KR20200080602A - 고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 갖는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법 - Google Patents

고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 갖는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

높은 강도 및 높은 모듈러스를 가질 뿐만 아니라 고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 제1 멀티필라멘트사와 제1 방적사가 함께 하연되어 형성된 제1 하연사; 및 제2 멀티필라멘트사가 하연되어 형성된 제2 하연사를 포함하되, 상기 제1 멀티필라멘트사는 아라미드 멀티필라멘트사이고, 상기 제1 방적사는 아라미드 방적사이고, 상기 제2 멀티필라멘트사는 나일론 멀티필라멘트사 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사이며, 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 함께 상연되어 있다.

Description

고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 갖는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법{Hybrid Tire Cord with Strong Adhesion to Rubber and Excellent Fatigue Resistance and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 상이한 물성을 갖는 이종의 실들로 이루어진 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 높은 강도(tenacity) 및 높은 모듈러스를 가질 뿐만 아니라 고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
타이어, 컨베이어 밸트, V-밸트, 호스 등의 고무 제품의 보강재로서 섬유 코드, 특히 접착제로 처리된 섬유 코드[소위, "딥 코드(dip cord)"]가 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.
타이어의 보강재로 사용되는 섬유 코드를 타이어 코드로 지칭한다. 자동차 성능 향상 및 도로 상태 개선에 따라 차량의 주행속도가 점차 증가하고 있어, 고속 주행 시에도 타이어의 안정성 및 내구성을 유지시킬 수 있는 타이어 코드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 친환경 차량에 대한 요구가 증가하면서 고연비를 위한 차량의 경량화가 큰 이슈로 부각되고 있다. 따라서, 타이어의 경량화를 위한 고성능 타이어 코드에 대한 연구도 역시 활발히 진행되고 있다.
섬유/금속/고무의 복합체인 타이어는 최외각에 위치하여 노면과 접촉하는 트레드(tread), 상기 트레드 아래의 캡 플라이(cap ply), 상기 캡 플라이 아래의 벨트(belt), 및 상기 벨트 아래의 카카스(carcass)를 포함한다.
고속 주행시 벨트(예를 들어, 강철 벨트)의 변형을 방지하기 위한 캡 플라이용 타이어 코드로서 나일론 멀티필라멘트사와 아라미드 멀티필라멘트사로 제조된 하이브리드 타이어 코드가 개발되었다. 상기 나일론-아라미드 하이브리드 타이어 코드는 나일론의 높은 수축응력 덕분에 고속 주행시 벨트의 변형을 방지하는데 유리하며 아라미드의 높은 모듈러스 덕분에 장시간 주차에 따른 타이어 변형(소위, '플랫 스팟')을 방지하는데 유리하다.
상기 나일론-아라미드 하이브리드 타이어 코드는 S-S 커브 패턴 상에서 초기에 나일론 물성이 발현되어 낮은 모듈러스를 나타내기 때문에 타이어의 전체적 뼈대 역할을 하고 타이어의 형태안정성에 지대한 영향을 미치는 카카스용 타이어 코드로는 적합하지 않다. 따라서, 나일론 멀티필라멘트사보다 높은 모듈러스를 갖는 폴리에스테르(예를 들어, PET) 멀티필라멘트사로 나일론 멀티필라멘트사를 대체한 폴리에스테르-아라미드 하이브리드 타이어 코드가 카카스용 타이어 코드로 개발되었다.
그러나, 상기 2 종류의 하이브리드 타이어 코드들에 공통적으로 사용되는 아라미드 멀티필라멘트사는 낮은 절단신도로 인해 내피로 특성이 낮을 뿐만 아니라 고무에 대한 접착력이 약하다는 단점이 있어, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 높은 강력 및 높은 모듈러스를 가질 뿐만 아니라 고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 하이브리드 타이어 코드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 높은 강력 및 높은 모듈러스를 가질 뿐만 아니라 고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 가짐으로써 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있는 하이브리드 타이어 코드를 높은 생산성 및 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 방법을 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 멀티필라멘트사와 제1 방적사가 함께 하연되어 형성된 제1 하연사; 및 제2 멀티필라멘트사가 하연되어 형성된 제2 하연사를 포함하되, 상기 제1 멀티필라멘트사는 아라미드 멀티필라멘트사이고, 상기 제1 방적사는 아라미드 방적사이고, 상기 제2 멀티필라멘트사는 나일론 멀티필라멘트사 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사이며, 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 함께 상연되어 있는, 하이브리드 타이어 코드가 제공된다.
