KR20190049045A - 강성을 낮춘 폴리에스터 타이어코드를 적용한 래디얼 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드로 제조된 캡 플라이를 가진 래디얼 타이어에 관한 것이다. 한 쌍의 평행한 비드코어; 비드코어 주위에 감기는 적어도 하나의 래디얼 카카스 플라이; 카카스 플라이 외주에 적층된 캡플라이 층; 및 캡플라이 층의 외주에 형성된 원주방향의 캡플라이 보강층;을 포함하는 래디얼 타이어에 있어서, 상기 캡플라이는 폴리에틸렌테레프탈레이트 사로 제조된 500 내지 2000데니어 원사를 1ply 또는 2ply 형태로 사용하여 제조된 딥 코드를 포함하고, 그 중 1000d/2 딥 코드는, 꼬임수 200 내지 400TPM이고, 160 내지 240℃에서 2욕 딥핑 되는 것을 특징으로 한다.

Description

강성을 낮춘 폴리에스터 타이어코드를 적용한 래디얼 타이어 {Low stiffness polyester tire cords and their use in radial tire}

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드로 제조된 캡 플라이를 가진 래디얼 타이어에 관한 것이다.

최근 들어 도로 환경의 개선과 차량의 성능 향상에 따라 타이어의 성능은 계속적으로 개선되고 있다. 특히 차량의 무게 증가 및 한계속도의 상승에 따라 안전성이 중요한 타이어의 품질 요소로 인식되고 있다. 이러한 타이어 안전성 증가 요구 추세에 맞추어 타이어의 안전 기준 또한 변화되고 있는 추세에 있으며, 타이어 업계에서도 타이어의 안전성을 부여하기 위한 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

승용차용 타이어에 캡 플라이를 설치하는 것은 타이어의 안전성을 위한 것으로 최근에 이러한 캡 플라이를 가진 타이어가 일반화가 되고 있는 실정이다. 캡 플라이는 타이어 트레드 부분 및 벨트보강용 스틸코드 층 사이에 타이어의 원주 방향으로 끊어짐이 없이 연속적으로 감기게 되어 타이어의 형태안정성을 유지하는 역할을 하는 부품을 말한다. 이러한 캡 플라이는 특히 고온에서 열수축력을 가지는 물질로 보강되는 것이 일반적이다. 차량이 주행하는 경우, 타이어 코드의 축 방향으로 하중이 걸리게 되고, 이러한 하중에 의하여 타이어 코드가 축 방향으로 변형과 회복이 반복된다. 이러한 변형-회복에 있어서 변형시와 회복시의 인장-하중 곡선이 서로 곡선을 따라 발생하게 되고 인장 하중에 의한 변형과 하중이 제거되면서 나타나는 회복곡선의 차이에 의하여 타이어 코드 자체의 일 손실이 발생하게 된다. 이러한 일 손실은 타이어 및 타이어 코드의 온도 상승에 기여하게 되고 그리고 이러한 일 손실에 의하여 타이어는 회전하면서 에너지 손실을 가지게 되어 주행 중 에너지 손실이 발생한다. 이러한 에너지 손실은 차량의 회전 저항을 가져오게 되어 일반적으로 에너지 손실이 많은 특성을 가진 소재를 사용하는 경우, 타이어의 회전 저항 상승에 따른 차량의 연비 증가와 주행에 따른 타이어의 온도 상승을 가져오게 된다. 캡 플라이 소재의 역할은 차량 주행에 의하여 타이어의 온도가 상승하는 경우, 캡 플라이가 수축함으로써 타이어의 크기가 주행 중 커지는 것을 막는 것이다. 이러한 경우 타이어의 크기가 커지지 않기 때문에 타이어 회전 관성의 증가가 방지되어 결과적으로 에너지 소비의 감소와 함께 타이어의 발열을 억제함으로써 피로수명의 증가와 내구성의 증가를 가져올 수 있다.

일반적으로 캡 플라이 재료로 가장 널리 쓰이는 물질은 나일론 66으로 나일론 66의 높은 수축력으로 인한 것이다. 캡 플라이가 보강되는 부분은 타이어에서 주행 중 온도가 가장 높은 부분으로 알려져 있다. 그러므로 열수축력 이외에도 내열성을 가진 소재가 사용되어야 하고 또한 열에 의한 접착력 저하가 작은 물질이 사용되어야 한다. 이러한 특성을 가진 물질로 타이어 코드에 사용되고 있는 소재가 나일론 66이다.

