KR100380761B1 - 비드 인슐레이션용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액상 천연 고무를 이용하여 가공성을 개선시키면서 요구 물성을 유지할 수 있는 비드 인슐레이션용 고무 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 비드 인슐레이션 고무 조성물은 평균 분자량이 20,000 내지 100,000 사이에 있는 액상 천연 고무 1 내지 30중량부와 일반적인 고상의 천연 고무 20 내지 80중량부, 폴리스티렌부타디엔 고무 30 내지 60중량부로 구성된 고무 기재 100중량부에 대해 카본블랙 60 내지 120 중량부, 경탄 5 내지 30중량부, 클레이 0 내지 30중량부, 유황 4 내지 10중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 고무 조성물임을 특징으로 한다.

Description

비드 인슐레이션용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR BEAD INSULATION}

본 발명은 비드 인슐레이션용 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 타이어의 비드란 자동차의 림 플랜지에 밀착되어지는 부분을 말하는 것으로 비드는 자동차에 부착된 타이어가 주행 중에 이탈하는 것을 방지하는 역할과 타이어 내부의 공기압을 유지시켜 주는 매우 중요한 부위이다.

이와 같이 림 플랜지에 견고하게 밀착된 상태로 장착되도록 하기 위해서는 강철선에 비드 인슐레이션(Bead Insulation) 고무를 토핑하여 이를 반복해서 감아 하나의 링으로 제조하여야 한다.

일반적으로 타이어의 비드부는 다수의 와이어가 합체되어 형성되는 비드 코어의 상면에 비드 필러를 설치하고, 비드 코어와 비드 필러의 외측에 카카스 플라이를 턴업시켜 구성되어 있는 바, 상기 비드 코어는 다수의 비드 와이어에 비드 인슐레이션 고무가 토핑, 권취 및 합체되어 그 외형이 사각 또는 육각의 형상을 이루도록 형성되는 것이다.

이 같이 형성된 비드 코어는 타이어 성형, 가류 후 차량에 장착되어 주행하는 과정에서 차량의 차체 중량과 운행 중 방향 전환 등에 의한 응력의 집중 및 카카스 장력의 지속적인 전달을 받음으로 인해 비드 와이어와 비드 와이어 간의 비드 인슐레이션 고무가 깨어지면서 비드 와이어의 접착력이 와해되어 합체된 비드 코어부의 비드 와이어가 서로 흐트러지고 인로 인해 비드 내구성이 현저히 저하되는 결점이 있다.

따라서 비드 인슐레이션 고무조성물의 경우는 타이어의 내구성을 유지하기 위해서는 높은 경도와 강도가 필요로 하는데 이를 위해서는 다량의 카본블랙과 유황을 첨부할 경우 보강 효과와 가교 밀도를 증가시켜 경도가 90 수준의 고경도 고무 조성물을 얻을 수 있지만, 이것은 가황전의 고무조성물이 매우 딱딱하여 반바리 혼합시 과다한 부하가 걸리거나 비드 와이어 토핑 작업 시 고무 조성물의 흐름성이 떨어져 비드와이어에 전체에 고른 토핑이 어려워 와이어 노출 현상이 나타나고, 또한 토핑시 고무조성물의 토핑 두께가 매우 얇음으로(통상 1mm미만) 인해 압출기를 이용한 토핑시 과다한 열 이력으로 인해 스코치 등의 불량이 다발하는 등의 문제점을 다량 내포하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기위한 종래의 기술로는 고무조성물의 무늬 점도를 낮추기 위해 액상 폴리이소프렌 고무를 사용하는 방안이 제시된 바 있지만(대한민국 특허출원 제 1997-038259호) 상기 방안은 반제품의 가공 형태가 압출기를 이용한 압출물 제조 방식이므로 비드 와이어 토핑시와 같이 얇은 두께의 고무조성물을 압연하는 것과는 고무에 가해지는 열이력과 고무 거동 양식에 있어서도 큰 차이를 보인다. 또한 액상 폴리이소프렌과 액상 천연고무에 있어서 비록 단량체 자체는 동일하지만 가류후 고무의 물성에 현저한 영향을 미치는 기하학적 이성질체인시스-(cis-)와 트랜스-(trans-)의 구성비측면에서 폴리이소프렌(시스- 함량 : 97% 미만)의 경우는 합성 과정을 거치면서 이소프렌의 시스-(cis-)와 트랜스-(trans-)의 구성비가 액상 천연고무(시스- 함량 : 98% 이상)와 차이를 보이므로 물성 측면에서도 큰 차이를 나타낼 뿐만 아니라 천연 고무를 기본 고무계로 한 고무조성물의 경우 천연 고무와의 상용성 측면에서도 액상 천연 고무 대비 불리한 경향을 보인다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 액상 천연 고무(Liquid Natural Rubber)를 이용하여 가공성을 개선시키면서 요구 물성을 유지할 수 있는 비드 인슐레이션용 고무 조성물을 제공하고자 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

