KR100548643B1 - 고성능 래디얼 타이어 - Google Patents

Abstract

0.8이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드 코어와, 3.0g/d의 초기 응력에 처했을 때 2% 미만 신장하며, 150 내지 400g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 상기 초기 응력보다는 크고 6.0g/d 미만에 처해 졌을 때 2 내지 5% 신장하며, 최소 6.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는 힘-변형 곡선을 가지면서, 그리고 동시에 (1) 6.5 내지 9.5g/d의 인장강도, (2) 230 내지 330g/d의 모듈러스, (3) 500 내지 4000 데니어의 물성을 만족하는 라이오셀 멀티 필라멘트를 사용하여 제조된 딥코드를 포함하는 카카스층과, 상기 카카스층 외주 측에 적층된 벨트층과, 그리고 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주 방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스층은 상기 비드 코어 주위에 하나 이상 감기는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어에 관한 것이다.

초기 응력, 초기 모듈러스, 힘-변형 곡선, 타이어코드, 라이오셀, 셀룰로오스, N-메틸모폴린 N-옥사이드, 래디얼 타이어, 카카스,

Description

고성능 래디얼 타이어{High performance radial tire}

도 1은 본 발명의 고강력 라이오셀 멀티 필라멘트 제조를 위한 방사공정의 개략도이다.

도 2는 본 발명을 통해 제조된 라이오셀 모노 필라멘트의 S-S (Stress-Strain) 곡선의 예를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 비교예로서 제시된 비스코스 레이온(Super-III) 모노 필라멘트의 S-S (Stress-Strain) 곡선의 예를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 고강력 라이오셀 멀티 필라멘트를 사용하여 제조된 승용차용 타이어의 구조를 도식적으로 나타낸 개략도이다.

※ 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

11 : 타이어 12 : 카카스층

13 : 카카스층 보강용 코드 14 : 플라이 턴업

15 : 비드영역 16 : 비드코어

17 : 비드필러 18 : 벨트 구조체

19 : 캡플라이 20 : 벨트플라이

21, 22 : 벨트코드 23 : 트래드

24 : 에지플라이 25 : 캡플라이 코드

본 발명은 고온형태 안정성과 강력이 우수한 고강력 라이오셀 멀티 필라멘트를 카카스층에 적용한 고성능 래디얼 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 0.8 이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드 코어와, 3.0g/d의 초기 응력에 처했을 때 2% 미만 신장하며, 150 내지 400g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 상기 초기 응력보다는 크고 6.0g/d 미만에 처해 졌을 때 2 내지 5% 신장하며, 최소 6.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는 힘-변형 곡선을 가지면서, 그리고 동시에 (1) 6.5 내지 9.5g/d의 인장강도, (2) 230 내지 330g/d의 모듈러스, (3) 500 내지 4000 데니어의 물성을 만족하는 라이오셀 멀티 필라멘트를 사용하여 제조된 딥코드를 포함하는 카카스층과, 상기 카카스층 외주 측에 적층된 벨트층, 및 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주 방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스층은 상기 비드 코어 주위에 하나 이상 감기는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어에 관한 것이다.

종래의 래디얼 타이어는 폴리에스터나 레이온 또는 아라미드 등의 섬유 코드로 고무를 보강한 카카스층과, 스틸코드로 고무를 보강한 벨트구조로 이루어져 있었다.

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또한 타이어가 림에서 벗어나는 것을 막고 안정성을 유지하기 위한 비드와이어가 타이어와 림의 접촉부분에 보강되어 있으며, 이 비드와이어는 카카스층을 고정시키는 역할도 하게 된다.

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

일반적으로 공기입 래디얼 타이어, 보다 상세하게는 편평비가 0.65 ∼ 0.82인 공기입 래디얼 타이어의 카카스층 재료로는 폴리에스터가 많이 쓰이고 있으며, 이외에 편평비가 낮은, 보다 상세하게는 0.6 미만의 편평비를 가지는 고속용 공기입 래디얼 타이어의 카카스층 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.

또한 일반적인 레이온은 생산 방법과 물성면, 타이어 생산 공정 면에서 단점이 있기 때문에 일반 래디얼 타이어에 적용함에 있어서는 많은 제약을 받고 있는 실정이다. 일반적으로 기존의 레이온은 간접 치환법을 이용하여 생산되었으며, 복잡한 제조 공정과 환경에 미치는 영향 때문에 많은 문제점을 내포하고 있다. 따라 서 환경에 미치는 영향을 중요시하는 최근의 추세로 비추어 볼 때, 많은 문제점을 지니고 있다.

