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KR101602605B1 - 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법 - Google Patents

하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101602605B1
KR101602605B1 KR1020150092016A KR20150092016A KR101602605B1 KR 101602605 B1 KR101602605 B1 KR 101602605B1 KR 1020150092016 A KR1020150092016 A KR 1020150092016A KR 20150092016 A KR20150092016 A KR 20150092016A KR 101602605 B1 KR101602605 B1 KR 101602605B1
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KR
South Korea
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yarn
nylon
aramid
tire cord
twist
Prior art date
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Active
Application number
KR1020150092016A
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English (en)
Inventor
전옥화
이민호
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

제조가 간편할 뿐만 아니라 높은 강력 및 내피로 특성을 가짐으로써 초고성능 타이어에 적용 가능한 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 제1 꼬임 방향의 나일론 하연사: 및 제2 꼬임 방향의 아라미드 하연사를 포함하고, 상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사는 함께 제3 꼬임 방향으로 상연되어 있고, 상기 제2 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향과 동일한 방향이고, 상기 제3 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향이며, 소정 길이의 상기 하이브리 타이어 코드에 있어서 상기 상연의 언트위스트 후 상기 아라미드 하연사의 길이는 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배이다.

Description

하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법{Hybrid Tire Cord and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 상이한 물성을 갖는 이종의 실들(yarns)을 포함하는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 제조가 간편할 뿐만 아니라 더욱 균일한 물성과 향상된 강도 및 내피로 특성을 갖는 하이브리드 타이어 코드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
타이어, 컨베이어 밸트, V-밸트, 호스 등의 고무 제품의 보강재로서 타이어 코드, 특히 접착제로 처리된 타이어 코드[소위, "딥 코드(dip cord)" 지칭]가 널리 이용되고 있다. 타이어 코드의 재료로는 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유 등이 있다. 최종 고무 제품의 성능을 향상시키는 중요한 방법들 중 하나는 보강재로서 사용되는 타이어 코드의 물성을 향상시키는 것이다.
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.
타이어 코드는 사용되는 부위 및 역할에 따라 구분되며, 타이어를 전체적으로 지지하는 카카스 부분과, 고속주행시 하중 지지를 위한 벨트 부분, 벨트 부분의 변형을 방지하는 캡플라이 부분으로 나뉜다. 최근 고속도로 사정이 개선되면서 자동차의 주행속도가 증가하게 됨에 따라 타이어의 벨트 부분이 변형되어 승차감이 저하되는 등의 문제가 발생하고 있어, 상기 벨트 부분의 변형을 방지하기 위한 캡플라이에 대한 중요도가 증가하고 있다.
현재 사용되고 있는 캡플라이용 타이어 코드의 소재로는 나일론과 아라미드가 주종을 이루고 있다. 그 중 나일론은 타소재 대비 낮은 가격, 우수한 접착 성능 및 내피로 특성을 보여주고 있기 때문에 대부분의 타이어에 적용되고 있다. 또한, 나일론은 고속 주행에서 벨트 부분이 변형되는 것을 방지하는데 유리한 높은 수축응력을 갖는다. 그러나 나일론은 낮은 모듈러스를 갖고 있다는 점, 온도 변화에 따른 형태 변화가 크기 때문에 플랫 스팟을 초래한다는 점 등의 문제점을 가지고 있다.
상기 나일론 외에 캡플라이 소재로 사용되고 있는 아라미드는 매우 높은 모듈러스 특성을 가지며 상온 및 고온에서의 모듈러스의 변화량이 적기 때문에 장시간 주차한 경우 타이어가 변형되는 플랫 스팟 현상이 거의 없어 타이어의 품질이 매우 중요시되는 고급 타이어에서 주로 사용되고 있다. 그러나, 매우 비싼 가격으로 인해 아라미드는 범용 타이어에 적용되는 것이 곤란하였다. 또한 아라미드는 높은 모듈러스로 인해 타이어 성형이 비교적 어렵고, 낮은 절신으로 인해 내피로 특성 및 내구성이 낮다는 단점을 가지고 있다.
상술한 나일론과 아라미드 각각의 문제점들을 보안하기 위하여, 나일론과 아라미드가 함께 적용된 하이브리드 코드가 개발되었다. 특히, 나일론 하연사를 아라미드 하연사가 커버링하는 구조(이하, "커버링 구조")를 갖는 하이브리드 코드가 개발되었다.