본 발명의 비드 인슐레이션 고무 조성물은 평균 분자량이 20,000 내지 100,000 사이에 있는 액상 천연 고무 1 내지 30중량부와 일반적인 고상의 천연 고무 20 내지 80중량부, 폴리스티렌부타디엔 고무 30 내지 60중량부로 구성된 고무 기재 100중량부에 대해 카본블랙 60 내지 120 중량부, 경탄 5 내지 30중량부, 클레이 0 내지 30중량부, 유황 4 내지 10중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 고무 조성물임을 특징으로 한다.

본 발명의 비드 인슐레이션 고무 조성물에서 고무 기재는 평균 분자량이 20,000 내지 100,000 사이에 있고, 용액 점도가 35,000 내지 400,000 센티 포이즈인 액상 천연 고무 1 내지 30중량부, 일반적인 고상의 천연 고무 20 내지 80중량부, 폴리스티렌부타디엔 고무(이하 SBR이라 칭한다) 30 내지 60중량부로 구성되어 있다.

상기한 바와 같이 액상 천연 고무는 1 내지 30중량부가 바람직한데, 만일 상기 범위를 벗어날 경우에는 분자량이 작기 때문에 무늬 점도가 급격히 낮아져 혼합 가공 중 혼합 믹서의 내벽 등에 들러붙는 등의 작업성이 떨어지게 되고, 가공이 어려워질 뿐만 아니라 가류 후 강도와 모듈러스가 현격히 떨어지는 등의 물성이 저하되어 그 효과를 발휘하지 못하게 된다.

본 발명의 조성물은 상기 고무 기재 100중량부에 대해 요오드 흡착값이 20 내지 100 g/kg인 카본블랙 60 내지 120 중량부, 경탄 5 내지 30중량부, 클레이 5 내지 30중량부, 유황 4 내지 10중량부 및 통상의 첨가제로서 비열반응성 수지, 예를 들면 캐슈 개질된 페놀 수지 1 내지 15중량부, 수지가교제로서 헥사메톡시메틸멜라민 0.1 내지 10중량부를 배합하는 것이 가능하며, 추가로 점착부여제(파라피닉 수지류), 가류 촉진제(예를 들면, 산화아연, 스테아린산), 촉진조제(N-tert-부틸-2-벤조티아질-설펜아미드 : 이하 NS), 노화방지제 등을 첨가할 수 있다.

상기에서 유황으로는 통상적으로 고무 산업에 사용되는 천연 유황은 물론 고무에 첨가하여 석출을 방지하기 위해 만들어진 불용성 유황도 포함될 수 있고, 고무 기재 100중량부에 대해 4 내지 10중량부를 사용한다.

이와 같은 본 발명의 조성물은 기존의 조성물에 비해서 가황 전에는 낮은 무늬 점도를 가져 혼합 가공성이 향상되고, 비드 와이어 토핑 작업시 스코치 등의 불량 발생을 현저히 방지하게 되며, 기존에 비해서 흐름성을 용이하게 하여 비드 와이어 전체에 고른 토핑 및 을 가능하게 하는 반면에 가류 후에는 기존 고무와 동등 수준의 높은 강성을 갖는 장점을 지닌다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1 내지 2

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성과 조성비율에 따라 원료 고무와 첨가제들을 2.7ℓ의 반바리 믹서로 4분 30초 동안 혼합한 후, 이 혼합물에 가황 촉진제와 유황을 첨가하고 다시 반바리 믹서에서 2분간 혼합하여 고무 조성물을 얻었다.

얻어진 고무 조성물을 반바리 믹서를 사용하여 혼합한 다음 스팀 프레스를 사용하여 150℃에서 30분간 가류하여 목적하는 시험편을 제작하고, 제조된 고무 시트의 무늬 점도, 경도, 30％ 모더리스를 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

상기 무늬 점도는(ML1+4(125℃))는 KS의 M6605 미가류 고무 시험방법에 준하여 측정하였고, 경도는 KS의 M6784 가황고무의 경도시험법에 준하여 측정하였다. 30％ 모더리스는 KS의 M6788 가황고무의 인장시험법에 준하여 측정하였다.

