KR100313316B1 - 타이어 가황공정에 사용하는 블래더 표면 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 타이어 가황공정에 사용하는 블래더 표면처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 통상의 가류 블래더 고무에 커플링제로 산소 가스 또는 질소 가스를 사용하여 플라즈마 에너지를 노출시켜 블래더 표면에 활성화된 다량의 하이드록실기 또는 아민기를 형성하고, 이후 활성화된 블래더 표면에 실리콘 고무를 접착시켜 피막을 형성하는 것으로 이루어진 가류 블래더 고무의 표면처리방법이다.
이와 같이 본 발명은 블래더 표면을 개질시켜 내열성, 이형성의 실리콘 고무를 블래더 표면에 우수한 접착성으로 도포시켜 타이어와 원활한 이형성을 유지함과 아울러 블래더의 수명을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 타이어 가황공정에 사용하는 블래더 표면처리 방법에 관한 것이다, 더욱 상세하게는 플라즈마 에너지를 이용하여 블래더 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다.
현재 대부분의 타이어 제조업체에서는 GIP(greentire inside paint) 공정이라는 즉, 그린타이어(생타이어) 각각의 내부에 통상 마이카(또는 탈크) 30%, 실리콘 오일 15 내지 20%, 유화제, 분산제 및 물로 이루어진 타이어 내부 이형제를 도포하여 가황후 완성된 타이어를 블래더로부터 인출하였다.
따라서, 이에 관련한 이형제 조성물에 대해 많은 선행기술이 있어 왔다. 하지만, 이러한 기술은 여러 가지의 문제점을 노출시켜왔다. 다양한 규격의 타이어 각각을 도포해야함에 따라 GIP 미도포, 미건조, 과다도포 등에 의한 타이어의 수리율 증가와 불량발생의 많은 직·간접적인 원인을 제공하였으며 GIP 내의 무기성분은 가황중 고온 고압 하에서 블래더 표면을 조기 노화시키는 원인이 되기도 하였다.
따라서, 최근에는 이러한 문제점을 개선하고자 블래더 표면 자체에 이형성을 줄 수 있으며 내구성과 내열성이 뛰어난 실리콘 고무를 코팅함으로써 GIP 공정을 없애는 기술들이 개발되고 있다.
이러한 기술들은 주로 블래더 표면에 이형성의 실리콘 고무를 완전 접착시키기 위한 실리콘 고무의 조성물 내지 블래더 표면처리에 관한 것으로 가황중 실리콘 고무의 재코팅없이 블래더가 노화, 파열될 때까지 반영구적으로 사용하는 것을 그 특징으로 하고 있으며 코팅된 실리콘 고무의 수명증가와 윤활성 증가를 목적으로 실리콘 에멀젼을 적당 주기로 실리콘 고무 표면에 도포하는 기술이 일부 사용화 되어 있기도 하다. 하지만 실제 위의 기술을 이용하여 타이어를 제조하는 메이커는 극히 드문 실정으로 그 만큼 실리콘 고무와 가류된 블래더 사이의 접착력을 향상시키는 기술은 어려운 기술로 인식되어지고 있고, 그 접착 메커니즘 또한 명확하게 발표된 바 없는 실정이다.
또한 이를 목적으로 실리콘 고무를 개발한 메이커도 극히 국한되어 있을 만큼 이 기술은 쉽지 않은 기술로 인식되어왔다. 이의 직접적인 이유로는 가류 반응이 대부분 완료된 블래더 표면에 미가류의 실리콘 고무를 코팅함으로써 상호간의 화학결합을 이루기가 쉽지 않기 때문인 것으로 사료된다.
한편, 본 발명자들은 모든 접착 메커니즘의 기본이 착제와 피착제의 조성물뿐 아니라 피착제의 표면상태 즉, 접착 계면의 형상 및 조성물에 크게 영항을 받는다는 사실에 착안하여 본 기술을 발명하게 되었다.
