KR102578622B1 - Eco-friendly high performance radial tire including cap ply applied with cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소음 및 고속내구성, 조종안정성을 향상시키며, 줄어든 주행중 타이어 변형으로 인한 연비의 향상 및 친환경 소재의 캡플라이의 제조 및 타이어 성형 및 가류 공정을 개선시킨 연비저감형 친환경 고성능 래디얼 타이어에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기존까지의 캡플라이용 아라미드-폴리아미드 66 하이브리드 코드를 구성하는 파라 아라미드 및 폴리아마이드 66을 친환경 소재로 대체함으로써, 최근 비석유계 혹은 재활용 소재를 사용하도록 하는 ESG(Environment, Society, Governance)적 경쟁력 향상과 기존의 고성능 소재들의 특성 50~100% 수준으로 확보함에 따라, 타이어의 성능도 고성능 소재들을 사용하였을 때와 유사한 특성들을 나타내도록 하는 것을 목적으로 한다. 즉 기존에 친환경소재들을 사용 시, 기존의 석유계 소재들을 사용할 때보다 성능적, 비용적으로 불리함이 발생할 수 있는 부분을 최소화하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a fuel-efficient, eco-friendly, high-performance radial tire that improves noise, high-speed durability, and steering stability, improves fuel efficiency due to reduced tire deformation while driving, manufactures cap plies made of eco-friendly materials, and improves tire molding and curing processes. . More specifically, by replacing para-aramid and polyamide 66, which make up the existing aramid-polyamide 66 hybrid cord for cap plies, with eco-friendly materials, ESG (Environment, Society, Governance) has recently been introduced to use non-petroleum-based or recycled materials. ) As competitiveness is improved and the characteristics of existing high-performance materials are secured at a level of 50 to 100%, the goal is to ensure that the performance of tires exhibits similar characteristics to those when high-performance materials are used. In other words, the purpose is to minimize the performance and cost disadvantages that may arise when using existing eco-friendly materials compared to using existing petroleum-based materials.

Description

셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드를 캡플라이에 적용한 친환경 고성능 래디얼 타이어 {Eco-friendly high performance radial tire including cap ply applied with cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord}Eco-friendly high performance radial tire including cap ply applied with cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord}

본 발명은 소음 및 고속내구성, 조종안정성을 향상시키며, 줄어든 주행중 타이어 변형으로 인한 연비의 향상 및 친환경 소재의 캡플라이의 제조 및 타이어 성형 및 가류 공정의 개선을 시킨 연비저감형 친환경 래디얼 타이어에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel-efficient eco-friendly radial tire that improves noise, high-speed durability, and steering stability, improves fuel efficiency due to reduced tire deformation while driving, manufactures cap plies made of eco-friendly materials, and improves tire molding and curing processes. .

지금까지의 고성능 타이어에 캡플라이(Cap Ply)로 사용하던 아라미드 하이브리드 코드는 초기 모듈러스/절단 시 모듈러스의 Ratio 만을 특징으로 삼아 적용해왔었다. 앞서 아라미드 하이브리드 관련 선행특허로서 스미토모고무 일본특허공개공보 1989-247204 와 미쉐린의 미국등록특허 7,222,481호가 대표적이다. Until now, the aramid hybrid cord used as a cap ply in high-performance tires has been applied with only the initial modulus/modulus ratio at cutting as its characteristic. Previous patents related to aramid hybrid include Sumitomo Rubber's Japanese Patent Publication No. 1989-247204 and Michelin's U.S. Patent No. 7,222,481.

도 1은 종래 아라미드 하이브리드 코드의 응력 변형율을 도시한 그래프이다.Figure 1 is a graph showing the stress strain rate of a conventional aramid hybrid cord.

도 1에서는 아라미드 하이브리드 코드의 초기모듈러스와 최종 모듈러스의 기울기를 나타내고 있다. Figure 1 shows the slope of the initial modulus and final modulus of the aramid hybrid cord.

먼저 출원된 스미토모 고무의 일본특허공개공보 1989-247204호에서는 초기모듈러스와 최종 모듈러스의 비를 2~9로 한정하고 있다. 반면 미쉐린의 특허는 10 이상의 초기모듈러스와 최종모듈러스의 비를 정의하고 있다. In Sumitomo Rubber's previously filed Japanese Patent Publication No. 1989-247204, the ratio between the initial modulus and the final modulus is limited to 2 to 9. On the other hand, Michelin's patent defines a ratio of initial and final modulus of 10 or more.

미쉐린의 특허는 스미토모의 특허와 아라미드 하이브리드 코드의 모듈러스 비의 범위를 달리하고 있다. 공통적으로는 이 둘의 특허에서 모듈러스의 비는 초기모듈러스와 최종 모듈러스 두 가지만 정의하고 있는 것이 공통점이다. 또한, 미쉐린의 특허를 예를 들면 초기 모듈러스에 대한 정의가 명확하지 않은 모호한 면이 있다. 이론상으론, 초기 모듈러스는 응력-변형률 곡선에서 변형률이 0일때의 접선의 기울기로 정의된다. 하지만, 실제 타이어 코드의 측정 그래프에서 0점에서의 접선을 긋게 되면 매우 낮은 기울기가 나오는 문제가 발생한다. 이를 방지하기 위한다면, 특정 구간을 정해놓고 탄젠트(tan α)기울기 값을 구해야 하지만, 이를 위한 구간을 상기 문헌에서는 언급하고 있지 않다. 사실상 일반적인 인장시험시 초하중 조건인 0.5 cN/tex 혹은 0.05 g/d에서는 실질적으로 변형률 0에서의 접선의 기울기가 초기 모듈러스 값을 정확히 대표할 수 있는지가 명확하지 않게 되는 것이다. 기존의 초하중 조건~미소 변위 구간에서는 코드를 이루는 섬유다발의 구조적 특성 때문에 (일정 하중 미만에서 집속력이 부족)에 골고루 응력이 분산되지 않고 필라멘트의 집속력이 향상되는 구조적 변형이 발생하기 때문에 인장시험 시 초하중 조건에서의 재료의 초기모듈러스를 정의하기에 부족한 부분이 많은 것으로 보인다. 이러한 현상으로 초기 미소구간에서의 모듈러스는 본래 원하는 특성치보다 낮은 값을 가지는 현상이 나타나게 된다. 실제로 아라미드 코드만을 가지고 0.05 g/d의 초기하중을 준 다음 인장시험을 한 다음 원점에서의 접선의 기울기, 즉 초기 모듈러스를 원점에서의 미소구간에서 구하게 되면, 최종 모듈러스와의 비가 경우에 따라서 1:10도 될 수 있는 원치 않는 결과가 나타나기도 한다. Michelin's patent differs from Sumitomo's patent in the range of the modulus ratio of the aramid hybrid cord. What these two patents have in common is that only two modulus ratios are defined: the initial modulus and the final modulus. Additionally, taking Michelin's patent as an example, there is an ambiguous aspect in which the definition of the initial modulus is not clear. In theory, the initial modulus is defined as the slope of the tangent line on the stress-strain curve when the strain is zero. However, if a tangent line is drawn at point 0 on the actual tire cord measurement graph, a very low slope occurs. To prevent this, a specific section must be set and the tangent (tan α) slope value must be obtained, but the section for this is not mentioned in the above document. In fact, in general tensile testing at an initial load condition of 0.5 cN/tex or 0.05 g/d, it is not clear whether the slope of the tangent line at a strain rate of 0 can accurately represent the initial modulus value. In the existing ultra-load condition ~ micro-displacement section, due to the structural characteristics of the fiber bundles that make up the cord (lack of focusing force below a certain load), stress is not distributed evenly and structural deformation occurs that improves the focusing force of the filament, resulting in tensile tension. It appears that there are many shortcomings in defining the initial modulus of the material under the initial load condition during the test. Due to this phenomenon, the modulus in the initial small section appears to have a lower value than the original desired characteristic value. In fact, if an initial load of 0.05 g/d is applied using only an aramid cord and a tensile test is performed, then the slope of the tangent at the origin, that is, the initial modulus, is obtained in a small section at the origin, the ratio with the final modulus is sometimes 1: Unwanted results, which can be as high as 10, may appear.

