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KR-20260060811-A - HEAT-RESISTANT HIGH STRENGTH POLYETHYLENETEREPHTHALATE YARN AND TIRE CORD

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Abstract

본 발명은 내열성이 향상된 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 타이어 코드에 관한 것으로, 본 발명의 폴리에틸렌테레프탈레이트 타이어 코드는 고온 조건에서도 물성이 우수하며, 상온 대비 고온에서의 강력유지율이 높게 유지됨으로써 고내열성을 확보하여, 성형 시 고온에서의 코드 강력 저하를 개선하여 타이어 경량화를 이룰 수 있으며, 자동차의 고속 주행 시에 발생하는 타이어 온도 상승에 따른 물성 저하가 최소화되어 타이어 회전저항이 감소하고, 핸들링 성능이 개선되며, 자동차의 연비 성능을 향상시킬 수 있다.

Inventors

  • 주시환
  • 김철
  • 박진경

Assignees

  • 에이치에스효성첨단소재 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (13)

  1. 강도가 9.0 g/d 이상이고, 수축율이 6.0~10.0%의 범위 내며, 치수안정성(E-S)이 11.0~16.0%의 범위 내인 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 500 내지 3000 데니어의 섬도를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 0.90 내지 0.95의 점도, 및 4.0 내지 6.0의 중간신도(＠4.5 g/d))를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 45% 내지 50%의 결정화도 및 0.20 내지 0.23의 배향도(△n)를 갖는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 재생 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 바이오매스 기반 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
  7. 제1항의 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 포함하는 타이어 코드.
  8. 제6항에 있어서, 상기 타이어 코드는 80℃에서의 강력유지율 (25℃에서의 코드 강력/80℃에서의 코드 강력)이 70% 이상이고, 타이어 코드의 강도는 5.0 g/d 이상이며, 중간신도(@2.25g/d)는 4~6%인 것을 특징으로 하는 타이어 코드.
  9. 제6항에 있어서, 상기 타이어 코드는 가류(Curing, 170℃*15분*0.01g/d)후 80℃에 따른 강력유지율이 65% 이상이고, 코드 강도가 4.8 g/d 이상이며, 중간신도(@2.25g/d)가 9~11%인 것을 특징으로 하는 타이어 코드.
  10. 제6항에 있어서, 상기 타이어 코드는, 상온에서의 코드 강도가 7.0 g/d 이상이고, 중간신도(@2.25g/d)가 3~5%이며, 수축율이 3% 이하인 것을 특징으로 하는 타이어 코드.
  11. 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융 압출하여 2300 내지 3100 m/min 의 방사속도로 방출사를 제조하는 단계; 상기 방출사를 400 내지 700의 스핀드래프트(spindraft)로 사를 방사하여 미연신사를 제조하는 단계; 상기 미연신사를 5단 고뎃롤러를 이용하여 2.0 내지 2.6의 연신비 및 160-300의 고유연신계수를 갖도록 연신하여 6000 내지 7000m/min의 속도로 권취하여 원사를 제조하는 단계; 및 상기 원사를 연사 및 딥핑하여 딥코드를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 코드의 제조방법.
  12. 제10항의 타이어 코드를 포함하는 타이어.
  13. 제12항에 있어서, 상기 타이어는 트레드부, 트레드부의 양측으로 배치된 한 쌍의 사이드 월, 사이드 월의 타이어 반경방향 내측에 배치된 한 쌍의 비드부를 구비하고, 상기 한 쌍의 비드부 사이에 카카스가 배치된 타이어에 있어서, 상기 카카스가 상기 폴리에스터 타이어 코드로 구성되는 것을 특징으로 하는 타이어.

