KR20080061701A - 폴리에틸렌나프탈레이트 딥 코드의 카카스 층을 가진고성능 래디얼 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌나프탈레이트 딥 코드로 제조된 카카스 플라이를 가진 래디얼 타이어에 관한 것이다. 한 쌍의 평행한 비드코어; 비드코어 주위에 감기는 적어도 하나의 래디얼 카카스 플라이; 카카스 플라이 외주에 적층된 벨트층; 및 벨트층의 외주에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하는 래디얼 공기 타이어는 상기 카카스 플라이는 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 고신도사로 제조된 딥 코드를 포함하고 그리고 딥 코드는 (1) 15 내지 23kg의 강력; (2) 2.2 내지 2.4%의 중간 신도; (3) 고무와의 접착력 12kg 이상; (4) 85% 이상의 내피로도; 및 (5) 수축률 0.8 내지 1.4 %의 물성을 가진다.

카카스, 폴리에틸렌나프탈레이트, 고 강도사, 고 신도사, 내피로성, 접착력

Description

폴리에틸렌나프탈레이트 딥 코드의 카카스 층을 가진 고성능 래디얼 공기입 타이어{High performance radial with Polyethylenenaphthalate cord for carcass ply}

도 1은 본 발명에 따른 폴리에틸렌나프탈레이트 방사공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 폴리에틸렌나프탈레이트 코드를 카카스 코드에 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

※ 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

31 : 타이어 32 : 카카스층

33 : 카카스층 보강용 코드 34 : 플라이 턴업

35 : 비드영역 36 : 비드코어

37 : 비드필러 38 : 벨트 구조체

39 : 캡플라이 40 : 벨트플라이

41, 42 : 벨트코드 43 : 트래드

44 : 에지플라이 45 : 캡플라이 코드

본 발명은 폴리에틸렌나프탈레이트 멀티 필라멘트로부터 얻어진 딥 코드로 제조된 카카스 층을 가진 고성능 래디얼 공기입 타이어에 관한 것이다.

최근 도로 환경의 개선과 차량의 성능 향상에 따라 타이어의 성능은 계속적으로 개선되어 왔고, 그리고 이와 같은 차량 성능의 개선으로 인하여 차량의 무게 증가 및 한계속도의 상승에 따라 안전성이 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.

종래의 래디얼 공기입 타이어는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 레이온 등의 섬유 코드로 고무를 보강한 카카스 플라이와, 스틸코드로 고무를 보강한 벨트구조를 포함한다. 또한 타이어가 림에서 벗어나는 것을 막고 안정성을 유지하기 위한 비드와이어가 타이어와 림의 접촉부분에 보강되어 있으며, 이 비드와이어는 카카스 플라이를 고정시키는 역할도 하게 된다.

최초의 공기입 타이어의 경우 면을 이용한 캔버스지가 카카스 재료로 사용되었고, 인조 섬유의 개발에 따라 레이온이나 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 섬유코드가 카카스 플라이의 재료로 사용되어 왔으며, 최근 들어 일부 스틸코드 등이 사용되고 있다.

일반적으로 공기입 래디얼 공기입 타이어, 구체적으로 편평비가 0.65 ∼ 0.82인 공기입 래디얼 공기입 타이어의 카카스 플라이 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트가 많이 쓰이고 있으며, 이외에 편평비가 낮은, 구체적으로 0.65 미만의 편평비를 가지는 고속용 공기입 래디얼 공기입 타이어의 카카스 플라이 보강재로 레이온이 비교적 많이 사용되고 있다. 이러한 고속용 저편평비의 래디얼 공기입 타이어의 경우 폴리에틸렌테레프탈레이트를 일부 사용하고 있으나, 레이온과 비교하여 강력은 우수하나 고무와의 접착력이 낮고 또한 고온 물성과 형태안정성이 부족하여 적용에 제약을 받고 있다.

최근 이러한 문제점을 보완하기 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비하여 고온 물성과 형태안정성이 우수한 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유가 일부 사용되고 있으나, 레이온과 비교하여 강력은 우수하나 고무와의 접착력이 낮아 적용이 제한된다.

일반적으로 레이온의 경우, 고무와의 접착력은 폴리에스테르계 섬유보다 우수하나 물성 면에서 보면, 강력이 낮아 타이어 코드로서는 부적합한 면이 있을 뿐 아니라 타이어에 적용 시 타이어 무게가 증가하는 단점이 있었다.

