KR100364956B1 - 크라운 센터에 보강고무층을 도입한 공기압 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성이 아주 강하고 손실에너지가 아주 작도록 원료고무로서 천연고무를 사용하고, 다량의 가류제와 실리카를 사용한 고무 조성물을 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 보강고무층으로 도입한 타이어에 관한 것으로서, 이는 저연비 특성이 우수하고 접지장의 유효면적이 증가되어 제동특성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

Description

크라운 센터에 보강고무층을 도입한 공기압 타이어{Pneumatic tire}

본 발명은 크라운 센터를 중심으로 하여 보강고무층을 도입한 공기압 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄성성질이 높고 에너지 손실이 작은 보강고무층을 도입함으로써 회전저항을 효과적으로 줄일 수 있고 제동성능이나 마모성능을 유지할 수 있는 공기압 타이어에 관한 것이다.

최근 타이어 산업의 발전 경향을 보면, 저연비, 저회전저항, 그리고 환경친화적인 제품을 생산하기 위해 기술력을 확대해오고 있다.

최초의 관심은 보강제로 가장 널리 사용되는 카본블랙과 폴리머와의 상호작용력을 향상시키기 위한 노력이었다. 그러나, 실리카는 극성이 강하므로, 비극성인 고무와의 혼화성 측면에서 용이하지 않았다. 이에 대한 대안으로 커플링제를 도입함으로써 실리카와 폴리머의 상호작용력을 향상시킬 수 있었으며, 이로부터 실리카를 응용한 타이어 기술은 비약적으로 발전하기 시작하였다.

또한, 구조적인 측면에 있어서는, 트레드를 적층 구조로 하여 지면과 닿지 않는 부위의 고무에 손실에너지가 작은 컴파운드를 사용하여 전체적인 회전저항을 줄여주는 연구결과도 보고되어 있다.

그러나, 종래 기술의 경우 원하는 회전저항수준으로 타이어를 설계하게 되면 타이어의 다른 특성들이 떨어지는 결과를 가져오는 단점이 있었다.

종래 기술에서 보강층 구조를 트레드에 도입한 예도 있으나, 보강층 구조를 회전저항에 이용하는 기술은 없었다.

이에, 본 발명자들은 종래 보강층 구조를 도입한 트레드 구조에 있어서의 문제점을 해결하기 위해 연구노력하던 중, 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 소폭의 특별한 보강고무층을 삽입한 결과, 크라운 센터부의 손실에너지를 효과적으로 줄여주고 또한 보강효과를 이용하여 접지장의 크기를 넓혀서 제동특성이나 마모특성을 개선할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 공기압 타이어의 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 탄성성질이 높고 에너지 손실이 작은 보강고무층을 삽입함으로써 회전저항을 효과적으로 줄일 수 있고, 타이어의 기타 다른 성능의 저하를 막을 수 있는 공기압 타이어를 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기압 타이어는 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 폭 20∼100mm 되도록 보강고무층이 형성되며, 상기 보강 고무층은 천연고무 100중량부, 실리카 30∼80중량부, 황 3∼7중량부 및 가류촉진제 0.8∼2중량부를 포함하는 고무 조성물로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 별도의 보강고무층을 도입한 공기압 타이어의 단면을 나타낸 것이다.

*도면 주요부호에 대한 상세한 설명*

11 - 트레드부 12 - 벨트부

20 - 보강고무층

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따라 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 별도의 보강고무층을 도입한 공기압 타이어의 구조를 개략적으로 나타내면 도 1과 같다.

도 1에 나타낸 바와 같이 트레드부(11)와 벨트부(12) 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 별도의 보강고무층(20)을 형성하였는 바, 보강 고무층의 폭은 20∼100mm인 것이 바람직하다.

만일, 크라운 센터를 중심으로 한 보강 고무층의 폭이 20mm 보다 좁게 형성되면 좌골 현상의 발생을 유발하고, 100mm보다 넓게 형성되면 언더 트레드와 같은 역할을 하게된다.

본 발명의 보강고무층(20)은 천연고무를 원료고무로 하고, 카본블랙 대신에 실리카를 충전제로 사용하였으며, 다량의 가류촉진제를 첨가한 고무 조성물로 제조된 것으로, 구체적인 고무 조성은 천연고무 100중량부, 실리카 20∼80중량부, 황 3∼7중량부 및 가류촉진제 0.8∼2중량부를 포함한다. 여기에, 통상의 고무 배합제인산화아연, 스테아린산, 커플링제 등이 첨가될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 보강고무층(2)을 이루는 고무 조성물에 있어서, 실리카는 침강성 실리카로서, BET 비표면적 125∼400㎡/g이며, CTAB 비표면적 125∼400㎡/g이고, DOP값이 400㎖/100g 이하인 것이 바람직하다.

이와같은 실리카의 함량은 보강고무층 고무 조성물의 원료고무 100중량부에 대하여 30∼80중량부인 바, 만일 그 함량이 30중량부 미만이면 보강성이 너무 약해서 변형히 심해서 그 부위에 크랙 발생 요인이 되고, 80중량부를 초과하면 적정 탄성 범위를 초과하고 가공시에 문제를 일으킨다.

그리고, 황의 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 3∼7중량부인 바, 만일 황의 함량이 원료고무 100중량부에 대하여 3중량부 미만이면 원하는 경도를 얻을 수 없고, 7중량부 초과면 신장율이 급격히 저하하여 파괴 강도가 작아지는 문제가 있다.

