KR100439875B1

KR100439875B1 - 회전저항이 우수한 타이어용 트레드 고무 조성물

Info

Publication number: KR100439875B1
Application number: KR10-2001-0044350A
Authority: KR
Inventors: 이진행; 박종철
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2004-07-12
Also published as: KR20030009749A

Abstract

본 발명은 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 조정 안정성을 하락시키지 않고 유지하면서, 회전저항을 감소시킨 타이어용 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

회전저항이 우수한 타이어용 트레드 고무 조성물{TIRE TREAD RUBBER COMPOSITION WITH EXCELLENT ROLLING RESISTANCE}

최근 지구 환경 문제의 개선으로 에너지 절약화가 세계적인 관심 사항으로 대두되고 있고, 차량의 저연비화도 강하게 요망되고 있으며, 차량 연비의 15%를 차지하는 타이어 역시 회전저항 감소 방안이 여러가지로 연구되고 있다.

타이어는 사용중에 회전운동이 반복되면서 변형을 받고, 변형에 수반하는 히스테리시스 손실에 의해 발열한다. 특히 트레드 발열이 크며, 이는 타이어 발열(회전저항)의 50%를 차지한다. 트레드의 발열량은 트레드를 구성하는 고무 조성물의 단위 응력이 작용했을 때의 히스테리시스 손실이 클수록, 변형량이 많을수록, 또는 트레드를 구성하는 고무량이 많을 수록 커진다.

일반적으로 고무 조성물의 발열을 적게 하는 데에는 히스테리시스 손실을 줄이면 좋기 때문에 카본블랙의 배합량을 줄이거나, 입자경이 큰 카본블랙을 배합하거나, 카본블랙의 분산성을 개선시키거나, 고무를 성형하거나, 액상고무를 적용하거나, 실리카와 실란 커플링제를 적용하거나 하는 방법 등이 있으며, 이들 방법들을 적절하게 조합시켜서 저발열성 화합물을 개발하고 있다.

타이어는 자동차에 장착되어 지면과 타이어 트레드 부분이 접지 고속 회전 운동을 하기 때문에, 벨트에 고착해 있는 트레드 고무 내면측은 정(定) 속도로 회전을 계속하지만, 표면측은 노면과의 마찰로 회전이 늦어져서 트레드 고무가 인열 변형과 함께 차체의 하중의 작용에 따라 압축변형한다. 이러한 변형은 트레드 고무의 표면과 이면과의 사이에서 위상 차이를 나타내고, 표면 부분은 슬립되어 구동하고 더욱 회전하여 접지로부터 해방되므로써 원래의 형상으로 복원된다. 이 경우 변형이 클수록 마모는 빨라진다. 또 이들의 변형은 중첩하여 되풀이 되고, 히스테리시스 손실의 원인으로 된다.

일반적으로 승용차 타이어용 트레드 고무 조성물은 조정 안정성이 중요하기 때문에, 스티렌부타디엔 고무(SBR) 100% 또는 스티렌부타디엔 고무/부타디엔 고무(SBR/BR)를 베이스 고무로 주로 사용하고 있다. 히스테리시스 손실을 적게 하기 위해 카본블랙의 양을 적게 배합하거나, 입자경이 큰 카본블랙을 사용한다거나 한 고무 조성물은 충분하게 보강되어 있지 않기 때문에, 인열 강도가 약하고, 내마모성이 적고 물성이 낮으며, 천연고무를 사용하여 회전저항을 줄이면 조정 안정성이 떨어지는 등 이들 관계에 있어서는 이율배반의 관계에 있으므로 양 특성을 동시에 만족시키는 것은 대단히 곤란하다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 개선하여 트레드 고무 조성물의 조정 안정성을 하락시키지 않고 유지하면서, 회전저항을 감소시킨 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 트레드 고무 조성물은 스티렌함량 25%, 비닐함량 73%인 용액중합-스티렌부타디엔 고무 A(solution-styrene butadiene rubber A ; S-SBR A) 22∼32phr, 스티렌함량 15%, 비닐함량 57%인 S-SBR B 50∼70phr, 천연고무(NR) 15∼20phr을 혼합하여 이루어진 베이스 고무와 카본블랙 H/S HAF급 20∼30phr, 실리카 30∼40phr를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 용액중합-스티렌부타디엔 고무 A는 22∼32phr을 사용하는 것이 바람직한데, 22phr 미만인 경우에는 핸드링 성능이 저하하고, 32phr을 초과하는 경우에는 연비성능이 하락한다.

본 발명에서 사용되는 용액중합-스티렌부타디엔 고무 B는 50∼70phr을 사용하는 것이 바람직한데, 50phr 미만인 경우에는 연비성능이 저하하고, 70phr을 초과하는 경우에는 핸드링 성능이 저하한다.

본 발명에서 사용되는 천연고무는 15∼20phr을 사용하는 것이 바람직한데, 천연고무의 함량이 15phr 미만인 경우에는 공정성에 문제가 발생되고, 20phr을 초과하는 경우에는 공정성 및 물성이 개선되지만 핸드링 성능이 저하된다.

