KR20090114131A - 아라미드 타이어 코오드 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아라미드 타이어 코오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 고강도 및 고모듈러스의 아라미드 필라멘트들을 합연사한 후 통상의 RFL 용액에 3~12중량%의 픽업율로 침지하고, 건조 및 열처리하여 고속주행시 우수한 성능을 발현하는 아라미드 타이어 코오드를 제조한다.
본 발명의 아라미드 타이어 코오드는 100~150℃ 온도범위에서 적절한 열팽창계수를 구비하여 팽창 및 수축 응력에 견고하므로, 고속주행시 우수한 형태안정성을 발현한다.
아라미드, 코오드, 열팽창계수, 형태안정성

Description

아라미드 타이어 코오드 및 그의 제조방법 {Aramid tire cord and method of manufacturing the same}
본 발명은 고무 보강재용 아라미드 타이어 코오드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
타이어는 섬유/강철/고무의 복합체이며, 도 1과 같은 구조를 가지는 것이 일반적이다. 즉, 강철과 섬유 코오드는 고무를 보강하는 역할을 하며, 타이어 내에서 기본 골격 구조를 형성한다. 즉, 사람 인체와 비교하면 뼈와 같은 역할이다.
타이어 보강재로써 코오드에 요구되는 성능은 내피로성, 전단강도, 내구성, 반발탄성 그리고 고무와의 접착력 등이다. 따라서, 타이어에 요구되는 성능에 따라 적절한 소재의 코오드를 사용하게 된다.
현재 일반적으로 사용되는 코오드용 소재는 레이온, 나일론, 폴리에스터, 스틸, 및 아라미드 등이 있으며, 레이온과 폴리에스테르는 보디 플라이(또는 카커스 라고도 함) (도 1의 6)에, 나일론은 주로 캡플라이(도 1의 4)에, 그리고, 스틸과 아라미드는 주로 타이어 벨트부(도 1의 5)에 사용된다.
다음은 도 1에 나타낸 타이어 구조와 그 특성을 간략하게 나타내었다.
트레드(Tread) (1): 노면과 접촉하는 부분으로 제동, 구동에 필요한 마찰력을 주고 내마모성이 양호 하여야 하며 외부 충격에 견딜 수 있어야 하고 발열이 적어야 한다.
보디 플라이(Body Ply) (또는 카커스(Carcass)) (6): 타이어 내부의 코오드 층으로, 하중을 지지하고 충격에 견디며 주행 중 굴신 운동에 대한 내피로성이 강해야 한다.
벨트(Belt) (5): 보디플라이 사이에 위치하고 있으며, 대부분의 경우에 철사(Steel Wire)로 구성되며 외부의 충격을 완화시키는 것은 물론 트레드의 접지면을 넓게 유지하여 주행안정성을 우수하게 한다.
사이드 월(Side Wall) (3): 솔더(2) 아래 부분부터 비드(9) 사이의 고무층을 말하며 내부의 보디 플라이(6)를 보호하는 역할을 한다.
비드(Bead) (9): 철사에 고무를 피복한 사각 또는 육각형태의 Wire Bundle로 타이어를 Rim에 안착하고 고정시키는 역할을 한다.
인너라이너(Inner Liner) (7): 튜브대신 타이어의 안쪽에 위치하고 있는 것으로 공기누출 방지하여 공기입 타이어를 가능케 한다.
캡 플라이(CAP PLY) (4): 일부 승용차용 래디얼 타이어의 벨트 위에 위치한 특수 코오드지로서, 주행 시 벨트의 움직임을 최소화 한다.
에이펙스(APEX) (8): 비드의 분산을 최소화하고 외부의 충격을 완화하여 비 드를 보호하며 성형시 공기의 유입을 방지하기 위하여 사용하는 삼각형태의 고무 충진재 이다.