소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사의 길이는 상기 제2 하연사의 길이의 1.005 내지 1.050 배일 수 있다.
상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 제1 꼬임수를 각각 가질 수 있다.
상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 함께 제2 꼬임수로 상연되어 있을 수 있고, 상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일할 수 있다.
상기 제1 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도(thickness)를 가질 수 있고, 상기 제1 방적사는 30 내지 8 'S의 섬도를 가질 수 있으며, 상기 제2 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 가질 수 있다.
상기 제1 하연사에 대한 상기 제2 하연사의 중량비는 20:80 내지 80:20일 수 있다.
상기 하이브리드 타이어 코드는 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사 상에 코팅된 접착제를 더 포함할 수 있다.
ASTM D885/D885M-10a(2014)에 의해 측정되는 상기 하이브리드 타이어 코드의 절단강도(tear tenacity)는 8.0 내지 15.0 g/d일 수 있고, ASTM D885/D885M-10a(2014)에 의해 측정되는 상기 하이브리드 타이어 코드의 절단신도(elongation at break)는 5 내지 15%일 수 있으며, JIS-L 1017(2002)에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 상기 하이브리드 타이어 코드의 강력 유지율(strength retention rate)은 95% 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 하이브리드사(hybrid yarn)를 얻기 위하여 제1 멀티필라멘트사와 제1 방적사를 합사(doubling)하는 제1 단계; 제1 하연사를 얻기 위하여 상기 하이브리드사를 하연하는 제2 단계; 제2 하연사를 얻기 위하여 제2 멀티필라멘트사를 하연하는 제3 단계; 및 합연사를 얻기 위하여 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사를 함께 상연하는 제4 단계를 포함하며, 상기 제1 멀티필라멘트사는 아라미드 멀티필라멘트사이고, 상기 제1 방적사는 아라미드 방적사이며, 상기 제2 멀티필라멘트사는 나일론 멀티필라멘트사 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사인, 하이브리드 타이어 코드 제조방법이 제공된다.
상기 제2, 제3 , 및 제4 단계들은 하나의 연사기에 의해 수행될 수 있다.
상기 제2, 제3 , 및 제4 단계들이 수행될 때 상기 하이브리드사에 가해지는 장력은, 소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사의 길이가 상기 제2 하연사의 길이의 1.005 내지 1.050 배가 될 정도로 상기 제2 멀티필라멘트사에 가해지는 장력보다 작을 수 있다.
상기 제2 단계의 하연과 상기 제3 단계의 하연은 제1 꼬임수로 각각 수행될 수 있다.
상기 제4 단계의 상연은 제2 꼬임수로 수행될 수 있고, 상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일할 수 있다.
상기 제1 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 가질 수 있고, 상기 제1 방적사는 30 내지 8 'S의 섬도를 가질 수 있으며, 상기 제2 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 가질 수 있다.
상기 방법은, 상기 합연사를 RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex) 접착제 또는 에폭시계 접착제를 포함하는 접착제 용액에 침지시키는 단계; 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 70 내지 200℃에서 30 내지 120초 동안 건조시키는 단계; 및 건조된 상기 합연사를 200 내지 250℃에서 30 내지 120초 동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
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.