이러한 오류를 해결하기 위해 본 특허에서는 기존 대비 2배의 초하중을 부여하여 인장시험을 진행하여 이때의 변형률 0에서의 접선으로 초기 모듈러스를 규정하고자 하며, 이때의 초하중은 0.10g/d로 규정코자 한다. 이로써 코드를 구성하는 섬유다발의 집속력 차이로 발생할 수 있는 미소변형 구간의 낮은 초기 모듈러스 대신, 전반적인 재료적 특징을 나타낼 수 있는 초기 모듈러스로 볼 수 있을 것이다.To solve this error, this patent attempts to conduct a tensile test by applying an initial load twice that of the existing one and define the initial modulus as a tangent at a strain rate of 0, and the initial load at this time is specified as 0.10 g/d. Let's do it. As a result, instead of the low initial modulus in the micro-strain section that may occur due to differences in the focusing power of the fiber bundles that make up the cord, it can be viewed as an initial modulus that can represent the overall material characteristics.

이를 보았을 때, 소재의 특징에 따른 타이어 성능에만 초점을 맞추었을 뿐, 지속가능성 확보를 위한, 소재적 접근은 미진했던 것이 사실이다.Looking at this, it is true that only the focus was on tire performance according to the characteristics of the material, and the material approach to securing sustainability was insufficient.

화학식 1과 2는 각각 파라아라미드와 폴리아미드 66의 중합공정 화학반응식을 나타내고 있다. Chemical formulas 1 and 2 represent the chemical reaction equations for the polymerization process of para-aramid and polyamide 66, respectively.

여기서 사용되는 단량체들은 모두 석유계로서 현재 친환경소재로 일컬어 지는 Bio Derived 혹은 Recycle 소재와는 상당히 거리가 멀고, 타이어에 사용된 이후, 재활용도 쉽지 않은 것이 현실이다. The monomers used here are all petroleum-based and are quite far from bio-derived or recycled materials, which are currently called eco-friendly materials, and the reality is that they are not easy to recycle after being used in tires.

향후 탄소중립 목표일정인 2045년을 만족시키기 위해선, 차량의 에너지 효율 증가도 중요하고, 타이어의 회전저항 감소도 중요하지만, 타이어를 구성하는 재료들이 환경친화적인지, 혹은 재활용이 가능한지가 무척이나 중요한 상황이 되었다. In order to meet the future carbon neutrality target of 2045, it is important to increase the energy efficiency of vehicles and reduce rolling resistance of tires, but it is also very important whether the materials that make up tires are environmentally friendly or recyclable. It became.

특히, 타이어에 사용되는 소재 중에 친환경소재로서 접근이 어려운 부분이 타이어 코드(Tire Cord)인 상황에서, 친환경소재 타이들을 만족하는 섬유코드를 발굴하는 것은 무척이나 중요하며, 본 특허에서는, 기존 고성능 타이어에 캡플라이로 사용되고 있던, 아라미드-폴리아마이드 66 하이브리드 코드를 친환경적으로 접근함과 동시에, 원가상승을 최소화할 수 있는 방안을 고안하고자 한다.In particular, among the materials used in tires, tire cord is an eco-friendly material that is difficult to access, so it is very important to discover a fiber cord that satisfies eco-friendly material ties, and in this patent, existing high-performance tires We would like to devise a way to minimize cost increases while approaching the aramid-polyamide 66 hybrid cord, which was used as a cap ply, in an environmentally friendly manner.

본 발명의 목적은 기존까지의 캡플라이용 아라미드-폴리아미드 66 하이브리드 코드를 구성하는 파라 아라미드 및 폴리아마이드 66을 친환경 소재로 대체함으로써, 최근 비석유계 혹은 재활용 소재를 사용하도록 하는 ESG(Environment, Society, Governance)적 경쟁력 향상과 기존의 고성능 소재들의 특성 50~100% 수준으로 확보함에 따라, 타이어의 성능도 고성능 소재들을 사용하였을 때와 유사한 특성들을 나타내도록 하는 것이다. 즉 기존에 친환경소재들을 사용 시, 기존의 석유계 소재들을 사용할 때보다 성능적, 비용적으로 불리함이 발생할 수 있는 부분을 최소화하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to replace para-aramid and polyamide 66, which constitute the existing aramid-polyamide 66 hybrid cord for cap ply, with eco-friendly materials, thereby creating an environment, society, and environment (ESG) system that allows the use of non-petroleum-based or recycled materials. As competitiveness in terms of governance is improved and the characteristics of existing high-performance materials are secured at a level of 50 to 100%, the performance of tires is also designed to exhibit characteristics similar to those when high-performance materials are used. In other words, the purpose is to minimize the performance and cost disadvantages that may arise when using existing eco-friendly materials compared to using existing petroleum-based materials.

본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 하이브리드 코드는 셀룰로오스 인조섬유 및 폴리에스터 섬유를 합연사한 것을 특징으로 한다.The hybrid cord for tires according to an embodiment of the present invention is characterized by twisting cellulose artificial fibers and polyester fibers.

상기 셀룰로오스 인조섬유는 비스코스레이온, 이황화탄소를 이용한 재생 셀룰로오스 섬유, 라이오셀, 텐셀 및 펄프로부터 제조된 셀룰로오스 인조섬유 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The cellulose artificial fiber may be one or more selected from viscose rayon, regenerated cellulose fiber using carbon disulfide, lyocell, tencel, and cellulose artificial fiber manufactured from pulp.

상기 폴리에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 폴리에틸렌퓨라노에이트(PEF) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The polyester may be one or more selected from polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and polyethylene furanoate (PEF). .

상기 폴리에스터 섬유는 바이오 유래 폴리에스터일 수 있다.The polyester fiber may be bio-derived polyester.

상기 폴리에스터 섬유는 바이오매스 에틸렌 글리콜과 테레프탈산을 반응시켜 제조한 PET일 수 있다.The polyester fiber may be PET manufactured by reacting biomass ethylene glycol and terephthalic acid.

상기 폴리에스터 섬유는 2,5-FuranDiCarboxylic Acid(FDCA)와 에틸렌 글리콜을 반응시켜 제조한 Polyethylene Furanoate(PEF)일 수 있다.The polyester fiber may be Polyethylene Furanoate (PEF) produced by reacting 2,5-FuranDiCarboxylic Acid (FDCA) and ethylene glycol.

상기 폴리에스터 섬유는 바이오매스 에틸렌 글리콜과 2,5-FuranDiCarboxylic Acid(FDCA)를 반응시켜 제조한 Polyethylene Furanoate(PEF)일 수 있다.The polyester fiber may be Polyethylene Furanoate (PEF) produced by reacting biomass ethylene glycol with 2,5-FuranDiCarboxylic Acid (FDCA).

상기 하이브리드 코드의 정량섬도는 1,000 데니어 초과 5,000 데니어 미만일 수 있다.The quantitative fineness of the hybrid cord may be greater than 1,000 denier and less than 5,000 denier.

상기 하이브리드 코드는 하기 식 1의 꼬임계수 기준으로, 꼬임계수가 100 이상 250 이하일 수 있다.The hybrid cord may have a twist coefficient of 100 or more and 250 or less, based on the twist coefficient of Equation 1 below.

Figure 112021069163518-pat00003
<식 1>
Figure 112021069163518-pat00003
<Equation 1>

여기서 αd는 데니어 기준 꼬임계수이며, T는 TPM(Twist per meter), ρd는 하이브리드 코드의 데니어 단위의 정량섬도이다.Here, α d is the twist coefficient based on denier, T is TPM (Twist per meter), and ρ d is the quantitative fineness in denier units of the hybrid cord.

상기 하이브리드 코드는 셀룰로오스 인조섬유와 폴리에스터의 비율이 1:5 내지 5:1일 수 있다.The hybrid cord may have a ratio of cellulose artificial fiber and polyester of 1:5 to 5:1.

본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 하이브리드 코드의 제조방법은 셀룰로오스 인조섬유와 폴리에스터 계열의 열가소성 섬유를 합연사하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a hybrid cord for tires according to an embodiment of the present invention includes the step of twisting cellulose artificial fibers and polyester-based thermoplastic fibers.

본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 고성능 래디얼 타이어는 셀룰로오스 인조섬유 및 폴리에스터 섬유를 합연사한 하이브리드 코드를 캡플라이에 적용한 것을 특징으로 한다.An eco-friendly, high-performance radial tire according to an embodiment of the present invention is characterized by applying a hybrid cord made of cellulose artificial fiber and polyester fiber to the cap ply.

