KR20120131449A

KR20120131449A - 이종섬유 코드의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120131449A
Application number: KR1020110049624A
Authority: KR
Inventors: 최재신; 이현직; 김철
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-12-05
Also published as: KR101272692B1

Abstract

본 발명은 이종섬유 코드의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 타이어 코드에 사용되는 이종섬유 코드를 용이하게 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 제1 원사와 상기 제1 원사보다 큰 탄성률을 갖는 제2 원사를 준비하는 이종섬유 원사 준비 단계; 상기 제1 원사와 제2 원사에 각각 다른 장력을 부여하면서 상기 제1 원사와 제2 원사를 연사하는 장력 부여 및 연사 단계를 포함하며, 상기 장력 부여 및 연사 단계에서 상기 제1 원사에 부여되는 장력은 상기 제2 원사에 부여되는 장력보다 큰 것을 특징으로 하는 이종섬유 코드 제조방법이 제공된다.

Description

이종섬유 코드의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING CORD OF DIFFERENT FIBERS}

본 발명은 이종섬유 코드의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 타이어 코드에 사용되는 이종섬유 코드를 용이하게 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

최근 들어 도로 환경의 개선과 차량의 성능 향상에 따라 타이어의 성능은 계속적으로 개선되어 왔으며, 특히 차량의 무게 증가, 한계속도의 상승에 따라 안전성이 더욱 중요한 타이어의 품질 요소로 인식되고 있다. 이러한 타이어 안전성 증가 요구 추세에 맞추어, 타이어의 안전 기준 또한 변화되고 있는 추세에 있으며, 타이어 업계에서도 타이어의 안전성을 부여하기 위한 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

일반적으로 공기입 래디얼 타이어, 보다 상세하게는 편평비가 0.65 ~ 0.85인 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 재료로는 폴리에틸렌테레프탈레이트가 많이 쓰이고 있으며, 이외에 편평비가 낮은, 보다 상세하게는 0.70 미만의 편평비를 가지는 고속용 공기입 래디얼 타이어의 카카스 플라이 보강재료로는 레이온이 비교적 많이 사용되고 있다.

최근들어 이러한 고속용 저편평비의 래디얼 타이어에도 폴리에틸렌나프탈레이트가 일부 사용되고 있으나, 폴리에틸렌나프탈레이트는 폴리에틸렌테레프탈레이트와 비교하여 고온 물성과 형태안정성이 우수하나 가격이 고가여서 그 적용에 제약을 받고 있다. 미국특허 제6601378호는 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트의 권취된 원사 각 1본을 연사하여 제조된 이종섬유 코드를 제안하였다. 폴리에틸렌나프탈레이트 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유보다 상당히 높은 모듈러스를 갖는다. 이러한 물성의 차이로 인하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트의 권취된 원사 각각 1본을 연사하는 경우 생코드의 장력의 불균일성을 초래한다. 이러한 문제점으로 인하여 연사 및 디핑시 강력 이용률이 급격히 저하되는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 최소 2단계의 연사를 통해 고탄성률의 원사와 저탄성률의 원사에 서로 다른 연수를 부여하여 이종섬유 코드를 제조하는 방법이 사용되기도 한다. 하지만, 이종의 두 원사에 서로 다른 연수를 부여하는 이러한 방법은 적어도 2단계의 연사 과정을 거쳐야 하기 때문에, 제조 과정이 복잡하다.

본 발명의 목적은 코드의 강력 이용률이 향상된 이종섬유 코드를 용이하게 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

제1 원사와 상기 제1 원사보다 큰 탄성률을 갖는 제2 원사를 준비하는 이종섬유 원사 준비 단계; 상기 제1 원사와 제2 원사에 각각 다른 장력을 부여하면서 상기 제1 원사와 제2 원사를 연사하는 장력 부여 및 연사 단계를 포함하며, 상기 장력 부여 및 연사 단계에서 상기 제1 원사에 부여되는 장력은 상기 제2 원사에 부여되는 장력보다 큰 것을 특징으로 하는 이종섬유 코드 제조방법이 제공된다.

