KR100212112B1 - 타이어 트레드용 고무조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 스티렌 결합량이 23 내지 40중량％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부에 대해 카본블랙 응집체 혼입분율 φ가 0.43 내지 0.52이고, 질소흡착 비표면적이 80 내지 110㎡/g이고, DBP 흡유량이 115 내지 135㎖/100g인 카본블랙을 60 내지 75중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물을 제공한다.
이와 같은 고무조성물은 카본블랙 응집체 혼입분율을 최적으로 하여 웨트 제동성능, 연비성능, 승차감성능 및 내마모성능을 동시에 만족시킨다.

Description

타이어 트레드용 고무조성물
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 보강제로 사용되는 카본블랙 응집체 혼입분율을 최적으로하여 웨트 제동성능, 연비성능, 승차감성능 및 내마모성능을 동시에 향상시킨 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 내마모성능을 향상시키는 방법은 내마모성능이 우수한 부타디엔 고무를 일정량 함유시키는 것이 일반화되어 있다. 그러나, 부타디엔 고무를 일정량 함유시켜 내마모성은 향상시킬 수 있지만, 웨트 제동성능이 저하되는 단점이 있다.
또 다른, 내마모성능을 향상시키는 방법으로는 입자경이 매우 작은 카본블랙을 보강제로 사용할 수 있으나, 이는 트레드 고무의 발열이 크게 상승하여 고속 내구성 및 연비성능의 저하를 가져온다.
웨트 제동성능을 향상시키는 종래기술은 매우 다양하다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 스티렌 결합량이 매우 많은 스티렌-부타디엔 고무를 다량 사용하거나 또는 비닐 결합량이 많은 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 다량 사용하는 방법이 있다. 또한, 입자경이 다소 큰 카본블랙을 다량 혼입시켜 웨트 성능을 개선시키는 것이 일반적이다.
그러나, 상기와 같은 웨트 제동성능을 향상시키는 기술 또한 내마모성능이 크게 저하되거나 저연비 성능이 저하된다는 큰 단점을 가지고 있다.
연비성능을 개선시키는 종래기술로서는 부타디엔 고무 또는 높은 비닐함량을 갖는 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하고, 여기에 카본블랙을 소량 사용하거나 또는 실리카 무기 보강제를 일정량 혼입시켜 웨트성능과 저연비 성능을 균형화 시키는 기술이 일반적이다.
그러나, 이러한 연비성능 향상기술도 웨트 제동성능과 저연비 성능을 향상시키지만, 내마모성을 저하시킨다는 단점이 있다.
따라서, 현시점에서 타이어의 요구 특성은 과거에 비해 매우 다양화되고 있어 타이어 제조업자들은 이러한 소비자들의 요구에 만족시키기 위해 많은 연구와 개선을 하고 있지만, 하나의 특성을 크게 개선시키면 상대적으로 다른 특성이 저하가 되는 문제가 발생되어 한가지의 특성만을 개선시키는 것은 매우 한정적인 것이다
이에 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하여 내마모성능, 웨트 제동성능, 연비성능 및 승차감성능 모두를 가장 최적으로 조화시킨 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 것으로 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고무조성물의 카본블랙 응집체 혼입분율과 Lambourn 내마모지수의 상관관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 스티렌 결합량이 23 내지 40중량％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부에 대해 카본블랙 응집체 혼입분율 φ가 0.43 내지 0.52이고, 질소흡착 비표면적이 80 내지 110㎡/g이고, DBP 흡유량이 115 내지 135㎖/100g인 카본블랙을 60 내지 75중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 스티렌 결합량이 23 내지 40중량％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부에 대해 카본블랙 응집체 혼입분율 φ가 0.43 내지 0.52이고, 질소흡착 비표면적이 80 내지 110㎡/g이고, DBP 흡유량이 115 내지 135㎖/100g인 카본블랙을 60 내지 75중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물로서, 최적의 카본블랙 응집체 혼입분율을 이용하여 웨트 제동성능, 연비성능, 승차감성능 및 내마모성을 동시에 만족시킨다.
