KR102387207B1 - 캡플라이 코드 직물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 캡플라이 코드 직물은 하이브리드 코드를 포함하는 경사; 및 저융점(low melting) 원사와 상기 저융점 원사의 융점보다 높은 합성 원사를 포함하는 위사가 제직된 코드 직물로, 상기 경사와 상기 위사의 교차지점에 상기 저융점 원사가 열처리에 의해 열융착되어 형성된 열융착부를 포함할 수 있다.

Description

캡플라이 코드 직물 및 이의 제조방법{CAP PLY CORD FABRIC AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 캡플라이 코드 직물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어 도로 환경의 개선과 차량의 성능 향상에 따라 타이어의 성능은 계속적으로 개선되어 왔으며, 특히 차량의 무게 증가, 한계속도의 상승에 따라 안전성이 더욱 중요한 타이어의 품질 요소로 인식되고 있다. 이러한 타이어 안전성 증가 요구 추세에 맞추어, 타이어의 안전 기준 또한 변화되고 있는 추세에 있으며, 타이어 업계에서도 타이어의 안전성을 부여하기 위한 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

승용차용 타이어에 캡플라이를 부여하는 방법도 타이어의 안전성을 부여하는 방법의 하나로 널리 이용되어 왔으며, 특히 최근에 들어서는 이러한 캡플라이를 가진 타이어가 일반화되어 널리 적용되고 있는 실정이다. 캡플라이란 타이어 트레드 및 부분과 벨트보강용 스틸코드 층 사이에 타이어의 원주 방향으로 끊김 없이 연속적으로 감기게 되어 타이어의 형태 안정성을 유지하는 역할을 하는 부품으로서, 특히 고온에서 열수축력을 보이는 물질을 이용하여 보강되는 것이 일반적이다. 차량이 주행하게 되는 경우, 타이어 코드의 축 방향으로 하중이 걸리게 되고, 이러한 하중에 의하여 타이어 코드가 축방향으로 변형과 회복이 반복되며, 이러한 변형-회복에 있어서 변형시와 회복시의 인장-하중 곡선이 다른 곡선을 따라 일어나게 되는데, 여기서 인장 하중에 의한 변형과 하중이 제하여질 때의 회복곡선의 차에 의하여 타이어 코드 자체의 일 손실이 발생하게 된다. 이러한 일 손실은 타이어와 타이어 코드의 온도 상승에 기여하게 되며, 또한 이러한 일 손실에 의하여 타이어는 회전하면서 에너지 손실을 가지게 되므로, 주행 중 에너지 손실이 발생하게 된다. 이러한 에너지 손실은 차량의 회전 저항을 가져오게 되어, 일반적으로 에너지 손실이 많은 특성을 가진 소재를 사용하는 경우, 타이어의 회전 저항 상승에 따른 차량의 연비 증가와 주행에 따른 타이어의 온도 상승을 가져오게 된다. 캡플라이 소재의 역할은 차량 주행에 의하여 타이어의 온도가 상승하는 경우, 캡플라이가 수축함으로써 타이어의 크기가 주행 중 커지는 것을 막는 것이다. 이러한 경우, 타이어의 크기가 커지지 않기 때문에 타이어 회전 관성의 증가를 막게 되어 결과적으로 에너지 소비의 감소와 함께 타이어의 발열을 억제함으로써 피로 수명의 증가와 내구성의 증가를 타이어에 부여할 수 있다.

이러한 캡플라이는 딥(dip)지에 고무를 입히는 압연 공정 후, 일정 폭으로 분할하여 이형지를 삽입하여 감는 과정으로 제조하였다. 상기 제조방법은 압연 과정을 거치기 때문에 분할 시 경사가 빠지는 문제가 없으나, 압연공정으로 인해 고무 사용이 발생하며 압연 후 코드를 분할하는 공정이 추가되고, 분할 후 와인딩(winding)하여 사용해야 하는 등 공정이 복잡한 단점이 있었다. 또한, 종래의 방법으로 제조된 캡플라이 코드(압연물)는 고무 사용에 따른 타이어 무게가 증가하며, 압연 후 분할 공정이 필요할 뿐 아니라, 압연 후 코드 사용기간이 짧다는 단점이 있어 이의 개선이 요구되고 있다.

