KR100411013B1 - 카카스 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카카스 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 공지의 승용차 및 경트럭용 카카스 고무조성물에 있어서, 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr로 이루어진 2원 원료고무 또는 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr 및 부타디엔 고무 20 phr 이내로 함유한 3원 원료고무 100 phr에 대하여 카본블랙 40∼62 phr, 아연염 또는 칼슘염 0.5∼4 phr, 촉진제 0.5∼1.5 phr 포함하는 것을 특징으로 하는 승용차 및 경트럭용 카카스 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 상기의 승용차 및 경트럭용 카카스 고무조성물을 제공함으로써 점도를 낮춰 생산성을 향상시키고 카카스 험프 부위의 사고를 억제하여 타이어의 내구성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

Description

카카스 고무조성물{Carcass Rubber composition}
본 발명은 카카스 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 공지의 승용차 및 경트럭용 카카스 고무조성물에 있어서, 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr로 이루어진 2원 원료고무 또는 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr 및 부타디엔 고무 20 phr 이내로 함유한 3원 원료고무 100 phr에 대하여 카본블랙 40∼62 phr, 아연(Zn)이 4∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 아연염 또는 칼슘(Ca)이 3∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 칼슘염 0.5∼4 phr, 촉진제 0.5∼1.5 phr, 유황 1∼4 phr 포함하는 것을 특징으로 하는 승용차 및 경트럭용 카카스 고무조성물에 관한 것이다.
일반적인 승용차와 경트럭용 타이어의 카카스에 사용하는 코드의 종류는 폴리에스터와 레이욘이나 이중에서 겸용으로 사용되는 코드는 폴리에스터이며 한 장 또는 두 장을 사용하는 것이 현재의 기술이다.
이러한 카카스 코드와 카카스 코드를 둘러싸고 있는 고무복합체는 타이어의기본강도를 지지하고 있어 인체로 비유하자면 뼈대와 같은 역할을 하기 때문에 매우 중요하며 차량의 용도에 따라 그 요구특성이 다소간 변화되어야 한다.
승용차의 경우 속도가 빨라야 하고 차량의 무게가 적기 때문에 변형이 적어야 하고 회복력이 빨라야 하며, 경트럭의 경우 화물에 의한 하중의 부담이 커서 변형이 심하고 고하중에 의한 발열량이 많기 때문에 이러한 변형 및 열발생량을 고려한 타이어 카카스 고무가 필요하다.
하중이 무거워지고 비포장도로의 험함 도로를 달리는 경우 타이어의 변형이 심하여 비드 상단 카카스 끝단에 해당하는 험프(hump : carcass turn up height area) 부위가 변형이 많아져 열이 심하게 발생하고 층이 분리되는 사고가 발생하는 것이 현실이다. 이 경우 코드를 싸고 있는 카카스 고무의 고온 내열특성이 부족하여 강도하락을 유발함이 원인으로 알려져 있으며, 이러한 문제가 점차 보완이 되었으나 타이어의 경량화가 가속화되고 차량의 고급화가 진행되면서 보다 안정된 타이어의 성능을 제공하기 위해서 고무점도가 하락으로 공정이 원활해짐에 따라 대량생산이 손쉬우면서도 내열특성이 우수한 카카스 고무가 요구되고 있다.
현재 카카스 고무는 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무를 일정비로 사용하는 3원 혼합방식과 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무를 사용하는 2원 혼합방식을 적용하는데 2원 혼합방식의 경우 내열특성이 미흡하고, 3원 혼합방식은 점도가 높아 가공성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 공지의 카카스 고무조성물에 있어서, 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr로 이루어진 2원 원료고무 또는 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr 및 부타디엔 고무 20 phr 이내로 함유한 3원 원료고무 100 phr에 대하여 카본블랙 40∼62 phr, 아연(Zn)이 4∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 아연염 또는 칼슘(Ca)이 3∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 칼슘염 0.5∼4 phr, 촉진제 0.5∼1.5 phr, 유황 1∼4 phr 포함하여 일반 가교시스템을 갖는 승용차 및 경트럭용 카카스 고무조성물을 제공함으로써 점도를 낮춰 생산성을 향상시키고 카카스 험프 부위의 사고를 억제하여 타이어의 내구성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 승용차 및 경트럭용 카카스 고무조성물은 공지의 카카스 고무조성물에 있어서, 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr의 2원 원료고무 또는 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr 및 부타디엔 고무 20 phr 이내로 이루어진 3원 원료고무 100 phr에 대하여 카본블랙 40∼62 phr, 아연(Zn)이 4∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 아연염 또는 칼슘(Ca)이 3∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 칼슘염 0.5∼4 phr, 촉진제 0.5∼1.5 phr, 유황 1∼4 phr 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 천연고무는 무니점도(Mooney ML1+4)가 60∼75인 것을 사용하는데고, 무니점도가 60 미만이면 원료고무의 점도가 너무 낮아 공정성에 좋지 않은 문제가 있고, 75 초과하면 원료고무의 점도가 높아 역시 공정성에 좋지 않은 문제가 있어 천연고무의 무니점도는 60∼70인 것을 사용하는 것이 좋다.