그 외 캡 플라이의 소재로 사용될 수 있는 것은 아라미드가 있다. 아라미드는 나일론 66과 다른 특징을 지닌다. 아라미드 섬유는 방향족 폴리아미드 섬유로 벤젠 고리를 반복단위 안에 가지고 있는 폴리아미드 섬유이다. 고온에서도 안정된 물성을 나타내는 소재로 타이어 캡 플라이에 적용되는 경우, 고온에서의 수축력 발현을 기대하기는 어렵지만 고온에서도 물성저하가 극히 적기 때문에 변형이 억제되어 나일론 캡 플라이를 적용한 결과와 유사한 특징을 나타낸다. 따라서 이러한 아라미드 섬유의 사용도 증가하고 있지만 아라미드 섬유의 경우 내피로성이 낮은 문제점이 있고 동시에 가격이 매우 고가이기 때문에 비용 문제가 발생한다.

PET와 같은 기타 소재를 이용하여 캡 플라이에 적용하기 위한 연구도 진행 중에 있으나, 이러한 소재들은 열에 약하고, 특히 열에 의한 접착력 저하가 크기 때문에 캡 플라이에 적용되기 어려운 부분이 있다. 열에 의한 접착력 저하를 방지하기 위하여 딥 코드 제조시 2욕 딥핑을 하게 되면 코드의 강성은 올라가나 딥핑시 고온에서의 열처리 때문에 내피로도가 낮아지는 문제가 발생한다.

본 발명의 종래 래디얼 타이어의 캡 플라이의 소재가 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사로 제조된 딥 코드가 적용된 캡플라이 층을 가진 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 래디얼 타이어는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 단점인 고무와의 접착력 및 내피로성이 개선된 뛰어난 물성을 가지고 그리고 향상된 고온 물성을 나타낸다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 한 쌍의 평행한 비드코어; 비드코어 주위에 감기는 적어도 하나의 래디얼 카카스 플라이; 카카스 플라이 외주에 적층된 캡플라이 층; 및 캡플라이 층의 외주에 형성된 원주방향의 캡플라이 보강층;을 포함하는 래디얼 타이어에 있어서, 상기 캡플라이는 폴리에틸렌테레프탈레이트 사로 제조된 500 내지 2000데니어 원사를 1플라이(ply) 또는 2플라이(ply) 형태로 사용하여 제조된 딥 코드를 포함하고, 그 중 1000d/2 딥 코드는, 꼬임수 200 내지 400TPM이고, 160 내지 240℃에서 2욕 딥핑 되는 것이다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 딥 코드는 자동강성 1.3 내지 2.0g/d, ASTM 20 내지 28cN의 물성을 가지고, 내피로도는 80% 이상인 것이다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 캡플라이는 1층 또는 2층으로 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 캡플라이를 포함하는 런 플렛 타이어가 제공된다.

본 발명의 폴리에틸렌테레프탈레이트 사로 제조된 딥 코드는 종래의 고무와의 접착력이 낮다는 단점을 극복할 수 있고, 이 사로부터 형성된 딥 코드는 접착력 및 내피로도가 우수하여 타이어 및 벨트 등의 고무제품의 보강재로서 또는 기타 산업적 용도로서 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 승용차용 래디얼 타이어의 캡플라이 층에 본 발명의 폴리에틸렌테레프탈레이트 사로 제조된 딥 코드를 적용함으로써 고무와의 접착력을 향상시킬 수 있고 타이어의 내구성, 승차감 및 조종안정성 등에 대해 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 사의 방사 및 연신 공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 딥 코드를 캡플라이층에 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

본 발명에 따른 래디얼 타이어를 위한 캡플라이 코드는 아래와 같은 공정을 통하여 제조된다.

캡플라이층용 코드를 제조하기 위한 전단계로 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트가 제조된다.

먼저, 고유점도가 0.9 내지 1.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융하여 노즐을 통과시키면서 압출하여 방출사를 제조한다.

여기서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합물은 최소한 85몰%의 에틸렌테레프탈레이트 단위를 함유할 수 있지만, 선택적으로 에틸렌테레프탈레이트 단위만을 포함할 수 있다.

선택적으로 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 에틸렌글리콜 및 테레프탈렌 디카르복실산 또는 이들의 유도체 그리고 하나 또는 그 이상의 에스테르-형성 성분으로부터 유도된 소량의 단위를 공중합체 단위로 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위와 공중합 가능한 다른 에스테르 형성 성분의 예는 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 등과 같은 글리콜과, 테레프탈산, 이소프탈산, 헥사하이드로테레프탈산, 스틸벤 디카르복실산, 비벤조산, 아디프산, 세바스산, 아젤라산과 같은 디카르복실산을 포함한다.