상기와 같은 문제점 때문에, 기존의 레이온을 카카스로 이용한 타이어의 경우 형태안정성과 고온 물성이 우수함에도 불구하고 사용은 제약되어 왔다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폴리에틸렌나프탈레이트 멀티필라멘트로 제조된 딥코드가 적용된 카카스 층을 가진 래디얼 공기입 타이 어를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 래디얼 공기입 타이어는 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유의 단점인 고무와의 접착력 및 내피로성이 개선된 뛰어난 물성을 가지고 그리고 향상된 강력 및 고온 물성을 나타낸다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 한 쌍의 평행한 비드코어; 비드코어 주위에 감기는 적어도 하나의 래디얼 카카스 플라이; 카카스 플라이 외주에 적층된 벨트층; 및 벨트층의 외주에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하는 래디얼 공기 타이어는 상기 카카스 플라이는 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 고신도사로 제조된 딥 코드를 포함하고 그리고 딥 코드는 (1) 15 내지 23kg의 강력; (2) 2.2 내지 2.4%의 중간 신도; (3) 고무와의 접착력 12kg 이상; (4) 85% 이상의 내피로도; 및 (5) 수축률 0.8 내지 1.4 %의 물성을 가진다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사는 강도 9.2 내지 9.7 g/d; 중간신도 2.4 내지 3.0%; 및 신도 8 내지 10%의 물성을 가진다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사는 강도 8.8 내지 9.2 g/d; 중간신도 3.0 내지 3.5 %; 및 신도 10 내지 15%의 물성을 가진다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리에틸렌나프탈레이트 고 강력사 및 폴리에틸렌 나프탈레이트고신도사의 섬도는 각각 500 내지 2000이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 딥코드의 섬도는 1000 내지 6000 데니어가 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 카카스 플라이는 2층으로 된다.

아래에서 본 발명은 제시된 첨부된 도면을 참조하여 실시 예로서 상세하게 설명이 된다. 본 발명에 따른 래디얼 공기입 타이어를 위한 카카스 코드는 아래와 같은 공정을 통하여 제조된다.

하이브리드 카카스층용 코드를 제조하기 위한 전단계로 폴리에틸렌나프탈레이트 멀티필라멘트가 제조된다.

폴리에틸렌나프탈레이트 섬유, 특히 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유는 아래와 같은 공정을 통하여 제조된다.

섬유의 제조를 위한 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 중합물은 최소한 85몰%의 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 함유하며, 바람직하게는 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위만을 포함한다.

선택적으로, 상기 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트는 에틸렌글리콜 및 2,6-나프탈렌 디카르복시산 혹은 이들의 유도체 이외의 하나 또는 그 이상의 에스테르-형성 화합물로부터 유도된 소량의 유니트를 공중합체 유니트로 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 나프탈레이트 유니트 및 공중합이 가능한 다른 에스테르 형성 화합물은 1,3- 프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올등과 같은 글리콜과, 테레프탈산, 이소프탈산, 헥사하이드로테레프탈산, 스틸벤 디카르복시산, 비벤조산, 아디프산, 세바스산, 및 아젤라산과 같은 디카르복시산을 포함한다.

폴리에틸렌나프탈레이트 칩은 나프탈렌-2,6-디메틸카르복실레이트(NDC)과 에틸렌글리콜 원료를 2.0 내지 2.3의 비율로 190℃에서 용융혼합하고, 이 용융혼합물을 에스테르 교환반응(220 내지 230℃에서 약 2 내지 3시간 동안) 및 축중합반응(280 내지 290℃에서 약 2 내지 3시간 동안)시켜 고유점도 0.42이상 수준의 로우 칩(raw chip)을 만든 후, 240 내지 260℃의 온도 및 진공 하에서 0.80 내지 1.20의 고유점도 및 30 ppm 이하의 수분률을 갖도록 고상중합하는 방법으로 제조될 수 있다.

선택적으로 에스테르 교환반응 과정에서 에스테르 교환반응 촉매로 망간 화합물의 일정 량, 바람직하게는 망간 아세테이트를 최종 중합체 중의 망간 금속으로 잔존 양이 30 내지 70 ppm이 되도록 하는 양이 첨가될 수 있다. 만약 첨가양이 30 ppm보다 적으면 에스테르 교환반응속도가 너무 느려지고, 70 ppm보다 많으면 필요 이상의 망간 금속이 이물질로 작용하여 고상중합 및 방사 시 문제가 될 수 있다.

