KR20130035909A - 아라미드 섬유 코드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 강도를 가짐과 동시에 우수한 디스크 피로 특성을 가짐으로써 타이어 보강재로 사용될 경우 장시간의 고속 주행으로 인한 물성 저하 및 고무와의 접착력 저하를 최소화할 수 있는 아라미드 섬유 코드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 아라미드 섬유 코드는 아라미드 합연사(cabled yarn); 및 상기 아라미드 합연사의 외표면에 도포된 접착제를 포함하되, 상기 아라미드 합연사 내로의 상기 접착제의 침투율은 3.5 내지 9 %이다.

Description

아라미드 섬유 코드 및 그 제조방법{Aramid Fiber Cord and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 아라미드 섬유 코드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 높은 강도를 가짐과 동시에 우수한 디스크 피로 특성을 가짐으로써 타이어 보강재로 사용될 경우 장시간의 고속 주행으로 인한 물성 저하를 최소화할 수 있는 아라미드 섬유 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
타이어, 컨베이어 밸트, V-밸트, 호스 등의 고무 제품의 보강재로서 섬유 코드, 특히 접착제로 처리된 섬유 코드가 널리 이용되고 있다. 섬유 코드의 재료로는 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유 등이 있다. 최종 고무 제품의 성능을 향상시키는 중요한 방법들 중 하나는 보강재로서 사용되는 섬유 코드의 물성을 향상시키는 것이다.
일반적으로 우수한 신율과 강력을 갖는 나일론 섬유는 고중량의 하중이 가해지는 대형 트럭 및 비포장 도로와 같은 굴곡이 많은 노면을 주행하는 차량의 타이어에 사용된다. 그러나, 나일론 섬유는 낮은 모듈러스를 갖고 있기 때문에 고속으로 주행하는 경주용 차량 및 양호한 승차감이 요구되는 승용차의 타이어에는 적합하지 않다.
폴리에스테르 섬유는 나일론 섬유에 비해 형태 안정성과 가격 경쟁력이 우수하여 타이어 코드 분야에서 그 사용량이 증가하고 있는 추세이지만, 내열성 및 고무와의 접착력이 낮아 고속 주행용 차량의 타이어에는 적합하지 않다.
재생 셀룰로오스 섬유인 레이온 섬유는 고온에서 우수한 강력 유지율과 형태 안정성을 보인다. 그러나 레이온 섬유는 수분에 의한 강력 저하가 심하기 때문에 타이어 제조 시 철저한 수분 관리가 요구되며, 무엇보다도 다른 소재에 비해 가격 대비 강력이 매우 낮다는 문제점이 있다.
한편, 중장비 차량, 경주용 차량, 항공기, 농업용 차량 등 많은 응용에 있어서 타이어 보강용 섬유 코드는 폴리에스테르 섬유 또는 나일론 섬유에 의해 얻을 수 있는 것보다 훨씬 높은 강도와 모듈러스를 가질 것이 요구된다. 이와 같은 높은 강도와 모듈러스를 제공할 수 있는 섬유는 소위 아라미드로 일컬어지는 방향족 폴리아미드 섬유이다.
그러나, 아라미드 섬유는 고유의 높은 모듈러스 특성을 갖기 때문에 이를 이용하여 제조된 섬유 코드는 일반적으로 내피로성 매우 낮다. 이와 같이 낮은 내피로성을 갖는 섬유 코드를 타이어의 보강재로 사용할 경우 아래와 같은 많은 문제가 있다.