아라미드 멀티필라멘트사와 아라미드 방적사의 아라미드 하이브리드 하연사를 나일론 또는 폴리에스테르 하연사와 함께 상연함으로써 제조되는 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 아라미드 멀티필라멘트사 덕분에 높은 강력 및 높은 모듈러스를 가질 뿐만 아니라 아라미드 방적사 덕분에 고무에 대한 강한 접착력 및 우수한 내피로 특성을 가질 수 있어, 타이어의 고성능화 및 경량화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 아라미드 하이브리드 하연사와 나일론 또는 폴리에스테르 하연사를 각각 형성하는 공정(즉, 하연 공정) 및 상기 아라미드 하이브리드 하연사와 나일론 또는 폴리에스테르 하연사로 합연사를 형성하는 공정(즉, 상연 공정)이 하나의 연사기에 의해 수행되기 때문에 하이브리드 타이어 코드의 생산성을 향상시키고 제조비용을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법의 실시예들을 구체적으로 설명한다.
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.
본 명세서에서 사용되는 용어 "멀티필라멘트사(multifilament yarn)"는 다수의 연속 필라멘트들(continuous filaments)로 이루어진 실을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "방적사(spun yarn)"는 다수의 단섬유들(staple fibers)을 길이방향으로 꼬아서 만든 실을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "하연(Z-twist)"은 반시계 방향으로 실을 꼬는 것을 의미하고, 본 명세서에서 사용되는 용어 "상연(S-twist)"은 시계 방향으로 실을 꼬는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "합연사(cabled yarn)"는 2 가닥 이상의 하연사들(Z-twisted yarns)을 상연하여 만든 실을 의미하며, "로 코드(raw cord)"로 지칭되기도 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "타이어 코드"는 상기 "로 코드" 뿐만 아니라 고무 제품에 바로 적용될 수 있도록 접착제가 코팅된 합연사를 의미하는 "딥 코드(dip cord)"까지도 포함하는 개념이다.
본 명세서에서 사용되는 "꼬임수(twist number)"는 1m 당 꼬임의 횟수를 의미하며, 그 단위는 TPM(Twist Per Meter)이다.
본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 제1 멀티필라멘트사와 제1 방적사가 함께 하연되어 형성된 제1 하연사와 제2 멀티필라멘트사가 하연되어 형성된 제2 하연사를 포함한다. 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 함께 상연되어 있다.
본 발명에 의하면, 상기 제1 멀티필라멘트사는 아라미드 멀티필라멘트사이고, 상기 제1 방적사는 아라미드 방적사이며, 상기 제2 멀티필라멘트사는 나일론 멀티필라멘트사 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사이다.
아라미드 단섬유들이 선형으로 꼼으로써 형성되는 아라미드 방적사는 본 발명의 하이브리드 타이어 코드와 고무의 물리적 결합을 가능하게 함으로써 아라미드 멀티필라멘트사의 고무에 대한 낮은 접착력을 보완할 수 있고, 결과적으로 하이브리드 타이어 코드의 고무에 대한 접착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는, 유사한 섬도를 갖지만 아라미드 방적사를 갖지 않는 하이브리드 타이어 코드(즉, 아라미드 멀티필라멘트사와 나일론/폴리에스테르 멀티필라멘트사만으로 형성된 하이브리드 타이어 코드) 대비 고무에 대한 접착력이 10% 이상 높다.
또한, 본 발명에 의하면, 하이브리드 타이어 코드 내에 존재하는 아라미드 방적사가 외부로부터의 충격을 흡수하는 완충 기능을 수행함으로써 상기 하이브리드 타이어 코드의 내피로 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 아라미드 멀티필라멘트사는 파라-아라미드 또는 메타-아라미드로 형성될 수 있고, 바람직하게는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)[poly(p-phenylene terephthalamide)]로 형성될 수 있다. 상기 아라미드 멀티필라멘트사는, 500 내지 3000 denier의 섬도, 20 g/d 이상의 인장강도, 및 3% 이상의 절단신도를 가질 수 있다.
본 발명의 아라미드 방적사의 제조에 이용되는 아라미드 단섬유들도 파라-아라미드 또는 메타-아라미드로 형성될 수 있고, 바람직하게는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)로 형성될 수 있다. 상기 아라미드 방적사는 30 내지 8 'S의 섬도를 가질 수 있다.