또한 물성 면에서 보면, 습윤 강도가 지나치게 낮아 타이어 코드로서는 부적합한 면이 있을 뿐 아니라 타이어에 적용시 트레드 부분의 크랙이나 상처로 인한 수분침투에 의하여 강도가 저하되어 타이어의 내구성이 저하되는 단점이 있었다.

또한 타이어 생산시 수분률을 2% 이하로 조절하여야 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점 때문에, 기존의 레이온을 카카스로 이용한 타이어의 경우 형태안정성과 고온 물성이 우수함에도 불구하고 사용에 제약을 받아왔다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 0.8 이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기 타이어에 있어서, 한 쌍의 평행한 비드 코어와; 3.0g/d의 초기 응력에 처했을 때 2% 미만 신장하며, 150 내지 400g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 상기 초기 응력보다는 크고 6.0g/d 미만에 처해 졌을 때 2 내지 5% 신장하며, 최소 6.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는 힘-변형 곡선을 가지면서, 그리고 동시에 (1) 6.5 내지 9.5g/d의 인장강도, (2) 230 내지 330g/d의 모듈러스, (3) 500 내지 4000 데니어의 물성을 만족하는 라이오셀 멀티 필라멘트를 사용하여 제조된 딥코드를 포함하는 카카스층과; 상기 카카스층 외주 측에 적층된 벨트층과; 그리고 상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주 방향의 벨트 보강층을 포함하고, 상기 카카스층은 상기 비드 코어 주위에 하나 이상 감기는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어를 제공하는데 기술적 과제를 두고 있다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같은 타이어(11)의 카카스층(12) 내의 카카스 층 보강용 타이어 코드(13)에 고온 형태안정성 및 강력이 우수한 라이오셀 멀티 필라멘트 딥코드를 적용한 것이다.

본 발명에서 카카스층에 적용되는 라이오셀 멀티 필라멘트 딥코드를 제조하기 위한 전단계로서, 고강력 라이오셀 멀티필라멘트의 제조는 하기와 같은 공정을 이용하여 제조한다.

(A) 셀룰로오스를 N-메틸모폴린 N-옥사이드(이하, NMMO)/물 혼합용매에 용해시켜 방사원액(Dope)을 제조하는 단계; (B) 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 압출방사하여, 섬유상의 방사원액이 공기층을 통과하여 응고욕에 도달하도록 한 후, 이를 응고시켜 멀티 필라멘트를 수득하는 단계; (C) 수득된 멀티 필라멘트를 수세욕으로 도입하여 이를 수세하는 단계; (D) 상기 수세욕을 통과하여 수세가 완료된 상기 필라멘트가 유제처리장치 후방의 인터레이스 노즐을 통과하면서 유제 분산을 촉진시키고 교락이 부여되는 단계; (E)상기 인터레이스 노즐에 의해 교락이 부여된 필라멘트가 건조 및 권취되는 단계를 포함하는 방법에 의해 되는 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기층의 길이는 10∼300mm를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 응고욕의 온도는 0∼30℃를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인터레이스는 0.5∼4.0kg/cm²사이의 공기압력을 유지하여 필라멘트의 미터당 교락의 수를 2∼40회로 하여 집속성을 향상시키고 원사의 내부구조를 안정화시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기의 제조단계를 거쳐 제조된 필라멘트는 약 7∼13%의 수분률을 가지는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 고강력 라이오셀 멀티 필라멘트 제조공정을 보다 상세하게 하기와 같이 설명한다.

본 발명과 같은 라이오셀 멀티 필라멘트를 제조하기 위해서는 셀룰로오스의 순도가 높은 펄프를 사용해야 하며. 고품질의 셀룰로오스계 섬유를 제조하기 위해서는 α-셀룰로오스 함량이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 이유는 중합도가 높은 셀룰로오스 분자를 사용하여 고배향구조 및 고결정화를 시킴으로써 높은 강도와 높은 초기 모듈러스를 기대할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에서 사용된 셀룰로오스는 DP(중합도) 1,200, α-셀룰로오스함량 93%이상인 소프트 목재 펄프(soft wood pulp)를 사용하였다.

NMMO는 셀룰로오스에 대한 용해력이 우수하고 독성이 없는 용매로 알려져 있으며, 본 발명에서 NMMO는 약 87% 수준으로 조절된 수화물을 사용하게 되는데 이는 결정성이 높은 셀룰로오스의 포어(pore)를 열리게 하여 용해력을 가지게 하는데 물의 존재가 필수적이기 때문이다. 이러한 NMMO 수화물의 열분해를 억제하고, 셀룰로오스 용액의 안전성을 위해서 3,4,5-트리하이드록시벤조산 프로필 에스테르(3,4,5-Trihydroxybenzoic acid propyl ester)(이하 propyl gallate)를 미량 첨가하였다.