본 발명은 저융점 원사를 위사로 사용함으로써 직물 분할 시 경사 빠짐 문제가 개선된 캡플라이 코드 직물 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 아라미드 원사 및 나일론 원사를 포함하는 하이브리드 코드를 경사로 사용하는 경우, 위사인 나일론 저융점 원사의 열융착이 아라미드 원사와는 발생하지 않음에 따라, 하이브리드 코드의 나일론 원사와 위사의 나일론 저융점 원사의 열융착 부분을 높이기 위하여, 위사의 간격을 줄이고 좁혀진 간격에 비례하여 위사의 데니어도 줄임으로써, 직물 분할 시 경사 빠짐 문제가 개선된 캡플라이 코드 직물 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 캡플라이 코드 직물은 하이브리드 코드를 포함하는 경사; 및 저융점(low melting) 원사와 상기 저융점 원사의 융점보다 높은 합성 원사를 포함하는 위사가 제직된 코드 직물로, 상기 경사와 상기 위사의 교차지점에 상기 저융점 원사가 열처리에 의해 열융착되어 형성된 열융착부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 하이브리드 코드는 아라미드 원사 및 나일론 원사를 포함하는 것일 수 있다.

또, 상기 위사는 7~15mm 간격으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 위사는 상기 합성 원사 및 상기 저융점 원사가 공기 교락된 인터레이스 얀(Interlace Yarn)일 수 있으며, 상기 합성 원사와 상기 저융점 원사가 1:1~1:3의 비율로 교락된 것일 수 있다. 또한, 위사는 100~500데니어일 수 있다.

또한, 상기 저융점 원사의 융점은 80~240℃일 수 있다.

아울러, 상기 열처리는 상기 저융점 원사의 융점보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 캡플라이 코드 직물의 위사로 저융점 원사 및 이를 포함하는 합사를 사용하여 열처리 시 경사와 위사의 교차지점에서 열융착이 발생됨에 따라, 경사의 빠짐 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 캡플라이 코드 직물은 점착성능이 부여됨에 따라 압연공정을 생략할 수 있으며, 이로 인하여 타이어 제조공정의 단축 효과 및 고무 사용량 감소로 인하여 원가절감, 타이어 중량감소 효과가 있을 뿐 아니라, 타이어 경량화에 따른 연비개선, 플랫스팟 현상이 개선된 래디얼 타이어를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡플라이 코드 직물의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다.

일 실시예에 따른 캡플라이 코드 직물은 하이브리드 코드를 포함하는 경사; 및 저융점(low melting) 원사와 상기 저융점 원사의 융점보다 높은 합성 원사를 포함하는 위사가 제직된 코드 직물로, 상기 경사와 상기 위사의 교차지점에 상기 저융점 원사가 열처리에 의해 열융착되어 형성된 열융착부를 포함할 수 있다.

이때, 경사로 아라미드 원사 및 나일론 원사를 포함하는 하이브리드 코드를 사용하는 경우, 위사인 저융점 원사의 열융착이 아라미드 원사와는 발생하지 않게 된다.

이에, 본 발명에서는 하이브리드 코드의 나일론 원사와 위사의 나일론 저융점 원사의 열융착 부분을 높이기 위하여, 위사의 간격을 줄이고 좁혀진 간격에 비례하여 위사의 데니어도 줄임으로써, 단위 길이당 투입하는 위사의 양을 종래와 동일하게 하는 것을 주요 특징으로 한다. 이로써, 직물 분할 시 경사 빠짐 문제가 개선된 캡플라이 코드 직물을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 캡플라이 코드 직물의 제조방법은 원사를 연사한 생코드를 경사로 하고, 저융점(low melting) 원사와 상기 저융점 원사의 융점보다 높은 합성 원사를 위사로 하여 직물을 제직하는 단계; 상기 직물을 열처리하여 상기 경사와 상기 위사의 교차지점에 상기 위사를 열융착시키는 단계; 및 상기 직물에 점착액을 부여하는 단계를 포함할 수 있다.

