KR20110078137A

KR20110078137A - 고성능 래디얼 타이어

Info

Publication number: KR20110078137A
Application number: KR1020090134874A
Authority: KR
Inventors: 주시환; 박진경
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-07
Also published as: KR101551426B1

Abstract

본 발명은 0.70이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기입 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드코드와 상기 비드 코어 주위에 감기는 하나 이상의 래디얼 카카스 플라이와 그 카카스 외주 측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스 플라이는 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유로 제조된 딥코드를 포함하며, 상기 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유는 하기의 물성을 만족하고 동시에 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2.5% 미만 신장하며, 80 내지 120g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 6.0g/d의 중기 응력에 처해졌을 때 7.5% 미만 신장하며, 최소 9.5g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는, 힘-변형 곡선을 갖는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어에 관한 것이다.

(1) 0.90 내지 1.05의 고유점도, (2) 9.5g/d 이상의 강도, (3) 12% 이상의 신도, (4) 0.20 이상의 복굴절률, (5) 1.381 내지 1.398의 밀도, (6) 5 내지 8%의 수축률

래디얼 타이어, 카카스, 초고강력, 폴리에텔렌 테레프탈레이트, 섬유

Description

고성능 래디얼 타이어{High performance radial tire}

본 발명은 고온형태 안정성과 강력이 매우 우수한 폴리에텔렌 테레프탈레이트 코드를 카카스 플라이에 적용한 고성능 래디얼 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 0.70이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기입 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드코드와 상기 비드 코어 주위에 감기는 하나 이상의 래디얼 카카스 플라이와 그 카카스 외주 측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스 플라이는 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유로 제조된 딥코드를 포함하며 상기 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유는 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2.5% 미만 신장하며, 80 내지 120g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 6.0g/d의 중기 응력에 처해졌을 때 7.5% 미만 신장하며, 9.5g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는, 힘-변형 곡선을 갖는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어에 관한 것이다.

종래의 래디얼 타이어는 레귤러 폴리에스터나 레이온 또는 아라미드 등의 섬유 코드로 고무를 보강한 카카스 플라이와, 스틸코드로 고무를 보강한 벨트구조로 이루어져 있었다.

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 타이어에는 면을 이용한 캔버스지가 카카스재로 사용되었고, 인조 섬유의 개발에 따라 레이온이나 나일론, 레귤러 폴리에스터 등의 섬유코드가 카카스 플라이의 재료로 사용되어 왔으며, 최근 들어 일부 스틸코드 등이 사용되고 있다.

일반적으로 공기입 래디얼 타이어, 보다 상세하게는 편평비가 0.65 ∼ 0.82인 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 재료로는 레귤러 폴리에스터가 많이 쓰이고 있으며, 이외에 편평비가 낮은, 보다 상세하게는 0.70 미만의 편평비를 가지는 고속용 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 보강재로는 레이온이 비교적 많이 사용되고 있다.

최근 들어 고속용 저편평비의 래디얼 타이어에도 레귤러 폴리에스터를 일부 사용하고 있으나, 레이온과 비교하여 낮은 고온 물성과 형태안정성 때문에 그 적용에 제약을 받고 있다.

또한 일반적인 레이온은 생산 방법과 물성 면, 타이어 생산 공정 면에서 단점이 있기 때문에 일반 래디얼 타이어에 적용함에 있어서는 많은 제약을 받고 있는 실정이다. 일반적으로 기존의 레이온은 간접 치환법을 이용하여 생산되었으며, 복잡한 제조 공정과 환경에 미치는 영향 때문에 많은 문제점을 내포하고 있다. 따라서 환경에 미치는 영향을 중요시하는 최근의 추세로 비추어 볼 때, 많은 문제점을 지니고 있다.

또한 물성 면에서 보면, 습윤 강도가 지나치게 낮아 타이어 코드로서는 부적합한 면이 있을 뿐 아니라 타이어에 적용시 트레드 부분의 크랙이나 상처로 인한 수분침투에 의하여 강도가 저하되어 타이어의 내구성이 저하되는 단점이 있었다.

또한 타이어 생산시 수분률을 2%이하로 조절하여야 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점 때문에, 기존의 레이온을 카카스로 이용한 타이어의 경우 형태안정성과 고온 물성이 우수함에도 불구하고 사용에 제약을 받아왔다.

