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KR102062883B1 - 신규한 폴리에스테르 캡 플라이 - Google Patents

신규한 폴리에스테르 캡 플라이 Download PDF

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KR102062883B1
KR102062883B1 KR1020177037497A KR20177037497A KR102062883B1 KR 102062883 B1 KR102062883 B1 KR 102062883B1 KR 1020177037497 A KR1020177037497 A KR 1020177037497A KR 20177037497 A KR20177037497 A KR 20177037497A KR 102062883 B1 KR102062883 B1 KR 102062883B1
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코드사 테크닉 테크스틸 아노님 시르케티
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Abstract

본 발명은 상이한 트위스트를 갖는 교번하는, 평행한 폴리에스테르 (PET) 코드로 제조된 신규한 타이어 코드 직물 또는 스트립에 관한 것이다. 이러한 신규한 타이어 코드 직물 또는 스트립은 공기압 레이디얼 타이어의 0도 나선형으로 권취된 캡 플라이로 사용될 때, 고속 내구성, 트레드 분리 저항성 및 내충격성을 향상시킨다.

Description

신규한 폴리에스테르 캡 플라이
본 발명은, 상이한 트위스트(twists)를 갖는 교번하는(alternating) 평행한 폴리에스테르 코드를 포함하는 신규한 타이어 코드 직물 또는 스트립에 관한 것이다. 이러한 신규한 타이어 코드 직물 또는 스트립은 공기압 레이디얼 타이어의 벨트 패키지 상에 0도 나선형으로 권취된 캡 플라이로 사용될 때, 고속 내구성, 트레드 분리 저항성(tread separation resistance) 및 내충격성을 향상시킨다.
고속 조건하에서, 타이어의 외부 직경은 스틸 코드 벨트 패키지 및 트레드에 의해 발생된 원심력으로 인해 증가한다. 이러한 직경 증가 또는 타이어 성장은 균열 개시, 균열 전파 및 최종적으로 벨트 엣지 분리로 이어지는 벨트 엣지 코드들의 팬토그래픽 움직임(pantographic movement)을 증가시킨다.
반면에 고속 조건에서 벨트 엣지의 온도 상승은 텍스타일 캡 플라이 스트립의 국부적인 접착 저하를 야기할 수 있으며, 국부적인 캡 플라이-트레드 분리를 유발하여 결과적으로 불균일한 스트레스 분포로 인하여, 짧은 시간에 벨트 엣지 분리를 초래할 수 있다.
벨트 패키지 상에 권취된 캡 플라이 층은 크로스-플라이 스틸 코드층으로 이루어진 헤비(heavy) 벨트 패키지에 압축력(compressive forces) (구속력(restraining force))을 가함으로써 고속 조건하에서 과도한 타이어 성장을 원주방향으로 방지한다. 구속력을 향상시키기 위해, 코드 카운트(cord count)가 높은 (epdm) 캡 플라이 스트립이 일반적으로 사용된다 (예: PET 1100x2, 110epdm 등).
현재, 가장 널리 사용되는 캡 플라이 재료는 타이어의 적도면(equatorial plane)에 대하여 0-5도에서 벨트 패키지에 나선형으로 권취되는, 나일론 6,6 및 아라미드/나일론 하이브리드 코드이다.
PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트) 코드는 캡 플라이 보강재인 나일론 6.6 코드에 비해 모듈러스가 더 높고 인-타이어 코드 장력(in-tire cord tensions)이 더 높다. 나일론 6,6에 비해 섬유 표면의 활성 자리 (작용기)가 적기 때문에; PET는 고온에서 고무와의 접착의 열적 열화에 더 민감하다. 그 이유는 PET의 트레드-캡 층 분리 저항성이 나일론 6.6보다 적기 때문이다.
이중 탄성 인장 거동을 갖는 고 및 저 모듈러스 얀을 포함하는 하이브리드 코드는 또한 고속 타이어의 캡 플라이로 사용되는 것이 잘 알려져 있다. 하이브리드 코드의 낮은 모듈러스 성분은 이의 높은 신장성(extensibility)으로 인해 과도하게 단단한(tight) 코드 형성 없이 쉬운 벨트 패키지 리프팅(lifting)을 가능하게 하고, 높은 모듈러스 성분은 서비스 조건에서 효과적이다. 캡 플라이로서 하이브리드 코드를 사용함으로써, 캡 플라이 층의 총 두께 및 고무 함량이 감소될 수 있고, 하이브리드 코드의 높은 모듈러스 성분은 구속력을 향상시키고 고속 내구성을 증대시킨다.
