KR20070046572A

KR20070046572A - 고무보강용 코드 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20070046572A
Application number: KR1020050103401A
Authority: KR
Inventors: 전옥화; 정일; 김윤조; 김시민
Original assignee: 주식회사 코오롱
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-03
Also published as: KR100849087B1

Abstract

본 발명은 고무보강용 코드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코드용 필라멘트를 연사하여 코드화하는 단계, 및 상기 연사된 코드를 접착용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 연사공정은 코드용 필라멘트를 싱글 플라이로 연사하는 고무보강용 코드의 제조방법 및 이로써 제조되는 고무보강용 타이어 코드에 관한 것이다.

본 발명에 따른 제조방법은 종래 2플라이 또는 3플라이로 하연 및 상연의 2단계 공정을 수행하는 것과 비교하여, 제조 공정이 간단하여 생산성을 향상시킨다. 이에 제조된 고무보강용 코드는 싱글 플라이 연사를 수행함으로써 강력이 높아 물성 발현이 우수하고, 적은 양의 접착제 코팅으로도 종래 동등 이상의 접착력을 가져, 타이어, 컨베이어 벨트, V벨트 및 호스 등에 바람직하게 적용한다.

타이어 코드, 싱글 플라이, 고무보강, 타이어

Description

고무보강용 코드 및 이의 제조방법{CORD FOR REINFORCING RUBBER AND PREPARING METHOD THEREOF}

[기술분야]

본 발명은 고무보강용 코드 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강력이 높아 물성 발현이 우수할 뿐만 아니라 적은 양의 접착제의 코팅으로도 종래 동등 이상의 접착력을 가지는 고무보강용 코드 및 제조 공정이 간단하여 생산성을 향상시킬 수 있는 고무보강용 코드의 제조방법에 관한 것이다.

[종래기술]

타이어 코드(Tire cord)는 고무 타이어의 강력을 유지하는 내부 보강재로, 강철과 더불어 타이어의 기본 골격 구조를 형성한다. 타이어 코드는 타이어에 요구되는 내피로성, 전단강도, 내구성과 반발 탄성과 같은 물성을 고려하여 나일론, 폴리에스테르 및 레이온 등 각 목적에 맞게 다양한 소재를 사용하고 있다.

타이어 코드는 중합, 방사의 과정을 거쳐 제조된 고품질의 나이론, 폴리에스터 또는 레이온 필라멘트를 연사와 제직의 공정을 거쳐 직물의 형태를 갖추고, 그 후 접착용액을 직물에 묻혀 고무와의 접착성을 높이고, 타이어 코드 직물의 치수 안전성을 높이기 위하여 열처리를 하여 제조하고 있다.

그 중 연사공정은 제사공정에서 생산되는 필라멘트를 2회 이상 실을 꼬는 연사의 가공 과정으로서, 각 제품 용도별로 맞추어 꼬임의 각도와 꼬임수를 부여하여 타이어 코드 패브릭을 위한 적당한 굵기의 실을 제공하고 실의 불균일성을 감소하여 균제한 실을 제공하고 둥근 형태의 실을 제공하고 강도, 신율, 탄성을 증가시킴을 목적으로 수행한다.

일반적인 연사공정은 1000 내지 1500 데이어의 필라멘트를 2플라이 또는 3플라이를 합쳐 꼬음으로써, 하연과 상연의 2단계 이상으로 진행된다. 이 과정에서 기계적 마찰로 인해 필라멘트의 물성 저하가 발생할 우려가 있고, 두 단계로 진행됨으로 인해 실의 취급회수가 늘어 품질 및 생산성이 불리하다. 또한 2플라이 이상으로 코드를 제조할 경우 플라이와 플라이 사이의 틈이 발생하고 접착용액을 부여하는 침지 시 접착과 직접 연관이 없는 불필요한 접착용액이 틈 사이에 과량으로 침투 및 부착되어 제조 비용이 증가하여 이를 적용한 타이어의 중량 및 비용이 높아지는 문제가 있다.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 생산성을 향상시키고 접착용액의 사용 감소로 인해 비용 및 중량을 절감시킬 수 있는 고무보강용 코드 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 코드용 필라멘트를 연사하여 코드 화하는 단계, 및 상기 연사된 코드를 접착용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 연사공정은 코드용 필라멘트를 싱글 플라이로 연사하는 것인 고무보강용 코드의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 고무보강용 코드 및 이의 용도를 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고무보강용 코드는 코드용 필라멘트를 싱글 플라이 연사를 수행함으로써 강력이 높아 물성 발현이 우수하고, 적은 접착제의 부착으로도 종래 동등 이상의 접착력을 가져, 공정이 단순화되고 중량이 감소되는 것을 특징으로 한다.

