폴리에스테르 수지가 상기 방사구금(120)으로부터 배출되면서 형성되는 다수의 모노필라멘트들을 가열할 수 있는 히팅 후드(140), 상기 가열된 모노필라멘트들을 냉각할 수 있는 냉각부(160), 상기 냉각된 모노필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시킬 수 있는 집속부(170), 상기 멀티필라멘트를 연신할 수 있는 연신부(180), 상기 연신된 멀티필라멘트를 권취할 수 있는 와인더(190), 및 상기 히팅 후드(140)의 열이 상기 방사구금(120)으로 전이되는 것을 방지하기 위하여 상기 히팅 후드(140) 및 상기 방사구금(120) 사이에 배치되는 제1 단열판(130)을 포함한다.

선택적으로, 본 발명의 장치는 상기 히팅 후드(140)의 열이 상기 냉각부(160)로 전이되는 것을 방지하기 위하여 상기 히팅 후드(140) 및 상기 냉각부(160) 사이에 배치되는 제2 단열판(150)을 더 포함할 수 있다.

0.8 내지 1.5의 고유점도를 갖는 폴리에스테르(예를 들어, PET) 칩을 익스트루더(110)에 투입하여 용융시킨다. 용융된 폴리에스테르의 온도는 290 내지 310℃일 수 있다. 용융된 폴리에스테르의 온도가 290℃ 미만일 경우 폴리머가 균일하게 녹지 않아 방사가 곤란하며, 310℃를 초과할 경우 폴리머의 점도가 지나치게 낮아질뿐만 아니라 고온에 의한 열분해가 야기되어 고강도 발현이 어려워진다.

용융된 폴리에스테르 수지가 방사구금(120)을 통해 방사된다. 방사구금의 홀 길이(L)와 홀 직경(D)의 비율인 L/D는 2 내지 5일 수 있다. L/D가 2 미만이면 방사성이 좋지 못하고, L/D가 5를 초과하는 경우에도 팩압이 증가하여 방사성이 좋지 못하다.

방사구금(120)으로부터 배출되는 즉시 폴리에스테르 수지의 고화가 시작하면서 반고화 상태의 다수의 모노필라멘트들이 형성된다. 이때, 전술한 바와 같이, 다이 스웰 현성에 의해 폴리에스테르 수지의 분자 배열이 규칙적으로 정렬된다.

본 발명에 의하면, 폴리에스테르의 분자 배열이 정렬된 상태로 고정되도록 하기 위하여, 상기 반고화 상태의 다수의 모노필라멘트들을 히팅 후드(140)에서 400℃ 이상의 고온으로 가열한다. 즉, 본 발명의 히팅 후드(140)는 상기 모노필라멘트들을 400℃ 이상에서 가열할 수 있다.

상기 모노필라멘트들을 가열하기 위한 상기 히팅 후드(140)의 온도가 높을수록 분자 배열 고정 효과가 증대하여 최종 폴리에스테르 원사의 강도가 향상되지만, 그 온도가 지나치게 높을 경우(예를 들어, 600℃를 초과할 경우) 고분자의 열분해가 야기되어 폴리에스테르 원사의 강도가 저하 및 사질 저하가 초래될 수 있다. 따라서, 상기 모노필라멘트들을 가열하기 위한 상기 히팅 후드(140)의 바람직한 온도는 500℃ 내지 600℃이다.