비교예 1 내지 3

상기 실시예에서 액상 천연고무를 사용하지 않는 것 외에는 실시예와 동일하게 실시하여 고무 조성물을 얻었다.

얻어진 고무 조성물을 상기 실시예와 동일하게 시험편을 제작하고, 제조된 고무 시트의 무늬 점도, 경도, 30％ 모듈러스를 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

이들 물성에 대한 측정 방법도 상기 실시예와 동일하게 하였다.

(단위 : 중량부)

구분	실시예	비교예
	1	2	1	2	3
고상천연고무	45	40	50	10	40
SBR	50	50	50	50	50
액상천연고무	5	10		40
액상폴리이소프렌					10
산화아연	3	3	3	3	3
스테아린산	2	2	2	2	2
카본블랙	80	80	80	80	80
클레이	20	20	20	20	20
경탄	20	20	20	20	20
파라피닉 수지	5	5	5	5	5
노볼락 타입 수지	6	6	6	6	6
유황	8	8	8	8	8
헥사메톡시메틸멜라민	2	2	2	2	2
NS	1	1	1	1	1
ML1+4	68	64	76	52	72
경도	90	89	89	66	84
30％모듈러스(kg/㎠)	60	60	60	42	52

상기 표 1에 나타낸 것과 같이 액상 천연 고무를 사용한 본 발명의 경우인 실시예 1과 2의 경우 비교예 1의 고무 조성물에 비해 가황전의 무늬 점도가 낮아 가공성에 유리하게 나타난 반면, 가황 후의 경도나 모듈러스는 동등 수준의 결과를 나타내었다.

그러나, 비교예 2와 같이 액상 천연 고무를 30중량부 이상 초과 사용할 경우 무늬 점도의 지나친 저하를 가져오며, 가류후 강도와 모듈러스가 현격히 떨어지는 등의 물성이 저하되어 효과가 없어지게 된다.

비교 3에서와 같이 액상 폴리이소프렌을 동량(10중량부) 적용한 경우, 액상천연고무 대비 무늬 점도의 저하정도가 떨어짐을 알 수 있으며 고상 천연 고무계와의 상용성 저하로 인한 모듈러스도 현격히 저하됨을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 가황 전과 가황 후의 물성으로부터 명백하게 나타난 바와 같이 경도나 강도가 높은 물성을 얻기 위해서는 카본블랙과 유황을 다량으로 첨가해야 하는데 이 경우 무늬 점도가 높아져 혼합 가공성이 떨어질 뿐만 아니라 비드 와이어 토핑시 와이어의 노출이나 스코치 등의 발생으로 타이어의 물성에 현격한 저하를 가져오게 된다.

그러나, 고무 조성물에 액상 천연 고무를 첨가하게 되면 가류 후에는 기존 고무와 동등 수준의 높은 경도나 강성을 유지하면서도 가황 전에는 낮은 무늬 점도를 가져 혼합 가공성이 향상되게 되고, 비드 와이어 토핑 작업시 스코치 등의 불량 발생을 억제할 뿐만 아니라 기존의 고무 조성물 보다 고무의 흐름성을 용이하게 하여 비드 와이어 전체에 고른 토핑을 가능하게 하는 등 비드 인슐레이션 고무로서 적합한 조성물을 제공하게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 비드 인슐레이션 고무 조성물에 있어서, 액상 천연 고무 1 내지 30중량부와 일반적인 고상의 천연 고무 20 내지 80중량부, 폴리스티렌부타디엔 고무 30 내지 60중량부로 구성된 고무 기재 100중량부에 대해 카본블랙 60 내지 120중량부, 경탄 5 내지 30중량부, 클레이 0 내지 30중량부, 유황 4 내지 10중량부, 헥사- 또는 펜타-메톡시메틸멜라민과 같은 같은 수지가교제 0.1 내지 10중량부 및 통상의 첨가제로 이루어진 것을 특징으로 하는 비드 인슐레이션용 고무 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 액상 천연 고무는 중량 평균 분자량이 20,000 내지 100,000 사이에 있으며, 용액 점도가 35,000 내지 400,000 센티포이즈의 폴리머인 것을 특징으로 하는 비드 인슐레이션용 고무 조성물.