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 형태안정성과 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 형태 안정성을 보인다. 따라서, 레이온 섬유는 최적의 타이어 코오드용 소재로 알려져 있다. 그러나 수분에 의한 강력저하가 심하기 때문에 타이어 제조시 철저한 수분 관리가 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.
본 발명의 목적은 높은 강도와 모듈러스를 갖는 아라미드 멀티필라멘트를 적용하여 고속주행시 온도범위에 해당되는 100~150℃에서 0.7g/d 하중부여시 적절한 열팽창계수를 갖는 아라미드 타이어 코오드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 제조방법으로 제조되어 고기능성 타이어(Ultra high performance tire)의 고속주행시 형태안정성이 우수한 아라미드 타이어 코오드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 아라미드 타이어 코오드는 아라미드 멀티필라멘트를 포함하고, 하기 계산식 1로 정의되며, 0.7g/d의 하중부여후 열변형분석기(Testrite)를 이용하여 작성한 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 온도범위에서의 열팽창계수가 1×10-6~2×10-5인 것을 특징으로 한다.
[계산식 1]
열팽창계수(/℃) = △L / (△T × L)
[상기식에서, △L은 상기 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 범위에서의 시료길이의 변화량(㎛)이고, K는 셀 상수(Cell constant)이고, △T는 온도변화량(℃)이고, L은 시료의 길이(m) 이다.]
본 발명에 따른 아라미드 타이어 코오드의 제조방법은 하기의 물성을 갖는 아라미드 멀티필라멘트에 상연(Z연) 꼬임을 준 다음 상연된 2가닥에 다시 하연(S연) 꼬임을 주면서 합사하여 아라미드 합연사를 제조한 후, 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 용액에 픽업율이 아라미드 합연사를 기준으로 3~12중량%가 되도록 침지하고, 105~200℃에서 10초 내지 400초간 건조한 다음, 105~300℃에서 10초 내지 400초간 열처리하는 단계를 포함한다.
아라미드 필라멘트의 물성
- 강도 : 10~25g/d
- 절단신도 : 2~6%
- 모듈러스 : 400~750g/d
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
방사되어 제조된 필라멘트다발을 '멀티 필라멘트'라 하고, 상기 멀티 필라멘트를 상연 및 하연(또는 하연 및 상연)하여 제조되는 로코오드(Raw cord)를 '합연사'라 하고, 상기 합연사에 타이어 코오드용 접착제로 처리된 완제품 상태의 딥 코오드를 '타이어 코오드' 또는 '코오드'라 한다.
본 발명에 따른 아라미드 타이어 코오드의 제조방법 일례를 살펴보면, 먼저 하기의 물성을 갖는 아라미드 멀티필라멘트를 타이어 코오드용 알마 연사기 등을 사용하여 도 2에 도시된 것과 같이 꼬임방향이 시계반대방향인 상연(Z연) 꼬임을 준 다음 상연된 2가닥을 도 3에 도시된 것과 같이 꼬임방향이 시계 방향인 하연(S연) 꼬임을 주면서 합사하여 합연사를 제조한다.
도 2 내지 도 3은 각각 상연(Z연)과 하연(S연)의 정의를 나타내는 도면이다.
이때 상기 상연(Z연) 및 하연(S연) 각각의 꼬임수는 각각 20~60회/10㎝인 것이 바람직하다.
꼬임수가 20회/10㎝ 미만인 경우에는 꼬임수가 낮아 강력은 높은 반면 절단신도가이 매우 낮음에 따라 코오드의 피로특성이 나쁘며 표면적이 낮아짐에 따른 접착력도 불량한 문제가 발생될 수 있다.
꼬임수가 60회/10㎝를 초과하는 경우에는 과도한 꼬임으로 인해 타이어 코오드의 강도가 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.
