KR20140090307A - 하이브리드 섬유 코드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

기존의 하이브리드 섬유 코드에 비해 그 제조가 간편할 뿐만 아니라 더욱 균일한 물성 및 개선된 강도와 피로 특성을 가짐으로써 초고성능 타이어에 적용 가능한 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 포함하는 하이브리드 섬유 코드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 제1 꼬임수를 갖는 나일론 하연사; 및 제2 꼬임수를 갖는 아라미드 하연사를 포함하되, 상기 제1 꼬임수 및 상기 제2 꼬임수는 동일하고, 상기 나일론 하연사 및 상기 아라미드 하연사는 동일한 구조로 함께 상연되어 있다.

Description

하이브리드 섬유 코드 및 그 제조방법{Hybrid Fiber Cord and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 포함하는 하이브리드 섬유 코드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 기존의 하이브리드 섬유 코드에 비해 그 제조가 간편할 뿐만 아니라 더욱 균일한 물성 및 개선된 강도와 피로 특성을 가짐으로써 초고성능 타이어에 적용 가능한 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 포함하는 하이브리드 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.
자동차의 성능이 향상되고 도로 상황의 개선에 따라 주행속도가 점차 증가하고 있어, 고속 주행 시에도 타이어의 안정성 및 내구성을 유지할 수 있도록 타이어의 고무 보강재로 사용되는 타이어 코드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
타이어 코드는 사용되는 부위 및 역할에 따라 구분되며, 타이어를 전체적으로 지지하는 카카스 부분과, 고속주행에 따른 하중 지지 및 변형을 방지하는 벨트 부분, 벨트 부분의 변형을 방지하는 캡플라이 부분으로 나뉜다. 최근 고속도로 사정이 개선되면서 자동차의 주행속도가 증가하게 됨에 따라 타이어의 벨트 부분이 변형되어 승차감이 저하되는 등의 문제가 발생하고 있어, 상기 벨트 부분의 변형을 방지하기 위한 캡플라이에 대한 중요도가 증가하고 있다.
현재 사용되어지고 있는 캡플라이 소재로는 나일론과 아라미드가 주종을 이루고 있다. 그 중 나일론은 타소재 대비 낮은 가격, 우수한 접착 성능 및 피로후의 접착성능을 보여주고 있기 때문에 대부분의 타이어 규격에서 사용되고 있다. 또한 캡플라이에서 요구되는 고속에서의 벨트 코드지지를 위해 유리한 높은 수축응력을 나타낸다. 그러나 나일론은 모듈러스 부분에 낮은 값을 나타내며, 상온 및 고온에서 변화가 크기 때문에 플랫 스팟과 같은 성능을 나타내어 캡플라이로서의 약점을 가지고 있다.
상기 나일론 외에 캡플라이 소재로 사용되고 있는 아라미드는 나일론에 비하여 낮은 수축응력을 나타내나 우수한 크리프 특성을 보유하고 있고, 매우 높은 모듈러스 특성과 상온 및 고온에서의 모듈러스의 변화량이 적기 때문에 장시간 주차한 경우 타이어가 변형되는 플랫 스팟 현상이 거의 없다. 이러한 아라미드 재질은 타이어의 품질이 매우 중요시되는 고급 타이어에서 주로 사용되고 있으나, 재료 자체의 가격이 매우 높기 때문에 범용적인 타이어에서는 적용이 거의 불가능하다. 또한 아라미드는 높은 모듈러스로 인하여 타이어 성형 및 가류 중 팽창이 매우 어렵기 때문에 일반적인 타이어에 적용하기 어렵고 낮은 절신으로 인하여 낮은 피로 성능 즉, 장기간의 내구성을 확보하기 어려운 단점을 가지고 있다.
이를 보안하기 위하여 나일론과 아라미드를 같이 사용하는 하이브리드 구조가 개발되어 왔으나 나일론과 아라미드의 큰 물성 차이를 고려하여 나일론과 아라미드의 하연 꼬임수들과 그 합연사의 상연 꼬임수가 모두 다른 구조가 대부분 사용되어 왔다. 이를 통하여 타이어 제조 중 팽창 문제와 피로 내구성 문제를 해결할 수 있었지만 모두 다른 꼬임수 사용에 따른 구형 링 연사기 또는 특수 연사기로 낮은 생산성을 갖는 한정된 제조 가능성 및 불안정한 구조에 따른 물성 변동치 증가 및 불량률 상승 등과 같은 문제를 가지고 있어 사용량 확대에 한계점이 발생하였다.