전형적으로, 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 하연사가 동시에 파단될 수 있도록 하기 위하여 더 높은 모듈러스를 갖는 상기 아라미드 필라멘트사가 더 낮은 모듈러스를 갖는 상기 나일론 필라멘트사에 비해 더 많은 꼬임수로 하연되었며, 상연시 하연사들끼리의 뭉침을 방지하기 위하여 상기 아라미드 필라멘트사와 상기 나일론 필라멘트사는 상이한 방향으로 하연되었다. 예를 들어, 아라미드 필라멘트사를 S-방향으로 고연수로 하연함으로써 아라미드 하연사를 제조하고, 나일론 필라멘트사를 Z-방향으로 저연수로 하연함으로써 나일론 하연사를 제조하며, 상기 아라미드 하연사와 나일론 하연사를 S-방향으로 저연수로 상연함으로써 커버링 구조의 2-합연사(2-ply yarn)가 제조되었다.
위와 같은 커버링 구조의 2-합연사는 링 연사기를 이용하여 3단계 공정(즉, 아라미드 필라멘트사를 하연함으로써 아라미드 하연사를 제조하는 제1 단계, 나일론 필라멘트사를 하연함으로써 나일론 하연사를 제조하는 제2 단계, 및 상기 아라미드 하연사와 나일론 하연사를 함께 상연하는 제3 단계)을 통해 제조되기 때문에 생산성이 낮고 제조비용이 높다는 단점이 있다.
또한, 커버링 구조의 2-합연사를 접착제 용액에 침지시킨 후 건조 및 열처리할 때 나일론 하연사를 커버링하는 아라미드 하연사가 가이드 또는 롤러와의 마찰에 의해 밀려 루프를 형성하거나 나일론 하연사가 수축함으로써 형태 불균일이 야기되기 때문에, 하이브리드 코드 제조시 물성 편차가 커지고 불량률이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 나일론과 아라미드의 물성 차이를 최소화하기 위하여 아라미드 필라멘트사가 나일론 필라멘트사에 비해 더 많은 꼬임수로 하연되기 때문에, 아라미드 필라멘트사의 강력 저하가 많이 초래되어 높은 모듈러스라는 아라미드의 장점을 살릴 수 없었다. 결과적으로, 커버링 구조의 하이브리드 코드는 기대보다 낮은 강력을 가질 수밖에 없어 고속 주행시 타이어 변형이 초래될 위험이 상대적으로 높았다.
위와 같은 커버링 구조의 하이브리드 코드의 단점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0090307호에서 동일한 방향으로 각각 하연된 나일론 하연사 및 아라미드 하연사를 상기 방향과 반대 방향으로 함께 상연하되 상기 나일론 및 아라미드 하연사들이 동일한 구조를 갖도록 상연함으로써 제조되는 머지 구조(merged structure)의 하이브리드 코드를 제안한 바 있다.
그러나, 상기 머지 구조의 하이브리드 코드의 경우, 타이어의 인장 및 압축이 반복될 때 아라미드 하연사에 스트레스가 집중적으로 인가되기 때문에 타이어 코드의 내피로 특성이 낮을 수밖에 없고, 이러한 낮은 내피로 특성으로 인해 장시간의 고속 주행시 타이어의 안전성이 담보될 수 없다는 문제가 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, 제조가 간편할 뿐만 아니라 높은 강력 및 내피로 특성을 가짐으로써 초고성능 타이어에 적용 가능한 하이브리드 타이어 코드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 높은 강력 및 내피로 특성을 가짐으로써 초고성능 타이어에 적용 가능한 하이브리드 타이어 코드를 물성 편차를 최소화시키면서 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, 하이브리드 타이어 코드로서, 나일론 하연사: 및 아라미드 하연사를 포함하고, 상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사는 함께 상연되어 있고, 소정 길이의 상기 하이브리 타이어 코드에 있어서 상연을 언트위스트 후(post-untwist) 상기 아라미드 하연사의 길이는 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배인, 하이브리드 타이어 코드가 제공된다.
상기 나일론 하연사는 제1 꼬임 방향을 갖고, 상기 아라미드 하연사는 제2 꼬임 방향을 갖고, 상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사는 함께 제3 꼬임 방향으로 상연되어 있고, 상기 제2 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향과 동일한 방향이고, 상기 제3 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향일 수 있다.
상기 아라미드 하연사의 꼬임수는 상기 나일론 하연사의 꼬임수보다 적을 수 있다.
상기 아라미드 하연사의 꼬임수는 상기 나일론 하연사의 꼬임수보다 0.1 내지 5% 적을 수 있다.
상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사의 중량비는 20:80 내지 80:20일 수 있다.
상기 하이브리드 타이어 코드는, 상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사 상에 코팅된 접착제를 더 포함하고, ASTM D885에 의해 측정된 절단강도 및 파단신율이 각각 8.0 내지 15.0 g/d 및 7 내지 15%이고, 나일론 하연사의 꼬임수 100을 기준으로, 상기 아라미드 하연사의 꼬임수는 상기 나일론 하연사의 꼬임수보다 0.1 내지 5% 꼬임수가 낮다. 일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 90% 이상일 수 있다.
