KR100607088B1 - 하이브리드 코드를 사용한 딥코드 및 이를 이용한 래디얼타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 승용차용 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 또는 캡플라이(벨트 보강층)에 적용하기 위해 하연 공정시 1본의 레이온 사 및 1본의 라이오셀 사에 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 20 내지 200 TPM 낮게 조절하여 하연사를 제조한 후 상연을 가하여 제조된 하이브리드 딥코드 및 이를 이용한 래디얼 타이어에 관한 것이다.

본 발명은 하연 공정시 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 낮게 조절한 후 상연공정을 행하는 연사방법으로 생코드 초기 신장시 레이온 사에 인장응력이 우선적으로 작용하게 함으로써 코드의 내피로성을 향상시킬 수 있다.

하이브리드, 레이온, 라이오셀, 핸들링성, 래디얼 타이어, 형태안정성

Description

하이브리드 코드를 사용한 딥코드 및 이를 이용한 래디얼 타이어{Dipped cord using hybrid cord and radial tire using the same}

도 1은 본 발명에 따른 라이오셀 사의 방사 및 연신 공정을 도식적으로 나타낸 일예이다.

도 2는 본 발명에 따른 라이오셀 및 레이온 하이브리드 코드를 카카스층 또는 벨트 보강층에 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 도식적으로 나타낸 일예이다.

※ 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

31 : 타이어 32 : 카카스층

33 : 카카스층 보강용 코드 34 : 플라이 턴업

35 : 비드영역 36 : 비드코어

37 : 비드필러 38 : 벨트 구조체

39 : 캡플라이 40 : 벨트플라이

41, 42 : 벨트코드 43 : 트레드

44 : 에지플라이 45 : 캡플라이 코드

종래의 래디얼 타이어는 폴리에스터나 레이온 등의 섬유 코드로 고무를 보강한 카카스 플라이와, 스틸코드로 고무를 보강한 벨트구조로 이루어져 있다. 또한 타이어가 림에서 벗어나는 것을 막고 안정성을 유지하기 위한 비드와이어가 타이어와 림의 접촉부분에 보강되어 있으며, 이 비드와이어는 카카스 플라이를 고정시키는 역할도 하게 된다.

최초의 공기입 타이어에는 면을 이용한 캔버스지가 카카스재로 사용되었으며, 인조 섬유의 개발에 따라 레이온이나 나일론, 폴리에스터 등의 섬유코드가 카카스 플라이의 재료로 사용되어 왔으며, 최근 들어 일부 스틸코드 등이 사용되고 있다.

일반적으로 공기입 래디얼 타이어, 보다 상세하게는 편평비 0.65-0.82인 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 재료로는 폴리에스터가 많이 쓰이고 있으며, 이외에 편평비가 낮은, 보다 상세하게는 0.6 미만의 편평비를 가지는 고속용 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 보강재로는 레이온이 비교적 많이 사용되고 있다. 최근 들어 이러한 고속용 저편평비의 래디얼 타이어에도 폴리에스터를 일부 사용하고 있으나, 레이온과 비교하여 낮은 고온 물성과 형태안정성 때문에 그 적용에 제약을 받고 있다.

최근 들어 이러한 문제점을 보완하기 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 보다 고온 물성과 형태안정성이 우수한 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유를 일부 사용하고 있으나, 레이온과 비교하여 강력은 우수하나 고무와의 접착력이 낮아 그 적용에 제약을 받고 있다.

라이오셀 섬유의 경우, 고무와의 접착력이 폴리에스테르계 섬유보다 우수하며 탄성율이 레이온보다 매우 높으나 내피로성이 다소 낮은 단점이 있다.

이러한 문제점의 해결방안으로 라이오셀 섬유보다 신도가 우수한 레이온 섬유를 사용할 수 있으나 레이온 섬유는 습윤 탄성율이 다소 낮다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 승용차용 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 또는 캡플라이(벨트 보강층)에 적용하기 위해, 하연 공정시 1본의 레이온 사 및 1본의 라이오셀 사에 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 20 내지 200 TPM 낮게 조절하여 하연사를 제조한 후 상연을 가하여 제조된 하이브리드 딥코드 및 이를 이용한 래디얼 타이어를 제공하는 데 있다.

본 발명은 1본의 레이온 사 및 1본의 라이오셀 사에 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 20 내지 200 TPM 낮게 Z방향의 꼬임을 부여하도록 하연사를 제조하는 단계, 상기 하연사를 2본으로 합사하여 300 내지 500 TPM 연수의 S 방향 상연을 가하여 생코드로 제조하는 단계, 상기 생코드를 디핑액에 침지시켜 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 하이브리드 딥코드를 제공한다.

또한, 레이온 사 및 라이오셀 사의 섬도는 500 내지 3000 데니어 인 것이 특징이다.

또한, 본 발명은 한 쌍의 평행한 비드코어와 상기 비드 코어 주위에 감기는 하나 이상의 래디얼 카카스 플라이와 그 카카스 외주 측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스 플라이 또는 벨트보강층은 상기 하이브리드 딥코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어를 제공한다.