또한, 분자 배열 고정 중에 고분자의 열분해가 초래되는 것을 최소화하거나 방지하기 위하여, 상기 히팅 후드(140) 내에서 모노필라멘트들이 가열되는 시간이 상대적으로 짧아야 한다. 따라서, 본 발명의 히팅 후드(140)는 상대적으로 짧은 길이(멀티필라멘트의 진행 방향과 평행한), 예를 들어 20 내지 50 mm의 길이를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 작업의 안정성과 균일한 섬유 물성을 얻기 위해서는 방사구금(120)의 온도가 일정하게 안정적으로 유지될 필요가 있다. 방사구금(120)의 표면온도가 불균일하면 섬유 물성의 분균일이 야기되고 공정성이 악화된다. 그런데, 방사구금(120)의 온도보다 높은 400℃ 이상의 히팅 후드(140)가 방사구금(120) 바로 아래에 아무런 단열판 없이 배치될 경우, 히팅 후드(140)의 열이 방사구금(120)으로 전이되면서 방사구금(120) 내에 존재하는 용융 폴리머의 열분해가 증가하게 되고 방사구금으로부터 배출되는 모노필라멘트들의 온도 불균일이 야기될 수 있는데, 이것은 원사 제조 자체를 불가능하게 하거나, 적어도 폴리에스테르 원사의 강력 저하, 사질 저하, 및 심한 물성 편차를 초래한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 상기 히팅 후드(140)의 열이 상기 방사구금(120)으로 전이되는 것을 방지하기 위하여 상기 히팅 후드(140) 및 상기 방사구금(120) 사이에 제1 단열판(130)이 배치된다. 즉, 분자 배열의 고정을 위한 가열 단계 중에 이용되는 열의 상기 방사구금(120)으로의 전이가 차단된다.

상기 히팅 후드(140)를 통과하면서 가열된 모노필라멘트들은 냉각부(160)에서 냉각됨으로써 완전 고화된다. 상기 냉각 공정의 제어를 위하여 적당한 온도 및 속도의 냉각풍을 상기 모노필라멘트들에 불어준다. 모노필라멘트들의 냉각 거동은 섬유의 최종 물성에 큰 영향을 미친다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 히팅 후드(140) 및 상기 냉각부(160) 사이에 제2 단열판(150)이 배치됨으로써, 상기 히팅 후드(140)의 열이 상기 냉각부(160)로 전이되는 것이 방지된다.

상기 냉각 및 완전 고화된 모노필라멘트들은 집속부(170)에 의해 집속됨으로써 멀티필라멘트를 형성한다. 상기 집속부(170)는 상기 멀티필라멘트에 유제를 부여할 수 있다. 즉, 멀티필라멘트 형성 단계와 상기 유제 부여 단계가 동시에 수행될 수 있다. 상기 유제 부여는 MO(Metered Oiling) 또는 RO(Roller Oiling) 방식을 통해 수행될 수 있다.

집속 공정을 통해 형성된 상기 멀티필라멘트가 연신부(180)에서 연신된다. 상기 연신부(180)는 제1 및 제2 고뎃 롤러들(181, 182)을 포함한다.

제1 고뎃 롤러(181)는 방사 속도 및 방사 드래프트율(draft ratio)을 결정하고, 상기 제1 고뎃 롤러(181)의 속도와 제2 고뎃 롤러(182)의 속도의 비율로 연신비(draw ratio)가 결정된다.

전술한 바와 같이, 타이어 코드에 우수한 형태 안정성을 부여하기 위하여, 타이어 코드용 폴리에스테르 원사는 높은 방사 속도로 제조될 필요가 있다. 즉, 연신 전에 섬유의 배향도를 증가시킴으로써 최종 제품인 타이어 코드의 형태 안정성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 방사 속도[즉, 상기 제1 고뎃 롤러(181)의 속도]는 2500 내지 4000 m/min이다.

고속 방사가 적용되는 본 발명의 경우 제2 고뎃 롤러(182)의 속도를 제1 고뎃 롤러(181)의 속도보다 크게 설정하는 것에 한계가 있을 수밖에 없다 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연신비는 1.5 내지 2.0이다.

선택적으로, 연신된 멀티필라멘트의 열처리/열고정을 수행하기 위하여 상기 제2 고뎃 롤러(182)에 가열 수단이 제공될 수 있다. 제2 고뎃 롤러(182)에 감기는 횟수를 조절함으로써 멀티필라멘트가 제2 고뎃 롤러(182)에 체류하는 시간을 조절할 수 있고, 이를 통해 연신사에 대한 적절한 열처리/열고정을 수행할 수 있다.

