KR20180033115A

KR20180033115A - 타이어용 비드 섬유

Info

Publication number: KR20180033115A
Application number: KR1020177007668A
Authority: KR
Inventors: 나오키 이노우에
Original assignee: 케이비 세렌 가부시키가이샤
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-04-02
Also published as: TWI650252B; EP3178977A4; TW201711872A; KR102507317B1; JP6741654B2; EP3178977B1; US10611195B2; WO2017022589A1; CN107075747B; EP3178977A1; US20180134098A1; CN107075747A; JPWO2017022589A1

Abstract

고성능 자전거용 타이어로 하기 위해서 충분한 에어 볼륨을 주입시킬 수 있고, 또, 비드 섬유를 고무로 덮을 때에 비드 섬유를 건조시킬 필요가 없기 때문에 가공성이 뛰어나고, 림벗겨짐 방지에 효과적인 비드 섬유를 제공한다. 본 발명의 타이어용 비드 섬유를 사용하는 것에　의해, 고성능 자전거용 타이어를 얻을 수 있다. 탄성율 800cN/dt 이상의 전방향족 폴리에스테르 섬유를 사용해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어용 비드 섬유이다.

Description

타이어용 비드 섬유{TIRE BEAD FIBER}

본 발명은 자전거용으로 사용하는 뉴매틱(공기가 들어 있는) 타이어용 비드 섬유에 관한 것이다.

주행하는 환경 및 목적에 따라서 자전거용 타이어에 요구되는 성능은 크게 다르다. 예를 들면, 로드바이크 등의 자전거용 타이어에서는 경량성이 중시되고, 에어 볼륨의 증가에 의해 진동 감소를 목적으로 하는 것이 알려져 있다.

로드바이크 등의 자전거용 타이어로서 충분한 에어 볼륨으로 하기 위해서, 림벗겨짐이 발생하기 어려운 것이 필요하다. 로드바이크 등의 자전거용 타이어의 에어 볼륨은 JIS K 6302에 기재된 자전거용 타이어의 림벗겨짐 수압시험에서 1500kPa 이상인 것이 바람직한 것으로 인정되고 있다.

그래서, 자전거용 타이어를 경량화하기 위해서, 자전거용 타이어와 림(limb)의 감합(맞물림) 부분인 비드부에 사용하는 비드 섬유로서 고강도의 유기 섬유를 사용하는 것이 알려져 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에 있어서, 경량 또한 취급이 용이한 비드 섬유로서 고강도의 전방향족 폴리에스테르 섬유를 사용하는 것이 제안되고 있다.

또, 특허문헌 2에서는 비드 섬유로서 TEIJIN LIMITED.의 「TECHNORA」(등록상표), 듀퐁주식회사의 「KEVLAR」(등록상표) 등의 파라계 아라미드 섬유 및 고강력 폴리에틸렌 등을 들 수 있고 있어, 그 중에서도, 파라계 아라미드 섬유가 바람직한 것이 제안되고 있다.

일본 공개특허공보 S64-77640호 일본 공개특허공보 H10-95211호

그렇지만, 고 강도의 섬유를 비드에 채용해도 반드시 충분한 에어 볼륨으로 할 수 있는 것은 아니었다.

또, TECHNORA나 KEVLAR와 같은 파라계 아라미드 섬유는 흡수하고 있는 경우가 있어, 고무로 감싸는 비드 섬유로서 사용하는 경우, 고무 열화의 관점으로부터 예열 히터 등으로 가열한 후 사용하는 등, 흡수율의 관리가 필요했다.

본 발명의 목적은 충분한 에어 볼륨을 주입시킬 수 있고, 또, 비드 섬유를 고무로 감쌀 때의 가공성이 뛰어나고, 림벗겨짐 방지에 효과적인 비드 섬유를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 에어 볼륨과 유기 섬유의 탄성율이 크게 관계되고 있는 것을 찾아내고, 본 발명을 완성했다.

즉, 본 발명의 목적은 탄성율 800cN/dtex 이상의 전방향족 폴리에스테르 섬유를 사용해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 비드 섬유에 의해 달성된다.

또, 본 발명의 타이어용 비드 섬유는 상기 전방향족 폴리에스테르 섬유가 연사(撚絲)로서 사용되고 있는 것이 호적하다.

