KR100339042B1 - 타이어용 트레드 고무조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반 승용차 타이어에 있어서 회전저항으로 나타나는 발열 및 연비저하를 줄이고 제동력과 마모 등의 제반특성을 유지 또는 향상시킨 타이어의 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 용액중합된 실리콘 결합 스타이렌-부타디엔 고무 50-95 중량부와 용액중합된 주석결합 스타이렌-부타디엔 고무 5-40 중량부, 부타디엔 고무 0-30 중량부로 이루어진 고무성분 100 중량부에 대하여 카본블랙 30-70 중량부, 실리카 20-60 중량부, 상기 실리카 100 중량부에 대하여 실란커플링제 5-10 중량부와 디에틸글리콜 3-7 중량부로 구성된 타이어용 트레드 고무조성물이다.
본 발명의 고무조성물은 인장특성 및 발열특성이 개선되며 동적특성의 회전저항 지표가 현저히 개선된 타이어를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 일반 승용차 타이어에 있어서 회전저항으로 나타나는 발열 및 연비저하를 줄이고 제동력과 마모 등의 제반특성을 유지 또는 향상시킨 타이어의 트레드 고무조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 용액중합 스타이렌-부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 배합한 블렌드(blend)에 카본블랙 및 실리카를 적용함으로써 회전저항을 줄임과 동시에 제동력과 마모 등의 물성도 동시에 향상시킨 고무조성물이다. 타이어의 연비특성을 개선하기 위한 연구는 주로 트레드 부위에 집중되어 있다. 이는 타이어 고무조성물에 있어서 회전저항에 가장 큰 영향을 미치는 부위가 트레드이기 때문이다.
최근 트레드 부위의 회전저항을 감소시키기 위해 입자경이 크고 표면의 작용기가 발달한 카본블랙을 사용하거나 실리카 및 실란 커플링제를 사용하여 회전저항을 낮추려는 연구가 꾸준히 진행되고 있으며, 이러한 트레드 고무조성물은 이미 적용단계에 들어서 있다. 일반적으로 타이어 트레드 부위에 사용되는 고무조성물은 카본블랙 및 실리카의 종류, 사용량에 따라 반발특성 및 발열특성은 개선이 되지만, 회전저항의 지표인 70℃ 탄델타(Tan δ) 값이 고무조성물의 특성에 따라 전이되는 경향이 있다.
일반적으로 회전저항의 지표인 70℃ 탄델타(Tan δ) 값이 향상되면 제동성의 지표인 0℃ 탄델타(Tan δ) 값이 저하되는 상반된 성능을 나타내며, 이때 주로 사용되는 고무조성물은 유화중합 스타이렌-부타디엔 고무 블렌드로 카본블랙 및 실리카 성분과의 친화도가 떨어짐에 따라 분산이 최대로 이루어지지 못해 고무조성물의 물성이 최대한 발휘되지 못하는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 상기의 문제점들을 보완하고자 고무배합물의 고무성분 중 일부를 용액중합된 실리콘(Si) 결합 스타이렌-부타디엔 고무와 주석(Sn)결합 스타이렌-부타디엔 고무를 사용하여 가공성과 실리카의 분산을 개선하고 고무배합물 안에서 실리콘과 실리카의 강한 친화성으로 회전저항을 감소시킴과 동시에 제동력과 마모성능을 향상시키는 데 있다.
본 발명에서는 고무조성물에 사용되는 고무중 상당한 양을 말단기가 실리콘과 주석으로 치환된 고무를 사용함으로써 블랜딩 효과를 극대화하고 카본블랙 및 실리카와의 친화성을 향상시킴으로서 고무조성물의 회전저항에 의한 히스테리시스 (Hysterisis)를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 비닐 20-40%, 시스기 10-30%, 트랜스기 30-50%의 미세구조를 가지며 유리전이온도가 -30∼-60℃인 용액중합된 실리콘 결합 스타이렌-부타디엔 고무 50-95 중량부와 용액중합된 주석결합 스타이렌-부타디엔 고무 5-40 중량부, 부타디엔 고무 0-30 중량부로 이루어진 고무성분 100 중량부에 대하여 요오드 흡착가가 110-130mg/g 이며 DBP 흡수가가 115-135 cc/100g 이고 착색도는 115-130%인 카본블랙 30-70 중량부, BET 측정에 의한 표면적이 160-180m2/g 이고 디옥틸프탈레이트 흡수가가 240-260 cc/100g인 실리카 20-60 중량부, 상기 실리카 100 중량부에 대하여 실란커플링제 5-10 중량부와 디에틸글리콜 3-7 중량부를 함유한다.즉 본 발명은 회전저항을 감소시키고 제동력과 마모성능이 향상된 고무를 얻기위해 원료고무로 다양한 조성비의 용액중합된 실리콘 결합 스타이렌-부타디엔 고무, 주석 결합 스타이렌-부타디엔 고무, 스타이렌-부타디엔 고무를 사용하고, 보강충진제로 카본블랙을 사용한바 용액중합된 실리콘 결합 스타이렌-부타디엔 고무 50-95 중량부, 주석 결합 스타이렌-부타디엔 고무 3-40 중량부, 스타이렌-부타디엔 고무 최대 30 중량부를 사용한 원료고무 100 중량부에 대하여 요오드 흡착가가 110-130mg/g, DBP 흡수가가 115-135 cc/100g, 착색도가 115-130%인 카본블랙 30-70 중량부 사용시 회전저항을 감소시키고 제동력과 마모성능이 향상된 고무를 얻을 수 있었다.
