KR20120057247A - 열방성 폴리에스터-나이론66 하이브리드 코드를 포함하는 친환경 고성능 레디얼 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열방성 폴리에스터-나이론66 하이브리드 코드를 포함하는 친환경 고성능 레디얼 타이어 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어 보강 벨트용 코드로 열방성 폴리에스터-나이론66 하이브리드 코드를 사용함으로써, 고속 내구성, 조종 안정성 등을 향상시키면서도 친환경적으로 제조가 가능한 친환경 고성능 래디얼 타이어에 관한 것이다.

Description

열방성 폴리에스터-나이론66 하이브리드 코드를 포함하는 친환경 고성능 레디얼 타이어{ECO-FRIENDLY HIGH PERFORMANCE RADIAL TIRE INCLUDING THERMOTROPIC POLYESTER-NYLON66 HYBRID CORD}

본 발명은 친환경 고성능 래디얼 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열방성(thermotropic) 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 보강벨트에 적용함으로써, 고속 내구성, 조종 안정성 등을 향상시키면서도 친환경적으로 제조가 가능한 친환경 고성능 래디얼 타이어에 관한 것이다.

자동차의 고성능화에 따라 타이어에 있어서 저소음 및 승차감은 그대로 유지하면서 고속 내구성, 조종 안정성 등을 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 특히 최근 환경에 대한 관심이 급증함에 따라 차량 및 관련 제품에 대해서도 사회와 소비자들 역시 친환경에 대한 요구가 증가하는 추세이다.

한편, 기존의 고성능 래디얼 타이어에 사용되는 고강력 고탄성 타이어 코드는 대부분 아라미드 섬유를 사용하고 있는데, 이러한 고강력 고탄성 섬유를 고성능 래디얼 타이어에 사용하게 되면 고속 내구성 및 조종 안정성 등의 성능을 향상시키기 때문에 널리 사용되고 있다.

지금까지의 고성능 타이어에 보강벨트로 많이 사용된 아라미드 섬유는, 용매에 고농도로 녹았을 때 액정을 형성하며, 이렇게 액정상태로 방사를 한 후 응고액을 거쳐 섬유를 얻게 된다. 하지만, 이러한 공정에서 사용하는 용매들은 황산과 같이 위험하고 환경친화적이지 않은 물질들이 대부분이며, 작업환경 역시 열악한 문제점이 있다.

한편, 열방성 폴리에스터 섬유란 다른 말로 용융액정 폴리에스터라고도 불리우며 에스터 결합을 제외하고는 대부분 방향족으로 주쇄가 이루어져 있기 때문에 전방향족 폴리에스터라고도 불리운다. 이러한 열방성 폴리에스터 섬유는 주쇄에 방향족고리와 에스터결합이 주로 이루어져 있기 때문에, 기존의 아라미드 섬유와 마찬가지로 강직한 구조를 가지고 있으며, 아라미드 섬유에 비하여 제조 공정이 친환경적이다.

이에 본 발명자들은 열방성 폴리에스터 섬유를 타이어에 적용함으로써 환경친화적인 제조공정을 이룰 수 있게 되어 현대의 소비자들의 요구와 사회적 책임을 달성할 수 있다는 점을 고려하여 본 발명을 창안하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 기존 고성능 래디얼 타이어의 보강벨트용 코드인 아라미드 또는 아라미드 하이브리드 코드를 대체하여, 소음, 승차감의 저하없이 고속 내구성, 조종 안정성을 기존 아라미드 코드 사용시보다 향상시킬 수 있는 고성능 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제조공정이 친환경적인 친환경 고성능 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 보강벨트에 적용하는 친환경 고성능 래디얼 타이어에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 래디얼 타이어에 있어서, 상기 열방성 폴리에스터는 용융 액정 방사를 통하여 제조되며, 열변형 온도가 240~290℃, 밀도가 1.30~1.50, 인장강도가 14~28 g/d, 인장탄성률이 280~900 g/d, 용융온도가 270 내지 290℃ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 래디얼 타이어에 있어서, 상기 하이브리드 코드는 정량 섬도가 800~5,000 데니어, 꼬임수가 100~700 TPM(Twist per meter), 1% 이하의 초기 모듈러스가 30~50 g/d, 5% 이상의 고하중 모듈러스가 100~300 g/d 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 래디얼 타이어에 있어서, 상기 하이브리드 코드 중 열방성 폴리에스터는 총 섬도의 15~85% 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 아라미드 또는 아라미드 하이브리드 코드를 사용하던 부분에 대하여 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 사용함으로써 고속 내구성, 조종 안정성 등을 향상시키면서도 환경 친화적으로 고성능 래디얼 타이어를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 열방성 폴리에스터와 기타 섬유와의 인장물성을 비교한 그래프이다.