상기 하이브리드 코드는 코드 간 간격이 0.1 mm 내지 0.25 mm일 수 있다.The hybrid cord may have an inter-cord spacing of 0.1 mm to 0.25 mm.

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드를 적용한 캡플라이의 타이어 원주 상 배향 각도는 -7도 내지 +7도 범위로 적용될 수 있다.The orientation angle of the cap ply using the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord on the tire circumference may range from -7 degrees to +7 degrees.

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드를 캡플라이에 적용한 타이어의 스틸벨트 층의 각도는 24도 내지 30도로 적용될 수 있다.The angle of the steel belt layer of a tire to which the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord is applied to the cap ply may be 24 to 30 degrees.

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드의 구간별 탄성률 비율은 하기 식 2를 만족할 수 있다.The elastic modulus ratio for each section of the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord may satisfy Equation 2 below.

Figure 112021069163518-pat00004
<식 2>
Figure 112021069163518-pat00004
<Equation 2>

여기서 ,here ,

△(2% - 0%): 하중(Force)-인장(변형률) 곡선상 0~2% 구간 기울기△(2% - 0%): Slope between 0 and 2% on the force-tensile (strain) curve

△(8% - 7%): 하중(Force)-인장(변형률) 곡선상 7~8% 구간 기울기△(8% - 7%): Slope of 7~8% section on the force-tensile (strain) curve

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드의 Dip Cord 상태 절단신율 범위는 8% 내지 12%일 수 있다.The break elongation range of the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord in the dip cord state may be 8% to 12%.

본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 하이브리드 코드 제조 방법은 셀룰로오스 인조섬유와 폴리에스터 계열의 열가소성 섬유를 합연사하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a hybrid cord for tires according to an embodiment of the present invention includes the step of twisting cellulose artificial fibers and polyester-based thermoplastic fibers.

본 발명에 따른 하이브리드 코드를 캡플라이에 적용한 친환경 고성능 래디얼 타이어는 고속내구성 및 조종안정성이 향상되고 소음이 줄어들며, 주행 중 타이어 변형이 줄어들어 연비가 향상된다. 또한, 가류 공정의 개선되고, 천연 유래 소재를 사용함으로써 환경친화적이며, 원가상승을 최소화하는 효과를 제공한다. 또한, 기존의 석유계 고성능 소재들의 특성 수준 대비 50 ~100%의 수준을 확보하여, 기존 소재들을 사용할 때보다 성능적, 비용적 불리함을 해소하는 효과를 제공한다.The eco-friendly, high-performance radial tire with the hybrid cord according to the present invention applied to the cap ply improves high-speed durability and steering stability, reduces noise, and improves fuel efficiency by reducing tire deformation while driving. In addition, the curing process has been improved and natural materials are used, making it environmentally friendly and minimizing cost increases. In addition, it secures a level of 50 to 100% of the characteristics of existing petroleum-based high-performance materials, providing the effect of eliminating performance and cost disadvantages compared to using existing materials.

도 1은 종래 아라미드 하이브리드 코드의 응력 변형율을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 코드를 적용한 래디얼 타이어의 단면 개략도이다.
Figure 1 is a graph showing the stress strain rate of a conventional aramid hybrid cord.
Figure 2 is a cross-sectional schematic diagram of a radial tire to which a hybrid cord is applied according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement it. However, it may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiment described herein.

본 발명은 기존 고성능 래디얼 타이어의 캡플라이용 코드인 아라미드-폴리아미드 66 하이브리드 코드의 물성들을 유지하면서, 비석유계 소재를 사용하거나, 비용을 절감시킬 수 있도록 셀룰로오스 인조섬유 및 폴리에스터 섬유를 합연사한 하이브리드 코드, 이의 제조방법, 이를 적용한 친환경 래디얼 타이어에 관한 기술이다.The present invention maintains the physical properties of the aramid-polyamide 66 hybrid cord, which is a cap ply cord for existing high-performance radial tires, while using non-petroleum-based materials or plying cellulose artificial fibers and polyester fibers to reduce costs. This is technology related to hybrid cords, their manufacturing methods, and eco-friendly radial tires using them.

본 발명에 따른 셀룰로오스 인조섬유 및 폴리에스터 섬유를 합사한 하이브리드 코드는 기존의 thermostable 특성의 아라미드(aramid)를 셀룰로오스 인조섬유로 대체하고, 폴리아미드 66을 폴리에스터로 대체하여 친환경소재인 셀룰로오스 인조섬유를 사용함으로써, 타이어 제조 시 친환경 소재 사용량을 증가시킬 수 있고, 상대적으로 아라미드 대비 비용이 저렴한 장점을 제공할 수 있다. 또한, 한정적인 공급자들로 인해 타이어 제조단가의 경쟁력을 저하시키는 폴리아미드 66 섬유를 폴리에스터로 대체할 경우, 기존 폴리아미드 66 대비 50 내지 90% 수준의 원료가격으로 절감할 수 있기 때문에, 비용적인 측면에서도 경쟁력을 확보할 수 있다.The hybrid cord, which is a combination of cellulose artificial fiber and polyester fiber according to the present invention, replaces the existing thermostable aramid with cellulose artificial fiber, and replaces polyamide 66 with polyester to produce cellulose artificial fiber, an eco-friendly material. By using it, the amount of eco-friendly materials used can be increased when manufacturing tires, and it can provide the advantage of being relatively cheaper than aramid. In addition, if polyamide 66 fiber, which reduces the competitiveness of tire manufacturing costs due to limited suppliers, is replaced with polyester, the raw material price can be reduced by 50 to 90% compared to existing polyamide 66, thus reducing cost. Competitiveness can also be secured from that perspective.

현재 비석유계 섬유소재로 상업적 경쟁력을 갖고 있는 섬유소재는 셀룰로오스를 재생해서 얻거나 용해해서 얻는 섬유들인 Viscose Rayon, Tencel, Lyocell 등이 대표적이다. 이 섬유들은 자연계에 무궁무진하게 존재하는 셀룰로오스를 이용하기에 식물이 존재하는 한 원료 확보 가능 시간이 영원하다는 장점이 있다. 기존의 석유계 합성 고분자 소재들 대비, 셀룰로오스 가공에 소비되는 에너지 및 비용이 상대적으로 클 수 있다는 단점이 있으나, 아라미드와 마찬가지로 열안정적 특성을 가지고 있다는 장점이 크다. 최초의 재생 셀룰로오스 섬유가 시장에 출현한 이후 100년이 지났으나, 큰 맥락에서 최초의 Viscose Rayon은 아직 합성고분자 섬유소재에서 모든 자리를 내주지 않은 상태이며, 20세기 말에 개발된 Lyocell, Tencel과 같은 NMMO(N-Methylmorpholine N-Oxide)를 용매로 사용한 친환경 셀룰로오스 인조섬유도 개발되어 섬유소재 시장에서 두각을 나타내고 있는 중이다. 특히 Lyocell 및 Tencel의 경우, Viscose Rayon과는 달리 인체에 무해한 Heterocyclic amine oxide인 NMMO를 용매로 사용하기 때문에, 이황화탄소(CS2)를 전혀 사용하지 않아 섬유화 공정에서도 친환경적인 특징들이 나타난다. 그리고, 최근 Rayon 제조 공정도 전 공정에서 밀폐 및 용매회수가 100% 수준으로 이루어지는 선진적 공정들이 개발 및 적용 중인 곳들이 많기 때문에, Viscos Rayon도 최근에는 환경유해성이 있다고 논하기는 다소 어려운 부분이 있다.Currently, non-petroleum-based fiber materials that are commercially competitive include Viscose Rayon, Tencel, and Lyocell, which are fibers obtained by regenerating or dissolving cellulose. Since these fibers use cellulose, which exists in infinite quantities in the natural world, they have the advantage that raw materials can be secured forever as long as plants exist. Compared to existing petroleum-based synthetic polymer materials, it has the disadvantage that the energy and cost consumed in cellulose processing can be relatively high, but it has the great advantage of having heat-stable characteristics like aramid. 100 years have passed since the first regenerated cellulose fiber appeared on the market, but in a larger context, the original Viscose Rayon has not yet taken its place among synthetic polymer fiber materials, and Lyocell and Tencel, which were developed at the end of the 20th century, Eco-friendly cellulose artificial fibers using the same NMMO (N-Methylmorpholine N-Oxide) as a solvent have also been developed and are gaining prominence in the textile materials market. In particular, in the case of Lyocell and Tencel, unlike viscose rayon, NMMO, a heterocyclic amine oxide that is harmless to the human body, is used as a solvent, so carbon disulfide (CS 2 ) is not used at all, and eco-friendly features are shown in the fiberization process. In addition, since many advanced Rayon manufacturing processes are being developed and applied in recent years with sealing and solvent recovery at 100% throughout the entire process, it is somewhat difficult to argue that Viscos Rayon is also environmentally harmful.