사용가능한 코드용 필라멘트는 이 분야에서 통상적으로 사용되는 섬유가 가능하고, 일예로, 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 라이오셀, 레이온, 폴리비닐알콜, 폴리케톤, 아라미드 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 상기 각 필라멘트의 물성은 특별히 한정하지 않으나 고무보강용 코드로 사용하기에 적절한 물성 범위의 것을 사용한다.

코드용 필라멘트는 고분자를 용융 압출하고, 냉각, 연신, 열고정 및 권취하는 단계를 거쳐 제조되며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

이러한 코드용 필라멘트를 이용한 고무보강용 코드는 a) 코드용 필라멘트를 연사공정을 수행하는 단계, b) 접착용액에 침지시키는 단계, 및 c) 건조 및 열처리하는 단계를 거쳐 제조되며, 특히 본 발명에서는 상기 연사공정에서 코드용 필라멘 트를 싱글 플라이로 수행하는 것을 특징으로 한다.

단계 a)에서는 코드용으로 요구되는 최종 섬도의 필라멘트를 스핀들 혹은 레귤레이터 등의 꼬임을 부여하는 연사장치를 이용하여 싱글 플라이로 연사공정을 수행한다.

이러한 연사공정을 통해 섬유 간의 강한 결합력을 가지는 코드를 제조할 수 있다.

상기 연사를 통해 얻어진 코드는 고무보강용 코드로 사용하기에 적절한 물성과, 생산 원가 및 중량 등을 고려하여 섬도가 1000 내지 5000 데이어(denier)인 것이 바람직하다.

이때 연사공정은 코드의 꼬임수(Turn Per Meter, 연수)가 300 내지 600 TPM이 되도록 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 꼬임수의 선정은 각각의 필라멘트가 지닌 물성을 최대한으로 발휘하기 위한 것으로, 일반적으로 섬유의 꼬임수가 높으면 강력은 저하되나 피로 성능이 증가하고, 이와 반대로 꼬임수가 낮을수록 강력이 증가하는 반면에 피로 성능을 감소하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 꼬임수를 상기 범위로 한정함으로써 고무보강재로 사용하기에 적절한 특성, 즉 모듈러스, 수축율, 절단신도 및 강도를 조절한다.

본 발명의 연사공정은 종래 하연 및 상연의 공정을 수행하던 방법과 큰 차이를 나타낸다. 즉, 종래에는 각 필라멘트를 이용하여 하연 공정(Z연)을 수행하여 꼬임을 1차로 주고, 이어서 상연 공정(S연)의 2차 꼬임 공정을 수행하였으나, 이 경우 두 단계로 진행됨으로 인해 필라멘트의 취급회수가 늘어 품질 및 생산성이 불 리한 문제가 발생하였다. 그러나, 본 발명에서는 싱글 플라이로 연사공정을 1회만 수행함으로써 공정이 단순화되고, 필라멘트의 물성이 우수하고, 코드 사이의 공극이 작아 필라멘트 사이로 접착제 침투가 줄어들게 되므로 딥 코드의 제조비용이 절감될 뿐만 아니라, 2플라이 코드 대비 두께가 얇아져 향후 타이어 가공시 고무사용량이 감소하게 되어 타이어의 경량화의 효과가 있다.

단계 b)에서는 연사공정을 통해 얻은 연사된 코드와 고무와의 접착성을 높이기 위해, 상기 연사된 코드에 장력을 가하면서 접착용액에 침지 및 통과시킨 후 건조하는 공정을 수행한다.

구체적으로, 접착용액 내 침지는 연사된 코드에 0.5∼2.0 kg/Cord의 장력을 가하면서 30∼100 m/분의 속도로 이송시켜 이루어지며, 이때 접착용액이 고형분 함량으로 연사된 코드 무게에 대하여 0.5 내지 5.0%, 바람직하기로 1.0 내지 3.0%가 되도록 침지 시킨다.

본 발명의 연사된 코드는 싱글 플라이로 연사된 것으로, 종래 2플라이 이상으로 코드를 제조할 경우 플라이와 플라이 사이에 형성된 틈으로 접착용액이 침투했던 것과 달리 상기 연사된 코드 표면에 접착용액이 코팅됨으로써, 종래와 비교하여 매우 적은 접착제가 코팅되더라도 동등 이상의 접착 효과를 얻을 수 있어 전체 고무보강용 코드의 중량을 낮출 수 있다.