먼저, 직물을 제직하는 단계에서 생코드를 경사로 하여 경사를 10~35 EPI(End Per Inch)로 나열하고, 이들의 경사가 흩어지지 않도록 위사로 제직할 수 있다. 이때, 직물의 폭은 10 내지 200cm이고, 길이는 200 내지 4000m일 수 있다. 또한, 위사 간 간격은 7 내지 15mm으로 제직되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 생코드로 사용되는 원사는 합성섬유라면 특별히 제한되지 않으나, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유(예, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유), 아라미드 섬유 및 하이브리드 섬유로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

본 발명에서는 생코드로 나일론 섬유와 아라미드 섬유를 포함하는 하이브리드 코드를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이때, 나일론 섬유는 압출기에서 용융시킨 용융물을 방사구금을 통과시켜 방사한 후, 다단 롤러를 통과시키면서 연신-열고정-이완을 동시에 행하는 스핀-드로우 공법으로 제조될 수 있다. 이하, 나일론 섬유를 제조하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

구체적으로 나일론 섬유는 (A) 헥사메틸렌아디프아미드 반복 단위를 85몰% 이상 함유하는 폴리헥사메틸렌아디프아미드를 방사구금을 통하여 용융 압출하는 단계, (B) 방사구금 아래에서 냉각기체를 사용하여 냉각 고화시키고 미연신사를 인취하는 단계, (C) 상기 미연사를 다단 연신, 열처리 및 이완을 거쳐 연신사를 권취하는 단계에 의해 제조될 수 있다.

본 발명에 사용되는 폴리헥사메틸렌아디프아미드 중합물은 최소한 85몰%의 헥사메틸렌아디프아미드 반복 단위를 함유하며, 바람직하게는 헥사메틸렌아디프아미드 단위만으로 구성된다.

선택적으로, 상기 폴리헥사메틸렌아디프아미드 대신에 임의의 폴리아미드 단독중합체 및 공중합체가 사용될 수 있다. 이러한 폴리아미드는 주로 지방족이다. 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드) (나일론 66); 폴리(e-카프로아미드) (나일론 6); 및 그들의 공중합체 등의 널리 사용되는 나일론 중합체가 사용될 수 있다. 나일론 66이 가장 바람직하다. 유리하게 사용될 수 있는 기타 나일론 중합체는 나일론 12, 나일론 46, 나일론 610 및 나일론 612이다.

폴리헥사메틸렌아디프아미드 칩은, 열안정성 향상을 위하여 최종 중합체 중의 구리 금속으로서의 잔존량이 50 내지 80 ppm이 되도록 하는 양으로 첨가할 수 있는데, 이 양이 50 ppm보다 적으면 방사시 열안정성이 떨어져서 열분해가 일어나고, 80 ppm보다 많으면 필요 이상의 구리 금속이 이물질로 작용하여 방사시 문제가 된다.

상기 폴리헥사메틸렌아디프아미드 칩을 본 발명의 방법에 따라 섬유화한다.

단계 (A)에서, 폴리헥사메틸렌아디프아미드 칩을 팩 및 노즐을 통해 바람직하게는 270 내지 310℃의 방사온도에서, 바람직하게는 20 내지 200의 방사 드래프트비(최초 권취롤러 위에서의 선속도/노즐에서의 선속도)로 저온 용융방사함으로써 열분해에 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.

또한 본 발명에서는 팩내의 여과 체류시간을 3 내지 30초로 조정하는 것이 중요한 인자이다. 만일 팩내의 여과 체류시간이 3초 미만이면 이물질의 여과 효과가 불충분하며, 30초이상이면 과도한 팩압 증가로 인하여 열분해가 심하다.

또한 본 발명에서는 압출기 스크류의 L/D(길이/직경)을 10 내지 40으로 하는 것이 바람직한데 이는 스크류의 L/D가 10미만이면 균일한 용융이 어렵고, 40을 초과하면 과도한 전단응력에 의한 분자량 저하가 심하여 물성이 떨어진다.

단계 (B)에서, 상기 단계 (A)의 용융방출사를 냉각구역을 통과시켜 급냉고화시킨다.

냉각구역에서는 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 있으며, 오픈 냉각(open quenching)법이 바람직하다. 이어, 냉각구역을 통과하면서 고화된 방출사를 유제 부여장치에 의해 0.5 내지 1.0%로 오일링할 수 있다.

단계(C)에서, 미연신사의 바람직한 방사속도는 200 내지 1,000m/분이다.

한편 본 발명에서는 미연신사의 복굴절율을 감소시키는 것에 특징이 있는데, 이를 위해 제조 공정에서 방사통의 내부 온도를 낮게 유지하여 미연신사의 복굴절율을 감소시킬 수 있다.

방사통은 위, 아래가 오픈된 원통형의 구조로 길이 2~5M로 구성되어 있다. 방사통 하단 부위에 배기를 시켜, 미연신사 진행 방향으로 방사통 내의 공기 흐름을 가지게 된다. 방사통 내부의 온도를 낮추기 위해, 냉각 공기와는 별도로 방사통 내부로 차가운 공기를 주입하는 방법으로 진행하였다.

