KR0158224B1

KR0158224B1 - 공기압 타이어용 트레드 조성물 및 구조

Info

Publication number: KR0158224B1
Application number: KR1019930000139A
Authority: KR
Inventors: 박병호
Original assignee: 윤양중; 금호타이어주식회사
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 1998-12-01
Also published as: KR940018250A

Abstract

본 발명은 공기압 타이어용 트레드 조성물 및 그를 함유한 구조에 관한 것으로, 지면과 접하는 표면층에는 히스테리시스가 높고, 지면과 접하지 않는 트레드 내부에는 히스테리시스가 낮은 물질을 적용한 것이다.

본 발명에 따른 조성물 및 구조는 제동력을 증가시키면서 회전저항특성을 만족시키도록 한 고무 조성물 및 구조이다.

Description

공기압 타이어용 트레드 조성물 및 구조

제1도는 트레드 압출물에 대한 도면으로 지면과 접하는 부분(1)은 가교밀도가 낮고 지면과 접하지 않은 부분(2)은 가교밀도가 높고, 가교결합 형태가 -S₁-, -S₂-인 화합물을 적용한 것을 나타내는 도면이고,

제2도는 타이어의 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명은 트레드 조성물에 관한 것으로, 더 상세하게는 지면과 접하는 표면층에는 히스테리시스(HYSTERESIS)가 높고, 지면과 접하지 않은 트레드 내부에는 히스테리시스가 낮은 물질을 적용한 것으로서 제동력을 증가시키면서 회전 저항(ROLLING RESISTANCE)특성을 만족 시키도록 한 트레드 조성물 및 구조에 관한 것이다.

고무재료는 점탄성체로서 점성과 탄성의 두 특성을 겸비하고 있다.

여기서 탄성체란 열의 방출없이 기계적인 에너지를 저장하는데 반하여, 점성은 가해진 에너지에 의하여 변형되며 에너지를 방충한다. 따라서 고무는 변형시 일부 에너지는 저장(POTENTIAL ENERGY)하고, 일부는 방출하는데 이를 히스테리시스(HYSTERESIS)라 부른다.

타이어(TIRE)는 주행시 하중으로 인하여 변형되며, 적용된 하중과 변형의 반복작용으로 히스테리시스에 의한 에너지 상실이 일어나 열로 방출되는데 이를 회전저항(ROLLING RESISTANCE)이라 부른다. 일반적으로 히스테리시스가 작으면 에너지 손실 즉 주행 저항 및 발열량이 감소하게 되어 저연비 특성은 좋아지나, 정지 저항도 감소하게 되어 제동력이 감소하게 된다. 타이어(TIRE)의 이상적인 요구 물성은 최소의 주행 저항과 최대의 정지 저항을 겸비하는 것이다.

이에 대하여 본 발명자들은 고무 조성물 변경을 통한 이율 배반적인 고무 성능을 동시에 만족시키고자 하는 연구를 다각도로 검토하여, 제동력은 지면과 접하는 트레드 표면층의 성질에 의하여 결정되며, 회전 저항은 트레드 고무의 체적물성(BULKY PROPERTIER)에 의하여 결정됨을 발견할 수 있었다. 즉 지면과 접하는 트레드 고무 표면층의 히스테리시스 증가는 타이어에서 제동력을 증가시키지만, 회전 저항 특성에는 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있었다.

일반적으로 트레드 화합물 표면층의 히스테리시스를 증가시키는 방법으로서는 유리 전이온도(GLASS TRANSITION TEMPERATURE)가 높은 오일을 트레드 화합물의 얇은 표면층에 사용하는 방법, 표면층에서 트레드가 산화될 수 있는 트레드를 사용하는 방법이 있으나 만족할 만한 결과를 얻을 수 없었다. 또한 다른 방법으로서 초기에 높은 온도에서 가류를 실시하고 점진적으로 가류온도를 낮추어 내부층보다는 외부 표면층에 가교밀도가 낮게하여 높은 히스테리시스 특성을 가지게 하여 시험을 실시하였으나 마모가 진행됨에 따라 급격히 효과가 반감됨을 알 수 있었다.