본 발명의 방법은 접착 목적으로 양쪽 원료물질의 조성물을 변화시킴으로써 발생 가능한 기계적 물성의 약화를 방지할 수 있다는 장점이 있으며 대량 생산 측면에서도 유리하다. 일부 위의 목적으로 블래더 표면처리에 관한 기술이 발표된 바 있으나 근거가 미약하고 본 발명에서처럼 플라즈마 에너지를 표면처리에 이용한 선행 기술은 없었다.
이에 본 발명은 플라즈마 에너지를 이용하여 종래 실리콘 고무와 가류블래더 사이의 접착력을 크게 향상시킴으로써 앞서 말한 GIP 공정의 단점을 제거함과 동시에 블래더의 수명을 크게 향상시키는 것으로 가류된 블래더 표면에 상온경화 또는 열경화형의 실리콘 고무를 반영구적으로 사용할 수 있게끔 단단하게 고착시키는 표면처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 표면처리방법에 사용되는 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 블래더 표면과 실리콘 고무의 계면의 요철형상을 나타낸 도면이다.
1 --- 반응기 2 ---- 모터
3 --- 걸이대 4 ---- 블래더
5 --- 석영관
본 발명은 통상의 가류 블래더 고무에 커플링제로 산소 가스 또는 질소 가스를 사용하여 플라즈마 에너지를 노출시켜 블래더 표면에 활성화된 다량의 하이드록실기 또는 아민기를 형성하고, 이후 활성화된 블래더 표면에 실리콘 고무를 접착시켜 피막을 형성하는 것으로 이루어진 가류 블래더 고무의 표면처리방법이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
상기에서 통상의 가류 블래더 고무 조성물은 부틸고무, 할로겐화부틸고무, 클로로프렌 고무, 산화아연, 스테아린산, 오일, 카본블랙 및 가류계로서 페놀계 레진을 통상의 비율fh 사용하여 만들어진다.
상기 가류 블래더 고무 표면에 실리콘 고무와의 접착력 향상을 목적으로 플라즈마 에너지를 노출시키는 것이다. 유도코일에 의해 발생된 플라즈마 에너지가 블래더 표면을 처리하기 위한 커플링제로는 산소(O2)가스 또는 질소(N2)가스를 사용한다.
싱기와 같이 플라즈마 처리를 할 경우 접착력 향상의 원리로는 다음 3가지를 들 수 있다.
1) 블래더 표면에 플라즈마 에너지를 노출시킴에 의한 표면 세정 효과,
2) 실리콘 고무와의 물리적 결합을 극대화하기 위한 표면적 증가(표면 굴곡, 거친 표면 형상) 효과,
3) 커플링제로 산소나 질소를 사용함에 의한 블래더 표면에 활성화 된 다량의 하이드록시(-OH), 아민(-NH2)기 형성
이와 같이 표면이 처리될 경우 거친 표면의 형상으로 인한 실리콘 고무와의 물리적 흡착 증가뿐 아니라 표면이 극성기의 도입으로 활성화 됨으로써 실리콘 고무에 포함된 아민 커플링제와 다량의 수소결합, 반데르 발스 결합을 통한 화학결합력의 증가로 접착력이 기존보다 매우 우수한 코팅막을 얻게될 수 있다.
즉, 본 발명은 통상의 블래더 조성물에 상기 설명한 극성물질(-OH, NH2)을 블래더 고무의 기계적 물성에 크게 영항이 없는 범위 내에서 인위적으로 형성시켜 실리콘 고무와 결합하는 블래더 표면에 미반응되어 활성화되어 있는 반응기를 다량 갖게 하는 것이다.
이러한 블래더 표면에 존재하는 다량의 관능기들은 실리콘 고무 경화시 실리콘 고무내 Si-OH 그룹, Si-NH2그룹들과 다량의 화학결합을 이루어 통상의 접착방법으로 이루어진 블래더 표면에서보다 매우 우수한 접착력을 가지게 된다.