상기 나일론 멀티필라멘트사는 나일론6 또는 나일론66으로 형성될 수 있고, 상기 폴리에스테르 멀티필라멘트사는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있다. 상기 제2 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 가질 수 있다.
타이어 코드의 물성과 제조비용을 모두 고려하여 상기 제1 하연사에 대한 상기 제2 하연사의 중량비를 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 하연사에 대한 상기 제2 하연사의 중량비는 20:80 내지 80:20일 수 있다.
상기 제1 및 제2 하연사들은 동일한 꼬임 방향(제1 꼬임 방향)을 가지며, 동일한 꼬임수, 예를 들어 200 내지 500 TPM의 제1 꼬임수를 각각 가질 수 있다.
상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 함께 제2 꼬임수로 상연되어 있고, 상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일할 수 있다. 상기 상연 방향은 상기 제1 꼬임 방향과 반대 방향이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사의 길이는 상기 제2 하연사의 길이의 1.005 내지 1.050 배이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 타이어 코드는 커버링 구조(제1 하연사가 제2 하연사를 커버링)가 약간 가미된 머지 구조(merged structure)를 갖는다.
따라서, 제1 하연사와 제2 하연사가 실질적으로 동일한 길이 및 동일한 구조를 갖는 머지 구조(즉, 소정 길이의 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사의 길이가 상기 제2 하연사의 길이의 1.005배 미만인 구조)의 하이브리드 코드와 달리, 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 타이어 코드에 의하면, 타이어의 인장/압축이 반복될 때 하이브리드 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 제1 하연사(즉, 아라미드 하연사)뿐만 아니라 제2 하연사(즉, 나일론/폴리에스테르 하연사)에도 분산될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 우수한 내피로 특성을 갖는다.
소정 길이의 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사의 길이가 상기 제2 하연사의 길이의 1.050 배를 초과할 경우에는, 종래기술의 커버링 구조와 유사한 불안정한 구조를 갖게 되기 때문에 물성 편차로 인한 타이어 불량률이 증가하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 타이어 코드는, 타이어의 타 구성들(예를 들어, 고무)과의 접착력 향상을 위하여 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사 상에 코팅된 접착제를 더 포함하는 딥 코드(dip cord)일 수 있다. 상기 접착제는 RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex) 접착제 또는 에폭시계 접착제일 수 있다.
상기 딥 코드는, ASTM D885/D885M-10a(2014)에 의해 측정되는 절단강도가 8.0 내지 15.0 g/d이고, ASTM D885/D885M-10a(2014)에 의해 측정되는 절단신도가 5 내지 15%이며, JIS-L 1017(2002)에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 95% 이상일 수 있다.
또한, 상기 딥 코드는 0.3 내지 2.5 %의 건열수축율(온도: 180℃, 초하중: 0.01 g/d, 시간: 2분)을 가질 수 있다. 상기 건열수축율은 샘플을 25℃의 온도 및 65%의 상대습도 조건하에서 24시간 방치한 후에 테스트라이트(Testrite) 기기를 사용하여 180℃에서 2분 동안 0.01g/denier의 초하중으로 측정된 것이다.
이하에서는 상술한 본 발명의 하이브리드 타이어 코드의 제조방법을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 하이브리드 타이어 코드 제조방법은, 하이브리드사(hybrid yarn)를 얻기 위하여 제1 멀티필라멘트사와 제1 방적사를 합사(doubling)하는 제1 단계, 제1 하연사를 얻기 위하여 상기 하이브리드사를 하연하는 제2 단계, 제2 하연사를 얻기 위하여 제2 멀티필라멘트사를 하연하는 제3 단계, 및 합연사를 얻기 위하여 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사를 함께 상연하는 제4 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 상기 제1 멀티필라멘트사는 아라미드 멀티필라멘트사이고, 상기 제1 방적사는 아라미드 방적사이며, 상기 제2 멀티필라멘트사는 나일론 멀티필라멘트사 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사이다.