상기 하이브리드 타이어 코드는, ASTM D885에 의해 측정된 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE가 각각 0.8 내지 2.0 g/d, 1.5 내지 4.0 g/d, 및 3.0 내지 6.0 g/d일 수 있다.
상기 하이브리드 타이어 코드는, 180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/denier에서 측정된 건열 수축율이 1.5 내지 2.5%일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 아라미드 하연사를 형성하기 위하여 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하는 제1 단계; 나일론 하연사를 형성하기 위하여 나일론 필라멘트사를 제2 방향으로 하연하는 제2 단계 - 상기 제2 단계는 상기 제1 단계와 동시에 수행됨 -; 및 합연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 하연사를 함께 제3 방향으로 상연하는 제3 단계를 포함하고 - 상기 제3 단계는 상기 제1 및 제2 단계들과 연속적으로 수행됨 -, 상기 제1, 제2 및 제3 단계들은 하나의 연사기에 의해 수행되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 동일한 방향이고, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향이며, 상기 제2 단계에서 상기 나일론 필라멘트사에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 큰, 하이브리드 타이어 코드의 제조방법이 제공된다.
상기 제2 단계에서 상기 나일론 필라멘트사에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 크되, 소정 길이의 상기 하이브리 타이어 코드에 있어서 상연을 언트위스트한 후 상기 아라미드 하연사의 길이가 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배가 될 수 있을 만큼 클 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.
상기 침지 단계, 건조 단계, 및 열처리 단계는 연속적으로 수행되고, 상기 침지 단계, 건조 단계, 및 열처리 단계에서 상기 합연사에 가해지는 장력은 코드 당 0.4 g/d 이하일 수 있고, 상기 하이브리드 타이어 코드에 있어서 상연을 언트위스트한 후 상기 아라미드 하연사의 길이는 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배일 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.
본 발명에 의하면, 상연과 하연이 하나의 연사기에 의해 수행되기 때문에 하이브리드 타이어 코드의 생산성을 향상시키고 제조비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 아라미드 필라멘트사의 하연 꼬임수가 종래기술의 커버링 구조에서의 아라미드 하연 꼬임수에 비해 훨씬 적기 때문에 아라미드의 강력 저하가 덜 발생한다. 즉, 하이브리드 타이어 코드의 제조 과정에서 아라미드의 강력이 상대적으로 높게 유지될 수 있고, 아라미드의 높은 강력 덕분에 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 고속 주행시 타이어 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 아라미드 하연사와 나일론 하연사가 실질적으로 동일한 비율로 꼬여진 안정된 구조를 갖기 때문에 커버링 구조의 종래 기술에 비해 제조 과정에서 초래될 수 있는 물성 편차 및 불량률을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 코오드를 언트위스트한후 아라미드 하연사의 길이가 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배이기 때문에, 타이어의 인장/압축이 반복될 때 하이브리드 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 아라미드 하연사뿐만 아니라 나일론 하연사에도 분산될 수 있다. 결과적으로, 우수한 내피로 특성을 갖는 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 장시간의 고속 주행에서도 타이어의 안정성을 유지시킬 수 있다. 특히, 인장/압축 변형이 높은 경우 내피로성능에 있어서 큰 차이가 발생하며, 실제 타이어 주행시 인장/압축/전단력이 반복될 때 내피로성능의 차이가 더욱 크게 발생한다.
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 "하연사(primarily twisted yarn)"는 하나의 필라멘트사를 어느 한쪽 방향으로 꼬아서 만든 단사(single yarn)를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "합연사(plied yarn)"는 2 가닥 이상의 하연사들을 어느 한쪽 방향으로 함께 꼬아서 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 접착제를 함유한 합연사를 의미하는 "딥 코드(dip cord)"를 포함하는 개념이다. 합연사를 짜서 직물을 제조한 후 이 직물을 접착제 용액에 침지함으로써 제조되는 접착제 함유 직물도 상기 타이어 코드에 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 "꼬임수(twist number)"는 1m 당 꼬임의 횟수를 의미하며, 그 단위는 TPM(Twist Per Meter)이다.
본 발명에 따른 타이어 코드는 나일론과 아라미드의 하이브리드 타입으로서, 제1 꼬임 방향의 나일론 하연사 및 제2 꼬임 방향의 아라미드 하연사를 포함하되, 상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사는 함께 제3 꼬임 방향으로 상연되어 있다.
나일론 필라멘트사와 아라미드 필라멘트사가 하나의 연사기(예를 들어, 케이블 코드 연사기)에 의해 동시에 각각 하연됨으로써 상기 나일론 하연사와 아라미드 하연사가 형성되기 때문에, 상기 아라미드 하연사의 제2 꼬임 방향은 상기 나일론 하연사의 제1 꼬임 방향과 동일하며, 상기 제3 꼬임 방향(즉, 상연 방향)은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향이다.