상기의 아라미드 멀티필라멘트는 폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드)로 구성된 전방향족 폴리아미드 필라멘트로서 도 4에 도시된 바와 같이 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하는 중합용매 중에서 중합시켜 아라미드(전방향족 폴리아미드) 중합체를 제조하는 공정; 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사원액을 제조하는 공정; 상기 원액을 방사 구금으로부터 방사하여 방사된 방사물을 비응고성 유체층을 통해 응고액 욕조 내로 통과시켜 멀티필라멘트를 형성하는 공정; 및 상기 멀티필라멘트를 수세, 건조 및 열처리하는 공정들을 거쳐 아라미드 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 공정을 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
도 4는 상기 아라미드 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 공정 개략도이다.
이때 상기 방향족 디아민은 P-페닐렌디아민 등이고, 방향족 디에시드클로라이드는 테레프탈로일 클로라이드 등이다.
또한, 상기의 중합용매는 염화칼슘이 용해되어 있는 N-메틸-2-피롤리돈 등이다.
상기 아라미드(전방향족 폴리아미드) 중합체의 고유점도는 5.0 이상인 것이 필라멘트의 강도 및 탄성률 향상에 좋다.
상기 아라미드 중합체는 미국등록 특허 제 3,869,429 호 등에 게재된 공지의 중합조건들을 사용하여 제조할 수 있으나, 본 발명에서는 상기 아라미드 중합체의 중합조건을 특별하게 한정하는 것은 아니다.
중합체를 제조하는 한가지 예로는 1몰의 파라-페닐렌디아민을 약 1몰의 염화칼슘을 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시킨 용액과 1몰의 테레프탈로일 클로라이드를 중합용 반응기 내에 투입한 후 교반하여 겔상의 중합체를 제조하고, 이를 분쇄, 수세 및 건조하여 미세 분말상의 아라미드 중합체를 제조한다. 이때 상기 테레프탈로일 클로라이드는 2 단계로 나누어 중합용 반응기 내에 투입할 수도 있다.
상기 방사원액 제조시에 사용되는 농황산 농도를 97%∼100%인 것이 바람직하며, 클로로황산이나 플루오로황산 등도 사용될 수 있다.
이때 황산의 농도가 97% 미만인 경우에는 폴리머의 용해성이 저하되고 비등방성 용액의 액정성 발현이 곤란해지며, 따라서 일정한 점도의 방사원액 제조가 어려워져 방사시 공정관리가 힘들고 최종 섬유의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
반대로, 농황산의 농도가 100%를 초과하면, 과리(過離) SO3를 함유하는 발연 황산에서 SO3가 과다해져 취급상 바람직하지 않을 뿐만 아니라 고분자의 부분적 용해가 일어나기 때문에 방사원액으로는 부적당하며, 또한, 비록 방사하여 얻어진 섬유라 할지라도 섬유의 내부구조가 치밀하지 않고 외관상 광택이 없으며 응고용액 내로 확산되는 황산의 속도가 떨어져 섬유의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
한편, 방사 원액내 중합체의 농도는 10∼25중량% 인 것이 섬유물성에 바람직 하다.
그러나, 본 발명에서는 농황산의 농도 및 방사 원액내 중합체의 농도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
상기의 비응고성 유체층은 주로 공기층이나 불활성 기체층도 사용될 수 있다.
비응고성 유체층의 길이, 다시 말해 방사 구금(40)의 저면과 응고액 욕조(50)내에 담겨져 있는 응고액의 표면까지의 거리는 0.1~15cm인 것이 방사성이나 필라멘트의 물성 향상에 바람직하다.
상기의 응고액 욕조(50)내의 응고액은 오버플로우 될 수도 있다. 응고액으로는 물, 염수 또는 농도가 70% 이하인 황산 수용액 등을 사용한다.
다음으로는, 형성된 필라멘트를 수세, 건조 및 열처리하여 전방향족 폴리아미드를 제조한다.
이때 방사 권취 속도는 300~1,500m/분 수준으로 한다.