이에 대하여 본 발명자들은 트레드 부위와 노면 사이의 마찰에 의한 에너지 손실을 증가시키기 위하여 트레드 표면층은 히스테리시스가 높은 트레드 고무로서 가교밀도를 낮게함과 동시에 고분자 사이에 주요 가교결합이 다중황(POLY-SULFIDE)결합이 되게 하고, 지면과 접하지 않은 트레드 내부층은 고무의 가교밀도를 높게하고 주요 가교결합 형태가 모노설파이드(MONO-SULFIDE)혹은 디설파이드(DI-SULFIDE)결합이 형성되게 함으로써, 젖은 노면에서 제동력을 향상시키면서, 동시에 회전 저항 특성을 개선한 트레드 조성물 및 그것으로 구성된 트레드 구조를 제공하였다.

즉, 본 발명은 트레드 표면층의 가류시스템이 가교결합 밀도가 낮고, 주요 고분자 사이의 가교결합이 다중황 결합으로 구성되며, 지면과 접하지 않은 트레드 내부층은 가교결합 밀도가 높고, 주요 가교결합 형태가 모노설파이드 혹은 디설파이드 결합으로 구성된 트레드 조성물 및 그것으로 구성된 트레드 구조에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 조성물은 가류에 직접적으로 영향을 주는 가류제 및 가류 촉진제의 함량에 의하여 가교결합 형태 및 가교밀도를 조절한다. 즉, 본 발명에 따른 조성물은 지면과 접하는 트레드의 표층부에 적용하는 가류 시스템(SYSTEM)으로서 일반가황 시스템(CONVENTIONAL VULCANIZATION SYSTEM)혹은 준효율 가황 시스템(SEMI-EFFICIENCY VULCANIZATION SYSTEM)을 적용하고, 지면과 접하지 않은 트레드의 내부층에는 효율 가황 시스템(EFFICIENCY VULCANIZATION STSTEM)을 적용한 것이다.

본 발명에 따른 조성물의 지면과 접하는 표층부 부위의 가류 시스템은 원료고무 100중량부에 대하여 유리황을 0.5중량부 내지 3.0중량부를 단독 사용하거나, 혹은 설파(S)를 줄 수 있는 설파 공여체를 0.5중량부 이하를 병용 사용하는 것이 바람직하고, 촉진제의 함량은 0.5-0.3중량부 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.

트레드 지면과 접하지 않은 트레드 내부층은 유리황(FREE SULFUR)을 0.5중량부 이하로 사용하는 것이 바람직하며, 나머지를 설파 공여체형 가류제로서 0.5중량부 이상으로 사용하는 것이 바람직하고, 촉진제의 함량은 0.5-3.5중량부 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물은 트레드 표면층보다는 내부에 설파 공여체의 함량이 최소한 0.3중량부 이상, 촉진제는 0.2중량부 이상을 더 많이 사용하는 것이 바람직하고, 트레드 표면층에 적용부위는 트레드 전체체적에 대하여 5% 내지 50% 이하가 바람직하다.

본 발명에 따른 조성물의 가류제로는 유리황(FREE SULFUR)이나 불용성 황이 바람직하며, 설파 공여체로서 몰포린계, 알킬 페놀계 폴리 설파이드(POLYSULFIDE)와 티우람계(THIURAM)모노 혹은 디설파이드 화합물이 바람직하고, 촉진제로서 설펜 아미드계 화합물, 디아졸계 화합물, 다이티오 카바밀계 화합물, 티우람계, 구아닌계 등의 촉진제가 바람직하다.

본 발명에 따른 조성물은 트레드 표면에 적용된 표층부를 구성하는 고무 성분으로서 천연고무, 스타일렌-부타다이엔 고무(STYRENE-BUTADIENE RUBBER), 폴리 아이소프렌 고무(POLYISOPRENE RUBBER), 부타다이엔 고무(BUTADIENE RUBBER) 및 부틸고무(BUTYL RUBBER) 등을 단독 혹은 혼용 사용할 수 있으며, 그밖에 활성제로서 스테아린 산(STEARIC ACID), 아연화(ZnO), 보강 충진제로서 카본블랙 혹은 실리카, 기타 가소제, 연화제 및 노방제 등을 포함할 수 있다.