셀룰로오스를 NMMO에 용해시키기는데는 전단력(shear force)과 같은 물리적 힘이 필요하며, 본 발명에서는 쌍축 압출기를 통해서 셀룰로오스를 용해시켰다. 이상과 같은 셀룰로오스 용액을 오리피스(orifice) 직경이 100∼200㎛, 오리피스 길이는 200∼1,600㎛로써 오리피스 직경과 길이의 비가 2 ∼ 8배정도인 노즐을 통하여 방사한 후, 도 1에 나타낸 공정을 통해서 라이오셀 필라멘트를 얻을 수 있다. 도 1과 같은 공정을 통한 라이오셀 필라멘트를 생산하는 것을 본 발명의 특징으로 하며 상세 설명은 다음과 같다.

먼저, 방사노즐(1)로부터 압출된 용액은 수직방향으로 에어 갭(air gap)을 통과하고 응고욕(2)에서 응고된다. 이 때 에어 갭은 치밀하고 균일한 섬유를 얻기 위해서, 또 원활한 냉각효과를 부여하기 위해서 약 10 ∼ 300mm의 범위 내에서 방사가 이루어진다.

이후, 응고욕(2)을 통과한 필라멘트는 수세조(3)를 통과하게 된다. 이 때 응고욕(2)과 수세조(3)의 온도는 급격한 탈용매로 인한 섬유조직 내의 공극(pore) 등의 형성으로 인한 물성의 저하를 막기 위해서 0 ∼ 30℃ 정도로 유지 관리된다.

그리고, 수세조(2)를 통과한 섬유는 수분제거를 위해 스퀴징 롤러(4)를 통과한 후, 1차 유제처리장치(5)를 통과한다. 여기서 얻어진 필라멘트사는 스퀴징 롤러(4)와 1차 유제처리장치(5)의 효과로 높은 편평성을 가지며, 유제와 수분을 함 께 함유하게 된다.

이러한, 편평성을 개선하여 집속성을 향상시키기 위하여 인터레이스 노즐(6)을 통과하였다. 이 때 공기 압력은 0.5∼4.0kg/cm²로 공급하였으며 필라멘트의 미터당 교락의 수를 2∼40회로 하였다.

이후, 인터레이스 노즐(6)을 통과한 필라멘트사는 건조장치(7)를 거치면서 건조되어진다. 이 때 건조온도와 건조 방식 등은 필라멘트의 후공정 및 물성에 큰 영향을 미치게 된다. 본 발명에서는 공정수분율이 약 7∼13%가 될 수 있도록 건조 온도를 조절하였다.

그리고, 건조장치(7)를 통과한 필라멘트는 2차 유제처리장치(8)를 거쳐서 최종적으로 권취기(9)에서 권취된다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 고강력 라이오셀 멀티필라멘트는 6.5 내지 9.5g/d의 인장강도, 230 내지 330g/d의 모듈러스, 500 내지 4000 데니어의 섬도를 갖는다.

본 발명에서는 상기 물성을 만족하는 고강력 라이오셀 멀티필라멘트를 연사기로 연사하여 생코드를 제조한 후 이를 제직하여 딥핑액에 침지하여 라이오셀 멀티필라멘트 딥코드를 제공한다.

이하 본 발명의 연사, 제직 및 딥핑 공정을 보다 자세히 설명한다.

본 발명의 연사공정을 보다 상세히 설명하면, 상기 방법에 의해 제조된 라이오셀 멀티필라멘트는 권취된 원사 2본을 가연 및 합연이 동시 진행되는 다이렉트 연사기로써 연사하여 타이어 코드용 '생코드(Raw Cord)'를 제조한다. 생코드는 라이오셀 멀티 필라멘트에 하연(Ply Twist)을 가한 후에 상연(Cable Twist)을 가하며 합연함으로써 제조되며, 일반적으로 상연과 하연은 같은 연수 혹은 필요에 따라서 다른 연수를 가하게 된다.

본 발명에서 중요한 결과로는 라이오셀 멀티필라멘트에 부여되는 꼬임의 수준(연수)에 따라 코드의 강신도, 중신, 내피로도 등의 물성이 변화되는 것이다. 일반적으로 꼬임이 높은 경우, 강력은 감소하며, 중신과 절신은 증가하는 경향을 띠게 된다. 내피로도는 꼬임의 증가에 따라 향상되는 추세를 보이게 된다. 본 발명에서 제조한 폴리에틸렌나프탈레이트 타이어 코드의 연수는 상/하연 동시에 250/250 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 하는 것이다. 이때 250/250 TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 500/500 TPM 초과일 경우에는 강력 저하가 커서 타이어 코드용으로 적절하지 않다.