상기와 같은 셀룰로오스 인조섬유를 공기입 래디얼 타이어의 섬유 코드로 적용할 시, 셀룰로오스 인조섬유가 보유하고 있는 열안정성으로 인해 열적, 역학적인 물성이 우수하여 고가로 사용되고 있는 Para-Aramid의 물성 중 일정부분을 재현할 수 있을 것으로 예상할 수 있다. 소재의 특성 상 Para-Aramid는 500 g/d 이상의 Young's Modulus를 갖고, 20 g/d 이상의 강도(Strength, 파단강도)를 갖는 반면, Viscos Rayon 중 Tire Cord 용도인 Super Grade의 viscos Rayon은 5 g/d 수준의 강도(Strength, 파단강도)를 갖기 때문에, Para Aramid와 동일한 양을 사용할 때 Cap Ply로서 보강성능이 부족하여, 사용량을 증가시켜야 하는 단점이 존재한다. 특히 EPI(End per Inch, 1인치 폭 당 코드 가닥 수)를 높이는 것은 적절한 코드 간격을 유지시키는데 문제가 있을 수 있어 범위가 매우 한정적이므로, 코드의 정량섬도를 높이는 방법이 바람직할 수 있는데, 이는 결국 Cap Ply Layer의 두께를 증가시켜, 타이어의 중량을 증가시킨다. 그럼에도, 아라미드 대비 훨씬 낮은 비용 및 친환경소재로서의 장점이 위와 같은 단점을 보완하고도 남는 것으로 보여진다.When applying the cellulose artificial fiber as described above as a fiber cord of a pneumatic radial tire, a certain portion of the physical properties of Para-Aramid, which is expensive and has excellent thermal and mechanical properties due to the thermal stability possessed by the cellulose artificial fiber, are used as fiber cords of pneumatic radial tires. It can be expected that it can be reproduced. Due to the nature of the material, Para-Aramid has a Young's Modulus of more than 500 g/d and a breaking strength of more than 20 g/d, while Super Grade viscos Rayon, which is used for tire cords, has a strength of more than 5 g/d. Because it has d-level strength (breaking strength), it lacks reinforcing performance as a cap ply when used in the same amount as Para Aramid, so there is a disadvantage that the amount used must be increased. In particular, increasing the EPI (End per Inch, number of code strands per inch width) has a very limited range as there may be problems maintaining appropriate code spacing, so a method of increasing the fineness of the code may be desirable, which ultimately leads to By increasing the thickness of the cap ply layer, the weight of the tire increases. Nevertheless, its much lower cost compared to aramid and its advantages as an eco-friendly material appear to more than compensate for the above disadvantages.

폴리아미드 66를 대체하는 상기 폴리에스터는 다양한 방법으로 친환경 소재로 도입할 수 있다. 그 중 한가지 방법으로 시중의 PET(Polyethylene terephthalate) Bottle을 회수/세척 후 재용융 방사하는 방식의 리싸이클이 가능하기도 하고, 해중합(Depolymerization)을 통해서도 PET Chip으로 제조할 수도 있다. 다른 친환경 소재로의 도입방법으로, PET를 중합할 때 사용하는 모노머 중 에틸렌글리콜(EG)을 바이오매스(Biomass) 기반으로 준비하여 중합에 사용할 수도 있다. 바이오매스(Biomass)에서 에틸렌글리콜을 얻는 방법은 옥수수를 발효시켜 에탄올을 얻고, 추가적으로 산화시켜 에틸렌글리콜을 얻는 방법이 가장 널리 이용되고 있다.The polyester, which replaces polyamide 66, can be introduced as an eco-friendly material in various ways. One of the methods is to recycle commercially available PET (Polyethylene terephthalate) bottles by collecting/cleaning them and then re-melting and spinning them, or they can also be manufactured into PET chips through depolymerization. As a method of introducing other eco-friendly materials, ethylene glycol (EG), one of the monomers used when polymerizing PET, can be prepared based on biomass and used for polymerization. The most widely used method of obtaining ethylene glycol from biomass is to ferment corn to obtain ethanol and further oxidize it to obtain ethylene glycol.

이외에 PET가 아닌 PEF(Polyehtylene furanoate, IUPAC name: Poly ethylene 2,5-furanodicarboxylate)를 사용할 경우, 100%에 가까운 바이오 유래 폴리에스터 소재를 사용할 수 있게 된다. PEF는 기존 범용 PET의 Terephthalate 단량체를 2,5-FuranDiCarboxylic Acid(FDCA)로 대체하여 제조하는데, 상기 FDCA는 단당류, 다당류로부터 탈수소 공정(Dehydration)을 통해 얻을 수 있고, 목재를 탄화하면서 발생하는 부산물로부터도 얻을 수 있는 바이오 유래 모노머이다. 즉, 바이오매스 에틸렌글리콜과 FDCA를 축중합하여 PEF를 얻게 되면, 100% 천연유래(Bio Derived) 폴리에스터를 얻게된다. In addition, if PEF (Polyehtylene furanoate, IUPAC name: Poly ethylene 2,5-furanodicarboxylate) is used instead of PET, it is possible to use close to 100% bio-derived polyester material. PEF is manufactured by replacing the terephthalate monomer of existing general-purpose PET with 2,5-FuranDiCarboxylic Acid (FDCA). FDCA can be obtained through dehydration from monosaccharides and polysaccharides, and from by-products generated while carbonizing wood. It is a bio-derived monomer that can also be obtained. In other words, when PEF is obtained by condensation polymerization of biomass ethylene glycol and FDCA, 100% naturally derived (Bio Derived) polyester is obtained.

이렇게 얻어진 폴리에스터들을 섬유화하여, 셀룰로오스 인조섬유들과 합연사하여 친환경의 고모듈러스 캡플라이를 제조할 수 있다. 상기 셀룰로오스 인조섬유와 폴리에스터 섬유는 Direct Cabler 혹은 2 for 1 Cabler 혹은 Ring Twister를 통해 합연사를 제조한다.The polyester obtained in this way can be fiberized and twisted with cellulose artificial fibers to produce an eco-friendly high modulus cap ply. The cellulose artificial fiber and polyester fiber are manufactured into plied yarn through Direct Cabler, 2 for 1 Cabler, or Ring Twister.

셀룰로오스 인조섬유만을 사용하지 않고, 폴리에스터를 합연사하는 이유는 타이어 제조 공정 중 가류공정에서 트레드 원주방향으로 최소 2 내지 5% 수준의 인장변형이 발생할 수밖에 없기 때문에 Thermoplastic 특성을 포함한 소재와 합연사를 진행하여, 가류 공정 중 열 및 인장력이 가해졌을 때 용이하게 인장변형 후 냉각 시 열고정이 가능할 수 있도록 하기 위함이다. 가류공정에서 타이어를 팽창시켜 몰드에 밀착시키고, 원주방향으로 권취된 캡플라이는 순수하게 2 내지 5% 정도 인장이 되면서 밀착되어야 하는데, 만약, 아라미드를 단독으로 캡플라이에 적용하거나 셀룰로오스 인조섬유만을 캡플라이에 적용할 경우, 변형이 이루어졌을 때 저항이 클 뿐만 아니라, 가류 공정 완료 후 냉각시에 본래의 길이로 돌아오려는 힘이 크게 작용하기 때문에 타이어의 불량으로 나타난다.The reason for using polyester instead of using only cellulose artificial fibers is that tensile deformation of at least 2 to 5% in the tread circumferential direction is inevitable during the curing process during the tire manufacturing process, so materials with thermoplastic properties and plied yarns are used. This is to enable heat setting during cooling after tensile deformation when heat and tensile force are applied during the vulcanization process. In the curing process, the tire is inflated and adhered to the mold, and the cap ply wound in the circumferential direction must be tightly adhered with a pure tension of about 2 to 5%. If aramid is applied to the cap ply alone or only cellulose artificial fiber is used for the cap ply, When applied to plies, not only is the resistance large when deformed, but also the force to return to the original length upon cooling after completion of the vulcanization process is large, resulting in a defective tire.