상기에서, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부 대신 부타디엔 고무 10 내지 20중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 90 내지 10중량부를 사용할 수 있다.
상기에서 카본블랙 응집체 혼입분율이라는 것은 보강제인 카본블랙 배합량과 가공 오일 배합량을 최적으로 비율화한 것이고, 고무조성물중 카본블랙의 분율은 0.43 내지 0.52인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.48 내지 0.51인 것이다.
도 1에 나타난 바와 같이 내마모성은 고무조성물중 카본블랙 응집체 혼입분율로 정한 φ와 상관성을 나타내고 있다. 따라서, 내마모성을 향상시키면서 웨트 제동성능 및 연비성능 모두를 동시에 만족하기 위해서는 카본블랙 응집체 혼입분율을 최적으로 하는 것이 요구된다. 카본블랙 응집체 혼입분율이 0.43 미만인 경우 내마모성은 저하되고, 0.52를 초과하는 경우 웨트 제동성능 및 연비성능이 저하된다.
또한, 카본블랙 응집체 혼입분율이 동일한 수준이더라도 카본블랙의 입자경에 따라 물성의 차이가 발생한다. 질소흡착 비표면적이 110㎡/g을 초과하면, 즉 입자경이 작아지면, 내마모성은 향상되지만 연비성능 및 웨트 제동성능이 저조하여 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에 사용되는 카본블랙은 질소흡착 비표면적이 80 내지 110㎡/g이고, DBP 흡유량이 115 내지 135㎖/100g인 것이 바람직하다.
실시예
이후에 나오는 약어는 다음과 같은 의미를 갖는다.
SBR 1712 : 오일이 37.5중량부 혼입되어 있는 스티렌 결합함량이 23.5중량％
인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무
SBR 1721 : 오일이 37.5중량부 혼입되어 있는 스티렌 결합함량이 40.0중량％
인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무
NR : 천연 고무
S-SBR : 스티렌 함량이 15 내지 20중량％이고, 부타디엔 부의 비닐함량이 50
내지 70중량％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무
카본블랙 1 : 질소흡착 표면적이 119㎡/g이고, DBP 흡유량이 115㎖/100g인
카본블랙
카본블랙 2 : 질소흡착 표면적이 96㎡/g이고, DBP 흡유량이 129㎖/100g인
카본블랙
카본블랙 3 : 질소흡착 표면적이 147㎡/g이고, DBP 흡유량이 130㎖/100g인
카본블랙
CZ : 가류 촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴-설펜아미드
NS : 가류 촉진제로서 N-tert-부틸-2-벤조티아졸릴-설펜아미드
실시예 1
SBR1712 137.5중량부에 60중량부의 카본블랙 2를 사용하고, 가공오일 5중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 5중량부, 유황 2.2중량부 및 CZ 1.85중량부를 혼합하여 고무 조성물을 제조하였다.
실시예 2 내지 4
하기의 표 1에 나타난 바와 같이 카본블랙 2의 함량만을 달리하여 실시예 1과 유사한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 1
SBR1712 68.75중량부와 SBR1721 68.75중량부에 카본블랙 1을 95중량부 사용하고, 가공오일 8.5중량부, 산화아연 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 5중량부, 유황 2.3중량부 및 CZ 2.0중량부를 혼합하여 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 2 내지 3
하기의 표 1에 나타난 바와 같이 사용되는 성분들의 함량을 달리하여 비교예 1과 유사한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 4 내지 7
하기 표 1에 나타난 바와 같이 상기 실시예 1과 카본블랙의 양만 달리하여 유사한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 8 내지 12
하기의 표 1에 나타난 바와 같이 카본블랙 3을 사용한다는 것만 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 고무 조성물을 제조하였다.
