KR20060002463A - 타이어 코오드의 제조방법 및 이로부터 제조되는 타이어코오드 - Google Patents

타이어 코오드의 제조방법 및 이로부터 제조되는 타이어코오드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 코오드의 제조방법 및 이로부터 제조되는 타이어 코오드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 a) 미국재료시험협회규격(ASTM) D-885에 따른 건강도 6 g/d이상, 습윤강도 유지율 80 % 이상, 절단신도 8 내지 12 %인 라이오셀 필라멘트 원사를 사용하여 꼬임 수(TPM:Turn Per Meter)가 하기 계산식 1의 범위를 만족하도록 연사하는 단계; b) 상기 연사된 라이오셀 원사 2가닥 이상을 사용하여 꼬임수가 상기 계산식 1의 범위를 만족하도록 상기 꼬임방향과 반대방향으로 합사하여 연사하는 단계; c) 상기 합사한 연사물을 RFL 접착제 용액에 침지, 통과시키는 단계; d) 상기 용액을 통과한 연사물을 건조시키는 단계; 및 e) 상기 건조된 연사물을 열처리하는 단계를 포함하는 타이어 코오드의 제조방법 및 이로부터 제조되는 타이어 코오드에 관한 것이다.
[계산식 1]
580 - 0.154 × 원사섬도 ≤ TPM ≤ 700 - 0.154 × 원사섬도
본 발명의 타이어 코오드의 제조방법은 고속주행용 타이어에 적합한 라이오셀 섬유를 이용하여 가격대비 성능비가 우수하면서도 타이어의 제조를 용이하게 하는 장점이 있다.
타이어 코오드, 라이오셀, 꼬임수, 강도

Description

타이어 코오드의 제조방법 및 이로부터 제조되는 타이어 코오드{METHOD FOR PREPARATING TIRE CORD AND TIRE CORD PREPARED THEREFROM}
[산업상 이용분야]
본 발명은 타이어 코오드의 제조방법 및 이로부터 제조되는 타이어 코오드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재생 셀룰로오스 섬유인 라이오셀을 이용한 타이어 코오드의 제조방법 및 이로부터 제조되는 타이어 코오드에 관한 것이다.
[종래기술]
일반적으로 사용되는 타이어 코오드용 소재로는 나일론, 폴리에스테르, 레이온 등이 사용되고 있다. 이러한 소재들은 각각의 장단점으로 인하여, 사용되는 타이어의 규격이나 용도 등이 한정되어 있다.
나일론 섬유는 인장신도와 강력이 높아서, 고중량의 하중이 가해지는 대형트럭 및 비포장 도로와 같은 굴곡이 많은 노면에 사용되는 타이어에 주로 사용된다. 그러나, 상기 나일론 섬유는 타이어 내부에 집중적인 열축적이 발생하고, 모듈러스가 낮아서 고속으로 주행되거나, 승차감이 요구되는 승용차용 타이어에는 적합하지 못하다.
폴리에스테르 섬유는 나일론에 비해 형태안정서와 가격경쟁력이 우수하며, 지속적인 연구로 인해 강도 및 접착력이 향상되고 있어서, 타이어 코오드 분야에서 그 사용량이 증가하고 있는 추세이다. 그러나, 아직까지는 내열성 및 접착력 등에 한계가 있어서 고속주행용 타이어에는 적합하지 못하다.