이하, 본 발명의 라이오셀 섬유의 제조공정을 단계별로 설명한다.

본 발명에서 하이브리드 코드를 제조하기 위한 전단계로서, 라이오셀 멀티필라멘트의 제조를 다음과 같은 공정을 이용하여 제조한다. 이하, 본 발명의 라이오셀 멀티필라멘트의 제조공정을 단계별로 설명한다.

i) 셀룰로오스를 N-메틸모폴린 N-옥사이드(이하, NMMO)/물 혼합용매에 용해시켜 방사원액(Dope)을 제조하는 단계; ii) 직경 100 내지 300㎛이고, 길이는 200 내지 2,400㎛인 오리피스로서, 직경과 길이의 비(L/D)가 2 내지 8배이고, 오리피스간 간격은 1.0 내지 5.0㎜인 오리피스를 포함한 방사노즐을 통해 상기 방사원액을 압출방사 한 후, 이를 응고시켜 멀티필라멘트를 수득하는 단계; iii) 수득된 멀티 필라멘트를 수세욕으로 도입하여 이를 수세하는 단계; 및 iv) 수세가 완료된 멀티 필라멘트를 건조 및 유제처리하여 권취하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다.

이하, 본 발명의 라이오셀 멀티필라멘트 공정을 단계별로 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 방법은 ⅰ) 단계에서, 셀룰로오스를 N-메틸모폴린 N-옥사이드(이하, NMMO)/물 혼합용매에 용해시켜 방사원액(Dope)을 제조한다.

본 발명에 따른 타이어 코드용 라이오셀 멀티 필라멘트를 제조하기 위해서는 셀룰로오스의 순도가 높은 펄프를 사용해야 한다. 일반적으로 리그닌은 비정형구조, 헤미셀룰로오스(hemicelluose)는 낮은 결정성구조를 갖는 것으로 알려져 있으므로 고품질의 셀룰로오스계 섬유를 제조하기 위해서는 이 같은 성분을 최소화하고 α-셀룰로오스 함량이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하며, 중합도가 높은 셀룰로오스 분자를 사용하여 고배향구조 및 고결정화를 시킴으로써 우수한 물성을 기대 할 수 있다. 바람직하게는 DP 800 또는 1,200, α-셀룰로오스 함량 93%이상인 소프트 우드 펄프(soft wood pulp)를 사용한다.

본 발명에 따른 방법에서는, N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)/물 혼합용매를 방사 원액 제조시 용매로 사용하며, NMMO는 물의 함량이 10 내지 20 wt% 범위로 더욱 바람직하게는 13 wt%로 조정된 NMMO 수화물을 사용한다.

본 발명에 따른 방법에서, 용매의 침투력을 높여 고균질의 고농도 방사원액을 제조하는 것은 우수한 물성을 갖는 섬유를 제조하기 위해 필수적인 요소로서, 이를 위해 높은 전단응력을 부여할 수 있는 장치가 필요하고, 80 내지 130℃범위의 적절한 용해온도가 형성되어야 한다. 용해온도가 130℃ 초과인 경우, 셀룰로오스의 열분해에 의한 분자량 저하로 분자쇄 말단기가 증가하여 기계적 물성을 저하시키고 NMMO의 분해를 유발하는 문제가 있고, 80℃ 미만인 경우에는 충분한 용해를 위해 소요되는 시간 및 에너지의 증가와 저농도의 셀룰로오스 용액을 제조해야하는 단점이 있다.

또한 미용해된 셀룰로오스 입자들이 존재하지 않는 균질의 방사 원액을 제조하기 위해서는 용해 공정 전에 셀룰로오스를 액상 NMMO와 균일하게 혼합한 후 액상 NMMO가 셀룰로오스 분말의 내부에 침투하여 팽윤시키는 공정이 반드시 필요하다.

이를 위한 본 발명에서 고균질 셀룰로오스 용액의 제조방법은 여러 가지가 사용될 수 있으나, 니더를 사용한 예로는, 분말화된 셀룰로오스를 농축된 액상 NMMO와 함께 니더(kneader)에 주입한 다음, 니더 내에서 이를 혼합하여 분산, 전단, 압착, 인장, 중첩을 반복하고, 이어서 팽윤된 셀룰로오스 분말을 페이스트화하여 이를 니더에 연결된 압출기 내로 연속적으로 주입하여 용해하는 것이다.

본 발명에서 또 다른 셀룰로오스 용액 제조방법으로는 공급된 고체상

NMMO와 분말상 셀룰로오스를 분산, 혼합, 전단, 니딩(kneading), 용해 및

계량성능을 부여하도록 스크루가 배열된 쌍축 압출기를 통해 팽윤화 및 균질화된 셀룰로오스 용액으로 제조하는 것이다.

본 발명에 따른 방법의 ⅱ) 단계에서는, 직경 100 내지 300㎛이고, 길이 200 내지 2.400㎛인 오리피스로서, 상기 직경과 길이의 비(L/D)가 2 내지 8배이고, 오리피스간 간격은 2.0 내지 5.0mm인 복수개의 오리피스를 포함한 방사 노즐을 통해 상기 방사원액을 압출 방사하여, 섬유상의 방사원액이 공기층을 통과하여 원뿔형의 상부 응고욕에 도달하도록 한 후, 이를 응고시켜 멀티 필라멘트를 수득한다.