미국 특허 제 7,584,774호에는 벨트 패키지 상에 원주 방향으로 나선형으로 권취된 벨트 보강층 (캡 플라이)인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 코드가 기재되어있다. 상기 PET 코드는 160℃에서 29.4N의 로드(load)하에서 2.5mN/dtex% 이상의 탄성 모듈러스를 갖는다.
고속 레이디얼 타이어에서 통상의 PET 캡 플라이의 주요 단점은 (전단력으로 인하여) 코드 사이의 균열 형성을 지연시키는 견고한 동적 접착(robust dynamic adhesion)이 필요하다는 것이다. 고속 조건에서 벨트 엣지 영역의 온도가 높아지고 PET 캡 플라이 코드의 모듈러스가 낮아진다. 그래서 단층 캡 플라이로 사용하기 위해서는 높은 epdm 스트립이 선호된다. 그러나, 높은 epdm 캡 플라이는 균열 형성에 대한 경향이 더 높기 때문에 플라이 분리가 초래될 수 있다.
본 발명은 다른 트위스트를 갖는 교번하는 폴리에스테르 코드로 제조된 (직조 (woven)) 신규 타이어 코드 직물 또는 스트립에 관한 것이다. 이러한 신규한 타이어 코드 직물 또는 스트립은 공기압 레이디얼 타이어(pneumatic radial tires)에서 0도 나선형으로 권취된 캡 플라이로 사용될 때, 고속 내구성, 트레드 분리 저항성 및 내충격성을 향상시킨다.
폴리에스테르 (PET)의 열등한 동적 접착으로 인해, 고속 레이디얼 타이어의 벨트 패키지에 단일층, 고 epdm 및 좁은 리벳 캡 플라이(rivet cap ply)로 사용되는 것이 바람직하다 (도 1).
반면에, 이러한 직물 또는 스트립의 코드-대-코드 간격 (리벳 영역)은 너무 좁아서, 스코치(scorch) 없이 코드 사이에서 고무의 침투를 어렵게 한다. 또한, 고무 균열은 높은 전단 응력(shear stresses)으로 인해 동적 조건(dynamic conditions)하에서 좁은 리벳을 갖는 코드 사이에서 쉽게 개시될 수 있다.
본 발명에 따르면, 캡 플라이 스트립에서, 다른 트위스트를 갖는 PET 코드는 상이한 모듈러스 또는 LASE 및 상이한 열 쉬링크 력 값(thermal shrink force values)을 갖는다. 경화 공정에서, 리프팅(lifting)(팽창) 동안, 낮은 트위스트의 PET 코드 (높은 모듈러스, 낮은 신장 코드)는 높은 트위스트 코드 (낮은 모듈러스, 높은 신장 코드)보다 훨씬 많이 로드(load)된다. 더 높은 코드 장력(tension)뿐만 아니라, 더 높은 로딩(loading)에서 낮은 트위스트의 나일론 코드는 경화 온도에서 더 높은 열 쉬링크 력(thermal shrink force) (수축력(contraction force))을 발생한다. 더 높은 코드 로딩 및 더 높은 열 쉬링크 력의 결과로, 낮은 트위스트 나일론 코드는 높은 트위스트 코드보다 스킴 컴파운드(skim compound)에 더 침투한다.
저 및 고 트위스트 PET 코드의 침투 수준이 다르기 때문에, 모노-플라이 캡 스트립 층이 2 층 캡 스트립이 된다 (도 2).
정의:
코드(cord): 두 개 이상의 플라이된 얀을 함께 꼬아서 만든 보강 요소.
데니어(Denier): 9,000 미터 길이의 얀의 그램 중량.
Dtex: 10,000 미터 길이의 얀의 그램 중량.
