KR102376147B1 - 카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법 - Google Patents

카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

높은 강력, 높은 모듈러스, 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 카카스용 하이브리드 타이어 코드는 1500 내지 3000 데니어의 PET 필라멘트사로부터 제조된 PET 단사, 1500 내지 3000 데니어의 아라미드 필라멘트사로부터 제조된 아라미드 단사, 및 상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사 상에 코팅된 접착제를 포함하고, 상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 함께 상연되어 있고, 소정 길이의 상기 카카스용 하이브리드 타이어 코드에 대하여 상기 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 아라미드 단사의 길이는 상기 PET 단사의 길이의 1 내지 1.1 배이다.

Description

카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법{Hybrid Tire Cord for Carcass and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 높은 강력, 높은 모듈러스, 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
타이어, 컨베이어 밸트, V-밸트, 호스 등의 고무 제품의 보강재로서 섬유 코드, 특히 접착제로 처리된 섬유 코드[소위, "딥 코드(dip cord)" 지칭]가 널리 이용되고 있다. 섬유 코드의 재료로는 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유 등이 있다. 최종 고무 제품의 성능을 향상시키는 중요한 방법들 중 하나는 보강재로서 사용되는 섬유 코드의 물성을 향상시키는 것이다.
타이어의 보강재로 사용되는 섬유 코드를 타이어 코드로 지칭한다. 자동차 성능 향상 및 도로 상태 개선에 따라 차량의 주행속도가 점차 증가하고 있어, 고속 주행 시에도 타이어의 안정성 및 내구성을 유지시킬 수 있는 타이어 코드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 친환경 차량에 대한 요구가 증가하면서 고연비를 위한 차량의 경량화가 큰 이슈로 부각되고 있으며, 이를 위하여 타이어의 경량화에 대한 연구도 역시 활발히 진행되고 있다.
섬유/금속/고무의 복합체인 타이어는 최외각에 위치하여 노면과 접촉하는 트레드(tread), 상기 트레드 아래의 캡 플라이(cap ply), 상기 캡 플라이 아래의 벨트(belt), 및 상기 벨트 아래의 카카스(carcass)를 포함한다.
상기 카카스는 차체의 하중을 지지하고 타이어의 공기압을 유지시키는 타이어의 골격으로서 타이어의 전면(全面)을 감싸는 구조를 갖기 때문에 타이어의 경량화를 위해서는 무엇보다도 카카스의 경량화가 요구된다. 카카스의 경량화를 위해서는 카카스 보강재 층의 개수를 감소시키거나 각 보강재 층의 두께를 감소시킬 필요가 있는데, 이를 위해서는 카카스용 타이어 코드의 고성능화가 선결되어야 한다.
현재 카카스용 타이어 코드를 위한 소재로서 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 레이온(Rayon)이 주로 사용되고 있으나, 두 종류 모두 카카스 보강재 층의 개수를 감소시키거나 각 보강재 층의 두께를 감소시키기에는 그 강력 및 모듈러스가 불충분하다.
한편, 나일론과 아라미드로 제조된 하이브리드 타이어 코드가 캡 플라이용으로 개발되었는데, 상기 하이브리드 타이어 코드는 S-S 커브 패턴 상에서 초기에 나일론 물성이 발현되어 낮은 모듈러스를 나타내는 특징이 있다. 카카스는 타이어의 전체적 뼈대 역할을 하고 타이어의 형태안정성에 지대한 영향을 미치기 때문에, 초기 모듈러스가 낮을 경우 타이어 제조 시 낮은 형태안정성으로 인해 타이어 형태가 무너지는 문제점이 있다. 즉, 나일론과 아라미드의 하이브리드 타이어 코드는 카카스용으로 적합하지 않은 것으로 인식되고 있다.