< 실시예 1-3 >
본 발명에 사용되는 배합고무로는 실리콘이 결합된 합성고무와 주석이 결합된 고무, 부다디엔 고무 중 어느 고무나 사용이 가능하며, 그 함량비율은 실리콘 결합 합성고무 40-70 중량부, 주석결합 합성고무 20-50 중량부, 부타디엔 고무 10-30 중량부가 바람직하다. 본 발명에 있어서 사용되는 용액중합된 실리콘 결합 스타이렌-부타디엔 고무의 사용량이 40 중량부 이하일 경우 회전저항의 감소효과가 충분히 나타나지 않는다. 본 발명의 고무배합물을 비교예와 함께 실시예 1-3와 같이 사용하여 표 1에 나타냈다.
표 1. 고무배합물
첨 가 물 | 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 |
유화중합합성고무1) | 70 | - | - | - |
용액중합합성고무-12) | - | 50 | 60 | 70 |
용액중합합성고무-23) | - | 30 | 30 | 20 |
부타디엔 고무4) | 30 | 20 | 10 | 10 |
카본블랙(N-234) | 42 | 42 | 42 | 42 |
실리카(Z-175) | 30 | 30 | 30 | 30 |
실란커플링제(Si-69) | 2.4 | 2.4 | 2.4 | 2.4 |
공정오일 | 12 | 12 | 12 | 12 |
아연화 | 3 | 3 | 3 | 3 |
스테아린산 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
노화방지제 | 3 | 3 | 3 | 3 |
왁스 | 2 | 2 | 2 | 2 |
유황 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
가황촉진제 | 1 | 1 | 1 | 1 |
(주)1): 비닐 19%, 시스기 11%, 트랜스기 70%의 미세구조를 가지며 유리전이온도가 -45℃, 스타이렌 함량이 26%인 유화중합 스타이렌-부타디엔 고무
(주)2): 비닐 38%, 시스기 20%, 트랜스기 42%의 미세구조를 가지며 유리전이온도가 -55℃, 스타이렌 함량이 25%인 용액중합된 실리콘결합 스타이렌-부타디엔 고무
(주)3): 비닐 26%, 시스기 22%, 트랜스기 42%의 미세구조를 가지며 유리전이온도가 -42℃, 스타이렌 함량이 30%인 용액중합된 주석결합 스타이렌-부타디엔 고무
(주)4): 시스기가 94% 이며 유리전이온도가 -105℃인 부타디엔 고무
< 시험예 >
비교예와 실시예 1-3에서 고무배합물을 사용하여 물성시험한 결과를 표 2에 나타냈다.
표 2. 물성시험 측정결과(가류조건 160℃, 15분)
물 성 | 비교예 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 |
레오미터최적가류시간(분)최대토크 | 9.838.5 | 10.535.4 | 10.834.3 | 10.432.5 |
무니점도스코치시간(분) | 5935.5 | 6530.4 | 6432.1 | 6431.5 |
인장강도경도(Shore A)300% 모듈러스(kg/cm2)인장강도(kg/cm2) | 66110196 | 67118211 | 68121202 | 67116198 |
발열특성(℃) | 31.2 | 29.5 | 28.5 | 28.4 |
반발특성(%) | 27 | 25 | 25 | 26 |
마모특성(mg) | 21 | 21 | 22 | 22 |
동적특성0℃ 탄델타70℃ 탄델타 | 0.1850.170 | 0.1800.080 | 0.1700.070 | 0.1650.085 |
상기의 시험결과에서 알 수 있듯이 용액중합 실리콘 결합 스타이렌-부타디엔 고무와 용액중합 주석결합 스타이렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무의 블랜드에 카본블랙과 실리카를 적용한 실시예들은 유화중합 스타이렌-부타디엔 고무 블랜드에 카본블랙과 실리카를 적용한 비교예에 비하여 인장특성 및 발열특성이 개선되었으며 동적특성의 회전저항 지표가 현저히 개선되고 제동성 지표가 유사한 수준으로 유지되었다.
본 발명의 고무조성물은 인장특성 및 발열특성이 개선되며 동적특성의 회전저항 지표가 현저히 개선되고 제동성 지표가 유사한 수준으로 유지된다.
Claims (4)
- 공지의 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 비닐 20-40%, 시스기 10-30%, 트랜스기 30-50%의 미세구조를 가지며 유리전이온도가 -30∼-60℃인 용액중합된 실리콘 결합 스타이렌-부타디엔 고무 50-95 중량부, 용액중합된 주석결합 스타이렌-부타디엔 고무 5-40 중량부, 부타디엔 고무 최대 30 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여 요오드 흡착가가 110-130mg/g, DBP 흡수가가 115-135 cc/100g, 착색도가 115-130%인 카본블랙 30-70 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무조성물
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