도 1은 본 발명에 따른 방사공정을 도식적으로 나타낸 것으로, 상기 도 1에서 기어펌프 (1)로부터 셀룰로오스 용액을 정량적으로 공급하면, 방사노즐(2)을 통해 압출된 방사원액이 수직방향으로 공기층(3)을 통과하여 응고액의 계면에 도달한다. 사용한 방사노즐(2)의 형태는 통상 원형이고, 노즐 직경이 50 내지 160mm, 더욱 바람직하게는 80 내지 130mm이다. 노즐 직경이 50mm 미만인 경우, 오리피스간 거리가 너무 짧아 용액의 냉각효율이 떨어지고 토출된 용액이 응고되기 전에 점착이 일어날 수 있는 반면, 너무 크면 방사용 팩 및 노즐 등의 주변장치가 커져 설비 면에 불리하다. 또한, 노즐 오리피스의 직경이 100㎛ 미만이면 방사시 사절(絲切)이 다수 발생하는 등 방사성에 나쁜 영향을 미치고, 300㎛를 초과하면 방사 후 응고욕에서 용액의 응고 속도가 늦고, NMMO의 수세가 힘들다. 노즐 오리피스의 길이가 200㎛ 미만이면 용액의 배향이 좋지 않아 물성이 나쁘며, 2,400㎛를 초과할 경우에는 노즐 오리피스의 제작에 과다한 비용과 노력이 드는 불리한 점이 있다.

용도 면에서 타이어코드 및 산업용임을 감안하고, 용액의 균일한 냉각을 위한 오리피스 간격을 고려하여, 오리피스 개수는 500 내지 1,500, 더욱 바람직하게는 800내지 1,200로 한다. 지금까지 산업용 라이오셀 섬유의 개발은 시도되었으나, 타이어코드 등 고강력 필라멘트로 개발한 보고는 전혀 없는데, 이는 방사되는 필라멘트수가 많을수록 방사성에 미치는 영향이 크고, 고도의 방사 기술이 요구되기 때 문이다. 본 발명은 이를 해결하기 위해, 전술한 특정 조건을 만족하는 오리피스를 상기 범위내의 개수만큼 포함한 방사노즐(2)을 사용하였다. 오리피스 개수가 500 미만 이면 각 필라멘트의 섬도가 굵어져서 짧은 시간 내에 NMMO가 충분히 빠져나오지 못해 응고와 수세가 완전히 이루어지지 못한다. 그리고 오리피스 개수가 1,500개 초과이면 공기층 구간에서 인접 필라멘트와 접사가 생기기 쉬우며, 방사 후 각 필라멘트의 안정성이 떨어지게 되어 오히려 물성 저하가 생길 뿐만 아니라 이후 타이어 코드로 적용하기 위한 연사 및 열처리 공정에서 문제를 야기 시킬 수 있다.

방사노즐(2)을 통과한 섬유상의 방사원액이 상부 응고액 속에서 응고될 때, 유체의 직경이 크게 되면 표면과 내부 사이에 응고속도의 차이가 커지므로 치밀하고 균일한 조직의 섬유를 얻기가 힘들어진다. 그러므로 셀룰로오스 용액을 방사할 때 동일한 토출량이라도 적절한 공기층(3)을 유지함으로써 방사된 섬유가 보다 가는 직경을 지니며 응고액 속으로 입수할 수 있다. 너무 짧은 공기층 거리는 빠른 표면층 응고와 탈용매 과정에서 발생하는 미세공극 발생분율이 증가하여 연신비 증가에 방해가 되므로 방사속도를 높이기 힘든 반면, 너무 긴 공기층 거리는 필라멘트의 점착과 분위기 온도, 습도의 영향을 상대적으로 많이 받아 공정안정성을 유지하기 힘들다. 상기 공기층은 바람직하게는 20 내지 300mm, 더욱 바람직하게는 30 내지 200mm이다.

상기 공기층(3)을 통과할 때는, 필라멘트를 냉각, 고화시켜 융착을 방지함과 동시에 응고액에 대한 침투저항성을 높이기 위해 냉각공기를 공급하며, 공기층(3)의 분위기를 파악하기 위해 냉각공기 공급장치(6)의 입구와 필라멘트 사이에 센서 (5)를 부착하여 온도와 습도를 모니터링하여 온도 및 습도를 조절한다. 일반적으로 공급되는 공기의 온도는 5℃ 내지 20℃의 범위로 유지한다. 온도가 5℃ 미만인 경우, 필라멘트 고화가 촉진되어 고속방사에 불리하며, 20℃ 초과인 경우, 응고액 계면으로의 침투 저항성이 떨어져 사절이 발생할 수 있다.