상기 아라미드 멀티필라멘트사는 파라-아라미드 또는 메타-아라미드로 형성될 수 있고, 바람직하게는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)[poly(p-phenylene terephthalamide)]로 형성될 수 있다.
상기 아라미드 방적사의 제조에 이용되는 아라미드 단섬유들도 파라-아라미드 또는 메타-아라미드로 형성될 수 있고, 바람직하게는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)로 형성될 수 있다.
상기 나일론 멀티필라멘트사는 나일론6 또는 나일론66으로 형성될 수 있고, 상기 폴리에스테르 멀티필라멘트사는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있다. 상기 제2 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 500 내지 3000 denier의 섬도를 갖는 아라미드 멀티필라멘트사와 30 내지 8 'S의 섬도(약 170 내지 약 660 데니어에 해당)를 갖는 아라미드 방적사를 합사하여 아라미드 하이브리드사를 형성한다.
이어서, 하연과 상연을 모두 수행하는 케이블 코드 연사기(예를 들어, Allma社의 Cable Corder)로 상기 아라미드 하이브리드사를 500 내지 3000 denier의 섬도를 갖는 나일론 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사와 함께 투입한다.
상기 연사기에서, 아라미드 하연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 하이브리드사를 하연하는 단계와 나일론/폴리에스테르 하연사를 형성하기 위하여 나일론/폴리에스테르 멀티필라멘트사를 하연하는 단계가 동시에 수행되고, 합연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론/폴리에스테르 하연사를 함께 상연하는 단계가 상기 하연 단계들에 이어서 연속적으로 수행된다.
전술한 바와 같이, 상기 하연과 상연을 수행할 때 200 내지 500 TPM의 범위 내에서 동일한 꼬임수가 적용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 하연과 상연이 하나의 연사기에서 수행되는 연속식 방법으로 합연사가 제조되기 때문에, 아라미드 멀티필라멘트사와 나일론/폴리에스테르 멀티필라멘트사를 연사기로 각각 하연한 후 다른 연사기로 이들을 함께 상연하는 배치식 방법에 비해 하이브리드 타이어 코드의 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 연사기에 의해 상기 하연과 상연이 수행될 때 상기 하이브리드사(즉, 아라미드 하이브리드사)에 가해지는 장력은 상기 제2 멀티필라멘트사(즉, 나일론/폴리에스테르 멀티필라멘트사)에 가해지는 장력보다 작다. 따라서, 하나의 연사기에 의해 하연과 상연이 수행됨에도 불구하고, 소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스할 경우 상기 아라미드 하연사의 길이가 상기 나일론/폴리에스테르 하연사의 길이보다 약간 더 길 수 있다. 이를 통해, 타이어의 인장/압축이 반복될 때 하이브리드 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 아라미드 하연사와 나일론/폴리에스테르 하연사에 분산될 수 있고, 하이브리드 타이어 코드가 우수한 내피로 특성을 갖게 됨으로써 장시간의 고속 주행에서도 타이어의 안정성을 유지시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하이브리드사(즉, 아라미드 하이브리드사)에 가해지는 장력과 상기 제2 멀티필라멘트사(즉, 나일론/폴리에스테르 멀티필라멘트사)에 가해지는 장력의 차이는, 소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사(즉, 아라미드 하연사)의 길이가 상기 제2 하연사(즉, 나일론/폴리에스테르 하연사)의 길이의 1.005 내지 1.050 배가 될 수 있을 만큼의 차이일 수 있다.
상기 연사기에 의해 상기 하연과 상연이 수행될 때 상기 하이브리드사(즉, 아라미드 하이브리드사) 및 상기 제2 멀티필라멘트사(즉, 나일론/폴리에스테르 멀티필라멘트사)에 각각 가해지는 장력은 상기 연사기(Allma社의 Cable Corder)의 'Creel Yarn Tension'과 'Inner Yarn Tension'을 적절히 세팅함으로써 조절될 수 있다.
