KR100337544B1 - 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드에 관한 것으로서, 트래드 전반에 걸쳐 통상의 트래드 고무보다 카본 블랙이나 프로세스 오일의 함량이 많은 제 1의 내마모성 고무를 사용하고, 트래드 양 에지부에만 상기 제 1의 내마모성 고무에 비하여 경도가 높은 제 2의 내마모성 고무층을 형성함으로써 통상 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드 제조에 있어서 카본 블랙 양과 프로세스 오일 첨가량을 낮추어 내마모 성능을 향상시키는 데 있어서의 그립 성능 부족의 문제를 해결할 수 있고, 코너 주행시나 흙을 파거나 움켜쥐고 앞으로 나아갈 때 유리할 뿐만 아니라 직선 도로나 그립 성능이 요구되는 도로 주행시 유리한 효과가 있다.

Description

비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드{tire tread for off-road}
본 발명은 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비포장 도로, 일명 Off-Road에서 사용할 수 있는 고속 주행 자동차용 타이어 트래드에 관한 것이다.
통상적으로, 고속 자동차용 경주는 아스팔트나 콘크리트가 포장된 도로(일명, On-Road)에서 하는 경기와, 아스팔트나 콘크리트가 포장되지 않은 비포장 도로(일명, Off-Road)에서 하는 경기로 구분할 수 있다.
On-Road에서 열리는 경기에 사용되는 고속 경주 자동차용 타이어 트래드 고무의 경우, 경주용 타이어 트래드 고무가 지녀야 할 많은 성능 중에서 그립(grip) 성능을 최우선으로 둔다.
통상 그립 성능을 향상시키기 위한 방법으로는, 입자경이 작고 구조가 발달된 카본 블랙을 사용하는 방법과, 통상의 타이어 트래드 고무 조성물에 비하여 카본 블랙과 프로세스 오일을 보다 많이 첨가하여 트래드 고무의 발열을 높이고 노면과의 접지력을 향상시키는 방법 등을 들 수 있다.
반면, Off-Road에서 열리는 경기에 사용되는 고속 경주 자동차용 타이어 트래드 고무의 경우 지면의 흙을 움켜쥐고 앞으로 나가야 하는 Off-Road용 타이어의 특성 때문에 트래드 고무의 그립 성능도 요구되지만, 그 성능 보다는 타이어 트래드 블록의 내마모 성능, 흙을 파거나 움켜쥐고 앞으로 나가기에 적정한 트래드 고무의 경도 수준, 그리고 내 칩-컷(chip-cut: 트래드 표면을 뚫거나 균열을 발생시키기에 충분한 외력을 가했을 때 고무가 이탈되는 현상 및 구동력이나 급정거 등의 외력이 작용하여 힘의 방향에 직각으로 찢어짐을 야기시켜 이탈되는 현상) 성능이 어느 성능 보다도 많이 요구된다.
이러한 요구 성능을 만족시키기 위해서는 통상 On-Road에서 사용되는 고속 경주 자동차용 타이어 트래드 고무의 카본 블랙 양과 프로세스 오일 첨가량을 낮춤으로써, 트래드 고무의 내마모 성능을 향상시킴과 아울러 적정 경도 수준을 갖도록 하여서 Off-Road 환경 조건에 적합하도록 하였다.
그러나, 상기와 같이 카본 블랙 양과 프로세스 오일 첨가량을 낮추는 경우 흙을 파거나 움켜쥐고 앞으로 나가는 성능면에서는 유리한 반면, 카본 블랙이나 프로세스 오일의 첨가량이 낮아짐으로 인해 경주용 타이어 트래드 고무가 지녀야 할 가장 기본적인 성능인 그립 성능이 떨어지는 문제가 종종 발생하는 문제가 있었다.