본 발명은 고온형태 안정성과 딥 코드 강력이 매우 우수한 폴리에텔렌 테레프탈레이트 코드를 카카스 플라이에 적용한 고성능 래디얼 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 0.70이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기입 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드코드와 상기 비드 코어 주위에 감기는 하나 이상의 래디얼 카카스 플라이, 그 카카스 외주 측에 적층된 벨트층과 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하고, 여기서 상기 카카스 플라이는 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유로 제조된 딥코드를 포함하며 상기 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유는 하기의 물성을 가지고, 동시에 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2.5% 미만 신장하며, 80 내지 120g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 6.0g/d의 중기 응력에 처해졌을 때 7.5% 미만 신장하고, 9.5g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는 힘-변형 곡선을 갖는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 0.90 내지 1.05의 고유점도, (2) 9.5g/d 이상의 강도, (3) 12% 이상의 신도, (4) 0.20 이상의 복굴절률, (5) 1.385 내지 1.395의 밀도, (6) 5 내지 8%의 수축률

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 카카스 플라이가 1층 또는 2층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 카카스 플라이에서 딥코드 보강 밀도는 20 ∼ 40 EPI인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 딥코드는 꼬임수 300 ∼ 500TPM인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어를 제공한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 딥코드는 6.5% 이하의 E^2.25(2.25g/d에서의 신장률)+FS(자유수축률)인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어를 제공한다.

본 발명은 연신성 및 열효율이 우수한 솔벤트유제를 적용하여 미연신사의 힘-변형곡선 및 미세구조를 조절함으로써 연신단계에서 연신성을 향상시켜 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유를 제조할 수 있으며, 이 사로부터 형성된 처리 코드는 치수안정성 및 강도가 우수하여 타이어 및 벨트 등의 고무제품의 보강재로서 또는 기타 산업적 용도로서 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 고성능 래디얼 타이어의 카카스 플라이에 본 발명의 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 코드를 적용함으로써 타이어의 내구성, 승차감 및 조종안정성 등에 대해 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 초고강도 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유를 적용함으로써 보다 경량화된 타이어를 제공할 수 있다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같은 타이어(11)의 카카스 플라이(12)내의 카카스 플라이 보강용 타이어 코드(13)에 고온 형태안정성 및 강력이 매우 우수한 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드를 적용한 것이다.

본 발명에서 카카스 플라이에 적용되는 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드를 제조하기 위한 전단계로서, 고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유의 제조를 하기와 같은 공정을 이용하여 제조한다.

(A)에틸렌 테레프탈레이트 단위를 85몰% 이상 함유하며 고유점도가 0.90 ~ 1.05 범위인 방출사를 280 ~ 305℃의 온도로 압출하는 단계와, (B)이 용융방출사를 지연냉각 구역을 통과시킨 후 급냉 고화시키는 단계와, (C)필라멘트간 마찰계수를 줄임과 동시에 연신성, 열효율이 우수한 솔벤트유제를 적용하는 단계, (D)폴리에스터 장섬유 부분연신사(이하 "POY사"라 한다.)가 0.5g/d의 초기응력에 처해졌을 때 6%미만 신장하며, 20 내지 100g/d의 초기 모듈러스를 가지고, 3.5g/d에 처해졌을 때 나아가 최소 150% 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 복굴절률이 0.02 내지 0.05가 되도록 하는 방사속도로 사를 권취하는 단계와, (D) 권취된 사를 3.0배 이하의 총연신비로 다단연신시키는 단계를 포함하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트사를 제조한다.

또한 본 발명은 하기의 물성을 만족하고 동시에 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2.5% 미만 신장하며, 80 내지 120g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 6.0g/d의 중기 응력에 처해졌을 때 7.5% 미만 신장하며, 9.5g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는, 힘-변형 곡선을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 연신사에 관한 것이다.

본 발명에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합물은 최소한 85몰%의 에틸렌테레프탈레이트 단위를 함유하며, 바람직하게는 에틸렌테레프탈레이트 단위만으로 구성된다.

선택적으로, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 에틸렌글리콜 및 테레프탈렌 디카르복시산 혹은 이들의 유도체 이외의 하나 또는 그 이상의 에스테르-형성 성분으로부터 유도된 소량의 유니트를 공중합체 유니트로서 편입할 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 유니트와 공중합가능한 다른 에스테르 형성 성분의 예로는 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올등과 같은 글리콜과, 테레프탈산, 이소프탈산, 헥사하이드로테레프탈산, 스틸벤 디카르복시산, 비벤조산, 아디프산, 세바스산, 아젤라산과 같은 디카르복시산을 포함한다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩은, 바람직하게는 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜 원료를 1.1 내지 2.0의 비율로 용융혼합하고, 이 용융혼합물을 에스테르 교환반응 및 축중합반응시켜 고유점도 0.60 내지 0.70 수준의 로우 칩(raw chip)을 만든 후, 235 내지 245℃의 온도 및 진공 하에서 1.00 내지 1.20의 고유점도 및 20 ppm 이하의 수분률을 갖도록 고상중합된다.