선택적으로 축중합 반응 시, 중합촉매로서는 안티몬 화합물의 일정 양, 바람직하게는 삼산화 안티몬을 최종 중합체 중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 180 내지 300 ppm이 되도록 하는 양이 첨가될 수 있다. 만약 이러한 양이 180 ppm보다 적으면 중합반응속도가 느려져 중합효율이 저하되고, 300 ppm보다 많으면 필요 이상의 안티몬 금속이 이물질로 작용하여 방사연신 작업성을 저하시킬 수 있다. 또한, 이와 함께 인계 내열안정제의 일정 양, 바람직하게는 트리메틸포스페이트를 최종 중합체 중의 인 원소로 잔존량이 35 내지 45 ppm이 되도록 하는 양이 첨가될 수 있으며, 망간/인 함량비는 2.0 이하가 되도록 한다. 만약 망간/인 함량비가 2.0보다 높으면 고상중합시 산화가 촉진되어 방사시 정상적인 물성을 수득할 수 없게 되므로 2.0 이하로 조절하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트 칩이 섬유로 제조되며 도 1은 섬유에 제조 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 폴리에틸렌 나프탈레이트 칩은 팩(1) 및 노즐(2)을 통해 바람직하게는 290 내지 328℃의 방사온도에서, 바람직하게는 20 내지 200의 방사 드래프트비(최초 권취 롤러 위에서의 선속도/노즐에서의 선속도)로 저온 용융방사가 된다. 이러한 과정은 열분해 및 가수분해에 의한 중합체의 점도의 저하를 방지하기 위한 것이다. 이러한 과정에서 방사 드래프트비가 20보다 작으면 필라멘트 단면 균일성이 나빠져 연신작업성이 현저히 떨어지고, 200을 초과하면 방사 중 필라멘트 파손이 발생하여 정상적인 원사를 생산하기 어렵게 된다.

제조된 용융 방출사(4)는 냉각구역(3)을 통과하면서 급냉 고화되고, 그리고 필요에 따라 노즐(2) 직하에서 냉각구역(3) 시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이(L) 구간에 짧은 가열장치가 설치될 수 있다.

가열 장치가 설치되는 구역은 지연 냉각구역 또는 가열구역이 되며 50 내지 250mm의 길이 및 250 내지 400℃의 온도(공기접촉 표면온도)를 유지한다.

냉각구역(3)에서는 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 있지만 반드시 본 발명은 이러한 방법에 의하여 제한되지 않는다. 이후 냉각구역(3)을 통과하여 고화된 방출사(4)는 유제 부여장치(5)에 의해 0.5 내지 1.0%로 오일링이 되어 미연사로 제조된다.

제조된 미연신사는 스핀드로(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러(6), (7), (8), (9) 및 (10)를 통과하게 된다. 그리고 연신 롤러(6,7,8,9, 및 10)에서 총연신비 4.0배 이상, 바람직하기로는 4.5 내지 6.5로 연신되어 최종 연신사(11)로 제조된다.

방사 시 노즐과 냉각부 상단과의 거리를 가능한 좁히는 것이 최종 연신사에서 높은 강력을 갖도록 하는데 유리하다. 만약 방사 시 노즐 밑에서 가열 장치 하단까지의 거리가 50mm 이하가 되거나(실제적으로는 노즐 직하에 길이가 약 50mm인 방사블럭이 존재함으로 길이가 50mm인 가열장치를 사용하면 노즐 밑에서 가열장치 하단까지의 거리는 100mm가 됨) 또는 가열장치 하단과 냉각장치 상단과의 거리가 50 ∼ 150mm를 벗어나면 미연신사의 불균일이 상당수준 발생되어 정상적인 물성을 내는 연신이 불가능하게 된다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 연신 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유는 (1) 0.60 내지 0.90의 고유점도, (2) 8.5 g/d 이상의 강도, (3) 6.0% 이상의 신도, (4) 0.35 이상의 복굴절률, (5) 1.355 내지 1.375의 밀도, (6)　270 내지 285℃의 융점 및 （7）1 내지 4%의 수축률, （8）500 내지 2000 데니어의 섬도를 갖는다.