제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩에 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜 원료가 2.0 내지 2.3의 비율로 용융 혼합되고, 용융혼합물은 에스테르 교환반응 및 축-중합반응이 되어 로우 칩(raw chip)으로 형성된다. 이후, 상기 로우 칩은 240 내지 260℃의 온도 및 진공 하에서 0.9 내지 1.2의 고유점도를 갖도록 고상중합이 된다.

이때, 로우 칩의 고유점도가 0.9 미만일 경우, 최종 연신사의 고유점도가 낮아져 열처리 후 처리 코드로서 강도를 발휘할 수 없게 되며, 칩의 고유점도가 1.2를 초과할 경우에는 방사장력이 지나치게 증가하고 방출사의 단면이 불균일해져 연신 중 필라멘트 컷이 많이 발생하여 연신 작업성이 불량해진다.

또한, 선택적으로 축중합 반응 과정에서 중합촉매로 안티몬 화합물, 바람직하게는 삼산화안티몬이 최종 중합체 중의 안티몬 금속 잔존 양이 180 내지 300ppm이 되도록 첨가될 수 있다. 잔존 양이 180ppm 미만일 경우에 중합반응 속도가 느려져 중합효율이 저하되며, 잔존 양이 300ppm을 초과할 경우에는 필요 이상의 안티몬 금속이 이물질로 작용하여 방사 연신 작업성이 저하될 수 있다.

상기와 같은 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융하여 노즐을 통과시키면서 압출하여 방출사를 제조하게 된다.

이때, 상기 노즐의 직경은 0.8~1.4mm인 것이 바람직하다.

이후, 상기 방출사를 냉각구역을 통과시켜 급냉 고화시키게 된다. 이때, 필요에 따라 노즐 직하에서 냉각구역 시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이(L) 구간에 어느 정도 길이의 가열장치를 설치한다.

이 구역을 지연 냉각구역 또는 가열구역이라 하는데, 이 구역은 50 내지 300mm의 길이 및 250 내지 400℃의 온도(공기 접촉 표면온도)를 갖는다.

상기 냉각구역에서는 냉각공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circular closed quenching)법, 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법 및 방사형 인플로우 냉각(radial in flow quenching)법 등을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 상기 냉각구역 내에 급냉각을 위하여 주입되는 냉각 공기의 온도는 20 내지 50℃로 조절된다. 이와 같은 후드와 냉각구역 사이의 급격한 온도 차이를 이용한 급냉각은 방사된 중합체의 고화점 및 방사 장력을 높여 미연신사의 배향 및 결정과 결정 사이의 연결 사슬의 형성을 증가시키기 위함이다.

이후, 냉각구역을 통과하면서 고화된 방출사를 단사간 마찰계수를 줄임과 동시에 연신성, 열효율이 우수한 유제를 적용한 제1 방사유제 공급 장치에 의해 방출사에 대해 0.5 내지 1.2중량%로 오일링할 수 있다. 본 발명에서는 제 1 방사유제 부여 장치에서는 에멀젼 타입의 유제가 적용되는 것이 특징이다.

상기 오일링된 방출사를 방사하여 미연신사를 형성한다.

여기서 상기 미연신사의 배향도는 0.06 내지 0.60인 것이 바람직한데, 미연신사의 배향도가 0.06 미만이면 원사의 미세구조에서 결정화도 및 결정의 치밀성을 증대할 수 없고, 0.60 초과하면 연신작업성이 저하되므로 바람직하지 못하다.

이후, 상기 미연신사를 연신 고뎃 롤러를 통과시켜 다단 연신하여 원사를 제조한다.

본 발명에서는 연신 고뎃 롤러를 5단으로 적용한 설비를 이용하여 연신이 진행된다.

도 1을 참조하면, PET 칩은 익스트루더(1), 기어펌프(2), 노즐(3) 및 가열장치(4)를 통해 290 내지 310℃의 방사온도로 저온 용융 방사되어 열분해 및 가수분해에 의한 중합체의 점도의 저하가 방지된다.

제조된 용융 방출사는 냉각구역(5)을 통과하여 급냉 고화되고, 그리고 필요에 따라 노즐(2)의 바로 아래쪽 냉각구역(5) 시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이(L) 구간에 짧은 가열장치(미도시)가 설치될 수 있다.

후드의 길이(L) 구간은 지연 냉각구역 또는 가열구역이 되고 그리고 50 내지 300mm의 길이 및 250 내지 400℃의 온도(공기접촉 표면온도)를 갖는다.