구체적으로 설명하면, 종래의 하이브리드 코드는 상이한 꼬임수를 각각 갖는 나일론 하연사와 아라미드 하연사를 포함할 뿐만 아니라 이들이 함께 상연될 때에도 상이한 꼬임수로 상연되기 때문에 하이브리드 섬유 코드의 전체 물성이 하연의 꼬임수들 및 상연의 꼬임수에 지배적인 영향을 받을 수밖에 없었다.
또한, 도 1에 개략적으로 예시된 바와 같이, 종래의 방법에 의하면 나일론 하연사(11)와 아라미드 하연사(12)가 함께 상연될 때 나일론 하연사(11)를 아라미드 하연사(12)가 커버링하는 형태로 합연사(10)가 제조되었다. 그 결과, 상기 합연사(10)를 접착제 용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리할 때, 상기 합연사(10)와 가이드 및 롤러 사이의 마찰이 심하게 되어 나일론 하연사(11)를 커버링하는 아라미드 하연사(12)가 밀려 루프를 형성하거나, 나일론 하연사(11)의 수축에 의한 형태 불균일이 야기되었다. 이와 같은 루프 형성 및 형태 불균일은 하이브리드 섬유 코드의 물성 불균일 및 제조 불량을 초래하였다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 하이브리드 섬유 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 기존의 하이브리드 섬유 코드에 비해 그 제조가 간편할 뿐만 아니라 더욱 균일한 물성 및 개선된 강도와 피로 특성을 가짐으로써 초고성능 타이어에 적용 가능한 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 포함하는 하이브리드 섬유 코드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 기존의 하이브리드 섬유 코드에 비해 그 제조가 간편할 뿐만 아니라 더욱 균일한 물성 및 개선된 강도와 피로 특성을 가짐으로써 초고성능 타이어에 적용 가능한 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 포함하는 하이브리드 섬유 코드의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술된 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이해될 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 제1 꼬임수를 갖는 나일론 하연사; 및 제2 꼬임수를 갖는 아라미드 하연사를 포함하되, 상기 제1 꼬임수 및 상기 제2 꼬임수는 동일하고, 상기 나일론 하연사 및 상기 아라미드 하연사는 동일한 구조로 함께 상연되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 나일론 필라멘트를 제1 꼬임수로 하연함으로써 나일론 하연사를 제조하는 제1 단계; 아라미드 필라멘트를 제2 꼬임수로 하연함으로써 아라미드 하연사를 제조하는 제2 단계; 및 상기 나일론 하연사 및 상기 아라미드 하연사를 동일한 구조로 함께 상연함으로써 합연사를 제조하는 제3 단계를 포함하되, 상기 제1 꼬임수와 상기 제2 꼬임수는 동일한 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드의 제조방법이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허 청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 나일론 합연사와 아라미드 합연사가 동일한 하연 꼬임수를 갖기 때문에 하이브리드 섬유 코드에 대한 제조공정의 단순화 및 적용기기의 확대를 이룰 수 있다.
또한, 연사 공정시 모듈러스 특성이 다른 나일론 하연사와 아라미드 하연사가 동일한 구조를 갖을 수 있도록 장력을 조절함으로써, 나일론 하연사에 아라미드 하연사가 커버링 형태로 제조되는 것이 아닌, 나일론 하연사와 아라미드 하연사가 동일한 비율로 꼬여진 안정된 구조를 갖도록 할 수 있다. 그 결과, 하이브리드 섬유 코드의 물성 변동치 및 불량률을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 개선된 강도와 피로 특성을 가짐으로써 고속 주행용 타이어의 캡플라이에 효과적으로 적용할 수 있는 하이브리드 섬유 코드가 제공될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 종래의 하이브리드 섬유 코드를 구성하는 합연사의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 하이브리드 섬유 코드를 구성하는 합연사의 모식도이다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
반시계 방향으로 실(yarn) 또는 필라멘트를 꼬는 것을 하연(Z-twist)이라 하고, 시계 방향으로 실 또는 필라멘트를 꼬는 것을 상연(S-twist)이라 한다.