재생 셀룰로오스 섬유인 레이온 섬유는 고온에서 우수한 강력유지율과 형태안정성을 보인다. 따라서, 레이온 섬유는 최적의 타이어 코오드용 소재로 알려져 있다. 그러나 수분에 의한 강력저하가 심하기 때문에 타이어 제조시 철저한 수분관리가 요구되며, 원사 제조시의 불균일성으로 인해, 불량품 발생 비율이 높다. 무엇보다도 다른 소재에 비하여 가격대비 성능(가격대비 강력)이 매우 낮아 주로 초고속용 또는 고가의 타이어에만 적용되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2002-0085188호는 레이온 섬유보다 우수한 건강도, 습윤강도 및 모듈러스를 가지는 라이오셀 섬유를 이용한 타이어 코오드에 대하여 기재하고 있다. 그러나 라이오셀 섬유는 기존의 레이온 섬유보다 높은 모듈러스와 낮은 절단신도로 인하여 반복적인 피로에 의해 강력저하가 커지게 되고, 타이어의 수명이 줄어들게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 라이오셀 섬유의 반복적인 피로에 의한 강력저하의 문제점을 개선하면서도 우수한 건강도 및 습강도를 갖도록 하는 라이오셀 타이어 코오드의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 상기 방법으로 제조되며, 강도와 접착력, 내피로성 유지율이 우수한 타이어 코오드를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, a) 미국재료시험협회규격(ASTM) D-885에 따른 건강도 6 g/d이상, 습윤강도 유지율 80 % 이상, 절단신도 8 내지 12 %인 라이오셀 필라멘트 원사를 사용하여 꼬임 수(TPM:Turn Per Meter)가 하기 계산식 1의 범위를 만족하도록 연사하는 단계; b) 상기 연사된 라이오셀 원사 2가닥 이상을 사용하여 꼬임수가 상기 계산식 1의 범위를 만족하도록 상기 꼬임방향과 반대방향으로 합사하여 연사하는 단계; c) 상기 합사한 연사물을 RFL 접착제 용액에 침지, 통과시키는 단계; d) 상기 용액을 통과한 연사물을 건조시키는 단계; 및 e) 상기 건조된 연사물을 열처리하는 단계를 포함하는 타이어 코오드의 제조방법을 제공한다.
[계산식 1]
580 - 0.154 × 원사섬도 ≤ TPM ≤ 700 - 0.154 × 원사섬도
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조되며, 딥강도 5.5 g/d 이상, 접착력 10 kg 이상, 내피로성 유지율이 85% 이상인 라이오셀 타이어 코오드를 제공한다.
본 발명에서 '건강도'는 미국재료시험협회규격(ASTM) D-885의 오븐 건조 측정법에 따라 건조상태의 섬유 강도를 측정한 것을 기준으로 하고, '습윤강도'는 상온에서 원사가 완전히 젖을 때 까지 물속에 침지하고, 2분 이내에 상기 강도 측정법에 따라 습윤상태의 섬유 강도를 측정한 것을 기준으로 하며, '절단신도'는 건강 도 측정 과정에서 가장 높은 강도를 나타낼 때의 신도를 기준으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
라이오셀(Lyocell) 섬유는 유기용매에 용해된 셀룰로오즈 용액을 섬유형태의 셀룰로오즈로 재생한 인조 셀룰로오즈 섬유로서, 화학섬유의 뛰어난 기능적 물성과 천연섬유의 자연스런 감촉과 흡습성을 겸비한 셀룰로오스계 섬유이다. 라이오셀(Lyocell)이라는 명칭은 1989년 섬유 표준용어를 제정 공인하는 기구인 '레이온과 합성섬유의 국제 표준국'(BISFA:Bureau International pour la Standardisation des Fibres Artificielles)으로부터 부여받은 신소재 섬유의 학명이다.
라이오셀 섬유는 실크에 버금가는 부드러운 촉감과 드레이프성, 면보다 뛰어난 흡습성, 폴레에스테르 섬유에 비견되는 강한 내구성을 가짐으로써, 종래의 비스코스 레이온과 폴리노직 등의 결정적인 단점을 해결하였다.
또한 제조공정상 대기, 토양에 일체의 유해물질이 발생하지 않으며, 사용 후에도 100% 생분해되어 자연으로 돌아가는 대표적인 환경친화 섬유로 인정받고 있다.