본 발명에서는 필요에 따라 상/하연의 연수를 다르게 부여하는 경우도 있는데, 상연을 350TPM 내지 550TPM으로 조절하고, 하연을 300TPM 내지 550TPM으로 조절하여 각각 상/하연이 다른 연수로 생코드를 제작하였다. 상/하연 연수를 다르게 제작하는 것은 생코드가 가지는 최적 물성 범위 내에서 연수가 낮을수록 연사 비용 은 감소하여 경제적으로 이익이 되기 때문이다. 이러한 꼬임을 평가하는 상수로서 "꼬임상수"가 제안되어 있다.

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

본 발명의 딥핑 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. 통상의 레이온 섬유 또는 나일론은 1욕 딥핑을 행하는 것이 보통이며, PET 섬유를 사용하는 경우, PET 섬유 표면의 반응기가 레이온 섬유나 나일론 섬유에 비하여 적기 때문에 PET 표면을 먼저 활성화 한 후에 접착처리를 행하게 된다(2욕 딥핑).

본 발명에 따른 라이오셀 멀티필라멘트는 1욕 또는 2욕 딥핑을 사용할 수 있다. 딥핑욕은 타이어 코드를 위해 공지된 딥핑욕을 사용한다.

본 발명의 딥핑 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 라이오셀 코드와 고무의 접착을 위한 접착액의 일 예로서 하기와 같은 방법을 이용하여 조제되어 사용되어질 수 있다. 하기에 기재된 예가 본 발 명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

29.4wt% 레소시놀 45.6

순수 255.5

37% 포르말린 20

10wt%수산화나트륨 3.8

상기 액을 조제 후, 25℃에서 5시간 교반시키며 반응시킨 후, 다음의 성분을 추가한다.

40wt% VP-라텍스 300

순수 129

28% 암모니아수 23.8

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

건조 후에 상기 접착액을 부여하게 되는데, 상기 접착액의 부착량을 조절하기 위하여 0-3%의 스트레치를 가하는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 1-2%의 스트레치를 가하는 것이 요구된다. 스트레치가 너무 높은 경우에는 접착액의 부착량은 조절할 수 있으나 절신이 감소하는 결과를 보여 결과적인 내피로성의 감소를 가져오게 되며, 스트레치를 너무 낮추는 경우, 예를 들어 0% 미만으로 낮추는 경우에는 라이오셀 코드 내부로 딥핑액이 침투하여 DPU(Defects Per Unit, 단위당 결함수)를 조절하는 것이 불가능해진다.

접착제 부착량은 고형분 기준으로 섬유 무게에 대하여 4% ∼ 6%가 바람직하다. 접착액을 통과한 후는 120 ∼ 150℃에서 건조하게 된다. 180초 ∼ 220초간 건조를 실시하며, 코드를 건조할 때 역시 코드에 1%-2% 정도의 스트레치를 가한 상태에서 건조하는 것이 중요하다. 스트레치가 부족한 경우에는 코드의 중신 및 절신이 증가하여 타이어 코드에 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 ∼ 170℃의 온도 범위에서 열처리를 행하게 된다. 열처리시 스트레치는 -2 ∼ 0% 사이를 유지하며, 열처리 시간은 50초 ∼ 90초가 적정하다. 50초 미만의 열처리를 하는 경우에는 접착액의 반응시간이 부족하여 접착력이 낮아지는 결과를 가져오게 되며, 90초 이상 열처리를 하는 경우에는 접착액의 경도가 높아져서 코드의 내피로성이 감소하는 결과를 가져오게 된다.

전술한 방법에 따라 제조된 라이오셀 딥코드는 하기 물성을 갖는다.

(1) 절단하중 14.0 내지 35.0 kg, (2) 섬도 2,000 내지 8,000 데니어, (3) 내피로도 80%이상, (4) 고무와의 접착력 8.0∼15.0 kg, (5) 꼬임상수가 0.30 내지 0.95 (6) 인장 하중 4.5 kg일때의 신도(elongation at specific load)와 건열수축률(shrinkage)의 합(E-S)이 1.0 ∼ 4.0

본 발명은 공기입 래디얼 타이어의 카카스층의 재료로 사용되는 코드를 상기 상술한 방법에 의해 제조하고, 딥코드는 고온물성, 형태안정성 및 강력이 우수한 라이오셀 딥코드로 대체함으로써, 형태안정성 및 피로 성능이 향상되고 편평비가 0.8이하인 고성능 공기입 래디얼 타이어를 제공하는데 기술적 과제를 두고 있다.