이에 본 발명자는 상기와 같이 타이어 트래드 조성 중 카본 블랙과 프로세스 오일의 함량을 낮추어 내마모성이나 경도를 향상시키는 데 있어서 그립 성능의 저하를 해결하기 위해 연구노력한 결과, 카본 블랙과 프로세스 오일의 함량을 증가시키고 타이어 트래드의 양 에지부에만 경도가 우수한 내마모성 고무층을 형성한 결과 우수한 내마모성과 그립성을 동시에 만족시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 내마모성과 경도가 우수한 트래드 에지부의 고무특성으로 인해 코너 주행시나 흙을 파거나 움켜쥐고 앞으로 나아갈 때 종래의 비포장용 트래드 고무보다 유리하고, 카본 블랙과 프로세스 오일 첨가량을 종래의 Off-road용 트래드 고무에 비하여 상대적으로 증가시킴으로써 직선도로나 그립성능이 요구되는 도로 주행시 유리한 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드를 제공하는 데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드는 스티렌 결합 함량 35∼45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부에 대하여 카본 블랙 110∼130중량부와 방향족 프로세스 오일 82.5∼102.5 중량부를 포함하여 조성된 제 1고무로 형성되며, 다만 트래드 양말단의 에지부는 상기 제 1고무에 비하여 경도가 높은 제 2고무로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 타이어 트래드를 포함하는 타이어의 단면을 나타낸 것이고,
도 2는 통상의 타이어 트래드를 포함하는 타이어의 단면을 나타낸 것이고,
도 3은 비교예 2에 따라 제조된 타이어의 단면을 나타낸 것이며,
도 4는 비교예 3에 따라 제조된 타이어의 단면을 나타낸 것이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 - 통상의 고무층 111 - 제 1 고무층
100 - 제 2 고무층 20, 21, 22, 200 - 트래드
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 타이어 트래드는 지면과 접하는 상부층의 양말단 에지부의 트래드 고무 조성과 그 외 전반적인 트래드 고무 조성이 다를 뿐만 아니라, 전반적인 트래드 고무의 조성을 통상의 off-road용 타이어 트래드 고무에 비하여 카본 블랙과 프로세스 오일의 함량을 증가시킨 것이다.
본 발명의 타이어 트래드를 구성하는 제 1 고무는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부에 카본 블랙 110∼130중량부와 방향족 프로세스 오일 45∼65중량부를 첨가하여 이루어진 것인 바, 통상의 off-road용 타이어 트래드 고무에 비하여 카본 블랙이나 프로세스 오일의 함량이 많다.
여기서, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 결합 함량이 35∼45%인 것이 바람직하고, 카본 블랙은 질소 흡착 비표면적 135∼155㎡/g이며, DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 것이 내마모성과 보강성 면에서 바람직하다.
그리고, 방향족 프로세스 오일은 스티렌-부타디엔 고무 중에 일부 함유된 것과, 순수한 방향족 프로세스 오일 45∼65중량부를 포함하여 총량 82.5∼102.5중량부 되도록 함유하는 것이 바람직하며, 지나치게 그 함량이 증가하면 오일에 의한 발열 및 미끄러짐이 증가하는 문제를 발생시킬 수 있다.
그 밖에 통상의 첨가제로 산화아연, 노화방지제, 유황, 가류 촉진제 등을 첨가할 수 있다.
이와같은 제 1 고무는 카본 블랙이나 프로세스 오일의 함량이 통상의 비포장용 타이어 트래드 고무 조성에 비하여 많으므로 비록 내마모성에서는 다소 떨어지나 상대적으로 직선 도로나 그립 성능이 요구되는 도로 주행시 유리하다.
이와는 별도로, 상기 제 1 고무에 비하여 경도가 높은 제 2 고무 조성을 트래드 양 에지부에 형성하는 바, 구체적인 조성은 스티렌 결합 함량 35∼45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부, 질소 흡착 비표면적 135∼155㎡/g이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본 블랙 85∼105중량부 및 방향족 프로세스 오일(상기 폴리머에 함유된 것 제외) 20중량부 이내를 함유하며, 총 방향족 프로세스 오일량이 37.5∼57.5인 것이다.
제 2 고무는 제 1 고무에 비하여 방향족 프로세스 오일의 함량을 낮춤으로써 보다 내마모성이나 경도면에서 우수한 바, 구체적으로는 제 1 고무에 비하여 20℃에서의 경도가 4이상 높은 것이 바람직하다.
이와같은 내마모성 및 경도가 우수한 제 2 고무층을 형성함으로써 제 1고무에서 그립 성능 향상을 위해 카본 블랙이나 프로세스 오일의 함량을 증가시킴으로써 발생될 수 있는 내마모성의 저하를 방지할 수 있다.
제 2고무 성분 중에도 제 1고무 성분에서와 마찬가지로 통상의 첨가제로 산화아연, 노화방지제, 유황 및 가류촉진제 등을 첨가할 수 있다.
이와같은 특성을 갖는 제 2고무를 제 1고무로 이루어진 트래드의 양 에지부에만 형성하도록 하는 바, 형성방법의 일예를 들면 다음과 같다;
첫째로는 제 1고무 조성으로 된 트래드를 통상의 방법으로 압출한 후 내마모성이 우수하고 경도가 높은 고무(제 2고무)를 스트립(strip) 형태로 트래드 상부 에지부에 별도로 부착하여 타이어를 제조하는 방법을 들 수 있고, 둘째로는 트래드 압출시 제 1고무와 제 2고무, 2종의 고무 조성물을 동시에 압출하여 제 1 고무층과 양 에지부에 내마모성이 우수하고 경도가 높은 제 2고무층을 동시에 형성하는 방법을 들 수 있다.
제조된 타이어의 단면은 도 1에 나타낸 바와 같다.