가류촉진제는 원료고무 100중량부에 대하여 0.8∼2중량부로 첨가되는 바, 만일 그 함량이 0.8중량부 미만이면 가류 속도가 늦어져서 미가류가 발생하고, 2중량부 초과하면 스코치가 발생하게 된다.

이와같은 고무 조성물은 기존의 조성물에 비해서 60℃ tanδ값이 낮으며, 0℃ tanδ값이 높다. 즉, 회전저항특성이나 제동특성이 우수하다.

이와같은 고무 조성물을 타이어 트레드와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 보강 고무층으로 도입하면, 저연비 특성을 향상시킬 수 있고 접지장의 유효면적을 증가시켜 제동특성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

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

제조예 1 및 비교제조예 1∼4: 보강고무층 고무조성물의 제조

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합비로 밴버리 믹서에서 배합한 후 일정온도에서 방출하여 고무 조성물을 제조하였다.

구체적으로, 원료고무 2/3에 해당하는 보강제 및 커플링제, 산화아연, 및 스테아린산을 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다. 상기 배합고무에 1/3의 보강제 및 커플링제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 160℃에서 방출하였다. 그리고, 여기에 가황제 및 가류촉진제를 첨가하여 밴버리 믹서에서 혼합한 후 1분 30초 후에 방출하였다.

이와같은 방법으로 제조된 고무 제품에 대하여 물성을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

	제조예 1	제조비교예
		1	2	3	4
천연고무	100	100	100	100	100
카본블랙(N326)	-	52	-	20	-
실리카 a	-	-	-	-	50
실리카 b	57	-	57	40	-
커플링제(Si-69)	3.4	-	3.4	3.4	3.4
산화아연	6	6	6	6	6
스테아린산	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2
산화방지제	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
유황	4.5	4.5	2	4.5	4.5
가류촉진제(TBBS)	1.4	1.4	1.5	1.4	1.4
(주)실리카 a: BET 비표면적 180 ㎡/g이며, CTAB 비표면적 160㎡/g이고, DBP값이 180㎖/100g 인 실리카, Ultrasil VN3(데구사 제품)실리카 b: BET 비표면적 146㎡/g이며, CTAB 비표면적 148㎡/g이고, DBP값이 200㎖/100g 이하인 실리카, Zeosil 1165MP(Rhodia 제품)

	제조예 1	제조비교예
		1	2	3	4
100% 모듈러스(MPa)	6.1	6.0	5.3	4.5	6.2
300% 모듈러스(MPa)	10.8	12.0	10.1	10.2	11.6
신장률(%)	485	480	510	540	495
0℃ tanδ	0.585	0.583	0.575	0.599	0.591
60℃ tanδ	0.069	0.116	0.103	0.121	0.113

상기 표 2의 결과에서 0℃ tanδ값은 제동특성을 나타내는 것으로, 그 수치가 높을수록 성능이 우수함을 나타내며, 60℃ tanδ값은 회전저항 특성을 나타내는 것으로, 그 수치가 낮을수록 성능이 우수함을 나타낸다.

이와같은 점을 감안하여 볼 때, 제조예 1의 조성이 저회전저항 성능을 나타내면서, 제동특성이 우수함을 알 수 있다.

이와같은 결과는, 고무로서 천연고무를 사용하고, 가류제를 다량 첨가하여 탄성성질이 유지되면서도, 실리카를 첨가하여 손실에너지를 줄인 결과이며, 기본적으로 피로특성이나 인장특성은 유지되었다.

실시예 1∼3 및 비교예 1

P215/70R15 규격으로 타이어를 제조하였으며, 도 1에 나타낸 바와 같은 구조를 갖도록 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 상기 제조예 1의 고무로 된 보강층(20)을 도입하였다.

비교예 1의 경우는 고무보강층을 도입하지 않은 것이고, 실시예 1∼3은 보강고무층의 폭을 다음 표 3에 나타낸 바와 같이 변경한 것이다.

실차 측정에서 저연비특성, 젖은노면 제동특성 및 접지장의 면적을 측정하여 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1
크라운부 보강고무층	폭 25mm	폭 45mm	폭 65mm	-
저연비 특성	102	105	104	100
젖은노면 제동특성	101	103	101	100
접지장의 면적	108	115	111	100

상기 표 3의 결과에 있어서 각 수치는 비교예 1의 타이어를 100으로 보고 상대수치로서 기재한 것으로서, 접지장의 유효면적을 증가시켜 결과적으로 제동특성이 향상되었으며, 저연비특성 또한 향상되었음을 알 수 있다. 특히, 폭이 45mm 정도일 때 회전저항 성능이 가장 우수하였으며, 접지장 면적도 15% 정도 증가하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 탄성이 아주 강하고 손실에너지가 아주 작도록 원료고무로서 천연고무를 사용하고, 다량의 가류제와 실리카를 사용한 고무 조성물을 트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 보강고무층으로 도입한 타이어는 저연비 특성이 우수하고 접지장의 유효면적이 증가되어 제동특성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. (정정)트레드부와 벨트부 사이에 크라운 센터를 중심으로 하여 폭 20∼100mm 되도록 보강고무층이 형성되며,상기 보강고무층은 천연고무 100중량부,실리카 30∼80중량부, 황 3∼7중량부 및 가류촉진제 0.8∼2중량부를 포함하는 고무 조성물로 이루어진 것임을 특징으로 하는 공기압 타이어.
2. (삭제)
3. 제 1 항에 있어서, 보강고무층에 있어서 실리카는 침강성 실리카로서, BET 비표면적 125∼400㎡/g이며, CTAB 비표면적 125∼400㎡/g이고, DOP값이 400㎖/100g 이하인 것임을 특징으로 하는 공기압 타이어.