또한 본 발명에서 따르면 방사시 고강도사와 고신도사가 제조되어 사용된다. 고 강도사는 강도 9.2 내지 9.7 g/d; 중간신도 2.4 내지 3.0%; 및 신도 8 내지 10%를 나타내고, 고신도사는 강도 8.8 내지 9.2 g/d; 중간신도 3.0 내지 3.5; 및 신도 10 내지 15%를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 래디얼 공기입 타이어의 제조를 위하여 상기 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 멀티 필라멘트사를 이용하여 딥 코드가 제조되어야 한다. 그리고 딥 코드 제조의 전단계로서 코드에 연을 부여하는 단계(연사공정)를 필요로 한다.

본 발명에서는 상기 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사를 이용하여 딥 코드를 제조하는데 있어서, 딥 코드 제조의 전단계로서 코드에 꼬임을 부여하여 생코드를 제조하는 단계(연사공정)를 거치게 된다.

본 발명에 따른 생코드의 제조 방법은 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 30 내지 90 TPM 연수의 S 방향 꼬임을 부여하여 선연사를 제조하는 단계, 상기 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 선연사 및 꼬임이 부여되지 않은 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고강력사에 각각 300 내지 500 TPM 연수의 Z방향 꼬임을 부여하여 하연사를 제조하는 단계, 상기 하연사를 2본으로 합사하여 300 내지 500 TPM 연수의 S 방향 상연을 가하여 생코드로 제조하는 단계, 상기 생코드를 디핑액에 침지시켜 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조하거나, 또는, 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 및 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사에 폴리에 틸렌나프탈레이트 고강도사 대비 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사의 연수를 30 내지 90 TPM 낮게 Z방향의 꼬임을 부여하도록 하연사를 제조하는 단계, 및 상기 하연사를 2본으로 합사하여 300 내지 500 TPM 연수의 S 방향 상연을 가하여 생코드로 제조하는 단계를 포함한다. 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생코드는 디핑액에 침지 처리되는 단계를 통하여 딥 코드로 된다.

본 발명에 따라 생코드는 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 30 내지 90 TPM 연수의 S 방향 꼬임을 부여하여 선연사를 제조하거나, 또는 하연 공정시 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 및 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사에 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 대비 30 내지 90 TPM 낮게 조절하여 하연사를 제조한 후 상연공정을 하는 연사방법을 통하여 제조된다. 이와 같은 공정은 신도가 높은 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 최종 꼬임수(하연을 가한 후에 상연을 가한 꼬임 수)를 낮게 조절하여 생코드 초기 신장시 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 인장응력이 우선적으로 작용하도록 설계함으로써 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사의 파단시점을 동일하게 할 수 있어, 이로 인해 생코드의 강력이용률을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다. 이때 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 30 TPM 미만의 선연을 부여하는 것은 선연의 효과가 미미하여 생코드 신장시 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사에 지나치게 인장응력이 작용할 수 있고, 반면 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 90 TPM 초과의 선연을 부여하는 것은 생코드 신장시 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 인장응력이 지나치게 집중된다는 문제점을 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 하연 또는 상연시 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 및 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사에 부여되는 꼬임의 수준(연수)에 따라 코드의 강신도, 중신, 내피로도 등의 물성이 변화된다. 일반적으로 꼬임이 높은 경우, 강력은 감소하며, 중신 및 절신은 증가하는 경향을 띠게 된다. 또한 내피로도는 꼬임의 증가에 따라 향상되는 추세를 보이게 된다. 본 발명에서 제조한 하이브리드 타이어코드의 연수는 상/하연 동시에 300/300 TPM 내지 500/500 TPM으로 제조하였는데, 상연과 하연을 같은 수치로 부여하는 것은, 제조된 타이어 코드가 회전이나 꼬임 등을 나타내지 않고 일직선상을 유지하기 쉽도록 하여 물성 발현을 최대로 하기 위한 것이다. 이때 300/300 TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 500/500 TPM 초과일 경우에는 강력 저하가 커서 타이어코드용으로 적절하지 않다.

제조된 '생코드 (Raw Cord)'는 제직기(weaving machine)를 사용하여 직물로 제직되고 그리고 수득된 직물을 딥핑액에 침지한다. 이후 직물을 경화하여 생코드 표면에 수지층이 부착된 타이어코드용 '딥 코드(Dip Cord)'를 제조한다.

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.

접착액의 제조 방법

29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부;

증류수 255.5 중량부;

37% 포르말린20 중량부; 및

10wt%수산화나트륨 3.8 중량부

를 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.