본 발명에 따라 제조된 라이오셀 코드를 카카스층에 사용한 타이어의 일 예로서 하기와 같은 타이어 제조방법이 있다. 하기에 기재된 예가 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같은 타이어를 제조한다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따라 제조된 라이오셀 딥코드를 이용한 카카스층 보강용 코드(13)는 2,000d 내지 8,000d의 총데니어를 가진다. 카카스층(12)은 적어도 한 층의 카카스층 보강용 코드(13)를 포함한다. 반경 방향 외측 플라이 턴업(14)을 가지는 카카스층(12)은 바람직하게는 1층-2층의 카카스 코드를 포함한다. 카카스층 보강용 코드(13)는 타이어(11)의 원주방향 중간 면에 대하여 85°∼ 90°의 각도로 배향된다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 보강용 카카스 코드(13)는 원주 방향 중간 면에 대하여 90°로 배열되어 있다. 플라이 턴업(14)의 경우, 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 ∼ 80% 정도의 높이를 가지도록 하는 것이 선호된다. 플라이턴업이 40%이하로 낮은 경우에는 타이어 측벽의 강성 보완 효과가 지나치게 낮으며, 80%이상인 경우에는 타이어 측벽 강성이 너무 높아 승차감 등에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.

이하 도 4를 보다 자세히 하기와 같이 설명한다.

타이어(11)의 비드 영역(15)은 각각 비신장성인 환상의 비드코어(16)를 갖는다. 비드코어는 연속적으로 감겨진 단일의 또는 단일 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(17)를 가지며, 상기 비드 필러의 경우, 일정 수준 이상의 경도를 가지는 것이 필요하며, 바람직하게는 쇼어 에이 굳기(Shore A hardness) 40 이상인 것이 선호된다.

본 발명에 있어, 타이어(11)는 벨트구조체(18)와 캡플라이(19) 구조에 의하여 크라운 부가 보강된다. 벨트구조체(18)는 두 개의 절단 벨트 플라이(20)를 포함하며 벨트코드(21)는 타이어의 원주 방향 중앙 면에 대하여 약 20도의 각도로 배향된다. 벨트코드(21)는 원주 방향 중앙 면과 대향하는 방향으로, 다른 벨트코드(22)의 방향과는 반대로 배치된다. 그러나 벨트구조체(18)는 임의의 수의 플라이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 16 ∼ 24°의 범위로 배치될 수 있다. 벨트구조체(18)는 타이어(11)의 작동 중에 노면으로부터의 트레드(23)의 상승을 최소화하도록 측방향 강성을 제공하는 역할을 한다. 벨트구조체(18)의 벨트코드(21), (22)는 스틸코드로 제조되어 있으며 2+2 구조로 되어 있지만, 임의의 구조로 제작할 수 있다. 벨트구조체(18)부의 상부에는 캡플라이(19)와 에지플라이(24)가 보강되어 있는데 캡플라이(19) 내의 캡플라이코드(25)는 타이어의 원주 방향에 평행하게 보강되어 타이어의 고속 회전에 따른 원주 방향의 크기 변화를 억제하는 작용을 하며, 고온에서의 열수축응력이 큰 캡플라이코드(25)를 이용한다. 1층의 캡플라이(19)와 1층의 에지플라이(24)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 셀룰로오스 용액 및 필라멘트 등의 특성은 하기와 같은 방법으로 그 물성을 평가하였다.

(1) 중합도

용해한 셀룰로오스의 고유점도[IV]는 우베로드점도계를 이용하여 ASTM D539-51T에 따라 만들어진 0.5M 큐프리에틸렌디아민 히드록사이드 용액으로 25±0.01℃에서 0.1내지 0.6 g/dl의 농도범위에서 측정하였다. 고유점도는 비점도를 농도에 따라 외삽하여 구하며 이를 마크-호우윙크의 식에 대입하여 중합도를 구한다.

[IV] = 0.98×10^-2DP_w ^0.9

(2) 필라멘트 점착

필라멘트 원사를 1M단위로 자르고 그 중 0.1M만 절취하는 방법으로 5개의 시료를 만든 후 107℃로 2시간 무하중 상태에서 건조한 다음 이미지 분석기(Image Analyser)를 통해 유관으로 필라멘트의 점착 여부를 확인한다. 이때 한 가닥이라도 점착된 경우 '낙제(fail)(F)', 그렇지 않은 경우 '통과(pass) (P)'로 판정한다.

