KR100351005B1 - 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 통상의 타이어 트레드 고무 조성물에 투입되는 카본블랙에 비하여 입경이 작은 카본블랙을 사용하고 가공오일의 첨가량을 늘리고, 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 유화중합 스티렌-부타디엔 고무와 혼용하고, 실리카를 충진제로서 첨가한 고무 조성물로서, 이는 발열상승 속도를 향상시키고, 동적손실계수 또한 향상시켜 젖은 노면에서의 그립력은 유지하면서 동시에 젖은 노면에서의 최고 그립력이 빠른 시간에 나타나도록 함으로써 젖은 노면에서의 고속 경주용 타이어 트레드용 고무로 적합하다.

Description

고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물{A rubber composition for racing tire tread}

본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시킨 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 고속 경주용 자동차에 사용되는 타이어 트레드는 대부분 마른 노면에서 사용될 수 있도록 고무를 조성하였다.

마른 노면에서 사용하는 고속 경주용 자동차 타이어 트레드의 경우, 경주용 타이어 트레드가 갖추어야 할 많은 성능 중에서도 그립 성능을 최우선으로 둔다.

이러한 그립 성능을 향상시키기 위해서는 입자경이 작고 구조가 발달된 카본 블랙을 사용하거나, 통상의 타이어 트레드 고무 조성물에 투입하는 카본 블랙의 양과 가공오일의 첨가량 보다 많은 양을 첨가하여 트레드 고무의 발열 속도를 높이고 노면과의 접지력을 향상시키는 방법이 있다.

그러나, 이렇게 마른 노면에서 최대 그립력을 발휘할 수 있도록 제조된 고속경주용 자동차 타이어가 젖은 노면에서 주행할 경우, 마른 노면에서의 그립력을 최대한 발휘하기 위해 트레드 고무 조성물에 최대한으로 넣은, 입자경이 작고 구조가 매우 발달된 카본블랙은 마른 노면에서의 그립력을 표현하는 20∼100℃에서의 동적손실계수는 높지만 젖은 노면에서의 그립력을 표현하는 0℃에서의 동적 손실계수는 낮아지기 때문에, 일반적으로 젖은 노면에서 주행하는 고속 경주용 자동차 트레드 고무 조성물의 경우에는 0℃에서의 동적손실계수를 향상시키기 위해 카본블랙과 가공오일의 첨가량을 마른 노면에서 사용할 수 있도록 제조된 트레드 고무 조성물에 투입하는 것보다 적게한다.

그런데, 카본블랙과 가공오일의 첨가량을 낮출 경우, 0℃에서의 동적손실계수는 높아지지만, 카본블랙과 가공오일의 첨가량이 줄어듬에 따라 고무 온도 상승 속도가 늦어져서 최고의 그립력에 도달되는 데 걸리는 시간이 길어지게 되어서, 결과적으로 최고의 랩 타임(best lab time)에 도달하는 데 걸리는 시간이 늦어지는 단점이 발생하게 된다.