딥 코드를 건조시킨 후 접착액이 적용된다. 접착액의 부착량을 조절하기 위하여 0 내지 3%의 신장(stretch)을 필요로 하고, 바람직하게는 1 내지 2%의 신장이 이루어질 수 있다. 만약 신장 비율이 너무 높으면, 접착액의 부착량은 조절될 수 있지만 절신이 감소되어 결과적으로 내피로성이 감소된다. 다른 한편 신장 비율을 너무 낮추면, 예를 들어 0% 미만으로 낮추는 경우에는 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 코드 내부로 딥핑액이 침투되어 DPU를 조절하는 것이 불가능진다는 문제점이 발생한다.

접착제 부착량은 고형분 기준으로 섬유 무게에 대하여 4 내지 6%가 바람직하다. 접착액을 통과한 후 딥코드는 120 내지 150℃에서 건조된다. 건조 시간은 180초 내지 220초가 될 수 있고, 그리고 건조 과정에서 딥코드는 1 내지 2% 정도로 신장(strech)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 240℃의 온도 범위에서 열처리된다. 열처리시 신장 비율은 -2 내지 0% 사이를 유지하며, 열처리 시간은 50초 내지 90초가 적정하다. 50초 미만시간 동안 열처리가 되는 경우 접착액의 반응시간이 부족하여 접착력이 낮아지는 결과를 가져오게 되며, 90초 이상 동안 열처리가 되는 경우 접착액의 경도가 높아져서 코드의 내피로성이 감소될 수 있다.

디핑은 2욕 디핑기를 이용하여 이루어질 수 있지만 1욕 디핑기를 이용하여 동일한 조건에서 열처리가 행해질 수 있다.

전술한 방법에 따라 제조된 폴리에틸렌나프탈레이트 딥코드는 섬도가 1000 내지 6000이 되고, 그리고 접착력이 6kg 이상, 바람직하게는 10 내지 30 kg; 그리고 절단하중이 10.0 내지 35.0kg의 범위로서 승용차용 타이어코드로서 유리하게 사용될 수 있다.

위에서 설명한 방법에 따라 제조된 폴리에틸렌나프탈레이트 딥코드는 캡플라 이 층의 제조를 위하여 사용될 수 있다. 그리고 본 발명에 따라 제조된 고성능 래디얼 공기입 타이어는 이러한 캡플라이 층을 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 폴리에틸렌나프탈레이트 딥코드를 캡플라이로 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조의 부분 단면도를 도시한 것이다.

도 2을 참조하면, 타이어(31)의 비드영역(35)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(36)가 된다. 비드코어(36)는 연속적으로 감겨진 단일 필라멘트 강선으로 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시 형태는 0.95mm 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4x4 구조 또는 4x5 구조가 된다. 본 발명에 따른 타이어 코드의 실시 예에 있어, 비드영역(35)은 비드필러(37)를 가질 수 있고, 상기 비드필러(37)는 일정 수준 이상의 경도를 가져야 하며, 바람직하게는 쇼어 에이 경도(Shore A hardness) 40 이상의 경도를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 타이어(31)는 벨트 구조체(38) 및 캡플라이(39)에 의하여 크라운부가 보강될 수 있다. 벨트 구조체(38)는 두 개의 벨트코드(41), (42)로 이루어진 절단 벨트 플라이(40)를 포함하고 벨트 플라이(40)의 벨트코드(41)는 타이어의 원주 방향 중앙 면에 대하여 약 20ㅀ의 각도로 배향될 수 있다. 벨트 플라이(40)의 하나의 벨트코드(41)는 원주 방향 중앙 면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트 플라이(40)의 벨트코드(42)의 방향과는 반대로 배치될 수 있다. 그러나 벨트 구조체(38)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16 내지 24°의 범위로 배치될 수 있다. 벨트 구조체(38)는 타이어(31)의 작동 중에 노면으로부터 의 트레드(33)의 상승을 최소화하도록 측 방향 강성을 제공하는 역할을 한다. 벨트 구조체(38)의 벨트코드(41), (42)는 스틸코드로 제조될 수 있고, 2+2구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작될 수 있다. 벨트 구조체(38)의 상부에는 캡플라이(39)와 에지플라이(44)가 보강되어 있는데 캡플라이(39)의 캡플라이 코드(45)는 타이어의 원주 방향에 평행하게 보강되어 타이어의 고속 회전에 따른 원주 방향의 크기 변화를 억제하는 작용을 하며, 고온에서의 열수축 응력이 큰 캡플라이(39)의 캡플라이 코드(45)가 사용된다. 상기 캡플라이(39)의 캡플라이 코드(45)는 본 발명의 방법에 따라 제조된 고강도사 및 고신도사로 제조된 딥코드를 이용하여 제조될 수 있다. 1층의 캡플라이(39)와 1층의 에지플라이(44)가 사용될 수 있고, 바람직하게는 1 또는 2층의 캡플라이 및 1 또는 2층의 에지플라이가 보강될 수 있다.