상기 제2 원사의 탄성률은 상기 제1 원사의 탄성률보다 적어도 1.5배일 수 있다.

상기 제1 원사 및 제2 원사는 나일론, 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 액정 폴리에스테르, 탄소섬유, 폴리이미드(Polyimide), 폴리케톤(Polyketone), 셀룰로오스섬유, 유리섬유, 아라미드, 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴섬유, 폴리올레핀(Polyolefin), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 특히, 상기 제1 원사는 나일론(Nylon)사이고, 상기 제2 원사는 아라미드(Aramid)사일 수 있다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 두 이종섬유에 다른 장력을 가하여 연사함으로써 동일한 연수에도 불구하고 강력 이용률이 향상된 이종섬유 코드를 용이하게 제조할 수 있게 된다. 또한, 부여되는 장력의 크기 및 두 원사의 종류에 따라 다양한 이종섬유 코드의 제조가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종섬유 코드의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종섬유 코드를 카카스층 또는 벨트 보강층에 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 이종섬유 코드의 제조 방법은 이종섬유 원사 준비 단계(S10)와, 장력 부여 및 연사 단계(S20)와, 제직 단계(S30)와, 딥핑 단계(S40)를 포함한다.

이종섬유 원사 준비 단계(S10)에서는 서로 다른 탄성률을 갖는 제1 원사와 제2 원사가 준비된다. 본 실시예에서는 제1 원사가 70 내지 130g/d의 저탄성률을 갖는 나일론사이고, 제2 원사가 400 내지 700g/d의 고탄성률을 갖는 아라미드사인 것으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 제1 원사와 제2 원사를 이러한 종류로 제한하는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서는 장력의 유무에 따라 길이 차이가 발생하므로 원사의 탄성율의 차이가 분명한 원사를 사용하는 것이 유리하다는 점을 고려하여, 고탄성률을 갖는 제2 원사의 탄성률이 저탄성률을 갖는 제1 원사의 탄성률보다 적어도 1.5배 큰 것이 바람직하다.

장력 부여 및 연사 단계(S20)에서는 제1 원사에 제2 원사보다 큰 장력이 부여된 상태에서 연사 공정이 이루어진다. 본 실시예에서는 저탄성율을 갖는 제1 원사에 부여되는 장력이 고탄성율을 갖는 제2 원사에 부여되는 장력의 5 내지 10배인 것으로 설명한다. 이하 설명에서 기재되는 저탄성율을 갖는 제1 원사에 부여되는 장력 수치는 고탄성율을 갖는 제2 원사에 부여되는 장력의 배수를 의미한다. 본 실시예에서는 장력 부여 및 연사 단계(S20)의 연사 공정에서의 연수는 19 내지 20 TPM인 것이 바람직하다. 연사 공정을 거쳐서 생코드(Raw Cord)가 제조된다. 이와 같이 제조된 생코드는 이종섬유인 두 원사가 동일한 연수임에도 불구하고 길이 차이가 발생하게 되어 종래에 사용된 서로 다른 연수를 갖는 이종섬유 코드와 동일한 효과를 발현할 수 있게 된다.

제직 단계(S30)에서는 제조된 생코드(Raw Cord)가 제직기(weaving machine)에 의해 제직된다.

딥핑 단계(S40)에서는 제직 단계(S30)에서 수득된 직물이 딥핑액에 침지 및 경화되어 생코드 표면에 수지층이 부착된 타이어 코드용 '딥 코드(Dip Cord)'로 제조된다. 본 발명에 따른 제조 공정에서 딥핑은 섬유의 표면에 RFL(Resorcinol-Formaline-Latex)이라 불리는 수지층을 함침시키는 것을 말한다. 딥핑 공정은 고무와의 접착성이 떨어지는 타이어 코드용 섬유의 단점을 개선하기 위하여 실시된다.