본 발명에 의하면, 하연과 상연이 하나의 연사기에 의해 수행되기 때문에 하이브리드 타이어 코드의 생산성을 향상시키고 제조비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 의하면, 하나의 연사기에 의해 하연과 상연이 수행됨에도 불구하고, 소정 길이의 상기 하이브리 타이어 코드에 있어서 상연을 언트위스트한 후 상기 아라미드 하연사의 길이는 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배이다. 즉, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 커버링 구조가 약간 가미된 머지 구조를 갖는다.
따라서, 나일론 하연사와 아라미드 하연사가 실질적으로 동일한 길이 및 동일한 구조를 갖는 머지 구조(즉, 상연을 언트위스트한 후 아라미드 하연사의 길이가 나일론 하연사의 길이의 1.005배 미만인 구조)의 하이브리드 타이어 코드와는 달리, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드에서는 타이어의 인장/압축이 반복될 때 하이브리드 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 아라미드 하연사뿐만 아니라 나일론 하연사에도 분산될 수 있다. 결과적으로, 우수한 내피로 특성을 갖는 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 장시간의 고속 주행에서도 타이어의 안정성을 유지시킬 수 있다.
한편, 상연 언트위스트 후 아라미드 하연사의 길이가 나일론 하연사의 길이의 1.025배를 초과할 경우 종래기술의 커버링 구조와 유사한 불안정한 구조를 하이브리드 타이어 코드가 갖기 때문에, 전술한 바와 같은 이유로 제조 과정에서 물성 편차 및 불량률이 커지게 될 뿐만 아니라 타이어 제조 공정에서도 물성 편차로 인해 타이어 불량률이 증가한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하이브리드 타이어 코드의 아라미드 하연사의 꼬임수는 상기 나일론 하연사의 꼬임수보다 적다. 예를 들어, 상기 아라미드 하연사의 꼬임수는 상기 나일론 하연사의 꼬임수보다 0.1 내지 5% 적을 수 있다.
종래기술의 커버링 구조에서의 아라미드 하연 꼬임수(나일론의 하연 꼬임수보다 월등히 많음)에 비해 아라미드 필라멘트사의 하연 꼬임수가 훨씬 적기 때문에, 본 발명의 하이브리드 타이어 코드에서는 아라미드의 강력 저하가 덜 발생한다. 즉, 하이브리드 타이어 코드의 제조 과정에서 아라미드의 강력이 상대적으로 높게 유지될 수 있고, 아라미드의 높은 강력 덕분에 본 발명의 하이브리드 타이어 코드는 고속 주행시 타이어 변형을 최소화할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 타이어 코드의 제조에 사용되는 나일론(Nylon)은 주쇄에 강한 극성을 가지는 아미드(amide)기를 함유하고, 입체 규칙성 및 대칭성을 가져 결정성(crystalline)을 가진다. 상기 나일론은 통상적인 나일론 6, 나일론 66, 또는 나일론 6.10이고, 바람직하게는 나일론 66일 수 있다.
본 발명의 하이브리드 타이어 코드 제조에 사용되는 나일론 필라멘트사는 특별히 제한되지 않으나 400 내지 3000 데니어의 섬도, 8 g/d 이상의 인장강도, 및 17% 이상의 절단신도를 갖는 것이 바람직하다. 나일론 필라멘트사의 인장강도가 8 g/d 미만이면, 차량 주행시 벨트의 움직임을 충분히 방지하지 못하거나 이를 방지하기 위해 많은 양의 코드를 사용할 경우 타이어 무게가 증가한다. 나일론 필라멘트사의 절단신도가 17% 미만이면, 타이어 코드의 내피로 특성이 좋지 못하여 장시간 주행시 타이어의 인장/압축 반복에 따른 강도 손상이 크게 발생한다.
아라미드(aramid)는 주쇄에 아미드기와 함게 페닐 고리를 포함하고 있어 나일론 대비 10 배 이상의 모듈러스를 갖는다. 아라미드는 페닐 고리의 연결상태에 따라 파라형(p-)과 메타형(m-)이 있으며, 바람직하기로는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)(poly(p-phenylene terephthalate))이다.
<화학식 1>
Figure 112015062678346-pat00001
상기 식에서 n은 아라미드의 분자량에 따라 결정되며, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아라미드 필라멘트사는 400 내지 3000 데니어의 섬도, 20 g/d 이상의 인장강도, 및 3% 이상의 절단신도를 갖는다. 상기 아라미드 필라멘트사의 인장강도가 20 g/d 미만이면 나일론 필라멘트사의 낮은 강도를 충분히 보상하지 못하기 때문에 고속 주행시 타이어 변형이 초래될 위험이 증가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 타이오 코드에서 나일론 하연사와 아라미드 하연사의 중량비는 20:80 내지 80:20이다.