본 명세서에서 사용되는 '단사(single yarn)'는 필라멘트를 어느 한 쪽 방향으로 꼬아서 만든 한 가닥(ply)의 실을 의미하며, 필라멘트가 하연됨으로서 제조되는 단사를 '하연사'라 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 '합연사(cabled yarn)'는 2 가닥 이상의 단사들을 어느 한쪽 방향으로 함께 꼬아서 만든 실을 의미하며, '로 코드(raw cord)'로 지칭되기도 한다.
본 명세서에서 사용되는 '섬유 코드'는 고무 제품에 바로 적용될 수 있도록 접착제를 함유한 합연사를 의미하며, '딥 코드(dipped cord)'로 지칭되기도 한다. 합연사를 짜서 직물을 제조한 후 이 직물을 접착제 용액에 침지(dipping)한 경우의 접착제를 함유한 직물도 '섬유 코드'에 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 '꼬임수(twist number)'는 1m 당 꼬임의 횟수를 의미하며, 그 단위는 TPM(Twist Per Meter)이다.
본 발명은 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 포함하고, 상기 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트가 20:80 내지 80:20의 중량비로 포함된 하이브리드 섬유 코드를 제공한다.
본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트가 각각 동일 꼬임수로 하연된 나일론 하연사와 아라미드 하연사가 함께 상연된 2플라이-합연사, 및 상기 합연사에 코팅된 접착제를 포함한다.
본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 ASTM D885에 의해 측정된 절단강도가 8.0 내지 15.0 g/d고, ASTM D885에 의해 측정된 파단신율이 7 내지 15%를 가지게 되며, 건열 수축율이 1.5 내지 2.5%의 특성을 나타낸다.
또한, 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 동일 조건에서 제조되었을 각 물성의 최소값과 최대값의 차이가 절단강도는 1g/d 이내, 파단신율이 3% 이내의 값을 나타낸다.
또한, 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력유지율이 80%이상이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하이브리드 섬유 코드는 a) Cable Corder와 같이 하연 및 상연을 동시에 수행하는 연사기를 이용하여 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 동일 꼬임수로 하연 및 상연을 동시에 실시하여 합연사를 제조하는 단계, 및 b) 이렇게 제조된 상기 합연사를 접착제 용액에 침지 후 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하이브리드 섬유 코드는 접착력 및 내열 피로 특성이 우수한 나일론 필라멘트 및 아라미드 필라멘트가 혼합된 하이브리드 타입으로, 나일론 필라멘트의 낮은 모듈러스를 아라미드 필라멘트가 보완하고, 아라미드 필라멘트의 낮은 수축력을 나일론 필라멘트가 보완하고, 가격을 낮춰 제품의 경쟁력을 높인다.
본 발명의 하이브리드 섬유 코드가 적용될 수 있는 타이어의 캡플라이는 스틸 와이어 또는 직물 섬유로 구성된 벨트 위에 부착되는 특수 코드지로서, 자동차 주행 성능을 향상시키고 벨트의 이탈현상을 방지하기 위한 것으로, 하이브리드 섬유 코드는 나일론 및 아라미드 필라멘트가 지닌 물성과 같은 재료상의 측면과, 꼬임수 및 합사 순서와 같은 공정상의 측면을 모두 고려하여야 한다.
나일론(Nylon)은 주쇄에 강한 극성을 가지는 아마이드(amide)기를 함유하고, 입체 규칙성 및 대칭성을 가져 결정성(crystalline)을 가진다. 섬유 코드 제조에 사용되는 나일론 필라멘트는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으나 섬유 코드로 사용하기에 적절한 물성, 즉 인장강도가 8 g/d 이상이며, 절단신도가 17 % 이상인 것이 바람직하다. 그러나 상기 조건 미만이면 낮은 강도로 인하여 많은 양의 코드가 사용됨에 따라 이로 인해 타이어 무게가 증가하고, 자동차 주행시의 벨트의 움직임을 충분히 방지하지 못하는 문제가 발생한다. 또한 낮은 절신은 반복적인 타이어의 주행의 피로현상에 의하여 강도손상이 크게 발생하는 문제를 가지고 있다.