특히, SUV(Sport Utility Vehicle) 및 LT(Light Truck) 수요가 증가하면서, 일반 차량의 타이어보다 높은 하중을 견딜 수 있으면서도 주행 안정성을 담보할 수 있는 고압 타이어에 적합한(즉, 상당히 높은 형태안정성을 갖는) 고강력 및 고모듈러스의 타이어 코드가 더욱 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 높은 강력, 높은 모듈러스, 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 카카스용 하이브리드 타이어 코드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 높은 강력, 높은 모듈러스, 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 카카스용 하이브리드 타이어 코드를 물성 편차를 최소화시키면서 높은 생산성 및 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술된 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이해될 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 카카스용 하이브리드 타이어 코드로서, 1500 내지 3000 데니어의 PET 필라멘트사로부터 제조된 PET 단사; 1500 내지 3000 데니어의 아라미드 필라멘트사로부터 제조된 아라미드 단사; 및 상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사 상에 코팅된 접착제를 포함하고, 상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 함께 상연되어 있고, 소정 길이의 상기 카카스용 하이브리드 타이어 코드에 대하여 상기 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 아라미드 단사의 길이는 상기 PET 단사의 길이의 1 내지 1.1 배인, 카카스용 하이브리드 타이어 코드가 제공된다.
상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 제1 꼬임수를 각각 가질 수 있다.
상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 함께 제2 꼬임수로 상연되어 있고, 상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일할 수 있다.
상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사의 중량비는 1:3 내지 3:1일 수 있다.
ASTM D885에 의해 측정되는 상기 카카스용 하이브리드 타이어 코드의 강력, 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE가 각각 30 kgf 이상, 8 kgf 이상, 15 kgf 이상, 및 25 kgf 이상일 수 있다.
ASTM D885에 의해 측정되는 상기 카카스용 하이브리드 타이어 코드의 절단강도 및 파단신율이 각각 10.0 내지 15.0 g/d 및 8 내지 15%일 수 있다.
JIS-L 1017에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의, 상기 카카스용 하이브리드 타이어 코드의 강력 유지율이 80% 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 아라미드 단사를 형성하기 위하여 1500 내지 3000 데니어의 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하는 제1 단계; PET 단사를 형성하기 위하여 1500 내지 3000 데니어의 PET 필라멘트사를 상기 제1 방향으로 하연하는 제2 단계; 합연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 단사와 상기 PET 단사를 함께 제2 방향으로 상연하는 제3 단계; 상기 합연사를 접착제 용액에 침지시키는 단계; 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 합연사를 열처리하는 단계를 포함하되, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향이며, 소정 길이의 상기 합연사에 대하여 상기 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 PET 단사의 길이가 상기 아라미드 단사의 길이의 1.005 내지 1.05 배가 될 정도의 양만큼, 상기 제2 단계에서 상기 PET 필라멘트에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트에 인가되는 장력보다 작은, 카카스용 하이브리드 타이어 코드의 제조방법이 제공된다.
상기 제1, 제2 및 제3 단계들은 하나의 연사기에 의해 수행될 수 있다.
상기 접착제 용액은 RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex) 접착제 또는 에폭시계 접착제를 포함할 수 있고, 상기 건조 단계는 70 내지 200℃에서 30 내지 120초 동안 수행될 수 있고, 상기 열처리 단계는 200 내지 250℃에서 30 내지 120초간 수행될 수 있고, 상기 침지 단계, 건조 단계, 및 열처리 단계는 연속적으로 수행될 수 있다.
상기 침지, 건조, 및 열처리 단계들에서 상기 합연사에 가해지는 장력은 0.4 kg/cord 이상일 수 있다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허 청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 필라멘트사로 단사를 제조하는 공정 및 2 이상의 단사들로 합연사를 제조하는 공정이 하나의 연사기에 의해 수행되기 때문에 하이브리드 타이어 코드의 생산성을 향상시키고 제조비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 고속 주행시 타이어 변형을 최소화할 수 있으며, 특히 SUV, LT 등과 같은 대형 차량의 타이어와 같이 높은 하중을 견뎌야 하고 우수한 형태안정성을 가져야 하는 고압 타이어의 카카스에 적합하다.
또한, 본 발명에 의하면, 하이브리드 타이어 코드의 제조 과정, 특히 열처리 과정에서 초래될 수 있는 강력 및 모듈러스 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 타이어의 인장/압축이 반복될 때 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 아라미드 단사뿐만 아니라 PET 단사에도 분산될 수 있다. 결과적으로, 우수한 내피로 특성을 갖는 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 장시간의 고속 주행에서도 타이어의 안정성을 유지시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 카카스용 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법의 실시예들을 구체적으로 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.