나일론 하연사의 중량이 아라미드 하연사 중량의 4배를 초과하면, 최종적으로 얻어지는 하이브리드 타이어 코드가 나일론의 물성을 따르게 되어 플랫 스팟 현상이 초래된다. 반면, 아라미드 하연사의 중량이 나일론 하연사 중량의 4배를 초과하면, 하이브리드 타이어 코드의 강력은 향상되나 수축력이 낮아져 자동차 주행에 따른 벨트 코드의 움직임을 효과적으로 막을 수 없고 내피로 성능이 저하되어 타이어의 내구력 확보가 어렵고, 또한 고가의 아라미드를 다량으로 사용함으로써 비용이 상승하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 타이어 코드는, 타이어와의 접착력 향상을 위하여 상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사 상에 코팅된 접착제를 더 포함하고, ASTM D885에 의해 측정된 절단강도 및 파단신율이 각각 8.0 내지 15.0 g/d 및 7 내지 15%이고, 일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 90% 이상일 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 타이어 코드는, ASTM D885에 의해 측정된 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE가 각각 0.8 내지 2.0 g/d, 1.5 내지 4.0 g/d, 및 3.0 내지 6.0 g/d일 수 있다. 상기 하이브리드 타이어 코드는, 180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/denier에서 측정된 건열 수축율이 1.5 내지 2.5%일 수 있다.
이하에서는 상술한 본 발명의 하이브리드 타이어 코드의 제조방법을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
400 내지 3000 데니어의 아라미드 필라멘트사와 400 내지 3000 데니어의 나일론 필라멘트사가 하연과 상연을 모두 수행하는 케이블 코드 연사기로 투입된다. 상기 연사기에서, 아라미드 하연사를 형성하기 위하여 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하는 제1 단계와 나일론 하연사를 형성하기 위하여 나일론 필라멘트사를 제2 방향으로 하연하는 제2 단계가 동시에 수행되고, 합연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 하연사를 함께 제3 방향으로 상연하는 제3 단계가 상기 제1 및 제2 단계들과 연속적으로 수행된다. 전술한 바와 같이, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 동일한 방향이고, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향이다.
본 발명에 의하면, 하연과 상연이 하나의 연사기에서 수행되는 연속식 방법으로 합연사가 제조되기 때문에, 나일론 필라멘트사와 아라미드 필라멘트사를 각기 다른 연사기로 각각 하연한 후 또 다른 연사기로 이들을 함께 상연하는 기존의 배치식 방법에 비해 하이브리드 타이어 코드의 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 제2 단계에서 상기 나일론 필라멘트사에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 크다. 따라서, 하나의 연사기에 의해 하연과 상연이 수행됨에도 불구하고, 소정 길이의 상기 하이브리 타이어 코드에 있어서 상연을 언트위스한 후 상기 아라미드 하연사의 길이가 상기 나일론 하연사의 길이보다 약간 더 길 수 있다. 이를 통해, 타이어의 인장/압축이 반복될 때 하이브리드 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 아라미드 하연사뿐만 아니라 나일론 하연사에도 분산될 수 있고, 하이브리드 타이어 코드가 우수한 내피로 특성을 갖게 됨으로써 장시간의 고속 주행에서도 타이어의 안정성을 유지시킬 수 있다.
또한, 상기 나일론 필라멘트사에 인가되는 장력이 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 크기 때문에, 하연과 상연의 꼬임수로서 단일 값이 상기 연사기에 세팅됨에도 불구하고 아라미드 하연사의 꼬임수와 나일론 하연사의 꼬임수가 약간이나마 상이하게 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 단계에서 상기 나일론 필라멘트사에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 크되, 그 차이는, 소정 길이의 상기 하이브리 타이어 코드에 있어서 상연을 언트위스트한 후(즉, 상기 합연사를 언트위스트한 후) 아라미드 하연사의 길이가 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배가 될 수 있을 만큼의 차이일 수 있다.
나일론 필라멘트사와 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력의 크기는 상기 연사기의 롤들(rolls)의 분당 회전수(rpm)를 적절히 세팅함으로써 조절될 수 있다.
로 코드(raw cord)가 아닌 딥 코드(dip cord)를 제조하는 실시예의 경우, 타이어와의 접착성 향상을 위해 상기 합연사를 접착제 용액에 침지시키는 단계, 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 건조시키는 단계, 및 상기 건조된 합연사를 열처리하는 단계가 연속적으로 수행될 수 있다.