셀룰로오스 인조섬유는 biscos Rayon, Liocell, Tencel 중 어느 하나일 수 있고, 폴리에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌퓨라노에이트(PEF) 중 어느하나일 수 있다. The cellulose artificial fiber may be any of biscos Rayon, Liocell, or Tencel, and the polyester may be polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polytrimethylene terephthalate (PTT), or polybutylene terephthalate (PBT). ), and polyethylene furanoate (PEF).

상기 합연사한 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드는 셀룰로오스와 폴리에스터의 비율이 1:5 내지 5:1의 범위가 바람직하다. 셀룰로오스 인조섬유의 비율이 1:5 미만인 경우, 열안정성이 충분히 발현되지 못할 수 있고, 5:1을 초과할 경우 열안정성이 지나치게 강하여 제조성과 관련된 인장특성 1 내지 4%의 저신율 구간의 응력값이 높아지게 되는 단점이 있을 수 있다.The cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord obtained by twisting the yarn preferably has a ratio of cellulose to polyester in the range of 1:5 to 5:1. If the ratio of cellulose artificial fibers is less than 1:5, thermal stability may not be sufficiently developed, and if it exceeds 5:1, thermal stability is too strong, resulting in tensile properties related to manufacturability and stress values in the low elongation range of 1 to 4%. There may be a downside to this increase.

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드의 정량섬도는 1,000 데니어 이상 5,000 데니어 이하가 바람직하다. 정량섬도 1,000 데니어 미만인 경우, 보강성이 부족하여 고속 주행 중 캡플라이의 절단이 발생할 가능성이 존재하며, 5,000 데니어 초과인 경우, 코드 직경이 0.8 mm 이상이 되어, 타이어 중량을 더욱 증가시켜 연비가 나빠지는 단점이 있다.The quantitative fineness of the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord is preferably 1,000 denier or more and 5,000 denier or less. If the fixed fineness is less than 1,000 denier, there is a possibility that the cap ply may be cut during high-speed driving due to insufficient reinforcement. If the fineness is more than 5,000 denier, the cord diameter becomes 0.8 mm or more, which further increases the tire weight and reduces fuel efficiency. has a drawback.

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드는 꼬임계수가 100 내지 250의 범위가 바람직하다.The cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord preferably has a twist coefficient in the range of 100 to 250.

하기의 식 1의 꼬임계수 αd가 100 미만이면 코드 집속력의 부족에 따라 강도 및 가공성 저하를 수반할 수 있으며, 꼬임계수가 250 초과인 연사를 사용할 경우 코드 강도 및 모듈러스가 하락하여 원하는 성능의 타이어에 적용할 수 없게 된다.If the twist coefficient α d in Equation 1 below is less than 100, strength and processability may be reduced due to a lack of cord focusing force, and when twisted yarn with a twist coefficient of more than 250 is used, the cord strength and modulus decrease, making it difficult to achieve the desired performance. It cannot be applied to tires.

Figure 112021069163518-pat00005
<식 1>
Figure 112021069163518-pat00005
<Equation 1>

여기서 αd는 데니어 기준 꼬임계수이며, T는 TPM(Twist per meter), ρd는 하이브리드 코드의 데니어 단위의 정량섬도이다.Here, α d is the twist coefficient based on denier, T is TPM (Twist per meter), and ρ d is the quantitative fineness in denier units of the hybrid cord.

상기의 방법으로 얻어진 합연사는 제직 후 열처리를 통해 Dip fabric을 얻는다. 이때 열처리 공정에서는 상기 코드의 형태안정성을 향상시키고 Heat Setting 및, Skim Compound와의 접착을 위해, RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex)에 상기 코드를 침지 및 건조시킨 후, 화학반응을 통해 상기 RFL의 가교반응을 일으킨다. 여기서 RFL은 Resorcinol Formaldehyde와 Latex의 조성물로서, Resorcinol Formaldehyde는 섬유와 접착을 수행하는 역할, Latex는 컴파운드와 가황 반응을 일으키는 역할을 각각 수행한다. 최근엔, Formaldehyde의 환경유해성 이슈로 인하여 Formaldehyde를 배제한, Dipping Recipe를 연구하기도 하기도 하고, 이를 실제 적용을 시작하는 tire cord 제조사 및, tire 제조사들도 있다.The plied yarn obtained by the above method is subjected to heat treatment after weaving to obtain dip fabric. At this time, in the heat treatment process, the cord is immersed and dried in RFL (Resorcinol Formaldehyde Latex) to improve the dimensional stability of the cord and for heat setting and adhesion to the skim compound, and then a crosslinking reaction of the RFL is caused through a chemical reaction. . Here, RFL is a composition of Resorcinol Formaldehyde and Latex. Resorcinol Formaldehyde performs the role of adhesion to fibers, and Latex performs the role of compounding and causing vulcanization reaction, respectively. Recently, due to the environmental hazard issue of formaldehyde, dipping recipes that exclude formaldehyde are being studied, and some tire cord manufacturers and tire manufacturers are starting to actually apply this.

상기 얻어진 Dip fabric을 압연공정에 투입하여 skim compound를 토핑한 후 slitting(재단) 공정을 거친 뒤, 타이어의 캡플라이로 적용할 수 있다. 다른 방법으로는 합연사 이후, Single End Cord 열처리를 통해 수득된 Single End Dip Cord를 압출공정을 통해 Strip 형태로 제조한 뒤, 성형공정에서 스틸벨트층 위에 원주방향으로 권취하여 캡플라이를 형성할 수 있다.The obtained dip fabric can be put into a rolling process, topped with a skim compound, and then subjected to a slitting (cutting) process, before being applied as a cap ply for a tire. Another method is to manufacture the single end dip cord obtained through heat treatment of the single end cord after the plied yarn into a strip shape through an extrusion process, and then wind it in the circumferential direction on the steel belt layer in the molding process to form a cap ply. there is.

여기서, 하이브리드 코드 압연물 혹은 하이브리드 캡플라이 반제품은 원주방향 대비 -7도 내지 +7도 범위로 권취될 수 있으며, 캡플라이 반제품의 폭은 4 mm 내지 25 mm가 바람직하다. 4 mm 미만인 경우 반제품 준비공정에서 효율이 저하되고 성형 공정 중 캡플라이 권취 공정도 소요시간이 길어져 생산성이 저하된다. 캡플라이 폭이 25 mm를 초과할 경우, 캡플라이 각도가 타이어의 원주방향 대비 -7도나 +7도 이상으로 틀어질 수 있기 때문에, 타이어의 Uniformity 중 Conicity(휠 단면구배)가 불리해질 수 있으며, PRAT(Plysteer residural Algning Torque) 면에서도 권취방향에 따른 방향성이 크게 달라질 수 있는 단점이 있다.Here, the hybrid cord rolled product or hybrid cap ply semi-finished product can be wound in the range of -7 degrees to +7 degrees relative to the circumferential direction, and the width of the cap ply semi-finished product is preferably 4 mm to 25 mm. If it is less than 4 mm, efficiency decreases in the semi-finished product preparation process and the cap ply winding process during the molding process also takes longer, reducing productivity. If the cap ply width exceeds 25 mm, the cap ply angle may deviate by more than -7 degrees or +7 degrees relative to the circumferential direction of the tire, so the conicity (wheel cross-sectional slope) of the tire uniformity may be disadvantageous. In terms of PRAT (Plysteer residual Algning Torque), there is also a disadvantage that the directionality can vary greatly depending on the winding direction.

상기 하이브리드 코드 압연물 혹은 캡플라이 반제품에서, 코드 표면부터 Skim Compound 표면까지의 고무 두께는 0.10 mm 내지 2.0 mm의 범위가 바람직하다. 0.1 mm 미만일 경우, 인접 컴파운드 혹은 인접한 다른 코드류(카카스 코드, 벨트 코드)와 하이브리드 코드 간격이 좁아지게 되어 응력 집중이나 응력의 변화가 커지게 되므로, 주행내구성이 불리하게 되며, 2.0 mm를 초과할 경우, 필요 이상의 Skim Compound가 사용되어 타이어 중량 면에서 불리하다.In the hybrid cord rolled product or capply semi-finished product, the rubber thickness from the cord surface to the skim compound surface is preferably in the range of 0.10 mm to 2.0 mm. If it is less than 0.1 mm, the gap between the hybrid cord and the adjacent compound or other adjacent cords (carcass cord, belt cord) becomes narrow and stress concentration or change in stress increases, so running durability is disadvantageous and if it exceeds 2.0 mm. If this is done, more skim compound than necessary is used, which is disadvantageous in terms of tire weight.

