KR20130012418A

KR20130012418A - 아라미드 코드와 나일론 66과의 하이브리드 코드 및 이를 보강 코드로 사용하는 공기입 타이어

Info

Publication number: KR20130012418A
Application number: KR1020110073613A
Authority: KR
Inventors: 김남수
Original assignee: 한국타이어월드와이드 주식회사
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-02-04
Also published as: KR101260390B1; CN102899768A; EP2551127A1; EP2551127B1; CN102899768B; JP2013023806A; US20130025758A1

Abstract

본 발명은 하이브리드 코드를 보강 벨트로 이용하는 승용차용 공기입 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상연 꼬임수와 하연 꼬임수가 서로 상이한 코드를 보강 벨트에 적용함으로써 고속 내구성과 조종안정성이 향상된 고성능 래디얼 타이어에 관한 것이다.

Description

아라미드 코드와 나일론 66과의 하이브리드 코드 및 이를 보강 코드로 사용하는 공기입 타이어{Hybride cord comprised of Aramid cord and Nylon 66, and Pneumatic Tire Using it as a Reinforcing Cord}

본 발명은 특정 꼬임수(twist count)로 보강된 하이브리드 코드를 보강 벨트로 사용하는 승용차용 공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상연(上撚) 꼬임수와 하연(下撚) 꼬임수가 서로 상이한 코드를 보강 벨트에 적용함으로써 고속 내구성과 조종안정성이 향상된 고성능 래디얼 타이어에 관한 것이다.

아라미드 섬유를 타이어 코드사로 적용하는 기술이 타이어 제조업계에 다수 공지되어 있다[참고: 한국 공개특허공보 제2009-0164609호, 제2009-0114131호, 제2010-0006195호 등].

또한, 아라미드 필라멘트와 나일론 필라멘트로 이루어진 하이브리드 코드에 관한 기술도 타이어 업계에 공지되어 있다[참고: 한국 공개특허공보 제1989-0012812호, 제2006-012601호, 일본 공개특허공보 제2009-132324호 등].

일본 공개특허공보 제2009-132324호에는, 두 가닥의 아라미드 필라멘트와 한 가닥의 나일론 46 필라멘트를 하연(下撚)과는 역방향으로 상연(上撚)을 부여하되, 복합섬유 코드의 상연 계수가 1700 내지 2700로 되도록 조정함으로써 고속 내구성과 내플랫 스폿성(flat spot resistance)을 향상시킨 복합섬유 코드가 기재되어 있다.

타이어에 있어서, 벨트는 자동차 주행시 지면으로부터의 응력을 분산시키고, 접지 형상을 유지시켜 주행 성능, 마모 및 제동 성능에 영향을 미치는 매우 중요한 인자(因子)이다. 이러한 인자 중에서, 보강 벨트는 자동차 주행시 스틸 벨트의 유동을 억제하여 타이어의 성능을 유지시키는 역할을 한다.

이러한 보강 벨트에 요구되는 주요 특성으로는 내열 접착력, 수축력, 상온 및 고온에서의 모듈러스 유지율 등을 들 수 있다. 이러한 특성 중에서 내열 접착력은 타이어의 내구성에 가장 큰 영향을 미치는 인자로, 타이어에서 발열이 가장 심한 트레드와 벨트 사이에 위치하는 보강 벨트의 위치 특성상 주행 도중에 고온에 의한 노화(老化)를 크게 받았을 때, 접착력을 일정한 수준으로 유지해야 한다. 수축력은 주행시 온도 상승에 의한 타이어 팽창으로 내구성이 불리해지는 현상을 보강 벨트의 수축으로 예방하는 효과가 있다. 모듈러스는 승차감과 조종안정성에 영향을 미치는 요소이며, 모듈러스가 큰 보강 벨트일수록 외부로부터 전해지는 힘에 의한 스틸 벨트의 형상 변화를 감소시켜 조종안정성이 향상되는 반면, 승차감은 감소하는 특성이 있다.