로 코드(raw cord)가 아닌 딥 코드(dip cord)를 제조하는 실시예의 경우, 타이어의 타 구성들(예를 들어, 고무)와의 접착성 향상을 위해 상기 합연사를 RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex) 접착제 또는 에폭시계 접착제를 포함하는 접착제 용액에 침지시키는 단계, 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 건조시키는 단계, 및 건조된 상기 합연사를 열처리하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다.
상기 건조 공정의 온도 및 시간은 상기 접착제 용액의 조성에 따라 달라질 수는 있지만, 통상적으로 70 내지 200 ℃에서 30 내지 120 초 동안 상기 건조 공정이 수행된다.
상기 열처리 공정은 200 내지 250 ℃에서 30 내지 120 초 동안 실시될 수 있다.
상기 침지 단계, 건조 단계, 및 열처리 단계는 롤투롤(roll-to-roll) 공정을 통해 연속적으로 수행될 수 있다.
상기 연사기에 의해 제조된 합연사(로 코드)가 접착제 용액에 침지된 후 건조 및 열처리되는 과정에서 상기 제2 멀티필라멘트사의 지나친 수축을 방지하기 위하여, 연속적으로 수행되는 상기 침지, 건조, 및 열처리 단계들에서 상기 합연사(로 코드)에 가해지는 장력이 적절히 조절된다.
이하, 본 발명의 구체적 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명의 효과를 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 이들이 본 발명의 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
1000 denier의 아라미드[폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)] 멀티필라멘트사와 20 'S의 아라미드[폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)] 방적사를 합사하여 아라미드 하이브리드사를 준비하였다.
이어서, 상기 아라미드 하이브리드사와 840 denier의 나일론66 멀티필라멘트사를 케이블 코드 연사기(Allma社의 Cable Corder)에 투입하고 360 TPM의 꼬임수로 하연과 상연을 각각 수행함으로써 합연사를 제조하였다. 상기 하연과 상연을 수행할 때 상기 아라미드 하이브리드사와 상기 나일론66 멀티필라멘트사에 각각 가해지는 장력을 조절함으로써, 상기 합연사에 있어서 나일론66 하연사의 길이(LN)에 대한 아라미드 하연사의 길이(LA)의 비율(즉, LA/LN)이 1.03이 되도록 하였다.
이어서, 상기 합연사를 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제 용액에 침지시켰다. RFL 접착제 용액이 함침된 합연사를 150℃에서 100초 동안 건조시키고 240℃에서 100초 동안 열처리함으로써 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
실시예 2
나일론66 멀티필라멘트사의 섬도가 1260 denier이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
실시예 3
아라미드 멀티필라멘트사의 섬도가 1500 denier이었고, 하연과 상연이 300 TPM의 꼬임수로 각각 수행되었다는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
실시예 4
아라미드 방적사의 섬도가 16 'S이었다는 것을 제외하고는, 실시예 3과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
실시예 5
나일론66 멀티필라멘트사 대신에 1000 denier의 PET 멀티필라멘트사가 사용되었고, 하연과 상연이 460 TPM의 꼬임수로 각각 수행되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
실시예 6
나일론66 멀티필라멘트사 대신에 1500 denier의 PET 멀티필라멘트사가 사용되었다는 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
비교예 1
상기 아라미드 멀티필라멘트사를 상기 아라미드 방적사와 합사하지 않고 상기 나일론66 멀티필라멘트사와 함께 상기 케이블 코드 연사기로 투입하여 하연과 상연을 각각 수행하였다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
비교예 2
나일론66 멀티필라멘트사의 섬도가 1260 denier이었다는 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
비교예 3
아라미드 멀티필라멘트사의 섬도가 1500 denier이었고, 하연과 상연이 300 TPM의 꼬임수로 각각 수행되었다는 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
비교예 4
나일론66 멀티필라멘트사 대신에 1000 denier의 PET 멀티필라멘트사가 사용되었고, 하연과 상연이 460 TPM의 꼬임수로 각각 수행되었다는 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
비교예 5
나일론66 멀티필라멘트사 대신에 1500 denier의 PET 멀티필라멘트사가 사용되었다는 것을 제외하고는, 비교예 3과 동일한 방법으로 하이브리드 타이어 코드를 완성하였다.