연신 및 열처리된 멀티필라멘트가 와인더(190)에 의해 권취됨으로써 타이어 코드용 폴리에스테르 원사가 완성된다.

이하에서는, 본 발명의 타이어 코드용 폴리에스테르 원사로 제조된 타이어 코드 및 그 제조방법을 구체적으로 설명한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 '합연사(plied yarn)'는 2 가닥 이상의 하연사들(primarily-twisted yarns) 을 함께 꼬아서 만든 실을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 '타이어 코드'는 합연사 자체는 물론이고 고무 제품에 바로 적용될 수 있도록 접착제를 함유한 합연사도 포함하는 것으로 정의된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 '꼬임수(twist number)'는 1m 당 꼬임의 횟수를 의미하며, 그 단위는 TPM(Twist Per Meter)이다.

본 발명의 타이어 코드는 합연사, 및 상기 합연사에 함침 또는 코팅된 접착제를 포함하며, 8.7 g/d 이상의 인장강도, 4.6% 이하의 2.25 g/d 하중에서의 중간신도, 및 2.6% 이하의 건열수축율을 갖는다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 의한 타이어 코드는 9 g/d 이상의 인장강도를 갖는다.

상기 합연사는, 제1 폴리에스테르 원사를 하연(primary twist)함으로써 형성된 제1 폴리에스테르 하연사, 및 제2 폴리에스테르 원사를 하연함으로써 형성된 제2 폴리에스테르 하연사를 포함한다.

상기 제1 및 제2 폴리에스테르 원사들은 9.7 g/d 이상, 바람직하게는 10 g/d 이상의 인장강도를 각각 갖는다.

상기 하연은 제1 및 제2 폴리에스테르 원사들 각각을 반시계 방향(즉, Z-방향)으로 200 내지 600 TPM의 꼬임수로 꼼으로써 수행될 수 있다.

상기 제1 및 제2 폴리에스테르 하연사들이 함께 상연(secondary twist)됨으로써 합연사를 형성한다. 상기 상연은 상기 제1 및 제2 폴리에스테르 하연사들을 시계 방향(즉, S-방향)으로 200 내지 600 TPM의 꼬임수로 함께 꼼으로써 수행될 수 있다.

상연 및/또는 하연의 꼬임수가 200 TPM 미만일 경우 타이어 코드의 신율, 내피로특성, 및 고무제품과의 접착력 저하가 허용 가능한 범위를 벗어나고, 600 TPM을 초과할 경우 타이어 코드의 강도가 지나치게 낮아질 뿐만 아니라 꼬임의 균일성이 저하되는 문제점 있다.

위와 같이 제조된 폴리에스테르 합연사를 레솔시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL) 용액에 침지시킨다. 이때 1욕 디핑(1-bath dipping) 또는 2욕 디핑(2-bath dipping)을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, RFL 접착제 용액은 2.0 중량%의 레소시놀, 3.2 중량%의 포르말린(37%), 1.1 중량%의 수산화나트륨(10%), 43.9 중량%의 스티렌/부타디엔/비닐피리딘(15/70/15) 고무(41%), 및 물을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 접착제의 픽업율이 폴리에스테르 합연사를 기준으로 3 내지 12 중량%가 되도록 조절된다. 픽업율이 3 중량% 미만일 경우에는 타이어 코드의 고무와의 접착력이 저하되고, 픽업율이 12 중량%를 초과하는 경우에는 타이어 코드의 강도 및 내피로 특성이 저하된다.

침지에 의해 RFL 접착제 용액을 함유하게 된 폴리에스테르 합연사를 105 내지 200℃에서 10 내지 400초 동안 건조시킨 후 105 내지 300℃에서 10 내지 400초 동안 열처리함으로써 타이어 코드를 완성한다. 건조 공정은 합연사 내에 존재하는 수분을 제거하기 위한 것이고, 열처리 공정은 합연사 내에 함유된 RFL 접착제 용액을 반응시킴으로써 타이어 코드에 고무와의 접착력을 부여하기 위한 것이다.

