KR20210038245A

KR20210038245A - 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20210038245A
Application number: KR1020190121169A
Authority: KR
Inventors: 이민호; 전옥화; 임종하
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-07
Also published as: WO2021066385A1; EP4006218A4; US20220307162A1; CN114514344A; KR102477590B1; CN114514344B; JP2022547156A; JP7356582B2; EP4006218A1

Abstract

본 발명은 섬도 차이를 이용하여, 아라미드가 커버링된 형태의 하이브리드 코드를 보다 쉽게 제조할 수 있고 물성도 균일하여 타이어의 성능을 개선하는 하이브리드 코드의 제조방법에 관한 것이다.

Description

하이브리드 타이어 코드 및 그 제조 방법 {HYBRID TIRE CORD AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 나일론과 폴리에스테르와 같은 범용 산업용 섬유와 아라미드 필라멘트의 섬도 차이를 이용함으로써, 아라미드가 커버링된 형태가 보다 쉽게 형성되고, 균일한 물성과 함께 피로 성능이 우수하여, 고성능 타이어 소재로 사용하기 적합한 하이브리드 타이어 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 도로상황의 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. 타이어의 성능향상을 위해서는 각 부위의 보강소재에 대한 성능 향상이 우선시 되어야 하겠으며, 보강소재의 성능 향상을 위해서는 소재의 변경, 구조 개발 등의 방법이 연구되어지고 있다.

현재 사용되어지고 있는 캡플라이 소재로는 나일론과 아라미드가 주종을 이루고 있으며, 카카스 소재로는 폴리에스테르가 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.

이와 같은 단점들을 보완하기 위하여, 나일론과 폴리에스테르와 같은 범용 산업용 섬유와 아라미드를 같이 사용하는 하이브리드 구조가 개발되어 왔으며, 이러한 하이브리드 타이어 코드는 기존 고급 승용 및 SUV, LT 타이어에 국한되어 적용되었다면, 최근에는 일반 승용 및 전기차 등으로 사용범위가 확대되어 사용량이 점차 늘고 있는 추세이다.

고성능 타이어에 하이브리드 보강재가 적용되기 위해서는 고강력 및 고모듈러스가 요구되며, 이를 만족시키기 위해 아라미드가 필수적으로 적용되어야 했으나, 아라미드는 낮은 피로성능 및 고무와의 접착성능이 낮은 단점을 가지고 있어 이에 대한 개선이 필요한 상황이다.

또한, 기존의 아라미드가 커버링 된 형태의 하이브리드 코드를 제조하기 위해서는 아라미드를 하연하는 단계, 나일론 또는 PET를 하연하는 단계, 각각 하연된 아라미드와 나일론을 상연하는 단계로 나뉘어져 있어 제조 방법이 복잡하고 배치식으로 진행되어 제조 효율이 낮은 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 아라미드의 신율과 피로성능이 낮은 특성을 개선하고, 이와 동시에 범용 용융 고분자 섬유(나일론, PET 등)의 강력과 모듈러스가 낮은 특성이 개선된 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보다 쉬운 방법으로 제조 효율을 향상시키고, 균일하고 우수한 물성을 유지하여 고성능 타이어를 제공하는데 기여할 수 있는, 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 명세서에서는, 제1 꼬임 방향의 아라미드 하연사, 제2 꼬임 방향의 나일론 또는 PET 하연사, 및 상기 아라미드 하연사와 나일론 또는 PET 하연사 상에 코팅된 접착제를 포함하고, 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사는 제3 꼬임 방향으로 서로 상연되어 있으며, 상기 나일론 또는 PET 하연사는, 아라미드 하연사를 형성하기 위한 아라미드 필라멘트사의 섬도보다 200 데니어 이상 높은 섬도 차이를 갖는 나일론 또는 PET 필라멘트사로 하연되어 있는 것인 하이브리드 타이어 코드를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하여 아라미드 하연사를 형성하는 제1 단계;

나일론 또는 PET 필라멘트사를 제2 방향으로 하연하여 나일론 또는 PET 하연사를 형성하는 제2 단계; 및

상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사를 제3 방향으로 상연하여 합연사를 형성하는 제3 단계를 포함하고,

상기 나일론 또는 PET 필라멘트사는 상기 아라미드 필라멘트사의 섬도 보다 200 데니어 이상 높은 섬도를 갖는 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하는,

하이브리드 타이어 코드의 제조방법을 제공한다.