통상 자동차의 주행 중에는 마찰에 의해 타이어의 온도가 상승하며, 특히 고속 주행 중에는 고온 고압의 상태가 장시간 유지됨에 따라 타이어 보강용 섬유 코드도 고온 고압의 피로 조건에 노출되게 된다. 이때, 섬유 코드의 내피로성이 낮은 경우에는 반복적인 인장/수축에 의해 물성, 특히 강력이 급격히 저하되고, 이로 인해 타이어의 주행 성능이 크게 저하될 수 있다. 또한 심한 경우에는 주행 중에 타이어가 파열이 될 위험도 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 아라미드 섬유 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 높은 강도를 가짐과 동시에 우수한 내피로성능 및 디스크 피로 특성을 가짐으로써 타이어 보강재로 사용될 경우 장시간의 고속 주행으로 인한 물성 저하를 최소화할 수 있는 아라미드 섬유 코드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 높은 강도를 가짐과 동시에 우수한 내피로성을 및 디스크 피로 특성을 가짐으로써 타이어 보강재로 사용될 경우 장시간의 고속 주행으로 인한 물성 저하를 최소화할 수 있는 아라미드 섬유 코드의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 관점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 관점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 관점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 아라미드 합연사(cabled yarn); 및 상기 아라미드 합연사의 외표면에 도포된 접착제를 포함하되, 상기 아라미드 합연사 내로의 상기 접착제의 침투율은 3.5 내지 9 %인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 아라미드 합연사를 제조하는 단계; 및 상기 아라미드 합연사를 접착제 용액에 디핑(dipping)하는 단계를 포함하되, 상기 아라미드 합연사가 상기 접착제 용액에 디핑될 때 상기 아라미드 합연사에 0.2 내지 5 kg/cord의 장력이 가해지는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드의 제조방법이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의한 아라미드 섬유 코드는, 중장비 차량, 경주용 차량, 항공기, 농업용 차량 등의 타이어 코드에 일반적으로 요구되는 강도 특성을 만족시키면서도 디스크 피로 특성이 우수하다. 따라서, 본 발명의 아라미드 섬유 코드가 타이어의 보강재로 사용될 경우 장시간의 고속 주행으로 인한 물성 저하가 최소화될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예를 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 섬유의 제조 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
아래에서 설명되는 본 발명의 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것에 불과하며 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 '멀티필라멘트' 용어는 방사구금을 통해 방사된 방사 도프가 응고됨으로써 형성되는 모노필라멘트의 다발을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 '단사(single yarn)'는 멀티필라멘트를 어느 한 쪽 방향으로 꼬아서 만든 한 가닥(ply)의 실을 의미하며, 상기 단사의 꼬임을 '하연'이라고 한다.
본 명세서에서 사용되는 '합연사(cabled yarn)'는 2 가닥 이상의 단사들을 어느 한 쪽 방향으로 함께 꼬아서 만든 실을 의미하며, '로 코드(raw cord)'로 지칭되기도 한다. 상기 합연사의 꼬임을 '상연'이라고 한다.
하연은 실(yarn)에 반시계 방향 꼬임(Z-twist)을 부여하고 상연은 실에 시계 방향 꼬임(S-twist)을 부여하는 것이 일반적이다.
본 명세서에서 사용되는 '연수(twist number)'는 1m 당 꼬임의 횟수를 의미하며, 그 단위는 TPM(Twist Per Meter)이다.
본 명세서에서 사용되는 '섬유 코드'는 고무 제품에 바로 체결(embedded)될 수 있도록 접착제를 함유한 합연사를 일반적으로 의미하며, '딥 코드(dipped cord)'로 지칭되기도 한다. 그러나, 경우에 따라서, 합연사로 직물을 제조한 후 이 직물을 접착제 용액에 침지(dipping)시킴으로써 제조되는 접착제가 함침된 직물(adhesive-impregnated fabric)도 본 발명의 '섬유 코드'에 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '합연사 내로의 접착제의 침투율'은 다음의 식으로 정의된다:
P = [(A1 - A2)/A1] × 100 (%)
여기서, P는 합연사 내로의 접착제 침투율이고, A1은 섬유 코드의 길이방향에 수직인 섬유 코드 단면에서 최외곽의 모노필라멘트들을 연결함으로써 형성되는 제1 다각형의 면적이며, A2는 상기 섬유 코드 단면에서 상기 접착제와 오직 부분적으로만 접촉하는 모노필라멘트들을 연결함으로써 형성되는 제2 다각형의 면적임.
본 명세서에서 사용되는 '3% 신율에서의 강력'은 접착제를 함유한 합연사의 인장-하중 그래프에서 신율이 3%일 때의 강력 값을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 '3% 신율에서의 강도'는 상기 '3% 신율에서의 강력'을 아라미드 섬유 코드의 섬도로 나눈 값이다.
이하에서는, 본 발명의 아라미드 섬유 코드의 제조방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 섬유의 제조 시스템을 나타낸다.
먼저, 5.0 내지 7.0의 고유점도(inherent viscosity: I.V.)를 갖는 방향족 폴리아미드 중합체, 예를 들어 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드: PPD-T)를 농황산 용매에 용해시킴으로써 제조된 방사 도프(spinning dope)를 방사구금(spinneret)(100)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어 갭(air gap)을 거쳐 응고조(coagulation bath)(200) 내에서 응고시킴으로써 멀티필라멘트(multifilament)를 형성한다.