이하에서는, 실시예 등을 참고하여 본 발명의 구현예에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다

본 발명의 일 구현예에 따른 친환경 고성능 래디얼 타이어는 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 보강벨트에 적용하는 것을 특징으로 한다.

지금까지 개발된 열방성 고분자는 크게 3 그룹으로 나뉠 수 있으며, 열방성 폴리에스터의 구조에 따른 구분을 하기 표 1에 도시하였다. 표 1을 참조하면, 그룹 I은 가장 강직한 형태의 분자쇄를 가진 열방성 폴리에스터로서, 열변형 온도는 섭씨 250~350도 가량이나, 용융점성도가 높아 가공이 어려운 단점이 있다. 그룹 II는 나프탈기에 에스터기가 연결된 단량체를 첨가하여, 분자의 굴절을 일으켜 지나친 결정성을 낮추어주어, 그룹 I에 비하여 열변형 온도가 다소 낮지만 성형가공성이 우수하고, 내열성, 가공성, 역학적 성질 등을 종합해 볼 때 비교적 만족스러우므로 액정 폴리에스테르 섬유로 가장 널리 응용되고 있다. 그룹 III은 주쇄에 유연한 지방족 사슬이 포함되어 융점을 더욱 낮춘 것으로 전방향족 폴리에스터는 아니나 액정의 성질을 나타낸다. 내열성은 가장 낮은 편이나, 가공 온도가 낮으면서 고강도, 고탄성률의 성질을 가지므로 광섬유 등의 다양한 분야에 사용된다.

여기서 본 발명에 따른 고성능 래디얼 타이어 코드로 적용하는 열방성 폴리에스터 고분자는 그룹 I 혹은 그룹II에 포함되는 것으로서, 상기 열방성 폴리에스터 고분자는 열변형 온도가 240~290℃, 밀도가 1.30~1.50, 인장강도가 14~28 g/d, 인장탄성률이 280~900 g/d, 용융온도가 270 내지 290℃ 정도로, 기존의 아라미드 섬유보다 동등 혹은 그보다 우수한 물성을 가지게 된다.

또한, 아라미드 섬유가 2%대의 흡수율을 가지고 수분에 비교적 약한 성질을 가지는데 반하여, 열방성 폴리에스터는 0.05%의 흡수율로 기존의 PET와 비슷한 수준을 나타낸다. 본 발명에 따른 열방성 폴리에스터 섬유와 기존 종래 섬유와의 인장물성을 비교한 그래프를 도 1에 첨부하였다. 도 1에서 부호 1은 아라미드, 2는 열방성 폴리에스터, 3은 또 다른 종류의 아라미드, 4는 폴리비닐알코올, 5는 PET를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 열방성 폴리에스터 섬유는 주쇄에 방향족 고리와 에스터결합이 주로 이루어져 있기 때문에, 기존의 아라미드섬유와 마찬가지로 강직한 구조를 가지고 있다. 이러한 성질은 기계적 물성으로 나타나는데, 높은 모듈러스와 치수안정성, 그리고 높은 강력을 들 수 있다. 또한 열방성 폴리에스터를 용융할 때 용융점 보다 높은 온도에서 다시 발열을 하는 부분이 생기게 되며, 이 때 아라미드가 용액내에서 액정을 이루는 것처럼, 용융상태에서 액정을 이루게 된다. 따라서 이러한 용융 시 액정상태에서 방사를 하게 될 경우, 기존 아라미드가 유해한 용매와 응고액을 사용하는 것에 비하여 훨씬 환경 친화적인 공정으로 우수한 물성을 가진 열방성 폴리에스터 섬유를 얻을 수 있으며, 용매의 회수 공정이나 안전설비등이 생략되므로, 공정단가가 내려가게 되어, 결국 아라미드에 비하여 친환경적으로 고강도 고탄성 섬유를 제조할 수 있다.