또한 공기내 수분 함량도 필라멘트의 응고과정에 영향을 줄 수 있는 중요한 인자인 바, 공기층(3) 내의 상대습도는 RH 10% 내지 RH 50%로 조절해야 한다. 보다 상세히는, 노즐 부근에서는 RH 10%～30%의 건조된 공기, 응고액 부근에서는 RH 30%～50%의 습한 공기를 부여하는 것이 필라멘트의 응고속도와 방사노즐 표면의 융착 측면에서 안정성을 높일 수 있다. 냉각공기는 수직으로 토출되는 필라멘트의 측면에 수평으로 불게 하고, 풍속은 1 내지 10m/sec범위가 유리하며 더욱 바람직하게는 2 내지 7m/sec범위가 안정하다. 풍속이 너무 낮으면, 냉각공기는 공기층으로 토출되는 필라멘트 주위의 다른 대기조건을 막을 수 없으며 방사노즐 상에서 냉각공기가 가장 늦게 도달하는 필라멘트의 고화속도 차이 및 사절을 유발하여 균일한 필라멘트를 제조하기 힘들고, 너무 높으면 필라멘트 사도가 흔들려 점착의 위험성과 균일한 응고 액 흐름을 방해하므로 방사안정성을 저해한다.

본 발명에서 사용하는 상부 응고욕의 조성은 NMMO 수용액의 농도가 5～20%가 되도록 한다.

필라멘트가 상부 응고욕(4)을 통과할 때, 방사속도가 50m/min 이상 증가하면 필라멘트와 응고액과의 마찰에 의해 응고액의 흔들림이 심해진다. 연신배향을 통해 우수한 물성과 방사속도를 증가시켜 생산성을 향상시키는 데 있어 이와 같은 현 상은 공정안정성을 저해하는 요인이 되므로 최소화하도록 할 필요가 있다. 따라서, 상부 응고욕의 표면(4)에 도우넛 형태의 메쉬(mesh)망(7)을 설치하고 응고액의 흐름을 필라멘트의 진행방향과 동일하게 아래로 흐르도록 응고욕을 설계하여 연신 배향이 자연스럽게 진행될 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 방법의 ⅲ)단계에서는, 수득된 멀티 필라멘트를 다시 하부 응고욕(8)에 도입하고, 그 진행 방향을 전환하여 수세욕으로 도입하고, 하부 응고욕(8)은 상부 응고욕(4)에서 필라멘트와 동반하여 흘러내리는 응고액(10)을 회수하고, 하부 응고욕(8) 내부에는 수평방향으로 전환하는 롤러(9)를 설치한다. 롤러(9)는 마찰저항을 줄여줄 수 있도록 회전시킨다. 상부 응고욕(4)과 응고액의 농도는 같거나 0.5% 이내의 편차를 갖도록 제어욕(control bath)를 따로 설치하여 순환시켜 상부 응고욕(4)와 하부 응고욕(8)의 농도가 같거나, 0.5% 이내의 농도차를 가지도록 한다. 상부응고욕(4)과 하부응고욕(8)을 필라멘트가 통과하면서 물성 형성에 큰 영향을 주는 탈용매와 연신이 동시에 이루어지므로 이때의 응고액의 온도와 농도는 일정하게 관리되어야 한다. 하부 응고욕(8)을 통과한 필라멘트는 수세욕에서 수세된다. 수세 방법은 공지된 통상의 방법에 따른다.

본 발명에 따른 방법의 ⅳ)단계에서는, 상기 수세가 완료된 멀티 필라멘트를 건조 및 유제처리하여 권취한다. 건조, 유제처리 및 권취공정은 공지되어 있는 통상의 방법에 따른다. 건조 및 권취공정을 거쳐 타이어코드 및 산업용 필라멘트 원사로써 제공되어진다.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트는 총 데니어 범 위는 500 내지 3,000이고, 절단 하중이 5.0 내지 30.0 kg인 라이오셀 멀티 필라멘트이다. 상기 멀티 필라멘트는, 섬도 0.5 내지 4.0 데니어인, 250 내지 2000개의 개개의 필라멘트로 구성되어 있다.

본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트와 500 내지 3000 데니어의 레이온 사를 사용하여 하이브리드 딥코드를 제공한다. 이때 사용되는 레이온 사는 통상의 방법에 의해 제조된 임의의 레이온사이다. 예를 들면, 본 발명에서 하이브리드 딥코드를 제조하기 위해 사용된 레이온 사는 Cordenka ^®700 제품이다.

본 발명에서는 상기 라이오셀 사 및 레이온 사를 이용하여 하이브리드 코드를 제조하는데 있어서, 딥 코드 제조의 전단계로서 코드에 꼬임을 부여하여 생코드를 제조하는 단계(연사공정)를 거치게 된다.

본 발명의 생코드는 1본의 레이온 사 및 1본의 라이오셀 사에 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 20 내지 200 TPM 낮게 Z방향의 꼬임을 부여하도록 하연사를 제조하는 단계, 상기 하연사를 2본으로 합사하여 300 내지 500 TPM 연수의 S 방향 상연을 가하여 생코드로 제조하는 단계에 의해 제조되는 것이 특징이다. 상기 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생코드를 디핑액에 침지시켜 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 하이브리드 딥코드를 제공한다.