방사구금(100)을 통과한 방사물이 응고액을 통과하게 되면 방사물 내의 황산이 제거되면서 멀티필라멘트가 형성되는데, 황산이 방사물 표면으로부터 급격히 제거되면 그 내부에 함유된 황산이 미처 빠져나가기 전에 표면이 먼저 응고되어 멀티필라멘트의 균일도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 방사물 표면으로부터 황산이 급격히 빠져나오는 것을 방지하기 위하여 응고액에 황산을 첨가하는 것이 바람직하다.
이어서, 얻어진 멀티필라멘트에 잔존하는 황산을 제거한다. 방사 도프의 제조에 사용된 황산은 방사물이 응고조(200)를 통과하면서 대부분 제거되기는 하지만 완전히 제거되지 않고 잔존할 수 있다. 또한 방사물로부터 황산이 균일하게 빠져나오게 하기 위하여 응고조(200)의 응고액에 황산을 첨가할 경우, 얻어지는 멀티필라멘트에는 황산이 잔존할 확률이 높다. 멀티필라멘트에 잔존하는 황산은 그 양이 아무리 소량이라 할지라도 아라미드 섬유 특성에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 멀티필라멘트에 잔존하는 황산을 완전히 제거하는 것이 매우 중요하다. 멀티필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 통해 제거될 수 있다.
상기 수세 공정은 다단계로 수행할 수도 있는데, 예를 들면, 황산을 함유한 멀티필라멘트를 0.3 내지 1.3%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)이 담긴 제1 수세조(300)에서 1차 수세하고, 이어서 0.01 내지 0.1%의 더 묽은 가성 수용액이 담긴 제2 수세조(400)에서 2차 수세를 한다. 상기 제1 및 제2 수세조(300, 400) 내에는 제1 및 제2 수세 롤(310, 410)이 각각 설치되어 있어 멀티필라멘트를 이동시킨다.
이어서, 멀티필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조공정이 건조부(500) 에서 수행된다. 건조공정은 건조부(500) 내의 건조 롤(drying roll)(510)에 필라멘트가 닿는 시간을 조절하거나, 상기 건조 롤(510)의 온도를 조절함으로써 필라멘트의 수분 함유량을 조절할 수 있다.
건조된 멀티필라멘트는 다수의 열처리 롤(610)을 포함하는 열처리부(600)에서 열처리됨으로써 아라미드 멀티필라멘트가 완성된다.
본 발명의 아라미드 멀티필라멘트는 10 내지 25 g/d의 강도, 400 내지 750 g/d의 모듈러스, 및 2 내지 6 %의 절단신도를 갖는다. 본 발명의 아라미드 멀티필라멘트는 800 내지 10,000 데니어(denier)의 총섬도를 갖고, 500 내지 1,200 개의 모노필라멘트들로 구성될 수 있다. 상기 모노필라멘트의 단사 섬도는 1 내지 2 데니어인 것이 바람직하다.
위와 같이 제조된 아라미드 멀티필라멘트를 연사기를 이용하여 꼼으로써 아라미드 단사를 제조한다. 이어서, 2 가닥의 아라미드 단사들을 함께 꼼으로써 아라미드 합연사를 제조한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 아라미드 단사는 멀티필라멘트에 제1 연수로 반시계 방향의 꼬임(twist in Z-direction)을 주어 제조되고, 아라미드 합연사는 2 가닥의 아라미드 단사들을 함께 제2 연수로 시계 방향의 꼬임(twist in S-direction)을 주어 제조된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2 연수는 200 내지 600 TPM(Twist Per Meter)이다. 연수가 200 TPM 미만일 경우에는 아라미드 합연사의 강도는 높은 반면 이를 이용하여 제조된 섬유 코드의 절단 신도가 낮아지고 고무와의 접착력이 저하되는 문제가 발생한다. 반면에, 연수가 600 TPM을 초과할 경우에는 이러한 아라미드 합연사를 이용하여 제조된 섬유 코드의 강도가 업계에서 요구되는 정도를 만족하지 못하게 된다.