본 명세서에서 사용되는 용어 "단사(single yarn)"는 하나의 필라멘트사(filament yarn)를 어느 한쪽 방향으로 꼬아서 만든 실을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "합연사(cabled yarn)"는 2 가닥 이상의 단사들을 어느 한쪽 방향으로 함께 꼬아서 만든 실을 의미하며, "로 코드(raw cord)"로 지칭되기도 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "타이어 코드"는 고무 제품에 바로 적용될 수 있도록 접착제가 코팅된 합연사를 의미하며, "딥 코드(dip cord)"로 지칭되기도 한다.
본 명세서에서 사용되는 "꼬임수(twist number)"는 1m 당 꼬임의 횟수를 의미하며, 그 단위는 TPM(Twist Per Meter)이다.
본 명세서에서 사용되는 “LASE”는 특정 신율에서의 하중(Load At Specific Elongation)을 의미하며, 예를 들어 3% LASE는 3% 신율에서의 하중을 의미한다.
본 발명의 타이어 코드가 적용되는 카카스는 타이어의 형태를 유지하고 자동차 주행 성능을 향상시키기 위한 것이므로, 카카스용 타이어 코드는 재료 자체의 물성 측면 및 각 단사들의 선밀도(linear density), 꼬임수, 형태 등과 같은 구조적 측면을 모두 고려하여야 한다.
본 발명에 따른 타이어 코드는 PET와 아라미드의 하이브리드 타입으로서, PET 단사 및 아라미드 단사를 포함하되, 상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 함께 상연되어 있다.
PET 필라멘트사와 아라미드 필라멘트사가 하나의 연사기(예를 들어, Allma社의 Cable Corder)에 의해 동시에 각각 하연됨으로써 상기 PET 단사와 아라미드 단사가 형성되고, 그와 거의 동시에(즉, 연속적으로) 상기 PET 단사와 아라미드 단사가 함께 상연되어 합연사가 형성된다.
상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 동일한 꼬임 방향을 가지며, 동일한 꼬임수, 예를 들어 200 내지 500 TPM의 제1 꼬임수를 각각 가질 수 있다.
상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 함께 제2 꼬임수로 상연되어 있고, 상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일할 수 있다. 상기 상연 방향은 상기 단사들의 꼬임 방향과 반대 방향이다.
본 발명에 의하면, 하연과 상연이 하나의 연사기에 의해 수행되기 때문에, 각각의 하연 및 상연을 상이한 연사기를 이용하여 수행하는 배치식 방법에 비해 하이브리드 타이어 코드의 생산성을 향상시키고 제조비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 아라미드는 직선형 분자사슬을 갖기 때문에 결정화도가 높고 열에 의한 수축 거동이 거의 없다. 반면, 타이어 코드에서 요구되는 고강력 및 고모듈러스를 발현시키기 위하여 연신 공정을 통해 제조되는 PET 필라멘트사는, 딥 코드 제조 과정에서 수행되는 열처리 공정 중에 수축하게 되고, 그 결과 최종 타이어 코드에서 아라미드 단사의 길이가 PET 단사 길이의 1.1 배를 초과할 정도로 길이 차이가 발생하면 타이어 코드의 강력 및 모듈러스 저하가 야기되고, 내피로 특성도 감소한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 고강력, 고모듈러스 및 우수한 내피로 특성을 갖는 카카스용 하이브리드 타이어 코드를 제조하기 위하여, 연사 공정 중에 아라미드 필라멘트사와 PET 필라멘트사에 각각 가해지는 장력을 조절하여 PET 단사를 아라미드 단사보다 길게 제조한다. 또한, 열처리 공정 중에 PET 단사의 수축을 최소화하기 위하여 비교적 높은 수준의 장력(예를 들어, 0.4 kg/cord) 이상을 합연사(로 코드)에 인가할 수 있다.
구체적으로, 최종 타이어 코드에서 아라미드 단사와 PET 단사가 실질적으로 동일한 길이 및 구조를 갖도록 하기 위하여, 연사 공정을 수행할 때 아라미드 필라멘트와 PET 필라멘트에 가해지는 장력을 적절히 조절한다. 즉, 하연과 상연이 수행될 때 PET 필라멘트사보다 아라미드 필라멘트사에 상대적으로 더 큰 장력을 가함으로써 PET 단사의 길이를 아라미드 단사보다 더 길게 만들 수 있다.