본 발명을 통해 실리콘 고무와의 접착력이 크게 향상되는 상기 방법을 사용치 않은 즉, 기존의 접착 방법으로 이루어진 블래더보다 내구성이 뛰어난 실리콘 고무 피막을 얻을 수 있으며 본 발명에 의해 제조된 블래더는 수명 면에서 20% 이상 향상된 결과를 보였다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1과 같은 반응기(1)내에서 모터(2)와 연결된 걸이대(3)에 가류 블래더(4)를 안착시킨다. 장치를 크게 나누면 상단 석영관(직경 50×길이 30㎜)(5)과 하단 스테인레스-스틸 반응기(직경 1000㎜×길이 1000㎜)(1)의 두 부분으로 구성된다. 아르곤 기체가 공급되는 상단 석영관(5) 쪽에서 유도결합형 코일형 방식으로 플라즈마를 발생시킨 후 고에너지 입자가 실제 화학기상증착 반응이 일어나는 하단으로 이동되도록 한다. 이때 커플링제(산소 or 질소)는 플라즈마 영역을 지나지 않도록하단으로 따로 공급하며 석영관(5)으로부터 이동해온 고에너지 아르곤 입자로부터 에너지를 얻어 블래더(4) 표면에서 반응하도록 한다. 블래더(4) 표면이 균일하게 처리되도록 하기 위해 모터(2)에 연결된 걸이대(3)을 일정 속도로 회전시키면서 처리한다.
이와 같이 균일하게 처리된 블래더를 반응기 내에서 꺼낸 후 바로 실리콘 고무를 스프레이 분사방식으로 도포한다. 도포된 실리콘 고무를 상온 또는 일정 가열조건에서 가교반응을 시키면 제조가 완료된다. 이는 반응기 용량에 따라 연속공정 및 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.
실리콘 고무는 오르가노아민(organoamine) 실란 커플링제를 함유하고, 상업화된 탈아민형 상온경화형 실리콘 고무를 사용하였으며 조성은 다음과 같다. 디메틸 실록산 100중량부, 메틸 말단기를 갖는 실록산 실리콘 5 내지 30중량부, 무기 충전제로 석영 100 내지 150중량부, 실리카 2 내지 30중량부, 산화철 2 내지 10중량부, 산화티타늄 1 내지 5중량부, 아민 실란 2 내지 15중량부, 아민 실란 커플링제 0.2 내지 3중량부, 금속촉매 0.05 내지 1중량부로 이루어져 있다.
본 발명에서 플라즈마 표면처리 가능한 변수들은 다음과 같다.
| 변수 | 범위 |
| 플라즈마 출력 | RF 13.56Mhz, 0-300W |
| 반응 압력 | 1-1000mtorr |
| 기체 공급 유량 | 1-100sccm |
| 아르곤/커플링제 공급비 | 1-20 |
| 반응온도 | 상온 -250℃ |
| 커플링제 종류 | 산소, 질소, 화학구조내에 산소나 수소, 질소를 포함하는 그룹(-OH 등) |
상기 플라즈마 표면처리의 변수는 일반적으로 플라즈마 처리하는 경우 사용되는 범위내에 포함된다. 상기 범위를 초과하는 경우 강력한 에너지에 의해 블래더 표면이 손상되어 물성에 악영향을 줄 수도 있고, 그 미만의 범위에서는 표면처리 효과를 기대할 수 없다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 설명한다.
본 발명의 효과를 비교하기 위해 4종류의 블래더를 제조하여 시험하였다.
실시예 1
통상의 가류 블래더를 하기의 표 2에 나타난 바와 같은 성분과 조성으로 195℃×10분 사출성형으로 제조, 가류하였다. 제조된 가류 블래더의 표면을 도 1에 나타낸 장치를 이용하여 플라즈마 처리(발생전압 10W, 반응압력 80mtorr, 블래더 회전 속도 분당 6회전, 아르곤 유량 8sccm)를 하였다. 반응기내의 온도를 상온으로 하였다. 위와 같이 플라즈마 표면 처리된 블래더는 반응기 내에서 꺼낸 직후 별도의 걸이대에 걸고 준비된 실리콘 용액(실리콘 고무를 유기용매에 녹여 분사 가능한 농도로 조절)을 스프레이 방식으로 도포하였다. 2시간 상온에서 자연경화시킨 후 2차 코팅을 실시하고, 약 2주간 상온에서 방치하여 완전 경화를 시켜 제조를 완료하였다. 이 때 얻어진 실리콘 고무 피막의 두께는 50 내지 70㎛ 수준이였고, 도 2에 나타난 바와 같이 계면에 요철형상이 나타났다. 얻어진 표면처리된 블래더를 사용하여 타이어 생산본수를 구하였다.