칩의 고유점도가 1.00보다 낮으면 최종 연신사의 고유점도가 낮아져 열처리 후 처리 코드로서 초고강도를 발휘할 수 없게 되고, 칩의 고유점도가 1.20보다 높으면 폴리머 용융시 지나친 발열 및 스크류(Screw) 부하가 증가하여 용융방사가 불가능해 진다. 칩의 수분율이 20ppm을 초과하면 용융방사 중 가수분해가 유발된다.

본 발명은 선택적으로 축중합 반응시, 중합촉매로서는 안티몬 화합물, 바람직하게는 삼산화 안티몬을 최종 중합체 중의 안티몬 금속으로서의 잔존량이 180 내지 300 ppm이 되도록 하는 양으로 첨가할 수 있는데, 이 양이 180 ppm보다 적으면 중합반응속도가 느려져 중합효율이 저하되고, 300 ppm보다 많으면 필요 이상의 안티몬 금속이 이물질로 작용하여 방사연신 작업성을 떨어뜨린다.

이와 같이 제조된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 본 발명의 방법에 따라 섬유화하며, 도 1은 이러한 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 제조공정을 개략적으로 도시한다.

단계 (A)에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 팩(1) 및 노즐(2)을 통해 바람직하게는 280 내지 305℃의 방사온도에서, 바람직하게는 500 내지 1000의 방사 드래프트비(최초 권취롤러 위에서의 선속도/노즐에서의 선속도)로 저온 용융방사함으로써 열분해 및 가수분해에 의한 중합체의 점도의 저하를 방지할 수 있다. 방사 드래프트비가 500보다 작으면 필라멘트 단면 균일성이 나빠져 연신작업성이 현저히 떨어지고, 1000을 초과하면 방사 중 필라멘트 파손이 발생하여 정상적인 원사를 생 산하기 어렵게 된다.

단계 (B)에서, 상기 단계 (A)의 용융방출사(4)를 냉각구역(3)을 통과시켜 급냉 고화시키는바, 필요에 따라 노즐(2) 직하에서 냉각구역(3) 시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이(L) 구간에 어느 정도 길이의 가열장치를 설치한다.

이 구역을 지연 냉각구역 또는 가열구역이라 칭하는데, 이 구역은 30 내지 120mm의 길이 및 320 내지 400℃의 온도(공기접촉 표면온도)를 갖는다.

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 있으나, 이것으로 제한되지는 않는다. 이어, 냉각구역(3)을 통과하면서 고화된 방출사(4)를 필라멘트간 마찰계수를 줄임과 동시에 연신성, 열효율이 우수한 솔벤트유제를 적용한 유제 부여장치(5)에 의해 0.5 내지 1.2%로 오일링할 수 있다.

단계(C)에서, POY사가 0.5g/d의 초기응력에 처해졌을 때 5%미만 신장하며, 20 내지 100g/d의 초기 모듈러스를 가지고, 3.5 g/d에 처해졌을 때 나아가 최소 150% 신장하는 힘-변형 곡선을 갖고, 복굴절률이 0.02 내지 0.05이 되도록 하는 방사속도로 사를 권취하며, 바람직한 방사속도는 1800 내지 2,800m/분이다.

본 발명에서는 POY사의 미세구조를 조절하는 인자로서는 POY사의 힘-변형 곡선 및 복굴절률이 사용된다.

특히, 본 발명에서는 POY사가 0.5g/d의 초기응력에 처해졌을 때 5%미만 신장하며, 20 내지 100g/d의 초기 모듈러스를 가지고, 3.5 g/d에 처해졌을 때 나아가 최소 150% 신장하는, 힘-변형 곡선을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 힘 변형곡선을 갖는 POY사가 이후 연속적으로 진행되는 연신 공정에서 연신성을 극대화 할 수 있다.

또한 본 발명에서는 POY사의 복굴절률이 상기 힘-변형곡선과 함께 미연신상의 미세구조를 조절하는 인자로 사용된다.