상기와 같은 방사통의 내부온도는 65℃ 이하로 유지하는 데, 용융 온도 대비 방사통 내부 온도의 비율(스핀튜브 내부온도/용융 온도)이 5 내지 50% 인 것이 본 발명의 특징이다. 상기 온도의 비율이 5% 미만이거나 50% 초과인 경우는 미연신사의 복굴절율이 높아지게 되어 연신성 저하에 의해 연신 구간에서의 원사 파단의 문제를 야기하게 된다.

한편 첫 번째 연신 롤러를 통과한 사를 스핀드로(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러를 통과시키면서 총연신비 4.0배 이상, 바람직하기로는 4.5 내지 6.5으로 연신시킴으로써 최종 연신사를 얻는다.

본 발명의 다단연신공정은 낮은 연신온도에서 진행되는 1차 연신공정과 높은 온도에서 진행되는 2차 연신공정으로 이루어진다.

본 발명의 2차 연신공정에서는 고온에서 열에 의한 결정화가 진행된다. 이러한 고온에서 열에 의한 결정들은 정련 후에 진행되는 건조공정인 열풍건조기에서 직물의 열수축에 영향을 준다. 본 발명의 2차 연신공정에서 바람직한 연신온도는 200 내지 250℃이고, 연신배율은 3.0배 이하인데, 연신온도가 200℃ 미만이면 열에 의한 충분한 결정화가 진행되지 않고, 연신온도가 250℃를 초과하면 사에 손상을 초래한다. 또한 연신 배율이 3.0배를 초과하면 사의 신도가 급격히 감소한다.

한편, 스핀-드로우 공법에 의해 나일론 66 고강력사를 제조하는 경우에는, 황산 상대점도가 2.7 내지 3.6인 나일론 66 공중합 칩을 압출기에서 용융시키고, 기어 펌프를 통하여 방사구금까지 이송한 다음, 압출시켜 냉각 고화시킨 후, 유제 부여장치를 이용하여 유제를 부여하고 방사속도 400 내지 1,000m/분으로 방사한 후 여러 쌍의 고데트 롤러를 통과시키면서 연신-열고정-이완시킨다. 이때, 제1 고데트 롤러와 제2 고데트 롤러 사이의 연신비는 1.01 내지 2.0로 하고, 제2 고데트 롤러와 제3 고데트 롤러 사이의 연신비는 1.0 내지 2.0, 제3 고데트 롤러와 제4 고데트 롤러 사이의 연신비는 1.0 내지 2.0로 하여 전체 연신비가 4.0 내지 6.0의 수준으로 되게 연신한 후 0 내지 12%의 수준으로 이완 공정을 적용한 2,000 내지 4,000m/분의 속도로 권취한다. 제1 고데트 롤러의 온도는 상온이고, 제2 고데트 롤러의 온도는 상온 내지 90℃, 제3 고데트 롤러의 온도는 120 내지 230℃, 제4 고데트 롤러의 온도는 180 내지 250℃, 제5 고데트 롤러의 온도는 상온 내지 150℃로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 사용되는 아라미드 섬유의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.

아라미드 섬유의 제조장치는 도프 공급부와; 방사구금과; 응고부로; 구성되되, 상기 응고부는, 상기 방사구금의 하부에 위치하며 응고액이 담겨있는 응고조와; 상기 응고액의 배출 통로를 제공하기 위하여 상기 응고조의 하부에 위치하는 제 1응고 튜브와; 상기 제 1응고 튜브의 일측면에 20~40°의 각도로 부착되어 2차 응고액이 분사되는 분사구와; 상기 분사구의 하단 부분에 부착된 제 2응고 튜브로; 구성되며, 상기 제 2응고 튜브는 요철형상을 가지고 있다.