(3) 타이어 코드 강력(kgf) 및 중간신도(%)

107℃로 2시간 건조 후에 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하였는데, 80TPM(80회 twist/m)의 꼬임을 부가한 후 시료장 250mm, 인장속도 300m/min으로 측정한다. 이때 부과한 중간신도(Elongation at specific load)는 하중 4.5kg인 지점의 신도를 나타낸다.

(4) 건열수축률(%, Shrinkage)

25℃, 65 %RH에서 24시간 방치한 후, 20g의 정차 중에서 측정한 길이(L₀)와 150℃로 30분간 20g의 정하중에서 처리한 후의 길이(L₁)의 비를 이용하여 건열수축률을 나타낸다.

S(%) = (L₀ - L₁) / L₀ × 100

(5) E-S

일정 하중 하에서의 신도를 본 발명에서는 중간신도(E)라 부르며, 이때 하중은 4.5kg을 의미한다. 특별히 하중 4.5kg일 때의 신도를 평가하는 이유는 타이어 코드 1본당 걸리는 최대하중이 그 정도 수준임을 감안한 것이기 때문이다. 그리고 'S'는 상기 (d)항의 건열수축률을 의미하는 것으로, 중간신도(E)와 건열수축률(S)의 합을 ' E-S '라고 본 발명에서는 칭한다. 일반적으로 타이어가 가류하고 나면 코드의 수축률과 중간신도가 변하게 된다. 수축률과 중간신도의 합은 타이어를 완전히 제작하고 난 후의 코드가 가지는 모듈러스의 개념과 유사하다고 볼 수 있다. 즉, 'E-S'값이 낮으면 모듈러스가 높아지는 상관관계를 형성한다. 모듈러스가 높으면 타이어의 변형에 따른 힘(force) 생성량이 크기 때문에 조종이 더 쉬워지고, 반대로 작은 변형으로도 같은 정도의 장력을 만들어 내는 것이 가능해지기 때문에 조정성능이 좋아지고 변형에 따른 형태안정성이 우수하다고 판단할 수 있다. 따라서, 'E-S'값은 타이어 제조시 코드성능의 우수성을 판단할 수 있는 물성치로 활용된다. 또한 타이어 제조시, E-S 수치가 낮은 타이어는 열에 의한 변형량이 작기 때문에 타이어의 균일성이 향상되는 효과가 있으며, 그에 따라 타이어 전체의 균일성이 향상되는 효과를 가져오게 된다. 따라서, E-S 수치가 낮은 코드를 사용한 타이어의 경우, 높은 코드를 사용하는 타이어보다 타이어의 균일도가 높아지는 효과가 있기 때문에 타이어 성능의 향상도 가능하다.

E-S = 중간신도(Elongation at 4.5kg) + 건열수축률(Shrinkage)

(6) 꼬임상수(R)

꼬임상수(R)는 다음과 같은 식에 의하여 구한다. 꼬임 상수가 같은 코드들은 합연되어 있는 단사가 코드의 길이 방향에 대하여 같은 각도로 보강되어짐을 의미한다:

(상기 식에서, R은 꼬임상수, N은 10cm 당 꼬임수 D는 총 데니어이고, ρ는 비중이다).

(7) 내피로도

타이어 코드의 피로 시험에 통상적으로 사용되는 굳리치 디스크 피로 시험기(Goodrich Disc Fatigue Tester)를 이용하여 피로시험 후 잔여강력을 측정하여 내피로도를 비교하였다. 피로 시험 조건은 120℃, 2500RPM, 압축 10% 및 18%의 조건이었으며, 피로 시험 후 테트라 클로로 에틸렌(tetra chloro ethylene) 액에 24시간 침지하여 고무를 팽윤시킨 후 고무와 코드를 분리하여 잔여강력을 측정하였다. 잔여 강력의 측정은 107℃에서 2시간 건조 후 통상의 인장 강도 시험기를 이용하여 앞의 (c)방법에 따라 측정하였다.

(8) 접착력

접착력은 ASTM D4776-98 방법을 기준으로 H-테스트 방법으로 측정하였다.