카본블랙은 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP) 흡수가 70∼125cc/100g, 요오드 흡착가 30∼85mg/g인 것을 사용하는데 본 발명에서 실험적으로 상기와 같은 수치의 DBP 흡수가 및 요오드 흡착가의 카본블랙을 사용시 고무의 물성이 우수하기 때문이다.
촉진제는 벤조티아질설판아미드(benzothiazylsulfanamide) 또는 디벤조티아질디설파이드(dibenzothiazyldisulfanamide)인 것을 사용한다.
한편 본 발명에서 사용하는 아연염 또는 칼슘염은 고무의 점도를 안정화하거나 고무의 점도를 낮게 유지하면서 내열특성에 영향을 주는 역할을 하는데 이러한 아연염 또는 칼슘염을 원료고무 100 phr에 대하여 0.5 phr 미만 사용시에는 고무의 점도를 안정화 시키거나 고무의 점도를 낮추기 어려운 문제가 있고, 4 phr 초과사용시에는 아연염 또는 칼슘염의 사용량 증가에 따른 고무의 안정화에 커다란 차이가 없어 비용절감의 측면에서 바람직하지 못하여 본 발명에서는 아연염 또는 칼슘염은 0.5∼4 phr로 사용하는 것이 좋다.
상기와 같은 카카스 고무조성물에 의한 본 발명의 카카스 고무는 무니점도(Mooney ML1+4)가 40∼60, 300% 모듈러스는 90∼125kgf, 인장강도는 170∼250kgf를 유지하면서 파괴시 신율은 400% 이상을 유지한다.
경도는 JIS 경도계로 55∼60을 유지하면서 공정특성을 대변하는 부분가교가발생하는 시간인 스코치(scorch) 시간은 15∼22분, 폴리에스터 1500D/2P 코드와의 접착력은 H-test 방법으로 측정시 13kgf 이상을 나타낸다.
또한 이러한 특성을 지닌 카카스용 고무를 타이어에 적용하여 압연시 압연두께는 1.0∼1.35mm를 유지하고, 타이어상의 두께는 0.8∼1.12mm를 유지한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
<비교예>
아래의 표 1과 같이 원료고무로 천연고무(NR) 65 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20 phr, 부타디엔 고무 15 phr로 이루어진 원료고무 100 phr에 대하여 카카스 고무조성물에서 통상적으로 사용하는 카본블랙 45 phr, 산화아연 5 phr, 노화방지제 2 phr, 유황 3.5 phr, 스테아린 산 2 phr, 접착제 1.5 phr, 촉진제 1.5 phr을 160℃에서 30분 동안 가류하여 카카스 고무시편을 제조하였다.
<실시예 1>
아래의 표 1과 같이 천연고무(NR) 80 phr, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 20 phr로 이루어진 원료고무 100 phr에 대하여 카카스 고무조성물에서 통상적으로 사용하는 산화아연 5 phr, 노화방지제 2 phr, 유황 3 phr, 스테아린 산 2 phr, 접착제 1.5 phr 및 촉진제로 벤조티아질설판아미드 0.9 phr, 카본블랙 45 phr, 아연 함량이 6%이며 C16의 유기물로 이루어진 아연염 2 phr 첨가한 후 160℃에서 30분 동안 가류하여 카카스 고무시편을 제조하였다.
상기에서 천연고무는 무니점도(Mooney ML1+4)가 60∼75인 것을 사용하였고, 카본블랙은 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP) 흡수가 70∼125cc/100g, 요오드 흡착가 30∼85mg/g인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
아래의 표 1과 같이 천연고무(NR) 70 phr, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 30 phr로 이루어진 원료고무 100 phr에 대하여 카카스 고무조성물에서 통상적으로 사용하는 산화아연 5 phr, 노화방지제 2 phr, 유황 3 phr, 스테아린 산 2 phr, 접착제 1.5 phr 및 촉진제로 벤조티아질설판아미드 0.8 phr, 카본블랙 48 phr, 아연 함량이 6%이며 C16의 유기물로 이루어진 아연염 2 phr을 첨가한 후 160℃에서 30분 동안 가류하여 카카스 고무시편을 제조하였다.
천연고무는 무니점도(Mooney ML1+4)가 60∼75인 것을 사용하였고, 카본블랙은 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP) 흡수가 70∼125cc/100g, 요오드 흡착가 30∼85mg/g인 것을 사용하였다.
