KR20140089155A - 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법 - Google Patents

형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사 및 이를 이용한 딥 코드(Dip Cord) 제조에 관한 것으로 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching) 설비와 래디얼아웃플로우 ?칭(ROF Quenching) 설비를 동시에 적용하여, 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 강도가 6.0g/d 이상, E-S 값은 8.5% 이하이고, 딥 코드(Dip Cord)의 강력은 22.5kg 이상, E-S 값이 5.5% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 타이어코드용 폴리에스테르 원사 및 이를 이용한 딥 코드(Dip Cord)는, 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching) 방식에 따라 미연신사 배향도가 상승하고, 최종 원사의 미세구조를 변화시켜 종래 폴리에스테르 고탄성 저수축(High Modulus Low Shinkage, HMLS) 원사 및 딥 코드(Dip Cord) 대비 향상된 형태안정성을 가지는 타이어코드의 제조가 가능한 장점이 있다.

Description

형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법 {Process for preparing polyester fiber having excellent dimensional stability for tire cord}
본 발명은 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching)과 래디얼아웃플로우 ?칭(ROF Quenching)을 동시에 적용하여 미연신사 배향도를 상승시키고, ?칭(Quenching) 방식의 효율을 향상시켜 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명은 미연신사 배향도를 상승시키고 ?칭(Quenching) 방식의 효율을 향상시켜 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법에 관한 것이다.
고강력 폴리에스테르 섬유는 고무보강용 타이어코드, 좌석벨트, 콘베이어벨트, V-벨트 및 호우스(hose)등을 포함하는 산업적인 용도에 다양하게 사용되고 있는바, 특히 타이어의 섬유 보강재로 적용하기 위하여 라텍스 처리 및 열 처리하여 처리코드로 전환시키는 경우 더욱 우수한 형태안정성 및 강도가 요구되고 있다.
미국 특허 제 6,403006 호 및 일본 특허 제 11-302920 호는 고강도 형태안정성을 갖는 우수한 타이어코드용 폴리에스테르의 제조방법이 개시하고 있다.
그 이후 지속적으로 방사속도를 높여 더욱 빠른 고속방사속도하에서 고강력원사를 만들려는 노력이 지속적으로 행하여졌다.
높은 고유점도(I.V.)에서, 좋기로는 고유점도(I.V.) 0.9 ~ 1.2에서 2,000 ~ 3,200m/분의 고속방사속도 범위 내에서는 중합물과 방사온도가 같고, 강력이 동일한 경우에 방사속도가 빠르면 빠를수록 처리코드의 형태안정성(dimensional stability) 및 원사의 강력이용율이 더욱 향상되는 경향을 보인다는 것은 산업용 폴리에스테르사의 제조분야에서는 일반적으로 잘알려진 사실이다.
이것을 이론적으로 고찰해보면 산업용 폴리에스테르사를 제조할 때 방사장력을 증가시켜 미연신사의 배향 및 결정과 결정을 연결해주는 타이체인(tie chain)의 형성을 증가시켜야만 최종 처리코드의 형태안정성(dimensional stability) 및 원사의 강력이용율을 높일 수 있으며, 보다 더 고강도의 처리코드를 얻기 위해서는 이러한 고배향의 미연신사를 가지고 고배율의 연신이 가능하도록 미연신사 필라멘트간의 섬도, 배향도에 대한 균일성을 더욱 향상시켜야한다.
균일한 미연신사를 만드는 방법으로서는 래디얼인아우트플로우 ?칭(Radial In to Out Quenching)이 유리하다는 것은 한국 특허 제 10-0595608 호와 제 10-0456340 호에서 원사의 균제도와 강신도의 균일성을 가지고 잘 설명하고 있다. 그러나, 이 방법은 방사속도가 2,000~3,200m/min이고, 제조된 딥 코드(Dip Cord)의 형태안정성이 6~7.7%로 물성에 있어서 상이함을 보였다.
또한, 한국 특허 제 10-20090135667 호는 결정화도가 높은 미연신사를 제조한 후 이를 별도의 연신장치에서 고연신비로 연신하는 2-Step방법으로 형태안정성이 우수한 폴리에스테르 원사를 제조하는 방법을 나타내었다. 그러나, 결정화도가 높은 미연신사를 제조하기 위하여 3,500m/min 이상의 속도로 제조 후 이를 연신함에 있어 결정화도 상승에 따른 연신성 저하 및 필라멘트 융착 등 해사성 불량으로 원사 제조의 문제점이 있었다.
또한, 폴리에스테르 원사의 태(太)데니어화로 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching) 설비는 냉각 효율이 낮아 미연신 배향이 충분하지 않으므로 고배율 연신에 의해 원사의 수축률 증가 및 형태안정성(E-S)이 저하되며, 원사의 과연신에 의하여 D/C의 강력이용율이 저하되고, 냉각풍 압력 및 온도의 한계가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조를 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면 폴리에스테르 방사시 냉각 장치로 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching)과 래디얼아웃플로우 ?칭(ROF Quenching)을 동시에 사용하는 폴리에스테르 원사의 제조방법에 있어서, 상기 원사의 강도가 6.0g/d 이상, E-S(@9.0kg) 값은 8.5% 이하인 것을 특징으로 하는 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 방사속도가 3,500 내지 4,500m/min 범위이고, 권취속도가 5,500 내지 6,500m/min이며, 권취된 원사의 총연신비가 1.7 이하, 스핀드래프트(Spin draft)는 1,500 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 미연신사의 배향도가 0.195이고, 결정화도가 53.0%이며, 중신이 4.18인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 연신사의 배향도가 0.195이고, 결정화도가 53.0%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리에스테르 원사가 포함된 강력은 22.5kg 이상, E-S 값이 5.5% 이하인 딥 코드(Dip Cord)를 제공한다.