시험의 신뢰성을 위해 각 동일 처리조건으로 표면처리된 블래더 2개씩 평가하여 평균 타이어 생산본수를 구하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
| 조성물 | 중량부 |
| 부틸고무 | 100 |
| 클로로프렌 고무 | 5 |
| 카본블랙 | 60 |
| 산화아연 | 4 |
| 스테아르산 | 0.3 |
| 오일 | 5 |
| 페놀계레진 | 10 |
(가류계로 이용되는 페놀계레진은 알킬 페놀 포름알데하이드레진을 사용함)
실시예 2
플라즈마 발생전압을 50W로 하는 것만 제외하고, 실시예 1과 동일하게 하였다.
실시예 3
플라즈마 발생전압을 100W로 하는 것만 제외하고, 실시예 1과 동일하게 하였다.
비교예
플라즈마 표면처리하지 않은 채 기존 방법으로 블래더 표면에 실리콘 고무를 피막시켰다.
| 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 플라즈마 출력 (W) | 0 | 10 | 50 | 100 |
| 타이어 생산본수 (본) | 320 | 412 | 553 | 475 |
각기 표면처리 조건에 따른 생산본수의 차이는 접착력 차이에 따른 실리콘 고무의 마모, 탈리 속도와 상관성이 있는 것으로 판단되어진다.
상기 표 3에 나타난 바와 같이 플라즈마로 표면처리된 경우 전반적으로 미처리 경우보다 접착력이 우수하였으며 이는 블래더 표면에 존재하는 다량의 관능기들이 실리콘 고무내 성분들과의 접착력을 강화시키기 때문으로 사료된다. 그리고 본 처리조건에서는 50 내지 100W 사이에서 최적을 접착력을 보였는데 지나치게 큰 전압은 오히려 블래더 표면을 파괴시키기 때문에 역효과가 나는 것으로 유추되어진다.
이와 같이 본 발명은 블래더 표면을 개질시켜 내열성, 이형성의 실리콘 고무를 블래더 표면에 우수한 접착성으로 도포시켜 타이어와 원활한 이형성을 유지함과 아울러 블래더의 수명을 향상시킬 수 있다.
Claims (2)
- 통상의 가류 블래더 고무에 커플링제로 산소 가스 또는 질소 가스를 사용하여 플라즈마 에너지를 노출시켜 블래더 표면을 활성화시키고, 이후 활성화된 블래더 표면에 실리콘 고무를 접착시켜 피막을 형성하는 것으로 이루어진 가류 블래더 고무의 표면 처리 방법
- 제 1항에 있어서, 플라즈마 처리조건은 플라즈마 출력 5 ~ 300 W, 반응압력 1 ~ 1,000 mtorr, 기체 공급 유량 1 ~ 100 scm, 아르곤/커플링제 공급비 1 ~ 20, 반응기 내의 온도 상온 ~ 250℃인 가류 블래더 고무의 표면 처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990017748A KR100313316B1 (ko) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 타이어 가황공정에 사용하는 블래더 표면 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990017748A KR100313316B1 (ko) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 타이어 가황공정에 사용하는 블래더 표면 처리 방법 |
Publications (2)
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| KR20000074057A KR20000074057A (ko) | 2000-12-05 |
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ID=19586085
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| KR1019990017748A KR100313316B1 (ko) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 타이어 가황공정에 사용하는 블래더 표면 처리 방법 |
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