본 발명에 의하면, 소정 길이의 합연사(로 코드)에 대해서 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 PET 단사의 길이는 상기 아라미드 단사의 길이의 1.005 내지 1.05배이다. 즉, 본 발명의 합연사(로 코드)는 아라미드 단사를 PET 단사가 커버링하는 구조(즉, “커버링 구조”)가 약간 가미된 머지 구조(merged structure)를 갖는다.
본 발명의 합연사(로 코드)에서는 PET 단사의 길이가 상기 아라미드 단사의 길이보다 길기 때문에, 접착제 부여를 위한 후속의 디핑, 건조 및 열처리 공정들을 순차적으로 수행할 때 야기되는 PET 단사의 수축으로 인해 최종 타이어 코드(즉, 딥 코드)에서 아라미드 단사의 길이가 PET 단사보다 지나치게 길어지는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 소정 길이의 최종 타이어 코드에 대해서 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 아라미드 단사의 길이는 상기 PET 단사의 길이의 1 내지 1.1 배이다.
타이어 코드에서 아라미드 단사가 PET 단사보다 짧을 경우(즉, 합연사에서 PET 단사의 길이가 아라미드 단사의 길이의 1.05 배를 초과할 경우), 타이어의 인장/압축이 반복될 때 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 아라미드 단사에 집중적으로 인가되기 때문에 타이어 코드의 내피로 특성이 낮을 수밖에 없고, 이러한 낮은 내피로 특성으로 인해 장시간의 고속 주행시 타이어의 안정성이 담보될 수 없다.
반면, 합연사(로 코드)에서 PET 단사의 길이가 아라미드 단사의 길이의 1.005 배 미만일 경우 아라미드 단사의 길이가 PET 단사의 길이의 1.1 배를 초과하는 커버링 구조의 타이어 코드가 최종적으로 얻어진다. 이와 같은 커버링 구조의 타이어 코드에서는 PET 단사를 커버링하는 아라미드 단사가 가이드 또는 롤러와의 마찰에 의해 밀려 루프를 형성하는 등 형태 불균일이 야기되기 때문에, 타이어 코드 제조시 물성 편차 및 불량률이 커지게 될 뿐만 아니라 타이어 제조 공정에서도 물성 편차로 인해 타이어 불량률이 증가한다.
본 발명에 의하면, 상기 합연사(로 코드) 제조를 위한 하연 및 상연을 수행할 때, 200 내지 500 TPM 범위 내에서 동일한 꼬임수가 적용된다. 다만, 접착제 부여를 위한 후속의 디핑, 건조 및 열처리 공정들을 순차적으로 수행할 때 의도치 않은 연풀림(untwist)이 발생하여 하연과 상연에 있어서 최초 설정 꼬임수 대비 15% 이내의 차이가 각각 발생할 수 있다. 일반적으로, 필라멘트사의 꼬임수가 높으면 강력은 저하되나 피로 성능이 증가한다. 반면, 필라멘트사의 꼬임수가 낮을수록 강력이 증가하지만 피로 성능은 감소한다.
본 발명에 의하면, 아라미드 단사와 PET 단사가 최종 타이어 코드 내에서 실질적으로 동일한 꼬임수, 길이 및 구조를 가짐에 따라 상기 단사들이 강력 및 피로 성능에 있어서 유사한 거동을 나타낸다.
본 발명의 하이브리드 타이어 코드 제조에 사용되는 아라미드 필라멘트사 및 PET 필라멘트사는 특별히 제한되지 않으나 1500 내지 3000 데니어의 범위 내에서 동일 또는 유사한 섬도를 갖는다.
아라미드(aramid)는 주쇄에 아미드기와 함게 페닐 고리를 포함하고 있으며 페닐 고리의 연결상태에 따라 파라형(p-)과 메타형(m-)으로 분류된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 아라미드는 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아라미드 필라멘트사는 1500 내지 3000 데니어의 섬도, 20 g/d 이상의 인장강도, 및 3% 이상의 절단신도를 갖는다. 상기 아라미드 필라멘트사의 인장강도가 20 g/d 미만이면 PET 필라멘트사의 낮은 강도를 충분히 보상하지 못하기 때문에 고속 주행시 타이어 변형이 초래될 위험이 증가한다.