본 발명에서는 핵심적인 기술구성의 특징은 하연 공정시 1본의 레이온 사 및 1본의 라이오셀 사에 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 20 내지 200 TPM 낮게 조절하여 하연사를 제조한 후 상연 공정을 하는 연사방법이다.

이는 생코드 초기 신장시 레이온 사에 인장응력이 우선적으로 작용하게 함으로써 내피로성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이때 레이온 사에 라이오셀 사 대비 레이온사의 연수를 20 TPM 미만으로 하연을 낮게 부여하는 것은 효과가 미미하며, 레이온 사에 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 200 TPM 초과하여 하연을 낮게 부여하는 것은 생코드 신장시 레이온 사에 인장응력이 지나치게 집중되어 코드의 탄성율이 감소되는 단점이 있다.

또한, 본 발명에서는 하연 또는 상연시 라이오셀 사 및 레이온 사에 부여되는 꼬임의 수준(연수)에 따라 코드의 강신도, 중신, 내피로도 등의 물성이 변화된다. 일반적으로 꼬임이 높은 경우, 강력은 감소하며, 중신 및 절신은 증가하는 경향을 띠게 된다. 또한 내피로도는 꼬임의 증가에 따라 향상되는 추세를 보이게 된다. 본 발명에서 제조한 하이브리드 타이어코드의 연수는 상/하연 동시에 300/300 TPM 내지 500/500 TPM으로 제조하였는데, 상연과 하연을 같은 수치로 부여하는 것은, 제조된 타이어 코드가 회전이나 꼬임 등을 나타내지 않고 일직선상을 유지하기 쉽도록 하여 물성 발현을 최대로 하기 위한 것이다. 이때 300/300 TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 500/500 TPM 초과일 경우에는 강력 저하가 커서 타이어코드용으로 적절하지 않다.

제조된 '생코드 (Raw Cord)'는 제직기(weaving machine)를 사용하여 제직하고, 수득된 직물을 딥핑액에 침지한 후, 경화하여 '생코드' 표면에 수지층이 부착된 타이어코드용 '딥 코드(Dip Cord)'를 제조한다.

본 발명의 디핑 공정을 보다 상세히 설명하면, 딥핑은 섬유의 표면에 RFL (Resorcinol-Formaline-Latex)이라 불리는 수지층을 함침하여 줌으로써 달성되는데, 원래 고무와의 접착성이 떨어지는 타이어 코드용 섬유의 단점을 개선하기 위하여 실시된다.

본 발명에서 하이브리드 코드와 고무의 접착을 위한 접착액의 일예로서 하기와 같은 방법을 이용하여 조제되어 사용되어질 수 있다. 하기에 기재된 예가 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부

순수 255.5 중량부

37% 포르말린 20 중량부

10wt%수산화나트륨 3.8 중량부

상기액을 조제 후, 25℃에서 5시간 교반시키며 반응한 후, 다음의 성분을 추가한다.

40wt% VP-라텍스 300 중량부

순수 129 중량부

28% 암모니아수 23.8 중량부

상기 성분 첨가 후 25℃에서 20시간 숙성하여 고형분 농도 19.05%를 유지한다.

건조 후에 상기 접착액을 부여하게 되는데, 상기 접착액의 부착량을 조절하 기 위하여 0 내지 3%의 스트레치를 가하는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 1 내지 2%의 스트레치를 가하는 것이 요구된다. 여기서 스트레치가 너무 높은 경우에는 접착액의 부착량은 조절할 수 있으나 절신이 감소하는 결과를 보여 결과적으로 내피로성의 감소를 가져오게 되며, 스트레치를 너무 낮추는 경우, 예를 들어 0% 미만으로 낮추는 경우에는 레이온 코드 내부로 딥핑액이 침투하여 DPU(Dip Pick Up)를 조절하는 것이 불가능해진다.

접착제 부착량은 고형분 기준으로 섬유 무게에 대하여 4 내지 6중량%가 바람직하다. 접착액을 통과한 후는 120 내지 150℃에서 건조하게 된다. 180초 내지 220초간 건조를 실시하며, 코드를 건조할 때 역시 코드에 1 내지 2% 정도의 스트레치를 가한 상태에서 건조하는 것이 중요하다. 스트레치가 부족한 경우에는 코드의 중신 및 절신이 증가하여 타이어코드에 적용하기에는 부족한 물성을 가지게 되며, 스트레치가 3%를 넘는 경우에는 중신수준은 적절하나 절신이 너무 낮은 값을 보이기 때문에 내피로성에 문제가 발생하게 된다.

건조 후에는 130 내지 170℃의 온도 범위에서 열처리를 행하게 된다. 열처리시 스트레치는 -2 내지 0% 사이를 유지하며, 열처리 시간은 50초 내지 90초가 적정하다. 50초 미만의 열처리를 하는 경우에는 접착액의 반응시간이 부족하여 접착력이 낮아지는 결과를 가져오게 되며, 90초 이상의 열처리를 하는 경우에는 접착액의 경도가 높아져서 코드의 내피로성이 감소하는 결과를 가져오게 된다.

