KR102400110B1 - 타이어 코드용 원사 및 타이어 코드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어진 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 포함하는 고강도 타이어 코드용 원사와 이의 제조 방법 및 이를 포함한 타이어 코드에 관한 것이다.
Description
본 발명은 타이어 코드용 원사, 이의 제조 방법 및 타이어 코드에 관한 것이다.
타이어 코드는 자동차 타이어의 수명, 안전성, 승차감 등을 높이기 위해 고무내부에 넣는 섬유 재질의 보강재이다. 이전에는 면사를 엮어 만든 타이어 코드가 알려져 있었으나 마찰에 약한 한계가 있었고, 이에 따라 이러한 한계점을 개선하기 위하여 다양한 재료에 대한 개발이 이루어졌고, 현재 레이온, 나일론, 폴리에스테르 등의 타이어 코드나 스틸로 제조된 타이어 코드가 사용되고 있다.
타이어 코드로 사용되는 폴리에스테르 섬유는 고상 중합을 통하여 얻어진 고분자 수지칩을 용융 방사하는 등의 방법으로 제조된다. 이때, 타이어 코드에서 요구되는 섬유 강력 발현을 위해서는 보다 분자량이 높은 초고분자량의 폴리머를 사용하게 되는데, 이와 같이 초고분자량의 폴리머를 사용할 경우 용융 흐름성을 높이 위해 전단 속도(Shear rate)나 공정 온도를 필수적으로 높여야 한다. 하지만 이에 따르면 폴리에스테르 주쇄의 일부가 열분해되어 제조되는 섬유 자체의 분자량이나 기타 물성이 크게 저하될 수 있고, 또한 방사 장치에 지속적인 무리가 발생하여 제조 공정의 효율성이 낮아지거나 제조되는 폴리에스테르 섬유의 강도를 원하는 만큼 향상시키지 못하는 한계가 있다.
본 발명은 전단 속도의 변화에 따른 용융 점도의 변화가 크지 않은 특성과 우수한 성형성을 가지면서 상대적으로 높은 분자량 및 강도를 구현할 수 있는 타이어 코드용 원사를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 타이어 코드용 원사의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 타이어 코드용 원사로부터 제조된 타이어 코드를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어진 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 포함하고, 90,000 g/mol 이상의 중량평균분자량 및 1.9 내지 2.3의 다분산지수를 갖고, 8.00 gf/d이상 또는 10.00 gf/d이상의 강도를 갖는, 타이어 코드용 원사가 제공된다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 타이어 코드용 원사로부터 제조된 타이어 코드가 제공될 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 타이어 코드용 원사로부터 제조된 타이어 코드를 포함하는 자동차용 타이어가 제공된다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 타이어 코드용 원사의 제조 방법이 제공될 수 있다.
발명의 일 구현예에 따르면, 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어진 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 포함하고, 90,000 g/mol 이상의 중량평균분자량 및 1.9 내지 2.3의 다분산지수를 갖고, 8.00 gf/d이상 또는 10.00 gf/d이상의 강도를 갖는, 타이어 코드용 원사가 제공될 수 있다.
높은 고유 점도를 갖는 폴리에스테르 수지칩을 사용하면 고점도로 인한 방사 공정상 용융이 어렵고 압력 상승으로 인해 제조 기기의 고장이 발생할 수 있다. 이에 반하여, 낮은 고유 점도를 갖는 폴리에스테르 수지칩을 사용하면 섬유 강력 발현의 한계가 있다. 특히, 높은 고유점도를 갖는 PET 수지를 방사할 경우, 점도 저하의 문제점이 발생하며, 높은 강도의 섬유를 얻기 위해 연신 배율을 높이고, Hot tube의 기술 이용시 원사의 수축율 증가 및 형태 안정성이 떨어지는 것으로 알려져 있다.
이에 본 발명자들은, 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어진 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 이용하여 제조되는 타이어 코드용 원사가 용융, 압출 또는 방사 등의 고온의 공정에서도 높은 수지 흐름성을 확보할 수 있으면서도 재료의 열분해 등을 방지하여 최종 제품의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
또한, 후술하는 바와 같이 상기 구현예의 타이어 코드용 원사를 포함하는 타이어 코드는 높은 수준의 인장 강도를 가지면서도, 내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율이 상대적으로 높은 수준으로 유지할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하였다.
구체적으로, 상기 구현예의 타이어 코드용 원사는 90,000 g/mol 이상의 중량평균분자량 및 1.9 내지 2.3의 다분산지수를 갖고, 8.00 gf/d이상 또는 10.00 gf/d이상의 강도를 가질 수 있다.
특히, 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어진 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 이용하여 제공되는 타이어 코드용 원사는 상대적으로 넓은 수준의 다분산 지수를 가져서 보다 넓은 분자량 분산도를 가져서, 저분자량에서의 초기 용융 흐름성을 부여할 수 있고 고분자량은 높은 용융점으로 인해 용융지연으로 열분해를 감소할 수 있는 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 타이어 코드용 원사는 300℃ 이하의 온도에서 낮은 전단 속도 영역에서도 그리 높지 않은 용융 점도를 가질 수 있으며, 또한 전단 속도가 높아지는 경우에도 용융 점도가 크게 낮아지지 않아서 충분한 성형성과 함께 기계적 물성을 확보할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 타이어 코드용 원사는 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서의 용용 점도 대비 290℃의 온도 및 2000/s의 전단속도에서 용융 점도의 비율이 50% 이하, 또는 30 내지 50% 일 수 있다.
