KR20040043448A - 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드 및 이를 이용한승용차용 공기입 타이어 - Google Patents

타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드 및 이를 이용한승용차용 공기입 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드 및 이를 이용한 승용차용 공기입 타이어에 관한 것으로서, 나일론으로 개질된 나노 클레이 0.1 내지 4.0 중량부로 보강한 나일론 코드는 모듈러스, 강도 및 유리전이온도가 우수하며, 또한 이렇게 제조된 나일론 코드를 보강벨트 코드에 적용시켜 승용차용 공기입 타이어를 제조한 결과 고속 주행 내구성, 저속 및 고속 주행에서의 조종안정성을 동시에 개선시킨 결과를 나타낸다.

Description

타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드 및 이를 이용한 승용차용 공기입 타이어{Nylon cord for tire reinforced belt cord and pneumatic tire using thereof}
본 발명은 나일론으로 개질된 나노 클레이로 보강된 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드 및 이를 보강벨트로 이용한 승용차용 공기입 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나일론 코드 제조시 나일론으로 제조된 나노클레이를 보강하여 나일론 코드를 제조하고, 이를 보강벨트로 적용한 승용차용 공기입 타이어를 제조함으로써 저속 및 고속주행 성능을 동시에 향상시킨 것이다.
타이어에서 벨트는 주행중 지면으로부터 전달되는 응력을 분산하고, 타이어의 접지형상을 유지시켜 우수한 주행, 마모, 제동 성능을 가질 수 있도록 해주는매우 중요한 요소이다. 특히, 보강벨트는 이러한 벨트의 유동을 잡아주고 타이어 주행시 최적의 벨트 형상을 유지시켜 타이어가 항상 좋은 벨트형상을 유지하고 좋은 타이어 성능을 갖도록 하는 역할을 한다.
이러한 보강벨트 코드에 요구되는 주요특성은 내열접착력, 수축력, 상온 및 고온에서의 모듈러스 유지율 등이 있다. 이 중에서 내열접착력은 보강벨트가 사용되는 위치의 특성상 타이어에서 가장 발열이 심한 트레드와 벨트 사이에 위치하여 주행중 많은 시간동안 고온에 의한 노화를 받기 때문에 타이어의 내구성과 관련이 가장 많은 물성이라고 할 수 있다.
또한, 모듈러스는 일반적으로 승차감, 조종안정성 등과 상관성이 큰 물성이다. 즉, 모듈러스가 큰 타이어 코드일수록 외부로부터 전해지는 힘에 의한 벨트의 형상 변화를 줄여주는데 유리한 역할을 하며, 이러한 외력으로부터의 형상유지는 본래 설계된 타이어의 성능을 유지할 수 있는 것으로 주행성능의 유지에 지대한 영향을 준다.
타이어의 주행성능에 영향을 줄 수 있는 또 다른 요인으로는 타이어 주행시 발생되는 열이 있다. 일반적으로 모든 물질은 온도가 상승함에 따라 모듈러스는 감소한다. 보강벨트의 모듈러스도 타이어의 주행속도가 증가함에 따라 내부온도가 상승되어 감소하게 되는데, 고온에서의 모듈러스 저하는 곧 고온에서의 타이어 성능 저하로 이어지게 되므로, 고온에서의 모듈러스를 유지하는 것이 매우 중요한 소재의 요구특성이라 할 수 있다.
일반적으로 승용차용 타이어에 널리 사용되고 있는 코드는 레이온과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 등이 있다. 여기서 PET 코드는 내열 접착력이 불리하고 고온에서의 모듈러스 저하가 커 보강벨트로의 사용이 곤란하다. 또한 레이온의 경우 수축 관련 거동이 전혀 없고, 고온에서 오히려 코드의 길이가 늘어 벨트를 잡아주지 못하여 사용이 곤란하다. 마지막으로, 현재 가장 널리 사용되고 있는 나일론의 경우, 나일론 6 대비 내열성능이 우수한 나일론 66를 주로 사용하고 있는 바, 나일론 66는 내열접착성이 우수하고, PET나 나일론 6에 비해 고온에서의 모듈러스 저하가 적다는 장점으로 현재까지 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 보강벨트 소재이다. 그러나, 나일론의 특성상 기본적인 모듈러스가 매우 낮아 조종안정성 향상 측면에서는 어느 정도의 한계가 있다.
한편, 폴리머에 클레이와 같은 보강제를 첨가할 경우 모듈러스 및 강도, 유리전이온도가 상승된다는 것은 알려진 사실이다.
그러나, 일반적인 클레이(직경 8㎛ 수준)를 나일론에 첨가할 경우 나일론이 25㎛ 수준의 가는 필라멘트로 구성되어 있으므로, 보강제로의 역할보다는 첨가된 클레이가 흠집으로 작용하여 강도를 떨어뜨리는 역효과를 나타내므로 코드에서의 클레이 사용은 불가능한 실정이었다.