특히 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이 POY사 힘 변형곡선과 복굴절률이 상기 기재된 범위을 만족하여만 연신공정에서 우수한 연신성을 얻을 수 있었다. 이러한 이유는 POY사의 복굴절률이 0.02보다 작으면 연신단계에서 결정화속도가 너무 느려져 충분히 결정들 간의 타이 체인의 형성을 유도할 수 없으며, 복굴절률이 0.05를 초과하면 연신 중에 결정화가 너무 급속히 진행되어 오히려 연신성이 떨어져 초고강력사를 제조하기가 어렵다.

단계 (D)에서, 첫 번째 연신 롤러(6)를 통과한 사를 스핀드로(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러(7, 8, 9 및 10)를 통과시키면서 총연신비 4.0배 이하, 바람직하기로는 2.0 내지 3.0배로 연신시킴으로써 최종 연신사(11)를 얻는다.

또한 본 발명에서는 상기 POY사를 3단 연신하고, 각각의 연신온도를 POY사의 유리전이온도보다 95℃이하로 하는 것이 특징으로 하는데 이는 연신온도가 유리전이온도보다 낮으면 연신성이 떨어지고, 또한 95℃를 초과하면 연신중 결정화가 급속히 진행되어 3단 연신이 어렵다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유는 하기의 물성을 만족하고 동시에 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2.5% 미만 신장하 며, 80 내지 120g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 6.0g/d의 중기 응력에 처해졌을 때 7.5% 미만 신장하며, 최소 9.5g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는, 힘-변형 곡선을 갖는다.

본 발명에서는 상기 물성을 만족하는 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유를 연사기로 연사하여 생코드를 제조한 후 이를 제직하여 딥핑액에 침지하여 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드를 제공한다.

이하 본 발명의 연사, 제직 및 디핑 공정을 보다 자세히 설명한다.

본 발명의 연사공정을 보다 상세히 설명하면, 상기 방법에 의해 제조된 폴리에텔렌 테레프탈레이트 연신사는 권취된 원사 2본을 가연 및 합연이 동시 진행되는 다이렉트 연사기로써 연사하여 타이어 코드용 '생코드(Raw Cord)'를 제조한다. 생코드는 타이어 코드용 폴리에텔렌 테레프탈레이트 원사에 하연(Ply Twist)을 가한 후에 상연(Cable Twist)을 가하며 합연함으로써 제조되며, 일반적으로 상연과 하연은 같은 연수 혹은 필요에 따라서 다른 연수를 가하게 된다.

본 발명에서 중요한 결과로는 폴리에텔렌 테레프탈레이트 사에 부여되는 꼬임의 수준(연수)에 따라 코드의 강신도, 중신, 내피로도 등의 물성이 변화되는 것이다. 일반적으로 꼬임이 높은 경우, 강력은 감소하며 중신과 절신은 증가하는 경 향을 띠게 된다. 내피로도는 꼬임의 증가에 따라 향상되는 추세를 보이게 된다. 본 발명에서 제조한 폴리에텔렌 테레프탈레이트 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 하는 것이다. 이때 300/300 TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 500/500 TPM 초과일 경우에는 강력 저하가 커서 타이어 코드용으로 적절하지 않다.

본 발명에서는 선택적으로 상/하연의 연수를 다르게 부여하는 경우도 있는데, 상연을 350TPM 내지 450TPM으로 조절하고, 하연을 300TPM 내지 450TPM으로 조절하여 각각 상/하연이 다른 연수로 생코드를 제작하였다. 상/하연 연수를 다르게 제작하는 것은 생코드가 가지는 최적 물성 범위 내에서 연수가 낮을수록 연사 비용은 감소하여 경제적으로 이익이 되기 때문이다. 이러한 꼬임을 평가하는 상수로서 "꼬임상수"가 제안되어 있다.

제조된 '생코드 (Raw Cord)'는 제직기(weaving machine)를 사용하여 제직하고, 수득된 직물을 딥핑액에 침지한 후, 경화하여 'Raw Cord'표면에 수지층이 부착된 타이어 코드용 '딥코드(Dip Cord)'를 제조한다.

