KR100443460B1 - 타이어 가류 에어백용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연고무 30∼50중량%와 염소화된 부틸고무 50∼70중량%로 된 원료고무 100중량부에 카본블랙 50∼70중량부, 가류촉진제 1∼3중량부, 유황 1.5∼3중량부, 가공조제로서 지방산 에스터 2∼5중량부, 노화방지제 1∼3중량부, 반응성 수지 1∼5중량부 및 산화아연 4∼7중량부를 첨가하여 이루어진 타이어 가류 에어백용 고무 조성물에 관한 것으로서, 이는 고무간 접착력을 향상시키면서 가공중의 고무 흐름성과 탈형성을 개선시켜 열노화 저항성 및 치수안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

타이어 가류 에어백용 고무 조성물{Rubber composition for tire curing air-bag}

본 발명은 타이어 가류용 에어백에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고무간 접착력을 향상시키며 열노화에 의한 에어백 표면 손상을 방지하여 에어백 한계 사용수명을 향상시킬 수 있는 타이어 가류용 에어백 고무 조성물에 관한 것이다.

지금까지 공기압 타이어를 가류하는 방법 중의 하나로 가류 블래더를 사용하고 있으며, 미가류물의 가류를 위해 가류용 에어백(air bag) 등을 사용하여 왔다.

일반적으로 에어백은 배합된 고무가 두 롤 사이를 거쳐 쉬트로 뽑아지게 되는데, 이 과정에서 쉬트의 두께를 결정하게 된다. 뽑아진 쉬트를 원하는 크기대로 원형의 모양 및 직사각형 모양으로 절단하며, 절단된 도너츠 모양의 쉬트 2장을 서로 위/아래로 맞대어 도너츠 모양의 양쪽 가장자리를 압착하여 성형한다. 에어백의 베이스 부위는 직사각형 모양으로 절단된 쉬트를 성형된 도너츠 모형의 안쪽에 덧붙이게 된다. 또한, 도너츠 모양의 안쪽 한 부위에 밸브를 삽입하여 밸브를 고정시킨다.

성형이 완료되어 가류하기 전의 에어백을 통상 그린 에어백이라고 하며, 그린 에어백을 하측 가류금형에 투입하고 에어백 형상을 유지 및 금형에 압착하는 단계로서 포오밍 단계를 채용하며, 포오밍을 거친 그린 에어백에 상측 가류금형을 닫아 에어백 내부에 공기 또는 포화스팀이 공급되어지고, 가류금형 틀 내부에는 챔버가 구성되어 챔버 내부로 포화증기가 공급된 후 가류를 진행하게 된다.

이때 타이어 가류용 그린 에어백의 두께가 두꺼워 전열속도가 전체적으로 느리게 진행되어 가류시간이 장시간 소요되며, 이중에서도 전열속도가 가장 느린 부위는 밸브를 지지하는 밸브 베이스 고무부로서 전체 가류시간을 결정하는 부위가 된다. 통상 이 부위가 가류 종료후 가류 열용량이 부족할 경우 밸브베이스 고무 내부에 공극이 발생하여 제품으로서의 가치가 없게 된다.

또한, 그린 에어백 성형시 여러 고무 쉬트를 붙여서 에어백을 형성하게 되는데, 열노화성을 향상시키기 위해 공지의 기술인 부틸 고무만을 사용했을 때 고무간의 접착력이 떨어져 가류 후에도 에어백 고무 내부가 서로 떨어져 있는 현상이 있어 에어백 자체의 기능저하 및 타이어 가류시 불량의 원인이 되었다.

에어백의 일반적인 성형도면을 도 2에 나타내었다.

한편, 종래 가류 에어백용 고무 조성물의 구체적인 예로는 대한민국 공개 특허 제97-42777호, 제1999-27273호 및 제1999-71092호를 들 수 있는 바, 대한민국 공개 특허 제97-42777호에서는 염소화된 가공조제를 첨가한 공기압 타이어의 가류 블래더 및 가류용 에어백에 사용하는 고무 조성물로서 기재 폴리머 이소부틸렌-이소프렌 폴리머 100중량부, 카본블랙 40 내지 60중량부, 산화아연 1 내지 5중량부, 스테아린산 1 내지 2중량부, 가류제 1 내지 15중량부에 염소화된 가공조제 3 내지 25중량부를 첨가하여 이루어진 고무 조성물을 개시하고 있다. 여기서 제조된 가류용 블래더 및 에어백은 한계 사용수명 및 열전도 특성을 향상시킬 수 있어 가류물의 생산성을 향상시킬 수 있다고 개시하였다.