이하, 발명의 구현 예들에 따른 내피로특성이 우수하고 고강력 특성을 갖는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

그에 앞서, 본 명세서에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

그리고, 본 명세서에서 '제1' 및 '제2'와 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되며, 상기 서수에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위 내에서 제1 구성요소는 제2 구성요소로도 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

또, 본 명세서에서, 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 발명의 일 구현예에 따라, 제1 꼬임 방향의 아라미드 하연사, 제2 꼬임 방향의 나일론 또는 PET 하연사, 및 상기 아라미드 하연사와 나일론 또는 PET 하연사 상에 코팅된 접착제를 포함하고, 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사는 제3 꼬임 방향으로 서로 상연되어 있으며, 상기 나일론 또는 PET 하연사는, 아라미드 하연사를 형성하기 위한 아라미드 필라멘트사의 섬도보다 200 데니어 이상 높은 섬도 차이를 갖는 나일론 또는 PET 필라멘트사로 하연되어 있는 것인 하이브리드 타이어 코드가 제공될 수 있다.

본 발명은 나일론, 폴리에스테르와 같은 범용 산업용 섬유와 아라미드 필라멘트를 포함하고, 상기 범용 산업용 필라멘트는 아라미드 필라멘트의 섬도 대비 200de 높은 필라멘트를 사용하는 특징이 있다.

본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 하연사와 상연사가 동일한 꼬임수로 설정이 되어지긴 하나, 딥코드 제조 시 발생되는 연풀림(꼬임 풀림) 현상에 의해 최종 딥코오드의 꼬임수 범위가 범용 산업용 하연사, 아라미드 하연사 그리고 각각의 하연사가 함께 상연된 2플라이 합연사가 ±30TPM 이내의 범위를 갖는 하이브리드 섬유 코드를 제공한다.

또, 상기 하이브리드 섬유 코드는 a) 케이블 코드(Cable Corder)와 같이 하연 및 상연을 동시에 수행하는, 하나의 연사기를 이용하여 범용 산업용 필라멘트와 아라미드를 동일 꼬임수로 설정하여 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.

이러한 본 발명의 하이브리드 코드의 제조방법에 대한 가장 큰 특징은, 범용 용융 고분자 섬유의 섬도를 높게 하고, 아라미드의 섬도를 상기 범용 용융 고분자 섬유보다 상대적으로 낮게 한 후, 동시에 꼬임을 주어 로코드(Raw Cord)를 제조하는 것이다. 이렇게 제조된 로코드를 열처리(접착처리)하면, 최종 제품인 딥코드(Dip Cord)로 제공할 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 하이브리드 코드는 자연적으로 아라미드가 용융 고분자 섬유를 커버링 하는 구조가 형성되어, 코드 제품의 S-S Curve Pattern 상에서 초반에는 용융 고분자 섬유의 물성을 발현하게 하여 신율과 피로성능을 높이고, 중/후반에는 아라미드의 물성이 발현하게 하여 모듈러스와 강력이 높은 특징을 갖는다.

본 발명의 섬도 차이를 두어 형성되는 하이브리드 코드는, 아라미드 하연사가 나일론 또는 PET를 나선형으로 감싸고 있어, 인장 물성을 측정할 때 초기에는 나인론 또는 PET의 물성이 발현되며, 중반 또는 후반부에는 나선형으로 되어있던 아라미드 하연사가 직선상으로 배열되면서 아라미드 필라멘트에 직접 힘이 가해져 아라미드와 나일론 또는 PET와 합쳐진 물성이 발현되게 된다.

따라서, 본 발명의 하이브리드 코드는 낮은 인장과 압축이 반복되는 피로시험에서 상대적으로 유연한 나일론 또는 PET 하연사에 피로가 가중되어 아라미드 대비 높은 피로성능이 발현되게 된다.

구체적으로, 본 발명에서는 종래처럼 강제로 아라미드가 범용 고분자 섬유를 커버링한 구조를 제공하는 것이 아니라, 자연적으로 아라미드가 범용 고분자를 커버링할 수 있는 형태를 갖는 하이브리드 타이어 코드를 제공하는 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명에서는 하이브리드 코드를 제공하기 위해, 아라미드 필라멘트와 나일론 또는 PET 필라멘트를 하연 및 상연하는 단계를 포함하고, 상기 아라미드 필라멘트는 500 내지 1500 데니어(de)의 섬도를 갖는 필라멘트를 사용할 수 있다. 또한, 나일론 또는 PET 필라멘트를 범용 고분자 섬유로 사용할 수 있으며, 이러한 섬유는 800 내지 3000 데니어(de)의 섬도를 갖는 필라멘트를 사용할 수 있다.