상기 제조된 딥코드를 카카스 플라이 및 캡플라이로 이용하여 본 발명에서는 승용차용 타이어를 제조한다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 딥코드를 카카스 플라이 또는 캡플라이로 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.

이하 도 2를 보다 자세히 하기와 같이 설명한다.

타이어(31)의 비드 영역(35)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(36)를 갖는다. 비드코어는 연속적으로 감겨진 단일 또는 복수의 필라멘트 강선으로 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어, 0.95mm - 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4x4 구조를 형성하며, 4x5 구조를 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 특정 실시예에 있어, 비드 영역은 또한 비드필러(37)을 가지며, 상기 비드 필러의 경우, 일정 수준 이상의 경도를 가지는 것이 필요하며, 바람직하게는 Shore A hardness 40이상인 것이 선호된다.

본 발명에 있어, 타이어(31)는 벨트(38)와 캡플라이(39)구조에 의하여 크라운 부가 보강된다. 벨트 구조체(38)는 두 개의 절단 벨트 플라이(40)을 포함하며 벨트 플라이의 코드(41)는 타이어의 원주 방향 중앙면에 대하여 약 20°의 각도로 배향된다. 벨트 플라이의 코드(41)는 원주 방향 중앙면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트 플라이의 코드(42)의 방향과는 반대로 배치된다. 그러나 벨트(38)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16-24°의 범위로 배치될 수 있다. 벨트(38)은 타이어(31)의 작동 중에 노면으로부터의 트레드(43)의 상승을 최소화하도록 측방향 강성을 제공하는 역할을 한다. 벨트(38)의 코드(41, 42)는 스틸코드로 제조되어 있으며, 2+2구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작할 수 있다. 벨트 (38)부의 상부에는 캡플라이(41)와 에지플라이(44)가 보강되어 있는데 캡플라이(39)내의 캡플라이코드(45)는 타이어의 원주 방향에 평행하게 보강되어 타이어의 고속 회전에 따른 원주 방향의 크기 변화를 억제하는 작용을 하며, 고온에서의 열수축 응력이 큰 캡플라이 코드(45)를 이용한다. 상기 캡플라이 코드는 본 발명의 방법에 따라 제조된 라이오셀 사와 레이온 사로 제조된 하이브리드 딥코드를 사용한다. 1층의 캡플라이(39)와 1층의 에지플라이(41)를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 1-2층의 캡플라이와 역시 1-2층의 에지플라이가 보강되는 것이 좋다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 비교예에서 타이어코드 등의 특성은 하기와 같은 방법으로 그 물성을 평가하였다.

(a) 하이브리드 타이어 코드 강력(kgf) 및 중간신도(%)

107℃로 2시간 건조 후에 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하였는데, 시료장 250mm, 인장속도 300mm/min로 측정한다. 이때 중간신도(Elongation at specific load)는 4.5kg의 하중에서 신도를 측정한다.

(b) 건열수축률(%, Shrinkage)

25℃, 65% RH에서 24시간 방치한 후, 0.05g/d의 정하중에서 측정한 길이(L0) 와 150℃로 30분간 0.05g/d의 정하중에서 처리한 후의 길이(L₁)의 비를 이용하여 건열수축률을 나타낸다.

S(%) = (L₀ - L₁) / L₀ × 100

(c) 하이브리드 딥코드 E-S치

일정 하중 하에서의 신도를 본 발명에서는 중간신도(E)라 부르며, 'S'는 상기 (b)항의 건열수축률을 의미하는 것으로, 중간신도(E)와 건열수축률(S)의 합을 ' E-S '라고 본 발명에서는 칭한다.

E-S = 중간신도(%) + 건열수축률(%)

(d) 내피로도

타이어 코드의 피로 시험에 통상적으로 사용되는 Belt Fatigue Tester를 이용하여 피로시험 후 잔여강력을 측정하여 내피로도를 비교하였다. 피로 시험 조건은 40℃, load 70kg, 압축 34.58%의 조건이었으며, 피로 시험 후 테트라클로로에틸렌 액에 24시간 침지하여 고무를 팽윤시킨 후 고무와 코드를 분리하여 잔여강력을 측정하였다. 잔여 강력의 측정은 107℃ 2시간 건조 후 통상의 인장 강도 시험기를 이용하여 앞의 (a)방법에 따라 측정하였다.

[실시예 1]

타이어 보강용 섬유를 제조하기 위하여 앞에서 설명한 방법대로 라이오셀 및 레이온 섬유를 각각 얻었다. 1본의 레이온 사(1500D, Cordenka ^®700) 및 1본의 라이오셀 사(1500D)를 각각 360TPM 및 420TPM의 꼬임을 부여하여 하연사를 제조하고, 상기 하연사를 2본으로 합사하여 420TPM으로 상연을 가하여 생코드로 제조하였다.

얻어진 하이브리드 생코드를 100℃에서 130초간 건조시킨 후, 하기의 방법으로 조제된 접착액에 통과시켜 접착액을 부여하였다. 건조시 2%의 스트레치를 가하여 열수축에 의한 생코드의 불균일이 발생하지 않도록 조절하여 주었다.