[실시예 1]

중합도(DP_W)가 1200(α-셀룰로오스 함량; 97%)인 펄프와 NMMO·1H₂O, 그리고 propyl gallate가 용액대비 0.045wt%를 사용하여 제조된 셀룰로오스 용액을 사용하였다. 이 때 셀룰로오스의 농도는 9∼14%로 하였고, 오리피스 수를 1,000개로 하였으며, 오리피스 직경은 120∼200㎛까지 변화시켜 사용하였다. 오리피스 직경과 길이의 비(L/D)가 4 내지 8, 외경 100mmΦ인 방사 노즐로부터 토출된 용액을 에어 갭 30 ∼ 100mm의 길이를 가지며 냉각되었고, 방사 속도는 90 ∼ 150m/min으로 변화시켜서 행하였으며, 최종 필라멘트 섬도가 1,650데니어가 되도록 하였다. 응고액 온도는 0 ∼ 30℃, 농도는 물 80%, NMMO 20%로 조정하였으며, 응고액의 온도와 농도는 굴절계를 사용하여 연속적으로 모니터하였다. 응고욕을 빠져나온 필라멘트는 잔존 NMMO을 수세공정을 통해 제거하고, 1차 유제처리 장치 후에 인터레이스 노즐을 사용하여 공기 압력을 0.5∼4.0kg/cm²으로 변화시켰으며, 건조 후 2차 유제처리를 하여 권취하였다. 권취한 원사 필라멘트의 OPU(oil pick-up율)는 0.3∼0.8%로 조절하였다. 이 때의 방사 조건 및 변수들을 표 1에 나타내었고, 제조된 원사의 필라멘트 물성을 표 2에 나타내었다.

제조된 필라멘트 원사를 다이렉트 연사기를 이용하여 연수는 400TPM 이었으며, 상연/하연 동일 조건으로 연사한 후 통상의 RFL용액에 침지하여 열처리함으로써 딥코드를 제조하여 물성을 평가하였다.

[실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 3]

셀룰로오스의 중합도, 셀룰로오스 용액의 농도, 오리피스 직경, 및 방사속도를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시키면서 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 연신사 및 처리 코드를 제조하였다.

이와 같이 제조된 연신사 및 처리 코드의 물성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

구분	셀룰로 오스 중합도	셀룰로 오스 농도(%)	오리피스직경㎛	방사속도 mpm	라이오셀 멀티필라멘트 힘-변형 곡선
					3g/d 초기하중에서 신도(%)	5.5g/d 하중에서 신도(%)
실시예 1	1200	13	120	120	1.5	3.5
실시예 2	1200	13	150	120	1.4	3.4
실시예 3	1500	15	315	150	1.5	3.5
실시예 4	1500	15	315	100	1.6	3.7
비교예 1	1000	9	120	200	2.3	6.2
비교예 2	800	9	120	120	2.2	6.1
비교예 3	800	9	200	60	2.1	6.1

[표 2]

구분	라이오셀 멀티필멘트 물성				처리코드 물성						비고
	강도 (g/d)	중간신도(%)	신도 (%)	수축률(%)	강력 (kg)	중간 신도 (%)	수축률(%)	E2.25+ FS(%)	내피로도 (%)	고무와의접착력(kg)
실1	7.7	1.1	7.0	0.4	22.5	2.0	0.2	2.2	89	12.4
실2	7.6	1.0	7.1	0.5	23.0	2.1	0.3	2.4	87	13.4
실3	7.7	1.1	6.9	0.4	22.3	1.9	0.2	2.1	91	12.9
실4	8.0	1.3	7.2	0.5	23.5	1.8	0.3	2.1	90	12.9
비1	6.3	2.1	9.1	0.6	20.2	2.6	0.4	3.0	75	9.7
비2	7.2	2.2	8.8	0.7							■■
비3	6.4	2.0	9.3	0.6	19.8	2.9	0.3	3.2	70	10.7	■

■ : 외관 불량, ■■ : 외관이 극히 불량하여 처리 코드의 제조 의미 없음.

[실시예 5]

본 발명의 실시예 4에 의해 제조된 라이오셀 딥코드를 사용하여 제조된 래디얼 타이어는 반경 방향 외측 플라이 턴업을 갖는 카카스층을 가지며, 상기 카카스층은 실시예 4에 의해 제조된 라이오셀 딥코드가 1층이 포함하도록 설치하였다. 이때 카카스 코드의 사양은 다음의 표3에 나타낸 바와 같이 하고, 타이어의 원주 방향 중간면에 대하여 90도 각도로 배향하였다. 상기 플라이 턴업(14)은 타이어 최대 단면 높이에 대하여 40 내지 80%의 높이를 갖도록 하였다. 비드영역(15)은 0.95 내지 1.00mm 직경의 고강도 강선이 4×4로 형성된 비드코어(16)와 쇼어 에이 굳기(shore A hardness) 40 이상의 경도의 비드필러(17)를 갖도록 하였다. 벨트구조체(18)는 상부에 1층의 캡플라이(19)와 1층의 에지플라이(24)로 된 벨트 보강층에 의해 보강되며 캡플라이(19) 내의 캡플라이 코드가 타이어의 원주 방향에 대하여 평행하도록 배치하였다.