아라미드 필라멘트사는 PET 필라멘트사 대비 5 내지 10 배의 모듈러스를 갖기 때문에 하이브리드 타이어 코드에서 아라미드 단사와 PET 단사의 중량비가 15:85 정도만 되더라도 PET 단일 소재의 타이어 코드 대비 2 내지 3 배의 모듈러스를 갖게 된다. 따라서, 타이어 코드의 물성과 제조비용을 모두 고려하여 아라미드 단사와 PET 단사의 중량비를 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 아라미드 단사와 PET 단사의 중량비는 1:3 내지 3:1이다.
PET 단사의 중량이 아라미드 단사 중량의 3배를 초과하면, 최종적으로 얻어지는 하이브리드 타이어 코드가 PET의 물성을 따르게 되어 강력 및 모듈러스가 부족하게 되어 높은 형태안정성을 요구하는 고압 타이어용 타이어 코드로서 적합하지 않다. 또한, 부족한 강력 및 모듈러스를 만회하기 위하여 많은 수의 카카스 층들이 사용되어야 하기 때문에 타이어의 경량화가 불가능해진다.
반면, 아라미드 단사의 중량이 PET 단사 중량의 3배를 초과하면, 하이브리드 타이어 코드의 내피로 성능이 저하되어 타이어의 내구력 확보가 어렵고, 또한 고가의 아라미드를 다량으로 사용함으로써 비용이 상승하게 된다.
본 발명의 하이브리드 타이어 코드는, 타이어의 타 구성들과의 접착력 향상을 위하여 상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사 상에 코팅된 접착제를 더 포함한다. 상기 접착제는 RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex) 접착제 또는 에폭시계 접착제일 수 있다.
본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 30 kgf 이상의 높은 강력(strength)을 강력을 갖는다. 또한, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 고압 타이어에 요구되는 정도의 우수한 형태안정성을 담보할 수 있는 높은 모듈러스, 즉 8 kgf 이상의 3% LASE, 15 kgf 이상의 5% LASE, 및 25 kgf 이상의 7% LASE를 갖는다. 또한, 본 발명의 카카스용 하이브리드 타이어 코드의 절단강도 및 파단신율은 각각 10.0 내지 15.0 g/d 및 8 내지 15%일 수 있다. 상기 타이어 코드의 강력, 절단강도, 파단신율, 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE는 각각 ASTM D885에 의해 측정되는 값들이다.
또한, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 JIS-L 1017에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 80% 이상일 수 있다.
이하에서는 상술한 본 발명의 하이브리드 타이어 코드의 제조방법을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
1500 내지 3000 데니어의 아라미드 필라멘트사와 1500 내지 3000 데니어의 PET 필라멘트사가, 하연과 상연을 모두 수행하는 케이블 코드 연사기(예를 들어, Allma社의 Cable Corder)로 투입된다. 상기 연사기에서, 아라미드 단사를 형성하기 위하여 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하는 제1 단계와 PET 단사를 형성하기 위하여 PET 필라멘트사를 상기 제1 방향으로 하연하는 제2 단계가 동시에 수행되고, 합연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 단사와 상기 PET 단사를 함께 제2 방향으로 상연하는 제3 단계가 상기 제1 및 제2 단계들과 연속적으로 수행된다.
전술한 바와 같이, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향이며, 상기 하연과 상연을 수행할 때 200 내지 500 TPM의 범위 내에서 동일한 꼬임수가 적용된다.
본 발명에 의하면, 하연과 상연이 하나의 연사기에서 수행되는 연속식 방법으로 합연사가 제조되기 때문에, PET 필라멘트사와 아라미드 필라멘트사를 각기 다른 연사기로 각각 하연한 후 또 다른 연사기로 이들을 함께 상연하는 배치식 방법에 비해 하이브리드 타이어 코드의 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 제2 단계에서 상기 PET 필라멘트에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트에 인가되는 장력보다 작다. 따라서, 하나의 연사기에 의해 하연과 상연이 수행됨에도 불구하고, 소정 길이의 합연사(로 코드)에 대해서 상연을 언트위스한 후 측정되는 상기 아라미드 단사의 길이가 상기 PET 단사의 길이보다 짧다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 소정 길이의 합연사(로 코드)에 대해서 상연을 언트위스한 후 측정되는 상기 PET 단사의 길이가 상기 아라미드 단사의 길이의 1.005 내지 1.05배가 될 정도의 양만큼, 상기 제2 단계에서 상기 PET 필라멘트사에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 작다.
