KR100440205B1 - 차량 주행 시 발생될 수 있는 트레드 접합부의 벌어짐현상을 방지하기 위한 미가황 트레드 단부의 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 트레드 단부의 접합방법에 관한 것으로서, 미가황 트레드 접합부에 가황촉진제를 유기용매에 용해시켜 도포한 경우 가황 성형을 거쳐 접합부의 결합력이 향상되어 차량 주행시 타이어 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 효과적으로 개선할 수 있다.

Description

차량 주행 시 발생될 수 있는 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 방지하기 위한 미가황 트레드 단부의 접합방법{Joining method for tread joining site}

본 발명은 차량 주행 시 발생될 수 있는 트레드 단부의 벌어짐 현상을 방지하기 위한 접합방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트레드 단부의 벌어짐 현상을 개선하기 위해 사용되오던 접합부 시멘트 도포 방식과는 달리 접합부에 촉진제 용해액을 도포하여 가류 후 접합력의 극대화를 도모할 수 있는 타이어 트레드의 미가황 접합부의 접합방법에 관한 것이다.

자동차 주행시, 특히 고속 자동차 경주 등의 가혹한 조건에서의 타이어의 경우 고속에서의 조종안정성 및 가혹한 주행 조건에 따른 내구성능이 요구되고 있는데, 주행 중 발생하는 타이어의 트레드 접합부 벌어짐 현상은 이러한 조종안정성 및 내구성능에 치명적인 원인으로 작용하게 된다.

주행중에 트레드 접합부의 벌어짐 현상이 일어나게 되면 타이어의 진동이 심해지고 이로인한 급격한 조종안정성의 저하가 유발된다. 또한, 타이어가 지면에서 일시적으로 떨어짐으로 인해서 타이어의 본래 성능을 상당 부분 상실하게 된다. 심한 경우, 트레드가 타이어와 분리되는 현상도 일어날 수 있다.

이러한 트레드 접합부의 벌어짐 현상의 원인으로는 일반 타이어의 경우는 제한 속도 이상의 차량운행, 차량의 무리한 하중(과적)으로 인한 타이어의 내구성 저하, 비포장 도로 등의 가혹한 도로조건 등을 들 수 있으며, 고속 자동차 경주용 타이어의 경우는 상기의 원인 외에 이에 사용되는 트레드의 특수한 구조 및 조성에서도 찾을 수 있다.

일반적으로 고속 자동차 경주용 타이어의 경우는 최고의 그립 성능을 나타내도록 하기 위해서 지면과의 마찰을 최대로 일으킬 수 있는 구조를 택하고 있다. 상세히 설명하면, 지면과의 접지면적을 최대화하기 위하여 일반 타이어에 비해 상대적으로 넓은 타이어 폭을 유지하고 있을 뿐만 아니라 타이어의 패턴도 없는 슬릭(slick)형의 타이어를 사용하고 있다. 또한, 타이어 트레드 고무조성물도 높은 그립성능을 나타낼 수 있도록 일반 타이어에 비해 다량의 카본블랙과 오일을 사용하고 있다. 이러한 복합적인 원인으로 인해서 일반 타이어에 비해 특히 고속 경주용 자동차 타이어의 경우 트레드 접합부의 벌어짐 현상이 빈번히 발생되고 있다.

이러한 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 개선하기 위해 종래에는 다음과 같은 방법들이 사용되어 왔다.

첫째, 타이어 트레드 접합방식의 개선으로서, 일반적인 타이어 트레드 접합방식과 달리 고속 자동차 경주용 타이어의 경우 트레드 접합부의 각도를 달리하여 비교적 넓은 접합면적을 유지해 접합부의 벌어짐 현상을 개선하고자 한 방법이다.

그러나, 이러한 개선방안은 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 완전히 개선하지 못했을 뿐만 아니라, 상대적으로 넓은 접합면적을 유지하는데 따른 타이어 성형시 접합부가 불균일하게 접합되는 등의 단점도 생기게 된다.

두 번째 방안으로, 고무계 시멘트를 사용하는 방법으로서, 상기한 첫째 방법의 한계를 극복하기 위해 미가황의 트레드 접합부에 시멘트를 도포하여 미가류 상태의 접착력 및 가류 후 트레드 접합부의 접착력을 개선하는 방안이 사용되어 왔다. 그런데, 일반적으로 사용되온 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. 그리고, 스티렌-부타디엔 고무계 시멘트 역시 고속 자동차 경주용 타이어 트레드 고무와 상이한 고무조성을 가짐으로 인한 물성 차이와 취약한 가류계 시스템으로 인해서 가류 후 동적접착력에는 큰 효과를 보지 못하고 있다.