본 발명의 딥핑 공정을 보다 상세히 설명하면, 딥핑은 섬유의 표면에 RFL (Resorcinol-Formaline-Latex)이라 불리는 수지층을 함침하여 줌으로써 달성되는데, 원래 고무와의 접착성이 떨어지는 타이어 코드용 섬유의 단점을 개선하기 위하여 실시된다. 통상의 레이온 섬유 또는 나일론은 1욕 딥핑을 행하는 것이 보통이 며, PET 섬유를 사용하는 경우, PET 섬유 표면의 반응기가 레이온 섬유나 나일론 섬유에 비하여 적기 때문에 PET 표면을 먼저 활성화 한 후에 접착처리를 행하게 된다(2욕 딥핑). 본 발명에 따른 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 사는 2욕 딥핑을 사용한다. 딥핑욕은 타이어 코드를 위해 공지된 딥핑욕을 사용한다.

본 발명은 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이의 재료로는 상기 상술한 방법에 의해 제조된 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유로부터 제조된 고온물성, 형태안정성 및 강력이 매우 우수한 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드로 대체함으로써, 형태안정성 및 피로 성능이 향상되고 편평비가 0.70이하인 고성능 공기입 래디얼 타이어를 제공하는데 기술적 과제를 두고 있다.

특히, 본 발명에 따르면 카카스플라이에 사용되는 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유는 2.0g/d 이하의 응력시 신장이 2.5%미만이어야 하는데, 만약 신장이 2.5%를 이상이면 카카스 플라이의 심한 변형으로 조종안정성이 현저하게 감소하게 된다. 또한 본 발명에서는 6.0g/d의 응력에 처해졌을 때 7.5% 미만 신장하는 힘-변형 곡선을 갖는 것이 필요한데, 만약 7.5%를 초과하여 신장한다면 카카스의 변형이 쉽게 발생하여 압력용기로서 내압지지력이 떨어진다.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같은 타이어를 제조한다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따라 제조된 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드를 이용한 카카스 플라이 보강용 코드(13)는 2,000d 내지 8,000d의 총데니어를 가진다. 카카스 플 라이(12)는 적어도 한 층의 카카스 플라이 보강용 타이어 코드(13)를 포함한다. 상기 카카스 플라이(12)에서 딥코드 보강 밀도 20 ∼ 40 EPI인 것이 바람직한데 이는 보강 밀도가 20 EPI 미만이면 카카스플라이의 기계적 물성이 급격히 떨어지며 또한 40 EPI를 초과하면 경제적인 면에서 불리하기 때문이다.

반경 방향 외측 플라이 턴업(14)을 가지는 카카스 플라이(12)는 바람직하게는 1층 ~ 2층의 카카스 코드를 포함한다. 카카스 플라이 보강용 코드(13)는 타이어(11)의 원주방향 중간 면에 대하여 85°- 90°의 각도로 배향된다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 카카스 플라이 보강용 코드(13)는 원주 방향 중간 면에 대하여 90ㅀ로 배열되어 있다. 플라이 턴업(14)의 경우, 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 - 80% 정도의 높이를 가지도록 하는 것이 선호된다. 플라이턴업이 40%이하로 낮은 경우에는 타이어 측벽의 강성 보완 효과가 지나치게 낮으며, 80%이상인 경우에는 타이어 측벽 강성이 너무 높아 승차감 등에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.

이하 도 4를 보다 자세히 하기와 같이 설명한다.

타이어(11)의 비드 영역(15)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(16)를 갖는다. 비드코어는 연속적으로 감겨진 단일의 또는 단일 필라멘트 강선으로 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어, 0.95mm - 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4x4 구조를 형성하며, 4x5 구조를 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 특정 실시예에 있어, 비드 영역은 또한 비드필러(17)를 가지며, 상기 비드필러의 경우, 일정 수준 이상의 경도를 가지는 것이 필요하며, 바람직하게는 쇼어 에이 경도(Shore A hardness) 40이상인 것이 선호된다.

본 발명에 있어, 타이어(11)는 벨트(18)와 캡플라이(19)구조에 의하여 크라운 부가 보강된다. 벨트 구조체(18)는 두 개의 절단 벨트 플라이(20)를 포함하며 벨트 플라이의 코드(21)는 타이어의 원주 방향 중앙 면에 대하여 약 20도의 각도로 배향된다. 벨트 플라이의 코드(21)는 원주 방향 중앙 면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트 플라이의 코드(22)의 방향과는 반대로 배치된다. 그러나 벨트 구조체(18)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16° ~ 24°의 범위로 배치될 수 있다. 벨트 구조체(18)는 타이어(11)의 작동 중에 노면으로부터의 트레드(23)의 상승을 최소화하도록 측방향 강성을 제공하는 역할을 한다. 벨트 구조체(18)의 벨트 코드(21), (22)는 스틸코드로 제조되어 있으며, 2+2구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작할 수 있다. 벨트(18)부의 상부에는 캡플라이(19)와 에지플라이(24)가 보강되어 있는데 캡플라이(19)내의 캡플라이코드(25)는 타이어의 원주 방향에 평행하게 보강되어 타이어의 고속 회전에 따른 원주 방향의 크기 변화를 억제하는 작용을 하며, 고온에서의 열수축응력이 큰 캡플라이 코드(25)를 이용한다. 1층의 캡플라이(19)와 1층의 에지플라이(24)를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 1-2층의 캡플라이와 역시 1 ~ 2층의 에지플라이가 보강되는 것이 좋다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하겠지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 비교예에서 타이어 코드 등의 특성은 하기와 같은 방법으로 그 물성을 평가하였다.

