KR100429070B1 - 타이어 트레드 접합용 시멘트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미가황의 트레드 고무조성물을 타이어 본체의 외주상에 부착하고, 그 양단부를 서로 접합하는 데 사용되는 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 이는 트레드 고무 조성과 동일한 순고무 조성 및 카본블랙 조성을 가지며, 트레드 고무조성물에 비해 30∼40% 감소된 함량으로 오일을 함유하고, 점착제를 순고무 100중량부에 대하여 20∼40중량부로 포함하며, 트레드 고무 조성에 비해 50∼100% 증가된 함량으로 유황 및 촉진제를 포함하는 것으로, 이를 유기용매에 녹여 트레드 접합면에 도포할 경우 절단계면의 물성이 저하되는 현상을 방지할 수 있고 미가류 상태에서의 접착력을 보완할 수 있으며, 가류후 트레드 접합부의 화학적 결합밀도를 높일 수 있어 결과적으로 고속주행시 트레드 접합부 벌어짐 현상을 방지할 수 있다.

Description

타이어 트레드 접합용 시멘트 조성물{Adhesive cement composition for tire tread}

본 발명은 타이어 트레드 접합용 시멘트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속 주행 중 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 방지할 수 있도록 한 스플라이스 시멘트 조성물에 관한 것이다.

타이어의 트레드는 미가황의 트레드 고무조성물을 타이어 본체의 외주상에 부착하고 그 양단부를 서로 접합한 후 가황 성형되고 있다.

한편, 고속 자동차 경주용 타이어의 경우 일반 타이어와는 달리 고속에서의 조종 안정성 및 가혹한 주행조건에 따른 내구성능이 요구되고 있는데, 주행 중 발생하는 타이어의 트레드 접합부 벌어짐 현상은 이러한 조종안정성 및 내구성능에 치명적인 원인으로 작용하게 된다.

주행 중 트레드 접합부의 벌어짐 현상이 일어나게 되면, 타이어의 진동이 심해지고 이로 인해 급격한 조종안정성 저하가 유발된다. 또한 타이어가 지면에서 일시적으로 떨어짐으로 인해서 타이어의 본래 성능은 상당부분 상실하게 된다. 심할경우에는 트레드가 타이어와 분리되는 현상도 일어날 수 있다.

이러한 트레드 접합부의 벌어짐 현상의 원인으로는 일반 타이어와 달리 가혹한 주행조건에서 사용된다는 점도 있지만, 고속 자동차 경주용 타이어 및 이에 사용되는 트레드의 특수한 구조 및 조성에서도 찾을 수 있다.

일반적으로 고속 자동차 경주용 타이어의 경우 최고의 그립 성능을 나타내도록 하기 위해서 지면과의 마찰을 최대로 일으킬 수 있는 구조를 택하고 있다.

보다 구체적으로, 지면과의 접지면적을 최대화하기 위하여 일반 타이어에 비해 상대적으로 넓은 타이어 폭을 유지하고 있을 뿐만 아니라, 타이어의 패턴도 없는 슬릭(slick)형의 타이어를 사용하고 있다.

이러한 복합적인 원인으로 인해서 고속 경주용 자동차 타이어의 경우 트레드 접합부의 벌어짐 현상이 일반 타이어에 비해 상당히 빈번히 발생되고 있다.

이러한 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 개선하기 위한 종래의 방법들로는 다음과 같은 것들이 있다; 1)타이어 트레드 접합 방식의 개선-일반적인 타이어의 트레드 접합방식과 달리 트레드 접합부의 각도를 달리하여 비교적 넓은 접합면적을 유지해 접합부의 벌어짐 현상을 개선하고자 하였다. 하지만, 이러한 개선방안은 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 완전히 개선하지도 못하였을 뿐만 아니라 상대적으로 넓은 접합 면적을 유지함으로써 타이어 성형시 접합부가 불균일하게 접합되는 등의 단점도 생기게 된다.

2)스티렌-부타디엔 고무계 시멘트의 사용 - 상술한 1)의 개선방법의 한계를 극복하기 위해 트레드 접합부에 시멘트를 도포하여 미가류 상태의 접착력 및 가류후 트레드 접합부의 접착력을 개선하는 방안이 종래에 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 시멘트 도포방식 역시 시멘트 물성과 트레드 물성과의 상이성 때문에 완전한 개선을 이루지는 못하였다. 보다 구체적으로, 종래에 사용되어오던 천연고무계 시멘트의 경우 미가류 상태에서의 접착력 측면에서는 효과를 볼 수 있으나 가류 후 동적피로에 의해서 이물질로 작용하여 트레드 접합부 접착력 향상에 오히려 역효과를 일으키게 된다. 또한, 종래의 스티렌-부타디엔 고무계 시멘트 역시 고속 자동차 경주용 타이어 트레드 고무와 상이한 고무 조성을 가짐으로 인한 물성차이와 취약한 가류계 시스템으로 인해서 가류 후 동적 접착력에는 큰 효과를 보지 못하고 있다.