이를 해결하기 위한 방안으로서 스티렌-부타디엔 고무계를 사용해도 우수한 가황 접착성을 부여할 수 있도록 한 타이어 트레드용 스플라이스 시멘트가 개시되어 있는데(일본특개평5-170975호), 여기서는 트레드 고무와 유사한 스티렌 함량을가지고 화이트 카본과 유기규소 화합물(커플링제)의 사용을 통해 트레드 접합부 접착력 향상을 꾀하고 있다. 그러나, 일반적인 범용 타이어에서는 그 효과를 기대할 수 있으나, 가혹한 운행조건 및 도로조건 하에서의 사용, 특히 고속 자동차 경주용 타이어와 같은 경우는 그 효과를 기대하기 힘들다.

그 이유로는 스플라이스 시멘트의 사용을 통한 가황 후 접착력 개선은 근본적인 고무 및 충진제의 결합력을 높인 것이 아니라 미가류 상태에서의 접착력 개선을 통한 효과이기 때문에 한계성을 가지고 있으며, 특히 고속 자동차 경주용 타이어 트레드 고무의 경우 다량(80중량부 이상이 일반적이다)의 오일을 함유하기 때문에 트레드 고무의 경도가 일반 타이어에 비해 상당히 낮고, 그에 따른 주행 중 가혹한 변형은 트레드 및 트레드 접합부에 심각한 영향을 주게 된다. 이러한 상황에서 트레드 접합부에 화이트 카본과 유기규소화합물을 사용하게 되면 접합부의 경도가 트레드 고무의 경도와 상당한 차이를 보이게 되며, 이로인해 주행 중 변형에 오히려 불리한 결과를 초래할 수 있다.

따라서, 상기 기술은 가혹한 주행조건 및 도로조건 하에서의 일반 타이어를 비롯하여, 특히 고속경주용 자동차 타이어에는 그 적용이 적합하지 않다.

이에, 본 발명자들은 종래의 트레드 접합부 벌어짐 현상을 개선하기 위해 사용되오던 성형방식의 개선이나 접합부에 시멘트를 도포하는 방식들의 문제점을 개선하기 위해 연구노력하던 중, 접합부에 가황촉진제를 용매에 녹인 용해액을 도포한 결과, 가황후 접합력을극대화할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 개선할 수 있으면서 트레드 접합부의 가황 후 결합력을 극대화시키면서 다른 부위의 물성은 변화시키지 않아도 되는 미가황 트레드 접합부의 접합방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미가황 트레드 접합부의 접합방법은 미가황 타이어 트레드의 단부사이에 가황촉진제를 유기용매에 용해시킨 가황촉진제 용해액을 도포하여 접합 및 성형하는 것임을 그 특징으로 한다.

도 1은 비교예 1 내지 2의 접합방법으로 트레드 단부를 접합하고 정하중 반복 피로테스트한 결과의 Failure 양상을 나타낸 사진이고,

도 2는 본 발명의 실시예의 접합방법으로 트레드 단부를 접합하고 정하중 반복 피로테스트한 결과의 Failure 양상을 나타낸 사진이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 트레드 접합계면에 한정된 결합력을 극대화하기 위하여 타이어 성형시 트레드 접합계면에 통상의 고무 산업에서 사용하는 가황촉진제를 적정 용매에 용해시킨 형태로 도포한 후 접합 및 성형하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 타이어 제조공정 중 가황공정은 원료고무에 유황 및 기타 가황촉진제를 함유시켜 고무의 우수한 열안정성, 탄성 및 인장강도 등을 향상시키는 중요한 제조공정이다. 그리고, 이러한 가황공정은 특정온도 및 압력 하에서 적정한 시간동안 머무르는 과정으로 이루어진다.

그러나, 트레드 접합부의 경우 이러한 동일 조건에서 가황공정을 거칠 경우 트레드의 다른 부위에 비하여 상대적으로 취약할 결합력을 가지게 되고, 이로인해주행 중 동적피로에 의해 쉽게 결합력을 잃어 버리는 현상이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 트레드 접합부의 가황후 결합력을 극대화시키면서 다른 부위의 물성은 변화시키지 않아 주행 중 발생할 수 있는 트레드 접합 벌어짐 현상을 개선한다.

본 발명에서는 트레드 접합부에 가황촉진제를 용매에 녹여 용액형태로 도포한다.