본 발명에서 사용하는 아라미드 멀티필라멘트의 강도는 10~25g/d로서, 10g/d 미만인 경우에는 강도가 낮아 타이어 코오드로 적용시 자동차 하중을 지지하기 어려워 타이어의 성능발현이 불가능한 문제가 발생되고, 25g/d 를 초과하는 경우에는 타이어 성능 발현에는 충분한 물성을 넘어서 효율적이지 못한 문제가 발생된다.
또한, 상기 아라미드 멀티필라멘트의 절단신도는 2~6%로서, 2% 미만인 경우에는 낮은 절단신도로 인해 타이어 코오드로 적용되기에는 피로특성이 부족한 문제가 발생되고, 6%를 초과하는 경우에는 형태안정성이 부족한 문제가 발생된다.
또한, 상기 아라미드 멀티필라멘트의 모듈러스 400~750g/d로서, 400g/d 미만인 경우에는 낮은 모듈러스로 인해 타이어 제조시 고속주행에 대한 지지능력 발현이 부족한 문제가 발생되고, 750g/d를 초과하는 경우에는 높은 모듈러스로 인해 타이어 성형이 어려운 문제가 발생된다.
상기 아라미드 타이어 코오드의 총섬도가 800~10,000 데니어인 것이 바람직하고, 상기 아라미드 멀티필라멘트는 총섬도가 400~5,000 데니어이고 500~1,200개의 아라미드 모노필라멘트들로 구성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 아라미드 모노필라멘트의 단사섬도는 1~2데니어인 것이 바람직하다.
상기 아라미드 멀티필라멘트의 각종 물성들은 아래와 같은 방법으로 측정한다.
·강도(g/d) 및 절단신도 (%)
ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)에서 길이가 25cm인 샘플사를 이용하여 샘플사가 파단될 때의 강 력(g)을 측정한 다음 이를 샘플사의 데니어로 나누어 강도를 구하였다. 절단신도는 샘플사의 원래길이대비 샘플사가 파단될 때까지 늘어난 길이의 비율로 구하였다. 상기 강도 및 절단신도는 5회 테스트한 후 그 평균값으로 하였다. 이때 인장속도는 300 mm/분으로 하였고, 초하중은 섬도×1/30g으로 하였다.
·모듈러스 (g/d)
상기의 강도 측정 조건으로 샘플사의 응력-변형 곡선을 구한 다음, 상기 응력-변형율 곡선상의 기울기로부터 계산한다.
다음으로는 상기와 같이 합사된 아라미드 합연사를 통상의 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 용액에 아라미드 합연사를 기준으로 픽업율이 3~12중량%가 되도록 침지하며, 1욕 또는 2욕 디핑을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 RFL 접착제 용액 일례로는 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 용액을 사용한다.
본 발명에서 아라미드 코오드와 고무의 접착력을 위한 접착액의 일예로서 상기와 같이 제조하여 사용되어질수 있고, 상기의 예가 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
상기 픽업률이 3중량% 미만인 경우에는 고무와의 접착력이 저하되고, 12중량%를 초과하는 경우에는 RFL 용액(침지액)의 코오드내 침투도가 너무 높아 강도가 낮아지고 피로특성이 낮아지게 되는 등의 여러가지 물성이 저하된다.
다음으로는 RFL 용액이 침지된 원사를 105~200℃에서 10초 내지 400초간 건조한 다음, 계속해서 105~300℃에서 10초 내지 400초간 열처리하여 아라미드 타이어 코오드를 제조한다.
건조시간 및 열처리 시간 각각이 상기 범위보다 낮거나 건조온도 및 열처리 온도 각각이 상기범위 보다 낮은 경우에는 접착력이 낮은 문제가 발생된다.
건조시간 및 열처리 시간 각각이 상기 범위를 초과하거나 건조온도 및 열처리 온도 각각이 상기 범위를 초과하는 경우에는 과도한 열이력으로 인해 접착력이 낮고 물성이 저하되는 문제가 발생된다.
상기 건조 공정에서는 아라미드 멀티필라멘트 내에 존재하는 수분을 건조시키며, 상기 열처리 공정에서는 함침용액을 반응시켜 타이어 코오드에 접착력을 부여하게 된다.