본 발명에서 이종섬유 코드와 고무의 접착을 위한 접착액은 다음과 같은 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 29.4wt% 레소시놀 45.6 중량부; 증류수 255.5 중량부; 37% 포르말린 20 중량부; 및 10wt% 수산화나트륨 3.8 중량부를 포함하는 용액을 제조하여 25℃에서 5시간 교반하면서 반응시킨다. 다음으로 40wt% VP-라텍스 300 중량부, 증류수 129 중량부, 28% 암모니아수 23.8 중량부를 첨가한 후 25℃에서 20시간 동안 숙성시켜 고형분 농도 19.05%가 되도록 유지한다. 이종섬유 코드를 건조시킨 후 접착액이 적용된다. 접착액의 부착량을 조절하기 위하여, 0 내지 3%의 신장(stretch)을 필요로 하고, 바람직하게는 1 내지 2%의 신장이 이루어질 수 있다. 만약 신장 비율이 너무 높으면, 접착액의 부착량은 조절될 수 있지만 절신이 감소되어 결과적으로 내피로성이 감소된다. 다른 한편 신장 비율을 너무 낮추면, 예를 들어 0% 미만으로 낮추는 경우에는 코드 내부로 디핑액이 침투되어 DPU를 조절하는 것이 불가능해진다는 문제점이 발생한다.

접착제 부착량은 고형분 기준으로 섬유 무게에 대하여 4 내지 6%가 바람직하다. 접착액을 통과한 후 이종섬유 딥코드는 120 내지 150℃에서 건조된다. 180초 내지 220초가 건조되고, 건조 과정에서 이종섬유 딥코드가 1 내지 2% 정도로 신장된 상태에서 건조되는 것이 유리하다. 신장 비율이 낮은 경우 코드의 중신 및 절신이 증가하여 타이어코드로 적용되기 어려운 물성을 나타내게 된다. 다른 한편으로 신장 비율이 3%를 넘는 경우 중신수준은 적절하나 절신이 너무 작아져 내피로성이 저하될 수 있다.

건조 후에는 130 내지 240℃의 온도 범위에서 열처리된다. 열처리시 신장 비율은 -1 내지 0% 사이를 유지하며, 열처리 시간은 50초 내지 90초가 적정하다. 50초 미만으로 열처리되는 경우 접착액의 반응시간이 부족하여 접착력이 낮아지는 결과를 가져오게 되며, 90초 이상 동안 열처리되는 경우 접착액의 경도가 높아져서 코드의 내피로성이 감소될 수 있다.

표 1에는 본 발명에 따라 제조된 이종섬유 코드의 실시예 및 그에 따른 물성이 나타나 있다.

구 분		저탄성 원사	고탄성 원사	물 성
				강력(kg)	절신(%)	강력이용율(%)	수축율(%)
실시예	원사 종류	나일론	아라미드	35.8	13.2	74.1	1.6
	부여 장력	10	1
비교예 1	원사 종류	나일론	아라미드	33.0	8.5	68.2	1.6
	부여 장력	1	1
비교예 2	원사 종류	나일론	아라미드	35.1	5.4	71.9	1.6
	부여 장력	1	10

이와 같은 공정을 통하여 제조된 이종섬유 딥코드는 카카스 플라이 및 캡플라이로 적용되어 승용차용 타이어의 제조를 위하여 사용된다.

도 2는 본 발명에 따른 이종섬유 딥코드가 카카스 플라이 또는 캡플라이로 적용된 승용차용 타이어의 구조를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 타이어(31)의 비드 영역(35)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(36)가 된다. 비드코어(36)는 연속적으로 감겨진 단일의 또는 단일 필라멘트 강선으로 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직한 실시 형태는 0.95mm 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4×4 구조를 형성하며, 4×5 구조가 된다.