(1) 고유점도(I.V.)

페놀과 1,1,2,3-테트라클로로에탄올을 6:4의 무게비로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 농도가 0.4g/100ml가 되도록 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 흡인장치(aspirator)를 이용하여 용액의 낙하 초수를 구했다. 용매의 낙하 초수도 동일한 방법으로 구한 다음, 하기 수학식 1 및 2에 의해 R.V.값 및 I.V.값을 계산하였다.

(2) 타이어 코드 강력(kgf) 및 중간신도(%)

25℃, 65 %RH에서 24시간 방치한 후, 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하였는데, 80TPM(80회 twist/m)의 꼬임을 부가한 후 시료장 250mm, 인장속도 300m/min으로 측정한다. 이때 부과한 중간신도(Elongation at specific load)는 하중 6.8kg인 지점의 신도를 나타낸다.

(3) 건열수축률(%, Shrinkage)

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

S(%) = (L₀ - L₁) / L₀ × 100

(4) E-S

일정 하중 하에서의 신도를 본 발명에서는 중간신도(E)라 부르며, 이때 하중은 6.8kg을 의미한다. 특별히 하중 6.8kg일 때의 신도를 평가하는 이유는 타이어코드 1본당 걸리는 최대하중이 그 정도 수준임을 감안한 것이기 때문이다. 그리고 'S'는 상기 (d)항의 건열수축률을 의미하는 것으로, 중간신도(E)와 건열수축률(S)의 합을 'E-S'라고 본 발명에서는 칭한다. 일반적으로 타이어가 가류하고 나면 코드의 수축률 중간신도가 변하게 된다. 수축률과 중간신도의 합은 타이어를 완전히 제작하고 난 후의 코드가 가지는 모듈러스의 개념과 유사하다고 볼 수 있다. 즉, 'E-S'값이 낮으면 모듈러스가 높아지는 상관관계를 형성한다. 모듈러스가 높으면 타이어의 변형에 따른 힘 생성량이 크기 때문에 조종이 더 쉬워지고, 반대로 같은 정도의 장력을 만들어 내기 위해서 적은 변형으로도 가능해지기 때문에 조정성능이 좋아지고 변형에 따른 형태안정성이 우수하다고 판단할 수 있다. 따라서, 'E-S'값은 타이어 제조 시 코드성능의 우수성을 판단할 수 있는 물성치로 활용된다. 또한 타이어 제조시, E-S 수치가 낮은 타이어는 열에 의한 변형량이 작기 때문에 타이어 의 균일성이 향상되는 효과가 있으며, 그에 따라 타이어 전체의 균일성이 향상되는 효과를 가져오게 된다. 따라서, E-S 수치가 낮은 코드를 사용한 타이어의 경우, 높은 코드를 사용하는 타이어보다 타이어의 균일도가 높아지는 효과가 있기 때문에 타이어 성능의 향상도 가능하다.

E-S = 중간신도(Elongation at 6.8kg) + 건열수축률(Shrinkage)

(5) 꼬임상수(R)

꼬임상수(R)는 다음과 같은 식에 의하여 구한다. 꼬임 상수가 같은 코드들은 합연되어 있는 단사가 코드의 길이 방향에 대하여 같은 각도로 보강되어짐을 의미한다:

(상기 식에서, R은 꼬임상수, N은 10cm 당 꼬임수 D는 총 데니어이고, ρ는 비중이다).