또한, 상기 하이브리드 코드간 간격은 0.13 mm 내지 0.25 mm 범위가 바람직하다. 하이브리드 코드간 간격이 0.13 mm 이하인 경우 크랙의 전파가 쉽게 진행되어 주행내구성이 불리하며, 0.25 mm 이상인 경우, 충분히 코드를 사용하지 못하여 보강성이 부족할 수 있다.In addition, the spacing between the hybrid cords is preferably in the range of 0.13 mm to 0.25 mm. If the gap between hybrid cords is less than 0.13 mm, cracks can easily propagate, which reduces driving durability. If it is more than 0.25 mm, the cords may not be used sufficiently, resulting in insufficient reinforcement.

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드는 접착제를 포함하는 Dip Cord 상태에서 절단신율이 8% 내지 12%가 바람직한데, 8% 미만인 경우 고속주행 중 원심력에 의한 캡플라이로의 응력전이로 인하여 절단이 발생할 수 있고, 12% 초과일 경우, 충분히 셀룰로오스 인조섬유의 열안정성이 발현되기 어렵다.The cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord preferably has a break elongation of 8% to 12% in the state of a dip cord containing an adhesive. If it is less than 8%, breakage occurs due to stress transfer to the cap ply due to centrifugal force during high-speed driving. This may occur, and if it exceeds 12%, it is difficult to sufficiently develop the thermal stability of the cellulose artificial fiber.

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드의 탄성률 비율은 하기 식 2의 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 상기 탄성률 비율이 0.5 미만의 경우에는 두가지를 고려할 수 있는데, 첫째, 0 내지 2% 구간의 탄성률이 높아서라면, 제조 중 가류공정에서 원활히 제조가 이루어지기 힘들게 되고(2% 이상 원주방향 팽창이 원활히 진행되어야 하지만, 방해가 있을 경우 타이어 불량으로 나타남), 둘째, 7 내지 8% 구간의 탄성률이 낮아서라면, 주목적인 주행 중 원심력에 의한 원주의 성장을 억제하는 것과, 트레드부의 In-plane stiffness를 증가시키는 역할에 부족함이 생길 수 있는 단점이 있다.It is preferable that the elastic modulus ratio of the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord satisfies the conditions of Equation 2 below. If the elastic modulus ratio is less than 0.5, two things can be considered. First, if the elastic modulus in the 0 to 2% range is high, it becomes difficult to manufacture smoothly during the vulcanization process (circumferential expansion of more than 2% proceeds smoothly). However, if there is an obstruction, it appears as a tire defect). Second, because the elastic modulus in the 7 to 8% section is low, the main purpose is to suppress the growth of the circumference due to centrifugal force during driving and to increase the in-plane stiffness of the tread section. There is a downside to this as it may lead to inadequacies in the role.

Figure 112021069163518-pat00006
<식 2>
Figure 112021069163518-pat00006
<Equation 2>

여기서 ,here ,

△(2% - 0%): 하중(Force)-인장(변형률) 곡선상 0~2% 구간 기울기△(2% - 0%): Slope between 0 and 2% on the force-tensile (strain) curve

△(8% - 7%): 하중(Force)-인장(변형률) 곡선상 7~8% 구간 기울기△(8% - 7%): Slope of 7~8% section on the force-tensile (strain) curve

상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드는 1end 기준 최소 14 kgf 이상의 인장강력을 갖도록 제조되어야 한다. 이보다 낮은 강력을 갖게 될 경우, 고속주행 중 원심력에 의하여 캡플라이 코드가 절단되는 사고가 발생할 위험성이 있다.The cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord must be manufactured to have a tensile strength of at least 14 kgf or more as of 1 end. If the strength is lower than this, there is a risk of an accident occurring where the cap fly cord is cut due to centrifugal force during high-speed driving.

래디얼 공기입 타이어에 본 발명의 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드를 적용할 경우, 스틸벨트층의 각도가 중요하다. 특히 고속내구성 향상을 위해 벨트 각도를 31도 이상으로 형성하게 될 경우, 보강벨트가 분담해야 하는 인장력이 증가하게 되고, 결과적으로 강도가 아라미드를 포함하는 하이브리드 코드 대비 낮은 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드 사용 시, 캡플라이 코드가 절단되는 사고가 발생할 수 있다. 이러한 이유로 본 발명의 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드를 사용할 경우, 적용하고자 하는 래디얼 공기입 타이어의 스틸벨트 각도는 24도 내지 30도 범위로 적용하는 것이 바람직하다. 스틸벨트 각도가 24도 미만인 경우, 스틸벨트에서 부담하는 원심력에 의한 인장력 분담율이 커지기 때문에, 상기 셀룰로오스 인조섬유-폴리에스터 하이브리드 코드를 사용해야하는 이유가 감소되며, 스틸벨트 각도가 30도를 초과할 경우 스틸벨트 코드의 끝단에 부여되는 응력값의 변화가 더욱 커지기 때문에 고속주행 내구성이 불리하다.When applying the cellulose man-made fiber-polyester hybrid cord of the present invention to a radial pneumatic tire, the angle of the steel belt layer is important. In particular, when the belt angle is set to 31 degrees or more to improve high-speed durability, the tensile force that the reinforcement belt must share increases, and as a result, the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord has lower strength than the hybrid cord containing aramid. When used, an accident may occur where the cap fly cord is cut. For this reason, when using the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord of the present invention, it is preferable that the steel belt angle of the radial pneumatic tire to be applied is in the range of 24 degrees to 30 degrees. If the steel belt angle is less than 24 degrees, the sharing ratio of the tensile force caused by centrifugal force borne by the steel belt increases, so the reason for using the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord is reduced, and if the steel belt angle exceeds 30 degrees, the reason for using the cellulose artificial fiber-polyester hybrid cord is reduced. Because the change in stress value applied to the end of the steel belt cord becomes larger, high-speed driving durability is disadvantageous.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 코드를 적용한 래디얼 타이어의 단면 개략도이다. Figure 2 is a cross-sectional schematic diagram of a radial tire to which a hybrid cord is applied according to an embodiment of the present invention.

상기 도 2을 참조하면, 상기 타이어는 트레드부(1), 사이드월부(2), 및 비드부(3)를 포함한다. 상기 좌우 한 쌍의 비드부(3) 사이에는 카카스층(4)이 가설되고, 상기 카카스층(4)의 타이어 폭 방향 양 단부가 각각 비드부(5)의 주변에 타이어 내측에서 외측으로 감겨 올라간다. 상기 카카스층(4)의 외측에는 스틸벨트층(5) 및 벨트층(6)이 설치되고, 상기 카카스층(4)의 내측에는 이너라이너(도시하지 않음)가 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 코드는 상기 벨트층(6)에 적용될 수 있고, 구체적으로는 캡 플라이에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 2, the tire includes a tread portion (1), a sidewall portion (2), and a bead portion (3). A carcass layer (4) is installed between the pair of left and right bead portions (3), and both ends of the carcass layer (4) in the tire width direction are positioned around the bead portion (5) from the inside of the tire to the outside. It winds up. A steel belt layer 5 and a belt layer 6 are installed on the outside of the carcass layer 4, and an inner liner (not shown) is disposed on the inside of the carcass layer 4. The hybrid cord according to an embodiment of the present invention can be applied to the belt layer 6, and specifically to the cap ply.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement it. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

[제조예: 하이브리드 코드의 제조] [ Manufacturing example: Manufacturing of hybrid cord ]

비교예 1은 Cap Ply로 Nylon66 840D/2 27EPI를 적용하였고, 비교예 2는 A1500D/1+N66 1260D/1 27EPI, 비교예 3은 A1500D/2+N66 1260D/1을 적용하였다.Comparative Example 1 used Nylon66 840D/2 27EPI as Cap Ply, Comparative Example 2 used A1500D/1+N66 1260D/1 27EPI, and Comparative Example 3 used A1500D/2+N66 1260D/1.