레이온, 폴리노직과 같은 종래의 셀룰로오스계 재생섬유는 목재펄프를 이황화탄소(CS2)라는 화학약품으로 처리하여 만들어진다. 따라서, 제조공정과 환경에 심각한 문제를 갖고 있다. 그러나, 라이오셀 섬유는 순수한 펄프를 물리적 방법으로 용매에 녹여 무공해 방식으로 화학적 반응이 없이 제조된다. 따라서, 원료물질 의 높은 중합도 및 강도의 유지가 가능하며, 제조공정상 펄프를 용해시키는 용매를 수세공정에서 대부분 회수(99.8%)하고 이를 정제하여 재사용함으로써, 다른 화학섬유와는 달리 제조공정상 일체의 공해가 발생하지 않는 것이 특징이다.
일반적으로 라이오셀 섬유는 기존의 레이온 섬유에 비하여 높은 건강도, 습윤강도 및 모듈러스를 갖는다. 특히 원사의 균일도에 있어서도 기존의 레이온에 비하여 월등하게 우수하다.
그러나, 라이오셀 섬유는 N-메틸모르폴린옥사이드(NMMO:N-methyl morpholine oxide) 용제를 사용하는 섬유 제조공정상의 차이로 인하여 기존의 레이온 섬유보다 높은 모듈러스 및 낮은 절단신도를 가지며, 반복적인 피로에 의한 강력 저하가 크다.
이러한 강력저하를 막기 위해서, 본 발명에서는 타이어 코오드의 제조에 사용되는 라이오셀 섬유의 원사 섬도에 따라 꼬임수(TPM:Turn Per Meter)를 조절하여 타이어 코오드의 강도 및 반복피로에 대한 강력 유지율을 조절하였다.
일반적으로 타이어 코오드용으로 사용되고 있는 레이온 섬유의 건강도는 5 내지 6 g/d로서, 제조 공정 중에 수분관리를 통하여 습윤강도의 저하가 최소화 되도록 하고 있는 반면에, 본 발명에서 사용되는 라이오셀 원사는 6 g/d를 초과하는 건강도를 가지는 것이 바람직하며, 6.5 내지 7 g/d의 건강도를 가지는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 원사의 습윤강도 유지율은 높을수록 바람직하나, 80 % 이상의 습윤강도 유지율을 가지는 것이 더 바람직하고, 상기 원사의 절단신도는 8 내지 12 %인 것이 바람직하다. 라이오셀 원사의 건강도가 6 g/d이하인 경우에는 가격대 비 성능비가 우수하지 못하며, 7 g/d이상인 경우에는 과도한 배향 및 연신으로 라이오셀 제조공정상에서의 수율의 저하 및 절단시도의 감소를 유발시킬 수도 있다. 또한, 상기 원사의 습윤강도 유지율이 80% 미만인 경우에는 타이어 제조공정 중에 별도의 수분관리 공정을 필요로 하게 되어, 타이어 제조 공정 중 추가설비를 요하게 되고, 불량품 발생의 원인이 된다.
상기 라이오셀 원사는 꼬임 수(TPM:Turn Per Meter)가 하기 계산식 1의 범위를 만족하도록 연사하는 단계를 거친다.
[계산식 1]
580 - 0.154 × 원사섬도 ≤ TPM ≤ 700 - 0.154 × 원사섬도
상기 식에서, 원사 섬도의 단위는 데니어이다.
라이오셀 원사의 꼬임 수가 '580 - 0.154 × 원사섬도'보다 낮은 경우에는 코오드의 강력이 우수하긴 하지만, 내피로성이 저하되어 타이어 코오드로서 적합하지 못하게 되며, '700 - 0.154 × 원사섬도'보다 높은 경우에는 내피로성의 개선 정도는 크지 않은 반면, 코오드의 강도 저하가 심해지게 되어 바람직하지 못하다.
상기 라이오셀 원사의 섬도는 특별히 제한되지 않으며, 타이어 코오드로 사용되는 통상적인 범위의 섬도를 가지며, 통상적으로 500 내지 2000 데니어의 섬도를 가지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 꼬임 수를 갖도록 연사된 라이오셀 원사는 2가닥 이상, 바람직하게는 2 내지 3가닥을 다시 합사하여 연사한 연사물의 형태로 제조된다. 상기 합사과정에서 각각의 라이오셀 원사의 꼬임방향과 반대 방향으로 꼬임을 주게 된다.