위 실시예들 및 비교예들에 의해 얻어진 하이브리드 타이어 코드들의 (i) 강력, (ii) 절단강도, (iii) 절단신도, (iv) 고무에 대한 접착력, 및 (v) 디스크 피로 테스트 후 강력 유지율을 다음의 방법들로 각각 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
* 강력( kgf ), 절단강도, 절단신도
각 하이브리드 타이어 코드당 250 mm 길이의 샘플 10개를 준비하였다. 이어서, ASTM D885/D885M-10a(2014) 테스트 방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 각 샘플에 300 m/min 인장속도를 가함으로써 각 샘플의 강력, 절단강도 및 절단신도를 각각 측정하였다. 이어서, 10개 샘플들의 강력, 절단강도 및 절단신도의 평균치를 각각 산출하였다.
* 고무에 대한 접착력
ASTM D885/D885M-10a(2014)에 규정되어 있는 H-Test 방법을 사용하여 하이브리드 타이어 코드의 고무에 대한 접착력을 측정하였다.
* 디스크 피로 테스트 후 강력 유지율( % )
강력(피로 전 강력)이 측정된 하이브리드 타이어 코드를 고무에 가류하여 시료를 제조한 후, JIS-L 1017(2002)에 규정된 테스트 방법에 따라 디스크 피로 측정기(Disk Fatigue Tester)를 이용하여 80℃에서 2500 rpm의 속도로 회전시키면서 -8% 내지 +8%의 범위 내에서 인장 및 수축을 16시간 동안 반복함으로써 상기 시료에 피로를 가하였다. 이어서, 상기 시료로부터 고무를 제거한 후 하이브리드 타이어 코드의 피로 후 강력을 측정하였다. 상기 피로 전 강력과 피로 후 강력을 기초로 하여 하기의 식 1에 의해 정의되는 강력 유지율을 계산하였다.
<식 1>: 강력 유지율(%) = [피로 후 강력(kgf)/피로 전 강력(kgf)] Х 100
여기서, 피로 전 및 피로 후 강력(kgf)은, ASTM D885/D885M-10a(2014) 테스트 방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 샘플에 대하여 300 m/min 인장속도를 가하면서 하이브리드 타이어 코드의 절단 강력(tear strength)을 측정함으로써 구하였다.
아라미드 MFY*
섬도 (de)		 아라미드 SY**
섬도 ('S)		 나일론66 MFY
섬도 (de)		 PET MFY
섬도 (de)		 꼬임수 (TPM) 강력 (kgf) 절단강도 (g/d) 절단신도 (%) 고무에 대한 접착력 (kgf) 강력 유지율 (%)
실시예1 1000 20 840 - 360 24.7 11.7 9.1 14.7 95.2
실시예2 1000 20 1260 - 360 28.4 11.2 10.8 16.3 96.7
실시예3 1500 20 1260 - 300 38.6 12.7 12.4 17.5 96.4
실시예4 1500 16 1260 - 300 38.1 12.3 14.6 17.8 97.0
실시예5 1000 20 - 1000 460 25.8 11.4 7.6 14.9 96.6
실시예6 1500 16 - 1500 300 36.6 11.0 7.0 18.7 98.4
비교예1 1000 - 840 - 360 24.5 13.3 8.6 12.1 90.3
비교예2 1000 - 1260 - 360 27.6 12.2 10.2 13.4 91.2
비교예3 1500 - 1260 - 300 37.1 13.4 11.5 14.5 93.0
비교예4 1000 - - 1000 460 25.5 12.8 7.5 12.7 89.1
비교예5 1500 - - 1500 300 36.2 12.1 6.9 14.4 84.6
* MFY: 멀티필라멘트사
** SY: 방적사

Claims (15)

  1. 제1 멀티필라멘트사와 제1 방적사가 함께 하연되어 형성된 제1 하연사; 및
    제2 멀티필라멘트사가 하연되어 형성된 제2 하연사
    를 포함하되,
    상기 제1 멀티필라멘트사는 아라미드 멀티필라멘트사이고,
    상기 제1 방적사는 아라미드 방적사이고,
    상기 제2 멀티필라멘트사는 나일론 멀티필라멘트사 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사이며,
    상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 함께 상연되어 있는,
    하이브리드 타이어 코드.