본 발명의 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조는, 방사 속도 3,000m/min 이상으로 태(太)데니어 초고속방사를 통하여 극도로 스핀드래프트(Spin-draft)가 증가함에 따라 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching) 방식의 효율에 한계가 있으므로, 래디얼아웃플로우 ?칭(ROF Quenching) 방식을 동시에 적용하여 미연신사 배향도가 0.195이고, 결정화도가 53.0%이며, 중신이 4.18로 감소하여 ?칭(Quenching) 방식의 효율 높이고, 최종 원사의 미세구조를 변화시켜 종래 폴리에스테르 고탄성 저수축(High Modulus Low Shinkage, HMLS) 원사 및 딥 코드(Dip Cord) 대비 향상된 형태안정성을 가지는 타이어코드를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제조공정 개략도이다.
이하 도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예 등에서 사용된 용어 등은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시한 것에 불과할 뿐 본 발명의 청구범위가 이에 한정되어 해석되어서는 아니됨이 명백하다.
본 발명의 타이어코드의 주재료로 사용되는 폴리에스테르는 에틸렌글리콜 및 테레프탈렌 디카르복실산 또는 이들의 유도체 그리고 하나 또는 그 이상의 에스테르-형성 성분으로부터 유도된 소량의 유니트를 공중합체 유니트로 포함할수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 유니트와 공중합가능한 다른 에스테르 형성 성분의 예는1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올등과 같은 글리콜과, 테레프탈산, 이소프탈산, 헥사하이드로테레프탈산, 스틸벤 디카르복실산, 비벤조산, 아디프산, 세바스산, 아젤라산과 같은 디카르복실산을 포함한다.
도 1을 참조하면, PET 칩은 익스트루드, 기어펌프, 노즐(1) 및 가열장치(2)를 통해 290 내지 310℃의 방사온도로 저온 용융 방사되어 열분해 및 가수분해에 의한 중합체의 점도의 저하가 방지된다.
제조된 용융 방출사는 냉각구역(3,4)을 통과하여 급냉 고화되고, 그리고 필요에 따라 노즐(1)의 바로 아래쪽 냉각구역(3,4) 시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이(L) 구간에 짧은 가열장치(2)가 설치될 수 있다.
후드의 길이(L) 구간은 지연 냉각구역 또는 가열구역이 되고 50 내지 250mm의 길이 및 250 내지 400℃의 온도(공기접촉 표면온도)를 갖는다.
냉각구역(3,4)에서 냉각공기를 불어주는 방법은 방사형 인아웃플로우 ?칭(radial in-outflow quenching)법이 적용된다.
냉각구역(3,4)을 통과하여 고화된 방출사는 유제 공급장치(5)에 의해 0.5 내지 1.0%로 오일링이 되어 미연신사가 된다.
미연신사는 연신롤러(6-10)을 거쳐 스핀드로우(spin draw) 공법으로 연신되어 권취 롤러에서 최종 연신사(11)로 얻어진다.
연신롤러(6-10)에서 권취롤러(11)로 가는 과정에서 인터레이스 노즐에서 공기 교락과정이 수행된다.
<물성 측정 방법>
1) 강신도
Instron 5565(Instron, USA)를 이용하여, ASTM D 885에 따라 표준 상태(20℃, 65% 상대습도)하에서 시료길이 250mm, 인장속도 300mm/분 및 80turns/m의 조건으로 측정하였다.
2) 중간신도
강신도 S-S 커브 상에서 원사는 4.5g/d에 해당하는 하중에서의 신도를 측정하고, 처리 코드는 하중 2.25g/d 에서의 신도를 측정하였다.
3) 수축율
시료를 20℃, 65% 상대습도의 표준 상태하에서 24시간 이상 방치한 후 0.05g/d에 상당하는 중량을 달아 길이(L0)를 측정하고, 무장력 상태하에서 드라이 오븐을 이용하여 150℃하에서 30분간 처리한 다음 꺼내어 4시간 이상 방치한 후, 0.05g/d에 상당하는 하중을 달아 길이(L)를 측정하여 하기 수학식 1에 의해 수축율을 계산하였다.
수학식 1
△S(%) = (L0 - L)/L0 ×100
4) E-S(형태안정성)
처리 코드의 형태안정성은 타이어 측벽 결각화(Side Wall Indentation, SWI) 및 핸들링에 관계되는 물성으로서 주어진 수축율에서의 높은 모듈러스로 정의되고, E2.25(2.25g/d에서의 신장율)+FS(자유수축율)는 서로 다른 열처리과정을 거친 처리 코드에 대한 형태안정성의 척도로서 유용하며 낮을수록 더 우수한 형태안정성을 나타낸다.
실시예 1
본 발명의 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching) 설비와 래디얼아웃플로우 ?칭(ROF Quenching) 설비를 동시에 적용한 방사조건은 아래와 같다.
- 방사속도가 3,500~4,500m/min 범위
- 권취속도가 5,500~6,500m/min 범위
- 권취된 원사의 총연신비가 1.7 이하, 스핀드래프트(Spin draft)는 1,500 이상
상기 방법으로 제조 원사 및 딥 코드(Dip Cord)는 아래의 특성을 나타내었다.
1) 원사 : 강도 6.03g/d, E-S 8.4 %
2) 딥 코드(Dip Cord) : 강력 22.71Kg, E-S 5.2%
비교예 1
본 발명의 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching) 설비를 적용한 방사 조건은 상기 실시예 1과 동일하다.
상기 방법으로 제조 원사 및 딥 코드(Dip Cord)는 아래의 특성을 나타내었다.
1) 원사: 강도 6.05g/d, E-S 8.6%
2) 딥 코드(Dip Cord) : 강력 22.23Kg, E-S 5.6%
비교예 2
본 발명의 래디얼아웃플로우 ?칭(ROF Quenching) 설비를 적용한 방사 조건은 상기 실시예 1과 동일하다.
상기 방법으로 제조 원사 및 딥 코드(Dip Cord)는 아래의 특성을 나타내었다.
1) 원사: 강도 5.86g/d, E-S 8.82%
2) 딥 코드(Dip Cord) : 강력 21.64Kg, E-S 6.0%
이와 같이 제조된 원사 및 딥 코드(Dip Cord)의 물성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.
일반 항목 단위 비교예 1 비교예 2 실시예 1
RIF ROF RIF+ROF