한편, 종래 일본특허공개평 5-170975호에서는 스플라이스 시멘트(splice cement) 조성물에 관해 개시하고 있는데, 여기서는 트레드 고무와 유사한 스티렌 함량을 가지고 화이트 카본과 유기규소 화합물(커플링제)의 사용을 통해 트레드 조인트부 접착력을 향상시킬 수 있다고 하였다. 그런데, 이같은 조성은 범용의 타이어에서는 그 효과를 기대할 수 있으나, 고속 경주용 타이어의 경우에는 그 효과를 기대하기 어렵다. 그 이유로는 고속 자동차 경주용 타이어 트레드 고무는 다량의 오일(보통 80중량부 이상)을 함유하기 때문에 트레드 고무의 경도가 일반 타이어에 비해 상당히 낮고, 그에 따른 주행 중 가혹한 변형은 트레드, 특히 트레드 접합부에 심각한 영향을 주게 되기 때문이다. 이러한 상황에서 트레드 접합부에 화이트 카본과 유기 규소 화합물을 사용하게 되면 접합부의 경도가 트레드 고무의 경도와 상당한 차이를 보이게 되며, 이로인해 주행 중 변형에 오히려 불리한 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 본 기술은 고속 경주용 자동차 타이어에 적용하는데는 적합하지 않다.

한편, 일본특허공개 평5-124405호에서는 트레드를 접합시키는 각도 및 그에 따른 효과를 개시하고 있으나, 이또한 상술한 1)과 같은 이유로 큰 효과를 보기 어렵다.

이에 본 발명자들은 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 개선하기 위해 사용되어오던 시멘트 조성물의 문제점을 해결하기 위해 연구노력하던 중, 고속 경주용 타이어 트레드의 조성을 기본으로 하고, 접합부의 물성저하를 방지하기 위해 오일을 감량하고 미가류 상태 및 가류 후 접합력의 극대화를 위해 유황 및 가류촉진제를 다량 사용한 결과, 트레드부가 벌어지는 현상이 발생하지 않음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 타이어 트레드용 고무와 유사 물성을 가지면서 가류후 동적접착력이 향상되어 트레드부가 고속주행 중 벌어지는 현상을 방지할 수 있는 타이어 트레드 접합용 시멘트 조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 접합용 시멘트 조성물은 트레드 고무 조성과 동일한 스티렌-부타디엔 순고무 조성 및 카본블랙 조성을 가지며, 트레드 고무조성물에 비해 30∼40% 감소된 함량으로 오일을 함유하고, 점착제를 순고무 100중량부에 대하여 20∼40중량부로 포함하며, 트레드 고무 조성에 비해 50∼100% 증가된 함량으로 유황 및 촉진제를 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 트레드 접합용 시멘트 조성물은 트레드 고무와 동일한 순고무와 카본블랙을 사용하되, 오일의 함량을 낮추고 유황 및 가류촉진제의 함량을 증량시킨다.

구체적으로 원료고무는 스티렌-부타디엔 고무로서 고속 주행용 타이어 트레드에서 사용되는 스티렌 결합량 40중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 공중합 고무를 사용한다.

카본블랙으로는 DBP 흡유량이 100∼130㎖/100g이고 요오드 흡착량이 90∼130mg/g인 카본블랙을 사용할 수 있다.

한편, 트레드 고무 조성물과 동일한 조성을 갖도록 시멘트 조성물을 조성할 경우, 접합부 계면의 물성이 저하되고 결합력이 약화되는 바, 이는 트레드 절단시 절단면으로 프로세스 오일 및 노화방지제가 마이그레이션(migration)되는 현상을 들 수 있으며, 이러한 현상으로 이해서 절단 계면의 물성이 저하되는 현상이 발생되어 주행시 동적 피로에 약점으로 작용하게 된다.

이에, 본 발명에서는 트레드 고무 조성물 중 프로세스 오일의 함량을 줄이고, 미가류 상태에서의 접착력 보완을 위하여 다량의 점착제를 사용하고, 가류 후 트레드 접합부의 화학적 결합밀도를 높이기 위해 다량의 유황 및 가류촉진제를 사용하도록 한다.

보다 구체적으로, 프로세스 오일의 함량은 통상 고속 주행용 타이어 트레드 고무 조성에 비하여 30∼40% 정도 감량된 것이 바람직한 바, 만일 프로세스 오일의 함량의 감량율이 트레드 고무조성에 비하여 30% 미만이면 역시 계면에서의 물성 저하를 유발하게 되고, 40%보다 더 감량되면 트레드 고무와의 경도 차이가 심해져 계면에서 이물질로 작용하는 문제가 발생될 수 있다.

