KR940004697B1 - 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스터 섬유 - Google Patents
형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스터 섬유 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
본 발명은 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스터 섬유에 관한 것이다.
일반적으로 범용성 폴리머를 이용한 타이어 코드용 섬유에는 폴리에스터섬유 이외에 나일론, 레이욘 등이 있다.
나일론 타이어 코드는 강력 및 터프니스(Toughness) 측면에서는 다른 소재보다 매우 우수하나 모듈러스 및 건열수축율이 나빠 형태안정성이 불량하고, 유리전이온도가 낮아서 차가 정차하였을 때 지면과 접촉되는 타이어부분이 편평하게 되는 현상인 플랫 스폿(Flat Spot) 현상이 일어나는 문제점이 있다. 또한 레이욘 타이어 코드는 건열수축율이 매우 낮아 형태안정성은 우수하지만 모듈러스가 낮고 디프 코드(Dipped Cord)에서의 강도가 지나치게 낮다는 문제점이 있다.
그래서 나일론 타이어 코드는 트럭 및 대형버스 등에 이용되는 바이어스(Bias) 타이어용으로 주로 사용되며 폴리에스터 타이어 코드는 소형 승용차 등에 쓰이는 래이디얼(Radial) 타이어에 많이 사용되고 있다.
그러나 최근 타이어의 고성능화, 래이디얼화가 진행되면서 나일론 타이어 코드의 폴리에스터화, 레이욘 타이어 코드의 폴리에스터화가 절실히 요구되고 있고, 이에 부응하여 나일론 및 레이욘 타이어 코드가 가지고 있는 장점을 가지면서 폴리에스터 타이어 코드의 장점을 살리는 폴리에스터 타이어 코드의 고품질화가 세계적인 연구 추세이다. 즉 폴리에스터 타이어 코드의 최대 문제점인 히스테리시스 로스(Hysterises Loss)에 의한 발열을 최소화시켜 내피로성을 향상시키면서 폴리에스터 타이어 코드의 장점인 고모듈러스를 가지는 형태안정성이 우수한 타이어 코드용 폴리에스터 섬유에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명자들은 형태안정성이 우수한 타이어 코드용 폴리에스터 섬유에 대하여 장기간에 걸쳐서 연구 실험한 결과 다음 조건을 만족시키는 폴리에스터 섬유를 발명하게 되었다.
다음
△n≤200×10-3
fc≤0.95
fa≥0.60
ACS105≤80Å
LP≤170Å
단, △n ; 섬유의 평균복굴절율
fc; 섬유의 결정영역의 배향함수
fa; 섬유의 비정영역의 배향함수
ACS105;면의 겉보기 결정크기
LP ; 장주기
본 발명의 섬유는 평균복굴절율이 0.2 이하이고 결정영역에서의 배향함수는 0.95 이하, 비정영역의 배향함수는 0.6 이상인 것을 특징으로 한다.
만약 섬유에서의 평균복굴절율이 0.2을 초과하는 경우에는 어느정도 구조형성이 이루어져 있고 결정, 비정영역이 확연하게 구분되어 있기 때문에 디핑 후의 디프코드에서의 물성은 바람직하지 않게 된다. 또 결정에서의 배향함수가 0.95를 초과하는 경우에느 섬유가 매우 스티프(STIFF)하고 모듈러스 및 신도가 낮기 때문에 연사 및 디핑 열처리시 물성저하가 매우 크며, 비정영역에서의 배향함수가 0.6 미만인 경우에 있어서는 비정영역에서의 연결분자쇄의 숫자가 적어 모듈러스 및 강력측면에 있어서 바람직하지 않게 된다. 또한 비정영역에서의 배향함수가 0.6 미만인 경우 섬유의 열에 대한 수축력 및 열응력이 낮아 건열수축율이 매우 낮을 수 있으나 디핑시 열처리에 의한 건열수축율의 감소폭이 작아 최종 디프코드에서의 건열수축율이 만족스럽지 못하며 강력저하 및 모듈러스 저하가 지나치게 증가하여 오히려 전체적인 형태안정성 측면에서는 바람직하지 않다.