사용가능한 나일론 필라멘트는 통상적인 나일론 6, 나일론 66 및 나일론 6.10으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종의 필라멘트가 가능하고, 바람직하기로는 나일론 66를 사용한다.
아라미드(Aramid)는 상기한 나일론계 고분자 중 하나로, 아마이드기를 제외한 모든 주쇄에 페닐 고리가 연결되어 있어 나일론 대비 10 배 이상의 모듈러스를 나타낸다. 아라미드는 페닐 고리의 연결상태에 따라 파라형(p-) 및 메타형(m-)이 있으며, 바람직하기로는 하기 화학식 1로 표시되는 바와 같이 파라형태로 결합된 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)(poly(p-phenylene terephthalate))를 사용한다.
<화학식 1>
Figure pat00001
상기 식에서 n은 아라미드의 분자량에 따라 결정되며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
상기 화학식 1의 구조를 가지는 아라미드 필라멘트는 페닐 고리가 서로 판상으로 적층되어 결정도가 높고, 열에 대한 안정성이 우수하며 모듈러스가 매우 높으며 섬유로 주로 이용된다. 이러한 아라미드 필라멘트 또한 섬유 코드로 사용하기 위해 나일론 필라멘트와 마찬가지로 인장강도가 20 g/d 이상이며, 절단신도가 3.0 % 이상인 것이 바람직하다. 그러나 상기 조건 미만이면 섬유 코드의 역할인 타이어 내부에서의 지지를 충분히 하지 못하고, 이로 인하여 본 발명에서 추구하는 나일론 필라멘트의 낮은 강도를 보상하지 못하게 된다.
본 발명에 따른 하이브리드 섬유 코드의 물성은 이를 구성하는 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트의 혼합비를 조절함으로써 이루어질 수 있으며, 이때 각 필라멘트의 혼합비는 요구하는 물성 수준과 각 필라멘트의 단점을 충분히 보완해줄 수 있는 함량으로 사용된다. 일반적으로 아라미드 필라멘트는 나일론 필라멘트 대비 10배정도의 모듈러스를 가지고 있기 때문에 15% 정도만 투입되더라도 나일론 단일 소재 대비 2~3배 정도의 모듈러스를 가지게 되므로 플랫 스팟 현상을 줄이는데 매우 유용하나 섬유 코드의 물성과 비용을 고려하여 나일론 필라멘트 20 내지 80 중량%와 아라미드 필라멘트 80 내지 20 중량%로 사용한다.
만약 나일론 필라멘트를 과도하게 사용하는 경우 최종 얻어진 하이브리드 섬유 코드가 나일론 필라멘트의 물성을 따르게 되어 플랫 스팟 현상이 발생되고, 아라미드 필라멘트를 과도 사용하게 되면 물성은 향상되나 수축력이 낮아 자동차 주행에 따른 벨트 코드의 움직임을 효과적으로 막을 수 없고 비용이 상승하게 된다.
또한 상기 하이브리드 섬유 코드의 나일론 하연사 및 아라미드 하연사는 동일 꼬임수를 갖는다. 일반적으로 섬유의 꼬임수가 높으면 강력은 저하되나 피로 성능이 증가하고, 이와 반대로 꼬임수가 낮을수록 강력이 증가하는 반면에 피로 성능을 감소한다.
본 발명에 의하면, 도 2에 예시된 바와 같이, 상기 두 종류의 하연사들(110, 120)이 동일한 꼬임수를 가질 뿐만 아니라 도 2에 예시된 바와 같이 서로 동일한 구조를 가짐에 따라 꼬임에 따른 강력 및 피로 성능이 유사한 거동을 나타내며, 이때 적용되는 나일론 하연사(110) 및 아라미드 하연사(120)의 꼬임수는 나일론의 섬도를 기준으로 하여 정해진다.
본 발명에 따른 하이브리드 섬유 코드의 나일론 하연사(110) 및 아라미드 하연사(120)는 300 내지 500 TPM 범위의 동일한 꼬임수를 갖는다. 예를 들어, 나일론 필라멘트의 총섬도가 840 데니어인 경우 나일론 하연사(110) 및 아라미드 하연사(120)의 적절한 꼬임수는 470 TPM(Twist Per Meter)이고, 나일론 필라멘트의 총섬도가 1890 데이어인 경우 나일론 하연사(110) 및 아라미드 하연사(120)의 적절한 꼬임수는 300 TPM이다.