승용차용 타이어에서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레이온 및 나일론 등을 코드로서 사용하고 있다. PET 코드는 내열 접착력이 불리하며 고온에서의 모듈러스가 크게 저하되어 보강 벨트로 적용하는 데에 어려움이 있다. 레이온은 수축력이 거의 없으며 내피로성이 낮아 스틸 벨트를 지탱하지 못하므로, 타이어에서 사용하는 것은 불가능하다. 마지막으로, 현재 널리 사용되고 있는 나일론의 경우, 나일론 66이 나일론 6에 비하여 내열 접착력이 우수하며 고온에서의 모듈러스 저하율이 낮다는 장점이 있어서 현재 전세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 보강 벨트용 소재라고 할 수 있다. 그러나, 나일론의 특성상 기본적인 모듈러스가 매우 낮기 때문에, 고속 주행으로 인해 타이어의 내부 온도가 상승할 가능성이 큰 고성능 래디얼 타이어에 적용하는 경우, 내구 성능에 불리한 영향을 미친다.

1. 한국 공개특허공보 제2009-0164609호 2. 한국 공개특허공보 제2009-0114131호 3. 한국 공개특허공보 제2010-0006195호 4. 한국 공개특허공보 제1989-0012812호 5. 한국 공개특허공보 제2006-012601호 6. 일본 공개특허공보 제2009-132324호

본 발명의 목적은 아라미드 코드와 나일론 66을 조합한 하이브리드 코드를 적용함으로써 승차감의 변화 없이 고속 내구성과 조종안정성이 향상된 고성능 래디얼 타이어를 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따르는 래디얼 타이어는 탄성율이 서로 상이한 두 하연과 각각의 하연의 꼬임수 차이를 이용함으로써 승차감의 저하 없이 고속 내구성과 조종안정성이 10 내지 15% 향상될 수 있다.

더욱 상세하게는, 하이브리드 코드 제조시 탄성율이 높은 코드에 대하여 탄성율이 낮은 코드의 꼬임수를 낮게 유지하면서 합연함으로써, 저속 주행시에는 탄성율이 상대적으로 낮은 하연 코드의 특성이 나타나도록 하는 한편, 고속 주행시에는 탄성율이 높은 코드의 특성이 나타나도록 한다. 이에 따라 저속 주행에서는 나일론과 같은 피로 성능이 우수한 코드가 적용되어 승차감을 변함없이 유지시키며, 고속 주행에서는 아라미드와 같은 내열 성능이 우수한 코드가 적용되어 타이어 내부의 온도 상승에 따른 타이어 팽창을 억제함으로써 고속 내구성과 조종안정성이 일정 수준 이상으로 향상되도록 하였다.

상기와 같은 본 발명을 보다 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 아라미드 코드와 나일론 66이 합연된 하이브리드 코드를 이용한 승용차용 공기입 타이어에 관한 것이다.

나일론 66은 내열 접착력, 수축력, 저온 및 저하중에서의 탄성율이 우수하기 때문에, 타이어의 보강 벨트용으로 사용되어 타이어의 승차감과 조종 안정성을 유지시키는 역할을 하지만, 이는 저속 및 일반 경제 속도구간에 한해서 효과가 크다고 할 수 있다. 시간이 흐를수록 승용차가 고성능화 되어감에 따라 고속 주행에 따른 타이어 내구 성능의 요구가 커지고 있다. 이러한 이유로 나일론 66만으로는 고속 주행시 타이어의 형태 안정성을 보장할 수 없다. 고온에서의 탄성율을 유지시키기 위해, 아라미드와 같은 고탄성율 물질을 나일론 66과 조합, 사용하여 문제를 해결할 수 있었다. 이때, 아라미드와 나일론 66의 특성을 발휘하기 위해서, 하연의 꼬임수를 각각 상이하게 하였는데, 나일론 66의 경우, 50 내지 200TPM을 적용하는 한편, 아라미드의 경우, 200 내지 500TPM으로 적용하였으며, 상연에서 항상 나일론 66의 꼬임수가 아라미드의 꼬임수보다 낮도록 조정하였다. 신율이 상대적으로 낮은 아라미드의 상연 꼬임수를 나일론 66의 상연 꼬임수보다 낮게 하면, 저속 주행시 나일론의 특성을 구현할 수 없게 된다. 아라미드의 하연 꼬임수가 200TPM 이하로 되도록 하면, 타이어의 피로 성능이 저하되며, 이와는 달리, 아라미드의 하연 꼬임수가 500TPM 이상으로 되도록 하면, 필라멘트 간의 마찰로 인해 강력이 저하되어 타이어의 내구 성능이 떨어지게 된다.