냉각구역(5)에서 냉각공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circularclosed quenching)법 및 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법이 적용될 수 있지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 냉각 효율 향상을 위해 냉각온도를 기존 20℃에서 10 내지 15℃로 다운시키기 위해 외부에서 추가로 A/C(에어 컨디셔너)에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다. 냉각온도는 바람직하게는 14℃이다.

냉각구역(5)을 통과하여 고화된 방출사는 유제 공급장치(12)에 의해 0.5 내지 1.0%로 오일링이 되어 미연신사가 된다. 유제 공급장치(12)는 연신 고뎃 롤러 1(6) 및 연신 고뎃 롤러 4(9) 이전에 이단으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

첫 번째 연신 고뎃 롤러를 통과한 사를 스핀드로(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러를 통과시키면서 연신시킴으로써 원사를 형성하게 된다. 연신 고뎃 롤러 1에서는 그 속도를 2,000~3,500m/min의 범위로 설정한다.

연신 공정에서 미연신사는 다단 연신될 수 있으며, 각각의 연신 롤러 온도는 미연신사의 유리전이온도보다 낮은 혹은 같을 수 있으나 95℃보다 낮은 온도이며, 마지막 연신 롤러 온도는 200 내지 250℃인 것이 바람직하다.

상기 마지막 연신 롤러 온도가 200℃ 미만이면 연신 공정에서 결정화도 및 결정의 크기가 증가하지 못하여 원사의 강도와 열적 안정성을 발현하지 못하여 고온에서 형태안정성이 저하되며, 상기 마지막 연신 롤러 온도가 250℃를 초과하면 융점에 너무 근접하여 오히려 결정이 분해되는 등 원사의 미세구조가 불균일해져서 원사의 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명에서는 연신 고뎃 롤러 1에서는 그 속도를 2,000~3,500m/min의 범위로 설정하는데 특징이 있다.

이후, 연신 고뎃 롤러 5에서는 5,000~6,000m/min로 권취하고, 연신 고뎃 롤러 4 및 5에서의 온도는 240 내지 250℃이 되는 것이 특징이다.

또한, 상기와 같이 권취로 형성된 원사의 총연신비가 2.0 이하인 것이 바람직하다. 연신비가 2.0을 초과할 경우에는 배향된 비경정부의 결정화가 증대하여 연신작업성이 저하되고 사절이 발생하며 원사의 미세구조에서 비결정부의 분자사슬이 끊어져 분자사슬의 균일성이 저하되어 오히려 강력이용률이 감소할 수 있어 바람직하지 못하다.

또한 연신 고뎃 롤러 4단 및 5단에서는 온도를 240 내지 250℃의 범위로 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 래디얼 타이어의 제조를 위하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트사를 이용하여 딥 코드가 제조되어야 한다. 그리고 딥 코드 제조의 전단계로서 코드에 연을 부여하는 단계(연사공정)를 필요로 한다.

본 발명에서는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 사를 이용하여 딥 코드를 제조하는데 있어서, 딥 코드 제조의 전단계로서 코드에 꼬임을 부여하여 생코드를 제조하는 단계(연사공정)를 거치게 된다.

상기 연사는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사에 하연(ply twist)을 가한 후에 상연(cable twist)을 가하여 합연함으로써 제조되며, 일반적으로 상연과 하연은 같은 연수(꼬임의 수준) 혹은 필요에 따라서 다른 연수를 가하게 된다.

본 발명에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드의 연수는 상/하연이 같은 수치로 200/200 TPM(Twist Per Meter) 내지 400/400 TPM으로 하게 된다. 상연과 하연을 같은 수치로 하게 될 경우, 제조된 딥 코드가 회전이나 꼬임 등을 나타내지 않고 일직선상을 유지하기 쉽도록 하여 물성 발현을 최대로 할 수 있게 된다. 이때, 상/하연의 연수가 200/200 TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 400/400 TPM을 초과할 경우에는 강력 저하가 커서 타이어 코드용으로 적절하지 않다.

제조된 '생코드 (Raw Cord)'는 제직기(weaving machine)를 사용하여 직물로 제직되고 그리고 수득된 직물을 딥핑액에 침지한다. 이후 직물을 경화하여 생코드 표면에 수지층이 부착된 타이어코드용 '딥 코드(Dip Cord)'를 제조한다.

직물로 제직되고 장력이 가해진 생코드는 딥핑액에 침지되고, 이후 직물을 경화하여 생코드 표면에 수지층이 부착된 타이어코드용 '딥 코드(Dip Cord)'를 제조한다.