상기 방법으로 제조된 본 발명의 아라미드 타이어 코오드는 아라미드 멀티필라멘트를 포함하고, 하기 계산식 1로 정의되며, 0.7g/d의 하중부여 후 열변형분석기(Testrite)를 이용하여 작성한 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 온도범위에서의 열팽창계수가 1×10-6 ~2×10-5인 것을 특징으로 한다.
[계산식 1]
열팽창계수(/℃) = △L / (△T × L)
[상기식에서, △L은 상기 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 범위에서의 시료길 이의 변화량(㎛)이고, K는 셀 상수(Cell constant)이고, △T는 온도변화량(℃)이고, L은 시료의 길이(m) 이다.]
또한, 본 발명에 따른 아라미드 타이어 코오드는 1.5g/d의 하중 부여 후 열변형분석기(Testrite)를 이용하여 작성한 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 온도범위에서의 열팽창계수가 2×10-5~8×10-5인 것을 특징으로 한다.
상기 열팽창계수가 상기 범위를 초과하는 경우에는 100~150℃에서 길이 팽창이 너무 많이 일어나 고속 주행시 형태안정성이 저하되고, 상기 열팽창계수가 상기 범위 미만인 경우에는 100~150℃에서 길이 수축이 너무 많이 일어나 고속 주행시 형태안정성이 저하된다.
상기 열팽창계수값이 크면 팽창이 많이 되는 것을 의미하고, -(음)의 값을 가지면 타이어 코오드가 수축하는 것을 나타낸다.
또한, 본 발명에 있어서, 아라미드 타이어 코오드의 길이 변화 그래프 및 열팽창계수는 열변형분석기(ThermoMechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 측정된 것을 기준으로 한다.
상기 열변형분석기는 시료의 치수(dimension)에서 나타내는 선형적 또는 부피 변화를 시간, 온도 및 힘(Force)에 대한 함수로 측정하는 기기이다. 즉, 시료가 열을 받게 되면 그 시료는 선형적 또는 부피의 변화를 일으키게 되는데, 이러한 변화를 통해 그 시료의 사용목적에 적합한 값을 갖는지 확인하는 것이 열변형분석기이다. 따라서, 상기 열변형분석기를 통해 시료의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE), 점성(viscosity), 겔 시간(gel time)과 온도, 수지의 연화(softening)와 플로우(flow), 층간박리(delamination) 온도, 유리전이 온도, 모듈러스, 및 creep/stress relaxation 등을 측정할 수 있다.
또한, 온도변화에 따라 일어나는 상 변화(고체, 액체, 기체간의 전이, 결정격자의 전이 등)을 "1차 전이"라고 하고, 그 전이가 일어나는 온도를 "제1차 전이온도"라 한다. 제1차 전이는 열역학적 변호(비체적, 엔탈피, 에너지, 엔트로피 등)의 불연속성에 의해서 특성 지워진다. 화학적으로 순수하고 균일한 저분자 물질은 고체 또는 액체의 각 범위에 있어서 그 비체적, 엔탈피 등의 온도에 대한 변화는 연속적이겠지만 경우에 따라서는 곡선의 기울기가 급격히 변하며 따라서 온도에 따라 제1차 미분계수가 불연속으로 되는 때가 있다. 이와 같은 전이를 "제2차 전이"라 하고 이 온도를 "제2차 전이 온도"라고 한다.
상기 방법으로 제조된 본 발명의 아라미드 타이어 코오드는 딥 강도(Strength)가 10~23g/d이고, 절단신도가 3~10%이고, 접착력이 10kg 이상이다.
또한 본 발명에 따른 아라미드 타이어 코오드는 6.75kg의 하중하에서 측정한 신장길이 변화율인 중간신도가 0.3~1.5% 이고, 건열수축율이 0.3 ~ -1.0% 이하이다.