또한, 상기 수지 조성물의 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서의 용용 점도 대비 290℃의 온도 및 2000/s의 전단속도에서 용융 점도의 비율이 50% 이하, 또는 30 내지 50% 일 수 있다.
또한, 상기 타이어 코드용 원사는 1.9 내지 2.3의 넓은 수준의 다분산지수를 가지면서도 90,000 g/mol 이상의 높은 중량평균분자량을 가져서 8.00 gf/d이상 또는 10.00 gf/d이상의 높은 강도를 구현할 수 있다.
한편, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트는 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어질 수 있다.
상기 수지 조성물 또한 상기 타이어 코드와 동등한 용융 물성을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 수지 조성물은 상기 수지 조성물은 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서 4,000 내지 4,800 poise의 용융 점도를 갖고, 290℃의 온도 및 1000/s의 전단속도에서 2,800 내지 3,200 poise 의 용융 점도를 가질 수 있다.
상기 수지 조성물 또한 300℃ 이하의 온도에서 낮은 전단 속도 영역에서도 그리 높지 않은 용융 점도를 가져 방사 팩 압력이 과도하게 상승하지 않을 수 있어 안정적인 방사가 가능하고, 또한 전단 속도가 높아지는 경우에도 용융 점도가 크게 저하되지 않아서 충분한 성형성과 함께 기계적 물성을 확보할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 수지 조성물의 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서의 용융 점도와 290℃의 온도 및 1000/s의 전단속도에서의 용융 점도의 차이가 1,800 poise 이하일 수 있다.
또한, 상기 수지 조성물은 90,000 g/mol 이상의 중량평균분자량, 125,000 내지 132,000의 Z-평균분자량 및 2.150 내지 2.300의 다분산지수를 가질 수 있다.
상기 수지 조성물은 높은 Z-평균분자량를 가져서 상대적으로 넓은 수준의 다분산 지수를 가질 수 있다. 이에 따라 상기 수지 조성물은 저분자 폴리머에서 나타나는 특징인 초기 용융 흐름성을 확보하면서도 고분자 폴리머가 나타내는 높은 용융점으로 인한 용융지연으로 열분해를 감소할 수 있는 특성을 동시에 가질 수 있다. 그리고, 이와 같이 열분해 감소가 가능해짐에 따라서, 상기 수지 조성물은 보다 높은 중량평균분자량 및 높은 강도를 가질 수 있다.
한편, 상기 고분자 수지 조성물은 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 수지 조성물은 0.80 dl/g 내지 1.40 dl/g의 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 1.50 dl/g 내지 1.90 dl/g의 고유 점도를 갖는 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1폴리에틸렌테레프탈레이트는 1.00 dl/g 내지 1.25 dl/g의 고유 점도를 가질 수 있고, 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트는 1.65 dl/g 내지 1.75 dl/g의 고유 점도를 가질 수 있다.
특히, 상기 고분자 수지 조성물은 상기 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트 중 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트의 함량을 특정하여, 높은 분자량을 갖는 폴리에스테르의 사용시 발생하는 고분자의 유동성 저하, 팩압력 증가, 방사 기기 내구성 저하 또는 제조되는 원사의 고유 점도의 저하 등을 방지할 수 있으며, 이에 따라 높은 효율성 및 경제적 유용성을 확보하면서 높은 강도 및 높은 고유 점도를 갖는 폴리에스테르 원사 및 이를 이용한 타이어 코드를 제공할 수 있다.
통상 1.40 dl/g를 초과하는 높은 고유 점도를 갖는 폴리에스테르를 사용하는 경우 제조 공정에서의 온도를 300℃ 이상으로 높여야 하는 경우가 있고 이에 따라 열분해가 가속화 되어 최초 제조되는 원사의 물성이 저하되었고, 이에 따라 높은 고유 점도를 갖는 폴레에스테르의 사용이나 이를 다른 종류의 폴리에스테르와 혼합하는 방법은 어느 정도 한계가 있는 것으로 알려져 있었다.
이에 반하여, 상기 고분자 수지 조성물은 특정한 고유 점도를 갖는 2종류의 폴리에스테르, 보다 구체적으로는 0.80 dl/g 내지 1.40 dl/g, 또는 1.00 dl/g 내지 1.25 dl/g의 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트와 1.50 dl/g 내지 1.90 dl/g, 또는 1.65 dl/g 내지 1.75 dl/g의 고유 점도를 갖는 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하면서, 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 10 중량% 내지 40중량%, 또는 15 중량% 내지 35중량%, 또는 20 내지 30중량%를 포함 포함함으로서, 높은 고유 점도를 갖는 폴레에스테르의 사용에 따른 한계를 해소하였다.
특히, 상기 고분자 수지 조성물은 상술한 제1,2폴리에스테를 포함하고 제2폴리에스테를 특정 함량으로 포함하면서도 전체 고유 점도가 크게 낮아지지 않는다.