도프 공급부로부터 제공되는 방향족 폴리아미드를 포함하는 도프는 방사구금을 통해 압출된 후 상기 응고부를 통과하면서 응고되어 멀티필라멘트를 형성한다. 상기 방향족 폴리아미드는 고강도 및 고탄성율 특성을 갖는 파라-아라미드로서, 폴리파라페닐렌테레프탈아미드(PPD-T), 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드), 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드), 또는 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 방향족 폴리아미드는 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다. 우선, 유기용 매에 무기염을 첨가하여 중합용매를 제조한다. 상기 유기용매로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N'-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N', N'-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 무기염으로는 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr, KBr, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 무기염은 방향족 폴리아미드의 중합도를 증가시키기 위하여 첨가하는 것이다. 다만, 상기 무기염이 과량으로 첨가되면 미처 용해되지 않는 무기염이 중합용매 내에 존재할 수 있기 때문에, 상기 무기염의 중합용매 내 함량은 10 중량% 이하인 것이 바람직하다. 상기 무기염은 유기용매에 대한 용해도가 좋지 않기 때문에 물을 첨가하여 무기염을 완전히 용해시키고, 그 후에 탈수공정을 통해 물을 제거함으로써 최종적인 중합용매를 제조할 수 있다.

이어서, 상기 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조한다. 상기 방향족 디아민은 파라-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민, 또는 4,4'-디아미노벤즈아닐라이드일 수 있다. 이어서, 상기 혼합용액을 교반하면서 상기 혼합용액에 소정량의 방향족 디에시드 할라이드를 첨가함으로써 1차 중합을 수행한다. 상기 방향족 디에시드 할라이드는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4'-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드, 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드일 수 있다. 상기 1차 중합을 통해 중합용매 내에 예비 중합체가 형성된다. 이어서, 상기 중합용매에 방향족 디에시드 할라이드를 추가로 첨가함으로써 2차 중합을 수행하고, 이러한 2차중합을 통해 방향족 폴리아미드가 최종적으로 얻어진다. 상기 방향족 폴리아미드는 사용된 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드의 종류에 따라 폴리파라페닐렌테레프탈아미드(PPD-T), 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드), 또는 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산아미드)일 수 있다.

이어서, 중합반응 중에 생성된 염산을 중화시키기 위하여 상기 중합용액에 NaOH, Li₂CO₃, CaCO₃, LiH, CaH₂, LiOH, Ca(OH)₂, Li₂O, CaO 등과 같은 알칼리 화합물을 첨가한다. 한편, 1차 및 2차 중합공정들을 통해 얻어진 중합용액에 물을 첨가하여 슬러리 상태로 만들어 그 유동성을 향상시키는 것이 후속 공정들을 수행하는데 유리할 수 있다. 이때, 알칼리 화합물을 용해시킨 물을 상기 중합용액에 첨가함으로써 상기 중화공정과 상기 슬러리 제조공정을 동시에 진행할 수도 있다.

이어서, 상기 중합용액으로부터 중합용매를 추출한다. 이와 같은 추출공정은 물을 이용하여 수행하는 것이 가장 효과적이고 경제적이다. 예를 들어, 배출구가 구비된 욕조에 필터를 설치하고 상기 필터 위에 중합체를 위치시킨 후 물을 부어, 중합체 내에 함유된 중합용매를 물과 함께 상기 배출구로 배출시킬 수 있다. 한편, 상기 중합용액 내에 존재하는 방향족 폴리아미드의 입자 크기가 너무 크면 중합용매 추출에 많은 시간이 소요되어 생산성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 중합용매 추출 공정 전에, 상기 방향족 폴리아미드의 분쇄 공정이 수행될 수도 있다.

이어서, 탈수 및 건조 공정들을 통해, 방향족 폴리아미드에 잔류하는 물을 제거한다. 상기 방법에 의하여 제조된 도프가 도프 공급부를 통해 방사구금으로 제공된 후 압출된다. 상기 방사구금은 0.1mm 이하의 직경을 갖는 다수의 모세관들을 갖는다. 만약 방사구금에 형성된 모세관의 직경이 0.1 mm를 초과할 경우에는 생성되는 모노 필라멘트의 분자 배향성이 나빠짐으로써 결과적으로 멀티 필라멘트의 강도가 낮아지는 결과가 야기된다. 상기 요철 형상은 난류의 발생을 촉진하기 위하여 강구된 구성으로 상기 제 2응고 튜브는 단면적의 지름을 8~11mm, 요철 반경을 0.5~1.5mm로 구현하여 달성된다. 상기 제 1응고 튜브와 제 2 응고 튜브의 길이의 합은 100~150mm인 것이 바람직하다. 상기 길이의 합이 100mm 미만이면 요철에 의한 효과가 미흡하여 응고액이 조기 이탈되는 등 균일한 응고가 이루어지지 않고, 150mm를 초과할 경우는 요철부의 저항으로 응고조에 저장된 응고액에 대한 펌핑능력이 떨어질 수 있다. 상기 분사구는 제 1응고 튜브의 일측면에 부착되는데, 20~40°의 각도 바람직하게는 30°의 각도로 부착되는 것이 바람직하다. 상기 각도 즉, 20~40°를 벗어나서 부착되면 응고액에 대한 펌핑능력이 너무 느려 고속방사가 불가능하게 되는 문제점이 발생된다. 상기 분사구를 통해 분사되는 2차 응고액은 1차 응과액과 용매의 조성 및 온도가 상이하도록 제조된다. 이 또한 요철 형상의 제 2응고 튜브와 마찬가지로 난류의 발생을 촉진시키기 위함이다. 상기 난류의 발생의 촉진은 잔류 용매 특히 황산의 추출을 향상시켜 최종 생성되는 아라미드 섬유의 물성 저하를 방지할 수 있다.