상기 합사한 연사물은 타이어 고무와의 접착성을 향상시키기 위하여 타이어 코오드 함침 용액에 침지, 통과시키는 단계를 거치게 된다. 이 때, 상기 함침 용액으로는 통상적인 타이어 코오드용 함침 용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 RFL 용액을 사용할 수 있다.
상기 함침 용액을 통과한 연사물은 건조공정과 열처리공정을 거쳐 타이어 코오드로 제조된다. 상기 건조공정은 130 내지 200℃에서 30 내지 100초간 실시하고, 상기 열처리공정은 200 내지 250℃에서 30 내지 100초간 실시하는 것이 바람직하다. 상기 건조공정에서는 라이오셀 내에 존재하는 수분을 건조시키며, 상기 열처리공정에서는 함침용액을 반응시켜 타이어 코오드에 접착력을 부여하게 된다.
상기 방법으로 제조된 라이오셀 타이어 코오드는 미국재료시험협회규격(ASTM) D-885에 따른 딥강도가 5.5 g/d이상, 접착력이 10 kg 이상이며, 원판피로측정기(Disk Fatigue Tester)에 의한 내피로성 유지율이 85% 이상인 것이 바람직하다. 딥강도가 5.5 g/d 미만인 경우에는 낮은 강도로 인하여 타이어 내에 많은 양의 타이어 코오드를 투입해야 하므로, 타이어의 무게 증가 및 원가 상승의 원인이 되며, 접착력이 10 kg 미만인 경우에는 타이어 제조시에 고무와의 접착력이 약해서 타이어 제조공정상 문제를 발생시킬 수 있고, 원판피로테스트에 의한 내피로성 유지율이 85% 미만인 경우에는 반복적인 피로에 의한 강력저하가 심해서 장시간 사용 후에 강력 저하로 인한 타이어의 손상을 발생시킬 수 있으므로, 안전상의 문제를 야기할 수 있다.
상기 타이어 코오드에 사용되는 라이오셀 원사에는 많은 반응기가 존재하므 로, 1회 함침 만으로도 충분한 접착력 발현이 가능하며, 높은 내열특성을 유지하여 열처리 공정중에 강력의 손상이 적다는 장점을 갖는다.
특히, 라이오셀 섬유 자체가 우수한 형태안정성을 가지고 있으므로, 열처리 온도와 무관하게 우수한 형태안정성을 유지하는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
건강도 6.3 g/d, 습윤강도 유지율 84 %, 절단신도 10.4 %인 라이오셀 1,650 데니어 원사를 사용하여 360 tpm으로 Z연 된 원사 2가닥을 동일 꼬임수의 S연으로 합사하여 라이오셀 합연사를 제조하였다. 상기 제조된 라이오셀 합연사를 레소시놀 2.0 중량%, 포르말린(37%) 3.2 중량%, 수산화나트륨(10%) 1.1 중량%, 스티렌/부타디엔/비닐피리딘(15/70/15) 고무(41%) 43.9 중량%, 및 물을 포함하는 RFL 접착제 용액에 침지, 통과시킨 후, 150℃에서 50초간 건조시키고, 250℃에서 40초간 열처리하여 타이어 코오드를 제조하였다.
[실시예 2]
원사 및 합연사 제조시 꼬임 수를 각각 440 tpm으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어 코오드를 제조하였다.
[실시예 3]
원사 및 합연사 제조시 꼬임 수를 각각 340 tpm으로 한 것을 제외하고는 실 시예 1과 동일한 방법으로 타이어 코오드를 제조하였다.