상기의 특징으로 갖는 본 발명의 트레드 조성물로 구성된 트레드 구조는 제2도와 같은 다면구조를 갖는다.

이하의 실시예를 통하여 알 수 있듯이 본 발명에 따른 조성물 및 구조에 있어서, 다중황 결합의 가교 형태는 특히 열에 의한 물성 변화가 심하게 나타난 반면, 모노설파이드 혹은 디설파이드 결합 형태는 열에 의한 물성 변화가 현저히 적음을 알 수 있고, 완제품 타이어의 경우, 지면과 접하는 부분은 주위 환경에 의한 방열 효과로 인하여 열 축적이 미소하기 때문에 가교결합 형태의 변형에 의한 물성 변화가 미소함을 확인할 수 있다. 또한, 타이어에서 열 축적현상이 크게 문제되는 것은 트레드의 내부층이나 본 발명의 조성물 및 이것으로 구성된 트레드 구조는 열에 안정한 가교결합을 도입함으로 인해서 물성의 안정화를 꾀함과 동시에 아울러 가교밀도를 올려 히스테리시스를 낮게하여 타이어의 저연비 성능이 향상되도록 하였다.

이하 본 발명을 실시예 및 시험예를 통하여 더욱 상세히 설명한다.

[실시예]

설파 공여체(SULFUR DONER)* : 4,4-디티오몰포린(4,4-DITHIOMORPHOLIN)

촉진제** : N-시클로헥실-2-벤조티아졸설페나미드

(N-CYCLOHEXYL-2-BENZOTHIAZOLE SULFENAMIDE)

상기의 조성대로 각각의 구성성분을 칭량하여 높은 히스테리시스(HYSTERESIS)고무로서 주요 가교결합이 다중황(POLY-SULFIDE)결합으로 된 고무(실시예 1)낮은 히스테리시스(HYSTERESIS)고무로서 주요 가교결합이 -S-, -S-(MONO ; DISLUFIDE)결합으로 된 고무(실시예 2) 및 낮은 히스테리시스(HYSTERESIS)고무로서 주요 가교결합이 -S-, -S-(MONO ; DISULFIDE)결합으로 된 고무(실시예 3)를 제조하여 반발탄성, 탄델타(60℃), 모듀라스 및 인장강도를 시험하여 표1에 나타내었다.

시험예 : 완제품 타이어에서 성능별 상대비교

실시예1의 고무를 트레드 전체에 적용한 기준 시험 타이어로서 각각의 성능을 100으로 하여 시험예 1로 하고, 지면과 접하는 부분을 실시예 1의 고무를 적용하고, 지면과 접하지 않은 고무를 실시예 2의 고무로 적용한 것을 시험예 2로 하며, 지면과 접하는 부분을 실시예 1의 고무를 적용하고, 지면과 접하지 않은 고무를 실시예 3의 고무로 적용한 것을 시험예 3으로 하며, 실시예 2 고무를 트레드 고무 전체에 적용한 것을 시험예 4로 하여 비교한 결과를 표 2에 나타내었다.

실시예에서 보는 바와 같이 지면과 접하는 트레드의 표층부에 적용하는 가류시스템(SYSTEM)은 일반 설파(SULFUR)가황 시스템 혹은 준효율 가황 시스템(SEMI-EFFICIENCY VULCANIZATION SYSTEM)을 적용하고, 촉진제 및 설파 공여체형 가황체를 트레드 내부층보다 사용량을 적게하여 가교밀도를 상대적으로 낮게 한 것으로 제동력에 대한 대용 물성인 탄델타값이 높음을 알 수 있다. 또한, 지면과 접하지 않은 트레드에 내부층에는 효율 가황 시스템(EFFICIENCY VULCANIZATION SYSTEM)을 적용한 것으로 인장강도는 약간씩 감소하는 경향을 보이나 모듀라스(MODULUS)가 높고 손실 탄델타 값이 낮음을 실험결과로부터 확인할 수 있다.

