KR0177631B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 및 그것에 의한 트레드 구조 - Google Patents

Abstract

타이어 트레드 부위의 표면층을 섬유다발과 고무 조성물을 혼합한 것으로 구성함으로써 타이어 트레드의 제동력 향상과 회전 저항을 저하시킨 것이다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물 및 그것에 의한 트레드 구조

제1도는 본 발명에 적용되는 코드 직경 변화에 따른 손실 계수를 각 코드 종류별로 나타낸 그래프이다.

제2도는 본 발명에 따른 트레드 압출물에 대한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상단 2 : 하단

3 : 언더트레드

본 발명은 트레드의 지면과 접하는 표면층에 히스테리시스(HYSTERESIS)가 높으면서 모듀라스가 큰 물질을 적용하여 타이어 트레드의 제동력을 증가시키면서 회전 저항(ROLLING RESISTANCE)특성을 동시에 만족시키도록 한 타이어 트레드용 고무 조성물 및 그것에 의한 타이어 트레드에 관한 것이다. 고무 재료는 점탄성체로서 점성과 탄성특성을 겸비하고 있다.

여기서 탄성체란 열의 방출없이 기계적인 에너지를 저장하는데 반하여, 점성은 가해진 에너지에 의하여 변형이 되어 에너지를 방출한다. 따라서 고무는 변형시 일부 에너지를 저장하고, 일부는 방출하는데 이때 저장에너지는 포텐셜 에너지(potential energy)라고 하고, 방출된 에너지는 히스테리시스(HYSTERESIS)라 부른다. 타이어는 주행시 하중으로 인하여 변형되며, 적용된 하중과 변형의 반복 작용으로 히스테리시스에 의한 에너지 상실이 일어나 열로 방출되는데 이를 회전 저항(ROLLING RESISTANCE)이라 부른다. 일반적으로 히스테리시스가 작으면 에너지 손실 즉 주행 저항 및 발열량이 감소하게 되며 이로 인해 저연비 특성은 좋아지나, 정지 저항도 감소하게 되므로 제동력이 떨어져 안정성이 문제된다.

타이어의 이상적인 요구 물성은 최소의 주행저항과 최대의 정지 저항을 겸비하는 것으로서 이에 대한 연구가 다각도로 진행중에 있다. 고무 조성물을 변경시켜 고무의 상반되는 고무 성능을 동시에 만족시켜주는 연구 결과를 보면, 타이어의 지면과 접하는 트레드 표면층의 성질에 의하여 제동력이 결정되며, 회전 저항은 트레드 고무의 전체 체적 물성 표면층의 히스테리시스 증가는 타이어에서 제동력을 증가시키지만 회전 저항 특성에는 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있었다. 일반적으로 트레드 화합물 표면층의 히스테리시스를 증가시키는 방법으로서 유리 전이온도(GLASS TRANSITION TEMPERATURE)가 높은 오일을 트레드 화합물의 표면층에 사용하는 방법이나, 표면층에서 트레드가 산화될 수 있는 트레드를 사용하는 방법 등이 있으나 만족할 만한 결과를 얻을 수 없었다. 또한 다른 방법으로서 초기에 높은 온도에서 가류를 실시하고 점진적으로 가류 온도를 낮추어 내부층 보다는 외부 표면층에 가교 밀도를 낮게하여 높은 히스테리시스 특성을 가지게 하여 시험을 실시하였으나 마모가 진행됨에 따라 급격히 효과가 반감됨을 알 수 있었다.

본 발명은 상기한 기존 트레드의 히스테리시스의 히스테리시스 증가 방법과는 다른 접근 방법으로서, 트레드 부위와 노면 사이의 마찰에 의한 에너지 손실을 증가 시키는 방안으로 트레드 표면층에 히스테리시스가 높고 고무에 비하여 모듀라스가 매우 큰 물질을 적용하여 변형시 손실 계수(Tanδ)가 크면서 회전 저항 특성을 개선하는 고무를 얻고저 하는 것이다. 본 원은 히스테리시스가 높고 고무에 비하여 모듀라스가 매우 큰 물질로 현재 타이어의 보강재료로 많이 사용되는 섬유 재질로서 100-2000개 사이의 필라멘트로 구성된 가닥이 1-4개 범위이며, 0.05mm-5mm길이를 가지고 종횡비가 0.5-50범위의 섬유 다발을 고무 성분 100중량부에 대하여 1-15중량부 배합아여 트레드 표면층에 적용하는 것을 특징으로 하고 있다. 여기에서 트레드 부위의 표층부에 적용된 고무의 양은 최소한 5%이상 50%이하로 배합함을 특징으로 한다. 트레드 표면부를 형성할 고무 조성물에서 다발 섬유코드의 배합량이 1중량부 미만일때는 원하는 제동력이 불충분하며, 15이상인 경우는 강성이 저하되어 발열이 높아지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 표층부에 적용된 고무의 양이 5%미만일때는 충분한 제동력을 얻을 수 없으며, 50%이상 적용시 회전 저항이 급격히 증가된다.