<실시예 3>
아래의 표 1과 같이 천연고무(NR) 60 phr, 스티렌 부타디엔(SBR) 고무 25phr, 부타디엔 고무(BR) 15 phr로 이루어진 원료고무 100 phr에 대하여 카카스 고무조성물에서 통상적으로 사용하는 산화아연 5 phr, 노화방지제 2 phr, 유황 3 phr, 스테아린 산 2 phr, 접착제 1.5 phr 및 촉진제로 벤조티아질설판아미드 1.2 phr, 카본블랙 48 phr, 아연 함량이 6%이며 C16의 유기물로 이루어진 아연염 2 phr을 160℃에서 30분 동안 가류하여 카카스 고무시편을 제조하였다.
천연고무는 무니점도(Mooney ML1+4)가 60∼75인 것을 사용하였고, 카본블랙은 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP) 흡수가 70∼125cc/100g, 요오드 흡착가 30∼85mg/g인 것을 사용하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물(단위 : phr)
항 목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
천연고무 65 80 70 60
스티렌 부타디엔 고무 20 20 30 25
부타디엔 고무 15 - - 15
산화아연 5 5 5 5
노화방지제 2 2 2 2
유황 3 3 3 3
스테아린 산 2 2 2 2
접착제 1.5 1.5 1.5 1.5
촉진제 1.0 0.9 0.8 1.2
카본블랙 40 45 48 48
아연염 - 2 2 2
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에 의한 고무시편을 ASTM 관련규정에 의하여 무니점도(Mooney ML1+4), 경도(JIS), 300% 모듈러스(kgf), 인장강도(kgf), 신율(%), 초기 점착특성 및 노화 후 점착특성에 대하여 측정하여 그 결과를 아래의표 2에 정리하여 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무시편의 물성측정 결과
항 목 종래기술 실시예 1 실시예 2 실시예 3
무니점도(Mooney ML1+4) 54 41.2 44.1 41.0
경도(JIS) 53 58 59 58
300% 모듈러스(kgf) 105 119 120 115
인장강도(kgf) 161 181 184 178
신율(%) 411 416 404 414
접착특성(초기)* 11.25 13.22 13.48 13.21
접착특성(노화후)** 10.28 12.57 12.18 12.11
* 점착특성 초기는 H-test 법을 이용하여 폴리에스터 1500D/2P 코드를 177℃에서 12분 동안 가류하여 측정한 것임
** 점착특성 노화는 점착특성 초기 후 105℃의 오븐에서 3일 동안 노화한 것을 측정한 것임
상기 표 2의 비교예 및 실시예의 물성 측정결과에서처럼 종래 카카스 고무조성물에 의한 비교예의 시편 보다 본 발명에 의한 카카스 고무조성물을 나타내는 실시예의 시편이 무니점도, 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신율(%), 초기 점착특성 및 노화 후 점착특성이 동등하거나 우수함을 알 수 있다.
이처럼 우수한 특성을 나타내는 본 발명의 카카스 고무조성물에 의한 카카스고무를 사용함으로써 카카스 험프(hump) 부위의 사고를 억제하고 플라이간 분리현상을 억제함으로써 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있으며 또한 가공시 점도를 낮출 수 있어 생산성의 향상에도 기여할 수 있다.

Claims (4)

  1. 공지의 카카스 고무조성물에 있어서,
    천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr로 이루어진 2원 원료고무 또는 천연고무 60∼80 phr, 스티렌 부타디엔 고무 20∼40 phr 및 부타디엔 고무 20 phr 이내로 이루어진 3원 원료고무 100 phr에 대하여 카본블랙 40∼62 phr, 아연(Zn)이 4∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 아연염 또는 칼슘(Ca)이 3∼8% 함유되고 C14∼C20의 유기물로 이루어진 칼슘염 0.5∼4 phr, 촉진제 0.5∼1.5 phr 포함하는 것을 특징으로 하는 카카스 고무조성물
  2. 제 1항에 있어서, 천연고무는 무니점도(Mooney ML1+4)가 60∼75인 것을 특징으로 하는 카카스 고무조성물
  3. 제 1항에 있어서, 카본블랙은 디부틸프탈레이트(dibutylphthalate, DBP) 흡수가 70∼125cc/100g, 요오드 흡착가 30∼85mg/g인 것을 특징으로 하는 카카스 고무조성물
  4. 제 1항에 있어서, 촉진제는 벤조티아질설판아미드(benzothiazylsulfanamide) 또는 디벤조티아질디설파이드(dibenzothiazyldisulfanamide)인 것을 특징으로 하는 카카스 고무조성물
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