완제품 타이어(175/70R13 755 PATTERN)의 시험예에서 가교밀도가 상대적으로 낮고, 인장 강도가 높은 실시예 1 고무 화합물을 트레드 압출물의 표면층에서 2.5mm 까지 적용하고, 나머지 트레드 압출물에 대해서 가교밀도가 높고, E.V. 시스템을 적용한 실시예 2 및 실시예 3 고무시편을 적용하여 제조한 완제품 타이어의 시험결과에서 기준 타이어에 비하여 제동 성능손실 없이 저연비 특성이 크게 좋아짐을 확인할 수 있다.

Claims

트레드 표면층의 가류시스템이 가교결합(CROSSLINK)밀도가 낮고, 고분자 사이의 주요 가교결합이 다중황(POLY-SULFIDE) 결합으로 구성되며, 지면과 접하지 않은 트레드 내부층은 가교결합 밀도가 높고, 주요 가교결합 형태가 모노설파이드(MONO-SULFIDE)혹은 디설파이드(DI-SULFIDE)결합으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기압 타이어용 트레드 조성물.
제1항에 있어서, 지면과 접하는 표층의 가류 시스템(CURE SYSTEM)은 원료고무 100중량부에 대하여 유리황(FREE SULFUR) 또는 불용성 황을 0.5-3.0중량부를 단독 사용하거나, 혹은 황(S)을 줄 수 있는 설파 공여체를 0.5중량부 이하를 병용 사용하고, 촉진제의 함량을 0.5-3.0중량부 범위에서 사용하며, 지면과 접하지 않은 트레드 내부층은 유리황(FREE SULFUR)또는 불용성 황을 0.5중량부 이하, 설파 공여체를 0.5중량부 이상 사용하고, 촉진제의 함량이 0.5-3.5중량부인 것을 특징으로 하는 공기압 타이어용 트레드 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 트레드 표면층보다는 내부층에 설파 공여체의 함량이 0.3중량부 이상, 촉진제는 0.2중량부 이상을 더 많이 함유한 것으로서, 트레드 표면층은 트레드 전체에 대하여 5% 내지 50% 이하임을 특징으로 하는 공기압 타이어용 트레드 조성물.
트레드 표면층의 가류시스템이 가교결합(CROSSLINK)밀도가 낮고, 고분자 사이의 주요 가교결합이 다중황(POLY-SULFIDE)결합으로 구성되며, 지면과 접하지 않은 트레드 내부층은 가교결합 밀도가 높고, 주요 가교결합 형태가 모노설파이드(MONO-SULFIDE)혹은 디설파이드(DI-SULFIDE)결합으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기압 타이어용 트레드 구조.
제4항에 있어서, 지면과 접하는 표층의 가류 시스템(CURE SYSTEM)은 원료고무 100중량부에 대하여 유리황(FREE SULFUR) 또는 불용성 황을 0.5-3.0중량부를 단독 사용하거나, 혹은 황(S)을 줄 수 있는 설파 공여체를 0.5중량부 이하를 병용 사용하고, 촉진제의 함량을 0.5-3.0중량부 범위에서 사용하며, 지면과 접하지 않은 트레드 내부층은 유리황(FREE SULFUR)또는 불용성 황을 0.5중량부 이하, 설파 공여체를 0.5중량부 이상 사용하고, 촉진제의 함량이 0.5-3.5중량부인 것을 특징으로 하는 공기압 타이어용 트레드 구조.
제4항 또는 제5항에 있어서, 트레드 표면층보다는 내부층에 설파 공여체의 함량이 0.3중량부 이상, 촉진제는 0.2중량부 이상을 더 많이 함유한 것으로서, 트레드 표면층은 트레드 전체에 대하여 5% 내지 50% 이하임을 특징으로 하는 공기압 타이어용 트레드 구조.