RFL 용액(Resorcinol Formaldehyde Latex) 또는 에폭시계 접착 조성액 등이 상기 접착제 용액으로서 사용될 수 있다.
상기 건조 공정의 온도 및 시간은 상기 접착제 용액의 조성에 따라 달라질 수는 있지나, 통상적으로 100 내지 200℃에서 30 내지 120초 동안 상기 건조 공정이 수행된다.
상기 열처리 공정은 200 내지 250℃에서 30 내지 120초간 실시될 수 있다.
한편, 동일한 꼬임수로 하연 및 상연을 수행하도록 연사기가 세팅되지만, 상기 연사기에 의해 제조된 합연사가 접착제 용액에 침지된 후 건조되는 단계에서 꼬임 풀림 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 연속적으로 수행되는 상기 침지, 건조, 및 열처리 단계들에서 상기 합연사에 가해지는 장력은 코드 당 0.4 g/d 이하인 것이 바람직하다.
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.
* 합연사(로 코드)의 제조
실시예 1
1260 데니어의 나일론 필라멘트사와 1500 데니어의 아라미드 필라멘트사를 케이블 코드 연사기에 투입하고, Z-방향의 하연과 S-방향의 상연을 동시에 각각 수행하여 2-합연사(2-ply yarn)를 제조하였다. 이때, 하연과 상연을 위해 300 TPM의 꼬임수로 상기 케이블 코드 연사기가 세팅되었으며, 상기 나일론 필라멘트사에 가해지는 장력은 52%이고, 상기 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력은 2.5 position으로 제조하였다.
실시예 2
상기 나일론 필라멘트사에 가해지는 장력은 52% 이고, 상기 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력은 2.25 position이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 합연사를 제조하였다.
실시예 3
상기 나일론 필라멘트사에 가해지는 장력은 52% 이고, 상기 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력은 2.0 position이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 합연사를 제조하였다.
실시예 4
상기 나일론 필라멘트사에 가해지는 장력은 52% 이고, 상기 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력은 1.5 position이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 합연사를 제조하였다.
비교예 1
상기 나일론 필라멘트사에 가해지는 장력은 52% 이고, 상기 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력은 3.25 position이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 합연사를 제조하였다.
비교예 2
상기 나일론 필라멘트사에 가해지는 장력은 52% 이고, 상기 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력은 2.75 position이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 합연사를 제조하였다.
비교예 3
상기 나일론 필라멘트사에 가해지는 장력은 52% 이고, 상기 아라미드 필라멘트사에 가해지는 장력은 0.75 position이었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 합연사를 제조하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 의해 각각 제조된 합연사들에 있어서, 나일론 하연사의 길이에 대한 아라미드 하연사의 길이의 비율을 아래의 방법에 의해 각각 구하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
* 나일론 하연사의 길이에 대한 아라미드 하연사의 길이의 비율
25cm 길이의 합연사 샘플에 0.05g/d 하중을 주어 상연 꼬임을 풀어 서로 분리한 후 먼저 나일론 하연사를 절단하여 제거하고 0.05g/d의 하중을 부여한 상태의 아라미드 하연사 길이를 측정하고, 상기의 상연 꼬임을 푸는 과정을 반복하여 아라미드 하연사를 절단하여 제거하고 0.05g/d의 하중을 부여한 상태의 나일론 하연사 길이를 측정하였고, 아래의 식 1에 의해 나일론 하연사의 길이에 대한 아라미드 하연사의 길이의 비율을 각각 산출하였다.
<식 1> : R = La/Ln
(여기서, R은 나일론 하연사의 길이에 대한 아라미드 하연사의 길이의 비율고, La는 아라미드 하연사의 길이이며, Ln은 나일론 하연사의 길이임)
아라미드 장력
(position)		 나일론 장력
(%)		 아라미드 하연사 길이/나일론 하연사 길이
실시예1 2.5 52 1.005
실시예2 2.25 52 1.01
실시예3 2.0 52 1.02
실시예4 1.5 52 1.025
비교예1 3.25 52 1
비교예2 2.75 52 1.003
비교예3 0.75 52 1.03
* 딥 코드의 제조
실시예 5
실시예 1의 2-합연사를 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) 고무(41%), 및 물을 포함하는 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제 용액에 디핑하였다. 침지에 의해 RFL 용액을 함유하게 된 2-합연사를 150℃에서 100초 동안 건조시킨 후 240℃에서 100초 동안 열처리함으로써 딥 코드를 완성하였다. 상기 침지, 건조, 및 열처리 공정시 2-합연사에 가해지는 장력은 0.5 kg/cord가 되도록 제어되었다.
실시예 6 내지 8
실시예 1의 2-합연사 대신에 실시예 2 내지 4의 2-합연사들을 이용하였다는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 딥 코드들을 각각 제조하였다.