도 2에서 설명되지 않은 도면 부호 32 및 34는 카카스층(32) 및 플라이 턴업(34)을 나타낸다. 그리고 도면부호 33은 카카스층 보강용 코드(33)를 나타낸다.

아래에서 본 발명의 범위를 한정하지 않은 실시 예 및 비교 예가 기술된다. 아래의 실시 예 및 비교 예에서 딥 코드의 특성은 아래와 같은 방법으로 물성이 평가되었다.

물성 측정 방법

(a) 폴리에틸렌나프탈레이트 타이어 코드 강력(kgf) 및 중간신도(%)

107℃로 2시간 건조 후에 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하였 는데, 80TPM(80회 twist/m)의 꼬임을 부가한 후 시료장 250mm, 및 인장속도 300m/min으로 측정한다. 이때 중간신도(Elongation at specific load)는 딥코드의 섬도에 따라 각각 다른 하중을 다음과 같이 부여하여 측정한다.

가. 1000(PEN)데니어 고강도사 및 고신도사/2합 하이브리드 딥코드, 하중 4.5kg

나. 1500(PEN)데니어 고강도사 및 고신도사/2합 하이브리드 딥코드, 하중 6.8kg

다. 1000(PEN)데니어/2합 딥코드, 하중 4.5kg

라. 1500(PEN)데니어/2합 딥코드, 하중 6.8kg

마. 1500(폴리에틸렌테레프탈레이트)데니어/2합 딥코드, 하중 6.8kg

(b) 건열수축률(%, Shrinkage)

25℃, 65 %RH에서 24시간 방치한 후, 20g의 정차 중에서 측정한 길이(L₀)와 150℃로 30분간 20g의 정하중에서 처리한 후의 길이(L₁)의 비를 이용하여 아래와 같은 식으로 건열수축률을 나타낸다.

S(%) = [(L₀ - L₁) / L₀]× 100

(c) 폴리에틸렌타프탈레이트 딥코드 ES치

일정 하중 하에서의 신도를 본 발명에서는 중간신도(E)라 부르며, 'S'는 상 기 (b)항의 건열수축률을 의미하는 것으로, 중간신도(E)와 건열수축률(S)의 합을 ' ES '라 하고 아래와 같은 식으로 나타낸다.

ES = 중간신도(%) + 건열수축률(%)

(d) 내피로도

타이어 코드의 피로 시험에 통상적으로 사용되는 벨트 피로 시험기(Belt Fatigue Tester)를 이용하여 피로시험 후 잔여강력을 측정하여 내피로도를 비교하였다. 피로 시험 조건은 40℃, load 70 kg, 압축 34.58%의 조건이었으며, 피로 시험 후 테트라클로로에틸렌 액에 24시간 침지하여 고무를 팽윤시킨 후 고무와 코드를 분리하여 잔여강력을 측정하였다. 잔여 강력의 측정은 107℃ 2시간 건조 후 통상의 인장 강도 시험기를 이용하여 앞의 (a)방법에 따라 측정하였다.

(f) 접착력

폴리에틸렌타프탈레이트 딥코드의 고무에 대한 초기 접착력을 측정하기 위하여 에이치-테스트(H-test)를 실시하였다. H-test는 딥코드의 양단을 각각 9.5mm 고무 덩어리에 매설되도록 하고, 양단의 고무 덩어리간 간격을 9mm로 유지하여 양 쪽 고무를 잡아당김으로써 고무-코드간의 분리가 발생하는 최대하중을 측정하여 접착력을 평가하는 방법이다. 또한, 접착력 평가 전에 160℃, 25kg/cm²의 압력으로 20분간 가황함으로써 고무에 충분한 강도를 부여하여 측정한다. 시험에 사용된 고무 조 성물은 천연고무 100부, 산화아연3부, 카본블랙 28.9부, 스테아린산 2부, 파인타르 7.0부, MBTS 1.25부, 황 3부, 디페닐 구아니딘 0.15부 및 페닐베타 나프틸아민 1.0부를 배합한 것이다.