상기 과정에서 딥핑은 섬유의 표면에 RFL (Resorcinol Formaline Latex)이라 불리는 수지층을 함침시키는 것을 말한다. 이는 원래 고무와의 접착성이 떨어지는 타이어 코드용 섬유의 단점을 개선하기 위하여 실시된다.

통상의 레이온 섬유 또는 나일론 섬유는 1욕 딥핑을 행하는 것이 보통이며, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유를 사용하는 경우, 섬유 표면의 반응기가 레이온 섬유나 나일론 섬유에 비하여 적기 때문에 폴리에틸렌테레프탈레이트 표면을 먼저 활성화 한 후에 접착처리를 하게 된다(2욕 딥핑).

본 발명에서 코드와 고무의 접착을 위한 접착액은 아래와 같은 방법을 이용하여 제조될 수 있다.

접착액의 제조 방법

29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부;

증류수 255.5 중량부;

37% 포르말린 20 중량부; 및

10wt%수산화나트륨 3.8 중량부

를 포함하는 용액을 제조하여 25℃에서 5시간 교반하면서 반응시킨 후 아래의 성분을 추가한다.

40wt% VP-라텍스 300 중량부

증류수 129 중량부

28% 암모니아수 23.8 중량부.

성분 첨가 후 25℃에서 20시간 동안 숙성시켜 고형분 농도 19.05%가 되도록 유지한다.

코드를 건조시킨 후 접착액이 적용된다. 접착액의 부착량을 조절하기 위하여 0 내지 4%의 신장(stretch)을 필요로 하고, 바람직하게는 1 내지 2%의 신장이 이루어질 수 있다. 만약 신장 비율이 너무 높으면, 접착액의 부착량은 조절될 수 있지만 절신이 감소되어 결과적으로 내피로성이 감소된다.

접착제 부착량은 고형분 기준으로 섬유 무게에 대하여 1.5 내지 3.5%가 바람직하다. 접착액을 통과한 후 딥 코드는 110 내지 165℃에서 건조된다. 건조 시간은 180초 내지 220초가 될 수 있고, 그리고 건조 과정에서 딥 코드는 1 내지 5% 정도로 신장(strech)이 될 수 있다. 신장 비율이 낮은 경우 코드의 중신 및 절신이 증가하여 타이어코드로 적용되기 어려운 물성을 나타낼 수 있다. 다른 한편으로 신장 비율이 5%를 넘는 경우 중신수준은 적절하나 절신이 너무 작아져 내피로성이 저하될 수 있다.

건조 후에는 210 내지 245℃의 온도 범위에서 열처리된다. 열처리시 신장 비율은 -2 내지 2.0% 사이를 유지하며, 열처리 시간은 50초 내지 90초가 적정하다. 50초 미만시간 동안 열처리가 되는 경우 접착액의 반응시간이 부족하여 접착력이 낮아지는 결과를 가져오게 되며, 90초 이상 동안 열처리가 되는 경우 접착액의 경도가 높아져서 코드의 내피로성이 감소될 수 있다.

전술한 방법에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드는 섬도가 1000 내지 6000이 되고, 강력 15.0 내지 18.0kgf, 중신(4.5kgf, %) 2.4 내지 3.0, 절신 11.5 내지 14.0%의 범위를 갖는다. 또한 자동강성 1.3 내지 2.0g/d, ASTM 20 내지 28cN의 물성을 가지고, 내피로도는 80% 이상으로서 승용차용 타이어코드로서 유리하게 사용될 수 있다.

자동강성 1.3 미만, ASTM 강성 20cN 미만이면 타이어코드로 사용하기에 바람직하지 않고, 자동강성 2.0 초과, ASTM 강성 28cN 초과이면 내피로도가 떨어져 바람직하지 않다.

