KR100425665B1

KR100425665B1 - 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100425665B1
Application number: KR10-2001-0073256A
Authority: KR
Inventors: 윤재헌
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2004-04-06
Also published as: KR20030042559A

Abstract

본 발명은 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 천연고무 100 중량부에 대하여 질소흡착 표면적이 70∼100 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 60∼100 ㎖/100g 인 카본블랙 40∼80 중량부, 디페닐아민계 노화방지제 1∼3 중량부 및 불용성 유황 2∼7 중량부로 이루어진 고무 조성물은 저발열 특성을 가질 뿐만 아니라, 더불어 디페닐아민계 화합물을 사용할 경우 노화방지제의 수명효율을 극대화하여 지속적인 내열노화성을 나타내므로, 차량의 높은 하중에 따른 가혹한 상태의 변형으로 인해 발생되는 열로 인한 노화를 줄일 수 있으며, 이에 따라 기계적 물성이 개선된 효과를 보인다.

Description

공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물{Rubber composition of run-flat tire for steel cord}

본 발명은 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디페닐아민계 노화방지제를 첨가함으로써 고무의 내열노화성을 향상시키고, 고무의 발열을 줄여 타이어의 내구 성능을 향상시킬 수 있는 고무 조성물에 관한 것이다.

공기입 타이어는 차량에 장착되어 사용하는 중에 높은 하중과 변형을 받게 된다. 특히, 타이어의 밸트부는 차량 하중의 대부분을 지지하고 있기 때문에 타 부위에 비하여 가혹한 상태의 변형을 견딜 수 있어야 한다.

그런데, 일반적인 고무는 점탄성 물질이므로 외부에서 이러한 변형이 가해지면 고무의 점성적인 특성에 의해 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 열은 고무의 비전도성 때문에 외부로 쉽게 전달되지 못하고 타이어의 내부에 축적되게 된다.

이와같이 축적된 열은 가류고무의 가교결합(특히 다중 유황결합) 및 주쇄의 고리를 절단하게 되고, 이로 인하여 생성된 활성 라디칼은 또다른 고무의 주쇄 또는 가교된 황의 결합을 공격하여 고무 주쇄의 길이를 감소시키고, 가교구조를 변화시켜 결과적으로 고무조성물의 물성을 저하시키게 된다.

특히, 가류 고무를 고온 하에서 장시간 사용하게 되면 고무의 열화 현상으로 고무의 물리적 성질이 변하게 된다. 여기서 물리적 성질의 변화란 고무의 신율의 감소와 모듈러스의 증가 또는 감소로 인한 파단 에너지의 감소, 내피로 성능의 저하 등을 말한다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 내열노화성이 우수한 노화방지제를 고무조성물에 배합하여 내열성을 향상시키는 방법을 사용하였다.

통상적으로 사용되는 노화방지제로는 내열노화성과 내오존성이 모두 우수한 N-1,3-디메틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민(이하, 6PPD 라 함) 또는 N-페닐-N-이소프로필-p-페닐렌디아민(이하, IPPD라 함)이 있다.

또한, 내오존성은 불리하나 상기 6PPD나 IPPD보다 가격이 저렴한 고분자화된 2,2,4-트리메틸-1,2,-디하이드로퀴놀린(이하, RD 라 함)이 있다.

한편, 타이어를 구성하는 부위중 외부에 노출되는 사이드월 또는 트레드를 구성하는 고무조성물은 저온에서의 내열성, 내오존성 및 내피로성과 같은 물성이 중요하기 때문에 6PPD 나 IPPD를 RD보다 다량 사용해 왔다.

반면에, 벨트부나 카카스부와 같이 내부에서 고온의 열을 견뎌야 하는 고무조성물은 내열노화성이 상대적으로 중요하기 때문에 RD를 다량 사용해 왔다.

특히, 타이어 벨트부는 사용중에 높은 하중과 변형을 받고 있으며, 외부에 노출되는 부위에 비하여 열의 축적이 많게 되고, 이렇게 축적된 열에 의해 고무의열화현상이 생기게 된다.