다발 섬유의 사용중량부가 많아지면, 트레드 고무의 강성이 급격히 저하되기 때문에 고무에 배합되기 전에 고무와의 친화성이 좋은 접착제를 처리하여 사용하는 것이 바람직하다. 접착제를 처리한 다발 섬유는 배합 및 압연 과정에 다발 형태를 유지하는데 도움을 주며, 트레드 고무 전체에 대한 회전 저항 값을 떨어뜨리는 역할을 하여 기존에 문제되었던 상반되는 제동력과 회전 저항 특성을 개선할 수 있었다. 제1도를 참조하면, 코드직경변화에 따른 0℃와 60℃에서의 손실계수를 각 코드종류별로 나타낸 그라프로서 섬유코드의 히스테리시스 특성에 가장 큰 영향을 주는 것은 코드의 구조로서 코드의 직경이 클수록, 즉 가닥을 구성하는 필라멘트 수가 증가할수록 급격히 증가함을 볼 수 있으며 또한 진폭 및 주파수 변화에 따른 손실계수(탄델타 값)가 큰 변화를 보이지 않는다. 또한 고무에 비하여 온도 변화에 대한 영향이 적음을 알 수 있었다. 본 발명에서 트레드의 표층부를 구성하는 고무 성분으로는 천연고무, 스타일렌-부타다이엔 고무( STYRENE-BUTAKIENE RUBBER), 폴리 아이소프렌 고무(POLYISOPRENE RUBBER), 부타다이엔 고무(BUTADIENE RUBBER) 및 부틸고무(BUTYL RUBBER) 등을 단독 혹은 혼용할 수 있으며, 이들 고무 성분에 배합된 다발 섬유 코드로서는 나이론(NYLON-6 혹은 66), 폴리에스터(POLYESTER), 레이온(RAYON), 아라미드(ARAMID) 등을 들 수 있다. 그 밖에 활성제로서 스테아린 산(STEARIC ACID), 아연화(ZnO), 가황제로서는 분말 유황, 불용성 유황, 유황 공여체형을 포함하며, 가류 촉진제로서 티아졸, 설펜 아마이드계 촉진제, 보강 충진제로서 카본 블랙/혹은 실리카를 포함하며, 기타 가소제, 연화제등이 사용될 수 있다.

다발 섬유에 접착제인 레소시놀-포름 알데히드 수지(RESORCINOL FORMALDEGHYDE RESIN)를 처리한 후 적용한 고무 조성물에 대한 물성을 보면 다발 섬유의 함유량이 증가함에 따라 인장 강도는 약간씩 감소하는 경향을 보이나 100%모듀라스(MODULUS)는 증가함을 볼 수 있다. 실험실 평가에서 제동력의 대용 물성인 0℃에서 측정한 손실계수(탄델타)(LOSS TANDELTA)는 다발 섬유를 사용하지 않은 고무 화합물에 비하여 높은 값을 나타낸다. 다발 섬유를 적용한 고무 화합물의 트레드 압출물은 트레드 상단부(1)에서 2.5mm까지 적용하고 기타 트레부 부위(2) 저면에는 다발 섬유를 적용하지 않고 완제품 타이어(175/70R13)을 만들어 다발 섬유를 적용하지 않은 타이어와의 성능을 비교 시험한 결과 다발 섬유를 적용한 트레드는 제동력 특성에서 좋은 결과를 보이고 있으며 또한 낮은 회전 저항 값을 보임을 확인 할 수 있었다. 이와 같은 결과는 저면에 접하는 트레드 표층부에 접착제를 처리하여 적용한 다발 섬유가 모듀라스 및 손실계수(탄델타 값)을 증가시키기 때문에 제동 저항 특성이 좋아지며, 회전 저항이 상대적으로 낮은 값을 보이는 것은 회전 저항 특성이 트레드 전체 체적물성에 의존한 결과로서 모듀라스의 영향을 크게 받는 결과로 사려된다.

[실시예]

* : 나이론-6섬유 다발 적용

** : 폴리에스터 섬유 다발 적용

*** : 레이온 섬유 다발 적용

**** : 연화제 및 가소제를 나타낸다.

* 제동력은 70Km/H에서 측정한 값의 상대 비교임.

** 67인치 로드휠(Road wheel)에서 시험한 것으로 시험 조건은 50 MPH, 24PSI, 85RATED LOAD로 상온에서 측정한 값이 상대 비교값임.

Claims (4)

100-2000개 사이의 필라멘트로 구성된 가닥이 1-4개 범위이며, 0.05mm-5mm길이를 가지고 종횡비가 0.5-50범위인 섬유 다발에 접착제를 도포한 것을 트레드 표면층을 형성할 고무 조성물에 배합함을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.

제2항에 있어서, 섬유다발을 고무 성분 100중량에 대하여 1-15중량부 사용함을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.

제1항의 조성물로 트레드 표층부의 두께를 5% 이상 50% 이하 범위로 적용하여 압출 성형한 타이어.

제1항에 있어서 섬유 다발의 재질은 나이론-6섬유, 나이론-66섬유, 폴리 에스터 섬유, 레이온 섬유, 아라미드 섬유등으로 함을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.