비교예 4 내지 6
실시예 1의 2-합연사 대신에 비교예 1 내지 3의 2-합연사들을 이용하였다는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 딥 코드들을 각각 제조하였다.
위 실시예 5 내지 8 및 비교예 4 내지 6에 의해 얻어진 딥 코드들의 절단강도 및 그 비균일성, 파단신율 및 그 비균일성, 건열수축율, 및 디스크 피로 특성을 다음의 방법들로 각각 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
* 절단강도 및 그 비균일성 & 파단신율 및 그 비균일성
ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 샘플 10개에 대하여 300 m/min 인장속도를 가함으로써 딥 코드의 절단 강력(Strength at Break) 및 파단신율을 각각 측정하였다. 이어서, 각 샘플의 절단 강력을 딥 코드의 전체 섬도로 나눔으로써 각 샘플의 절단강도(g/d)를 구하였다. 이어서, 10개 샘플들의 절단강도 및 파단신율의 평균치를 각각 산출함으로써 딥 코드의 절단강도 및 파단신율을 얻었다.
한편, 10개 샘플들의 절단강도 중 최대치와 최소치의 차이를 산출하고, 상기 샘플들의 파단신율 중 최대치와 최소치의 차이를 산출함으로써, 딥 코드의 절단강도의 비균일성 및 파단신율의 비균일성을 구하였다.
* 건열수축율 (%, shrinkage)
온도 25℃, 상대습도 65%의 분위기 조건하에서 24시간 이상 방치 후에 테스트라이트(Testrite) 기기를 사용하여 180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/De 하중 하에서 측정하였다.
* 디스크 피로 특성
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 ±2% 및 +3/-10% 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 2에 의해 정의되는 강력 유지율을 계산하였다.
<식 2>: 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 Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 시료장에 대하여 300 m/min 인장속도를 가하면서 하이브리드 타이어 코드의 절단 강력(Strength at Break)을 측정함으로써 구하였다.
* 밴딩 피로 특성
타이어 주행시 발생되는 인장/압축/전단 변형을 모사한 시험인 밴딩피로시험 측정기 (Bending Fatigue tester)를 이용하였으며, 25EPI(End per Inch) 간격의 코드층과 고무 0.6mm를 적층하는 방법으로 코드를 2층의 구조로하여 전체 두께가 5mm 되도록 시편의 상하층에 고무를 적층하여, 160 20분 동안 가류하여 시편을 제작한후 경사 방향의 폭을 1inch 폭으로 재단하여 피로시험 시편을 제작한다. 여기서 하중 68kgf을 가하고, Spindle 0.5inch로하여 상온에서 37500cycle 반복 하중을 가한후 코드 10가닥을 채취하여 피로후 강력을 측정하였다. 여기서, 피로 전 및 피로 후 강력(kgf)은, ASTM D-885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 250 mm의 시료장에 대하여 300 m/min 인장속도를 가하면서 하이브리드 타이어 코드의 절단 강력(Strength at Break)을 측정함으로써 구하였다.
실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 비교예4 비교예5 비교예6
아라미드
하연사 길이/
나일론
하연사 길이
1.005
1.01
1.02
1.025
1
1.003
1.03
절단강도
(g/d)		 13.4 13.5 13.9 13.1 13.7 12.8 12.6
절단강도
비균일성(g/d)		 0.3 0.4 0.4 0.4 0.3 0.3 6.5
파단신율
(%)		 11.0 11.3 11.8 11.9 10.8 10.8 12.5
파단신율
비균일성(%)		 1.6 1.8 1.8 2.0 1.4 1.6 4.0
건열 수축율(%) 2.0 2.1 2.1 2.0 2.5 2.0 2.0
디스크 피로 ±2% 강력 유지율(%) 96 96 98 95 87.9 92 94.5
디스크 피로 +3/-10% 강력 유지율(%) 90.5 91.6 92.5 93.1 78.5 80.2 82.4
밴딩 피로 강력 유지율(%) 91.3 93.1 96.0 92.0 75.1 86.4 85.2
실시예 5 내지 8의 경우 물성의 균일성이 우수할 뿐만 아니라, 타이어의 인장/압축이 반복될 때 하이브리드 타이어 코드에 가해지는 스트레스가 아라미드 하연사뿐만 아니라 나일론 하연사에도 분산될 수 있어 우수한 내피로 특성이 발현되며, 특히 인장/압축 변형이 높은 경우 내피로성능이 우수하게 발현됨을 알수 있고, 실제 타이어 주행시 인장/압축/전단력 이 반복될 때 또한 우수한 내피로성능을 유지함을 알수 있다.