또한 본 발명의 섬유는()면의 겉보기 결정크기가 ACS105≤80Å이고, 장주기가 LP≤170Å임을 특징으로 한다.
ACS105가 80Å를 초과할 때는 인터피브릴라 타이 몰리클(Interfibrillar tie molecule)에 의한 네트워크 구조가 발달하지 않아 원사의 내피로성이 나쁘다.
"Journal of Material Science 22(1987)"의 "Effect of structure on the tensile, creep and fatigue Properties of Polyester Fibers"에 의하면 결정 크기가 작은 경우 메소페이스(Mesophase)가 발달된 바이어스 네트워크(Bias Network) 구조를 형성하므로 내피로성이 우수하다고 한다.
그러므로 ACS105는 80Å 이하가 좋다.
또 LP가 170Å을 초과할 때는 메소페이스가 발달된 바이어스 네트워크 구조가 형성되지 않을 뿐만 아니라 비정영역의 분율이 커서 고온에서 수축이 일어나 형태안정성이 불량하고 디핑시에 강도 및 모듈러스 저하가 크다.
그러므로 형태안정성과 강도이용율을 향상시키기 위해서는 이러한 바이어스 네트워크 구조를 극대화시켜야 하며 ACS105≤80Å, LP≤170Å 일 때 가장 효과적이다.
또한 본 발명은 미연신사의 복굴절율이 0.03∼0.05인 것을 특징으로 한다. 미연신사의 복굴절이 0.03 미만인 경우에는 미연신사의 배향도가 낮아서 배향된 비정영역이 결정화하면서 일어나는 신장효과가 미흡하여 최종 디프코드에서의 건열수축율을 줄이기가 매우 어렵다. 또한 미연신사의 복굴절이 0.05를 초과하는 경우에는 이미 미연신사상태에서 결정과 비정영역이 혼재하게 되어 배향된 비정영역이 결정화하면서 일어나는 신장현상은 일어나지 않으며 고속방사에 의한 강력저하를 피할 수 없어 최종 디프코드에서의 물성은 불량하며 특히 강력이 많이 낮아진다.
즉 열에 의하여 신장하는 특성은 반연신사의 독특한 특성이며 건열수축율이 낮고 강력까지 우수한 디프코드를 제조하기 위해서는 반드시 미연신사의 복굴절이 0.03∼0.05이어야만 한다. 본 발명의 섬유는 연사 및 디핑시 강력이용율도 매우 우수하여 강도가 우수하고 형태안정성이 우수한 폴리에스터 타이어코드를 제조하는데 매우 유용하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 타이어코드용 폴리에스테르 섬유는 아래와 같이 제조하였다.
분자쇄의 전 반복단위 중 90몰% 이상이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분으로 되어 폴리머를 3,000∼4,000mpm의 방사속도로 용융방사하여서 복굴절율이 0.03∼0.05인 미연신사를 제조하고, 연신할 때 연신온도를 미연신사의 결정화온도이하로 하며, 릴렉스온도를 160∼210℃로 하며 이완율을 3% 이상이 되도록 제조하였다.
본 발명의 폴리에스터 섬유의 특성 평가 방법은 아래와 같다.
1. 고유점도(I.V.)
오스트왈드점도계를 사용하여 오소클로로페놀 100ml에 대하여 시료 8g을 용해한 용액의 상대점도(ηr)를 25℃에서 측정하여 다음식으로 I.V.를 산출한다.
I.V. = 0.0242ηr+0.2634
단,
t : 용액의 낙하시간(초)
to : 오소클로로페놀의 낙하시간(초)
d : 용액의 밀도(g/cc)
do : 오소클로로페놀의 밀도(g/cc)
2. 비정배향함수(fa)
단, △n : 복굴절율
Xc : 결정화도
△°nc: 결정의 고유복굴절율(0.220)
△°na: 비정의 고유복굴절율(0.275)
fc : 결정배향함수
3. 결정배향함수 fc는 광각 X선회절로 측정된 회절패턴(Pattern)의 사진율 (010) 및 (100) 회절아크(Arc)의 평균각도폭으로 해석한 평균배향각 θ를 구하여 다음 방정식으로부터 산출한다.