(6) 내피로도

타이어 코드의 피로 시험에 통상적으로 사용되는 굳리치 디스크 피로 시험기(Goodrich Disc Factigue Tester)를 이용하여 피로시험 후 잔여강력을 측정하여 내피로도를 비교하였다. 피로 시험 조건은 120℃, 2500RPM, 압축 12% 및 신장 6% 의 조건이었으며, 피로 시험 후 테트라 클로로 에틸렌(tetra chloro ethylene) 액에 24시간 침지하여 고무를 팽윤시킨 후 고무와 코드를 분리하여 잔여강력을 측정하였다. 잔여 강력의 측정은 통상의 인장 강도 시험기를 이용하여 앞의 (3)방법에 따라 측정하였다.

(7) 접착력

접착력은 ASTM D4776-98 방법을 기준으로 H-테스트 방법으로 측정하였다.

(8) 복굴절률

베레크 보상기(Berek compensator)가 구비된 편광현미경을 사용하여 하기의 방법으로 측정한다.

·편광판(Polarizer)과 분석기(analyzer)를 수직한 위치로 놓는다.(→직교편광)

·보상기(Compensator)를 분석기(analyzer)와 45°각도(현미경 N-S방향에 45°)로 삽입한다.

·시료를 스테이지(Stage)에 올린 후 대각석 위치(diagonal position)(nγ-direction: Polarizer와 45°각도)로 놓는다.(이 위치에서 black compensation band가 나타난다)

·보상기(Compensator)의 마이크로미터 스크류(micrometer screw)를 오른쪽으로 회전시키면서 시료의 중앙이 가장 어두워지는 지점에서의 눈금을 읽는다.

·다시 반대방향으로 회전시키면서 마찬가지로 가장 어두워지는 지점에서 눈금을 읽는다.

·위에서 읽은 눈금의 차를 2로 나누어 제작회사에서 만든 표를 참조하여 지연값(retardation)(γ, nm)을 구한다.

·보상기(Compensator)와 분석기(analyzer)를 제거하고 아이필러 마이크로미터(eyefilar micrometer)를 사용하여 시료의 두께(d, nm)를 측정한다.

·이렇게 측정된 지연값(retardation)과 두께를 아래 식에 대입하여 시료의 복굴절(Δn)을 구한다.

Δn= γ/d

[실시예 1]

안티몬 금속을 220 ppm 포함하는 고유점도(I.V.) 1.14, 수분률 10 ppm의 고상중합 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 제조하였다. 제조된 칩을 압출기를 사용하여 290℃의 온도에서 900g/분의 토출량 및 850의 방사 드래프트비로 용융방사하였다. 이어, 방출사를 노즐 직하 길이 60mm의 가열구역(분위기온도 340℃) 및 길이 500mm의 냉각구역(20℃, 0.5m/초의 풍속을 갖는 냉각공기 취입)을 통과시켜 고화시킨 다음 솔벤트 적용한 방사 유제(파라핀오일 성분 70% 함유)로 오일링하였다. 이 POY사를 2200m/분의 방사속도로 권취하고, 제1단계 연신은 60℃에서 1.9배로, 제2단계 연신은 60℃에서 1.2배로, 제3단계 연신은 75℃에서 1.3배로 수행하고, 230℃에서 열고정하고 2.5% 이완시킨 다음 권취하여 1500 데니어의 최종 연신사(원사)를 제조하였다.

제조된 원사 2가닥을 370 turns/m로 상하연하여 코드 사를 제조한 후, 이 코드 사를 딥핑 탱크에서 (PCP 수지+RFL)의 접착액에 침적한 다음 건조 지역에서 170℃로 1.5% 연신 하에 150초간 건조하고 고온 연신 지역에서 240℃로 4.5% 연신 하에 150초간 열고정한 후, 다시 RFL에 침적한 다음 170℃로 100초간 건조하고 240℃로 -5.5% 연신하에 40초간 열고정시켜 딥코드를 제조하였다.

이와 같이 제조된 연신사 및 딥코드의 물성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.

[실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 3]

칩의 고유점도, 방사온도, 가열구역의 길이 또는 온도, 또는 POY사의 복굴절률을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 연신사 및 딥코드를 제조하였다.

■ : 외관 불량, ■■ : 외관이 극히 불량하여 처리 코드의 제조 의미 없음.