위에서 설명한 방법에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드는 캡플라이 층의 제조를 위하여 사용될 수 있다. 그리고 본 발명에 따라 제조된 고성능 래디얼 타이어는 이러한 캡플라이 층을 포함한다. 또한 본 발명에 따라 제조된 캡플라이는 런 플렛 타이어에도 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드를 캡플라이로 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조의 부분 단면도를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 타이어(31)의 비드영역(35)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(36)가 된다. 비드코어(36)는 연속적으로 감겨진 단일 필라멘트 강선으로 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시 형태는 0.95mm 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4x4 구조 또는 4x5 구조가 된다. 본 발명에 따른 타이어 코드의 실시 예에 있어, 비드영역(35)은 비드필러(37)를 가질 수 있고, 상기 비드필러(37)는 일정 수준 이상의 경도를 가져야 하며, 바람직하게는 쇼어 에이 경도(Shore A hardness) 40 이상의 경도를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 타이어(31)는 벨트 구조체(38) 및 캡플라이(39)에 의하여 크라운부가 보강될 수 있다. 벨트 구조체(38)는 두 개의 벨트코드(41), (42)로 이루어진 절단 벨트 플라이(40)를 포함하고 벨트 플라이(40)의 벨트코드(41)는 타이어의 원주 방향 중앙 면에 대하여 약 20˚의 각도로 배향될 수 있다. 벨트 플라이(40)의 하나의 벨트코드(41)는 원주 방향 중앙 면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트 플라이(40)의 벨트코드(42)의 방향과는 반대로 배치될 수 있다. 그러나 벨트 구조체(38)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16 내지 24˚의 범위로 배치될 수 있다. 벨트 구조체(38)는 타이어(31)의 작동 중에 노면으로부터의 트레드(33)의 상승을 최소화하도록 측 방향 강성을 제공하는 역할을 한다. 벨트 구조체(38)의 벨트코드(41), (42)는 스틸코드로 제조될 수 있고, 2+2구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작될 수 있다. 벨트 구조체(38)의 상부에는 캡플라이(39)와 에지플라이(44)가 보강되어 있는데 캡플라이(39)의 캡플라이 코드(45)는 타이어의 원주 방향에 평행하게 보강되어 타이어의 고속 회전에 따른 원주 방향의 크기 변화를 억제하는 작용을 하며, 고온에서의 열수축 응력이 큰 캡플라이(39)의 캡플라이 코드(45)가 사용된다. 상기 캡플라이(39)의 캡플라이 코드(45)는 본 발명의 방법에 따라 제조된 폴리에틸렌테레프탈레이트 사로 제조된 딥 코드를 이용하여 제조될 수 있다. 1층의 캡플라이(39)와 1층의 에지플라이(44)가 사용될 수 있고, 바람직하게는 1 또는 2층의 캡플라이 및 1 또는 2층의 에지플라이가 보강될 수 있다.

도 2에서 설명되지 않은 도면 부호 32 및 34는 카카스층(32) 및 플라이 턴업(34)을 나타낸다. 그리고 도면부호 33은 카카스층 보강용 코드(33)를 나타낸다.

아래에서 본 발명의 범위를 한정하지 않은 실시예 및 비교예가 기술된다. 아래의 실시예 및 비교예에서 물성 평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.

(a) 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드 강력(kgf) 및 중간신도(4.5kgf, %), 절신(%)

인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하여 시료장 250mm, 인장속도 300m/min로 측정되었다. 중간신도(Elongation at specific load)는 4.5kg의 하중에서 신도가 측정되었다.

(b) 강성(자동(g/d), ASTM(cN))

강성 물성 분석은 RT에서 딥 코드에 일정 응력을 가했을 때, 복원하려는 반발력의 최대값을 측정하는 물성 분석 방법을 의미한다.

본 발명에서는 타이어 코드용 딥 코드를 2가지 방법을 통해 강성 물성 분석을 진행하고 있으며, 그 중 한 가지 방법은 자동 강성(g/d)이고, 다른 방법은 ASTM(cN)법에 따른 강성 분석 방법이다.

자동 강성은 Techno-Mac Corp., Model : TEC-ST100를 이용하여, 1가닥의 강성값을 분석하였고, 총 3회의 반복 측정을 통한 평균값을 결과 값으로 적용하였다.

ASTM 강성은 ASTM D 885 방법을 표준으로 하여, Shimadzu社의 Model : AG-X로 속도 25mm/min 조건하에서 강성 값을 분석하였다. 총 10회에 걸쳐 물성 분석을 진행하였으며, 평균값을 측정하여 결과 값으로 적용하였다.

(c) 건열수축률(%, Shrinkage)

25℃, 65% RH에서 24시간 동안 방치한 후, Testrite를 이용하여, 0.05g/d의 정하중에서 측정한 길이(L0)와 177℃로 2분간 0.05g/d의 정하중에서 처리한 후의 길이(L1)의 비를 이용하여 건열수축률을 나타냈다.

S(%) = (L0 - L1) / L0 ×100

(d) 폴리에틸렌테레프탈레이트 딥 코드 E-S 값

일정 하중 하에서의 신도를 본 발명에서는 중간신도(E)라 부르며, 'S'는 상기 (b)항의 건열수축률을 의미하는 것으로, 중간신도(E) 및 건열수축률(S)의 합을 ' E-S '로 표시하였다.