본 발명에 따른 타이어 코드의 실시예에 있어서, 비드 영역(35)은 비드필러(37)가 가질 수 있고, 상기 비드필러(37)는 일정 수준 이상의 경도를 가져야 하며, 바람직하게는 Shore A hardness 40 이상의 경도를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 타이어(31)는 벨트 구조체(38) 및 캡플라이(39)에 의하여 크라운부가 보강될 수 있다. 벨트 구조체(38)는 두 개의 코드(41, 42)로 이루어진 절단 벨트 플라이(40)를 포함하고, 벨트 플라이(40)의 코드(41)는 타이어의 원주 방향 중앙 면에 대하여 약 20°의 각도로 배향될 수 있다. 벨트 플라이(40)의 하나의 코드(41)는 타이어의 원주 방향 중앙 면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트 플라이(40)의 코드(42)의 방향과는 반대로 배치될 수 있다. 그러나 벨트 구조체(38)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16 내지 24°의 범위로 배치될 수 있다. 벨트 구조체(38)는 타이어(31)의 작동 중에 노면으로부터의 트레드(43)의 상승을 최소화 하도록 측방향 강성을 제공하는 역할을 한다. 벨트 구조체(38)의 코드(41, 42)는 스틸코드로 제조될 수 있고, 2+2 구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작될 수 있다. 벨트 구조체(38)의 상부에는 캡 플라이(39)와 에지플라이(44)가 보강되어 있는데 캡플라이(39)의 캡플라이 코드(45)는 본 발명의 방법에 따라 제조된 나일론사 및 아라미드사로 제조된 이종섬유 코드를 이용하여 제조될 수 있다. 1층의 캡플라이(39)와 1층의 에지플라이(44)가 사용될 수 있고, 바람직하게는 1 또는 2층의 캡플라이 및 1 또는 2층의 에지플라이가 보강될 수 있다.

도 2에서 설명되지 않은 도면 부호 32 및 34는 카카스 층(32) 및 플라이 턴업(34)을 나타낸다. 그리고 도면부호 33은 카카스 층 보강용 코드(33)를 나타낸다.

상기 실시예에서는 이종섬유 코드의 제조에 사용되는 두 원사가 나일론사와 아라미드사인 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서는 이종섬유 코드의 제조에 사용되는 두 원사는 나일론, 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 액정 폴리에스테르, 탄소섬유, 폴리이미드(Polyimide), 폴리케톤(Polyketone), 셀룰로오스섬유, 유리섬유, 아라미드, 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴섬유, 폴리올레핀(Polyolefin), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

이상 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나는 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

31 : 타이어 32 : 카카스층
33 : 카카스층 보강용 코드 34 : 플라이 턴업
35 : 비드영역 36 : 비드코어
37 : 비드필러 38 : 벨트 구조체
39 : 캡플라이 40 : 벨트 플라이
41, 42 : 벨트코드 43 : 트레드
44 : 에지플라이 45 : 캡플라이 코드

Claims

제1 원사와 상기 제1 원사보다 큰 탄성률을 갖는 제2 원사를 준비하는 이종섬유 원사 준비 단계;
상기 제1 원사와 제2 원사에 각각 다른 장력을 부여하면서 상기 제1 원사와 제2 원사를 연사하는 장력 부여 및 연사 단계를 포함하며,
상기 장력 부여 및 연사 단계에서 상기 제1 원사에 부여되는 장력은 상기 제2 원사에 부여되는 장력보다 큰 것을 특징으로 하는 이종섬유 코드 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 원사의 탄성률은 상기 제1 원사의 탄성률보다 적어도 1.5배인 것을 특징으로 하는 이종섬유 코드의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 원사 및 제2 원사는 나일론, 폴리에스테르(Polyester), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 액정 폴리에스테르, 탄소섬유, 폴리이미드(Polyimide), 폴리케톤(Polyketone), 셀룰로오스섬유, 유리섬유, 아라미드, 폴리비닐알코올(PVA), 아크릴섬유, 폴리올레핀(Polyolefin), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이종섬유 코드의 제조방법
청구항 1에 있어서,
상기 제1 원사는 나일론(Nylon)사이고, 상기 제2 원사는 아라미드(Aramid)사인 것을 특징으로 하는 이종섬유 코드 제조방법.