반면 비교예 4의 경우 물성의 균일성은 높으나, 타이어의 인장 및 압축이 반복될 때 아라미드 하연사에 스트레스가 집중적으로 인가되기 때문에 타이어 코드의 내피로 특성이 낮아 타이어의 안정성을 담보하기 어려움을 알수 있다. 비교예 5의 경우 아라미드 하연사의 길이가 길지만, 내피로 성능의 확보가 어렵고, 비교예 6의 경우 아라미드 하연사의 길이가 과도하게 길어 커버링 형태의 하이브리드 특성이 나타나게되어 물성의 균일성이 나빠지게 되어 타이어 제조시의 불량률이 증가됨을 예상할수 있고, 또한 인장/압축 변형이 낮은 경우 피로후 강력 유지율이 90% 이상이나, 인장/압축 변형이 높거나 인장/압축/전단력이 반복될 때 내피로성능이 크게 저하됨을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 하이브리드 타이어 코드에 있어서,
    나일론 하연사: 및
    아라미드 하연사를 포함하고,
    상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사는 함께 상연되어 있고,
    소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드에 있어서 상기 상연의 언트위스트 후 상기 아라미드 하연사의 길이는 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배인,
    하이브리드 타이어 코드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나일론 하연사는 제1 꼬임 방향을 갖고,
    상기 아라미드 하연사는 제2 꼬임 방향을 갖고,
    상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사는 함께 제3 꼬임 방향으로 상연되어 있고,
    상기 제2 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향과 동일한 방향이고,
    상기 제3 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향인,
    하이브리드 타이어 코드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 하연사의 꼬임수는 상기 나일론 하연사의 꼬임수보다 적은,
    하이브리드 타이어 코드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아라미드 하연사의 꼬임수는 상기 나일론 하연사의 꼬임수보다 0.1 내지 5% 적은,
    하이브리드 타이어 코드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사의 중량비는 20:80 내지 80:20인,
    하이브리드 타이어 코드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나일론 하연사와 상기 아라미드 하연사 상에 코팅된 접착제를 더 포함하고,
    ASTM D885에 의해 측정된 절단강도 및 파단신율이 각각 8.0 내지 15.0 g/d 및 7 내지 15%이고,
    일본표준협회(Japanese Standard Association: JSA)의 JIS-L 1017 방법에 따라 실시되는 디스크 피로 테스트 후의 강력 유지율이 90% 이상인,
    하이브리드 타이어 코드.
  7. 제6항에 있어서,
    ASTM D885에 의해 측정된 3% LASE, 5% LASE, 및 7% LASE가 각각 0.8g/d 내지 2.0g/d, 1.5g/d 내지 4.0g/d , 및 3.0g/d 내지 6.0g/d인,
    하이브리드 타이어 코드.
  8. 제7항에 있어서,
    180℃에서 2분 동안 초하중 0.01g/denier에서 측정된 건열 수축율이 1.5 내지 2.5%인,
    하이브리드 타이어 코드.
  9. 하이브리드 타이어 코드의 제조방법에 있어서, 아라미드 하연사를 형성하기 위하여 아라미드 필라멘트사를 제1 방향으로 하연하는 제1 단계;
    나일론 하연사를 형성하기 위하여 나일론 필라멘트사를 제2 방향으로 하연하는 제2 단계 - 상기 제2 단계는 상기 제1 단계와 동시에 수행됨 -; 및
    합연사를 형성하기 위하여 상기 아라미드 하연사와 상기 나일론 하연사를 함께 제3 방향으로 상연하는 제3 단계를 포함하고 - 상기 제3 단계는 상기 제1 및 제2 단계들과 연속적으로 수행됨 -,
    상기 제1, 제2 및 제3 단계들은 하나의 연사기에 의해 수행되고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 동일한 방향이고,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향이며,
    상기 제2 단계에서 상기 나일론 필라멘트사에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 크고,
    상기 제2 단계에서 상기 나일론 필라멘트사에 인가되는 장력이 상기 제1 단계에서 상기 아라미드 필라멘트사에 인가되는 장력보다 크되, 소정 길이의 상기 하이브리드 타이어 코드에 있어서 상기 상연의 언트위스트 후 상기 아라미드 하연사의 길이가 상기 나일론 하연사의 길이의 1.005 내지 1.025배가 될 수 있을 만큼 큰,
    하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 합연사를 접착제 용액에 침지시키는 단계;
    상기 침지 단계에 의해 상기 접착제 용액이 함침된 상기 합연사를 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 합연사를 열처리하는 단계를 더 포함하는,
    하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 침지 단계, 건조 단계, 및 열처리 단계는 연속적으로 수행되고,
    상기 침지 단계, 건조 단계, 및 열처리 단계에서 상기 합연사에 가해지는 장력은 코드 당 0.4 g/d 이하인,
    하이브리드 타이어 코드의 제조방법.
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