이때 사용할 수 있는 가황촉진제는 통상의 고무 산업에서 사용되는 모든 종류를 포함하는 바, 일예로서 구아니딘계(디페닐 구아니딘 등), 티아졸계(2-머캅토벤조티아졸, 디벤조티아질 디설파이드 등), 설펜아미드계(N-사이클로헥실 2-벤조티아졸 설펜아미드, 사이클로헥실아민 2-머캅토벤조티아졸 설펜아미드 등), 알데하이드 암모니아계(헥사메틸렌 테트라민 등), 알데하이드 아민계(부틸알데하이드 부틸아민 등), 티우람계(테트라메틸티우람 디설파이드, 테트라부틸티우람 디설파이드 등), 디티오카바메이트계(징크 디메틸디티오카바메이트 등) 및 잔테이트계(소듐 이소프로필잔테이트, 징크 이소프로필잔테이트 등)을 들 수 있다. 본 발명의 구체 실시예에서는 설펜아미드계 가황촉진제를 사용한 예를 예시하였으나, 이것이 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

이와같은 가황촉진제를 용해시키는 적정한 용매는 구체적으로는 헥산, 사이클로헥산, 펜탄 및 사이클로펜탄 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이같은 적정 용매에 상기 가황촉진제를 용해시켜 트레드 접합부에 도포하는 바, 이때 가황촉진제를 용매에 1 ~ 50 중량%로 용해시키는 것이 바람직하다. 만일,용해액에 있어서 가황촉진제의 함량이 1 중량% 미만이면 트레드 접합부의 결합력의 향상 효과가 미미하고 50 중량% 초과면 과포화로 인해 용액의 균일한 제조가 어려울 뿐 아니라 용액 제조시 과포화로 인해 용해되지 못한 촉진제가 용해액 도포 시 접합 단부 이외의 부분으로의 오염으로 인한 가황 후 물성 변화를 일으킬 수 있는 문제가 있을 수 있다.

이와같이 가황촉진제를 유기용매에 용해시킨 용해액으로 트레드 접합부를 도포하여 접합한 경우 접합후 가황시에 여타의 트레드 고무 부위와 동등한 결합력을 가지며, 이로 인해 주행 중 동적피로에 의해 결합력을 쉽게 잃어버리지 않게 된다. 다시말해, 본 발명에서는 미가황 트레드부의 접합부에만 특별히 가황촉진제를 보다 더 도포하여 후공정에서 가황시 보다 더 가황되도록 하여 트레드 접합부의 결합력을 여타의 트레드부와 동등한 결합력을 갖도록 한 것이다.

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

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2

먼저, 통상의 천연고무계 시멘트 조성물과 스티렌-부타디엔 고무계 시멘트 조성물을 각각 다음 표 1 기재의 조성으로 배합한 후,헥산에 용해시켜서 시멘트 용액중의 고형분의 함량을 12%로 고정시켜서 각각 접착용 시멘트 조성물을 제조하였다.

한편, 설펜아미드계 가황촉진제(사이클로헥실아민 2-머캅토벤조티아졸 설펜아미드)을 헥산 1kg에 10g 되도록 용해시켜 1% 가황촉진제 용액을 제조하고, 또한설펜아미드계 가황촉진제를 100g, 1000g 용해시켜 각각 9% 용액 및 50% 용액을 제조하였다.

그리고, 이와같이 얻어진 접착용 시멘트 조성물과 가황촉진제 용해액의 접합시험을 수행하기 위한 타이어 트레드 고무 시편은 다음 표 1에 기재된 통상의 타이어 트레드 고무 조성물을 사용한 미가류 상태의 시편을 사용하였다.

	천연고무계 시멘트 고무 조성	SBR계 시멘트 고무조성	고속경주용 트레드 고무 조성
천연고무	100	-	-
SBR1	-	100	-
SBR2	-	-	137.5
카본블랙 1	40	-	-
카본블랙 2	-	60	90
노화방지제 1	1	2	2
노화방지제 2	1.5	1.5	1.5
프로세스 오일	4	10	50
점착제	-	50	-
산화아연/스테아린산	5/2	3/0.5	3/1.5
유황	2.5	2.5	2.0
가황촉진제 1	0.3	0.3	1.5
가황촉진제 2	0.7	0.7	0.7
(주)SBR 1: 스티렌 결합량이 23.5중량%인 유황중합 스티렌-부타디엔 공중합고무SBR2: 스티렌 결합량이 40중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 공중합고무로 오일이 37.5중량부 혼입되어 있음카본블랙 1: DBP 흡유량이 90∼120㎖/g이고 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-페닐렌디아민노화방지제 2: 폴리-(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린)프로세스 오일: 아로마틱 오일, 점착제: p-tert-부틸-페놀+아세틸렌 축합물가황촉진제 1: 설펜아미드계 촉진제가황촉진제 2: 티우람계 촉진제

미가류의 타이어 트레드 고무 시편의 접합부에 상기에서 제조된 각각의 접합용 시멘트 조성물과 가황촉진제 용해액을 도포한 후, 타이어 트레드 접합방법과 유사하게 시편을 접합시켜 160℃의 온도에서 20분간 가류시켜 최종 테스트 시편을 제조하였다.