아라미드 필라멘트의 섬도는 나일론 필라멘트와 동일하거나 유사한 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이하에서는 상술한 본 발명의 하이브리드 섬유 코드의 제조방법을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 하이브리드 섬유 코드는, 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트 각각에 대한 하연 공정 및 상기 하연 공정에 의해 제조되는 나일론 하연사(110) 및 아라미드 하연사(120)를 함께 꼬는 상연 공정을 동시에 수행하고, 상기 하연 및 상연 공정에 의해 제조된 합연사(100)를 접착제 용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리하여 제조될 수 있다.
본 발명의 연사공정은, 각각의 필라멘트를 가지고 하연사들 제조한 후 상기 하연사를 함께 상연함으로써 합연사를 제조하는 기존의 연사공정과는 큰 차이를 보인다. 즉, 본 발명에 의하면, 각각의 소재에 대한 꼬임수를 동일하게 부여하기 때문에 Cable Coder와 같이 상하연을 동시에 수행하는 연사기를 이용하여 제조가 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면, 하연과 상연이 동시에 이루어지는 연속식 방법으로 합연사(100)가 제조되기 때문에, 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 각기 다른 연사기를 통하여 하연사를 각각 제조한 후 이들을 함께 상연하는 공정을 거치는 기존의 배치식 방법에 비해 하이브리드 섬유 코드의 생산성이 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 하이브리드 섬유 코드는 상이한 꼬임수를 갖는 나일론 하연사(11)와 아라미드 하연사(12)를 포함할 뿐만 아니라 이들이 함께 상연될 때에도 상이한 꼬임수로 상연되기 때문에 하이브리드 섬유 코드의 전체 물성이 하연의 꼬임수들 및 상연의 꼬임수에 지배적인 영향을 받을 수밖에 없었다. 또한, 나일론 하연사(11)와 아라미드 하연사(12)를 함께 상연할 때 도 1에 예시된 바와 같이 나일론 하연사(11)를 아라미드 하연사(12)가 커버링하는 형태로 합연사(10)가 제조될 수밖에 없었다. 그 결과, 상기 합연사(10)를 접착제 용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리할 때, 상기 합연사(10)와 가이드 및 롤러 사이의 마찰이 심하게 되어 나일론 하연사(11)를 커버링하는 아라미드 하연사(12)가 밀려 루프를 형성하거나, 나일론 하연사(11)의 수축에 의한 형태 불균일이 야기되었다. 이와 같은 루프 형성 및 형태 불균일은 하이브리드 섬유 코드의 물성 불균일 및 제조 불량을 초래하였다.
본 발명에 의하면, 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트가 동일한 꼬임수를 갖기 때문에, i) 하연 및 상연을 동시에 수행함으로써 제조공정의 단순화를 도모할 수 있고, ii) 연사 공정에서 꼬임 불량을 현격히 감소시킬 수 있으며, iii) 나일론 하연사(110) 및 아라미드 하연사(120)가 도 2에 예시된 바와 같이 동일한 구조를 갖도록 함으로써[즉, 합연사(100)가 전체적으로 안정된 구조를 갖도록 함으로써] 종래의 하이브리드 섬유 코드에서 나타나는 루프 형성 및 형태 불균일 등으로 인한 물성 불균일 및 제조 불량을 현격히 감소시킬 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이 나일론 하연사(110) 및 아라미드 하연사(120)가 실질적으로 동일한 구조를 갖도록 하기 위하여, 연사 공정을 수행할 때 모듈러스 특성이 다른 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트에 각각 가해지는 장력을 적절히 조절할 수 있다.
타이어와의 접착성을 향상시키기 위해, 위에서 얻어진 합연사(100)를 접착제 용액에 침지, 통과시키는 단계를 거친 후 건조한 후 열처리하여 본 발명의 하이브리드 섬유 코드를 완성한다.
상기 접착제 용액은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 타이어 코드용 접착제 용액인 RFL 용액(Resorcinol Formaldehyde Latex) 또는 에폭시계 접착 조성액 등을 사용할 수 있다.