이에, 본 발명자는 카본블랙과 가공오일의 첨가량을 조절하여 제동성능을 향상시키는 종래의 방법의 한계를 극복하기 위해 연구노력하던 중, 통상적으로 젖은 노면에서 사용되는 트레드 고무 조성물에서 투입되는 카본블랙보다 입경이 작은 카본블랙을 사용하고, 가공오일의 첨가량을 늘리고, 여기에 실리카 충진제와 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 첨가한 결과, 발열 상승속도가 상승되어 노면과의 접지력이 향상되고, 동적손실계수 또한 향상되어 젖은 노면에서의 그립력은 유지하면서 동시에 젖은 노면에서의 최고 그립력이 빠른시간에 나타날 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시킬 수 있는 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물은 스티렌 함량이 35∼45중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 55∼85중량부(가공오일 37.5% 혼입); 스티렌 함량이 40중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부, 질소흡착 비표면적 135∼155㎡/g이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본블랙 140중량부 및 방향족 가공오일 140중량부로 이루어진 마스터 배치 60∼90중량부; 스티렌 함량 20중량%이고 부타디엔부의 비닐 결합 함량이 전체 부타디엔부 함량 중 60중량%인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20∼40중량부; 질소흡착 비표면적 135∼155㎡/g 이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본블랙 55∼85중량부; 질소 흡착 비표면적 155∼190㎡/g이고 CTAB 150∼190㎡/g인 실리카 20∼40중량부; 및 커플링제로 이루어지되, 고무 중 함유된 총 방향족 가공오일의 함량이 90∼110중량부인 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 0℃에서의 동적손실계수와 발열 상승 속도를 동시에 향상시켜 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시킴으로써, 젖은 노면 상태의 고속 주행 경주에서 사용할 수 있도록 고안된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에서의 마스터 배치는 통상 타이어 트레드용 고무 조성물에서 사용되는 폴리머/카본블랙/오일로 이루어진 습식 마스터 배치로서, 구체적으로는 스티렌 함량이 40중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부, 질소흡착 비표면적 135∼155㎡/g이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본블랙 140중량부 및 방향족 가공오일 140중량부로 이루어진 것이다. 그 함량은 전체 고무 조성물 중 60∼90중량부인 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 주성분 고무는 스티렌-부타디엔 고무로서, 구체적으로는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무와 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 혼합사용한다.

보다 구체적으로는, 스티렌 함량이 35∼45중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무를 전체 고무 조성 중 55∼85중량부(가공오일 37.5% 혼입)로 사용하고, 스티렌 함량 20중량%이고 부타디엔부의 비닐 결합 함량이 부타디엔부 전체 함량 중 60중량%인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 전체 고무 조성 중 20∼40중량부로 사용한다.

용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용할 경우 유화중합 스티렌-부타디엔 고무만을 사용한 것에 비하여 0℃에서의 동적손실계수와 제동성능은 향상된다. 그러나, 최고 랩 타임에 도달하는 데 걸리는 시간은 유화중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용한 것에 비하여 달라지지는 않는다.

이를 보완하기 위해서, 본 발명에서는 카본블랙을 종래의 것에 비하여 입경이 작은 것을 사용한다.

구체적으로, 본 발명에서 사용된 카본블랙은 질소흡착 비표면적 135∼155㎡/g 이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본블랙 55∼85중량부로서, 통상 질소흡착 비표면적이 100㎡/g인 것보다 그 입자경이 작다.

이와같이 입자경이 작은 카본블랙을 사용할 경우 최고 랩 타임에까지 도달하는 데 걸리는 시간이 짧아진다.

입자경이 작은 카본블랙의 첨가량은 전체 고무 조성 중 55∼85중량부인 것이 바람직한 바, 과다하게 사용할 경우 발열상승 속도는 유리하나 젖은 노면에서의 제동성능을 떨어뜨린다.

이와 더불어, 발열상승 속도를 향상시키기 위해서, 본 발명에서는 전체 고무 조성 중 배합되는 방향족 가공오일의 첨가량을 통상의 것에 비하여 늘려 전체 고무 조성중 90∼110중량부 되도록 첨가한다.

그런데, 방향족 가공오일의 첨가량이 이보다 과다할 경우 젖은 노면에서의 제동성이 불리해진다.

또한, 본 발명에서는 카본 블랙과 가공 오일의 첨가로 인한 동적손실계수의 손실을 줄이기 위해서 상기 용액중합 스티렌-부타디엔 고무의 사용과 더불어 동적 손실계수 향상에 유리한 실리카 충진제를 첨가한다.

구체적으로, 본 발명에서 사용된 실리카는 질소 흡착 비표면적 155∼190㎡/g이고 CTAB 150∼190㎡/g인 실리카를 전체 고무 조성중 20∼40중량부 되도록 첨가한다.

그런데, 실리카를 40중량부를 초과하여 과다하게 첨가하면 발열상승 속도면에서는 유리하나 젖은 노면에서의 제동성능 면에서 불리하다.