상술한 바와 같이, 상기 고분자 수지 조성물은 300℃ 이하의 온도에서 적정한 유동성을 가질 수 있으며, 이에 따라 폴리에스테르 원사의 제조 과정에서 고분자의 유동성 저하, 팩압력 증가, 방사 기기 내구성 저하 또는 제조되는 원사의 고유 점도의 저하 등을 방지할 수 있다. 즉, 상기 고분자 수지 조성물은 300℃ 이하의 온도에서 낮은 전단 속도 영역에서도 그리 높지 않은 용융 점도를 가질 수 있으며, 또한 전단 속도가 높아지는 경우에도 용융 점도가 크게 높아지지 않아서 충분한 성형성을 확보할 수 있으며 폴리에스테르의 열분해에 따라 용융 점도가 크게 낮아지지도 않은 특성을 가질 수 있다.
한편, 상기 고분자 수지 조성물을 이용하여 제공되는 타이어 코드는 상대적으로 높은 중량평균분자량, 예를 들어 90,000 g/mol이상, 또는 90,000 g/mol 내지 150,000 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 타이어 코드용 원사는 2.0 배 이상, 또는 2.0 내지 2.30배, 또는 2.1 내지 2.25배 의 최대 연신비를 가질 수 있고, 8.00 gf/d이상 또는 10.00 gf/d이상, 또는 8.00 gf/d 내지 12.00 gf/d 의 강도를 가질 수 있다.
상기 타이어 코드의 제조 방법은 크게 한정되지 않으며, 예를 들어 상기 고분자 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어질 수 있다. 이때, 상기 고분자 수지 조성물은 250℃ 내지 300℃, 또는 270℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 용융 될 수 있으며, 초기 방사속도 (1st Godet Roller 기준, G/R) 1000m/min내지 4000m/min, 또는 2000m/min내지 4000m/min 를 적용할 수 있다.
상기 타이어 코드용 원사는 2.0 내지 2.30배, 또는 2.1 내지 2.25배 연신될 수 있다.
상기 구현예의 타이어 코드용 원사는 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 포함하고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트의 총 필라멘트 수가 100 내지 1,500개일 수 있고, 상기 타이어 코드용 원사의 총 섬도가 500 내지 5,000 데니어일 수 있다.
상기 타이어 코드용 원사는 단위길이당 꼬임수가 100 TPM 내지 600 TPM, 또는 200 TPM 내지 480 TPM 일 수 있다.
상기 타이어 코드용 원사의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로, 총 필라멘트 수가 100 내지 1,500이고, 총 섬도가 500 내지 5,000 데니어 이며, 단위길이당 꼬임수가 100 내지 600 TPM인 1 내지 3 플라이의 합연사를 포함할 수 있다.
상기 타이어 코드용 원사는 공기 주입식 타이어의 보디 플라이용 코드로 사용될 수 있다. 이에 따라, 전체적인 차량의 하중을 매우 효과적으로 지지할 수 있다. 다만, 상기 타이어 코드의 용도가 이에 제한되는 것은 아니며, 캡 플라이(cap ply) 등 다른 용도에도 적용될 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 타이어 코드용 원사를 포함하는, 타이어 코드가 제공될 수 있다.
상기 타이어 코드용 원사에 관한 내용은 상술한 내용을 모두 포함한다.
상기 타이어 코드는 상술한 타이어 코드용 원사로부터 제조되어, 보다 높은 강도 및 높은 고유 점도를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 타이어 코드용 원사는 2.0배 내지 2.5배의 연신비를 가질 수 있고, 이때 ASTM D885 기준으로 측정한 상기 타이어 코드의 인장 강도는 7.5 g/d 이상, 또는 7.5 g/d 내지 9.9 g/d 의 강도를 가질 수 있다.
또한, 상기 타이어 코드에 포함되는 원사의 연신비가 높을수록 상기 타이어 코드의 인장 강도는 보다 높아질 수 있으며, 예를 들어 상기 타이어 코드용 원사는 2.1배 내지 2.5배의 연신비를 갖을 때, ASTM D885 기준에 따른 상기 타이어 코드의 인장 강도가 8.5 g/d 이상, 또는 8.5 g/d 내지 9.9 g/d일 수 있다.
한편, 상대적으로 높은 강도를 갖는 타이어 코드의 경우, 반복압축변형 및 인장변형 등이 가해지는 경우 인장 강도가 크게 떨어지지만, 상기 타이어 코드는 상술한 바와 같이 높은 수준의 인장 강도를 가지면서도, 내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율이 상대적으로 높은 수준으로 유지할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 타이어 코드는 하기 일반식1의 내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율이 62% 이상, 또는 62% 내지 75%, 또는 62.4% 내지 71%일 수 있다.
[일반식1]
내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율
= 내피로 실험 후의 타이어 코드의 인장 강도 / 내피로 실험 전의 타이어 코드의 인장 강도
상기 일반식 1에서, 상기 타이어 코드의 인장 강도는 ASTM D885 기준에 따라 측정하며, 상기 내피로 실험 후의 타이어 코드의 인장 강도는 하기 내피로 실험 이후 고무를 제거하고 측정한 타이어 코드의 인장 강도일 수 있다.
상기 Disk 내피로 실험은 JIS L 1017 기준에 따라 수행 및 평가할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 내피로 실험은 상기 타이어 코오드를 160℃의 온도 및 20kgf의 압력 조건 하에 20분 간 고무와 가류하여 제조된 시편에 대하여 Disk 피로시험기를 이용하여 100℃ 의 온도, 2500rpm 및 ±8.0%의 인장압축률을 24 시간 동안 적용하여 수행한다.