한편, 건조 및 열처리 시간 각각이 위 범위보다 짧거나, 건조 및 열처리 온도 각각이 위 범위보다 낮을 경우에는 타이어 코드의 고무와의 접착력이 낮아진다. 반대로, 건조 및 열처리 시간 각각이 위 범위보다 길거나, 건조 및 열처리 온도 각각이 위 범위보다 높을 경우에도 과도한 열로 인해 타이어 코드의 고무와의 접착력이 낮아질 뿐만 아니라 강도, 내피로도 등의 물성이 저하될 수 있다.

이하, 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.

폴리에틸렌테레프탈레이트 ( PET ) 원사의 제조

실시예 1

도 3에 예시된 장치를 이용하여 모노필라멘트 섬도가 약 2.6 데니어이고 총섬도가 1000 데니어인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원사를 제조하였다. 구체적으로, 1.2의 고유점도를 갖는 PET 칩을 용융한 후, 용융된 폴리머를 방사구금(L/D = 4.0/1.0)을 통해 3500 m/min의 방사 속도로 방사한 후, 연신 공정, 열처리 공정, 및 권취 공정을 차례로 수행하였다. 히팅 후드(H/H)의 길이 및 온도는 각각 30mm 및 400℃이었고, 연신비는 1.65이었다.

실시예 2

히팅 후드(H/H)의 온도가 450℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

실시예 3

히팅 후드(H/H)의 온도가 500℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

실시예 4

히팅 후드(H/H)의 온도가 550℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

실시예 5

히팅 후드(H/H)의 온도가 600℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

실시예 6

히팅 후드(H/H)의 온도가 650℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

실시예 7

히팅 후드(H/H)의 온도가 350℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

비교예 1

방사구금과 히팅 후드(H/H) 사이의 단열판이 생략되었고 히팅 후드(H/H)의 길이 및 온도가 각각 60mm 및 300℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

비교예 2

방사구금과 히팅 후드(H/H) 사이의 단열판이 생략되었고 히팅 후드(H/H)의 길이 및 온도가 각각 60mm 및 500℃이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사를 제조하였다.

실시예들 1 내지 7 및 비교예들 1과 2에 의해 각각 제조된 PET 원사들의 인장강도, 절단신도 및 사질을 아래의 방법들에 의해 각각 측정/평가하였고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.

PET 원사의 인장강도 및 절단신도 측정

ASTM D885 방법에 따라, 인스트론사(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)의 만능인장시험기를 이용하여 PET 원사의 인장강도(g/d) 및 절단신도(%)를 각각 측정하였다.

PET 원사의 사질 평가

모우 발생 정도를 육안으로 관찰하여 PET 원사의 사질을 상대적으로 평가하였다.

	H/H 길이 (mm)	H/H 온도 (℃)	방사구금과 H/H 사이의 단열판 유무	인장강도 (g/d)	절단신도 (%)	사질
실시예1	30	400	유	9.7	10.2	◎
실시예2	30	450	유	9.9	10.1	◎
실시예3	30	500	유	10.1	9.8	◎
실시예4	30	550	유	10.2	9.8	○
실시예5	30	600	유	10.3	9.6	△~○
실시예6	30	650	유	9.8	9.2	×
실시예7	30	350	유	9.3	11.0	◎
비교예1	60	300	무	9.0	11.8	◎
비교예2	60	500	무	8.6	12.2	×

위 표 1에 나타난 바와 같이, 히팅 후드(H/H)의 온도가 400℃ 이상으로 설정되었을 때 PET 원사가 9.7 g/d 이상의 인장강도 및 9.6% 이상의 절단신도를 가짐을 알 수 있다. 특히, 히팅 후드(H/H)의 온도가 500℃ 내지 600℃로 설정되었을 때 PET 원사가 10 g/d 이상의 높은 인장강도를 나타내었다.

반면, 히팅 후드(H/H)의 온도가 300℃일 경우 PET 원사가 9.0 g/d의 만족스럽지 못한 인장강도를 나타내었는데, 이것은 다이 스웰 현상에 의해 정렬된 분자 배열이 고정되지 못하고 흐트러진 상태에서 멀티필라멘트가 연신되었기 때문으로 여겨진다.