4. 복굴절율 △n 은 편광현미경을 이용하여 D선을 광원으로 하여 통상의 방법에 의하여 구하였다.
5. 결정화도(Xc)
결정화도는 섬유의 밀도(ρ : g/㎤)를 이용하여 다음의 식으로 구한다.
단, ρc(g/㎤) : 1.455
ρa(g/㎤) : 1.335
밀도 ρ는 n-헵탄과 사염화탄소를 이용하여 밀도구배관법에 의해 25℃에서 측정하여 구하였다.
6. 강도 및 절단신도
JIS-L1017 방법을 이용하였다.
인장시험기 : 저속신장형
인장속도 : 300㎜/m
시료길이 : 250㎜
분위기온도 : 20℃, 65% RH
7. 건열수축율(△S)
시료를 20℃, 65% RH 분위기 하에서 24시간 이상 방치한 후, 시료에 0.1g/d에 해당하는 초하중을 달아 측정한 시료의 길이를 L0, 초하중이 달린 상태로 177℃의 오븐에서 30분간 방치한 후 오븐내에서 측정한 길이를 L1으로 하여 아래의 식으로 구하였다.
8. ACS105(겉보기 결정크기)
겉보기 결정크기는 X선 광각 산란장치를 이용하여 자오선주사의 (105)강도 분포 곡선의 반가폭 β'로부터 쉐러(Sherrer)의 식을 이용하여 구하였다.
단, K=쉐러의 상수(K=1로 하였다.)
X선 파장(=1.5418Å)
θ=회절각(Bragg 각)(°)
β=반가폭(β2=β'2-β"2) radian
β'= 실측반가폭
β"=장치보정 완전결정의 반가폭
9. LP(장주기)
소각산란사진 필름상에 4점 간섭의 섬유축방향 간섭간거리(Smm)로부터 카메라반경(R=400㎜) 장치의 기하학조건으로부터 산란각(2θ)를 구하여 브래그(Bragg) 식으로부터 장주기 LP(Å)을 구하였다.
[실시예 1∼2, 비교예 1∼4]
고유점도가 1.10이고 TiO2함량이 1000ppm인 폴리에틸렌 테레프탈레이트칩을 용융방사함에 있어서, 구금홀수 250, L/D 2, 구금공 0.5㎜인 구금을 통하여 압출하였다. 구금직하부에 길이 250㎜, 온도가 395℃인 가열판을 설치하였으며 냉각통은 냉각풍의 온도 21℃, 냉각풍속도 0.4m/sec으로 하였으며, 유제롤러는 2단으로 하였다.
최종원사는 1000데니어가 되도록 기어펌프회전수를 조절하였으며 연사는 하연을 47T/10㎝, 상연은 47T/10㎝ 2합으로 하였다. 디핑은 통상의 RFL 용액을 사용하여 2단 디프처리를 하였으며 드라이영역의 온도는 150℃, 장역은 1.1g/d, 핫 존의 온도는 235℃, 두번째 드라이 영역의 온도는 150℃, 노멀라이징 영역의 온도는 240℃, 이완장력은 1.0g/d로 하였다. 각각의 조건은 표 1에 나타나 있다.
[표 1]
* 표시된 부분 : 본 발명의 기술적범위를 벗어나는 경우임.
Claims (1)
- 분자쇄의 전 반복단위의 90몰% 이상이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 성분으로 되어 있으며 다음 조건을 모두 만족시키는 형태안정성이 우수한 타이어코드용 폴리에스터섬유.다음△n≤200×10-3fc≤0.95fa≥0.60ACS105≤80ÅLP≤170Å단, △n ; 섬유의 평균복굴절율fc; 섬유의 결정영역의 배향함수fa; 섬유의 비정영역의 배향함수ACS105;) 면의 겉보기 결정크기LP ; 장주기
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| KR930021838A KR930021838A (ko) | 1993-11-23 |
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