본 발명의 고무 조성물에는 일반적인 트레드 고무 조성물에 첨가되는 통상의 첨가제들, 예로서 일반적인 활성제, 노화방지제, 가류시스템으로서 황 및 가류촉진제를 배합할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1의 구성 성분들을 적절하게 혼합하여 본 발명의 고무 조성물을 제조하였다.

이 조성물에 대한 배합 및 샘플 제조는 ASTM D3184-80에 의해 용량 1.6L 밀폐식 혼합기(BR LAB 반버리 믹서, 패럴사)를 이용하여 40RPM으로 카본블랙 마스터배치(CBMB) 배합후 F/M 배합은 RPM 30으로 90초간 배합하였다.

이 배합된 고무는 160℃에서 20분 가류한 후 시편의 제조 인장물성은 ASTM D-412에 따라 인장 시험기(INSTRON 6012)를 이용하여, 속도 500mm/min으로 상온에서 측정하였고, 발열측정은 연속굴신으로 발열되는 열은 온도 상승으로 전환되어 나타나므로 FLEXOMETER를 이용하여 ASTM D623 방법으로 온도를 측정하였고, 고무 화합물의 동적 점탄성은 RHEO-VIBRON을 이용하여 -100℃∼100℃의 온도범위에서 3℃/min의 승온속도, 11Hz의 주파수로 측정하였다.

여기서 측정되는 TAN@0℃는 타이어의 조정 안정성(즉, 핸들링 성능)의 대용 수치로 이용되며, TAN@70℃는 타이어의 회전저항값의 대용 수치로 사용된다. TAN@0℃값이 높을수록 핸들링(handling) 성능이 우수하고 TAN@70℃ 값이 낮을수록 회전저항이 우수한 것을 나타낸다.

물성 측정결과를 표 1에 함께 나타내었다.

주)

SBR-A : 스티렌 함량이 23.5%인 일반 SBR(Emulsion-SBR)

SBR-B : 스티렌 함량 23.5%인 일반 SBR에 오일이 23.5% 함유된 SBR

BR : BR-01(금호석유화학제품)

NR : SMR-20(말레이지아산)

S-SBR C : NIPPON-ZEON산 NS-116(스티렌 : 20%, 비닐 : 60%)

S-SBR A : BAYER산 VSL-5525(스티렌: 25%, 비닐 : 73%)

S-SBR B : NIPPON-ZEON산 SL-5740(스티렌: 15%, 비닐: 57%)

H/S HAF : 카본블랙, POSBLACK-NH(제철화학 카본)

실리카 : KOFRAN산(BET 표면적 : 170㎡/g, DBP : 220ml/100g, CTAB : 160㎡/g)

연화제(방향족 오일) : 미창석유제품

표 1에서, 회전저항을 개선하기 위해 우리가 일반적으로 사용하는 사계절용 트레드 화합물의 SBR 폴리머 베이스 조성물(기존예)에 NR, BR, S-SBR을 변경 적용하고, 충전제로서 카본블랙의 일부를 실리카로 대체한 조성물을 첨가한 조성물들(비교예 및 실시예)을 시험한 결과를 나타내었다.

비교예 1은 S-SBR B 60phr, S-SBR C 20phr, NR 20phr로 이루어지는 조성물로 회전저항(TAN@70℃)은 0.086으로 매우 우수하게 나타났으나, 핸들링 성능인 TAN@0℃값은 기존예보다 하락하여 만족할 만한 결과를 얻지 못했으며, 비교예 2 역시 회전저항의 개선은 이루어졌으나 핸들링 성능에서 만족할 만한 결과는 얻지 못했다.

비교예 3은 가장 우수한 핸들링 성능을 보여주고 있으나, 스노우 성능의 지표인 Tg 온도에서 기존 조성물에 비해 너무 하락되어 사계절용 타이어로서는 만족할 수 없는 결과를 보여주었다.

반면에, S-SBR A, S-SBR B와 NR을 혼합적용한 실시예의 고무 조성물은 핸들링 성능도 하락하지 않으면서 연비성능도 향상된 결과를 보여 주었다. 또한 스노우(snow) 성능에서도 크게 하락하지 않음을 보여주었다.

한편, S-SBR A, S-SBR B와 NR을 적용한 경우라도 BR을 추가로 적용하고 NR함량을 증가시킨 비교예 4와, NR함량을 증가하고 S-SBR A 함량을 감소시킨 비교예 5의 고무 조성물은 회전저항 개선은 이루었으나, 핸들링 성능은 하락하여 만족할 만한 결과를 얻지 못했다.

이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 트레드 고무 조성물은 조정 안정성을 하락시키지 않고 유지하면서, 회전저항을 감소시킬 수 있다.

Claims

스티렌함량 25%, 비닐함량 73%인 용액중합-스티렌 부타디엔 고무 A 22∼32phr, 스티렌함량 15%, 비닐함량 57%인 용액중합-스티렌 부타디엔 고무 B 50∼70phr, 천연고무 15∼20phr을 혼합하여 이루어진 베이스 고무와 카본블랙 H/S HAF급 20∼30phr, 실리카 30∼40phr을 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무 조성물.