실시 예

실시예 1

타이어 보강용 섬유를 제조하기 위하여 앞에서 설명한 방법대로 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 필라멘트 섬유를 각각 얻었다. 얻어진 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도 및 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도 섬유를 각각 1000데니어/2합으로 연사함에 있어서, 연사 장력은 본당 200g 수준을 유지하였으며, 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사에 90 TPM 연수의 S 방향 꼬임을 부여하여 선연사를 제조하는 단계, 상기 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사 선연사 및 꼬임이 부여되지 않은 1본의 폴리에틸렌나프탈레이트 고강력사에 각각 390 TPM 연수의 Z방향 꼬임을 부여하여 하연사를 제조하는 단계, 상기 하연사를 2본으로 합사하여 390 TPM 연수의 S 방향 상연을 가하여 연사 하였다.

얻어진 로코드를 100℃에서 130초간 건조시킨 후, 하기의 방법으로 조제된 접착액에 통과시켜 접착액을 부여하였다. 건조 시 2%의 신장(stretch)을 가하여 열수축에 의한 생코드의 불균일이 발생하지 않도록 조절하여 주었다.

29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부;

증류수 255.5 중량부;

37% 포르말린 20 중량부; 및

10wt%수산화나트륨 3.8 중량부를 포함하는

용액을 조제 후, 25℃에서 5시간 교반시키며 반응시키고 그리고 다음의 성분을 추가하였다:

40wt% VP-라텍스 300 중량부

증류수 129 중량부

28% 암모니아수 23.8 중량부

상기 성분 첨가 후 25℃에서 20시간 동안 숙성시켜 고형분 농도 19.05%로 유지되도록 하였다.

접착액을 부여하여 150℃에서 2분간 건조시킨 후, 170℃에서 1분간 열처리를 하여 접착제 처리를 종료하였다. 이와 같이 제조된 하이브리드 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1로 나타내었다.

실시 예 2

폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도 섬유를 1500데니어/2합으로 연사한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 로코드 및 처리 코드를 제조하였다.

비교 예

비교예 1

폴리에틸렌나프탈레이트 멀티 필라멘트를 1000데니어/2합으로 연사한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 생코드 및 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

비교예 2

폴리에틸렌나프탈레이트 멀티 필라멘트를 1500데니어/2합으로 연사한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 생코드 및 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

표 1

상기 표 1의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 딥 코드의 경우(실시예 1-2)는 동일한 물성의 폴리에틸렌나프탈레이트만 사용한 딥코드(비교예 1) 또는 통상의 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥코드에 비하여 접착력이 소폭 향상됨을 알 수 있고 내피로성이 대폭 향상됨을 알 수 있다.

실시 예

실시 예 3

본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 딥코드를 카카스 플라이로 사용하여 제조된 래디얼 공기입 타이어는 반경 방향 외측 플라이 턴업을 갖는 카카스층을 가지며, 상기 카카스층은 1층이 포함하도록 설치하였다. 이때 캡플라이용 코드 및 카카스 코드의 사양은 다음의 표 2에 나타낸 바와 같이 하고, 타이어의 원주 방향 중간 면에 대하여 90도 각도로 배향하였다. 상기 플라이 턴업(34)은 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 내지 80%의 높이를 갖도록 하였다. 비드영역(35)은 0.95 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4×4로 형성된 비드코어(36)와 쇼어 에이 경도(shore A hardness) 40 이상의 경도의 비드필러(37)를 갖도록 하였다. 벨트 구조체(38)는 상부에 1층의 캡플라이(39)와 1층의 에지플라이(44)로 된 벨트 보강층에 의해 보강되며 캡플라이(39) 내의 캡플라이 코드(45)가 타이어의 원주 방향에 대하여 평행하도록 배치하였다.