PET 필라멘트사와 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력의 크기는 상기 연사기의 'Creel Yarn Tension'과 'Inner Yarn Tension'을 적절히 세팅함으로써 조절될 수 있다.
이어서, 상기 합연사(로 코드)를 접착제 용액에 침지시키는 단계, 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사(로 코드)를 건조시키는 단계, 및 상기 건조된 합연사(로 코드)를 열처리하는 단계가 연속적으로 수행됨으로써 본 발명의 하이브리드 타이어 코드(즉, 딥 코드)가 완성된다.
RFL 용액(Resorcinol Formaldehyde Latex) 또는 에폭시계 접착 조성액 등이 상기 접착제 용액으로서 사용될 수 있다.
상기 건조 공정의 온도 및 시간은 상기 접착제 용액의 조성에 따라 달라질 수는 있지만, 통상적으로 70 내지 200℃에서 30 내지 120초 동안 상기 건조 공정이 수행된다.
상기 열처리 공정은 200 내지 250℃에서 30 내지 120초간 실시될 수 있다.
위와 같은 공정들을 통해 접착제 용액의 접착제 성분이 합연사(로 코드)의 표면에 코팅됨으로써 본 발명의 하이브리드 타이어 코드와 타이어의 타 구성들과의 접착성이 증가된다.
한편, 동일한 꼬임수로 하연 및 상연을 수행하도록 연사기가 세팅되지만, 상기 연사기에 의해 제조된 합연사(로 코드)가 접착제 용액에 침지된 후 건조 및 열처리되는 과정에서 꼬임 풀림 현상이 발생할 수 있다. 이러한 꼬임 풀림 현상을 최소화하기 위하여(예를 들어, 최초 설정 꼬임수와 최종 타이어 코드의 실제 꼬임수의 차이가 최초 설정 꼬임수의 15% 미만이 되도록 하기 위하여) 그리고 PET 단사의 지나친 수축을 방지하기 위하여, 연속적으로 수행되는 상기 침지, 건조, 및 열처리 단계들에서 상기 합연사(로 코드)에 가해지는 장력은 0.4 kg/cord 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 연사 공정에서 꼬임 불량을 현격히 감소시킬 수 있고 합연사가 안정된 구조를 가짐으로써 형태 불균일로 인한 물성 편차를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 동일 조건 하에서 제조되는 본 발명의 하이브리드 타이어 코드들의 경우, 각 물성들에 있어서 최대값과 최소값의 차이가 획기적으로 감소될 수 있는데,
이하, 본 발명의 구체적 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명의 효과를 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 이들이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
1500 데니어의 PET 필라멘트사와 1500 데니어의 아라미드 필라멘트사를 케이블 코드 연사기(Allma社의 Cable Corder)에 투입하고, Z-방향의 하연과 S-방향의 상연을 동시에 각각 수행하여 2-ply 합연사(2-ply cabled yarn)(로 코드)를 제조하였다. 이때, 하연과 상연을 위해 380 TPM의 꼬임수로 상기 케이블 코드 연사기가 세팅되었으며, 상기 PET 필라멘트사 및 아라미드 필라멘트사에 각각 가해지는 장력을 조절함으로써 상기 합연사(로 코드)에 있어서 아라미드 단사 길이에 대한 PET 단사 길이의 비율(즉, PET 단사 길이/아라미드 단사 길이: LP/LA)이 1.03이 되도록 하였다. 아라미드 단사와 PET 단사의 길이 비율을 구하기 위하여, 1m 길이의 합연사(로 코드) 샘플에 0.05g/d 하중을 주어 상연 꼬임을 풀어 아라미드 단사와 PET 단사를 서로 분리한 후, 아라미드 단사의 길이 및 PET 단사의 길이를 0.05g/d의 하중을 부여한 상태에서 각각 측정하였다.