한편, 점착성 향상을 위해 첨가되는 점착제로는 p-tert-부틸-페놀과 아세틸렌 축합물의 혼합물로서, 그 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 20∼40중량부인 것이 바람직하다. 만일 그 함량이 원료고무 100중량부에 대하여 20중량부 미만이면 기대하는 정도의 접착력 향상을 가져올 수 없고, 40중량부 초과면 시멘트 조성물의 물성에 영향을 주어 트레드 고무와 유사한 물성을 갖게 하여 계면간 접착력 향상에 기여하는 본 발명의 요지에 어긋나는 문제가 발생될 수 있다.

한편, 가류 후 트레드 접합부의 화학적 결합 밀도를 높이기 위해 유황 및 가류촉진제를 증량하는 바, 그 증량비율은 트레드 고무 조성 중 유황 및 가류촉진제 함량에 대하여 50∼100% 되도록 증량시키는 것이 바람직하다.

만일, 유황 및 가류촉진제의 증량비율이 트레드 고무 조성 중 유황 및 가류촉진제 함량에 대하여 50% 미만이면 계면간의 화학적 결합 밀도를 극대화시키는데 한계가 있으며, 100%를 초과하여 증량되면 계면간의 화학적 결합에 필요한 유황 및 가류 촉진제의 양을 초과하게 되는 문제가 발생될 수 있다.

가류촉진제로는 벤조티아졸 설펜아미드계를 포함하는 것이 계면에서의 화학적 결합을 단시간 안에 촉진시키는 점에 있어서 바람직하다.

그밖에 시멘트 조성 중 첨가되는 첨가물은 고속 주행용 타이어 트레드용 고무조성과 다를 바 없음은 물론이다.

이와같은 조성의 시멘트 조성물을 유기용매에 용해시켜 고형분 함량 5∼20% 되도록 액상 상태로 제조하여 타이어 트레드 접합에 사용할 수 있다.

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

실시예 1∼비교예 1∼3

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합제 조성으로 시멘트 조성물을 제조하였다.

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
천연고무	-	100	-	-
SBR 1	-	-	100	-
SBR 2	137.5	-	-	137.5
카본블랙 1	-	40	-	-
카본블랙 2	90	-	60	90
노화방지제 1	2	1	2	2
노화방지제 2	1.5	1.5	1.5	1.5
프로세스 오일	20	4	10	50
점착제	30	-	50	-
ZnO/스테아린산	3/1.5	5/2	3/0.5	3/1.5
유황	3.0	2.5	2.5	2.0
가류촉진제 1	2.5	0.3	0.3	1.5
가류촉진제 2	1.2	0.7	0.7	0.7
(주)SBR 1: 스티렌 결합량 23.5%인 유화중합 스티렌-부타디엔 공중합 고무SBR 2: 스티렌 결합량 40중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 공중합 고무로서, 오일이 37.5중량부 혼입되어 있음카본블랙 1: DBP 흡유량이 90∼120㎖/100g이고, 요오드 흡착량이 70∼100mg/g인 카본블랙카본블랙 2: DBP 흡유량이 100∼130㎖/100g이고 요오드 흡착량이 90∼130mg/g인 카본블랙노화방지제 1: N-페닐-N'-(1,3-디메틸 부틸)-p-페닐렌 디아민노화방지제 2: 폴리-(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린)프로세스 오일: 아로마틱 오일점착제:p-tert-부틸-페놀 + 아세틸렌 축합물유황: 통상의 고무 가류제에 해당하는 유황가류촉진제 1: 설펜아미드계 촉진제가류촉진제 2: 티우람계 촉진제

상기 표 1에 있어서, 비교예 1은 일반적인 트레드 접합부에 사용되는 접착용 시멘트 고무 조성물이고, 비교예 2는 특히 SBR계 트레드 접합부에 사용되는 SBR계 시멘트 고무조성물이다. 비교예 3은 통상적인 고속 주행용 타이어 트레드 고무조성물이다.

제조된 시멘트 고무조성물을 모두 동일한 유기용제에 용해시켜서 시멘트 용액중 고형분 함량을 12%로 고정시켜서 접착용 시멘트 조성물을 제조하였다.

제조된 시멘트 조성물을 통상적인 고속 주행용 타이어 트레드 고무조성물을 사용하여 제조한 미가류 상태의 샘플 접합부에 도포한 후, 타이어 트레드 접합의 방법과 유사하게 샘플을 접합시켜 160℃의 온도에서 20분간 가류시켜 최종 테스트샘플을 제조하였다.

제조된 샘플은 정하중 피로시험기에 의해서 스트레인 67%의 반복변형과 초당 10회의 속도로 테스트하여 접합부의 절단시까지의 회수를 측정하였다. 또한, 실제 고속 자동차 경주용 타이어 제조시에 적용하여 실제 주행에 따른 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 비교 확인하였다.