위와 같이 제조된 아라미드 합연사를 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 용액에 담근다. 이때 1욕 디핑(1-bath dipping) 또는 2욕 디핑(2-bath dipping)을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, RFL 접착제 용액은 1.0 내지 3.0 중량%의 레소시놀, 2.0 내지 4.0 중량%의 포르말린(37%), 0.5 내지 1.5 중량%의 수산화나트륨(10%), 35 내지 55 중량%의 스티렌/부타디엔/비닐피리딘(15/70/15) 고무(41%), 및 물을 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 아라미드 합연사가 상기 접착제 용액에 디핑될 때 상기 아라미드 합연사에 0.2 내지 5 kg/cord의 장력이 가해진다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 장력은 디핑 욕조 내의 전단 롤과 후단 롤 사이의 회전 속도 비를 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
상기 장력이 0.2 kg/cord 미만인 경우에는 상기 합연사 내로의 상기 접착제 침투율이 9%를 초과하게 된다. 이와 같이 상기 합연사 내로의 상기 접착제 침투율이 9 %를 초과하게 될 경우 상기 아라미드 섬유 코드의 강도가 저하될 뿐만 아니라 디스크 피로 특성이 업계에서 요구되는 수준을 만족하지 못하게 된다. 또한 꼬임이 가해진 합연사의 특성에 의해 장력이 0.2 kg/cord 미만일 경우 처짐 현상 등에 의하여 합연사가 롤에서 이탈하는 현상이 발생하여 작업성에 많은 영향을 미치게 된다.
반면에, 상기 장력이 5 kg/cord를 초과하는 경우에는 상기 합연사 내로의 상기 접착제 침투율이 3.5%에 미치지 못하게 된다. 이와 같이 상기 합연사 내로의 상기 접착제 침투율이 3.5%에 미치지 못할 경우에는 고무와의 접착력이 저하된다. 또한 5 kg/cord가 초과되는 높은 장력이 가해지게 되면 합연사 및 섬유 코드에 직접적인 손상이 발생 되거나, 3%의 신율에서의 강도값이 8 g/d를 상회하여 피로 특성에 영향을 미치게 된다. 때문에 이러한 섬유 코드를 이용하여 제조된 타이어의 피로 특성은 업계의 요구를 만족시키지 못하게 된다.
디핑에 의해 RFL 용액을 함유하게 된 아라미드 합연사를 105 내지 200℃에서 10 내지 400초 동안 건조시킨 후 240 내지 280℃에서 10 내지 400초 동안 열처리함으로써 아라미드 섬유 코드를 완성한다. 건조 공정은 아라미드 합연사 내에 존재하는 수분을 제거하기 위한 것이고, 열처리 공정은 아라미드 합연사 내에 함유된 RFL 접착제 용액을 반응시킴으로써 아라미드 섬유 코드에 고무와의 접착력을 부여하기 위한 것이다.
건조 및 열처리 시간 각각이 위 범위보다 짧거나, 건조 및 열처리 온도 각각이 위 범위보다 낮을 경우에는 아라미드 섬유 코드의 고무와의 접착력이 낮아진다. 반대로, 건조 및 열처리 시간 각각이 위 범위보다 길거나, 건조 및 열처리 온도 각각이 위 범위보다 높을 경우에도 과도한 열로 인해 아라미드 섬유 코드의 고무와의 접착력이 낮아질 뿐만 아니라 강도, 내피로도 등의 물성이 저하된다.
위와 같이 제조된 본 발명의 아라미드 섬유 코드의 3% 신율에서의 강도는 6.3 내지 8 g/d이고, 일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 95% 이상이다.
또한, 본 발명의 아라미드 섬유 코드의 경우, 인장, 압축 및 시간 측면에서 상기 JSA의 JIS-L-1017 방법보다 더 가혹한 조건에서 수행되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 80% 이상이다. 따라서, 고성능이 요구되는 타이어의 코드로서 본 발명의 아라미드 섬유 코드가 사용될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.
실시예 1
5.5의 고유점도(I.V.)를 갖는 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드: PPD-T)를 100%의 농황산 용매에 용해시킴으로써 방사 도프를 제조하였다. 방사 도프를 방사구금을 통해 방사한 후 7 mm의 에어 갭을 거쳐 13%의 황산수용액이 담겨져 있는 응고조 내에서 응고시킴으로써 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다.
아라미드 멀티필라멘트로부터 잔존 황산을 제거하기 위하여, 아라미드 멀티필라멘트를 0.5%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)이 담긴 제1 수세조에서 1차 수세하고, 이어서 0.05%의 더 묽은 가성 수용액이 담긴 제2 수세조에서 2차 수세를 하였다.
이어서, 아라미드 멀티필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조 공정을 수행하였고, 건조된 아라미드 멀티필라멘트를 열처리함으로써 최종 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다.