Description

내열성 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 타이어 코드{HEAT-RESISTANT HIGH STRENGTH POLYETHYLENETEREPHTHALATE YARN AND TIRE CORD} 본 발명은 내열성이 향상된 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 타이어 코드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어 코드에 사용할 경우 내열성 및 고온에서의 치수안정성 및 형태안정성이 우수하여, 타이어 코드로 사용 시에 차량의 핸들링성 및 연비 성능을 향상시킬 수 있는 내열성 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 타이어 코드에 관한 것이다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 광범위하게 사용되고 있는 섬유 중의 하나로서, 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 타이어, 좌석 벨트, 컨베이어 벨트, V-벨트 및 호스(hose) 등을 포함하는 다양한 산업적 용도에 많이 사용되고 있다. 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사를 이용하여 제조되는 타이어 코드는 과도한 섬유 분자배향도 증가에 따른 내열성 부족으로 타이어 성형시(가류공정) 코드 강력, 탄성률이 떨어지는 물성 저하가 발생한다. 이로 인해서 자동차 고속 주행 시에 타이어 온도 상승에 따른 물성 저하로 타이어 성능(예를 들어, 핸들링 성능) 또한 떨어지는 문제점이 발생한다. 또한 섬유의 결정성 증가에 따른 치수안정성이 일부 개선되더라도 타이어 주행 시에 발생하는 고온 환경(~80에서 탄성률이 개선되지 않는 고온 내열성 저하가 발생한다. 이하에서 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 본원 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소(성분)를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 상반되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소(성분)를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 경우, "코드(cord)"는 타이어의 보강 구조를 구성하는 보강 스트랜드로서, 여러 가닥의 사를 꼬임 배합하여 형성된 제품을 의미한다. 본 명세서에서 "폴리에틸렌테레프탈레이트 원사"는 재생되지 않은 버진 폴리에틸렌테레프탈레이트, 재생 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 바이오매스 기반 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 어느 하나로 만들어진 원사를 의미한다, 본 발명에서 "치수안정성(E-S)"은 중간신도(E)와 건열수축율(S)의 합으로 나타낸다. 치수안정성(E-S) 수치가 낮은 타이어는 열에 의한 변형량이 작기 때문에, E-S 수치가 낮은 코드를 사용한 타이어의 경우, 높은 코드를 사용하는 타이어보다 타이어의 균일도가 높아지고 타이어 성능의 향상도 가능하다. 본 명세서에서 "스핀드래프트(spin draft)는"는 방사노즐에서의 단위면적 당 폴리머 토출속도에 대한 제1 연신 롤러의 선속도(m/min)의 비를 의미한다. 스핀 드래프트가 1보다 큰 경우, 소정의 연신은 이미 발생한다. 본 명세서에서 "고유연신계수(Specific draw ratio)"는 총연신비에 대한 스핀드래프트(spin draft)의 비를 의미한다. 본 명세서에서 "강력(tenacity)"은 비변형된 시편의 단위 선 밀도당 힘(gm/tex 또는 gm/denier으로서 표현된 응력이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "타이어 코드"는 고무 제품에 바로 적용될 수 있도록 접착제가 코팅된 합연사를 의미하며, "딥코드(dip cord)"로 지칭되기도 한다. 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 강도가 9.0 g/d 이상이고, 수축율이 6.0~10.0%의 범위 내이며, 치수안정성(E-S)이 11.0~16.0%의 범위 내인 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사에 관한 것이다. 본 발명에서 폴리에스터 원사의 강도는 9.0 g/d 이상 또는 9.0 g/d 내지 9.6 g/d, 바람직하게 9.5 g/d 이상, 좀더 바람직하게는 10.0 g/d 이상을 나타낼 수 있다. 상기 폴리에스터 원사의 강도는 타이어 코드 제조 시에 충분한 기계적 물성 및 내구성을 부여할 수 있는 원사 특성 측면에서 9.0 g/d 이상이 되어야 한다. 상기 폴리에스터 원사는 150℃에서 30분간 오븐 열처리 후 0.05 g/d의 조건 하에 측정한 수축율이 6.0% 내지 10.0% 이하이고, 바람직하게는 6.2% 내지 9.9%, 더욱 바람직하게는 6.5% 내지 9.0% 또는 7% 내지 9%이다. 상기 수축율이 6.0% 미만이거나 수축율이 10.0%를 초과하면 타이어 코드로서 강력과 형태안정성이 저하되므로 바람직하지 못하다. 상기 수축율은 177℃에서 30 분 동안 고정 하중을 부가하는 조건 하에서 측정한 값을 기준으로 한다. 일반적으로 타이어를 가황하면 코드의 수축율과 중간신도가 변하게 된다. 수축율과 중간신도의 합은 타이어를 완전히 제작하고 난 후의 코드가 가지는 모듈러스의 개념과 유사하다고 볼 수 있다. 즉, E-S값이 낮으면 모듈러스가 높아지는 상관관계를 형성한다. 모듈러스가 높으면 타이어의 변형에 따른 힘 생성량이 크기 때문에 조종이 더 쉬워지고, 반대로 같은 정도의 장력을 만들어내기 위해서 적은 변형으로도 가능해지기 때문에 조정 성능이 좋아지고 변형에 따른 치수안정성이 우수하다고 판단할 수 있다. 