또한, 타이어의 벨트부는 높은 하중과 변형으로 인해 심한 피로를 받으므로 내피로성이 중요한 물성이 된다. 그러므로, 타이어 벨트부에 사용하는 노화방지제는 내열성과 내피로성이 우수하면서도 가격이 저렴하고 고무조성물의 발열을 줄일 수 있는 것이 가장 바람직한 것이다.

그러나, 지금까지는 내열노화성과 내피로성 및 내오존성 등이 모두 우수한 노화방지제는 아직 미흡한 실정이다.

이에 본 발명자들은 내열노화성과 내피로성이 우수하면서 저발열성 노화방지제를 찾기 위해 연구노력하던 중, 모노-큐밀레이티드 디페닐아민과 디-큐밀레이티드 디페닐아민으로 구성된 디페닐아민계 노화방지제를 타이어 트레드용 고무조성물에 첨가한 결과 내열노화성이 우수하고 저발열 특성을 가진 타이어를 제조할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 내열노화성과 내피로성이 우수하면서 저발열 특성을 나타낼 수 있는 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물은 천연고무 100중량부에 대하여 질소흡착 표면적이 70∼100 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 60∼100 ㎖/100g 인 카본블랙 40∼80 중량부, 디페닐아민계 노화방지제 1∼3 중량부 및 유황 2∼7 중량부을 함유한 공기입 타이어 스틸코드용 고무 조성물임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 보강제로서 카본블랙을 포함하는 공기입 타이어의 스틸코드용 고무조성물에 노화방지제, 유황 및 기타 첨가제를 첨가한 것이다.

본 발명의 공기입 타이어의 스틸코드용 고무조성물은 통상의 스틸코드 고무 조성에서와 같이 천연고무 100 중량부에 대하여 질소흡착 표면적이 70∼100 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 60∼100 ㎖/100g 인 카본블랙이 40∼80중량부로 포함된다.

한편, 본 발명에서는 노화방지제로서 다음 화학식 1로 표시되는 모노-큐밀레이티드 디페닐아민 10%와 화학식 2로 표시되는 디-큐밀레이티드 디페닐아민 90%로 이루어진 것을 사용하는 바, 그 함량은 상기 고무 100 중량부에 대하여 1∼3 중량부이다.

만일, 상기 노화방지제를 1 중량부 미만으로 사용하면 노화방지제로서의 효과가 현저히 감소하므로 고무의 노화를 충분히 억제하지 못하고, 3 중량부를 초과하여 사용하면 노화방지 효과의 증가가 미미하고 경제적으로 불리한 단점이 있다.

또한, 본 발명에서는 고무를 가황시키기 위하여 불용성 유황을 상기 고무 100 중량부에 대하여 2∼7 중량부로 사용할 수 있는 바, 만일 그 함량이 2 중량부 미만일 경우 고무의 가교결합이 충분치 않아 고무의 모듈러스가 저하될 뿐만 아니라 스틸코드와 고무간의 접착층의 형성이 미흡하여 타이어 주행시 내구성이 저하되는 문제가 있고, 7중량부를 초과할 경우 폴리설파이드 가교결합이 많이 형성되어 내열노화성이 불리해지므로, 이 또한 타이어의 내구성이 저하된다.

그밖에, 본 발명의 고무 조성물은 통상의 공기입 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 사용되는 첨가제를 사용할 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 및 비교예 1

다음 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분을 배합하여 고무 조성물을 제조하였다. 또한 실시예와 비교예에서 제조한 고무 시편을 150℃에서 30분간 가류시킨 다음 물성을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

조성	실시예 1	비교예 1
천연고무	100	100
카본블랙	60	60
불용성 유황	7	7
산화아연	5	5
스테아린산	0.6	0.6
코발트 나프터네이트	2	2
촉진제(N,N'-디사이클로헥실-2-벤조티아질 설펜아미드)	0.6	0.6
노화방지제	RD⁽¹⁾	0	1.0
	6PPD⁽²⁾	2.1	2.1
	디페닐아민계 노화방지제⁽³⁾	1.0	0
(주)(1) 2,2,4-프리메틸-1,2,-디하이드로퀴놀린(2) N-1,3-디메틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민(3) 모노 큐밀레이티드 디페닐아민 10%와 디 큐밀레이티드 디페닐아민 90%의 혼합 노화방지제