이렇게 얻어진 아라미드 멀티필라멘트를 알마사(Allma Co.)의 고리형 트위스터(Ring type twister)를 이용하여 350 TPM으로 반시계 방향으로 하연함으로써 아라미드 단사를 제조한 후, 2 가닥의 아라미드 단사들을 함께 350 TPM으로 시계 방향으로 상연함 으로써 아라미드 합연사를 제조하였다.
이렇게 제조된 아라미드 합연사를 2.0 중량%의 레소시놀, 3.2 중량%의 포르말린(37%), 1.1 중량%의 수산화나트륨(10%), 43.9 중량%의 스티렌/부타디엔/비닐피리딘(15/70/15) 고무(41%), 및 물을 포함하는 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제 용액에 디핑하였다. 디핑시 아라미드 합연사에 가해지는 장력은 0.5 kg/cord가 되도록 제어되었다.
침지에 의해 RFL 용액을 함유하게 된 아라미드 합연사를 150℃에서 100초 동안 건조시킨 후 240℃에서 100초 동안 열처리함으로써 아라미드 섬유 코드를 완성하였다.
실시예 2 내지 3 및 비교예
아라미드 합연사를 RFL 접착제 용액에 디핑할 때 가해진 장력이 아래의 표 1과 같았다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유 코드들을 제조하였다.
실시예 2 실시예 3 비교예
디핑시 장력의 크기 (kg/cord) 1 2 6
위 실시예 1 내지 3 및 비교예에 의해 얻어진 아라미드 섬유 코드의 접착제 침투율, 3% 신율에서의 강도, 절단 강도, 및 디스크 피로 특성을 다음의 방법으로 각각 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
합연사 내로의 접착제 침투율
상기 아라미드 섬유 코드를 일정한 두께 및 크기를 갖는 금속 형틀에 고정시킨 후, 날카로운 물체로 금속 형틀 밖으로 나온 아라미드 섬유 코드를 그 길이방향에 수직인 방향으로 절단하였다. 이어서, 200배의 배율을 갖는 광학현미경을 이용하여, 상기 섬유 코드의 단면에서 최외곽의 모노필라멘트들을 연결함으로써 형성되는 제1 다각형의 면적, 및 상기 섬유 코드 단면에서 상기 접착제와 오직 부분적으로만 접촉하는 모노필라멘트들을 연결함으로써 형성되는 제2 다각형의 면적을 각각 측정하였다. 이어서, 아래의 식을 이용하여 합연사 내로의 접착제 침투율을 산출하였다:
P = [(A1 - A2)/A1] × 100 (%)
여기서, P는 합연사 내로의 접착제 침투율이고, A1은 섬유 코드의 길이방향에 수직인 섬유 코드 단면에서 최외곽의 모노필라멘트들을 연결함으로써 형성되는 제1 다각형의 면적이며, A2는 상기 섬유 코드 단면에서 상기 접착제와 오직 부분적으로만 접촉하는 모노필라멘트들을 연결함으로써 형성되는 제2 다각형의 면적임.
3% 신율에서의 강도
상기 아라미드 섬유 코드의 강도 측정 시험 방법에 따라 측정된 인장-하중 그래프에서 신율 3%일 때의 강력 값을 읽고, 읽힌 강력 값을 아라미드 섬유 코드의 섬도로 나눔으로써 3% 신율에서의 강도를 구하였다.
절단 강도
ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 시료장에 대하여 300 m/min 인장속도를 가함으로써 아라미드 섬유 코드의 절단 강력(Strength at Break)을 측정하고, 이 측정된 절단 강력을 아라미드 섬유 코드의 섬도로 나눔으로써 절단 강도(g/d)를 구하였다.
디스크 피로 특성
강력(피로 전 강력)이 측정된 아라미드 섬유 코드를 고무에 가류하여 시료를 제조한 후, 일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 디스크 피로 측정기(Disk Fatigue Tester)를 이용하여 80℃에서 2500 rpm의 속도로 회전시키면서 ± 2% 범위 내에서 인장 및 수축을 8시간 동안 반복함으로써 상기 시료에 피로를 가하였다. 또한 가혹 조건에서의 피로 성능을 알아보기 위하여 +3/-10% 범위 내에서 인장 및 수축을 16시간 동안 반복하여 피로를 가하였다. 이어서, 상기 시료로부터 고무를 제거한 후 아라미드 섬유 코드의 피로 후 강력을 측정하였다. 상기 피로 전 강력과 피로 후 강력을 기초로 하여 하기의 식에 의해 정의되는 강력 유지율을 계산하였다.