그런데, 본 발명에서 상기 아라미드와 범용 고분자 섬유를 사용하여 하연사를 형성할 때, 두 섬유의 섬도 범위가 중첩되거나 동일한 범주로 사용하지 않으며, 아라미드 섬유 대비 범용 고분자 섬유의 섬도를 상대적으로 높게 설정하여, 아라미드 하연사 및 범용 고분사 섬유 하연사 (즉, 나일론 또는 PET 하연사)를 제공한다.

바람직하게는, 상기 나일론 또는 PET 필라멘트사는 아라미드 필라멘트사 대비 200 데니어(de) 이상으로 높게 설정한 필라멘트를 사용함으로써, 아라미드가 범용 고분자를 자연스럽게 감싸는 구조를 형성할 수 있게 한다. 이때, 상기 나일론 또는 PET 필라멘트사의 섬도 차이가 없거나 200 데니어 이하이면 아라미드가 범용 고분자 섬유를 감싸는 구조를 형성하는 합연사를 제조하는데 있어서, 하연과 상연을 배치식으로 진행하는 링연사기를 사용하거나, 아라미드 또는 범용 고분자 섬유의 연사 장력을 다르게 적용하는 별도의 작업이 필요하다. 이렇게 강제적으로 커버링 구조를 발현하게 하는 연사공정 시스템에서는 아라미드가 범용 고분자를 감싸는 형태가 균일하지 않아 물성(특히 중신 및 절신)이 불균일한 문제를 야기시킬 수 있다.

이러한 방법에 따라, 상기 아라미드 하연사는 500 내지 1500 데니어의 아라미드 필라멘트사를 사용하여 하연되어 있고, 상기 나일론 또는 PET 하연사는, 800 내지 3000 데니어의 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하고, 상기 아라미드 필라멘트사의 섬도 범위 보다는 200 데니어 이상 높은 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하여 하연되어 있는 형태가 될 수 있다.

상기 하이브리드 타이어 코드에서, 상기 제2 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향과 동일한 방향이고, 상기 제3 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향일 수 있다. 또, 상기 하이브리드 코드는, 소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드에서 상연을 언트위스트 후(post-untwist) 상기 아라미드 하연사의 길이는 상기 나일론 또는 PET 하연사의 길이의 1.01 내지 1.10배일 수 있다.

또, 상기 하이브리드 타이어 코드는, 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사 상에 코팅된 접착제를 더 포함할 수 있다.

이러한 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 ASTM D885에 의해 측정된 절단강도가 8.0 내지 15.0 g/d고, ASTM D885에 의해 측정된 파단신율이 5 내지 20%일 수 있다.

또, 상기 하이브리드 타이어 코드는, 180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/denier에서 측정된 건열 수축율이 0.5 내지 5.0%일 수 있다.

상기 하이브리드 타이어 코드는, ASTM D885에 의해 측정된 중신(@6.8kgf)의 최대값과 최소값의 차이가 0.5% 이내이고, ASTM D885에 의해 측정된 강력이 30 kgf 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 중신(EASL)값의 최대값과 최소값의 차이가 0.5% 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 90%이상이다.

한편, 본 발명의 다른 일 구현예에 따라, 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하여 아라미드 하연사를 형성하는 제1 단계; 나일론 또는 PET 필라멘트사를 제2 방향으로 하연하여 나일론 또는 PET 하연사를 형성하는 제2 단계; 및 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사를 제3 방향으로 상연하여 합연사를 형성하는 제3 단계를 포함하고, 상기 나일론 또는 PET 필라멘트사는 상기 아라미드 필라멘트사의 섬도 보다 200 데니어 이상 높은 섬도를 갖는 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하는, 하이브리드 타이어 코드의 제조방법이 제공될 수 있다.

이하에서는 상술한 본 발명의 하이브리드 섬유 코드의 제조방법을 더욱 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 하이브리드 섬유로 이루어진 것으로서, 타이어에 적용될 수 있는 예시를 하기와 같이 제시한다. 또, 하기에 제시하는 나일론 또는 PET 필라멘트 및 아라미드가 혼합된 하이브리드 타입 외에 다른 범용 산업용 필라멘트 및 아라미드 필라멘트가 혼합된 하이브리드 타입 또한 타이어에서 요구되는 물성을 충분히 만족시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는, 상술한 제1 내지 3단계와 같이, 범용 산업용 필라멘트와 아라미드 각각에 대한 하연 공정 및 상기 하연 공정에 의해 제조되는 범용 산업용 하연사 및 아라미드 하연사를 함께 꼬는 상연 공정을 동시에 수행하고, 상기 하연 및 상연 공정에 의해 제조된 합연사를 접착제 용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리하여 제조될 수 있다.