히팅 후드(H/H)의 온도가 600℃를 초과하게 되면 PET 원사의 인장강도가 감소하였고, 절단신도도 9.6% 미만으로 낮아졌으며, 과도하게 높은 온도로 인해 사질이 저하되는 현상이 발생하였다.

한편, 500℃의 히팅 후드(H/H)와 방사구금 사이에 단열판이 존재하지 않았던 비교예 2의 경우, PET 원사의 인장강도가 매우 낮고 사질이 매우 심하게 나쁜 것으로 나타났는데, 이것은, 전술한 바와 같이, 히팅 후드의 열이 방사구금으로 전이되면서 방사구금 내에 존재하는 용융된 폴리머의 분해가 증가하게 되고 방사구금으로부터 배출되는 모노필라멘트들의 물성 불균일이 야기되기 때문으로 판단된다.

타이어 코드의 제조

실시예 8 내지 14 및 비교예 3 및 4

실시예 1 내지 7 및 비교예 1과 2에 의해 제조된 PET 원사들을 각각 이용하였다는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 동일한 조건 하에서 실시예 8 내지 14 및 비교예 3 및 4의 타이어 코드를 각각 제조하였다. 구체적으로, PET 원사를 이용하여 410 TPM의 꼬임수를 갖는 하연사(Z-방향) 2가닥을 준비한 후, 이 2가닥의 하연사들을 410 TPM의 꼬임수로 함께 상연(S-방향)하여 합연사를 제조하였다. 이어서, 상기 합연사를 레솔시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL) 접착제 용액을 통과시킨 후 건조 및 열처리함으로써 타이어 코드를 완성하였다.

실시예들 8 내지 14 및 비교예들 3 및 4의 타이어 코드들의 인장강도, 2.25 g/d 하중에서의 중간신도, 절단신도, 및 건열수축율을 아래의 방법들에 의해 각각 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

타이어 코드의 인장강도 , 2.25 g/d 하중에서의 중간신도, 및 절단신도 측정

ASTM D885 방법에 따라, 인스트론사의 만능인장시험기를 이용하여 타이어 코드의 인장강도(g/d), 2.25 g/d 하중에서의 중간신도(%), 및 절단신도(%)를 각각 측정하였다.

타이어 코드의 건열수축율 측정

ASTM D4974-04 방법에 따라, 건열수축율 측정 장비(제조사: TESTRITE, 모델명: MK-V)를 이용하여 0.01 g/d의 하중으로 2분 경과 후 샘플의 길이(L1)와 180℃에서 0.01 g/d의 하중으로 2분 경과 후 샘플의 길이(L2)를 각각 측정하였다. 이어서, L1 및 L2를 다음의 계산식에 적용함으로써 타이어 코드의 건열수축율을 산출하였다.

건열수축율(%) = [(L1 - L2)/L1] × 100

	인장강도(g/d)	2.25 g/d 하중에서의 중간신도(%)	절단신도(%)	건열수축율(%)
실시예8	8.7	4.6	18.4	2.2
실시예9	8.9	4.5	16.9	2.3
실시예10	9.1	4.5	18.0	2.4
실시예11	9.2	4.6	18.1	2.5
실시예12	9.3	4.5	15.3	2.6
실시예13	8.8	4.6	13.6	3.1
실시예14	8.4	4.5	18.8	2.0
비교예3	8.1	4.5	18.2	2.3
비교예4	7.7	4.5	17.6	2.5

위 표 2에 나타난 바와 같이, 9.0 g/d 이하의 낮은 인장강도를 갖는 PET 원사로 제조된 비교예 3 및 4의 타이어 코드들은 8.1 g/d 이하의 만족스럽지 못한 인장강도를 가짐을 알 수 있다.