강력 유지율(%) = 피로 후 강력(kgf) / 피로 전 강력(kgf) × 100
여기서, 피로 전 및 피로 후 강력(kgf)은, ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 시료장에 대하여 300 m/min 인장속도를 가하면서 아라미드 섬유 코드의 절단 강력(Strength at Break)을 측정함으로써 구하였다.
위와 같은 방법에 의해 구한 실시예들 및 비교예의 아라미드 섬유 코드의 강도, 디스크 피로 특성(강력 유지율)은 아래의 표 2와 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
접착제 침투율 (%) 8.5 6.3 4.5 3.2
3% 신율에서의 강도 (g/d) 7.4 7.0 7.7 8.5
절단 강도 (g/d) 17.8 17.8 17.9 18.2
강력 유지율 (%) 97.1 99.5 95.3 94.5
가혹조건에서의 강력 유지율 (%) 89.7 93.2 85.6 56.9
위 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 아라미드 합연사를 RFL 접착제 용액에 디핑할 때 상기 합연사에 가해지는 장력이 5 kg/cord 초과인 비교예의 경우에는 3% 신율에서의 강도값이 8 g/d값을 초과하였으며, 합연사 내로의 접착제 침투율이 3.5% 미만이었다. 그 결과, 접착제 용액의 침투에 의한 강력 저하는 발생하지 않았으나, 디스크 피로 특성 및 가혹 조건에서의 강력 유지율이 업계 요구수준에 미치지 못하였으며, 특히 가혹 조건에서의 디스크 피로 특성에서는 절단된 코드도 발생하였다.
한편, 아라미드 합연사 내로의 접착제 침투율이 아라미드 섬유 코드의 절단 강도에 미치는 영향은 미미함에 반해, '강력 유지율' 및 '가혹조건에서의 강력 유지율'에는 지대한 영향을 미침을 알 수 있다. 특히, 상기 접착제 침투율이 7%를 초과한 경우(실시예 1)와 5% 미만인 경우(실시예 3 및 비교예) 각각에 있어서, 아라미드 섬유 코드들이 98% 이상의 '강력 유지율' 및 90% 이상의 '가혹조건에서의 강력 유지율'을 만족시키지 못함을 알 수 있다. 따라서, 위 실험 결과를 통해, 아라미드 합연사 내로의 접착제 침투율은 5 내지 7 %인 것이 가장 바람직함을 알 수 있었다.
100 : 방사구금 200 : 응고조
300 : 제1 수세조 310 : 제1 수세 롤
400 : 제2 수세조 410 : 제2 수세 롤
500 : 건조부 510 : 건조 롤
600 : 열처리부 610 : 열처리 롤
700 : 와인더

Claims (11)

  1. 아라미드 합연사(cabled yarn); 및
    상기 아라미드 합연사의 외표면에 도포된 접착제를 포함하되,
    상기 아라미드 합연사 내로의 상기 접착제 침투율은 3.5 내지 9 %인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아라미드 섬유 코드의 3% 신율에서의 강도는 6.3 내지 8 g/d인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 95 % 이상인 아라미드 섬유 코드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아라미드 합연사는 제1 연수로 함께 상연된 적어도 2 가닥(plies)의 아라미드 단사들(single yarns)을 포함하고,
    상기 아라미드 단사들 각각은 제2 연수로 하연된 아라미드 멀티필라멘트인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연수 각각은 200 내지 600 TPM인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 아라미드 합연사 내로의 상기 접착제 침투율은 5 내지 7 %인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드.
  8. 아라미드 합연사를 제조하는 단계; 및
    상기 아라미드 합연사를 접착제 용액에 디핑(dipping)하는 단계를 포함하되,
    상기 아라미드 합연사가 상기 접착제 용액에 디핑될 때 상기 아라미드 합연사에 0.2 내지 5 kg/cord 의 장력이 가해지는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 아라미드 합연사 제조 단계는,
    아라미드 멀티필라멘트를 제1 연수로 하연하여 아라미드 단사를 제조하는 단계; 및
    상기 아라미드 단사 2 가닥을 제2 연수로 함께 상연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연수 각각은 200 내지 600 TPM 인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 디핑을 통해 상기 접착제 용액을 함유하게 된 아라미드 합연사를 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 아라미드 합연사를 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 코드의 제조방법.
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