이때 접착용액은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 사용되는 고무보강용 코드용 함침 용액인 RFL 용액(Resorcinol Formaldehyde Latex), 에폭시와 이소시아네이트를 포함하는 접착용액, 및 에폭시와 이소시아네이트를 포함하는 RFL 접착용액으로 이루어진 그룹 중에서 선택된다. 이러한 접착용액에 연사된 코드의 침지는 공정 조건에 따라 1욕, 또는 2욕 처리가 가능하며, 접착용액의 함량이 상기 범위에 도달하지 않는 경우에는 동일한 공정을 다시 한번 수행하여 2욕 처방을 적용한다. 또한 이때 상기 RFL 처리액의 조성을 1차인 경우와 달리하여 수행할 수 있다.

단계 c)에서는 상기 단계 b)에서 접착용액을 통과한 연사된 코드를 건조시킨 후 열처리 공정을 수행하여, 본 발명에 따른 고무보강용 코드를 제조한다.

상기 건조는 100 내지 150 ℃의 건조영역(drying zone)에서 수행하고, 이어 120 내지 255 ℃의 온도에서 30 내지 200초간 열처리 공정을 수행한다. 이때, 열처리 온도가 120 ℃ 미만인 경우에는 열이력 부족으로 인해 타이어 코드의 치수 안정성이 저하되며, 255 ℃를 초과하는 경우에는 고무보강용 코드가 열분해 되거나 딱딱해져 물성이 저하될 수 있다.

이러한 열처리를 통해 이전 단계에서 부착된 함침 용액의 접착 성분이 고무보강용 코드 표면에 코팅되어 후속 공정에서 타이어 제조시 사용되는 고무 조성물과의 만족할만한 접착력이 발현된다.

전술한 바의 공정으로 제조된 본 발명의 고무보강용 코드는 12.0 kgf 이상의 접착력을 가지며, 바람직하게는 12.0∼15.0 kgf의 접착력을 가지고, ASTM D885에 의해 측정된 인장강도가 6.0 g/d 이상, ASTM D885로 측정된 신율이 10% 이상을 나타낸다.

상기 고무보강용 코드는 연사공정에서 하연만 실시하는 싱글 플라이 연사기 법으로 공정의 간소화로 물성 저하 방지 및 조업성이 향상되고, 생산성이 향상 및 코드의 불필요한 접착제의 감소로 비용 절감과 더불어 타이어 및 고무 보강재로 적용시 경량화를 이룰 수 있다. 이러한 고무보강용 코드는 타이어(Tire), 컨베이어 벨트(Conveyor Belt), V-벨트 및 호스(Hose)등의 고무 복합체와 우수한 접착력을 가지고, 특별히 고성능 타이어의 타이어 코드로 적용이 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 필라멘트를 총섬도가 2000 데니어, 꼬임수(연수)가 470 TPM의 코드가 되도록 싱글 플라이로 연사한 후, 연사된 코드를 30 m/min의 속도로 RFL 접착조에 통과시킨 후, 150 ℃에서 2분간 건조 후 240 ℃에서 2분간 열처리하여 고무보강용 코드를 제조하였다.

실시예 2

총섬도가 2600 데니어, 및 꼬임수가 360 TPM의 코드가 되도록 연사한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 고무보강용 코드를 제조하였다.

비교예 1

폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 필라멘트가 섬도 1000 데니어 원사 두개를 꼬임수(연수)가 470 TPM로 각각 하연공정을 통해 코 드를 제조하고, 상기 제조된 코드를 2플라이로 상연하여 총섬도가 2000 데니어, 꼬임수(연수)가 470 TPM인 코드를 제조하였다. 얻어진 코드를 30 m/min의 속도로 RFL 접착조에 통과시킨 후, 150 ℃에서 2분간 건조 후 240 ℃에서 2분간 열처리하여 고무보강용 코드를 제조하였다.

비교예 2

섬도가 1300 데니어, 및 꼬임수가 360 TPM의 코드가 되도록 연사한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일하게 수행하여 고무보강용 코드를 제조하였다.

실험예 1

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 고무보강용 코드의 물성을 제조하기 위해 각각 시편을 제조하였고, 인장강도, 신율 및 접착력을 측정하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 각각의 물성 측정을 위한 방법은 다음과 같다.

A: 인장강도 (g/d, Tensile strength)

ASMT D 885에 의거하여 인스트롱(Instron)사의 인장시험기를 이용하여 인장속도 300 mm/min, 시료길이 250 mm, 분위기 온도 25℃, 65% RH의 조건에서 측정하였다. 이때 코드 시료는 표준 실험실 상태인 온도 25℃, 65% RH의 조건에서 평형에 도달한 상태로 실험되었다.

B: 신율 (Elongation, %)

ASTM D 885에 의거하여 절단 지점에서의 신도를 측정하였다.

C: 접착력

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리에틸렌 테레프탈레이트 재질의 고무 보강용 코드의 접착력을 측정하기 위하여, 하기 표 1에 나타낸 바의 조성을 가진 고무 조성물을 ASTM D2138의 조항에 의거하여 처리하였다.