29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부

순수 255.5 중량부

37% 포르말린 20 중량부

10wt%수산화나트륨 3.8 중량부

상기액을 조제 후, 25℃에서 5시간 교반시키며 반응한 후, 다음의 성분을 추가한다.

40wt% VP-라텍스 300 중량부

순수 129 중량부

28% 암모니아수 23.8 중량부

상기 성분 첨가 후 25℃에서 20시간 숙성하여 고형분 농도 19.05%를 유지한다.

접착액을 부여한 후, 150℃에서 2분간 건조시킨 후, 170℃에서 1분간 열처리 를 하여 접착제 처리를 종료하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[실시예 2 ]

레이온 사(1500D, Cordenka ^®700)를 300 TPM으로 하연한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 생코드 및 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 1 ]

1본의 레이온 사(1500D, Cordenka ^®700) 및 1본의 라이오셀 사(1500D)를 각각 420TPM의 동일한 꼬임을 부여하여 하연한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 생코드 및 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 2 ]

1본의 레이온 사(1500D, Cordenka ^®700) 및 1본의 라이오셀 사(1500D)를 각각 410TPM 및 420TPM의 꼬임을 부여하여 하연한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 생코드 및 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 3 ]

1본의 레이온 사(1500D, Cordenka ^®700) 및 1본의 라이오셀 사(1500D)를 각각 210TPM 및 420TPM의 꼬임을 부여하여 하연한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 생코드 및 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥 코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 4]

2본의 라이오셀 사(1500D)를 각각 420TPM의 꼬임을 부여하여 하연사를 제조하고, 상기 하연사를 2본으로 합사하여 420TPM으로 상연을 가하여 생코드로 제조하였다.상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 5]

2본의 레이온 사(1500D, Cordenka ^®700)를 각각 420TPM의 꼬임을 부여하여 하연사를 제조하고, 상기 하연사를 2본으로 합사하여 420TPM으로 상연을 가하여 생코드로 제조하였다.상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 처리 코드를 제조하였다. 이와 같이 제조된 딥코드의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.

[표1]

구분	처리코드 물성					비고
	강력(kg)	중간신도 6.8kg(%)	수축률 (%)	E-S치 (%)	내피로도(%)
실시예1	18.5	1.3	0.3	1.6	75
실시예2	19.4	1.4	0.3	1.7	79
비교예1	18.1	1.3	0.2	1.5	40	내피로도 낮음
비교예2	18.4	1.3	0.3	1.6	50	내피로도 다소 낮음
비교예3	18.7	1.9	1.0	2.9	64	E-S치 높음, 내피로도 다소 낮음
비교예4	18.5	1.2	0.1	1.3	31	내피로도 낮음
비교예5	18.0	2.1	1.3	3.4	100

상기 표1의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 하이브리드 딥코드의 경우(실시예 1, 2)는 동일한 꼬임수로 하연한 하이브리드 딥코드(비교예 1)에 비하여 강력 및 내피로도가 대폭 향상됨을 알 수 있다.

또한, 하연 410 TPM 및 210TPM을 부여한 레이온 사를 사용한 하이브리드 딥코드(비교예 2, 3)도 강력 및 내피로도가 낮음을 알 수 있다.

[실시예 3]

본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 하이브리드 딥코드를 캡플라이로 사용하여 제조된 래디얼 타이어는 반경 방향 외측 플라이 턴업을 갖는 카카스층을 가지며, 상기 카카스층은 1층이 포함하도록 설치하였다. 이때 카카스 코드의 사양은 다음의 표2에 나타낸 바와 같이 하고, 타이어의 원주 방향 중간 면에 대하여 90도 각도로 배향하였다. 상기 플라이 턴업(34)은 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 내지 80%의 높이를 갖도록 하였다. 비드부(35)는 0.95 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4×4로 형성된 비드코어(36)와 shore A hardness 40 이상의 경도의 비드필러 (37)를 갖도록 하였다. 벨트(38)는 상부에 1층의 캡플라이(39)와 1층의 에지플라이(44)로 된 벨트 보강층에 의해 보강되며 캡플라이(39) 내의 캡플라이 코드가 타이어의 원주 방향에 대하여 평행하도록 배치하였다.

[실시예 4]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 실시예 2에 의해 제조된 하이브리드 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[비교예 6]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 비교예 1에 의해 제조된 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[표2]

		실시예3	실시예4	비교예6
카카스	소재	폴리에틸렌 테레프탈레이트	폴리에틸렌 테레프탈레이트	폴리에틸렌 테레프탈레이트
	규격(d/합연사)	1500d/2	1500d/2	1500d/2
	강력(Kg)	24	24	24
	탄성계수(g/d)	60	60	60
캡플라이	소재	실시예1의 하이브리드 딥코드	실시예2의 하이브리드 딥코드	비교예1의 하이브리드 딥코드
타이어	편평비	0.60	0.60	0.60
	카카스층수	1	1	1
	캡플라이층수	1	1	1

[실시예 5]