이에 본 발명자들은 나일론 코드를 보강벨트로 사용할 경우 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구노력하던 중, 나일론 코드 중합시 나일론으로 개질된 나노클레이를 보강하여 나일론 코드를 제조하고 이를 보강벨트에 적용시킨 승용차용 공기입 타이어를 제조한 결과, 내열접착력이 우수하고 상온에서의 모듈러스의 향상과 고온에서의 모듈러스 저하문제를 개선함으로써 저속 및 고속 주행 성능을 동시에 향상시킬 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 내열접착력, 상온 및 고온에서의 모듈러스가 우수하여 저속 및 고속 주행 성능이 우수한 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드를 제공하는 데 있다.
또한, 이러한 나일론 코드를 보강벨트 코드에 적용시켜 고속 주행 내구성, 저속 및 고속 주행에서의 조종안정성이 우수한 승용차용 공기입 타이어를 제공하는 데도 그 목적이 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드는 코드용 나일론으로 개질된 나노클레이를 나일론 100 중량부에 대하여 0.1 내지 4.0 중량부를 함유하며, 이를 이용한 보강벨트 코드로 적용시킨 승용차용 공기입 타이어인 것임을 그 특징으로 한다.
도 1은 고분자로 개질된 나노클레이를 나타낸 것이고,
도 2는 나일론 코드 중합 또는 방사 공정에서 나노클레이가 분산되는 형태를 나타낸 것이다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 나일론으로 개질된 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드 및 이를 이용한 승용차용 공기입 타이어에 관한 것이다.
본 발명의 나일론 코드는 코드의 중합 또는 방사 공정에서 나일론으로 개질된 나노클레이(도 2 참조)를 첨가하여 제조된 것이다.
나일론으로 개질된 나노클레이의 경우 다음 도 2와 같이 클레이가 수 nm 수준의 작은 크기로 분산되어, 보강제로서의 역할을 충분히 수행하여 모듈러스, 강도, 유리전이온도가 상승하는 결과를 나타낸다.
본 발명에서 사용된 나일론은 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46를 사용한다. 또한, 나일론으로 개질된 나노클레이는 나일론 6에 몬트몬모릴로나이트가 분산된 것으로서, 본 발명에서는 나노코어사의 나노머 1.24T를 사용한다.
한편, 나일론으로 개질된 나노클레이는 전체 나일론 100 중량부에 대하여 0.1 내지 4.0 중량부로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 0.1 중량부 미만일 경우, 목적하는 모듈러스, 강도 및 유리전이온도의 상승을 이루기 어려우며, 또한 4.0 중량부를 초과할 경우에는 코드의 파단신율이 급격하게 감소하여 보강벨트로의 사용이 곤란하다.
이러한 나일론으로 개질된 나노클레이를 이용하여 보강벨트용 나일론 코드를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저 중합공정에서 카프로락탐과 나일론으로 개질된 나노클레이를 함께 투입하여 중합한다. 중합된 칩(chip)을 방사시킨 다음, 통상의 나일론 코드 제조에서와 동일한 조건에서 연신, 연사, 재직 및 열처리를 수행한다.
그 다음, 이렇게 제조된 나일론 코드를 보강벨트에 적용한 타이어를 제조한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며,본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼2 및 비교예 1∼2
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합비로 중합 공정에서 카프로락탐과 나일론으로 개질된 나노클레이 나노머 1.24T를 투입하여 중합하였다. 제조된 칩을 동등 수준의 상대점도 조건으로 방사하였으며, 통상의 나일론 코드 제조와 동일한 조건으로 연신, 연사, 재직 및 열처리를 수행하였다.
이렇게 얻어진 보강벨트용 나일론 코드의 물성을 다음과 같이 평가하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
단위 : 중량부
실시예 비교예
1 2 1 2
나일론 6 100 100 100 100
나일론으로 개질된 나노클레이 1 2 - 5
물성평가
(1) 동적유리전이온도
동적유리전이온도는 하중(stress)과 빈도(frequency)가 주어진 동적인 상태로 측정된 것으로, 본 시험에서는 0.075g/denier의 하중, 1Hz의 빈도의 조건으로 TDMA(Thermo-Dynamic Mechanic Analyzer)를 이용하여 측정하였다.
(2) 5% 모듈러스
5% 모듈러스는 시편의 인장에 따른 물성을 나타내는 값으로서, 일정한 시편을 인장시 원길이의 5% 신장되었을 때의 모듈러스를 말한다.
(3) 파단강도
cord 를 신장시험시 파괴가 일어날 때 걸리는 힘을 정량섬도로 나눈 값이며, 시험법은 ASTM D2256에 따른다.