따라서, E-S값은 타이어 제조 시 코드 성능의 우수성을 판단할 수 있는 물성치로 활용된다. 본 발명에서는 폴리에스터 원사의 치수 안정성 값을 11.0% ~ 16.0%로 하는 것으로, 조종 안정성을 확보하고, 또한 안정된 타이어 제조가 가능하다. 또한 타이어 제조시, E-S 수치가 낮은 타이어는 열에 의한 변형량이 작기 때문에 타이어의 균일성이 향상되는 효과가 있으며, 그에 따라 타이어 전체의 균일성이 향상되는 효과가 있다. 따라서, E-S 수치가 낮은 코드를 사용한 타이어의 경우, 높은 코드를 사용하는 타이어보다 타이어의 균일도가 높아지는 효과가 있기 때문에 타이어 성능의 향상도 가능하다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사의 섬도는 500 내지 3000 데니어, 더욱 바람직하게 1300 내지 1800 데니어, 더욱 바람직하게 1400 내지 1600 데니어가 될 수 있다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 0.90 내지 0.95의 점도, 및 4.0 내지 6.0의 중간신도(＠4.5 g/d))를 갖는다. 상기 원사의 섬도는 타이어 코드 제조시 충분한 기계적 물성 및 내구성을 부여할 수 있는 원사 특성 측면에서 500 데니어 이상이 될 수 있고, 제직 밀도를 최소화하여 우수한 후도 확보 및 이에 따른 직물의 유연성(Softness) 개선 측면에서 3,000 데니어 이하가 될 수 있다. 중간신도가 상기 요건을 충족시키지 못하는 경우에는 타이어 코드용으로서 사용하는 경우, 타이어 제작 시 코드 탄성률 차이로 인한 형태 변형이 증가하여 타이어 불량 및 성능 저하가 발생할 수 있다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 45% 내지 50%의 결정화도 및 0.20 내지 0.23의 배향도(△n)를 갖는다. 상기 원사의 결정화도가 45% 미만이면 결정화도가 충분하지 않고 열안정성도 나빠지므로 강력이용률이 저하될 수 있어 바람직하지 못하다. 상기 배향도가 0.20 미만이면 배향성이 저하되어 결정부가 발달하지 못하고 비결정부의 분자사슬의 길이 분포 균일성이 저하되므로 분자사슬의 치밀한 구조를 형성하지 못하여 원사의 강도 및 타이어 코드에서 강력과 강력이용률이 저하되며, 상기 배향도가 0.23을 초과하면 연신작업성이 저하되어 바람직하지 못하다. 본 발명에 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합물은 최소한 85 몰%의 에틸렌테레프탈레이트 단위를 함유하며, 바람직하게는 에틸렌테레프탈레이트 단위만으로 구성된다. 선택적으로, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 에틸렌글리콜 및 방향족디카르복시산 혹은 이들의 유도체 이외의 하나 또는 그 이상의 에스테르 형성 성분으로부터 유도된 소량의 단위를 공중합체 단위로서 편입할 수 있다. 에틸렌테레프탈레이트 단위와 공중합 가능한 다른 에스테르 형성 성분의 예로는 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올 등과 같은 글리콜과, 테레프탈산, 이소프탈산, 헥사하이드로테레프탈산, 스틸벤 디카르복시산, 비벤조산, 아디프산, 세바스산, 아젤라산과 같은 디카르복시산을 포함한다. 일 실시예에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 재생 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 재생 폴리에틸렌테레프탈레이트를 30 중량% 이상, 40 중량% 이상, 50 중량% 이상 또는 60 중량% 이상 포함할 수 있다. 본 명세서에서 "재생 폴리에틸렌테레프탈레이트"는 용기, 섬유, 타이어 코드 등과 같이 특정 용도로 먼저 사용되고 버려진 폴리에틸렌테레프탈레이트를 재활용 목적으로 재생한 것을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 재생 폴리에틸렌테레프탈레이트는 기계적 재생(Mechanical Recycle) 폴리에틸렌테레프탈레이트 및/또는 화학적 재생(Chemical Recycle) 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있다. 이소프탈산은 테레프탈산의 이성질체로, 일반적으로 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 이소프탈산을 포함하고 있다. 특히, 페트병에 사용되는 용기용 폴리에틸렌테레프탈레이트는 가공을 보다 용이하게 하기 위해 이소프탈산을 포함하고 있어, 이를 재활용하여 만든 재생 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 이소프탈산을 0 몰% 내지 5 몰% 포함하고 있다. 일 실시예에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 바이오매스 기반 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 바이오매스 기반 폴리에틸렌테레프탈레이트를 20 중량% 이상 포함할 수 있다. 일 실시예에서 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사는 바이오매스 기반 폴리에틸렌테레프탈레이트를 100중량% 포함할 수 있다. 본 발명의 "바이오매스 기반 폴리에틸렌테레프탈레이트"의 경우는 에틸렌글리콜 및/또는 테레프탈렌 디카르복실산 또는 이들의 유도체 중 어느 하나가 바이오매스 기반의 재생자원인 경우를 의미한다. 예를 들어, 에틸렌글리콜의 경우 사탕수수로부터 제조된 바이오매스 기반 에틸렌글리콜이 생산되고 있다. 본 발명에 따른 폴리에스터 원사를 제조하기 위한 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩은, 바람직하게는 테레