이어서, 상기 합연사(로 코드)를 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 포함하는 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제 용액에 디핑하였다. 침지에 의해 RFL 용액을 함유하게 된 합연사(로 코드)를 150℃에서 100초 동안 건조시키고 240℃에서 100초 동안 열처리함으로써 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다. 상기 침지, 건조, 및 열처리 공정시 합연사에 가해진 장력은 0.5 kg/cord이었다.
실시예 2
1500 데니어의 PET 필라멘트사 대신에 2000 데니어의 PET 필라멘트사가 이용되었고, 1500 데니어의 아라미드 필라멘트사 대신에 2000 데니어의 아라미드 필라멘트사가 이용되었으며, 하연과 상연을 위해 300 TPM의 꼬임수로 상기 케이블 코드 연사기가 세팅되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
실시예 3
상기 합연사(로 코드)에 있어서 아라미드 단사 길이에 대한 PET 단사 길이의 비율(LP/LA)이 1.005이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 제조하였다.
실시예 4
상기 합연사(로 코드)에 있어서 아라미드 단사 길이에 대한 PET 단사 길이의 비율(LP/LA)이 1.05이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 제조하였다.
비교예 1
1500 데니어의 PET 필라멘트사 대신에 1000 데니어의 PET 필라멘트사가 이용되었고, 1500 데니어의 아라미드 필라멘트사 대신에 1000 데니어의 아라미드 필라멘트사가 이용되었으며, 하연과 상연을 위해 360 TPM의 꼬임수로 상기 케이블 코드 연사기가 세팅되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
비교예 2
하연과 상연을 위해 460 TPM의 꼬임수로 상기 케이블 코드 연사기가 세팅되었다는 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
비교예 3
상기 합연사(로 코드)에 있어서 아라미드 단사 길이에 대한 PET 단사 길이의 비율(LP/LA)이 1.003이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 제조하였다.
비교예 4
상기 합연사(로 코드)에 있어서 아라미드 단사 길이에 대한 PET 단사 길이의 비율(LP/LA)이 1.052이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 제조하였다.
위 실시예들 및 비교예들에 의해 얻어진 하이브리드 타이어 코드들의 (i) PET 단사 길이에 대한 아라미드 단사 길이의 비율(아라미드 단사 길이/PET 단사 길이: LA/LP), (ii) 강력, (iii) 3% LASE, (iv) 5% LASE, (v) 7% LASE, 및 (vi) 디스크 피로 테스트 후 강력 유지율을 다음의 방법들로 각각 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
* PET 단사 길이에 대한 아라미드 단사 길이의 비율(L A /L P )
1m 길이의 하이브리드 타이어 코드 샘플에 0.05g/d 하중을 주어 상연 꼬임을 풀어 아라미드 단사와 PET 단사를 서로 분리한 후, 아라미드 단사의 길이 및 PET 단사의 길이를 0.05g/d의 하중을 부여한 상태에서 각각 측정하였다.
* 강력( kgf ), 3% LASE ( kgf ), 5% LASE ( kgf ), 7% LASE ( kgf )
ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 샘플 10개에 대하여 300 m/min 인장속도를 가함으로써 하이브리드 타이어 코드의 강력, 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE를 각각 측정하였다. 이어서, 10개 샘플들의 강력, 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE 의 평균치를 각각 산출함으로써 하이브리드 타이어 코드의 강력, 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE를 얻었다.
* 디스크 피로 테스트 후 강력 유지율( % )
강력(피로 전 강력)이 측정된 하이브리드 타이어 코드를 고무에 가류하여 시료를 제조한 후, 일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 디스크 피로 측정기(Disk Fatigue Tester)를 이용하여 80에서 2500 rpm의 속도로 회전시키면서 ±8% 범위 내에서 인장 및 수축을 16시간 동안 반복함으로써 상기 시료에 피로를 가하였다. 이어서, 상기 시료로부터 고무를 제거한 후 하이브리드 타이어 코드의 피로 후 강력을 측정하였다. 상기 피로 전 강력과 피로 후 강력을 기초로 하여 하기의 식 1에 의해 정의되는 강력 유지율을 계산하였다.