또, 상기 연사가 제연사(諸撚絲)이고, 상연(上撚)의 꼬임계수가 20 이하, 하연(下撚)의 꼬임계수가 30 이하인 것이 호적하다.

본 발명에 의해, 자전거용 타이어의 에어 볼륨을 효과적으로 증가시킬 수 있고, 비드 섬유를 고무로 감쌀 때에, 비드 섬유를 건조시킬 필요가 없기 때문에 가공성이 뛰어나고, 림벗겨짐 방지에 효과적인 비드 섬유를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 타이어용 비드 섬유를 사용하는 것에　의해, 고성능 자전거용 타이어를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예 자전거용 타이어의 단면을 나타내는 설명도이다.

본 발명에서 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유는 전방향족 폴리에스테르계 폴리머로 형성된다.

상기 전방향족 폴리에스테르계 폴리머는 방향족 디카복시산, 방향족 디올 및/또는 방향족 하이드록시카복시산이나 이것들의 유도체로 이루어지는 것으로, 경우에 따라, 이것들과, 지환족 디카복시산, 지환족 디올, 지방족 디올이나 이것들의 유도체와의 공중합체도 포함된다. 여기에서 방향족 디카복시산으로서는 테레프탈산, 이소프탈산, 4,4’-디카복시디페닐, 2,6-디카복시나프탈렌, 1,2-비스(4-카복시페녹시)에탄 등이나, 이것들의 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 할로겐기의 핵 치환체를 들 수 있다. 방향족 디올로서는 하이드로퀴논, 레조르신, 4,4’-디하이드록시디페닐, 4,4’-디하이드록시벤조페논, 4,4’-디하이드록시디페닐메탄, 4,4’-디하이드록시디페닐에탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 4,4’-디하이드록시디페닐에테르, 4,4’-디하이드록시디페닐설폰, 4,4’-디하이드록시디페닐설피드, 2,6-디하이드록시나프탈렌, 1,5-디하이드록시나프탈렌 등이나 이것들의 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 할로겐기의 핵 치환체를 들 수 있다. 방향족 하이드록시카복시산으로서는, p-하이드록시벤조산, m-하이드록시벤조산, 2-하이드록시나프탈렌-6-카복시산, 1-하이드록시나프탈렌-5-카복시산 등이나 이것들의 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 할로겐기의 핵 치환체를 들 수 있다. 지환족 디카복시산으로서는 트랜스-1,4-디카복시사이클로헥산, 시스-1,4-디카복시사이클로헥산 등이나 이것들의 알킬기, 아릴기, 할로겐기의 핵 치환체를 들 수 있다. 지환족 및 지방족 디올로서는 트랜스-1,4-디하이드록시사이클로헥산, 시스-1,4-디하이드록시사이클로헥산, 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 크실릴렌디올 등을 들 수 있다.

이것들의 조합 중에서, 본 발명에 있어서 바람직한 전방향족 폴리에스테르계 폴리머로서는 예를 들면, (a) p-하이드록시벤조산 잔기 40∼70몰%과 상기 방향족 디카복시산 잔기 15∼30몰%과 방향족 디올 잔기 15∼30몰 %로 이루어지는 코폴리에스테르, (b) 테레프탈산 및/또는 이소프탈산과 클로르하이드로퀴논, 페닐하이드로퀴논, 및/또는 하이드로퀴논으로 이루어지는 코폴리에스테르, (c) p-하이드록시벤조산 잔기 20∼80몰%과 2-하이드록시나프탈렌-6-카복시산 잔기 20∼80몰 %로 이루어지는 코폴리에스테르 등을 들 수 있다.

상기 출발원료를 사용하고, 본 발명에서 사용하는 전방향족 폴리에스테르계 폴리머를 얻기 위해서는, 그대로, 혹은 지방족 또는 방향족 모노카복시산 또는 그것들의 유도체, 지방족 알코올 또는 페놀류 또는 그것들의 유도체 등에 의한 에스테르화에 의해, 중축합 반응을 실시한다. 중축합 반응으로서는 공지의 벌크중합, 용액중합, 현탁중합 등을 채용할 수 있고, 수득된 폴리머는 그대로, 혹은 분체상으로 불활성 기체 중, 또는 감압 하에서 열처리해서 방사용 시료로 한다. 혹은, 한번 압출기에 의해 조립(造粒)해서 사용할 수도 있다.