E-S = 중간신도(%) + 건열수축률(%)

(e) 내피로도

타이어 코드의 피로 시험에 통상적으로 사용되는 Belt Fatigue Tester를 이용하여 피로시험 후 잔여강력을 측정하여 내피로도를 비교하였다. 피로 시험 조건은 RT, 힘(load) 80kg, 37,500번을 회전하는 조건이며, 피로 시험 후 고무와 코드를 분리하여 잔여강력을 측정하였다. 잔여 강력의 측정은 통상의 인장 강도 시험기를 이용하여 앞의 (a)방법에 따라 측정하였다.

[실시예 1]

타이어 보강용 섬유를 제조하기 위하여 앞에서 설명한 방법에 따라 생코드 (Raw Cord)로 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유를 얻었다.

폴리에틸렌테레프탈레이트 사(1000D)에 230TPM의 하연을 가하고 다시 230TPM의 상연을 가하여 합연하여 생코드를 제조하였다. 얻어진 생코드를 2욕 딥핑 방법으로, 160℃에서 130초간 건조시킨 후, 240℃로 120초간 열처리하여 하기의 방법으로 조제된 접착액에 통과시켜 접착액을 부여하였다. 건조시 2%의 신장(stretch)을 가하여 열수축에 의한 생코드의 불균일이 발생하지 않도록 조절하여 주었다.

29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부; 증류수 255.5 중량부; 37% 포르말린 20 중량부; 및 10wt%수산화나트륨 3.8 중량부을 포함하는 용액을 조제 후, 25℃에서 5시간 교반시키며 반응시키고 그리고 다음의 성분을 추가하였다:

40wt% VP-라텍스 300 중량부 , 증류수 129 중량부, 28% 암모니아수, 23.8 중량부 상기 성분 첨가 후 25℃에서 20시간 동안 숙성시켜 고형분 농도 19.05%로 유지되도록 하였다.

접착액을 부여하여 160℃에서 130초간 건조시킨 후, 240℃에서 120초간 2욕 딥핑 열처리를 통해 접착제 처리를 종료하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1로 나타내었다.

[실시예 2]

폴리에틸렌테레프탈레이트 사(1000D)에 250TPM의 하연을 가하고 다시 250TPM의 상연을 가하여 합연하여 생코드를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 생코드 및 딥 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

폴리에틸렌테레프탈레이트 사(1000D)에 270TPM의 하연을 가하고 다시 270TPM의 상연을 가하여 합연하여 생코드를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 생코드 및 딥 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

폴리에틸렌테레프탈레이트 사(1000D)에 430TPM의 하연을 가하고 다시 430TPM의 상연을 가하여 합연하여 생코드를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 생코드 및 딥 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

폴리에틸렌테레프탈레이트 사(1000D)에 445TPM의 하연을 가하고 다시 445TPM의 상연을 가하여 합연하여 생코드를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 생코드 및 딥 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

구 분	강력 (kg)	중간신도 4.5kg(%)	절신 (%)	강 성		수축률 (%)	ES치 (%)	내피로도 (%)
				자동 (g/d)	ASTM (cN)
실시예1	17.5	2.6	12.1	1.7	25	2.1	4.7	90
실시예2	17.3	2.7	12.2	1.7	24	1.9	4.6	95
실시예3	17.3	2.7	12.4	1.8	24	2.0	4.7	95
비교예1	16.8	4.6	16.2	2.3	33	1.3	5.9	75
비교예2	15.4	3.9	16.4	2.2	32	2.7	6.6	75

상기 표 1의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 딥 코드의 경우(실시예 1, 2, 3)는 종래의 폴리에틸렌테레프탈레이트 사를 이용한 딥 코드(비교예 1, 2)에 비하여 내피로도가 향상됨을 알 수 있다.

[실시예 4]

본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 딥 코드를 캡플라이로 사용하여 제조된 래디얼 타이어는 반경 방향 외측 플라이 턴업을 갖는 카카스층을 가지며, 상기 카카스층은 1층이 포함하도록 설치하였다. 이때 카카스 코드는 타이어의 원주 방향 중간 면에 대하여 90도 각도로 배향하였다. 상기 플라이 턴업(34)은 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 내지 80%의 높이를 갖도록 하였다. 비드부(35)는 0.95 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4로 형성된 비드코어(36)와 shore A hardness 40 이상의 경도의 비드필러(37)를 갖도록 하였다. 벨트(38)는 상부에 1층의 캡플라이(39)와 1층의 에지플라이(44)로 된 벨트보강층에 의해 보강되며 캡플라이(39) 내의 캡플라이 코드가 타이어의 원주 방향에 대하여 평행하도록 배치하였다.