한편, 상기 타이어 코드는 상술한 타이어 코드용 원사를 합연하여 합연사를 형성하는 단계; 및 상기 합연사을 접착제 용액에 침지하고 열처리하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.
상기 합연 단계는, 예를 들어, 총 섬도 500 내지 5000 데니어의 연신사를 단위길이당 꼬임 수 100 내지 600 TPM(twist per meter)으로 ′Z′연하고, 상기 ′Z′연 원사 1 내지 3 플라이를 100 내지 600 TPM으로 ′S′연하여 총 섬도 500 내지 15000 데니어의 합연사를 제조하는 방법으로 수행할 수 있다.
또한, 상기 접착제 용액으로는 통상적인 타이어 코오드의 제조를 위해 사용되는 것, 예를 들어, 레소시놀 - 포름알데히드 - 라텍스 (Resorcinol Formaldehyde - Latex, RFL) 접착제 용액을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 열처리 공정은 220 내지 260 ℃의 온도 하에서 90 내지 360 초 동안 진행할 수 있고, 바람직하게는 230 내지 250 ℃의 온도 하에서 90 내지 240 초 동안, 보다 바람직하게는 240 내지 245℃의 온도 하에서 90 내지 120 초 동안 수행할 수 있다. 상기 합연사를 접착제 용액에 침지하고 이러한 조건 하에 열처리함으로써, 타이어 코오드의 형태 안정성이 더욱 향상될 수 있고, 타이어의 가류 시 물성 변화를 더욱 줄일 수 있게 된다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 타이어 코드용 원사로부터 제조된 타이어 코드를 포함하는 자동차용 타이어가 제공될 수 있다.
타이어는 상기 타이어 코오드가 접착되어 있는 공기 주입식 타이어로 될 수 있다.
이때, 상기 타이어에 대한 타이어 코오드의 접착 방법 또는 조건은 타이어의 구체적인 종류, 재질 또는 형상이나 이와 접착되는 타이어 코오드의 종류, 재질 또는 형상 등을 고려하여 당업자에게 자명하게 결정될 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상이한 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 제2폴리에틸렌테레프탈레이트을 포함한 수지 조성물을 200 내지 300℃에서 용융하고 방사하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 형성하는 단계;를 포함하는, 상술한 타이어 코드용 원사의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 타이어 코드용 원사에 관한 내용은 상기 구현예의 타이어 코드용 원사에 관하여 상술한 내용을 모두 포함한다.
상기 고분자 수지 조성물을 용융하고 방사하는 단계의 구체적인 조건은 최종 제조되는 타이어 코드의 특성 및 종류 등에 따라서 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 고분자 수지 조성물은 200℃ 내지 300℃, 또는 250℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 용융 될 수 있으며, 초기 방사속도 (1st Godet Roller 기준, G/R) 1000m/min내지 4000m/min 를 적용할 수 있다.
또한, 상기 제조되는 타이어 코드는 1.5 내지 3.0배, 또는 2.0 내지 2.2배 연신될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전단 속도의 변화에 따른 용융 점도의 변화가 크지 않은 특성과와 우수한 성형성을 가지면서 상대적으로 높은 분자량 및 강도를 구현하는 타이어 코드용 원사가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 타이어 코드용 원사를 포함하는 자동차용 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 고분자 수지 조성물을 이용한 타이어 코드용 원사의 제조 방법이 제공될 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[측정 방법]
이하에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩, 고분자 수지 조성물 또는 원사 각각에 대한 물성은 아래와 같은 방법으로 측정하였다.
1. Capillary rheometer (모세관 용융점도계) 측정 방법
Gottfert사의 Rheo-tester 2000기기를 사용하여 100g의 칩을 barrel에 삽입하고, 290℃에서 5분간 체류시킨 후 Shear rate (/s)에 따라 토출구 L/D 20mm/1mm를 통과함으로써 Poise (Pa·s) 점도값을 측정하였다.
2. 결정화도 측정 방법
섬유의 결정화도 측정은 밀도구배관법으로 측정하였다. 밀도가 낮은 경액과 밀도가 높은 중액을 이용하여 밀도구배액을 만들어 밀도를 아는 표준 float를 사용하여, 섬유시료의 밀도를 측정하여 다음과 같은식으로 결정화도를 측정하였다.
결정화도(Xc)(%) = [(섬유시료 밀도 - 섬유 비중 밀도)/(섬유 결정밀도 - 섬유 비정밀도)] x 100
* PET 결정밀도 : 1.457(g/㎤) , PET 비정밀도 : 1.336(g/㎤)
3. 복굴절 측정 방법
섬유의 복굴절 측정은 편광현미경으로 측정하였다. Compensator를 사용하여 섬유의 위상차를 측정하여 복굴절를 측정하였다.
편광현미경은 직접 섬유의 평행방향 굴절률과 수직방향 굴절률을 측정하여 그 차이값으로 복굴절을 측정 할 수 있다.
4. 분자량 측정 방법
수평균분자량, 중량평균분자량, Z-평균분자량은 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의하여 측정하였다. 구체적으로, 시료를 hexafluoroisopropanol(HFIP)에 녹인후, O-chlorophenol(OCP): 클로로포름=1:4(부피/부피)의 비율로 추가로 희석한 용액을 0.45㎛의 멤브레인 필터로 여과한 후 GPC 기기에 설치된 Stryragel HT 컬럼 (10³내지 105 Å ) 에 주입하여 측정하였다.