[비교예5 ∼ 6]

타이어 제작을 위한 코드 소재 및 규격을 표3과 같이 달리 하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 타이어를 제조하였다.

[표3]

		실시예5	비교예5	비교예6
카카스	소재	라이오셀	PET	레이온
	규격(d/합연사)	1650d/2	1500d/2	1650d/3
	EPI(ends/in)	24	25	25
	강력(Kg)	23	22	26
	탄성계수(g/d)	80	75	60
캡플라이	소재	나일론	나일론	나일론
	규격(d/합연사)	1260d/2	1260d/2	1260d/2
	강력(Kg)	24	24	24
	탄성계수(g/d)	30	30	30
타이어	편평비	0.60	0.60	0.60
	카카스층수	1	1	1
	캡플라이층수	1	1	1

상기 실시예5 및 비교예5 ∼ 6에 따라 제조된 215/60 R15 V 타이어를 2000cc 등급의 승용차에 장착하고 60km/h 속도로 주행하면서 차량 내에서 발생하는 소음을 측정하여 가청 주파수 영역의 값을 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 미국 연방 자동차 안전기준(Federal Motor Vehicle Safety Standard, FMVSS) 109의 P-메트릭 타이어 내구성 테스트(P-metric tire endurance test) 방법을 따라 측정온도 섭씨 38도(±3도), 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.

[표4]

구 분	실시예5	비교예5	비교예6
타이어무게(kg)	9.95	9.98	10.12
승차감	100	90	95
조종안정성	100	95	95
내구성	OK	OK	OK
유니포머티	100	95	97
소음(dB)	61.4	64.5	63.2

상기 표4의 시험 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 타이어(실시예 5)는 종래의 카카스에 PET 및 레이온 코드를 적용한 경우(비교예 5, 6)에 비하여 타이어의 무게가 줄어드는 것을 볼 수 있으며, 따라서 회전저항의 감소가 가능함을 알 수 있다. 또한, 성능 면에서도 본 발명에 의해 제조된 라이오셀 딥코드를 카카스에 사용하 는 본 발명의 경우에 승차감, 조종 안정성 및 소음 감소 면에 효과가 우수하였으며, 타이어의 유니포머티 또한 향상됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 힘-변형곡선을 갖는 라이오셀 멀티필라멘트로부터 형성된 처리 코드는 치수안정성 및 강도가 우수하여 타이어 및 벨트 등의 고무제품의 보강재로서 또는 기타 산업적 용도로서 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 고성능 래디얼 타이어의 카카스층에 본 발명의 라이오셀 딥코드를 적용함으로써 타이어의 내구성, 승차감 및 조종안정성 등에 대해 만족할 만한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 고강력 라이오셀 멀티 필라멘트를 적용함으로써 레이온을 사용한 경우보다 경량화된 타이어를 제공할 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 (5)

1. 0.8 이하의 편평률을 갖는 래디얼 공기 타이어에 있어서,

   한 쌍의 평행한 비드 코어;

   3.0g/d의 초기 응력에 처했을 때 2% 미만 신장하며, 150 내지 400g/d의 초기 모듈러스 값을 가지고, 상기 초기 응력보다는 크고 6.0g/d 미만에 처해 졌을 때 2 내지 5% 신장하며, 최소 6.0g/d의 인장강도로부터 사가 절단될 때까지 신장하는 힘-변형 곡선을 가지면서, 그리고 동시에 (1) 6.5 내지 9.5g/d의 인장강도, (2) 230 내지 330g/d의 모듈러스, (3) 500 내지 4000 데니어의 물성을 만족하는 라이오셀 멀티 필라멘트를 사용하여 제조된 딥코드를 포함하는 카카스층;

   상기 카카스층 외주 측에 적층된 벨트층; 및

   상기 벨트층의 외주 측에 형성된 원주 방향의 벨트 보강층을 포함하고,

   상기 카카스층은 상기 비드 코어 주위에 하나 이상 감기는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어.
2. 제1항에 있어서,

   상기 카카스층이 1층 또는 2층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어.
3. 제1항에 있어서,

   상기 카카스층에서 딥코드 보강 밀도 15 ∼ 35 EPI인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어.
4. 제1항에 있어서,

   상기 카카스층에서 딥코드는 꼬임수 250 ∼ 500TPM인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어.
5. 제1항에 있어서,

   상기 카카스층에서 딥코드는 4.0% 이하의 E^2.25(2.25g/d에서의 신장율)+FS(자유수축률)인 것을 특징으로 하는 래디얼 공기 타이어.

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