여기서 보는 바와 같이, 제 1고무층(111)이 트래드(200)의 전반을 구성하며, 다만 트래드의 양말단 에지부에 제 2고무층(100)이 형성된 구조이다.
에지부의 제 2고무층은 완제품의 비포장용 타이어에 있어서 폭 15∼20mm, 두께 1∼7mm 되도록 형성되는 것이 바람직한 바, 만일 그 폭이 상기 범위를 벗어나면 내마모성이 우수한 고무 폭이 넓어져 그립력이 저하되는 문제가 있고 두께가 상기 범위를 벗어나면 스트립을 붙이거나 동시에 압출하여 제조시 제조상 어려운 문제, 구체적으로 너무 얇아서 붙이기 곤란해지는 문제가 발생될 우려가 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예 1∼3
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 반바리 혼합기(Banbary mixer) 및 오픈 밀(Open mill)을 이용하여 타이어 트래드 고무 조성물을 제조하였다.
(단위: 중량부)
조 성 제조예 1 제조예 2 제조예 3
SBR 폴리머(1) 137.5 137.5 137.5
카본 블랙(2) 105.0 120.0 95.0
방향족 프로세스 오일(3) 33.0 52.0 10.5
산화아연 3.0 3.0 3.0
노화방지제(4) 5.0 5.0 5.0
유황 2.0 2.0 2.0
가류 촉진제(5) 3.0 3.0 3.0
총 카본 블랙 함량 105.0 120.0 95.0
총 방향족 프로세스 오일 함량 70.5 89.5 48.0
(주)(1) 스티렌 결합 함량 40.0%인 유화중합 SBR로서, 프로세스 오일이 37.5중량부 혼입되어 있음(2) 질소 흡착 비표면적 147㎡/g이고 DBP 흡유량이 130cc/100g인 카본 블랙(3) 천미광유사 제품(4) Bayer사 제품(5) Bayer사 제품
상기 표 1의 조성에 따라 제조된 세가지 종류의 타이어 트래드 고무에 대하여 내마모 성능을 예측하기 위하여 램번(Lambourn) 마모손실량을 측정하고, 실온에서의 경도, 마른 노면에서의 제동 성능을 예측하기 위하여 동적 손실계수값(tan δ)을 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
여기서, 램번 마모시험은 원판형의 연마석과 원판상의 시험편을 각각 독립하여 회전시키고 압착된 연마석과 시험편 사이에 탄화규소를 낙하시켜 시험편이 마모되는 면이 연마석에 점착되는 것을 방지하며 연마석과 시험편 상호간의 표면속도차에 따라 생기는 시험편의 마모감량을 측정하는 램번 마모시험기로 측정한 결과이다.
제조예 1 제조예 2 제조예 3
램번 마모 마모량(CC)(1) 0.192 0.215 0.179
내마모지수(2) 100 89.3 107
인장물성(3) 20℃ 경도 67 62 72
동적 손실계수 60℃ tan δ(4) 0.295 0.301 0.281
상기 표 2에 있어서,
(1) 마모량(cc)은 마모 시험에서 측정된 고무의 마모량(cc)을 의미하는 것이고,
(2) 내마모지수는 제조예 1 고무의 램번 마모량(cc)을 100으로 기준하여 구한 상대적 비로서, 램번 마모량이 적을수록 램번 내마모지수는 커지며 상대적으로 내마모 성능이 우수함을 나타내는 것이며,
(3) 인장물성은 ASTM 인장 시험기로 측정한 값이고,
(4) 동적 손실계수는 0.5% 변형력(strain)으로 10Hz 진동수로 측정한 값이며, 측정방법은 Temperature Sweep 방식으로 Torsion Type의 점탄성 시험기를 이용한 것으로서, 60℃ tanδ는 마른 노면에서의 그립 성능에 대한 실험적 데이터로서 그 값이 클수록 타이어 상에서 마른 노면에서의 그립 성능이 좋아지는 경향을 나타낸다.
상기 표 2의 결과로부터, 본 발명의 타이어 트래드를 구성하는 제 1고무(제조예 2)의 경우 통상의 타이어 트래드를 구성하는 고무(제조예 1)에 비하여 카본용 도로의 고속 주행에 있어서 필수적으로 요구되는 그립 성능이 향상됨을 알 수 있다. 또한, 타이어 트래드의 에지부를 구성하는 제 2고무 조성(제조예 3)의 경우는 통상의 타이어 트래드 고무 조성에 비하여 내마모성 및 경도가 우수하며, 제 1 고무 조성에 비하여서도 경도가 10정도 높은 것을 확인할 수 있다.
실시예 1 및 비교예 1∼3
상기 제조예 1∼3에 따라 제조된 고무를 사용하여 통상의 방법에 따라 타이어 트래드를 제조하여 이를 각각 비교예 1∼3으로 하였는 바, 그 구조단면은 각각 첨부 도 2∼4와 같다.