5. 강신도 측정
ASTM D885 방법에 따라, 인스트론사(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)의 만능인장시험기를 이용하여, PET 원사의 인장강도(g/d) 및 절단신도(%)를 각각 측정하였다. (초기하중: 0.05 gf/d, 시료 길이: 250 mm, 인장속도: 300 mm/min)
6. 고유 점도 (I.V.)
각 PET 원사의 고유점도(I.V.)(dl/g)를 ASTM D4603-96 방법에 따라 모세관 점도계(Capillary Viscometer)로 측정하였다. 사용된 용매는 페놀/1,1,2,2-테트라클로로에탄 (60/40 중량%) 혼합액이었다.
[실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2: 고분자 수지 조성물의 제조]
[비교예 1]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 112.40 S-1 조건하에서 용융 및 압출하여 스트랜드 타입(Strand type)으로 펠렛을 제조하였다. 이때, 압출기 내부 압력에 의한 Load값은 66% 수준을 보였다.
[비교예 2]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 50:50의 중량비로 혼합하여 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 112.40 S-1 조건하에서 용융 및 압출하여 스트랜드 타입(Strand type)으로 펠렛을 제조하였다. 이때, 압출기 내부 압력에 의한 Load값은 71% 수준을 보였다.
[실시예 1]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 80:20의 중량비로 혼합하여 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 112.40 S-1 조건하에서 용융 및 압출하여 스트랜드 타입(Strand type)으로 펠렛을 제조하였다. 이때, 압출기 내부 압력에 의한 Load값은 69% 수준을 보였다.
[실시예 2]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 70:30의 중량비로 혼합하여 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 112.40 S-1 조건하에서 용융 및 압출하여 스트랜드 타입(Strand type)으로 펠렛을 제조하였다. 이때, 압출기 내부 압력에 의한 Load값은 70% 수준을 보였다.
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2에서의 고분자 수지 조성물의 제조에 관한 내용은 하기 표1과 같다.
| No. | 비교예1 | 비교예2 | 실시예1 | 실시예2 | |
| 칩 I.V. 함량 (wt%) | 1.2dl/g | 100 | 50 | 80 | 70 |
| 1.7dl/g | 0 | 50 | 20 | 30 | |
| Ext temp. (℃) | 200/250/280/290/280/280/280/280/290 | ||||
| Ext L/D (mm) | 1200/32 | ||||
| Die Nozzle L/D (mm) | 12/4 (3Holes) | ||||
| Load (%) | 66 | 71 | 69 | 70 | |
| 토출속도 (g/min) | 300 | ||||
| Shear rate (s-1) | 112.40 | ||||
[실험예1: 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 고분자 수지 조성물에 대한 물성 평가]
실시예 및 비교예에서 사용한 고분자 수지 조성물에 대한 분자량 및 용용 점도 측정 결과를 하기 표2에 나타내었다.
| 구분 | I.V. 1.7dl/g 함량 (wt%) | GPC (g/mol) | Melt Viscosity @ 290 Poise (Pa·s) |
|||||||
| Mn | Mw | Mz | PD | Shear rate (1/s) | 50 | 500 | 1000 | 2000 | ||
| 비교예1 | 0 | 41440 | 86643 | 121940 | 2.091 | 4,081 | 3,154 | 2,748 | 2,284 | |
| 실시예1 | 20 | 39740 | 90507 | 129970 | 2.278 | 4,350 | 3,401 | 2,977 | 2,351 | |
| 실시예2 | 30 | 39784 | 91105 | 131055 | 2.290 | 4,415 | 3,456 | 3,012 | 2,394 | |
| 비교예2 | 50 | 40044 | 92810 | 134520 | 2.318 | 5,603 | 4,105 | 3,450 | 2,679 | |
상기 표2에서 확인되는 바와 같이, 1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 70:30 또는 80:20의 중량비로 포함한 실시예 1 및 2의 고분자 수지 조성물은 2.278 내지 2.290의 다분산지수(Polydispersity index)를 가지며, 290℃의 온도 및 50/s의 4,000 내지 4,800 poise의 용융 점도를 갖고, 290℃의 온도 및 1000/s의 전단속도에서 2,800 내지 3,200 poise 의 용융 점도를 갖는다는 점이 확인되고, 이때 상기 수지 조성물의 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서의 용융 점도와 290℃의 온도 및 1000/s의 전단속도에서의 용융 점도의 차이가 1,800 poise 이하였다.
즉, 실시예 1 및 2의 고분자 수지 조성물은 동일 수준의 수평균분자량을 갖는 비교예1에 비하여 높은 다분산지수를 가져서, 최종 제품에서 높은 기계적 물성을 확보할 수 있고, 300℃ 이하의 온도에서 낮은 전단 속도 영역에서도 그리 높지 않은 용융 점도를 가질 수 있으며, 또한 전단 속도가 높아지는 경우에도 용융 점도가 크게 낮아지지 않아서 충분한 성형성과 함께 기계적 물성을 확보할 수 있다.
이에 반하여, 1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 100중량%로 사용한 비교예1의 고분자 수지 조성물은 상대적으로 낮은 다분산지수를 나타내고 분자량이 낮아 최종 제품에서 충분한 기계적 물성을 확보하기 어렵다.