특히, 본 발명에 사용되는 아라미드 필라멘트와 나일론 또는 PET 필라멘트의 섬도는 나일론 또는 PET 필라멘트의 섬도가 아라미드 필라멘트의 섬도 대비 200de 이상 높게 적용되어 아라미드 필라멘트와 나일론 또는 PET 필라멘트의 섬도를 유사하게 적용하는 기존 하이브리드 구조와 가장 큰 차이점을 갖게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 섬도 차이를 갖는 아라미드 필라멘트사와 나일론 또는 PET 필라멘트를 이용하여, 제1, 2 단계를 수행하여 각각 아라미드 하연사와 나일론 또는 PET 하연사를 형성하고, 또한 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사를 함께 상연함으로써, 2-플라이 합연사를 제조할 수 있다.

이때, 상기 제2 단계는 상기 제1 단계와 동시에 수행되며, 상기 제3 단계는 상기 제1 및 제2 단계들과 연속적으로 수행될 수 있다. 특히, 상기 제1, 제2 및 제3 단계들은 하나의 연사기에 의해 수행되므로, 보다 쉬운 방법으로 물성이 우수한 고성능의 하이브리드 타이어 코드를 제공할 수 있다. 또 본 발명의 방법은 종래 링 연사기를 사용하는 경우보다 더 효과적으로 피로 성능을 향상시킬 수 있으며 고강력을 갖는 하이브리드 타이어 코드를 제공할 수 있다.

또, 상술한 바와 같이, 본 발명의 방법으로 제조된 하이브리드 타이어 코드에서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 동일한 방향이고, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향일 수 있다.

상기 제1, 제2 단계에서 상기 나일론 또는 PET 필라멘트의 섬도는 아라미드 필라멘트 섬도 대비 200 de이상 높아 꼬임공정 중 각 필라멘트에 주어지는 장력이 동일하더라도 아라미드 필라멘트가 나일론 또는 PET 필라멘트를 나선형으로 감싸고 돌아 상기 나일론 또는 PET 필라멘트 하연사 길이의 1.01 내지 1.10배가 될 수 있다.

본 발명의 방법은, 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 포함할 수 있다.

즉, 타이어와의 접착성을 향상시키기 위해, 위에서 얻어진 합연사를 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.

상기 합연사를 열처리하는 단계는 200 내지 250℃에서 30 내지 120초간 실시될 수 있다.

이러한 건조 및 열처리 공정들을 통해, 이전 단계에서 합연사에 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.

이러한 방법으로 제공된 하이브리드 코드는 상술한 바대로, ASTM D885에 의해 측정된 절단강도가 8.0 내지 15.0 g/d고, 파단신율이 5 내지 20%고, 180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/De'에서 측정된 건열 수축율이 0.5 내지 5.0%인 물성을 가진다. 또한, 본 발명의 하이브리드 섬유 코드는 중신(EASL)값의 최대값과 최소값의 차이가 0.5% 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 90%이상일 수 있다.

본 발명에 따르면, 범용 고분자 섬유와 아라미드의 섬도 차이를 이용하여 하이브리드 구조를 제공함으로써, 아라미드가 커버링 된 형태의 하이브리드 코드를 보다 쉽게 제조할 수 있으며, 균일한 물성을 갖는 하이브리드 코드 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 배치식으로 진행되는 방법에 비해, 상/하연이 동시에 이루어지는 하나의 케이블 코더 연사기를 통해 아라미드가 자연스럽게 커버링 된 하이브리드를 제조할 수 있어서, 제조 효율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명은 강제로 아라미드가 커버링된 형태로 로코드를 제조하는 것이 아니고 섬도 차이에 의해 자연적으로 커버링 되는 구조가 형성되어 물성적으로 보다 균일한 특성을 갖게 된다. 또한, 본 발명에서 제공되는 하이브리드 타이어 코드는 내피로 특성도 종래보다 우수하고, 고강력을 나타내어 고성능 타이어의 소재로 사용하기에 적합하다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

[실시예 1]

아라미드 필라멘트 1000de와 PET 필라멘트 2000de를 케이블 코더(Cable Corder) 연사기를 이용하여, 300TPM의 꼬임수로 하연을 반시계 방향으로 하고, 상연을 시계방향으로 하며, 상기 하연과 상연을 동시에 가해주어 하이브리드 합연사를 제조하였다(row cord 코드 제조).