적도면(Equatorial plane): 타이어의 원주 중심선을 통과하는 평면
LASE: 특정 하중에서의 하중(Load At Specified Load)
7 % LASE: 로드 신율 곡선에서, 7 % 신장시의 로드(load)
선밀도(Linear density): 단위 길이 당 중량 (g/dtex 또는 g/d (denier))
PET: 폴리에틸렌 테레프탈레이트
구속력(Restraining force): 타이어의 성장을 막기 위해 주행 중에 벨트 패키지에 캡 플라이가 가하는 힘
총 선밀도(Total linear density): 코드의 플라이 얀의 명목상 선밀도(nominal linear densities)의 합
2-플라이 코드(Two-ply cord): 2개의 플라이 얀을 함께 꼬아서 제조한 코드
3-플라이 코드(Three-ply cord): 3개의 플라이 얀을 함께 꼬아서 제조한 코드
트위스트(Twist): 미터 당 회전 수 (t/m 또는 tpm)
경사(warp): 모든 직조된 직물에서 셀비지(selvage)로 길이 방향으로 평행하고 충전물(filling)과 섞어 짜이는(interwoven)되는, 얀 또는 코드 세트.
도 1은 경화 공정 후의 크로스-플라이 스틸 코드 벨트 패키지상의 통상의 (종래 기술) 폴리에스테르 (PET) 캡 플라이의 단면도이다.
a는 크로스 플라이 스틸 코드 벨트 패키지이다.
b는 벨트 패키지상의 통상의 캡 플라이이다.
c는 트레드이다.
도 2는 경화 공정 후의 크로스-플라이 스틸 코드 벨트 패키지에 대한 본 발명에 따른 폴리에스테르 (PET) 캡 플라이의 단면도이다.
a는 크로스 플라이 스틸 코드 벨트 패키지이다.
b는 발명에 따른 벨트 패키지상의 통상의 캡 플라이이다.
c는 트레드이다.
도 3a는 (1) 경화 공정 전, (2) 경화 공정 후의 크로스-플라이 스틸 코드 벨트 패키지상의 본 발명에 따른 나일론 캡 플라이의 단면도이며,
A: B와 비교하여 더 낮은 모듈러스를 갖는, 더 높은 트위스트 또는 더 높은 트위스트 멀티플라이어(multiplier)를 갖는 제1 폴리에스테르 (PET) 코드
B: A와 비교하여 더 높은 모듈러스를 갖는, 더 낮은 트위스트 또는 더 낮은 트위스트 멀티플라이어를 갖는 제 2 폴리에스테르 (PET) 코드
H: 고무 매트릭스에서의 코드 침투 차이
도 3b는 A (더 높은 트위스트, 더 낮은 모듈러스, 더 낮은 장력) 및 B (더 낮은 트위스트, 더 높은 모듈러스, 더 높은 장력) 코드로 제조된 PET 캡 플라이 스트립의 평면도이다.
도 4는 (1) 경화 공정 전, (2) 경화 공정 후의 크로스-플라이 스틸 코드 벨트 패키지상의 본 발명에 따른 나란히(side-by-side) 쌍을 이룬 코드를 갖는 PET 캡 플라이의 단면도이며,
도 4b는 캡 플라이 스트립에서 나란히 (쌍을 이룬) A (더 높은 트위스트, 더 낮은 모듈러스, 더 낮은 장력) 및 B (더 낮은 트위스트, 더 높은 모듈러스, 더 높은 장력) 코드의 평면도이다.
도 5는 경화 공정 후의 코드-대-코드 거리 변화를 나타내며,
(1) 경화 공정 전, (2) 경화 공정 후
S1: 공정 팽창(process expansion) 및 경화 전, A와 B 사이의 코드-대-코드 거리.
S2: 공정 팽창 및 경화 후, A와 B 사이의 코드-대-코드 거리
S3: 공정 팽창 및 경화 후, A와 A 사이의 코드-대-코드 거리
S4: 공정 팽창 및 경화 후, B와 B 사이의 코드-대-코드 거리
도 6은 1 + 2 + 1 코드 배열을 나타낸다.
(1) 공정 팽창 및 경화 전, - A + B + B + A + B + B + A + ... 코드 배열
(2) 공정 팽창 및 경화 후, - A + B + B + A + B + B + A + ... 코드 배열
도 7은 2 + 1 + 2 코드 배열을 나타낸다.