또한, 열방성 폴리에스터는 기존의 아라미드와 비슷한 인장 특성을 나타내며 초기 모듈러스가 매우 높기 때문에 낮은 하중에서 변형이 거의 없다. 이러한 특성은 타이어를 성형하는데 있어서 불리한 점으로 작용하며, 가류 블래더에 의한 보강벨트의 리프트변형이 충분히 이루어지지 않아 불량발생의 가능성이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 열방성 폴리에스터와 나일론66을 합연사하여 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 상세하게는, 인장특성이 직선에 가까우며 초기 모듈러스가 매우 높은 열방성 폴리에스터에 적당한 Z방향의 꼬임을 주고, 초기 모듈러스가 낮은 나일론66의 Z방향 꼬임을 적당하게 주게 되면, 초기 모듈러스가 낮지만 고하중 모듈러스가 높은 S방향의 꼬임을 가진 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 제조할 수 있게 된다.

더욱 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드는 500 내지 2000 데니어인 열방성 폴리에스터를 총 섬도의 15 내지 85% 사용하고 나일론66을 85 내지 15% 사용하여 800 내지 5000 데니어의 정량섬도를 가지도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 일 구현예에 따른 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드는, 정량 섬도가 800~5,000 데니어, 꼬임수가 100~700 TPM(Twist per meter), 1% 이하의 초기 모듈러스가 30~50 g/d, 5% 이상의 고하중 모듈러스가 100~300 g/d 의 물성을 나타낸다.

상기 하이브리드 코드에서 열방성 폴리에스터의 분율이 15% 미만인 경우 고하중에서의 모듈러스 상승의 효과가 경미하여 본래 목적의 주행성 향상을 기대할 수 없으며, 열방성 폴리에스터의 분율이 85% 초과의 경우에는 초기 모듈러스가 매우 높아져 소음 및 승차감의 저하를 수반하여 고급 타이어에 적용이 곤란하다. 또한, 꼬임수가 100TPM 미만이면 코드 집속력의 부족에 따라 강도 및 가공성 저하를 수반할 수 있으며, 700TPM 초과한 과도한 연사를 할 경우 코드 강도 및 모듈러스가 급격히 하락하여 원하는 성능의 타이어에 적용할 수 없게 된다.

한편, 새로운 재료를 고성능 래디얼 타이어에 적용하는데 있어서 중요시되는 것이 고무와의 접착성능이다. 기존의 아라미드 섬유의 경우에는 고무와 우수한 접착을 보여주지 못하고 있었지만, 본 발명에서의 열방성 폴리에스터의 경우, 현재 범용으로 사용되고 있는 PET 타이어 코드의 접착제를 큰 변경 없이 사용할 수 있는 장점이 있다. 즉, PET 타이어 코드의 접착제 처리 방법은 1단계에서 에폭시와 이소시아네이트를 이용하여 처리하며, 2단계에 RFL을 처리하는 방법으로 이루어진다. 여기서 1단계의 에폭시와 이소시아네이트 처리는 기존의 PET 타이어 코드의 주쇄 말단의 카르복실그룹과 화학적 결합을 하여 접착력을 얻게 된다. 마찬가지로, 열방성 폴리에스터 역시, 말단에 카르복실그룹이 존재하기 때문에, PET 타이어 코드에서와 마찬가지로 접착을 이룰 수 있게 된다.

이하에서는 구체적인 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 2

실시예 1에서 열방성 폴리에스터 단독, 실시예 2에서 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 사용하여 하기 표 2에 도시한 구조로 보강벨트에 적용하여 래디얼 타이어를 제조하였다.

비교예 1 내지 3

비교예 1에서 보강벨트로 나일론66을, 비교예 2에서 아라미드를 사용하였고, 비교예 3에서 아라미드-나일론66 하이브리드 코드를 사용하여 하기 표 2에 도시한 구조로 보강벨트에 적용하여 래디얼 타이어를 제조하였다.