또한, 아라미드 하이브리드 코드는 신율 0.5 내지 1%의 탄성율에 대한 신율 3 내지 5%의 탄성율 비율이 1 이상 10 이하의 범위에 있어야 한다. 탄성율 비율이 1 미만인 경우, 고속 주행시 나일론 특성에 따른 타이어의 형태 안정성이 불량해져서 타이어의 주행 성능이 저하되며, 10을 초과하면, 아라미드 코드의 높은 탄성율 특성으로 인해 타이어의 성형에 불리해지며, 주행시 승차감이 감소하는 단점이 있다[참고: 표 1, 그래프 1].

본 발명에 따르는 공기입 래디얼 타이어에 대한 평가는 래디얼 타이어 본래의 나일론 66 보강 벨트를 아라미드 코드-나일론 66의 하이브리드 코드 보강 벨트로 대체, 적용하여 실시했으며, 보강 벨트의 변경 이외에 설계적인 요소의 변경은 없었다.

본 발명에 따르는 고성능 래디얼 타이어는 아라미드 코드와 나일론 66을 조합한 하이브리드 코드를 보강 벨트로 적용함으로써 승차감의 변화 없이 향상된 고속 내구성과 조종안정성을 나타낸다.

도 1은 아라미드 코드 단독, 아라미드 코드와 나일론 66과의 하이브리드 코드 및 나일론 66 단독에 있어서의 모듈러스와 스트레인(strain) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1
종류	아라미드 1500 D/2 + 나일론 66 1260 D/1	아라미드 1500 D/2 + 나일론 66 1260 D/1	나일론 66 1260 D/2
나일론 66 1260 D/1 하연 연수(TPM; Twist per Meter)	Z 190	Z 190	Z 470
아라미드 1500 D/2 하연 꼬임수(TPM)	Z 270	Z 350	Z 470
상연 꼬임수(TPM)	S 270	S 350	S 470
파단 강도(kgf, 상온)	58.0	56.4	23.8
파단 강도(kgf, 100℃)	56.8	55.1	20.6
내열접착력 H-Test(kgf/9.5mm)	13.1	14.1	12.3
신율 0.5%의 탄성율(GPa)	1.4	1.2	2.4
신율 1.0%의 탄성율(GPa)	2.3	2.0	2.5
신율 3.0%의 탄성율(GPa)	3.1	2.8	1.4
신율 5.0%의 탄성율(GPa)	8.1	7.5	1.3

물성 평가

1) 파단 강도와 파단 신도는 ASTM D885에 따라 측정한다.

2)내열 접착력은 H-Test ASTM D4776에 따라 측정하며, 100℃에서 24시간 동안 노화시킨 후에 접착력을 측정하였다.

상기 표 1의 결과에 있어서, 코드의 신율에 따른 탄성율을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 실시예 1 및 2의 신율 0.5%에서의 탄성율이 비교예 1의 탄성율에 비하여 낮으며, 신율이 0.5%에서 5.0%로 증가할수록 하이브리드 코드의 탄성율이 신율과 비례하면서 증가하는 것을 알 수 있다. 하이브리드 코드의 경우, 꼬임수에 있어서, 상연 꼬임수가 높은 실시예 2의 경우가 낮은 신율에서 나일론 66의 저탄성율 특성을 나타냄을 알 수 있다.