상기 아라미드 섬유의 물성에는 신도 및 인장강도 등이 포함될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자가 측정할 수 있는 모든 물성이 포함되는 것은 물론이다.

이후, 제조된 1본의 나일론 원사 및 1본의 아라미드 원사를 가연 및 합연이 동시 진행되는 다이렉트 연사기를 이용하여 연사하여 생코드(raw cord)를 제조할 수 있다.

이때, 연사는 원사에 하연(ply twist)을 가한 후에 상연(cable twist)을 가하여 합연함으로써 제조될 수 있으며, 상연 및 하연은 동일한 연수 또는 필요에 따라 상이한 연수를 가할 수 있다.

상기 생코드의 연수는 상/하연이 동일한 수치로 200/200 TPM(twist per meter) 내지 430/430 TPM일 수 있다. 상연 및 하연을 동일한 수치로 연사하게 될 경우, 제조된 코드가 회전이나 꼬임 등을 나타내지 않고 일직선상을 유지하기 쉬워 물성 발현을 최대로 할 수 있다. 한편, 상/하연의 연수가 250/250 TPM 미만일 경우에는 코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 430/430 TPM을 초과할 경우에는 강력 저하가 커서 타이어 코드용으로 적절하지 않게 된다.

본 발명은 위사로 저융점(low melting) 원사를 포함하는 것을 특징으로 한다. 저융점 원사의 융점은 80~210℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100~190℃일 수 있다.

한편, 위사로 저융점 원사만 사용할 경우 후술하는 열처리에 의해 저융점 원사가 완전히 녹아서 끊어질 수 있기 때문에 저융점 원사보다 융점이 높은 일반 원사와 저융점 원사를 합사하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 합사는 일반 원사와 저융점 원사의 비율을 1:1~1:3으로 제작될 수 있다. 또한, 일반 원사와 저융점 원사를 단순 합사할 시 일반 원사와 저융점 원사가 분리될 수 있기 때문에, 공기 교락을 이용하여 인터레이스 얀(Interlace Yarn, ITY)으로 제작하여 모노 필라멘트가 서로 엉키게 만들어 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 인터레이스 얀 2본을 가연 및 합연이 동시 진행되는 다이렉트 연사기를 이용하여 연사하여 생코드를 제조할 수도 있다. 이때, 연사 및 연수는 전술한 바와 동일하며, 중복되는 내용은 생략하기로 한다.

또한, 아라미드 섬유를 포함하는 하이브리드 코드(Hybrid cord)를 사용하는 경우, 아라미드 섬유는 열을 가해도 녹지 않는 특징이 있어 위사로 저융점 원사를 사용하여 열처리해도 경사와 위사가 열융착되지 않는 문제가 발생하게 된다.

이에, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 아라미드 플라이(ply)를 포함하는 하이브리드 코드를 경사로 포함하는 경우에는 아라미드 플라이 이외의 플라이에 저융점 원사를 포함하는 위사를 더 많이 열 융착시키기 위해 위사 간격을 좁혀서 배치하며, 이때 위사는 좁혀진 간격에 비례하여 얇게 사용하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 경사인 하이브리드 코드의 나일론 원사 부분과 위사의 저융점 원사 부분과의 접촉 횟수가 증가됨에 따라, 경사와 위사 사이의 접착력이 우수하여 직물 분할 시 경사 빠짐 문제가 개선될 수 있다. 구체적으로, 위사 간 간격은 7 내지 15mm으로 제직되어 있는 것이 바람직하며, 위사는 100 내지 500데니어(denier)일 수 있으며, 100 내지 400데니어인 것이 바람직하며, 100 내지 200데니어인 것이 더욱 바람직하다.