본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 하이브리드 딥코드를 사용하여 제조된 래디얼 타이어는 반경 방향 외측 플라이 턴업을 갖는 카카스층을 가지며, 상기 카카스층은 1층이 포함하도록 설치하였다. 이때 캡 플라이 및 카카스 코드의 사양은 다음의 표 3에 나타낸 바와 같이 하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[실시예 6]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 실시예 2에 의해 제조된 하이브리드 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[비교예 7]

타이어 제작을 위한 코드 소재를 비교예 1에 의해 제조된 딥코드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[표 3]

		실시예5	실시예6	비교예7
카카스	소재	실시예1의 하이브리드 딥코드	실시예2의 하이브리드 딥코드	비교예1의 딥코드
캡플라이	소재	Nylon 66	Nylon 66	Nylon 66
	규격(d/합연사)	1260D/2P	1260D/2P	1260D/2P
	강력(Kg)	22.4	22.4	22.4
타이어	편평비	0.60	0.60	0.60
	카카스층수	2	2	2
	캡플라이층수	1	1	1

상기 실시예 3, 4, 5, 6 및 비교예 6, 7에 따라 제조된 205/65 R15 V 타이어를 2000cc 등급의 승용차에 장착하고 60km/h 속도로 주행하면서 차량 내에서 발생하는 소음을 측정하여 가청 주파수 영역의 갑을 노이즈(dB)로 나타내었으며, 조종 안정성 및 승차감은 숙련된 운전자가 테스트 코스를 주행하여 100점 만점에 5점의 단위로 평가하여 그 결과를 다음의 표 4에 나타내었다. 내구성은 FMVSS 109의 P-메트릭 타이어 내구성 테스트(P-metric tire endurance test) 방법을 따라 측정온도 섭씨 38℃(±3℃), 타이어 표기 하중의 85, 90, 100% 조건으로, 주행 속도 80km/h로 하여 총 34시간 주행하여 트레드나 사이드월, 카카스 코드, 이너라이너, 비드 등 어느 부위에도 비드 분리, 코드 절단, 벨트 세퍼레이션 등의 흔적을 찾을 수 없는 경우에 합격(OK)으로 판정하였다.

[표 4]

구 분	실시예3	실시예4	비교예6
타이어무게(kg)	9.53	9.69	9.61
승차감	100	100	96
조종안정성	100	100	95
내구성	OK	OK	OK
유니포머티	100	100	95
소음(dB)	61.4	61.4	64.2

[표 5]

구 분	실시예5	실시예6	비교예7
타이어무게(kg)	9.63	9.68	9.61
승차감	100	100	93
조종안정성	100	100	92
내구성	OK	OK	OK
유니포머티	100	100	93
소음(dB)	60.4	61.0	64.3

상기 표 4의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 하이브리드 코드를 사용한 타이어(실시예 3, 4)는 캡플라이에 1본의 레이온 사(1500D, Cordenka ^®700) 및 1본의 라이오셀 사(1500D)를 각각 420TPM의 동일한 꼬임의 하연을 부여하여 제조된 하이브리드 코드를 사용한 비교예 6에 비하여 노이즈 감소 및 조종 안정성 면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 유니포머티 또한 향상됨을 알 수 있다. 또한, 표 5의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 하이브리드 코드를 사용한 타이어(실시예 5, 6)는 카카스 층에 1본의 레이온 사(1500D, Cordenka ^®700) 및 1본의 라이오셀 사(1500D)를 각각 420TPM의 동일한 꼬임의 하연을 부여하여 제조된 하이브리드 코드를 사용한 비교예 7에 비하여 노이즈 감소 및 조종 안정성 면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 유니포머티 또한 향상됨을 알 수 있다.

본 발명은 하연 공정시 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 낮게 조절한 후 상연공정을 행하는 연사방법으로 생코드 초기 신장시 레이온 사에 인장응력이 우선적으로 작용하게 함으로써 코드의 내피로성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 승용차용 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 및 캡플라이(벨트 보강층)에 본 발명의 라이오셀와 레이온 사로 제조된 하이브리드 딥코드를 적용함으로써 타이어의 노이즈 감소 및 조종안정성 등에 대해 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1본의 레이온 사 및 1본의 라이오셀 사에 라이오셀 사 대비 레이온 사의 연수를 20 내지 200 TPM 낮게 Z방향의 꼬임을 부여하도록 하연사를 제조하는 단계,

상기 하연사를 2본으로 합사하여 300 내지 500 TPM 연수의 S 방향 상연을 가하여 생코드로 제조하는 단계,

상기 생코드를 디핑액에 침지시켜 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 하이브리드 딥코드.

제 1 항에 있어서 레이온 사 및 라이오셀 사의 섬도는 500 내지 3000 데니어 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 딥코드.

래디얼 공기입 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드코어와 상기 비드 코어 주위에 감기는 하나 이상의 래디얼 카카스 플라이와 그 카카스 외주 측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스 플라이는 제 1 항의 하이브리드 딥코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.

래디얼 공기입 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드코어와 상기 비드 코어 주위에 감기는 하나 이상의 래디얼 카카스 플라이와 그 카카스 외주 측에 적층된 벨트층과, 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 벨트 보강층은 제 1 항의 하이브리드 딥코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기입 타이어.

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