반면, 실시예 1에서는 우선 상기 제조예 2의 고무 조성물로 압출하고, 그 압출물의 양 에지 부위에 폭 17mm, 두께 3mm로상기 제조예 3에 따른 고무를 스트립(strip) 형태로 붙여서 만든 트래드를 포함한 시험용 타이어를 제조하였다.
이와같이 제조된 시험용 타이어에 대한 실차 성능 시험 결과를 다음 표 3에 나타내었다.
여기서, 제조된 타이어는 175/65R 14Q 타이어이다.
실시예 1 비 교 예
1 2 3
사용 트래드 고무 제조예 2 + 제조예 3 제조예 1 제조예 2 제조예 3
에지부 실차 마모지수(1) 108 100 90 109
실차 트랙션 성능지수(2) 111 100 91 95
상기 표 3에 있어서,
(1) 에지부 실차 마모지수는 타이어를 실제 차량에 취부하여 일정 주행 코스를 주행한 후 타이어의 에지 부위 마모 결과를 지수로 환산한 값으로서, 비교예 1의 타이어를 100으로 하여 상대적 비를 구한 것이며, 지수가 클수록 마모성능이 우수함을 뜻한다.
(2) 실차 트랙션(traction) 성능지수는 타이어를 실제 차량에 취부하여 일정 주행 코스를 주행하는 데 걸리는 시간을 지수로 환산한 값으로서, 비교예 1의 타이어를 100으로 하여 상대적 비를 구한 것이며, 지수가 클수록 일정거리 주행시 걸리는 시간이 짧아서 실차 트랙션 성능이 우수함을 나타낸다.
상기 표 3의 결과로부터, 비포장 도로 주행시 종래 트래드 고무를 포함한 타이어(비교예 1)의 경우 비교예 2보다 에지부의 실차 마모성능이 우수하여 전반적인 실차 트랙션 성능 지수가 높고, 비교예 3보다 트래드의 카본 블랙과 프로세스 오일의 첨가량이 많으므로 전반적인 실차 트랙션 성능 지수가 높은 것을 알 수 있다.
그러나, 실시예 1과 같이 제조예 2와 제조예 3의 고무를 조합하여 제조한 트래드를 포함한 타이어의 경우, 코너 주행시나 흙을 파고 앞으로 전진하는데 가장 중요한 부분인 에지부 부분의 내마모 성능이 우수하고, 카본 블랙과 프로세스 오일 첨가량이 기존 타이어에 비하여 많아서 그립 성능이 향상되어 전반적인 실차 트랙션 성능면에서 더욱 더 우수함을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 트래드 전반에 걸쳐 통상의 트래드 고무보다 카본 블랙이나 프로세스 오일의 함량이 많은 제 1의 내마모성 고무를 사용하고, 트래드 양 에지부에만 상기 제 1의 내마모성 고무에 비하여 경도가 높은 제 2의 내마모성 고무층을 형성한 타이어 트래드의 경우 통상 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드 제조에 있어서 카본 블랙 양과 프로세스 오일 첨가량을 낮추어 내마모 성능을 향상시키는 데 있어서의 그립 성능 부족의 문제를 해결할 수 있고, 코너 주행시나 흙을 파거나 움켜쥐고 앞으로 나아갈 때 유리할 뿐만 아니라 직선 도로나 그립 성능이 요구되는 도로 주행시 유리하므로 off-road 고속 주행용 타이어로 유용하게 적용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. (정정)스티렌 결합 함량이 35∼45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부, 질소흡착 비표면적 135∼155㎡/g이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본 블랙 110∼130중량부 및 방향족 프로세스 오일(상기 폴리머에 함유된 것 제외) 45∼65중량부를 함유하며, 총 방향족 프로세스 오일양은 82∼102.5중량부로 조성된 제 1고무로 형성되며, 다만 트래드 양말단의 에지부는 상기 제 1고무에 비하여 20℃에서 경도가 4이상 높은 제 2고무로 이루어지며, 제 2 고무로 이루어진 트래드 양 에지부는 폭 15∼50mm, 두께 1∼7mm 되도록 형성된비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드.
  2. (삭제)
  3. (삭제)
  4. (정정)제 1 항에 있어서, 제 2 고무는 스티렌 결합 함량 35∼45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부, 질소 흡착 비표면적 135∼155㎡/g이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본 블랙 85∼105중량부 및 방향족 프로세스 오일(상기 폴리머에 함유된 것 제외) 20중량부 이내를 함유하며, 총 방향족 프로세스 오일량이 37.5∼57.5인 것임을 특징으로 하는 비포장 도로용 고속 주행 자동차용 타이어 트래드.
  5. (삭제)
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