그리고, 1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 50:50의 중량비로 포함한 비교예 2의 고분자 수지 조성물은 290℃의 온도 및 50/s 및 1000/s 의 전단속도에서 모두 3,200 poise를 초과하는 융용 점도를 가져서, 충분한 성형성을 갖지 못하거나 압출기 등의 제조 장치에서 발생하는 부하나 고장을 초래할 것으로 보인다.
[실시예 3 내지 5 및 비교예 3: 타이어 코드용 원사의 제조]
[비교예3]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 500 내지 2000 S-1 조건하에서 용융 및 압출하고, 초기 방사속도 (1st Godet Roller 기준, G/R) 2800m/min를 부여하여 미연신사 권취 및 최종적으로 2.15배 연신 및 권취하여 폴리에스터 연신사를 제조하였다. 토출에 의한 팩압력은 92kgf/㎠ 수준을 보였다.
[실시예 3]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 90:10의 중량비로 혼합하고, 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 500 내지 2000 S-1 조건하에서 용융 및 압출하고, 초기 방사속도 (1st Godet Roller 기준, G/R) 2800m/min를 부여하여 미연신사 권취 및 최종적으로 2.15배 연신 및 권취하여 폴리에스터 연신사를 제조하였다. 토출에 의한 팩압력은 94 kgf/㎠ 수준을 보였다.
[실시예 4]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 80:20의 중량비로 혼합하고, 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 500 내지 2000 S-1 조건하에서 용융 및 압출하고, 초기 방사속도 (1st Godet Roller 기준, G/R) 2800m/min를 부여하여 미연신사 권취 및 최종적으로 2.15배 연신 및 권취하여 폴리에스터 연신사를 제조하였다. 토출에 의한 팩압력은 92 kgf/㎠ ㎠수준을 보였다.
[실시예 5]
1.20 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩과 1.70 dl/g 의 고유 점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 70:30의 중량비로 혼합하고, 290℃의 온도 및 전단속도(Shear rate) 500 내지 2000 S-1 조건하에서 용융 및 압출하고, 초기 방사속도 (1st Godet Roller 기준, G/R) 2800m/min를 부여하여 미연신사 권취 및 최종적으로 2.15배 연신 및 권취하여 폴리에스터 연신사를 제조하였다. 토출에 의한 팩압력은 103 kgf/㎠ 수준을 보였다.
[실험예2: 타이어 코드용 미연신 원사의 물성 측정]
하기 표3에는 실시예 3 내지 5 및 비교예 3 각각의 세부 내용을 기재하고 하기 표4에는 각각에서 얻어진 미연신 원사의 물성을 기재하였다.
| 조건 | I.V. 1.7dl/g chip |
I.V. 1.20dl/g chip | 방사온도 | 방사속도 | 팩압력 | 최대 연신비 |
| wt% | wt% | ℃ | m/min | kgf/㎠ | D/R | |
| 실시예3 | 10 | 90 | 295 | 2800 | 94 | x2.15 |
| 실시예4 | 20 | 80 | 92 | x2.2 | ||
| 실시예5 | 30 | 70 | 103 | x2.13 | ||
| 비교예3 | 0 | 100 | 92 | x2.15 |
- 총 섬도는 1000De. 수준이며, Mono-filament 섬도는 4De. (구금 L/D 2.1/0.7, 250H 적용)
| 조건 | 원사의 고유 점도 | 원사 강도(Tenacity) | 원사 신율(Elongation) | 원사의 결정화도 |
| dl/g | gf/d | % | % | |
| 실시예3 | 1.025 | 2.81 | 158.27 | 13.1 |
| 실시예4 | 1.124 | 2.92 | 151.62 | 13.4 |
| 실시예5 | 1.081 | 2.92 | 152.96 | 13.1 |
| 비교예3 | 0.951 | 2.79 | 163.92 | 12.6 |
- 원사의 인장강도, 절단 신율은 인스트론사의 만능인장시험기를 이용하여 ASTM D885 방법에 따라 초기하중 0.05gf/de. 시료장 250mm, 인장속도 300mm/min 조건하에 측정하였다.
상기 표3 및 4에서 나타난 바와 같이, 실시예3 내지 4는 비교예3 대비 유사한 팩압력을 나타내었으며, 실시예 3 내지 5는 비교예에 비하여 제조된 원사의 고유 점도가 크게 상승하고 이에 따라 원사의 강도 및 결정화도가 크게 증가하였다는 점이 확인되었다.