(1) 공정 팽창 및 경화 전, - A + A + B + A + A + B + A + A + ... 코드 배열
(2) 공정 팽창 및 경화 후, - A + A + B + A + A + B + A + A + ... 코드 배열
본 발명에 따르면, 상이한 트위스트 레벨을 갖는 교번하는 폴리에스테르 (PET) 경사코드를 갖는, 원주 방향으로 공기압 레이디얼 타이어의 벨트 패키지 상에 나선형으로 권취된 캡 플라이 직물 또는 캡 플라이 스트립은;
- 낮은 트위스트 PET 코드의 높은 모듈러스 및 코드 사이의 코드-대-코드 거리 증가 (수직 방향으로의 코드 시프팅(shiftings), 2 층 또는 지그재그 형성) (적은 전단 응력)로 인하여 고속 내구성을 향상시킨다 (도 3a, 3b 및 5).
- 높은 트위스트의 더 높은 에너지 흡수 및 높은 신장성 PET 코드로 인하여 벨트 패키지의 내충격성을 향상시킨다.
- 또한, 캡 플라이의 물결 모양 표면 구조로 인해 트레드-캡 플라이 분리 저항이 향상된다. 지그재그 표면은 캡 플라이와 트레드 화합물(compound) 사이의 기계적 결합(mechanical bonding)을 또한 향상시킨다.
캡 플라이 스트립에서 상기 제 1 PET 코드 (A)와 제 2 PET 코드 (B)는 2 및/또는 3-플라이 코드이다.
원주 중심선 (또는 타이어의 적도면)까지 나선형으로 권취된 캡 플라이 스트립의 각도는 0 내지 5 °이다.
상기한 이점을 얻기 위해서, 하기 식(1)에 따라 결정된 높은 트위스트 PET 코드 (A)의 트위스트 팩터(twist factor)는 최소 13,000이고 17,000 미만이다.
트위스트 팩터 = 코드 트위스트 (tpm) x (dtex로서 코드의 총 선밀도)½ (1)
본 발명에 따르면, 제 2 (더 낮은 트위스트) PET 코드 (B)의 트위스트 팩터는 제 1 (높은 트위스트) PET 코드 (A)의 트위스트 팩터보다 적어도 15 % 그리고 바람직하게는 25 % 더 작다.
제 2 (더 낮은 트위스트) PET 코드 (B)의 트위스트 팩터가 제 1 (더 높은 트위스트) PET 코드 (A)의 트위스트 팩터의 15 % 미만이면, 이들 사이의 LASE, 모듈러스 또는 팽창성 차이가 미미하다. 이러한 조건에서 물결 모양의 캡 플라이 표면은 타이어에 형성될 수 없다.
코드의 총 선밀도는 최소 1,000dtex 및 최대 5,000dtex이다. 1000dtex 미만의 캡 플라이 코드는 너무 얇고 LASE 값이 너무 낮아, 심지어 매우 높은 코드 카운트 (epdm)로도 충분한 구속력을 제공할 수 없다. 이러한 단점 외에도, 공정 리프팅 및 경화 중에, 벨트 층의 스킴 화합물을 절단하고 스틸 코드에 접촉시킬 수 있다. 5,000dtex보다 높은 캡 플라이 코드는 너무 두껍고 코팅에 너무 많은 고무가 필요로 한다. 타이어에서 이러한 코드에 대한 잠재적 단점은 크라운 영역에서 롤링 저항(rolling resistance) 및 열 축적(heat build-up)을 증가시킨다.
제 1 PET 코드 (A)와 제 2 PET 코드 (B) 사이의 총 선밀도 차이는 15 % 미만이다. 바람직하게는, 제 1 PET 코드 (A)와 제 2 PET 코드의 총 선밀도는 동일해야 한다.
본 발명에 따르면, 제 1 PET 코드 (A) 및 제 2 PET 코드 (B)의 시퀀스는 A + B + A + B + A + B + ... 과 같이 교번하는 형태이고, 캡 플라이 스트립에서 서로 평행하며, 여기서, A는 더 높은 트위스트의 제 1 코드이고 B는 A에 비하여 트위스트가 더 낮은 제 2 코드이다. 이러한 캡 플라이 스트립은 경화 공정 후에 균일한 물결 모양의 표면을 형성하며, 이는 트레드 화합물에 본딩(bonding)하여, 고속 조건에서의 트레드 분리 저항성을 강하게 향상시킨다 (도 3a).