실시 예 4

타이어 제작을 위한 코드 소재를 실시 예 2에 의해 제조된 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

비교 예

비교 예 3

타이어 제작을 위한 코드 소재를 비교예 1에 의해 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트를 1000데니어/2합으로 연사한 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

비교 예 4

타이어 제작을 위한 코드 소재를 비교예 2에서 제조된 폴리에틸렌 나프탈레이트를 1500데니어/2합으로 연사한 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

비교 예 5

타이어 제작을 위한 코드 소재를 통상의 폴리에틸렌테레프탈레이트 1500데니어/2합으로 연사한 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

표 2

상기 실시예 3-4 및 비교예 3-5에 따라 제조된 215/60 R15 V 타이어를 2000cc 등급의 승용차에 장착하고 60km/h 속도로 주행하면서 차량 내에서 발생하는 소음을 측정하여 가청 주파수 영역의 값을 노이즈(dB)로 나타내었으며, 조종 안정성 및 승차감은 숙련된 운전자가 테스트 코스를 주행하여 100점 만점에 5점의 단위로 평가하여 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다. 내구성은 FMVSS 109의 P-메트릭 타이어 내구성 테스트(P-metric tire endurance test) 방법을 따라 측정온도 섭씨 38℃(ㅁ3℃), 타이어 표기 하중의 85, 90, 100% 조건으로, 주행 속도 80km/h로 하여 총 34시간 주행하여 트레드나 사이드월, 카카스 코드, 이너라이너, 비드 등 어느 부위에도 비드 분리, 코드 절단, 벨트 세퍼레이션 등의 흔적을 찾을 수 없는 경우에 합격(OK)으로 판정하였다.

표 3

구 분	실시예3	실시예4	비교예3	비교예4	비교예5
타이어무게(kg)	9.70	9.90	9.69	9.89	9.78
승차감	100	100	98	98	95
조종안정성	100	100	98	98	95
내구성	OK	OK	OK	OK	OK
유니포머티	100	100	97	97	97
소음(dB)	61.4	61.8	62.2	62.6	63.2

상기 표 3의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 타이어(실시 예 4)는 성능 면에서 본 발명에 의해 제조된 하이브리드 딥코드를 카카스에 사용하는 본 발명의 경우에 승차감, 조종 안정성 및 소음 감소 면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 균일성이 또한 향상됨을 알 수 있다.

본 발명의 폴리에틸렌나프탈레이트 고강력사와 폴리에틸렌 나프탈레이트 고신도사로 제조된 딥코드는 종래의 고무와의 접착력이 낮다는 단점을 극복할 수 있고, 이 사로부터 형성된 처리 코드는 접착력 및 강력이 우수하여 타이어 및 벨트 등의 고무제품의 보강재로서 또는 기타 산업적 용도로서 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 승용차용 공기입 래디얼 공기입 타이어의 카카스 층에 본 발명의 폴리에틸렌나프탈레이트 고강력사와 폴리에틸렌 나프탈레이트 고신도사로 제조된 딥코드를 적용함으로써 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있고 타이어의 내구성, 승차감 및 조종안정성 등에 대해 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시 예로 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

1. 한 쌍의 평행한 비드코어; 비드코어 주위에 감기는 적어도 하나의 래디얼 카카스 플라이; 카카스 플라이 외주에 적층된 벨트층; 및 벨트층의 외주에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하는 래디얼 공기 타이어에 있어서,

   상기 카카스 플라이는 강도가 9.2 내지 9.7 g/d인 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사 및 신도가 10 내지 15%인 폴리에틸렌 나프탈레이트 고신도사로 제조된 딥 코드를 포함하고 그리고 딥 코드는,

   (1) 15 내지 23kg의 강력; (2) 2.2 내지 2.4%의 중간 신도; (3) 고무와의 접착력 12kg 이상; (4) 85% 이상의 내피로도; 및 (5) 수축률 0.8 내지 1.4 %의 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.
2. 청구항 1에 있어서, 폴리에틸렌나프탈레이트 고강도사는 중간 신도 2.4 내지 3.0% 및 신도 8 내지 10%의 물성을 가지는 것을 특징으로 래디얼 공기입 타이어.
3. 청구항 1에 있어서, 폴리에틸렌나프탈레이트 고신도사는 강도 8.8 내지 9.2 g/d 및 중간신도 3.0 내지 3.5 %의 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.
4. 청구항 1에 있어서, 폴리에틸렌나프탈레이트 고강력사 및 폴리에틸렌 나프탈 레이트고신도사의 섬도는 각각 500 내지 2000이 되는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.
5. 청구항 1에 있어서, 딥코드의 섬도는 1000 내지 6000 데니어가 되는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 카카스 플라이는 2층으로 되는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.

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