[실험예3: 타이어 코드용 연신 원사의 물성 측정]
하기 표5에는 실시예 3 내지 5 및 비교예 3 각각의 세부 내용을 기재하고 하기 표4에는 각각에서 얻어진 연신 원사의 물성을 기재하였다.
| 조건 | 연신비 | Winder speed |
원사 강도 (Tenacity) |
원사 신율 (Elongation) |
Mw | 다분산지수 | 복굴절 | 결정화도 |
| D/R | m/min | gf/d | % | g/mol | - | △n | % | |
| 실시예3 | x2.0 | 5600 | 8.51 | 13.32 | 92371 | 2.0250 | 0.2095 | 50.1 |
| X2.15 | 6020 | 10.12 | 10.51 | 93012 | 1.9755 | 0.2128 | 49.9 | |
| 실시예4 | x2.0 | 5600 | 8.83 | 13.01 | 94145 | 2.0008 | 0.2120 | 50.3 |
| x2.2 | 6160 | 11.27 | 10.11 | 94971 | 1.9638 | 0.2155 | 49.8 | |
| 실시예5 | x2.0 | 5600 | 8.96 | 12.97 | 93618 | 2.0160 | 0.2160 | 50.1 |
| x2.13 | 5960 | 10.31 | 10.25 | 93914 | 1.9824 | 0.2183 | 49.8 | |
| 비교예3 | x2.0 | 5600 | 7.91 | 13.22 | 88754 | 2.0320 | 0.2093 | 50.3 |
| x2.15 | 6020 | 9.73 | 10.13 | 89152 | 1.9995 | 0.2115 | 50.1 |
상기 표5에 나타난 바와 같이, 실시예4에서 얻어진 연신 원사는 최대 연신비가 2.2배까지 발현되어 권취속도 6160m/min까지 나타났으며, 강도는 약11.3gf/d까지 측정되어 비교예 3 의 최대 연신비 2.15배에서의 강도 9.73gf/d 대비 1.5gf/d이상 향상됨을 확인할 수 있었다.
또한, 연신비 2.0배에서 비교예 3 과 실시예 3 내지 5의 원사를 분석한 결과, 비교예3 대비 결정화도는 유사하지만, 복굴절 배향도, 분자량이 증가하며 분자량 분산도 또한 좁게 형성되는 점이 확인되었다.
즉, 실시예 3 내지 5의 원사는 비교예 3와 동일한 전단속도(shear rate)에서 용융 공정이 가능하며, 열분해 비율 또한 크게 감소하여 최종 원사의 고유 점도가 상대적으로 높고 강도 또한 높게 나타난 점이 확인되었다.
[실시예 6 내지 8 및 비교예 4: 타이어 코오드의 제조]
실시예 3 내지 5 및 비교예3 각가의 연신사를 사용하여 소정의 총 섬도, 및 단위길이당 꼬임 수(TPM)로 'Z'연 된 원사 2 가닥을 동일한 연계수의 'S'연으로 합연사하여 RFL 접착제 용액에 침지한 후, 건조 및 열처리하여 PET 타이어 코오드를 제조하였다.
이때, 사용된 연신사, 연신사 섬도, 연계수 (Twist Multiplier, TM) 및 코오드 열처리 조건은 하기 표 6에 나타내었고, 상기 RFL 접착제 용액의 조성과 건조 조건 등은 통상적인 PET 타이어 코오드의 제조 조건에 따랐다.
| 코오드 | 사용된 | 연신사 섬도 | 연수 | Ply | 코오드 |
| 제조 | 연신사 | (denier) | (TPM) | 열처리조건 | |
| 실시예 6 | 실시예 3 | 1000 | 430 | 2 | 240~245℃, 90초 이상 |
| 실시예 7 | 실시예 4 | 1000 | 430 | 2 | 240~245℃, 90초 이상 |
| 실시예 8 | 실시예 5 | 1000 | 430 | 2 | 240~245℃, 90초 이상 |
| 비교예 4 | 비교예 3 | 1000 | 430 | 2 | 240~245℃, 90초 이상 |
[실험예 4: 타이어 코오드의 물성 측정]
실시예 6 내지 8 및 비교예 4 각각의 타이어 코오드에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였으며, 측정된 물성은 하기 표 7에 나타내었다.
1) 인장강도(g/d)
ASTM D885 기준에 따라, 만능인장시험기를 이용하여 코오드 강도를 측정하였다.
2) 내피로 특성 (%)
실시예 6 내지 8 및 비교예 4 각각의 타이어 코오드를 160℃의 온도 및 20kgf의 압력 조건 하에 20분 간 고무와 가류하여 시편을 제조하였다. 그리고, 상기 시편에 대하여 Disk 피로시험기(제조사: UESHIMA, 모델명: Belt tester FT-610)를 이용하여 100℃ 의 온도, 2500rpm 및 ±8.0%의 인장압축률을 적용하여 24 시간 동안 반복압축변형 및 인장변형 교대로 가하였다. 이후, 상기 시편에서 고무를 제거하고 상기 인장 강도 측정 방법과 동일한 방법으로 내피로 실험 이후의 인장 강도를 측정하고, 이를 바탕으로 내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율(%)를 구하였다.
| 코오드 물성 |
연신비 | 인장강도 | 내피로 실험 이후의 인장 강도 | 내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율 |
| 단위 | (D/R) | (g/d) | (g/d) | (%) |
| 실시예 6 | X2.0 | 7.66 | 5.37 | 70.1 |
| X2.15 | 8.80 | 5.55 | 63.1 | |
| 실시예 7 | X2.0 | 7.95 | 5.55 | 69.8 |
| X2.2 | 9.61 | 6.04 | 62.8 | |
| 실시예 8 | X2.0 | 8.06 | 5.59 | 69.3 |
| X2.13 | 8.82 | 5.50 | 62.4 | |
| 비교예 4 | X2.0 | 7.12 | 4.95 | 69.5 |
| X2.15 | 8.27 | 5.15 | 62.3 |
상기 표7에서 확인되는 바와 같이, 실시예 6 내지 8의 타이어 코드는 2.0 이상의 연신비를 갖는 실시예 3 내지 5의 원사를 사용한 경우 7.5 g/d 이상의 인장 강도를 가지며, 특히 2.1 이상의 연신비를 갖는 원사를 사용하는 경우 8.5 g/d 이상의 인장 강도를 갖는다는 점이 확인되었다.