그리고, 실리카를 첨가함에 따라 본 발명에서는 고무와 실리카에 동시에 반응할 수 있는 커플링제를 첨가하는 바, 구체적으로는 비스(3-트리에톡시 실릴 프로필 테트라설파이드) 또는 머캅토 프로필 트리에톡시 실란을 첨가한다. 이때, 커플링제의 첨가량은 전체 고무 조성 중 3.0∼6.5중량부인 것이 바람직하다.

그밖에 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에는 통상의 트레드용 고무 조성물에 첨가되는 첨가제를 포함할 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼2 및 비교예 1∼5

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 통상의 방법에 따라 고무 조성물을 배합하였다. 그리고, 통상의 고속 주행용 타이어 트레드용 고무 조성물도 다음 표 1에 예시하였다.

(단위: 중량부)
	종래	실시예1	비교예
			1	2	3	4	5	6
마스터배치	76	76	76	76	76	76	76	76
고무	E-SBR	110	68.75	89.34	68.75	68.75	68.75	68.75	68.75
	S-SBR	-	30	15	30	30	30	30	30
카본블랙	(1)	67	-	67	67	-	-	-	-
	(2)	-	67	-	-	67	67	67	67
실리카	-	30	-	-	-	45	-	15
가공오일	19.5	56.25	25.16	30.75	19.5	70.25	56.25	42.25
커플링제	-	4.8	-	-	-	7.2	-	2.4
산화아연	3	3	3	3	3	3	3	3
노화방지제	5	5	5	5	5	5	5	5
유화	2	2	2	2	2	2	2	2
가류촉진제	3	3	3	3	3	3	3	3
총 충진제 함량	95	125	95	95	95	140	125	110
총 가공오일 함량	77.5	103	77.5	77.5	77.5	117	103	89
(주)마스터배치: 스티렌 함량이 40중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부, 질소흡착 비표면적 147㎡/g이고 DBP 흡유량 130cc/100g인 카본블랙 140중량부 및 방향족 가공오일 140중량부로 이루어진 polymer/carbon black/oil wet master batchE-SBR: 스티렌 함량이 40중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무로서, 가공오일 37.5중량부 혼입되어 있음.S-SBR: 스티렌 함량 20중량%이고 부타디엔부의 비닐 결합 함량이 부타디엔부 전체 함량 중 60중량%인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무카본블랙(1): 질소흡착 비표면적 96㎡/g 이고 DBP 흡유량 120cc/100g인 카본블랙카본블랙(2): 질소흡착 비표면적 140 ㎡/g이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본블랙실리카: 질소 흡착 비표면적 175㎡/g이고 CTAB 165㎡/g인 실리카커플링제: 상품명 X50S(비스(3-트리에톡시 실릴 프로필 테트라설파이드) 또는 머캅토 프로필 트리에톡시 실란

실험예

상기 실시예 1 및 비교예 1∼6에 따라 제조된 고무에 대하여 제동성능의 예측이 가능한 동적손실계수값(tanδ)과 시험용 타이어에 대한 젖은 노면의 일정 서킷 주행시 걸리는 랩타임, 및 젖은 노면에서의 제동거리를 시험하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

동적손실계수(0℃ tanδ)는 0.5% 인장으로 10Hz Frequecy로 측정한 값이며, 측정 방법은 Temperature Sweep 방식으로 토션 타입의 점탄성 시험기를 사용하였다. 0℃ tanδ는 젖은 노면에서의 제동거리에 미치는 영향에 대한 실험적 데이터로서, 값이 클수록 젖은 노면에서의 제동거리를 짧아지는 경향을 나타낸다.

그리고, 실차 젖음 제동거리 지수는 타이어를 실제 차량에 취부하여 젖은 노면에서 60km/hr 속도에서의 제동시 측정되는 제동거리를 지수로 환산한 값으로서, 종래의 것을 100으로 하고 상대적 값으로 나타낸 것이며, 이 지수가 클수록 젖음 제동성능이 유리함을 나타낸다. 이때, 제조 타이어는 205/50R 15Z이다.