본 발명의 일실시예에 따른 실시예 1은 Rayon 1650D/2+PET 1000D/1, 실시예 2는 Lyocell 1100D/2+ P1000D/1을 적용하였다. According to one embodiment of the present invention, Rayon 1650D/2+PET 1000D/1 was applied in Example 1, and Lyocell 1100D/2+P1000D/1 was applied in Example 2.

각 코드의 구조와 물성, 상기 코드들을 이용하여 제조된 타이어(225/45R17)의 실내주행시험과 실차성능시험으로부터 도출된 결과값을 하기 표 1에 나타내었다.The structure and physical properties of each cord, and the results derived from the indoor driving test and actual vehicle performance test of the tire (225/45R17) manufactured using the cords are shown in Table 1 below.

비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 실시예 1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 구조structure Polyamide 66 840D/2 27EPIPolyamide 66 840D/2 27EPI Aramid 1500D/1 +
N66 1260D/1 27 EPI
Aramid 1500D/1+
N66 1260D/1 27EPI
Aramid 1500D/2+ Polyamide 66 1260D/1
20EPI
Aramid 1500D/2+ Polyamide 66 1260D/1
20EPI
Rayon 1650D/2+
PET 1000D/1
30EPI
Rayon 1650D/2+
PET 1000D/1
30EPI
Lyocell 1100/2+
PET 1000 D/1
30EPI
Lyocell 1100/2+
PET 1000D/1
30EPI
Lyocell 1100D/2 + PEF 1000D/1 30EPI30EPILyocell 1100D/2 + PEF 1000D/1 30EPI30EPI
Topping GageTopping Gage 1.0mm1.0mm 1.1mm1.1mm 1.2mm1.2mm 1.2mm1.2mm 1.2mm1.2mm 1.2mm1.2mm Cord1가닥
강력
Cord1 strand
strong
14.5kgf14.5kgf 34kgf34kgf 58kgf58kgf 19kgf19kgf 17kgf17kgf 17.5kgf17.5kgf
강력/inch(1가닥 강력 X EPI)Strong/inch (1 strand strong 391kgf/inch391kgf/inch 918kgf/inch918kgf/inch 1,160kgf/inch1,160kgf/inch 570kgf/inch570kgf/inch 510kgf/inch510kgf/inch 525kgf/inch525kgf/inch LASE (2%)LASE (2%) 1.2kgf1.2kgf 3.8 kgf3.8kgf 4.5 kgf4.5kgf 3 kgf3kgf 2.9 kgf2.9kgf 3.0kg3.0kg LASE (2%)/inchLASE (2%)/inch 32.4 kgf/inch32.4kgf/inch 54 kgf/inch54kgf/inch 90 kgf/inch90kgf/inch 90 kgf/inch90kgf/inch 88 kgf/inch88kgf/inch 90 kgf/inch90kgf/inch LASE(5%)LASE(5%) 3.1 kgf3.1kgf 15 kgf15kgf 26 kgf26kgf 10 kgf10kgf 9 kgf9kgf 9.4kgf9.4kgf LASE(5%)/inchLASE(5%)/inch 83.7 kgf/inch83.7kgf/inch 405 kgf/inch405kgf/inch 520 kgf/inch520kgf/inch 300 kgf/inch300kgf/inch 270 kgf/inch270kgf/inch 282kgf/inch282kgf/inch 규격standard 245/40R18Y245/40R18Y 적용부위Application area 캡플라이 (1 Ply)Cap Ply (1 Ply) 중량weight 11.4kg11.4 kg 11.4511.45 11.511.5 11.511.5 11.511.5 Belt AngleBelt Angle 29도29 degrees 29도29 degrees 29도29 degrees 29도29 degrees 29도29 degrees 다이나믹 프로파일(주행 중 원주성장)
(300kph 중 직경 증가)
Dynamic profile (growth in circumference while driving)
(increased diameter during 300kph)
20mm20mm 10mm10mm 7mm7mm 10mm10mm 12mm12mm 11.5mm11.5mm
회전저항rotation resistance 100100 9999 9999 9999 9999 9999 고속주행내구성
(ECE R30)
High-speed driving durability
(ECE R30)
1:451:45 1:551:55 1:591:59 1:531:53 1: 511: 51 1:521:52
조종안전성Operation safety 100100 110110 112112 109109 109109 109109 승차감ride comfort 100100 9999 9898 9999 9999 9999 소음noise 100100 101101 102102 101101 100100 100100 Cap Ply 원가(압연물 기준)(인덱스)Cap Ply Cost (Based on Rolls) (Index) 100100 200200 230230 140140 135135 180180

※ 인덱스 기준 100이상이면 비교예 1보다 우수, 이하면 비교예 1보다 불리함을 나타냄. 단, 회전저항은 인덱스 낮을수록 우수.※ If the index is 100 or higher, it is better than Comparative Example 1, and if it is lower, it is worse than Comparative Example 1. However, the lower the index, the better the rolling resistance.

유니포머티는 유니포머티 측정기를 통해 측정된 R1H, 코니시티 등의 값들을 종합한 인덱스 수치로 비교예 1을 기준으로 높을수록 유리하다. 회전저항은 한국타이어에서 보유하고 있는 설비를 사용하였으며, 비교예 1의 RRc 값을 100으로 기준하여 인덱스로 표시하였고, 인덱스 값은 높을수록 회전저항에 유리함을 나타내고 있다. 고속주행내구성은 드럼타입의 주행내구 시험기에 주행시작 후 10분 단위로 속도를 20km/h~30km/h 증가시키며 진행하였다. 그리고 다이나믹 프로파일은 전용의 시험설비를 이용하여 주행속도에 따라 원심력에 의한 원주의 성장을 측정하여 쇼울더에서 트레드 부의 위치 별 프로파일 변화를 측정 및 기록하였으며, 프로파일 변화가 적을수록 성능이 우수한 것으로 판단한다. 상기 표 1에선 비교예 1을 인덱스 100으로 표현하였으며, 100보다 높을수록 비교예 1보다 우수함을 나타내나, 회전저항은 낮을수록 우수함을 나타낸다. 그리고 조종안정성, 승차감, 소음은 테스트 드라이버가 실차 주행을 통하여 평가한 지수로서, 비교예 1을 인덱스 100으로 하여, 이보다 높을수록 우수함을 나타낸다. Uniformity is an index value that combines values such as R1H and conicity measured through a uniformity meter. Based on Comparative Example 1, the higher the value, the more advantageous. Rolling resistance was measured using equipment owned by Hankook Tire, and was expressed as an index based on the RRc value of Comparative Example 1 as 100. The higher the index value, the more advantageous it is for rolling resistance. High-speed driving durability was tested using a drum-type driving durability tester by increasing the speed by 20 km/h to 30 km/h every 10 minutes after starting driving. In addition, the dynamic profile used a dedicated test facility to measure the growth of the circumference due to centrifugal force according to the driving speed, and measured and recorded the profile change for each position of the tread part on the shoulder. The smaller the profile change, the better the performance. In Table 1, Comparative Example 1 is expressed as an index of 100, and a value higher than 100 indicates superiority over Comparative Example 1, but a lower rotation resistance indicates superiority. In addition, steering stability, ride comfort, and noise are indices evaluated by test drivers through driving the actual vehicle. Comparative Example 1 is set as index 100, and a higher value indicates superiority.

N66 840D/2 27EPI를 이용한 비교예 1의 경우 소음과 승차감은 우수하나 고속주행 내구성과 조종안정성이 비교예 2와 3 및 실시예보다 불리함을 확인할 수 있다. In the case of Comparative Example 1 using N66 840D/2 27EPI, it can be seen that noise and ride comfort are excellent, but high-speed driving durability and steering stability are inferior to Comparative Examples 2 and 3 and the Example.

비교예 2와 3의 경우, 비교예 1보다 고속주행 내구성 및 조종안정성이 우수한 것을 확인할 수 있으나, 중량이 소폭 증가하였다. 이는 회전저항의 불리함으로 나타날 수 있는 부분이다. 원가 비용적인 측면에서 사용된 캡플라이의 비용만을 산출해봤을 때 비교예 2, 3은 비교예 1보다 2배가량 소요됨을 확인할 수 있다. 그럼에도 불구하고 아라미드-나일론 하이브리드를 사용하는 이유는 고속주행 내구성 및 안정성, 조종안정성이 드라마틱하게 변경되기 때문이다. In the case of Comparative Examples 2 and 3, it was confirmed that high-speed driving durability and steering stability were superior to Comparative Example 1, but the weight slightly increased. This can appear as a disadvantage in rolling resistance. In terms of cost, when calculating only the cost of the cap ply used, it can be seen that Comparative Examples 2 and 3 take about twice as much as Comparative Example 1. Nevertheless, the reason for using aramid-nylon hybrid is that high-speed driving durability and stability, and steering stability are dramatically changed.