SBR1712 SBR1721 NR S-SBR 카본블랙1 카본 블랙2 카본 블랙3 가공 오일 산화아연 스테아린산 노화방지제 유황 CZ NS
실시예1 137.5 - - - - 60 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
실시예2 137.5 - - - - 65 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
실시예3 137.5 - - - - 70 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
실시예4 137.5 - - - - 75 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예1 68.75 68.75 - - 95 - - 8.5 3 2 5 2.3 2.0 -
비교예2 137.5 - - - - 85 - 15.0 3 2 5 2.2 1.75 -
비교예3 - - 40 60 55 - - 12 3 2 5 1.8 0.9 0.5
비교예4 137.5 - - - - 80 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예5 137.5 - - - - 85 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예6 137.5 - - - - 90 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예7 137.5 - - - - 95 - 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예8 137.5 - - - - - 65 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예9 137.5 - - - - - 70 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예10 137.5 - - - - - 75 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예11 137.5 - - - - - 80 5 3 2 5 2.2 1.85 -
비교예12 137.5 - - - - - 85 5 3 2 5 2.2 1.85 -
시험예
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 12에서 얻어진 고무조성물 시편을 이용해, 다음과 같이 물리적 특성을 측정하여 표 2에 나타내었다.
경도
타이어 특성중 하나인 승차감성능과 상관관계가 있는 특성으로서 ASTM shore-A 경도계로 측정하고, 경도가 하드(hard)할수록 승차감이 저조하고, 소프트(soft)할수록 승차감이 양호하다. 그러나, 지나치게 소프트하면 핸들링 성능(조종 안정성)이 크게 나빠진다. 따라서, 경도는 54 내지 64인 것이 바람직하다.
Lambourn 마모 마모량(CC)
마모석과 고무조성물을 회전시키면서 마모석을 이용하여 고무조성물을 마모시키는 방법으로 마모된 값이 작을수록 내마모성능이 우수한 것이다.
내마모지수
비교예 1의 Lambourn 마모 마모량을 100으로 기준으로 한 경우에, 실시예 및 나머지 비교예의 Lambourn 마모 마모량의 상대적인 값을 의미한다. 지수가 클수록 내마모성능이 우수한 것이다.
동적 손실 계수(tanδ)
점탄성을 나타내는 척도로서 temperature sweep으로 Torsion type의 점탄성 시험기를 이용하여 0.5％ 스트레인으로 10Hz의 주파수로 측정한다. 본 실험에서는 웨트 제동성능을 나타내는 0℃에서의 tanδ와 연비성능을 나타내는 60℃에서의 tanδ를 취하였다. 웨트 제동성능은 0℃ tanδ의 값이 클수록 노면에서의 제동성능이 우수한 것이고, 이는 웨트 노면에서 제동거리가 짧아지는 것을 의미한다. 또한, 연비성능은 60℃ tanδ의 값이 적을수록 우수해지고, 이는 회전저항의 값이 적어지는 것을 의미한다. 본 발명에서 0℃ tanδ는 0.210 내지 0.230인 것이 바람직하고, 60℃ tanδ는 0.160 내지 0.185인 것이 바람직하다.
카본블랙 응집체 혼입분율(φ)
카본블랙 응집체 혼입분율은 다음의 수학식 1과 같이 정하여, 본 발명 고무의 내마모성의 대응기준치로 활용한다.
Figure kpo00000
여기서, C = 카본블랙의 배합량
α = 카본블랙의 DBP 흡유량(카본블랙의 비중 = 1.82)
ρ1= 폴리머 1의 비중
ρ2= 폴리머 2의 비중
K = 오일 배합량
A1= 폴리머 1의 고무분 중량부
A2= 폴리머 2의 고무분 중량부
실시예 및 비교예에서 사용된 폴리머인 SBR 1712 및 SBR 1721은 오일이 없는 상태의 순수 폴리머를 기준으로 하여 ρ=0.94로 하고, S-SBR의 경우 ρ=0.93, NR의 경우 ρ=0.93을 적용하였다. 또한, 오일의 경우 ρ=0.99이므로 본 발명에서는 ρ= 1로 기준으로 하여 계산하였다.