이후, 직물에 점착액을 부여하는 단계를 수행할 수 있다.

직물을 딥핑액에 침지한 후, 열처리하여 경사와 위사의 교차지점에서 저융점 원사를 열융착시킬 수 있으며, 생지 표면에 수지층이 부착된 딥지를 제조할 수 있다. 여기서, 열처리 온도는 저융점 원사의 융점보다 높은 온도로 수행되는 것이 바람직하며, 100~250℃, 100~240℃, 100~230℃ 또는 100~220℃일 수 있다. 또한, 열처리는 핫 플레이트(hot plate) 또는 열처리 작업이 용이한 롤러(roller)를 통과시켜 수행될 수 있다.

저융점 원사의 융점보다 높은 온도에서 직물을 열처리함에 따라, 저융점 원사는 용융되어 경사와 위사의 교차지점에 융착된다. 이로 인하여 캡플라이 코드 직물의 분할 시 경사가 빠지는 문제를 해결할 수 있다.

상기 과정에서 딥핑은 섬유의 표면에 RFL (Resorcinol Formaline Latex)이라 불리는 수지층을 함침시키는 것을 말한다. 이는 원래 고무와의 접착성이 떨어지는 타이어 코드용 섬유의 단점을 개선하기 위하여 실시된다.

본 발명에서 코드와 고무의 접착을 위한 접착액은 아래와 같은 방법을 이용하여 제조될 수 있다.

먼저, 29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부; 증류수 255.5 중량부; 37% 포르말린 20 중량부; 및 10wt%수산화나트륨 3.8 중량부를 포함하는 용액을 제조하여 25℃에서 5시간 교반하면서 반응시킨 후 아래의 성분을 추가한다.

40wt% VP-라텍스 300 중량부; 증류수 129 중량부; 28% 암모니아수 23.8 중량부 성분 첨가 후 25℃에서 20시간 동안 숙성시켜 고형분 농도 19.05%가 되도록 유지한다.

생지(raw fabric)를 건조시킨 후 점착액이 적용된다. 점착액의 부착량을 조절하기 위하여 0 내지 4%의 신장(stretch)을 필요로 하고, 바람직하게는 1 내지 2%의 신장이 이루어질 수 있다. 만약 신장 비율이 너무 높으면, 점착액의 부착량은 조절될 수 있지만 절신이 감소되어 결과적으로 내피로성이 감소된다.

점착제 부착량은 고형분 기준으로 섬유 무게에 대하여 1.5 내지 5.5%가 바람직하다. 점착액을 통과한 후 딥지는 120 내지 170℃에서 건조된다. 건조 시간은 180 내지 220초가 될 수 있고, 그리고 건조 과정에서 딥지는 1 내지 2% 정도로 신장(stretch)이 될 수 있다. 신장 비율이 낮은 경우 코드의 중신 및 절신이 증가하여 타이어코드로 적용되기 어려운 물성을 나타낼 수 있다. 다른 한편으로 신장 비율이 3%를 넘는 경우 중신수준은 적절하나 절신이 너무 작아져 내피로성이 저하될 수 있다.

건조 후에는 130 내지 250℃의 온도 범위에서 열처리된다. 열처리시 신장 비율은 -2 내지 2.0% 사이를 유지하며, 열처리 시간은 50 내지 90초가 적정하다. 50초 미만 시간 동안 열처리가 되는 경우 점착액의 반응 시간이 부족하여 접착력이 낮아지는 결과를 가져오게 되며, 90초 이상 시간 동안 열처리가 되는 경우 점착액의 경도가 높아져서 코드의 내피로성이 감소될 수 있다.

전술한 바와 같이 제조된 캡플라이 코드 직물은 분할하여 캡플라이 테이프로 제작될 수 있다. 본 발명은 캡플라이 코드 직물의 위사로 저융점 원사를 포함하여 열처리 시 경사와 위사의 교차지점에서 열융착이 발생됨에 따라, 분할 시 경사의 빠짐 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 캡플라이 코드 직물은 접착용 고무를 입히는 압연공정을 생략할 수 있으며, 이로 인하여 타이어 제조공정의 단축 효과 및 고무 사용량 감소로 인하여 원가절감, 타이어 중량감소 효과가 있을 뿐 아니라, 타이어 경량화에 따른 연비개선, 플랫스팟 현상이 개선된 래디얼 타이어를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

타이어 코드용 나일론 섬유 1260데니어 1본과 아라미드 섬유 1500데니어 1본을 상연수 370TPM, 하연수 370TPM으로 하여 합연함으로써 생코드를 제조하였다.