Yarn



 Denier - 2029 2.44 2.54
강력 kg 12.27 11.97 12.39
강도 g/d 6.05 5.86 6.03
중신 %, @9.0kg 6.65 7.02 6.33
절신 % 20.51 20.75 18.014
수축율 %, 177℃×2' 1.9 1.8 2.1
E-S % 8.6 8.82 8.4
배향도 - 0.189 0.183 0.195
밀도 g/cm3 1.3931 1.3925 1.3955
결정화도 % 50.8 50.5 53.0


Dip Cord

 강력 kg 22.23 21.64 22.71
중신 %, @9.0kg 4.46 5.09 4.18
절신 % 23.52 23.05 21.8
수축율 %, 177℃×2' 1.1 0.9 1.0
E-S % 5.6 6.0 5.2
1 : 익스트루더 2 : 노즐
3 : 냉각구역(RIF) 4 : 냉각구역(ROF)
5 : 유제공급장치
6, 7, 8, 9, 10 : 연신롤러
11 : 권취롤러

Claims (4)

  1. 폴리에스테르 방사시 냉각 장치로 래디얼인플로우 ?칭(RIF Quenching)과 래디얼아웃플로우 ?칭(ROF Quenching)을 동시에 사용하는 폴리에스테르 원사의 제조방법에 있어서, 상기 원사의 강도가 6.0g/d 이상, E-S(@9.0kg) 값은 8.5% 이하인 것을 특징으로 하는 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 방사속도가 3,500 내지 4,500m/min 범위이고, 권취속도가 5,500 내지 6,500m/min이며, 권취된 원사의 총연신비가 1.7 이하, 스핀드래프트(Spin draft)는 1,500 이상인 것을 특징으로 하는 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    연신사의 배향도가 0.195이고, 결정화도가 53.0%인 것을 특징으로 하는 타이어코드용 폴리에스테르 원사의 제조방법.
  4. 제 1항의 방법으로 제조된 폴리에스테르 원사가 포함된 강력은 22.5kg 이상, E-S 값이 5.5% 이하인 딥코드.
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