물성	실시예 1	비교예 1
초기물성	300% 모듈러스⁽¹⁾(Mpa)	15.7	15.8
	파단점에서의 신장율⁽²⁾(%)	420	409
	인장강도⁽³⁾(kgf/㎠)	31.9	22.0
70℃, 7일 노화시	파단점에서의 신장율 유지율(%)	67	68
70℃, 7일 노화시	인장강도 유지율(%)	84	87
100℃,2일 노화시	파단점에서의 신장율 유지율(%)	41	38
100℃,2일 노화시	인장강도 유지율(%)	64	61
내크랙성⁽⁴⁾(Demattia Crack Growth, Kcycle)	53	44
내피로성⁽⁵⁾(Kcycle)	88	74
동적 손실 계수⁽⁶⁾(tan δ, 60℃)	0.0918	0.0930

상기 평가에 있어서 (1)의 300% 모듈러스는 시편의 인장에 따른 물성을 나타내는 값으로서, 일정한 시편을 인장시 원길이의 300% 신장되었을 때의 모듈러스를 말한다.

(2) 파단점에서의 신장율은 시편의 인장에 따른 물성을 나타내는 값으로서, 시편을 인장시켜 파단되는 시점까지 신장된 길이를 말한다.

(3) 인장강도는 시편의 인장에 따른 물성을 나타내는 값으로서, 시편을 인상시켜 파단되는 시점에서의 측정된 힘의 크기를 말한다.

(4) 내크랙성은 일정 시편의 중앙 부위에 존재하는 작은 크랙의 길이가 시편이 굴곡되는 횟수에 의해 증가되는 율로 계산된다.

(5) 내피로성은 일정시편을 일정 변위로 인장시켜 시편이 파단되었을 때의 인장된 횟수로 계산된다.

(6) 동적손실계수(tan δ)는 발열성을 평가할 수 있는 물성치로서, 60℃에서 측정된 값이다.

상기 표 2의 결과로부터, 디페닐아민계 노화방지제를 1중량부 사용한 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물은 디페닐아민계 노화방지제를 사용하지 않은 비교예 1에 비해서 내열노화성이 우수하고 이에 따른 기계적 물성이 우수한 결과를 보여주고 있다.

또한, 타이어의 스틸코드용 고무에서 중요한 발열 특성을 나타내는 동적손실계수의 값이 비교예 1보다 낮기 때문에 저발열 특성을 가질 뿐만 아니라, 내크랙성과 내피로성이 향상된 결과를 보여주고 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물에 노화방지제로서 디페닐아민계 화합물을 사용한 결과, 상기 고무 조성물과 배합시 내열노화성이 우수하고 저발열 특성을 가질 뿐만 아니라, 더불어 디페닐아민계 화합물을 사용할 경우 노화방지제의 수명효율을 극대화하여 지속적인 내열노화성을 나타내므로, 차량의 높은 하중에 따른 가혹한 상태의 변형으로 인해 발생되는 열로 인한 노화를 줄일 수 있으며, 이에 따라 기계적 물성이 개선된 효과를 보인다.

Claims

천연고무 100 중량부에 대하여 질소흡착 표면적이 70∼100 ㎡/g이고, DBP 흡유량이 60∼100 ㎖/100g 인 카본블랙 40∼80 중량부, 다음 화학식 1로 표시되는 모노-큐밀레이티드 디페닐아민 10%와 화학식 2로 표시되는 디-큐밀레이티드 디페닐아민 90%로 이루어진 노화방지제 1∼3 중량부 및 불용성 유황을 2∼7 중량부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 공기입 타이어의 스틸코드용 고무 조성물.

화학식 1

화학식 2