[실시예 4]

본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드를 사용하여 제조된 래디얼 타이어는 반경 방향 외측 플라이 턴업을 갖는 카카스 플라이를 가지며, 상기 카카스 플라이는 실시예 1에 의해 제조된 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드가 1층 내지 2층이 포함하도록 설치하였다. 이때 카카스 코드의 사양은 다음의 표 4에 나타낸 바와 같이 하고, 타이어의 원주 방향 중간 면에 대하여 90도 각도로 배향하였다. 상기 플라이 턴업(4)은 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 내지 80%의 높이를 갖도록 하였다. 비드부(5)는 0.95 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4×4로 형성된 비드코어(6)와 shore A hardness 40 이상의 경도의 비드필러(7)를 갖도록 하였다. 벨트(8)는 상부에 1층의 캡플라이(9)와 1층의 에지플라이(14)로 된 벨트 보강층에 의해 보강되며 캡플라이(9) 내의 캡플라이 코드가 타이어의 원주 방향에 대하여 평행하도록 배치하였다.

[비교예4]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 비교예 3에 의해 제조된 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[비교예5]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 레이온을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

상기 실시예 4 및 비교예 4-5에 따라 제조된 225/60 R15 V 타이어를 2000cc 등급의 승용차에 장착하고 60km/h 속도로 주행하면서 차량 내에서 발생하는 소음을 측정하여 가청 주파수 영역의 갑을 노이즈(dB)로 나타내었으며, 조종 안정성 및 승차감은 숙련된 운전자가 테스트 코스를 주행하여 100점 만점에 5점의 단위로 평가하여 그 결과를 다음의 표 5에 나타내었다. 내구성은 FMVSS 109의 P-메트릭 타이어 내구성 테스트(P-metric tire endurance test) 방법을 따라 측정온도 섭씨 38도(ㅁ3도), 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.

구 분	실시예4	비교예4	비교예5
타이어무게(kg)	9.85	9.89	10.12
승차감	100	94	95
조종안정성	100	95	95
내구성	OK	OK	OK
유니포머티	100	93	97
소음(dB)	60.3	63.2	63.2

상기 표 5의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 타이어(실시예 4)는 카카스에 레이온 코드를 적용한 경우(비교예 5)에 비하여 타이어의 무게가 줄어드는 것을 볼 수 있으며, 따라서 회전저항의 감소가 가능함을 알 수 있다. 또한, 성능 면에서도 본 발명에 의해 제조된 초고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 코드를 카카스에 사용하는 본 발명의 경우에 승차감, 조종 안정성 및 소음 감소 면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 유니포머티 또한 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 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.

도 1은 본 발명에 따른 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유의 방사 공정을 개략적으로 나타낸 도식도이다.

도 2은 본 발명의 폴리에텔렌 테레프탈레이트 POY사의 힘-변형 곡선 일예 이다.

도 3은 본 발명의 폴리에텔렌 테레프탈레이트 연신사의 힘-변형 곡선 일예 이다.

도 4는 본 발명에 따른 고강력 폴리에텔렌 테레프탈레이트 딥코드를 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 도식적으로 나타낸 개략도이다.

※ 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

11 : 타이어 12 : 카카스 플라이

13 : 카카스 플라이 보강용 코드 14 : 플라이 턴업

15 : 비드영역 16 : 비드코어

17 : 비드필러 18 : 벨트 구조체

19 : 캡플라이 20 : 벨트플라이

21, 22 : 벨트코드 23 : 트래드

24 : 에지플라이 25 : 캡플라이 코드

Claims

0.70이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기입 타이어에 있어서,

한 쌍의 평행한 비드코드와 상기 비드 코어 주위에 감기는 하나 이상의 래디얼 카카스 플라이와 그 카카스 외주 측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스 플라이는 폴리에텔렌 테레프탈레이트 섬유로 제조된 딥코드를 포함하며,

상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유는 솔벤트 유제로 오일링하고, 하기의 물성을 만족하고 동시에 2.0g/d의 초기 응력에 처해졌을 때 2.5% 미만 신장하며, 80 내지 120g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 6.0g/d의 중기 응력에 처해졌을 때 7.5% 미만 신장하며, 9.5g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는 힘-변형 곡선을 갖는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.

(1) 0.90 내지 1.05의 고유점도, (2) 9.5g/d 이상의 강도, (3) 12% 이상의 신도, (4) 0.20 이상의 복굴절률, (5) 1.381 내지 1.398의 밀도, (6) 5 내지 8%의 수축률
제1항에 있어서, 상기 카카스 플라이가 1층 또는 2층으로 사용되고, 딥코드 보강 밀도는 20 ∼ 40 EPI인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.
제1항에 있어서, 상기 딥코드는 꼬임수 250 ∼ 450TPM인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.
제1항에 있어서, 상기 딥코드는 6.5% 이하의 E^2.25(2.25g/d에서의 신장률)+FS(자유수축률)인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.