이렇게 제조된 로코드를 에폭시계(Epoxy Base)의 접착제에 1차 침지 후 150℃에서 100초 동안 건조시킨 후 240℃에서 100초 동안 열처리하였다. 이후, 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) 라텍스(41%), 및 잔량의 물을 포함하는 레소시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제 용액에, 상기 1차 열처리된 로코드를 2차 침지하였다.

상기 1차 침지 및 열처리 시 로코드에 가해지는 장력은 0.5kg/cord가 되도록 제어 되었다. 상기 2차 침지에 의해 RFL 용액을 함유하게 된 코드를 상기 1차 침지와 동일한 방법으로 2차 열처리를 실시하여 하이브리드 코드(dip cord 제조)를 완성하였다.

[실시예 2]

표 1과 같이, PET 필라멘트 대신 섬도가 다른 나일론 필라멘트를 사용하여 하이브리드 로코드를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 코드를 제조하였다.

[비교예 1]

PET 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 400TPM의 꼬임수로 각각 하연사를 제조한 후, 링 연사기(Ring-Twister)를 사용하여 아라미드 하연사가 PET 하연사를 커버링 하는 형태의 로코드를 제조하였다. 그 외, 로코드의 침지 공정 및 열처리 공정은 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여, 하이브리드 코드를 제조하였다.

[비교예 2]

표 1과 같이, PET 필라멘트 대신 섬도가 다른 나일론 필라멘트를 사용하여, 하이브리드 로코드를 제조한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 하이브리드 코드를 제조하였다.

[실험예]

다음 방법으로 물성을 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

1) 강력, 절신, 중신, 강도(절단강도)

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 코드(딥 코드)의 강력, 절신 및 중신(at 6.8 kg)을 각각 측정하였다. 이어서, 각 샘플의 강력, 절신 및 중신(at 6.8 kg)을 딥 코드의 전체 섬도로 나눔으로써 각 샘플의 절단강도(g/d)를 구하였다. 이어서, 10개 샘플들의 강력, 절신 및 중신(at 6.8 kg)의 평균치를 각각 산출함으로써 딥 코드의 강력, 절신 및 중신(at 6.8 kg)을 얻었다.

2) 길이 (아라미드-PET 또는 나일론 필라멘트 길이 차이 측정)

하연과 상연이 되어있는 로코드(Raw Cord)를 1m 길이로 자른 후 상연 및 하연의 꼬임 방향을 반대로 하여 꼬임을 푼 후 아라미드 필라멘트와 범용 고분자 필라멘트(나일론 또는 PET)에 대한 길이를 측정하였다.

3) 피로 성능

강력(피로 전 강력)이 측정된 하이브리드 타이어 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 ±8% 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)] × 100

여기서, 피로 전 및 피로 후 강력(kgf)은, ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron EngineeringCorp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 샘플에 대하여 300 m/min 인장속도를 가하면서 하이브리드 타이어 코드의 절단 강력(Strength at Break)을 측정함으로써 구하였다.

Sample		비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
구조		Aramid 1000de	Aramid 1000de	Aramid 1000de	Aramid 1000de
구조		PET 1000de	Nylon 840de	PET 2000de	Nylon 2520de
연수	TPM	400	400	300	300
강력	kgf	20.4	21.4	31.8	35.6
강도	g/d	10.2	11.6	10.6	10.1
절신	%	8.7	9.8	8.9	14.1
중신@6.8kgf	%	2.8	4.6	2.1	5.8
중신(Max. - Min.)	%	0.8	1.2	0.2	0.3
길이 차이, Dip Cord 기준 (Aramid- 나일론 or PET)	kgf	Aramid 2.5cm ↑	Aramid 5.4cm ↑	Aramid 7.5cm ↑	Aramid 6.2cm ↑
피로 성능	%	81.7	83.4	91.3	94.5

표 1의 결과를 보면, 본 발명의 실시예 1 및 2는 범용 고분자 섬유인 나일론 또는 PET 필라멘트의 섬도가 아라미드 필라멘트 섬도보다 200 데니어 이상으로 설정한 후, 하나의 연사기에서 하연 및 상연을 연속적으로 진행함으로써, 비교예 1 및 2에 비해, 동등 이상의 강도를 나타내었다. 특히, 실시예 1 및 2는 ASTM D885에 의해 측정된 중신(@6.8kgf)의 최대값과 최소값의 차이가 0.5% 이내이고, ASTM D885에 의해 측정된 강력이 30 kgf 이상이며, 아라미드 필라멘트가 나일론 또는 PET 필라멘트를 나선형으로 감싸고 돌아서, 아라미드 하연사의 길이가 나일론 또는 PET 하연사의 길이보다 길었으며, 피로 성능이 90% 이상으로 우수한 결과를 나타내었다.