성분 중에는, 그 강력이 실질적으로 저하되지 않는 범위에서, 다른 폴리머 혹은 첨가제(안료, 카본, 열안정제, 자외선흡수제, 윤활제, 형광 증백제 등)을 포함하고 있을 수도 있다.

본 발명에서의 전방향족 폴리에스테르계 폴리머에는 방사에 적합한 분자량 범위가 존재한다. 이 용융방사 조건에 적합한 분자량에 대응하는 물성값으로서 「유동 개시온도」를 사용한다. 「유동 개시온도」는 Shimadzu Corporation.의 플로테스터 CFT-500을 사용하고, 내경 1mm, 길이 10mm의 노즐로, 압력 100kg/㎠의 상태에서, 방향족 폴리에스테르 시료를 4℃/min으로 승온하고, 시료가 노즐을 통해서 유동하며, 또 4, 800Paㆍs의 겉보기 점도를 제공하는 온도로 정의된다.

본 발명에 있어서, 용융방사에 적합한 전방향족 폴리에스테르계 폴리머의 「유동 개시온도」는 305∼325℃가 호적하다.

본 발명에 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유의 제조는 공지의 용융 압출방법에 의해 실시할 수 있다.

본 발명에 있어서 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유는 탄성율이 800cN/dtex 이상인 것이 필요하다. 탄성율이 800cN/dtex 이상의 섬유를 사용함으로써, 림벗겨짐이 없고, 높은 에어 볼륨을 달성할 수 있다.

또, 탄성율의 상한은 본 발명의 효과를 달성할 수 있으면 특별하게 한정되지 않고, 예를 들면, 1200cN/dtex 이하가 적당하다.

본 발명에 있어서 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유는 본 발명의 목적을 달성할 수 있도록, 필라멘트 수 및 총 섬도는 적당하게 설정할 수 있다.

총 섬도는 바람직하게는 110∼11000dtex, 더 바람직하게는 3300∼9900dtex이다. 또, 멀티필라멘트인 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 있어서 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유의 연신율은 2∼10%가 바람직하고, 강도는 15∼30cN/dtex가 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유는 비드 섬유로서, 원사의 상태로 사용할 수도 있지만, 연사로서 사용하는 것이 바람직하다.

연사로 하는 경우, 꼬임 회수는 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 하기식에 의한 꼬임계수가 100 이하인 것이 바람직하다.

K=T×√D÷100

(꼬임계수: K, 섬도: D(dtex), 꼬임 수: T(T/m))

또, 연사는 편연사(片撚絲)일 수도, 제연사일 수도 있지만, 특히, 제연사로 한 것을 사용하는 것이 호적하다. 자전거용 비드 섬유는 진원도가 요구되고 있고, 그것을 위해서는 어느 정도의 꼬임 수가 필요하지만, 꼬임 수를 올리면 토크가 커지기 때문에, 토크를 감소시키기 위해서는, 제연사로 하는 것이 좋다. 토크가 작으면, 타이어 내에서 비드 섬유(연사)의 물결이 발생하지 않고 호적하다.

제연사로 하는 경우, 상연의 꼬임계수는 20 이하, 하연의 꼬임계수는 30 이하인 것이 바람직하다. 또, 상연의 꼬임계수는 1 이상, 하연의 꼬임계수는 1 이상인 것이 바람직하다.

또, 제연사의 경우, 하연과 상연의 꼬임 수는 상연 회수÷하연 회수가 0.55∼0.85인 것이 바람직하고, 특히 0.7∼0.8인 것이 더 바람직하다.

또, 본 발명에서 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유를 접착성을 가지는 성분으로 처리할 수도 있다.

또, 본 발명에서 사용하는 전방향족 폴리에스테르 섬유에 코팅 등을 실시할 수도 있다.

본 발명의 비드 섬유는 소망하는 자전거용 타이어의 비드로서, 적당하게 통상의 방법에 의해 사용된다. 그 결과, 자전거용 타이어의 에어 볼륨을 효과적으로 증대시킬 수 있고, 고성능 자전거용 타이어를 얻을 수 있다.

실시예

이하에 실시예를 들어서 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예 중의 각 평가는 이하와 같이 실시했다.

1）비드 섬유의 강도, 연신율, 탄성율

JIS L 1013(2010)의 표준시 시험에 준해서, 인장 시험기(Shimadzu Corporation., AGS-500NX)을 사용하고, 시료길이 200mm, 인장속도 200mm/min으로 파단 강 연신율 및 탄성율(초기 인장 저항도)을 산출했다.