제조된 시편을 정하중 피로시험기에 의해서 스트레인 67%의 반복변형과 초당 10회의 속도로 테스트하여 접합부의 절단시까지의 회수를 측정하였다.

또한, 실제 고속자동차 경주용 타이어 제조시에 적용하여 실제 주행에 따른 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 비교하였다. 그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

	대조구	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3
접합방법	미처리	천연고무계 시멘트	SBR계 시멘트	가황촉진제 1% 용액	가황촉진제 9% 용액	가황촉진제 50% 용액
Failure cycle	30,900	28,947	64,757	40,204	430,000	407,563

한편, 시험 시편의 Failure 양상을 보면, 도 1 및 도 2와 같은 바, 도 1은 비교예 1 및 2의 접합방법으로 접합하였을 때의 Failure 양상 사진이고, 도 2는 실시예의 접합방법으로 접합하였을 때의 Failure 양상 사진이다.

도 1은 접합계면을 따라 크랙이 발생 및 성장하여 Failure 되는 경우이며, 도 2는 접합계면의 분리가 아닌 고무자체의 열노화에 의한 크랙 발생 및 성장으로 인한 Failure되는 경우이다.

통상의 천연고무계 시멘트 고무 조성을 시편의 접합부에 도포한 비교예 1의 경우 미가류 상태에서의 접착력 개선과 상관없이 가류 후 접합부의 접착력 개선효과가 없었으며, Failure의 양상 또한 도 1과 같았다.

또한, 일반적으로 사용되는 SBR계 시멘트 고무 조성을 사용한 비교예 2의 경우도 고무와의 상이한 조성으로 인해 뚜렷한 개선효과를 확인하지 못하였으며, Failure 양상 또한 도 1과 같았다.

반면, 본 발명에 해당하는 실시예 1의 경우 failure cycle 면에서 약간의 개선효과는 있었으나, failure 양상이 도 1과 같았는 바, 충분한 개선을 이루었다고는 볼 수 없었다.

실시예 2의 경우 대조구 대비하여 failur cycle 면에서 월등한 개선효과를 볼 수 있었고, failure 양상 또한 접합계면의 분리가 아닌 고무 자체의 열노화에 의한 파괴 양상을 보이고 있어 접합부의 결합력은 충분한 향상을 이루었다고 판단할 수 있다.

실시예3의 경우 실시예 2와 유사한 개선효과를 보았으나, 촉진제의 과량 사용으로 인한 용액 제조의 어려움 및 트레드 접합시 타부분으로의오염문제 등이 우려된다.

상기와 같은 개선효과를 토대로 하여 다음과 같이 실차 테스트를 통해 다시한번 그 효과를 검증하였다. 그 결과는 다음 표 3과 같다.

이때 테스트 차량은 고속 자동차 경주용 차량(foumula 차량, 175/510R13, 215/570R13 Slick)을 사용하여, 고속자동차 경주용 서킷을 각각 20바퀴, 40바퀴 주행한 후 타이어의 트레드부 벌어짐 현상을 확인하였다.

	대조구	비교예 1	비교예 2	실시예1	실시예 2
벌어짐 현상(20바퀴 후)	발생	발생	미세발생	미세발생	미발생
벌어짐 현상 (40바퀴 후)	주행 불가	주행 불가	발생성장	발생성장	미발생

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

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 미가황 트레드 접합부에 가황촉진제를 유기용매에 용해시켜 도포한 경우 가황 성형을 거쳐 접합부의 결합력이 향상되어 차량 주행시 타이어 트레드 접합부의 벌어짐 현상을 효과적으로 개선할 수 있다.

Claims (2)

1. 미가황 트레드 단부의 접합방법에 있어서,

   접합시 미가황 타이어 트레드의 단부사이에 가황촉진제를 유기용매에 용해시킨 가황촉진제 용해액을 도포하여 접합 및 성형하는 것임을 특징으로 하는 미가황 트레드 단부의 접합방법.
2. 제 1 항에 있어서, 가황촉진제 용해액은 가황촉진제의 함량이 1 ~ 50 중량%인 것임을 특징으로 하는 미가황 트레드 단부의 접합방법.