[실시예 5]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 실시예 2에 의해 제조된 딥 코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[비교예 3]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 비교예 2에 의해 제조된 딥 코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

구 분		실시예4	실시예5	비교예3
카카스	소재	폴리에틸렌 테레프탈레이트	폴리에틸렌 테레프탈레이트	폴리에틸렌 테레프탈레이트
	규격(d/합연사)	1500d/2	1500d/2	1500d/2
	강력(kg)	24	24	24
	탄성계수(g/d)	72	72	72
캡플라이	소재	실시예1의 딥 코드	실시예2의 딥 코드	비교예2의 딥 코드
	규격(d/합연사)	1000d/2	1000d/2	1000d/2
	강력(kg)	17.3	17.2	16.0
	탄성계수(g/d)	70	70	70
타이어	편평비	0.60	0.60	0.60
	카카스층수	1	1	1
	캡플라이층수	1	1	1

상기 실시예 4, 5 및 비교예 3에 따라 제조된 205/65 R15 V 타이어를 2000cc 등급의 승용차에 장착하고 60km/h 속도로 주행하면서 차량 내에서 발생하는 소음을 측정하여 가청 주파수 영역의 값을 노이즈(dB)로 나타내었으며, 조종 안정성 및 승차감은 숙련된 운전자가 테스트 코스를 주행하여 100점 만점에 5점의 단위로 평가하여 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다. 내구성은 FMVSS 109의 P-메트릭 타이어 내구성 테스트(P-metric tire endurance test) 방법을 따라 측정온도 섭씨 38℃(℃), 타이어 표기 하중의 85, 90, 100% 조건으로, 주행 속도 80km/h로 하여 총 34시간 주행하여 트레드나 사이드월, 카카스 코드, 이너라이너, 비드 등 어느 부위에도 비드 분리, 코드 절단, 벨트 세퍼레이션 등의 흔적을 찾을 수 없는 경우에 합격(OK)으로 판정하였다.

구 분	실시예4	실시예5	비교예3
타이어무게(kg)	9.70	9.90	9.60
승차감	100	100	98
조정안정성	100	100	98
내구성	OK	OK	OK
균일성	100	100	97
소음(dB)	61.4	61.8	62.2

상기 표 3의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 딥 코드를 사용한 타이어(실시예 4, 5)는 캡플라이에 종래의 폴리에틸렌테레프탈레이트 사를 사용한 비교예 3에 비하여 노이즈 감소 및 조종안정성 면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 균일성 또한 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1: 익스트루더 2: 기어펌프
3: 노즐 4: 가열장치
5: 냉각구역 6~10: 연신롤러
11: 권취롤러 12: 유제 공급장치
31 : 타이어 32 : 카카스층
33 : 카카스층 보강용 코드 34 : 플라이 턴업
35 : 비드영역 36 : 비드코어
37 : 비드필러 38 : 벨트 구조체
39 : 캡플라이 40 : 벨트플라이
41, 42 : 벨트코드 43 : 트레드
44 : 에지플라이 45 : 캡플라이 코드

Claims (4)

1. 한 쌍의 평행한 비드코어; 비드코어 주위에 감기는 적어도 하나의 래디얼 카카스 플라이; 카카스 플라이 외주에 적층된 캡플라이 층; 및 캡플라이 층의 외주에 형성된 원주방향의 캡플라이 보강층;을 포함하는 래디얼 타이어에 있어서,
   상기 캡플라이는 폴리에틸렌테레프탈레이트 사로 제조된 500 내지 2000데니어 원사를 1플라이(ply) 또는 2플라이(ply) 형태로 사용하여 제조된 딥 코드를 포함하고,
   상기 딥 코드는 꼬임수 200 내지 400TPM이고, 160 내지 240℃에서 2욕 딥핑 되는 것을 특징으로 하는 래디얼 타이어.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 딥 코드는 자동강성 1.3 내지 2.0g/d, 20 내지 28cN의 물성을 가지고, 내피로도는 80% 이상인 것을 특징으로 하는 래디얼 타이어.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 캡플라이는 1층 또는 2층으로 되는 것을 특징으로 하는 래디얼 타이어.
   
   
4. 캡플라이를 포함하는 런 플렛 타이어에 있어서,
   상기 캡플라이는 폴리에틸렌테레프탈레이트 사로 제조된 500 내지 2000데니어 원사를 1플라이(ply) 또는 2플라이(ply) 형태로 사용하여 제조된 딥 코드를 포함하고, 그 중 1000d/2 딥 코드는,
   꼬임수 200 내지 400TPM이고, 160 내지 240℃에서 2욕 딥핑 되는 것을 특징으로 하는 런 플렛 타이어.
   

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