반면, 비교예 1 및 2는 종래 링 연사기를 이용하는 배치식 방법이고, PET 또는 나일론 필라멘트의 섬도 대비 아라미드 필라멘트와 동일하거나, 더 적어서 피로성능이 떨어지고, 전체적인 물성이 실시예 1 및 2보다 낮았다.

Claims

제1 꼬임 방향의 아라미드 하연사,
제2 꼬임 방향의 나일론 또는 PET 하연사, 및
상기 아라미드 하연사와 나일론 또는 PET 하연사 상에 코팅된 접착제를 포함하고,
상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사는 제3 꼬임 방향으로 서로 상연되어 있으며,
상기 나일론 또는 PET 하연사는, 아라미드 하연사를 형성하기 위한 아라미드 필라멘트사의 섬도보다 200 데니어 이상 높은 섬도 차이를 갖는 나일론 또는 PET 필라멘트사로 하연되어 있는 것인,
하이브리드 타이어 코드.
제1항에 있어서,
상기 아라미드 하연사는 500 내지 1500 데니어의 아라미드 필라멘트사를 사용하여 하연되어 있고,
상기 나일론 또는 PET 하연사는, 800 내지 3000 데니어의 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하고, 상기 아라미드 필라멘트사의 섬도 범위 보다는 200 데니어 이상 높은 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하여 하연되어 있는 것인,
하이브리드 타이어 코드.
제1항에 있어서,
상기 제2 꼬임 방향은 제1 꼬임 방향과 동일한 방향이고, 상기 제3 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향인 하이브리드 타이어 코드.
제1항에 있어서,
소정 길이의 하이브리드 타이어 코드에서, 상연을 언트위스트한 후 측정되는 상기 아라미드 하연사의 길이는 상기 나일론 또는 PET 하연사의 길이의 1.01 내지 1.10 배인 하이브리드 타이어 코드.
제1항에 있어서, 일본표준협회의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 적어도 90% 이상인, 하이브리드 타이어 코드.
제1항에 있어서, ASTM D885에 의해 측정된 절단강도 및 파단신율이 각각 8.0 내지 15.0 g/d 및 5 내지 20%이며, ASTM D885에 의해 측정된 중신(@6.8kgf)의 최대값과 최소값의 차이가 0.5% 이내이고, ASTM D885에 의해 측정된 강력이 30 kgf이상인, 하이브리드 타이어 코드.
아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하여 아라미드 하연사를 형성하는 제1 단계;
나일론 또는 PET 필라멘트사를 제2 방향으로 하연하여 나일론 또는 PET 하연사를 형성하는 제2 단계; 및
상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 또는 PET 하연사를 제3 방향으로 상연하여 합연사를 형성하는 제3 단계를 포함하고,
상기 나일론 또는 PET 필라멘트사는 상기 아라미드 필라멘트사의 섬도 보다 200 데니어 이상 높은 섬도를 갖는 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하는,
하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 제1 단계는 500 내지 1500 데니어의 섬도를 갖는 아라미드 필라멘트사를 제1 꼬임 방향으로 하연하는 단계를 포함하고,
상기 제2 단계는, 상기 아라미드 필라멘트의 섬도 보다 200 데니어 이상 높게 설정한 800 내지 3000 데니어의 섬도 범위의 나일론 또는 PET 필라멘트사를 사용하여 제2 꼬임 방향으로 하연하는 단계를 포함하는,
하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계 내지 제 3단계는 하나의 연사기에서 동시에 각각 수행되고,
상기 제3단계는 제1 단계 및 제2 단계들과 연속적으로 수행되며,
상기 제2 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향과 동일한 방향이고,
상기 제3 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향인
하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은
상기 합연사를 접착제 용액에 침지시키는 단계; 상기 침지 공정에 의해 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 합연사를 열처리하는 단계;를 더 포함하는 하이브리드 타이어 코드의 제조방법.