원료명	첨가량(부)
천연고무(Natural rubber)	100
산화아연(Zinc Oxide)	3
카본 블랙(Carbon Black)	29.8
스테아릭산(stearic acid)	2.0
핀 타아르(pine tar)	7.0
머캅토벤조티아졸(Mercapto Benzothiazole)	1.25
황(S)	3.0
디페닐구아니딘(Diphenyl Guanidine)	0.15
페닐베타나프탈아민 (Phenyl β-napthalamine)	1.0

상기 실시예 및 비교예의 코드를 표1의 고무조성물을 사용하여 ASTM D 21388-72에 따라 처리한 후 60 ㎏/㎠의 압력으로 150 ℃에서 30분간 가황한 후에, 인스트론(Instron)으로 25 ℃에서 300 mm/min 의 속도로 인발하여 접착력(kgf)을 평가하였다. 얻어진 결과는 하기 표 2 에 나타낸 바와 같다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
코드 데니어	2000D /single ply	2600D /single ply	1000D /2-ply	1300D /2-ply
꼬임수	470 TPM	360 TPM	470 TPM	360 TPM
인장강도(g/d)	14.8	19.8	14.1	19.2
코드 신율(%)	16.0	13.2	18.4	14.7
접착제 함량(%, 무게)	2.4	2.5	3.0	3.4
접착력(kgf)	12.0	13.2	12.4	13.5

상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따라 싱글 플라이로 1회 연사공정을 수행한 고무보강용 코드의 강력이 종래 2단계의 연사공정에 의해 얻어진 고무보강용 코드와 비교하여 동등 이상의 높은 수치를 나타내었다.

더욱이 실시예 1 및 2의 접착제의 함량이 2.4% 및 2.5%로, 비교예 1 및 2의 3.0% 및 3.4%와 비교하여 크게 줄어듦에도 불구하고 접착력이 거의 동등함을 나타내었다.

이러한 결과는 본 발명에 의해 싱글 플라이로 1회 연사공정을 수행하여 제조된 고무보강용 코드가 종래 2플라이, 2단계 연사공정을 수행하여 제조된 코드와 비교하여 동등 이상의 물성을 나타내 충분히 대체 가능함을 의미한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 고무보강용 코드 제조시 필라멘트를 싱글 플라이로 연사공정을 수행함으로써 공정을 단순화시키고 접착제의 사용을 저감시켜 생산성 및 제조비용을 낮출 수 있으며, 물성 또한 종래 2플라이, 2단계 연사공정을 수행하여 제조된 코드와 비교하여 동등 이상을 나타내 타이어, 컨베이어, 벨트, V벨트, 호스 등의 고무 보강용 섬유 코드 및 특별히 경량화가 가능한 경주용 타이어에 바람직하게 적용된다.

Claims

코드용 필라멘트를 연사하여 코드화하는 단계, 및 상기 연사된 코드를 접착용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리하는 단계를 포함하고,

상기 연사공정은 코드용 필라멘트를 싱글 플라이로 연사하는 것인 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 코드용 필라멘트는 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 라이오셀, 레이온, 폴리비닐알콜, 폴리케톤, 아라미드 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 필라멘트인 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 연사공정은 코드의 총섬도가 1000 내지 5000 데이어(denier)가 되도록 연사하는 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 연사공정은 코드의 꼬임수(연수)가 300 내지 600 TPM이 되도록 수행하는 것인 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 침지는 접착용액이 고형분 함량으로 연사된 코드 무게에 대하여 0.5 내지 5.0%이 되도록 수행하는 것인 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 침지는 접착용액이 고형분 함량으로 연사된 코드 무게에 대하여 1.0 내지 3.0%이 되도록 수행하는 것인 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 접착용액은 RFL 용액(Resorcinol Formaldehyde Latex), 에폭시와 이소시아네이트를 포함하는 접착용액, 및 에폭시와 이소시아네이트를 포함하는 RFL 접착용액으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상인 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 건조는 100∼150 ℃에서 수행하고, 열처리는 120∼255 ℃에서 수행하는 것인 고무보강용 코드의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 고무보강용 코드.
제9항에 있어서,

상기 고무보강용 코드는 하기 물성을 갖는 것인 고무보강용 코드:

a) ASTM D2138에 의거하여 측정된 접착력 12.0 kgf 이상;

b) ASTM D885에 의거하여 측정된 인장강도 6.0 g/d 이상; 및

c) ASTM D885에 의거하여 측정된 신율 10% 이상.
제9항의 고무보강용 코드를 포함하는 타이어(Tire), 컨베이어 벨트(Conveyor Belt), V-벨트 또는 호스(Hose).