상기 아라미드 타이어 코오드의 각종 물성은 아래와 같은 방법으로 측정한다.
· 열팽창계수 (㎛/m℃)
시료인 아라미드 타이어 코오드에 해당하중(0.7g/d 또는 1.5g/d)을 부여한 후 열변형분석기(Testrite : TESTRITE LTD 회사의 모델명 Testrite MKV)를 이용하여 상온에서 250℃까지 10℃/분의 승온 속도로 승온하면서 온도구간에 따른 길이변화 그래프를 작성한 다음 100℃~150℃ 사이에서의 열팽창계수를 아래 계산식 1로 구한다.
[계산식 1]
열팽창계수(/℃) = △L / (△T × L)
[상기식에서, △L은 상기 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 범위에서의 시료길이의 변화량(㎛)이고, K는 셀 상수(Cell constant)이고, △T는 온도변화량(℃)이고, L은 시료의 길이(m) 이다.]
· 건열수축율 (%)
ASTM D 4974-04 시험방법에 따라 수축거동 시험기 (TestRite 사 제조)를 이용하여 0.01 g/d의 일정 하중 하에서 측정한 길이(L1)와 180℃에서 2분간 0.01 g/d의 하중에서 처리한 후의 길이(L2)의 비를 이용하여 건열수축율을 측정 하였다.
Figure 112008030900712-PAT00001
·중간신도(%)
ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)에서 측정한 신장 하중 그래프에서 하중 6.75kg 지점에서의 신장길이 변화율로 나타낸다.
본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.
본 발명에 따른 아라미드 타이어 코오드는 고속주행시의 온도범위인 100~150℃에서 0.7g/d 하중부여시 적절한 열팽창계수를 구비하여 고속주행시 타이어의 형태안정성을 크게 개선되는 효과가 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
1,000kg의 N-메틸-2-피롤리돈을 80℃로 유지시키고 여기에 염화칼슘 80kg과 48.67kg의 파라-페닐렌디아민을 녹여서 방향족 디아민 용액을 제조하였다.
상기의 방향족 디아민 용액을 중합용 반응기(20) 내로 투입함과 동시에 파라-페닐렌디아민 동몰량의 용융 테레프탈로일 클로라이드를 중합용 반응기(20) 내로 동시에 투입한 후 이들을 교반하여 고유점도가 6.8인 폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드) 중합체(아라미드 중합체)를 제조하였다.
다음으로, 제조된 상기의 아라미드 중합체를 99% 농황산에 용해시켜 중합체 함량이 18중량%인 광학적 비등방성 방사원액을 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 방사원액을 도 3에 도시된 바와 같이 방사 구금(40)을 통해 1,000m/분의 방사권취속도로 방사한 후, 방사된 방사물을 7 mm의 공기층(비응고성 유체층)을 통과시킨 후, 계속해서 황산농도가 13%인 황산수용액(응고액)이 담겨져 있는 응고액 욕조(50)내로 통과시켜 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 형성된 멀티필라멘트를 수세 및 건조한 후 550℃에서 0.3초간 열처리하는 공정을 5회 반복하여 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다.
상기 방법으로 제조된 아라미드 멀티필라멘트사의 필라멘트 수는 1000개이고, 평균 섬도는 1.5 d 이고, 강도는 22.3g/d이고, 모듈러스는 714g/d이고, 절단신도는 3.2% 이다.
상기 제조된 아라미드 멀티필라멘트를 Cable & Cord 3 type twister (C.C Twister, Allma Co.)를 이용하여 30회/10㎝의 꼬임수로 상연(Z연)하고, 상연된 2가닥을 다시 30회/10㎝의 꼬임수 하연(S연)하여 이들을 합연사 하여 코오드 생지를 제조하였다.
상기와 같이 코오드 생지를 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 아라미드 합연사를 기준으로 픽업율이 5중량%가 되도록 침지하고 150℃에서 60초간 건조한 다음 250℃에서 120초간 열처리 하였다.