상기 생코드를 1400개 정렬하여 경사로 하고, 이것에 위사를 7~15mm 간격으로 정렬하여 코드 직물을 얻었다. 이때, 위사로는 하기 표 1에 기재된 바와 같이 융점이 125~130℃인 저융점 나일론 원사와 융점이 235~250℃인 나일론 원사를 공기 교락한 인터레이스 얀을 사용하였다. 이때 사용된 위사의 데니어는 150데니어로 기존의 위사보다 적은 데니어를 사용하였다.

직물을 레소시놀-포르말린-고무라텍스(RFL)로 이루어지는 처리액에 침지시킨 후, 100℃에서 100초간 건조시키고, 계속해서 240℃ 에서 60초간 연신 열처리, 릴렉스 열처리를 실시하여, 캡플라이 코드 직물을 제조하였다. 제조된 코드에 수직방향으로 코드지를 절단하여 타이어 성형에 이용하였다.

[비교예 1 내지 3]

위사와 경사의 구성, 위사의 데니어 및 위사 간 간격을 하기 표 1에 기재된 바와 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 통하여 캡플라이 코드 직물을 제조하였다.

[실험예]

실시예 및 비교예에서 제조된 캡플라이 코드의 접착력 평가를 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 접착력 평가는 경사를 측면에서 뽑아내면서 인장 시험하여 위사와의 접착력을 평가하였다.

	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1
위사 구성	Nylon + Cotton	Nylon + 저융점 원사	Nylon + 저융점 원사	Nylon + 저융점 원사
경사 구성	Nylon 2ply	Nylon 2ply	Hybrid(Nylon +Aramid)	Hybrid(Nylon +Aramid)
위사 Denier	231d	300d	300d	150d
위사 간 간격	15~25 mm	15~25 mm	15~25 mm	7~15 mm
경사-위사 간 접착력	0.00 kgf	0.09 kgf	0.02 kgf	0.06 kgf

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 위사로 저융점 원사를 포함하지 않는 경우(비교예 1)에는 경사와 위사 간 접착력이 0kgf로 직물 분할 시 경사 빠짐 문제가 발생하게 된다. 또한, 경사가 나일론만으로 이루어질 경우(비교예 2)에는 위사로 저융점 원사를 적용함으로써 경사와 위사 사이의 접착력이 우수하여 경사 빠짐 문제를 해결할 수 있다.

반면, 경사가 아라미드 원사를 포함하는 하이브리드 코드일 경우(비교예 3)에는 저융점 원사를 적용함에도 불구하고, 위사 간 간격이 15mm 이상일 경우에는 아라미드 원사 부분과 저융점 원사 부분의 접착이 발생하지 않게 되어 경사-위사 사이의 접착력이 0.02kgf 수준으로 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다.

한편, 실시예 1과 같이 위사 간 간격을 15mm 이하, 바람직하게는 7~15mm로 위사 간 간격을 좁히게 되면 경사-위사 간 접착력이 개선되어 직물 분할 시 경사 빠짐 문제가 해결될 수 있다. 이에, 저융점 원사를 적용한 위사는 아라미드와 열 융착이 되지 않지만, 하이브리드 코드의 나일론 원사 부분과 위사의 저융점 원사 부분과의 접촉 횟수를 증가시키고, 이때 위사는 좁혀진 간격에 비례하여 얇게 적용함으로써, 경사가 나일론 원사인 저융점 원사 적용분(비교예 2)과 동일한 효과를 기대할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (7)

1. 아라미드 원사 및 나일론 원사를 포함하는 하이브리드 코드를 포함하는 경사; 및 저융점(low melting) 원사와 상기 저융점 원사의 융점보다 높은 합성 원사가 공기 교락된 인터레이스 얀(Interlace Yarn)인 위사가 제직된 코드 직물로,
   상기 경사와 상기 위사의 교차지점에 상기 저융점 원사가 열처리에 의해 열융착되어 형성된 열융착부를 포함하고,
   상기 위사는 7 내지 15mm 간격으로 배치되고,
   상기 위사는 100~200데니어 이고,
   상기 열처리는 상기 저융점 원사의 융점보다 높은 온도에서 수행되고,
   상기 저융점 원사의 융점은 80~210℃인 캡플라이 코드 직물.
   
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