<식 1>: 강력 유지율(%) = [피로 후 강력(kgf)/피로 전 강력(kgf)] × 100
여기서, 피로 전 및 피로 후 강력(kgf)은, ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 샘플에 대하여 300 m/min 인장속도를 가하면서 하이브리드 타이어 코드의 절단 강력(Strength at Break)을 측정함으로써 구하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
합
연
사		 PET 단사
선밀도
(denier)		 1500 2000 1500 1500 1000 1000 1500 1500
아라미드
단사 선밀도
(denier)		 1500 2000 1500 1500 1000 1000 1500 1500
꼬임수(TPM) 380 300 380 380 360 460 380 380
LP/LA 1.03 1.03 1.005 1.05 1.03 1.03 1.003 1.052
타
이
어

코
드		 LA/LP 1.02 1.025 1.035 1.00 1.015 1.03 1.05 1.00
강력(kgf) 38.4 45.1 37.2 38.3 25.2 24.2 22.6 25.1
3% LASE
(kgf)		 10.7 14.9 9.3 12.1 7.6 7.3 6.9 7.5
5% LASE
(kgf)		 17.8 23.6 16.6 19.3 14.8 14.1 13.4 14.8
7% LASE
(kgf)		 27.6 35.4 26.1 28.7 23.7 22.1 21.7 23.6
강력
유지율(%)		 85.6 86.4 81.4 80.2 68.8 91.2 63.3 77.8

Claims (10)

  1. 카카스용 하이브리드 타이어 코드에 있어서,
    1500 내지 3000 데니어의 PET 필라멘트사로부터 제조된 PET 단사;
    1500 내지 3000 데니어의 아라미드 필라멘트사로부터 제조된 아라미드 단사; 및
    상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사가 함께 상연되어 형성된 합연사(로 코드) 상에 코팅된 접착제를 포함하고,
    소정 길이의 상기 카카스용 하이브리드 타이어 코드에 대하여 상기 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 아라미드 단사의 길이는 상기 PET 단사의 길이의 1 내지 1.1 배이고,
    소정 길이의 상기 합연사 (로 코드)에 대해서 상연을 언트위스트한 후 상기 PET 단사의 길이는 상기 아라미드 단사의 길이의 1.005 내지 1.05배인,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 제1 꼬임수를 각각 갖는,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사는 함께 제2 꼬임수로 상연되어 있고,
    상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일한,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PET 단사와 상기 아라미드 단사의 중량비는 1:3 내지 3:1인,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드.
  5. 제1항에 있어서,
    ASTM D885에 의해 측정되는 강력, 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE가 각각 30 kgf 이상, 8 kgf 이상, 15 kgf 이상, 및 25 kgf 이상인,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드.
  6. 제1항에 있어서,
    ASTM D885에 의해 측정되는 절단강도 및 파단신율이 각각 10.0 내지 15.0 g/d 및 8 내지 15%이고,
    JIS-L 1017에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 80% 이상인,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드.
  7. 아라미드 단사를 형성하기 위하여 1500 내지 3000 데니어의 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하는 제1 단계;
    PET 단사를 형성하기 위하여 1500 내지 3000 데니어의 PET 필라멘트사를 상기 제1 방향으로 하연하는 제2 단계;
    합연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 단사와 상기 PET 단사를 함께 제2 방향으로 상연하는 제3 단계;
    상기 합연사를 접착제 용액에 침지시키는 단계;
    상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 합연사를 열처리하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향이며,
    소정 길이의 상기 합연사에 대하여 상기 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 PET 단사의 길이가 상기 아라미드 단사의 길이의 1.005 내지 1.05 배가 될 정도의 양만큼, 상기 제2 단계에서 상기 PET 필라멘트에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트에 인가되는 장력보다 작은,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 단계들은 하나의 연사기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 접착제 용액은 RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex) 접착제 또는 에폭시계 접착제를 포함하고,
    상기 건조 단계는 70 내지 200℃에서 30 내지 120초 동안 수행되고,
    상기 열처리 단계는 200 내지 250℃에서 30 내지 120초간 수행되고,
    상기 침지 단계, 건조 단계, 및 열처리 단계는 연속적으로 수행되는,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 침지, 건조, 및 열처리 단계들에서 상기 합연사에 가해지는 장력은 0.4 kg/cord 이상인,
    카카스용 하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
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KR101602605B1 (ko) * 2015-06-29 2016-03-21 코오롱인더스트리 주식회사 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법

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