상기 침지 공정에 이어서 수행되는 건조 공정의 온도 및 시간은 상기 접착제 용액의 조성에 따라 달라지나, 통상적으로 70 내지 200℃에서 30 내지 120초간 건조 공정이 실시된다.
열처리 공정은 200 내지 250℃에서 30 내지 120초간 실시된다.
이러한 건조 및 열처리 공정들을 통해 이전 단계에서 합연사(100)에 함침된 접착제 용액의 접착제 성분이 합연사 표면에 코팅됨으로써 후속 공정에서 타이어 제조시 사용되는 고무 조성물과의 접착성이 증가된다.
한편, 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 연사공정에서 동일한 꼬임수의 하연과 상연을 부여하지만, 접착제 용액에 침지 후 건조시키는 단계에서 연풀림 현상이 발생하여 하연과 상연에서 15% 이내의 꼬임수 차이가 발생할 수 있다.
위와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 ASTM D885에 의해 측정된 절단강도가 8.0 내지 15.0 g/d고, 파단신율이 7 내지 15%고, 180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/De'에서 측정된 건열 수축율이 1.5 내지 2.5%인 물성을 가진다.
또한, 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 동일 조건에서 제조되었을 각 물성의 최소값과 최대값의 차이가 절단강도는 1g/d 이내, 파단신율이 3% 이내의 값을 나타낸다.
또한, 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력유지율이 80%이상이다.
상기 하이브리드 섬유 코드는 특히 캡플라이에 바람직하게 적용되어 자동차 고속 주행시 발생하는 타이어 벨트 부분의 변형을 충분히 방지하여 종래 나일론계 섬유 코드를 채용한 타이어에서 발생하는 플랫 스팟 현상을 효과적으로 개선할 수 있다.
또한 상기 하이브리드 섬유 코드는 우수한 물성을 가지는 고가의 아라미드와 저가의 나일론 필라멘트를 혼합 사용함으로써 종래 아라미드 필라멘트 단일 재료로 제조된 섬유 코드 대비 비용이 저렴하고, 공정 중 불량률이 저감되어 생산성을 향상시킬 수 있어 제품으로써의 경쟁력이 증가된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1260De'의 나일론 필라멘트와 1500De'의 아라미드 필라멘트를 Cable Corder 연사기를 이용하여 하연을 반시계 방향, 상연을 시계방향으로 하연과 상연을 동시에 각각 수행하여 하이브리드 합연사를 제조하였다. 이때 300 TPM의 꼬임수가 설정되었다.
이렇게 제조된 하이브리드 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 하이브리드 합연사에 가해지는 장력은 0.5 kg/cord가 되도록 제어되었다.
침지에 의해 RFL 용액을 함유하게 된 하이브리드 합연사를 150℃에서 100초 동안 건조시킨 후 240℃에서 100초 동안 열처리함으로써 하이브리드 섬유 코드를 완성하였다.
실시예 2
840De'의 나일론 필라멘트와 1000De'의 아라미드 필라멘트를 사용하였으며, 상대적으로 낮은 섬도를 만회하기 위하여 상대적으로 높은 꼬임수인 350 TPM의 꼬임수를 설정하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 섬유 코드를 제조하였다.
실시예 3
350 TPM의 꼬임수를 설정하였다는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 섬유 코드를 제조하였다.
비교예
나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 각각 300TPM 및 400TPM으로 하연하여 나일론 하연사 및 아라미드 하연사를 제조한 후, Ring-Twister를 사용하여 상연 공정을 수행함으로써 아라미드 하연사가 나일론 하연사를 커버링하는 형태의 합연사를 제조하였다는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 섬유 코드를 제조하였다.
위 실시예들 및 비교예에 의해 얻어진 하이브리드 섬유 코드들의 절단강도 및 그 비균일성, 파단신율 및 그 비균일성, 건열수축율, 및 디스크 피로 특성을 다음의 방법들로 각각 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
절단강도 및 그 비균일성 & 파단신율 및 그 비균일성
ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 샘플 10개에 대하여 300 m/min 인장속도를 가함으로써 하이브리드 섬유 코드의 절단 강력(Strength at Break) 및 파단신율을 각각 측정하였다. 이어서, 각 샘플의 절단 강력을 하이브리드 섬유 코드의 전체 섬도로 나눔으로써 각 샘플의 절단강도(g/d)를 구하였다. 이어서, 10개 샘플들의 절단강도 및 파단신율의 평균치를 각각 산출함으로써 하이브리드 섬유 코드의 절단강도 및 파단신율을 얻었다.