정하중 피로시험에 의한 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같으며, 실차테스트 결과는 다음 표 3에 나타낸 바와 같다.

	대조구	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
변경 사항	미처리	본 발명 시멘트	천연고무계 시멘트	일반 SBR계 시멘트	동종 고무 시멘트
failure cycle	27,443	92,379	30,723	50,273	54,362

표 2의 결과는, 67% 스트레인, 10Hz 정하중 반복 피로테스트 결과로서, 4회 시험실시한 후 평균값을 산출한 결과이다.

상기 표 2의 결과를 살펴보면, 통상의 천연고무계 시멘트를 샘플의 접합부에 도포한 비교예 1의 경우 미가류 상태에서의 접착력 개선과 상관없이 가류후 접합부의 접착력 개선 효과가 거의 없었다. 또한, 일반적으로 사용되는 SBR계 시멘트를 사용한 샘플도 고무와의 상이한 조성으로 인해 뚜렷한 개선효과를 확인할 수 없었다.

한편, 샘플의 고무 조성물과 동일한 조성을 갖는 비교예 3의 시멘트 역시 약간의 개선효과는 있었으나, 접합부 계면의 물성저하 및 결합력의 약화로 인해 만족할만한 개선효과를 얻지 못하였다. 그 원인으로는 트레드 절단시 절단면으로 프로세스 오일 및 노화방지제가 마이그레이션되는 현상을 들 수 있으며, 이러한 현상으로 인해서 절단 계면의 물성이 저하되는 현상이 발생되어 주행시 동적 피로에 약점으로 작용하게 된다.

본 발명에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 비교예 3의 시멘트 조성에서 다량의 오일을 줄이고, 또한 미가류 상태에서의 접착력 보완을 위하여 다량의 접착제를 사용하고, 가류 후 트레드 접합부의 화학적 결합밀도를 높이기 위하여 다량의 유황 및 가류촉진제를 사용하였다. 이러한 보완으로 인해서 만족할만한 정도의 테스트 결과를 얻을 수 있었고, 이는 다음 표 3에 나타낸 실차 테스트 결과를 통해 거듭 확인할 수 있다.

실차 테스트는 고속 자동차 경주용 차량(Formula 차량)을 테스트 차량으로 하고, 고속 자동차 경주용 타이어(규격: 175/510R13, 215/570R13 Slick)를 제조하여, 고속 자동차 경주용 서킷(circuit)을 20, 40바퀴 주행한 후 타이어의 트레드부 벌어짐 현상을 확인하였다.

	대조구	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
벌어짐 현상(20바퀴 후)	발생	미발생	발생	미세발생	미세발생
벌어짐 현상(40바퀴 후)	주행 불가	미발생	주행 불가	발생 성장	발생 성장

상기 표 3의 결과로부터, 비교예 2 및 3의 경우 20바퀴 주행에서 트레드부 벌어짐 현상이 미세하게 발생되어 연속 주행에 따라 트레드부 벌어짐이 성장되었으나, 본 발명에 따른 실시예 1의 경우 20바퀴 이상의 연속 주행에서도 트레드 접합부가 벌어지는 현상이 발생하지 않았다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 타이어 트레드 접합용 시멘트 조성물을 타이어 트레드용 고무조성에서와 동등한 고무 및 카본블랙을 사용하고, 오일의 함량을 낮추고 점착제를 다량 포함시키며, 유황 및 가류촉진제의 함량을 증량시킨 경우 절단계면의 물성이 저하되는 현상을 방지할 수 있고 미가류 상태에서의 접착력을 보완할 수 있으며, 가류후 트레드 접합부의 화학적 결합밀도를 높일 수 있어 결과적으로 고속주행시 트레드 접합부 벌어짐 현상을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. (정정)미가황의 트레드 고무조성물을 타이어 본체의 외주상에 부착하고, 그 양단부를 서로 접합하는 데 사용되는 시멘트 조성물에 있어서,

   상기 트레드 고무 조성과동일하게 스티렌-부타디엔 고무를 원료고무로 포함하고 트레드 고무 조성과 동일한카본블랙 조성을 가지며, 트레드 고무조성물에 비해 30∼40% 감소된 함량으로 오일을 함유하고, 점착제를 순고무 100중량부에 대하여 20∼40중량부로 포함하며, 트레드 고무 조성에 비해 50∼100% 증가된 함량으로 유황 및 촉진제를 포함하는 타이어 트레드 접합용 시멘트 조성물.
2. (정정)제 1 항의 시멘트 조성물을 유기용매에 용해시켜 고형분 함량 5∼20%의 액상 상태로 제조하여타이어 트레드 접합에사용하는 방법.