그리고, 최고 랩 타임까지 도달하는 데 걸리는 랩 수는 타이어를 실체 차량에 취부하여 일정한 젖은 노면의 서킷 주행시 걸리는 시간 중 최단시간에 도달하는 데(best lab time) 필요한 랩 수를 의미하는 것으로, 이 값은 트레드 고무의 발열상승 속도를 측정할 수 있는 데이터이며, 랩수가 적을수록 발열상승 속도가 빠른 것을 나타낸다. 이때, 제조 타이어는 205/50R 15Z이다.

	종래	실시예1	비교예
			1	2	3	4	5	6
0℃ tanδ	0.410	0.440	0.419	0.431	0.390	0.425	0.389	0.428
실차 젖음 제동거리 지수	100	113	102	108	94	103	95	105
최고 랩타임까지 도달하는데 걸리는 랩수	10	3	10	9	6	2	2	5

상기 표 2의 결과로부터, 용액중합 SBR을 사용한 비교예 1과 2의 경우는 종래의 것에 비하여 0℃에서의 동적손실계수와 실차 젖음 제동거리 지수가 높았으나, 최고 랩타임까지 도달하는 데 걸리는 랩수는 종래와 비슷한 수준으로서 발열상승 속도면에서는 개선되지 않았음을 알 수 있다.

그리고, 비교예 3의 경우, 용액중합 SBR을 사용하고 입경이 작은 카본블랙을 첨가함으로써 최고 랩타임까지 도달하는 데 걸리는 랩수는 짧아지나, 0℃에서의 동적손실 계수값이 종래의 것에 비하여 작음을 알 수 있다.

그러나, 본 발명 실시예 1과 비교예 6의 경우는, 종래에 비하여 입경이 작은 카본블랙을 사용하고, 실리카나 가공오일을 증량함으로써 최고 랩타임까지 도달하는 데 걸리는 랩수가 짧아지고, 아울러 용액중합 SBR 및 실리카를 사용함으로써 젖음제동성능도 향상됨을 알 수 있다. 그러나, 실리카의 함량이 15중량부인 비교예 6에 비하여 그 함량이 30중량부인 실시예 1이 가장 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.

반면, 비교예 4의 경우는 실리카를 과다하게 첨가함으로 인해, 그리고 비교예 5의 경우 역시 지나치게 카본블랙과 가공오일을 첨가함으로 인해서 발열상승 속도면에서는 실시예 1에 비하여 유리하나, 젖은 노면에서의 제동성면에서는 불리함을 나타내었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 통상의 타이어 트레드 고무 조성물에 투입되는 카본블랙에 비하여 입경이 작은 카본블랙을 사용하고 가공오일의 첨가량을 늘리고, 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 유화중합 스티렌-부타디엔 고무와 혼용하고, 실리카를 충진제로서 첨가한 고무 조성물의 경우, 발열상승 속도를 향상시키고, 동적손실계수 또한 향상시켜 젖은 노면에서의 그립력은 유지하면서 동시에 젖은 노면에서의 최고 그립력이 빠른 시간에 나타나도록 함으로써 젖은 노면에서의 고속 경주용 타이어 트레드용 고무로 적합하다.

Claims (2)

1. (정정)스티렌 함량이 35∼45중량%인유화중합 스티렌-부타디엔 고무 55∼85중량부(가공오일 37.5% 혼입);

   스티렌 함량이 40중량%인유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100중량부, 질소흡착 비표면적 135∼155㎡/g이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본블랙 140중량부 및 방향족 가공오일 140중량부로 이루어진 마스터 배치 60∼90중량부;

   스티렌 함량이 20중량%이고, 부타디엔부의 비닐 결합 함량이 전체 부타디엔부 함량 중 60중량%인용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20∼40중량부;

   질소흡착 비표면적 135∼155㎡/g 이고 DBP 흡유량 120∼140cc/100g인 카본블랙 55∼85중량부;

   질소 흡착 비표면적 155∼190㎡/g이고 CTAB 150∼190㎡/g인 실리카 20∼40중량부; 및

   커플링제로 이루어지되,

   고무 중 함유된 총 방향족 가공오일의 함량이 90∼110중량부인 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 커플링제는 비스(3-트리에톡시 실릴 프로필 테트라설파이드) 또는 머캅토 프로필 트리에톡시 실란인 것임을 특징으로 하는 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물.