한편, 10개 샘플들의 절단강도 중 최대치와 최소치의 차이를 산출하고, 상기 샘플들의 파단신율 중 최대치와 최소치의 차이를 산출함으로써, 하이브리드 섬유 코드의 절단강도의 비균일성 및 파단신율의 비균일성을 구하였다.
건열수축율(%, shrinkage )
온도 25℃, 상대습도 65%의 분위기 조건하에서 24시간 이상 방치 후에 테스트라이트(Testrite) 기기를 사용하여 180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/De 하중 하에서 측정하였다.
디스크 피로 특성
강력(피로 전 강력)이 측정된 하이브리드 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. 이어서, 상기 시료로부터 고무를 제거한 후 하이브리드 섬유 코드의 피로 후 강력을 측정하였다. 상기 피로 전 강력과 피로 후 강력을 기초로 하여 하기의 계산식 1에 의해 정의되는 강력 유지율을 계산하였다.
<계산식 1>
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 하이브리드 섬유 코드의 절단 강력(Strength at Break)을 측정함으로써 구하였다.

실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
나일론 1260De
아라미드 1500De
나일론 840De
아라미드 1000De
나일론 1260De
아라미드 1500De
나일론 1260De
아라미드 1500De
꼬임수
(TPM)
300 350 350 300/400
절단강도
(g/d)
13.4 13.2 11.7 8.7
절단강도
비균일성(g/d)
0.3 0.2 0.2 3.1
파단신율
(%)
11.5 11 13.3 12.1
파단신율
비균일성(%)
1.6 1.2 1.8 5.1
건열 수축율(%) 2.1 1.9 2.2 0.1
강도 유지율(%) 93.2 94.3 91.7 72.4
비교예의 경우, 하이브리드 섬유 코드에서 루프 및 형태 불균일이 발생하였으며, 전반적인 물성이 실시예들보다 떨어지는 경향을 나타내었다. 이는 강력을 담당하는 아라미드 필라멘트의 손상 및 형태 이상에 의해 강력 차이가 심하게 발생함을 알 수 있으며, 나일론을 커버링하고 있는 아라미드의 형태가 불균일함에 따라 신율 역시 편차가 심하게 발생함을 알 수 있다. 또한 불균일한 물성에 의해 피로 시험 시 고무 조성물 내에서 각기 다른 외력을 받기 때문에 강도 유지율도 실시예들에 비하여 떨어지는 경향을 나타내었다.
10, 100: 합연사 11, 110: 나일론 하연사
12, 120: 아라미드 하연사

Claims (9)

  1. 제1 꼬임수를 갖는 나일론 하연사; 및
    제2 꼬임수를 갖는 아라미드 하연사를 포함하되,
    상기 제1 꼬임수 및 상기 제2 꼬임수는 동일하고,
    상기 나일론 하연사 및 상기 아라미드 하연사는 동일한 구조로 함께 상연되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 꼬임수는 300 내지 500 TPM인 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사의 중량비는 20:80 내지 80:20인 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드.
  4. 제1항에 있어서,
    ASTM D885에 의해 측정된 절단강도 및 파단신율이 각각 8.0 내지 15.0 g/d 및 7 내지 15%이고,
    일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 80 % 이상인 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드.
  5. 제4항에 있어서,
    건열 수축율이 1.5 내지 2.5%를 갖는 하이브리드 섬유 코드.
  6. 나일론 필라멘트를 제1 꼬임수로 하연함으로써 나일론 하연사를 제조하는 제1 단계;
    아라미드 필라멘트를 제2 꼬임수로 하연함으로써 아라미드 하연사를 제조하는 제2 단계; 및
    상기 나일론 하연사 및 상기 아라미드 하연사를 동일한 구조로 함께 상연함으로써 합연사를 제조하는 제3 단계를 포함하되,
    상기 제1 꼬임수와 상기 제2 꼬임수는 동일한 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 단계들은 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 합연사를 접착제 용액에 침지시키는 단계;
    상기 침지 공정에 의해 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 합연사를 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접착제 용액은 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 섬유 코드의 제조방법.
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