[비교예 1]
원사 및 합연사 제조시 꼬임 수를 각각 360 tpm으로 하고, RFL 접착제 용액에 침지, 통과시킨 타이어 코오드를 120℃에서 50초간 건조시키고, 190℃에서 40초간 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어 코오드를 제조하였다.
[비교예 2]
건강도 5.7 g/d, 습윤강도 유지율 81 %, 절단신도 11.6 %인 라이오셀 1,650 데니어 원사를 사용하여 꼬임 수 360 tpm인 합연사를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어 코오드를 제조하였다.
[비교예 3]
건강도 6.2 g/d, 습윤강도 유지율 72 %, 절단신도 10.8 %인 라이오셀 1,650 데니어 원사를 사용하여 꼬임 수 360 tpm인 합연사를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어 코오드를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 의해 제조된 타이어 코오드에 대하여 미국재료시험협회규격(ASTM) D-885의 방법으로 딥강도를 측정하였고, 미국재료시험협회규격(ASTM) 4776-98 방법에 따라 H-Test 방법으로 접착력을 측정하였으며, 상기 제조된 타이어 코오드를 고무에 가류하여 시료를 제조하고, 원판피로측정기를 이용하여 80℃에서 2500 rpm의 속도로 회전시키면서 반복적으로 7%의 신장 및 수축을 8시간 동안 실시하여 내피로성 유지율을 측정하였다. 상기 측정결과를 하기 표 1에 기재하였다.
[표 1]
딥강도(g/d) 접착력(kg) 내피로성 유지율(%)
실시예 1 5.8 14 89
실시예 2 5.6 14.5 91
실시예 3 5.9 13.5 86
비교예 1 5.8 9.5 89
비교예 2 5.3 14.4 91
비교예 3 5.3 15.1 86
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 타이어 코오드는 딥강도가 5.5 g/d 이상이고, 접착력이 10 kg 이상이며, 원판피로측정에 의한 내피로성 유지율이 85% 이상인 것으로서, 우수한 강도 및 접착력을 가지면서도 내피로성이 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명의 타이어 코오드의 제조방법은 고속주행용 타이어에 적합한 라이오셀 섬유를 이용하여 가격대비 성능비가 우수하면서도 타이어의 제조를 용이하게 하는 장점이 있고, 상기 방법으로 제조된 타이어 코오드는 딥강도가 5.5 g/d 이상이고, 접착력이 10 kg 이상이며, 원판피로측정에 의한 내피로성 유지율이 85% 이상인 것으로서, 우수한 강도 및 접착력을 가지면서도 내피로성이 우수하다.

Claims (3)

  1. a) 미국재료시험협회규격(ASTM) D-885에 따른 건강도 6 g/d이상, 습윤강도 유지율 80 % 이상, 절단신도 8 내지 12 %인 라이오셀 필라멘트 원사를 사용하여 꼬임 수(TPM:Turn Per Meter)가 하기 계산식 1의 범위를 만족하도록 연사하는 단계;
    [계산식 1]
    580 - 0.154 × 원사섬도 ≤ TPM ≤ 700 - 0.154 × 원사섬도
    b) 상기 연사된 라이오셀 원사 2가닥 이상을 사용하여 꼬임수가 상기 계산식 1의 범위를 만족하도록 상기 꼬임방향과 반대방향으로 합사하여 연사하는 단계;
    c) 상기 합사한 연사물을 RFL 접착제 용액에 침지, 통과시키는 단계;
    d) 상기 용액을 통과한 연사물을 건조시키는 단계; 및
    e) 상기 건조된 연사물을 열처리하는 단계
    를 포함하는 타이어 코오드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 d) 건조단계는 130 내지 200℃에서 30 내지 100초간 실시하고, 상기 e) 열처리 단계는 200 내지 250℃에서 30 내지 100초간 실시하는 것인 타이어 코오드의 제조방법.
  3. 미국재료시험협회규격(ASTM) D-885에 따른 딥강도 5.5 g/d 이상, 접착력 10 kg 이상, 내피로성 유지율이 85% 이상인 라이오셀 타이어 코오드.
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