2) 폴리머의 흡수율

JIS L 0105에 기재된 공정 수분율

3) 비드 섬유의 가공성

고무로 감쌀 때에 건조가 필요하지 않은 경우 ○, 필요할 경우를 △로 했다.

4) 내수압

JIS K 6302에 기재된 타이어 림벗겨짐 수압시험

5) 마감성

타이어 내에서의 비드 섬유(제사(諸絲))의 상태가, 물결이 없고 특히 양호한 것을 ◎, 양호한 것을 ○, 다소 물결이 있는 것을 △로 했다.

( 실시예 1)

전방향족 폴리에스테르 섬유인 KB SEIREN, LTD.의 「ZXION」 (등록상표), Type-MS, 3300dtex/288f, 단사섬도 11.5dtex, 강도 21cN/dtex, 연신율 3% 및 탄성율 850cN/dtex)로 꼬임 수 20T/m으로 Z방향으로 연사하고, 비드 섬유로 했다.

이 비드 섬유를 타이어 주 방향으로 환상으로, 3바퀴 감아서 환상체를 형성하고, 이 비드 섬유다발인 환상체를 고무로 덮고, 자전거용 타이어(700×23C)를 제작했다. 도 1에 타이어의 단면을 나타낸다.

수득된 자전거용 타이어의 내수압을 평가했다.

그 결과를, 표 1에 함께 나타낸다.

( 실시예 2)

비드 섬유의 꼬임 수를 45T/m로 한 이외는, 실시예 1과 동일하게 해서 타이어를 제작했다.

( 실시예 3)

실시예 1의 비드 섬유를 하연사로 하고, 상연 15T/m으로 S방향으로 3개 제연(諸撚)한 환상체를 고무로 감싸고, 타이어를 제작했다.

( 비교예 1)

KB SEIREN, LTD. 「ZXION」(등록상표) Type-VS, 3300dtex/288f, 단사섬도 11.5dtex, 강도 21cN/dtex, 연신율 3% 및 탄성율 600cN/dtex)을 사용한 이외는, 실시예 1과 동일하게 해서 타이어를 제작했다.

( 비교예 2)

KB SEIREN, LTD. 「ZXION」(등록상표) Type-VS, 3300dtex/672f, 단사섬도 4.9dtex, 강도 21cN/dtex, 연신율 3% 및 탄성율 600cN/dtex)을 사용한 이외는 비교예 1과 동일하게 해서 타이어를 제작했다.

( 비교예 3)

KB SEIREN, LTD. 「ZXION」(등록상표)Type-TS, 3300dtex/672f, 단사섬도 4.9dtex, 강도 28cN/dtex, 연신율 3% 및 탄성율 600cN/dtex)을 사용한 이외는 비교예 1과 동일하게 해서 타이어를 제작했다.

( 비교예 4)

KB SEIREN, LTD. 「ZXION」(등록상표) Type-TS, 3300dtex/672f, 단사섬도 4.9dtex, 강도 28cN/dtex, 연신율 3% 및 탄성율 500cN/dtex)을 사용한 이외는 비교예 1과 동일하게 해서 타이어를 제작했다.

( 비교예 5)

DU PONT-TORAY CO., LTD.의 「KEVLAR」(등록상표), 3300dtex/2040f, 단사섬도 1.6dtex, 강도 21cN/dtex, 연신율 2.4% 및 탄성율 700cN/dtex)을 사용한 이외는 비교예 1과 동일하게 해서 타이어를 제작했다.

(산업상의 이용가능성)

본 발명의 비드 섬유는 자전거용 타이어 등에 호적하게 사용할 수 있는 것이다.

1: 비드 섬유
2: 자전거용 타이어

Claims

탄성율 800cN/dt 이상의 전방향족 폴리에스테르 섬유를 사용해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어용 비드 섬유.
제1 항에 있어서, 상기 전방향족 폴리에스테르 섬유가 연사(撚絲)로서 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 타이어용 비드 섬유.
제2 항에 있어서, 상기 연사가 제연사(諸撚絲)이고, 상연(上撚)의 꼬임계수가 20 이하, 하연(下撚)의 꼬임계수가 30 이하인 것을 특징으로 하는 타이어용 비드 섬유.