  2. 제1항에 있어서,
    소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사의 길이는 상기 제2 하연사의 길이의 1.005 내지 1.050 배인,
    하이브리드 타이어 코드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 제1 꼬임수를 각각 갖는,
    하이브리드 타이어 코드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사는 함께 제2 꼬임수로 상연되어 있고,
    상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일한,
    하이브리드 타이어 코드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도(thickness)를 갖고,
    상기 제1 방적사는 30 내지 8 'S의 섬도를 가지며,
    상기 제2 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 갖는,
    하이브리드 타이어 코드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하연사에 대한 상기 제2 하연사의 중량비는 20:80 내지 80:20인,
    하이브리드 타이어 코드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사 상에 코팅된 접착제를 더 포함하는,
    하이브리드 타이어 코드.
  8. 제7항에 있어서,
    ASTM D885/D885M-10a(2014)에 의해 측정되는 절단강도(tear tenacity)가 8.0 내지 15.0 g/d이고,
    ASTM D885/D885M-10a(2014)에 의해 측정되는 절단신도(elongation at break)가 5 내지 15%이며,
    JIS-L 1017(2002)에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율(strength retention rate)이 95% 이상인,
    하이브리드 타이어 코드.
  9. 하이브리드사(hybrid yarn)를 얻기 위하여 제1 멀티필라멘트사와 제1 방적사를 합사(doubling)하는 제1 단계;
    제1 하연사를 얻기 위하여 상기 하이브리드사를 하연하는 제2 단계;
    제2 하연사를 얻기 위하여 제2 멀티필라멘트사를 하연하는 제3 단계; 및
    합연사를 얻기 위하여 상기 제1 하연사와 상기 제2 하연사를 함께 상연하는 제4 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 멀티필라멘트사는 아라미드 멀티필라멘트사이고,
    상기 제1 방적사는 아라미드 방적사이며,
    상기 제2 멀티필라멘트사는 나일론 멀티필라멘트사 또는 폴리에스테르 멀티필라멘트사인,
    하이브리드 타이어 코드 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2, 제3 , 및 제4 단계들은 하나의 연사기에 의해 수행되는,
    하이브리드 타이어 코드 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2, 제3 , 및 제4 단계들이 수행될 때 상기 하이브리드사에 가해지는 장력은, 소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드의 상연을 언트위스트할 경우 상기 제1 하연사의 길이가 상기 제2 하연사의 길이의 1.005 내지 1.050 배가 될 정도로 상기 제2 멀티필라멘트사에 가해지는 장력보다 작은,
    하이브리드 타이어 코드 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제2 단계의 하연과 상기 제3 단계의 하연은 제1 꼬임수로 각각 수행되는,
    하이브리드 타이어 코드 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 단계의 상연은 제2 꼬임수로 수행되고,
    상기 제2 꼬임수는 상기 제1 꼬임수와 동일한,
    하이브리드 타이어 코드 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 갖고,
    상기 제1 방적사는 30 내지 8 'S의 섬도를 가지며,
    상기 제2 멀티필라멘트사는 500 내지 3000 denier의 섬도를 갖는,
    하이브리드 타이어 코드 제조방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 합연사를 RFL(Resorcinol Formaldehyde Latex) 접착제 또는 에폭시계 접착제를 포함하는 접착제 용액에 침지시키는 단계;
    상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 70 내지 200℃에서 30 내지 120초 동안 건조시키는 단계; 및
    건조된 상기 합연사를 200 내지 250℃에서 30 내지 120초 동안 열처리하는 단계
    를 더 포함하는,
    하이브리드 타이어 코드 제조방법.
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