반면, 9.3 g/d 이상의 인장강도를 갖는 PET 원사로 각각 제조된 실시예 8 내지 14의 타이어 코드들은 8.4 g/d 이상의 높은 인장강도를 가지며, 특히 10 g/d 이상의 높은 인장강도를 갖는 PET 원사로 각각 제조된 실시예 10 내지 12의 타이어 코드들은 9 g/d 이상의 매우 높은 인장강도를 가짐을 알 수 있다.

더욱이, 실시예 8 내지 12 및 14의 타이어 코드들은 모두 4.6% 이하의 2.25 g/d 하중에서의 중간신도 및 2.6% 이하의 건열수축율을 나타냄으로써 우수한 형태 안정성을 가짐을 알 수 있다.

한편, 과도하게 높은 히팅 후드(H/H) 온도(650℃)로 인해 사질 저하가 발생한 실시예 6의 PET 원사로 제조된 실시예 13의 타이어 코드는 3.1%의 높은 건열수축율(즉, 낮은 형태 안정성)을 갖는 것으로 나타났다.

또한, 500℃의 히팅 후드(H/H)와 방사구금 사이에 단열판이 존재하지 않음으로 인해 낮은 인장강도 및 열악한 사질을 갖게 된 비교예 2의 PET 원사로 제조된 비교예 4의 타이어 코드는 7.7 g/d의 매우 낮은 인장강도를 갖는 것으로 나타났다.

110: 익스트루더 120: 방사구금
130: 제1 단열판 140: 히팅 후드
150: 제2 단열판 160: 냉각부
170: 집속부 180: 연신부
181: 제1 고뎃 롤러 182: 제 고뎃 롤러
190: 와인더

Claims (11)

1. 익스트루더(extruder);
   상기 익스트루더를 통해 전달받은 용융된 폴리에스테르 수지를 방사할 수 있는 방사구금(spinneret);
   상기 용융된 폴리에스테르 수지가 상기 방사구금으로부터 배출되면서 형성되는 다수의 모노필라멘트들을 상기 방사구금의 온도보다 더 높은 400℃ 이상에서 가열할 수 있는 히팅 후드(heating hood);
   상기 가열된 모노필라멘트들을 냉각할 수 있는 냉각부;
   상기 냉각된 모노필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시킬 수 있는 집속부;
   상기 멀티필라멘트를 연신할 수 있는 연신부;
   상기 연신된 멀티필라멘트를 권취할 수 있는 와인더; 및
   상기 히팅 후드 및 상기 방사구금 사이에 배치되며, 상기 히팅 후드의 열이 상기 방사구금으로 전이되는 것을 방지할 수 있는 제1 단열판
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 히팅 후드의 열이 상기 냉각부로 전이되는 것을 방지하기 위하여 상기 히팅 후드 및 상기 냉각부 사이에 배치되는 제2 단열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 원사의 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 멀티필라멘트의 진행 방향과 평행한 상기 히팅 후드의 길이는 20 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 집속부는 상기 멀티필라멘트에 유제를 부여할 수 있는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조장치.
6. 용융된 폴리에스테르 수지를 방사구금을 통해 방사하는 단계;
   상기 폴리에스테르 수지가 상기 방사구금으로부터 배출되면서 형성되는 다수의 모노필라멘트들을 상기 방사구금의 온도보다 더 높은 400℃ 이상에서 가열하는 단계;
   상기 가열 단계 중에 이용되는 열의 상기 방사구금으로의 전이를 차단하는 단계;
   상기 가열된 모노필라멘트들을 냉각시키는 단계;
   상기 냉각된 모노필라멘트를 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시키는 단계;
   상기 멀티필라멘트를 연신하는 단계; 및
   상기 연신된 멀티필라멘트를 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 방사 단계에서 방사 속도는 2500 내지 4000 m/min이고,
   상기 연신 단계에서 연신비는 1.5 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 가열 단계는 상기 모노필라멘트들을 500℃ 내지 600℃에서 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
9. 삭제
10. 제6항에 있어서,
    상기 멀티필라멘트에 유제를 부여하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 유제 부여 단계는 상기 멀티필라멘트 형성 단계와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.

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