실내 주행시험 및 실차 성능시험의 시험결과

	비교예 1	비교예 2	비교예 3	실시예 1	실시예 2
구조	N66 840D/2 35EPI	Aramid 1500D/2 21EPI	Aramid 1500D/2+Nylon66 1260D/1	열방성 폴리에스터 1500D/2 21EPI	열방성 폴리에스터 1500D/2+Nylon66 1260D/2
규격	205/55R16
적용부위	보강벨트
회전저항	100	90	95	98	105
고속주행 내구성	1:45	2:15	2:30	2:20	2:43
조종안전성	100	115	110	117	115
승차감	100	80	96	98	105
소음	100	85	102	88	103

[물성측정 방법]

-H-test: 고무에 코드를 embed하여, 가류한 후 코드와 고무를 전단방향으로 당겨서, 파단 시 나타나는 힘을 측정함.

-고속주행내구: 드럼 원주방향에 타이어를 올리고 드럼을 회전시킴에 따라서, 타이어와 드럼이 맞물려 회전하게 되며, 타이어의 주행조건을 모사함. 속도는 Step 별로 올라가게 되며, 법규시험 규격은 워낙 조건이 여유로워서 평가에 적합하지 않아, 타이어 업체의 각기 사내규격에 따르며, 대형 자동차 메이커의 경우 요구하는 조건이 있음.

-조종안정성: 테스트 드라이버가 시험용 타이어를 취부한 차량을 테스트운전하며, 느끼는 값을 인덱스로 표현함.

-승차감: 테스트 드라이버가 시험용 타이어를 취부한 차량을 테스트운전하며, 느끼는 값을 인덱스로 표현함.

-소음: 테스트 드라이버가 시험용 타이어를 취부한 차량을 테스트운전하며 느끼는 값을 인덱스로 표현함

상기 표 2에 도시된 바와 같은 구조의 코드로 제조된 타이어(205/55R16)를 이용하여 실내주행시험과 실차성능시험을 실시한 결과를 표 2에 도시하였다. 상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 나일론을 이용한 비교예 1의 경우 소음과 승차감은 우수하나 고속주행 내구성과 조종안정성이 떨어짐을 볼 수 있으며, 아라미드 코드를 이용한 비교예 2의 경우 고속주행 내구성과 조종안정성은 양호하나, 소음, 승차감이 불리함을 알 수 있다. 마찬가지로 비슷한 물성을 가지는 열방성 폴리에스터 코드를 이용한 실시예 1의 경우도 조종안정성과 고속주생 내구성이 비교예 2와 마찬가지로 증가하는 것을 볼 수 있으나, 승차감의 경우 비교예 1보다 조금 더 우수한 성능을 보여주고 있다. 이에 반해 아라미드-나일론 하이브리드 코드를 사용한 비교예 3의 경우 소음, 승차감 및 고속주행 내구성, 조종안정성에서 전체적으로 양호한 결과를 나타내었다. 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 이용한 실시예 2의 경우에서는 고속주행 내구성, 조종안전성, 승차감등에서 비교예 3보다도 더욱 우수한 값을 나타내고 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

Claims (5)

1. 열방성 폴리에스터-나일론66 하이브리드 코드를 보강벨트에 적용하는 것을 특징으로 하는 친환경 고성능 래디얼 타이어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 열방성 폴리에스터는 용융 액정 방사를 통하여 제조되는 것을 특징으로 하는 친환경 고성능 래디얼 타이어.
3. 제 1항에 있어서, 상기 열방성 폴리에스터는 열변형 온도가 240~290℃, 밀도가 1.30~1.50, 인장강도가 14~28 g/d, 인장탄성률이 280~900 g/d, 용융온도가 270 내지 290℃ 인 것을 특징으로 하는 친환경 고성능 래디얼 타이어.
4. 제 1항에 있어서, 상기 하이브리드 코드는 정량 섬도가 800~5,000 데니어, 꼬임수가 100~700 TPM(Twist per meter), 1% 이하의 초기 모듈러스가 30~50 g/d, 5% 이상의 고하중 모듈러스가 100~300 g/d 인 것을 특징으로 하는 친환경 고성능 래디얼 타이어.
5. 제 1항에 있어서, 상기 하이브리드 코드는 500~2000 데니어의 열방성 폴리에스터를 총 섬도의 15~85% 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 고성능 래디얼 타이어.

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