(4) 절단신율
cord 를 신장시킬 때 파괴가 일어나는 신율이며, 시험법은 ASTM D2256에 따른다.
(5)내열접착력
접착력 시편 및 시험법은 H-test ASTM D4776에 따르며, 내열성 관련하여 180℃ 온도에서 4시간 노화 후 접착력을 측정하였다.
실시예 비교예1
1 2 1 2
동적유리전이온도(℃) 123 126 90 126
5% 모듈러스 유지율(g/D) 상온 1.4 1.8 1.1 2.2
120℃ 1.1 1.5 0.7 2.0
파단강도(g/D) 9.5 11.2 8.3 7.9
절단신율(%) 15.3 11.5 21.0 3.4
내열접착력(kg) 14.1 13.7 13.8 13.7
상기 표 2의 결과에서 조종안정성과 밀접한 관련이 있는 상온 및 120℃에서의 5% 모듈러스 유지율은 본 발명의 나일론으로 개질된 나노클레이를 나일론 코드 중합시 첨가한 경우 우수한 것으로 나타났으며, 동일한 나일론을 기본으로 제조된 본 발명의 나일론 코드의 내구성과 관련된 내열 접착력은 동등 수준의 내열접착력을 나타낸다.
응용예 1∼2 및 응용비교예 1∼2
상기 실시예 2에서 제조된 나일론으로 개질된 나노클레이와 840 D/2의 동일한 구조를 가지는 일반 나일론 코드를 다음 표 3에 의거하여 보강벨트에 적용한 타이어를 제조하였다.
응용예 1 응용예 2 응용비교예 1 응용비교예 2
타이어 규격 205/55R16 215/45ZR17 205/55R16 215/45ZR17
나일론 코드 실시예 2 실시예 2 비교예 1 비교예 1
섬유구조 840 D/2 840 D/2 840 D/2 840 D/2
보강벨트층 수 1 2 1 2
보강벨트 형태 전면 커버(full cover) 전면 커버(full cover) 전면 커버(full cover) 전면 커버(full cover)
코드 배열 밀도(ends/inch) 35 35 35 35
이렇게 제조된 타이어의 고속 주행 내구성 평가(ECER 30) 및 초기 조종안정성 평가, 고속주행 후 주행안정성 평가를 다음과 같이 수행하였으며, 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.
(1) 고속 주행 내구성 평가(ECER 30)
고속 주행 내구성 시험법인 ECER 30에 의거 평가하였다.
(2) 초기 조종안정성 평가
평가에 필요한 타이어를 취부한 차량을 조종안정성 변화를 감지할 수 있는 전문적인 실험 운전자가 조정하며, 조정안정성의 정도를 파악한다. 여기에서 초기 조종안정성은 타이어 취부 초기의 조정안정성을 측정한 것이다.
(3) 고속 주행 후 주행안정성 평가
고속 주행 후 주행안정성 평가는 평가용 타이어를 160km/hr로 30분 주행 후 타이어가 예열된 상태에서의 조종 안정성을 측정한 것이다.
응용예 1 응용예 2 응용비교예 1 응용비교예 2
고속 주행 내구성(ECER 30) 2시간 9분 2시간 23분 1시간 53분 2시간 9분
조종안정성(초기) 115 120 100 100
조종안정성(고속 주행후) 100 105 75 80
초기 타이어 직경 99 99 100 100
고속 주행시 타이어 직경(200km) 101 100 104 103
상기 표 4의 결과에서 보는 바와 같이, 나일론으로 개질된 나노클레이로 보강된 보강벨트 코드를 타이어에 적용시킨 응용예 1과 2는 고속 주행 내구성, 저속 및 고속 주행에서의 조종안정성이 우수한 반면, 통상의 나일론 코드를 보강벨트 코드로 한 타이어는 고속 주행 내구성, 저속 및 고속 주행에서의 조종안정성이 떨어지는 결과를 나타낸다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 나일론으로 개질된 나노클레이로 보강된 나일론 코드는 모듈러스, 강도 및 유리전이온도가 우수하며, 또한 이렇게 제조된 나일론 코드를 보강벨트 코드에 적용시킨 타이어는 고속 주행 내구성, 저속 및 고속 주행에서의 조종안정성이 우수한 결과를 나타낸다.

Claims (4)

  1. 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드에 있어서,
    나일론으로 개질된 나노클레이를 나일론 100 중량부에 대하여 0.1 내지 4.0 중량부로 함유하는 것을 특징으로 하는 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드.
  2. 제 1항에 있어서, 나일론으로 개질된 나노클레이는 나일론 코드 중합시 또는 방사시에 첨가되는 것임을 특징으로 하는 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드.
  3. 제 1항에 있어서, 나일론은 나일론 6, 나일론 66, 및 나일론 46 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 타이어 보강벨트 코드용 나일론 코드.
  4. 제 1항의 나일론 코드를 보강벨트 코드로 적용시킨 승용차용 공기입 타이어.
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