실시예 1과 2는 셀룰로오스계 인조섬유와 PET를 합연사한 캡플라이로 제조된 타이어에 대한 것으로, 강도가 아라미드 대비 낮기 때문에, EPI를 소폭 증가시켰으며, 셀룰로오스 인조섬유와 열가소성 소재인 PET를 2:1로 삼합사한 구조를 적용하였다. Examples 1 and 2 are about tires manufactured with a cap ply made by twisting cellulose artificial fiber and PET. Since the strength is lower than that of aramid, the EPI was slightly increased, and the cellulose artificial fiber and PET, a thermoplastic material, were used in Example 2. :1 triad structure was applied.

실시예 1과 2는 기존 N66 840D/2 27PI를 1Ply로 적용한 비교예 1보다 조종안정성 및 고속내구주행성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다. 반면 기존의 아라미드-나일론 하이브리드 대비 소폭 저조하지만, 기존의 나일론만을 캡플라이로 사용한 비교예 1과는 큰 차이가 있으며, 비용적인 측면에서도 기존의 아라미드-나일론 하이브리드 캡플라이 반제품보다 저렴한 비용으로 적용이 가능한 장점이 있다.It can be seen that in Examples 1 and 2, the steering stability and high-speed durability performance are improved compared to Comparative Example 1 in which the existing N66 840D/2 27PI is applied as 1Ply. On the other hand, although it is slightly inferior to the existing aramid-nylon hybrid, there is a significant difference from Comparative Example 1, which used only existing nylon as a cap ply, and in terms of cost, it can be applied at a lower cost than the existing aramid-nylon hybrid cap ply semi-finished product. There is an advantage.

실시예 3은 100% 천연 유래 물질로, 캡플라이를 구성한 경우로서, PEF의 인장 모듈러스가 PET 대비 높기 때문에, 하중-인장 특성상 더 높은 기울기를 갖는 특징을 갖는다. PEF는 아직 범용 고분자 물질과 같이 널리 상용화가 안되어 있는 상황이기에, 가격적인 측면에서 바이오메스 PET 대비 불리한 경향이 있다.Example 3 is a case where the cap ply is made of 100% naturally derived material. Since the tensile modulus of PEF is higher than that of PET, it is characterized by a higher slope in terms of load-tensile characteristics. Since PEF has not yet been widely commercialized like general-purpose polymer materials, it tends to be disadvantageous compared to biomass PET in terms of price.

또한 정량적으로 산출하긴 어렵지만, 타이어 내에서 전체 사용되는 텍스타일 코드의 비율 중 일정부분을 비석유계로 적용함으로써, 원료/소재의 지속가능성에서도 바람직한 방향이라고 판단된다. In addition, although it is difficult to calculate quantitatively, it is judged to be a desirable direction in terms of sustainability of raw materials/materials by applying a certain portion of the total percentage of textile cords used in tires to non-petroleum products.

1: 트레드부
2: 사이드월부
3: 비드부
4: 스틸벨트층
5: 벨트층
1: Tread part
2: Side wall part
3: Bead part
4: Steel belt layer
5: Belt layer

Claims (16)

타이어에 있어서,
하이브리드 코드가 캡플라이에 적용되고,
스틸벨트 층을 구비하며,
상기 하이브리드 코드는 셀룰로오스 인조섬유 및 폴리에스터 섬유를 합연사한 것이고,
상기 캡플라이의 상기 타이어 원주 상 배향 각도는 -7도 내지 +7도 범위이며,
타이어에 적용된 스틸벨트 층의 각도는 24도 내지 30도인 것을 특징으로 하는 타이어.
In tires,
Hybrid code is applied to the cap fly,
Equipped with a steel belt layer,
The hybrid cord is made by twisting cellulose artificial fibers and polyester fibers,
The orientation angle of the cap ply on the tire circumference is in the range of -7 degrees to +7 degrees,
A tire characterized in that the angle of the steel belt layer applied to the tire is 24 degrees to 30 degrees.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 인조섬유는 비스코스레이온, 이황화탄소를 이용한 재생 셀룰로오스 섬유, 라이오셀, 텐셀 및 펄프로부터 제조된 셀룰로오스 인조섬유 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
A tire, characterized in that the cellulose artificial fiber is at least one selected from viscose rayon, regenerated cellulose fiber using carbon disulfide, lyocell, tencel, and cellulose artificial fiber manufactured from pulp.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스터 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 폴리에틸렌퓨라노에이트(PEF) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
The polyester fiber is one or more selected from polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and polyethylene furanoate (PEF). Featured tires.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스터 섬유는 바이오 유래 폴리에스터인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
A tire, wherein the polyester fiber is bio-derived polyester.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스터 섬유는 바이오매스 에틸렌 글리콜과 테레프탈산을 반응시켜 제조한 PET인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
A tire characterized in that the polyester fiber is PET manufactured by reacting biomass ethylene glycol and terephthalic acid.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스터 섬유는 2,5-FuranDiCarboxylic Acid(FDCA)와 에틸렌 글리콜을 반응시켜 제조한 Polyethylene Furanoate(PEF)인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
A tire characterized in that the polyester fiber is Polyethylene Furanoate (PEF) manufactured by reacting 2,5-FuranDiCarboxylic Acid (FDCA) and ethylene glycol.
제1항에 있어서,
상기 폴리에스터 섬유는 바이오매스 에틸렌 글리콜과 2,5―FuranDiCarboxylic Acid(FDCA)를 반응시켜 제조한 Polyethylene Furanoate(PEF)인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
A tire characterized in that the polyester fiber is Polyethylene Furanoate (PEF) manufactured by reacting biomass ethylene glycol with 2,5-FuranDiCarboxylic Acid (FDCA).
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 코드의 정량섬도는 1,000 데니어 초과 5,000 데니어 미만인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
A tire characterized in that the quantitative fineness of the hybrid cord is greater than 1,000 denier and less than 5,000 denier.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 코드는 하기 식 1의 꼬임계수 기준으로, 꼬임계수가 100 내지 250인 것을 특징으로 하는 타이어.
Figure 112023036748377-pat00007
<식 1>
식 1에서, αd는 데니어 기준 꼬임계수이며, T는 TPM(Twist per meter), ρd는 하이브리드 코드의 데니어 단위의 정량섬도이다.
According to paragraph 1,
The hybrid cord is a tire characterized in that the twist coefficient is 100 to 250, based on the twist coefficient of Equation 1 below.
Figure 112023036748377-pat00007
<Equation 1>
In Equation 1, α d is the twist coefficient based on denier, T is TPM (Twist per meter), and ρ d is the quantitative fineness in denier units of the hybrid cord.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 코드는 셀룰로오스 인조섬유와 폴리에스터의 비율이 1:5 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
The hybrid cord is a tire characterized in that the ratio of cellulose artificial fiber and polyester is 1:5 to 5:1.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 하이브리드 코드는, 코드 간 간격이 0.1 mm 내지 0.25 mm인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
The hybrid cord is a tire characterized in that the spacing between cords is 0.1 mm to 0.25 mm.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 하이브리드 코드의 구간별 탄성률 비율은 하기 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 타이어.
Figure 112023036748377-pat00008
<식 2>
식 2에서,
△(2% - 0%): 하중(Force)-인장(변형률) 곡선상 0~2% 구간 기울기
△(8% - 7%): 하중(Force)-인장(변형률) 곡선상 7~8% 구간 기울기
According to paragraph 1,
A tire characterized in that the elastic modulus ratio for each section of the hybrid cord satisfies Equation 2 below.
Figure 112023036748377-pat00008
<Equation 2>
In equation 2,
△(2% - 0%): Slope between 0 and 2% on the force-tensile (strain) curve
△(8% - 7%): Slope of 7~8% section on the force-tensile (strain) curve
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 코드의 Dip Cord 상태에서, 절단신율 범위는 8% 내지 12%인 것을 특징으로 하는 타이어.
According to paragraph 1,
A tire characterized in that, in the dip cord state of the hybrid cord, the breaking elongation range is 8% to 12%.
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