본 발명에 따르면, 제 1 PET 코드 (A) 및 제 2 PET 코드 (B)의 시퀀스는, 쌍을 이룬 코드로서, AB + AB + AB + ...와 같이 교번하는 형태이며, 캡 플라이 스트립에서 서로 평행하며, 여기서, A는 더 높은 트위스트의 제 1 코드이고 B는 A에 비하여 트위스트가 더 낮은 제 2 코드이다 (도 4a).
본 발명에 따르면, 제 1 PET 코드 (A) 및 제 2 PET 코드 (B)의 시퀀스는 A + B + B + A + B + B + A + B + B + ...등과 같이, 교번하는 형태이며, 캡 플라이 스트립에서 서로 평행하며, 여기서, A는 더 높은 트위스트의 제 1 코드이고 B는 A에 비하여 트위스트가 더 낮은 제 2 코드이다 (도 6).
본 발명에 따르면, 제 1 PET 코드 (A) 및 제 2 PET 코드 (B)의 시퀀스는 A + A + B + A + A + B + A + A + B + ... 등과 같이, 교번하는 형태이며, 캡 플라이 스트립에서 서로 평행하며, 여기서, A는 더 높은 트위스트의 제 1 코드이고 B는 A에 비하여 트위스트가 더 낮은 제 2 코드이다 (도 7).
본 발명에 따르면, 스트립에서의 코드 카운트는 최소 70 epdm (데시미터 당 말단(ends per decimeter))이다. 코드 카운트가 70epdm보다 낮은 경우, 표면의 물결 모양의 효과는 트레드에 기계적으로 본딩(mechanical bonding)하기에 충분하지 않다.
본 발명에 따르면, 캡 플라이 스트립의 폭은 8 내지 25mm, 바람직하게는 10 내지 15mm이다.

Claims (12)

  1. 공기압 래이디얼 타이어의 벨트 패키지 상에 원주 방향으로 권취된, 동일한 선밀도를 갖는, 평행하고, 교번하여 직조된 제 1 및 제 2 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 코드로 제조된 캡 플라이 스트립으로서,
    - 다음 식에 따라 결정되는 제 1 PET 코드 (A)의 트위스트 팩터는,
    트위스트 팩터 = 코드 트위스트 (tpm) x (dtex로서 코드의 총 선밀도)½;
    적어도 13,000 그리고 17,000 미만이며,
    - 제 2 PET 코드 (B)의 상기 트위스트 팩터는 제 1 PET 코드 (A)의 트위스트 팩터 보다 적어도 15 % 또는 적어도 25 % 더 작은, 캡 플라이 스트립.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 PET 코드는 2-플라이 코드인, 캡 플라이 스트립.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 PET 코드는 3-플라이 코드인, 캡 플라이 스트립.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 PET 코드의 상기 선밀도는 최소 1,000dtex이고 최대 5,000dtex인, 캡 플라이 스트립.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 PET 코드의 선밀도의 차이는 0 % 인, 캡 플라이 스트립.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트립에서 제 1 및 제 2 PET 코드의 배열은 A + B + A + B + A + B 등과 같은, 캡 플라이 스트립.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트립에서 제 1 및 제 2 PET 코드의 배열은 쌍을 이루는 코드로서, AB + AB + AB 등과 같은, 캡 플라이 스트립.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트립에서 제 1 및 제 2 PET 코드의 배열은 A + B + B + A + B + B + A + B + B + A 등과 같은, 캡 플라이 스트립.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트립에서 제 1 및 제 2 PET 코드의 배열은 A + A + B + A + A + B + A + A + B 등과 같은, 캡 플라이 스트립.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트립에서 상기 코드의 카운트는 최소 70 epdm (데시미터 당 말단)인, 캡 플라이 스트립.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플라이 스트립의 폭은 최소 8 mm이고 최대 25 mm인, 캡 플라이 스트립.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 플라이 스트립의 폭은 최소 10mm이고 최대 15mm인, 캡 플라이 스트립.
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