경도 Lambourn마모마모량(CC) 내마모지수 tanδ(0℃) tanδ(60℃) 카본블랙 응집체 혼입분율(φ)
실시예 1 54 0.419 118 0.230 0.160 0.43
실시예 2 56 0.407 121 0.228 0.172 0.46
실시예 3 60 0.395 123 0.227 0.177 0.48
실시예 4 63 0.373 127 0.223 0.184 0.51
비교예 1 69 0.514 100 0.257 0.235 0.54
비교예 2 63 0.483 106 0.204 0.185 0.56
비교예 3 65 0.535 96 0.247 0.150 0.42
비교예 4 65 0.397 123 0.225 0.198 0.54
비교예 5 68 0.409 120 0.220 0.209 0.56
비교예 6 70 0.427 117 0.226 0.213 0.59
비교예 7 73 0.441 114 0.224 0.215 0.61
비교예 8 60 0.335 135 0.214 0.188 0.46
비교예 9 63 0.319 138 0.214 0.194 0.49
비교예10 66 0.344 133 0.209 0.203 0.52
비교예11 68 0.364 129 0.210 0.214 0.54
비교예12 70 0.375 127 0.208 0.220 0.57
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명인 실시예 1 내지 4의 고무조성물은 카본블랙 2의 양의 증가에 따른 카본블랙 응집체 혼입분율의 증가로 내마모성이 향상되었고, 또한 60℃ tanδ의 데이터 수치로 알 수 있는 연비성능, 0℃ tanδ로 확인되는 웨트 제동성능 및 승차감의 성능을 나타내는 경도 모두가 적절하게 우수하였다.
반면 SBR 1712와 SBR 1721을 반씩 사용하고, 카본블랙 1을 사용한 비교예 1의 경우 웨트 제동성능은 우수한 반면 연비 성능 및 내마모성이 저조하였다.
또한, 가공오일을 많이 사용하여 카본블랙의 카본 응집체 혼입분율이 높은 비교예 2의 경우 웨트 제동성능과 연비성능은 보통이지만 내마모성이 월등히 저조하였다.
NR과 S-SBR을 폴리머로 사용한 비교예 3의 경우 웨트 제동성능과 연비성능은 우수하지만, 내마모성능이 크게 저조하였다.
카본블랙 2의 양을 많이 사용한 경우인 비교예 4 내지 7의 경우에는 카본블랙 응집체 혼입분율이 크게 증가하면서 내마모성이 다소 저하되고 연비성능면에서도 월등히 저조하였다.
또한, 입자경이 작은 카본블랙 3을 사용한 비교예 8 내지 12의 경우 실시예 1 내지 4에 비해 카본블랙의 양이 증가하면서 내마모성능이 우수해지지만, 반면 연비성능과 웨트 제동성능이 저조하였다.
이와 같이, 본 발명은 고무조성물 내에서의 카본블랙 응집체 혼입분율을 최적화하여 연비 성능, 웨트 제동성능, 승차감성능 및 내마모성능을 동시에 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 스티렌 결합량이 23 내지 40중량％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부에 대해 카본블랙 응집체 혼입분율 φ가 0.43 내지 0.52이고, 질소흡착 비표면적이 80 내지 110㎡/g이고, DBP 흡유량이 115 내지 135㎖/100g인 카본블랙을 60 내지 75중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부 대신, 부타디엔 고무 10 내지 20중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 90 내지 80중량부 사용하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무조성물.
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KR101142552B1 (ko) 2009-12-23 2012-05-08 한국타이어 주식회사 타이어용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

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KR101006713B1 (ko) * 2008-12-24 2011-01-10 한국타이어 주식회사 타이어 트레드용 고무 조성물
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