또한, 상대적으로 높은 강도를 갖는 타이어 코드의 경우, 반복압축변형 및 인장변형 등이 가해지는 경우 인장 강도가 크게 떨어지지만, 실시예 6 내지 8의 타이어 코드는 상술한 바와 같이 높은 수준의 인장 강도를 가지면서도, 내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율이 상대적으로 낮은 인장 강도를 갖는 비교예 4의 타이어 코드 대비 동등 수준 이상이라는 점이 확인되었다.
Claims (16)
- 0.80 dl/g 내지 1.40 dl/g의 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 1.50 dl/g 내지 1.90 dl/g의 고유 점도를 갖는 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함한 수지 조성물을 용융 및 방사하여 얻어진 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 포함하고,
90,000 g/mol 이상의 중량평균분자량 및 1.9 내지 2.3의 다분산지수를 갖고,
8.0 gf/d이상의 강도를 갖고,
상기 수지 조성물은 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 10 중량% 내지 40중량% 포함하는,
타이어 코드용 원사.
- 제1항에 있어서,
상기 수지 조성물의 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서의 용용 점도 대비 290℃의 온도 및 2000/s의 전단속도에서 용융 점도의 비율이 50% 이하이거나, 또는
상기 타이어 코드용 원사의 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서의 용용 점도 대비 290℃의 온도 및 2000/s의 전단속도에서 용융 점도의 비율이 50% 이하인,
타이어 코드용 원사.
- 제1항에 있어서,
상기 수지 조성물의 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서의 용용 점도 대비 290℃의 온도 및 1000/s의 전단속도에서의 용융 점도의 차이가 1,800 poise 이하인, 타이어 코드용 원사.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 수지 조성물은 290℃의 온도 및 50/s의 전단속도에서 4,000 내지 4,800 poise의 용융 점도를 갖고,
290℃의 온도 및 1000/s의 전단속도에서 2,800 내지 3,200 poise 의 용융 점도를 갖는, 타이어 코드용 원사.
- 제1항에 있어서,
상기 수지 조성물은 90,000 g/mol 이상의 중량평균분자량, 125,000 내지 132,000의 Z평균분자량 및 2.150 내지 2.300의 다분산지수를 갖는, 타이어 코드용 원사.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1폴리에틸렌테레프탈레이트는 1.00 dl/g 내지 1.25 dl/g의 고유 점도를 갖고
상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트는1.65 dl/g 내지 1.75 dl/g의 고유 점도를 갖는, 타이어 코드용 원사.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트의 총 필라멘트 수가 100 내지 1,500개이며,
상기 타이어 코드용 원사의 총 섬도가 500 내지 5,000 데니어인, 타이어 코드용 원사.
- 제1항에 있어서,
상기 타이어 코드용 원사는 2.0배 이상의 최대 연신비를 갖는, 타이어 코드용 원사.
- 제1항의 타이어 코드용 원사를 포함하는, 타이어 코드.
- 제12항에 있어서,
상기 타이어 코드용 원사는 2.0배 내지 2.5배의 연신비를 갖고,
ASTM D885 기준에 따른 상기 타이어 코드의 인장 강도가 7.5 g/d 이상인,
타이어 코드.
- 제12항에 있어서,
상기 타이어 코드용 원사는 2.1배 내지 2.5배의 연신비를 갖고,
ASTM D885 기준에 따른 상기 타이어 코드의 인장 강도가 8.5 g/d 이상인,
타이어 코드.
- 제12항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타이어 코드는 하기 일반식1의 내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율이 62% 이상인, 타이어 코드:
[일반식1]
내피로 실험 전후의 인장 강도 유지율
= 내피로 실험 후의 타이어 코드의 인장 강도 / 내피로 실험 전의 타이어 코드의 인장 강도
상기 일반식 1에서,
상기 타이어 코드의 인장 강도는 ASTM D885 기준에 따라 측정하며,
상기 내피로 실험은 JIS L 1017 기준에 따라 평가하며,
상기 내피로 실험 후의 타이어 코드의 인장 강도는 하기 내피로 실험 이후 고무를 제거하고 측정한 타이어 코드의 인장 강도이며,
상기 내피로 실험은 상기 타이어 코드를 160℃의 온도 및 20kgf의 압력 조건 하에 20분 간 고무와 가류하여 제조된 시편에 대하여 Disk 피로시험기를 이용하여 100℃ 의 온도, 2500rpm 및 ±8.0%의 인장압축률을 24 시간 동안 적용하여 수행한다.
- 0.80 dl/g 내지 1.40 dl/g의 고유 점도를 갖는 제1폴리에틸렌테레프탈레이트 및 1.50 dl/g 내지 1.90 dl/g의 고유 점도를 갖는 제2폴리에틸렌테레프탈레이트을 포함한 수지 조성물을 200 내지 300℃에서 용융하고 방사하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 수지 조성물은 상기 제2폴리에틸렌테레프탈레이트를 10 중량% 내지 40중량% 포함하는,
제1항의 타이어 코드용 원사의 제조 방법.
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