꼬임수 차이가 있는 아라미드 섬유가 혼합된 나일론 66 하이브리드 코드를 상기 표 2에 의거하여 보강 벨트에 적용한 타이어를 제조하였다.

	응용예 1	응용예 2	응용비교예 1
타이어 규격	215/45ZR17	215/45ZR17	215/45ZR17
하이브리드 코드	실시예 1	실시예 2	비교예 1
보강 벨트 수	1	1	1
보강 벨트 형태	전면 커버 (Full Cover)	전면 커버 (Full Cover)	전면 커버 (Full Cover)
코드 배열밀도 (ends/inch)	28	28	28

이렇게 제조한 타이어의 고속 주행 내구성 및 조정안정성 평가와 고속 주행 후 주행 안정성 평가를 다음과 같이 수행하였으며, 그 결과를 다음 표 3에 나타냈다.

1) 고속 주행 내구성 평가

고속 주행 내구성 시험법인 ECE-R30에 의거하여 평가했다.

2) 조종안정성 평가

타이어를 취부한 차량을 조종안정성 변화를 감지할 수 있는 전문적인 테스트 드라이버(Test Driver)가 조정하며, 조종안정성의 정도를 파악한다. 여기에서 초기 조종안정성이란 타이어 취부 초기의 조종안정성을 말하며, 고속 주행 후 조종안정성 평가는 평가용 타이어를 230km/hr의 속력으로 30분 동안 주행한 후에 타이어가 예열된 상태에서의 조종안정성을 말한다.

구분		응용예 1	응용예 2	응용비교예 1
고속 주행 내구성(ECE R30)		110	116	100
조종 안정성	초기	108	111	100
조종 안정성	고속(230km)	123	139	100
타이어 직경 유지율	초기	103	108	100
타이어 직경 유지율	고속(230km)	118	129	100

항목별 인덱스: 100 이하 (저조) < 100 < 100 이상 (우수)

상기 표 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 꼬임수 차이가 있는 아라미드 섬유가 혼합된 나일론 66 하이브리드 코드로 보강된 보강 벨트 코드를 타이어에 적용시킨 응용예 1 및 응용예 2는 고속 주행 내구성과 저속 및 고속 주행에서의 조종안정성이 모두 우수한 반면, 기존의 나일론 66 코드를 보강 벨트 코드로 한 타이어는 고속 주행 내구성과 저속 및 고속 주행에서의 조종안정성이 상대적으로 불리한 결과를 나타냈다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 꼬임수 차이가 있는 아라미드가 혼합된 나일론 66 코드로 보강된 보강 벨트는 승차감의 하락 없이 고속 내구성과 조종안정성이 우수한 결과를 나타낸다.

Claims

신율 0.5 내지 1%의 탄성율에 대한 신율 3 내지 5%의 탄성율 비율이 1 이상 10 이하의 범위에 있음을 특징으로 하는 아라미드 코드-나일론 66의 하이브리드 코드.
청구항 1항에 있어서, 초기 탄성율이 큰 아라미드의 하연 꼬임수가 200 내지 500TPM이며, 초기 탄성율이 작은 나일론 66의 하연 꼬임수가 50 내지 200TPM인 것을 특징으로 하는 아라미드 코드-나일론 66의 하이브리드 코드.
청구항 2항에 있어서, 나일론 66에 대한 아라미드 섬유의 하연 꼬임수 비율이 1보다 큰 것을 특징으로 하는 아라미드 코드-나일론 66의 하이브리드 코드.
청구항 1항에 따르는 아라미드 코드-나일론 66의 하이브리드 코드를 보강 벨트로 적용한 공기입 래디얼 타이어.