이와 같이 제조된 아라미드 타이어 코오드의 각종 물성은 표 1과 같았다.
비교실시예 1
강도는 8g/d이고, 모듈러스는 300g/d이고, 절단신도는 7%인 아라미드 멀티필라멘트를 사용한 것과, 상연과 하연 각각의 꼬임수를 20회/㎝로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 타이어 코오드를 제조하였다.
이와 같이 제조된 아라미드 타이어 코오드의 각종 물성은 표 1과 같았다.
아라미드 타이어 코오드 물성평가 결과
0.7g/d 하중부여후 열팽창계수 1.5g/d 하중부여후 열팽창계수 중간신도(%) 건열수축율(%)
실시예 1 0.000005 0.00008 0.5 0
비교실시예 1 0.00009 0.0006 0.3 0
표 1의 열팽창계수들은 앞에서 설명한 열팽창계수의 측정방법으로 측정하였다.
도 1은 일반적인 타이어를 나타낸 부분 절개 사시도.
도 2 내지 도 3은 상연과 하연의 정의를 나타낸 도면.
도 4는 아라미드 필라멘트 섬유를 제조하는 공정 개략도.

Claims (12)

  1. 아라미드 멀티필라멘트를 포함하고, 하기 계산식 1로 정의되며, 0.7g/d의 하중부여 후 열변형분석기(Testrite)를 이용하여 작성한 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 온도범위에서의 열팽창계수가 1×10-6~2×10-5인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
    [계산식 1]
    열팽창계수(/℃) = △L / (△T × L)
    [상기식에서, △L은 상기 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 범위에서의 시료길이의 변화량(㎛)이고, K는 셀 상수(Cell constant)이고, △T는 온도변화량(℃)이고, L은 시료의 길이(m) 이다.]
  2. 제1항에 있어서, 1.5g/d의 하중 부여 후 열변형분석기(Testrite)를 이용하여 작성한 길이변화 그래프상 100℃~150℃ 온도범위에서의 열팽창계수가 2×10-5~8×10-5인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  3. 제1항에 있어서, 아라미드 타이어 코오드의 총섬도가 800~10,000 데니어인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  4. 제1항에 있어서, 아라미드는 폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드)인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드
  5. 제1항에 있어서, 아라미드 멀티필라멘트는 강도가 10~25g/d이고, 절단신도가 2~6%이고, 모듈러스가 400~750g/d인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  6. 제1항에 있어서, 아라미드 멀티필라멘트의 총섬도가 400~5,000 데니어인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  7. 제1항에 있어서, 아라미드 멀티필라멘트는 500~1,200개의 아라미드 모노필라멘트들로 구성되는 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  8. 제7항에 있어서, 아라미드 모노필라멘트의 단사섬도가 1~2데니어인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  9. 제1항에 있어서, 6.75kg의 하중하에서 측정한 아라미드 타이어 코오드의 중간신도가 0.3~1.5%인 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  10. 제1항에 있어서, 아라미드 타이어 코오드의 건열수축율이 0.3 ~ -1.0%인 것 을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드.
  11. 하기의 물성을 갖는 아라미드 멀티필라멘트에 상연(Z연) 꼬임을 준 다음 상연된 2가닥에 다시 하연(S연) 꼬임을 주면서 합사하여 아라미드 합연사를 제조한 후, 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 용액에 픽업율이 아라미드 합연사를 기준으로 3~12중량%가 되도록 침지하고, 105~200℃에서 10초 내지 400초간 건조한 다음, 105~300℃에서 10초 내지 400초간 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드의 제조방법.
    아라미드 필라멘트의 물성
    - 강도 : 10~25g/d
    - 절단신도 : 2~6%
    - 모듈러스 : 400~750g/d
  12. 제11항에 있어서, 상연(Z연) 및 하연(S연) 각각의 꼬임수는 20~60회/10㎝인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 아라미드 타이어 코오드의 제조방법.
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