그리고, 대한민국 공개특허 제1999-27273호에는 고무 배합시 이소부틸렌-이소프렌 고무 100중량부에 대하여 습식 화학반응으로 제조된 아연화를 촉진제로, 스테아린산을 활성제 및 가공조제로 사용한 가류 브래더 및 에어백용 고무 조성물이 개시되어 있는 바, 이는 배합 고무 조성물 측면에서 가류 물성(인장물성 및 내피로성 등) 향상, 가류도 향상, 가류제 분산성 향상, 제조불량 감소 뿐만 아니라 가류 브래더 및 에어백의 완제품 측면에서 열전도도 향상을 통한 생산성 향상, 배합 조성물의 열화 현상 개선을 통한 열화 초기 발생점 억제, 성장 억제방법으로 작용할 수 있다고 하였다.

그리고, 대한민국 공개특허 제1999-71092호에서는 염소화된 가공조제와 액상 폴리머를 적용하여 이들이 가공 중에는 가공조제로서의 역할을 수행하여 혼합도를 높이고, 가류시 가류 촉진제로 사용되어 완제품 가류 에어백에서 습기에 대한 불투과성, 열전도도를 향상시키고 열화에 의한 파괴의 개시점 발생억제와 응력 전달 경로의 억제작용을 할 수 있어 한계 수명 향상으로 가류물의 생산성을 향상시킬 수 있다고 개시하였다.

이에, 본 발명에서는 일반적으로 에어백의 두께가 다른 타이어 가류용 브래더에 비해 상당히 두꺼워 에어백 가류시간이 장시간 소요되며, 이로 인해 에어백 표면이 에어백 고무 중간층보다 열노화가 심해 표면이 쉽게 손상되고 쉬트간 박리현상이 발생되어 가류중 타이어 내부에 고무 돌출현상이 발생되어 타이어 품도를 저하시키는 문제를 해결하기 위해, 카본블랙을 N330과 N660을 혼합 사용하고 가공조제로서 지방산 에스터를 사용한 결과, 고무간 접착력을 향상시키면서 가공중의 고무 흐름성과 탈형성을 개선시켜 열노화 저항성 및 치수안정성이 향상됨을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 고무간 접착력을 향상시키면서 가공중의 고무 흐름성과 탈형성을 개선시켜 열노화 저항성 및 치수안정성을 향상시킬 수 있는 타이어 가류 에어백용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 가류 에어백용 고무 조성물은 천연고무 30∼50중량%와 염소화된 부틸고무 50∼70중량%로 된 원료고무 100중량부에 카본블랙 50∼70중량부, 가류촉진제 1∼3중량부, 유황 1.5∼3중량부, 가공조제로서 지방산 에스터 2∼5중량부, 노화방지제 1∼3중량부, 반응성 수지 1∼5중량부 및 산화아연 4∼7중량부를 첨가하여 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 지방산 에스터의 화학구조식이며,

도 2는 에어백 성형도면이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

종래에는 두꺼운 에어백 고무가 균일한 가교도를 얻기 위해 열전도성을 향상시키는 수단으로 열전도성 카본블랙을 충전제로 사용하였지만, 만족할만한 수준에 다다르지 못하였으며, 열노화로 인한 한계수명 저하 및 고무의 기계적 물성, 고무접착력 저하가 현격하게 나타났다.

본 발명은 에어백의 열노화에 의한 표면크랙 방지 및 접착력 향상을 위한 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 내열노화성을 갖는 고무재료는 천연고무 30∼50중량%에 부틸고무 50∼70중량%를 원료고무로 사용한다.

여기에 퍼니스 블랙 N330과 N660을 2∼4:1의 중량비로 혼합 사용한다. 전체적인 카본블랙의 함량은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 50∼70중량부인 것이 바람직하며, 그 함량이 50중량부 미만이면 고무의 그린스트랭스 저하 및 타이어 가류중 에어백의 베이스부에 변형이 생겨 타이어 불량이 발생하며 70중량부 초과면 미가류 고무의 점도가 높아 성형에 어려움이 있으며 쉬트간 접착면이 벌어지는 문제가 있다. 그리고, 퍼니스 블랙 N330과 N660의 비가 상기 범위를 벗어날 경우 가류고무의 보강성 저하로 인해 열노화에 약한 문제가 있을 수 있다.

그리고 본 발명의 고무 조성물에서는 가류촉진제를 원료고무 100중량부에 대하여 1∼3중량부로 사용하고, 유황을 1.5∼3중량부로 사용한다. 가류촉진제로는 디벤조티아질 디설파이드 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이때, 유황과 가류촉진제의 비를 1:1.5∼3중량비로 사용하는 것이 바람직한 바, 만일 유황과 가류촉진제의 비가 상기 범위를 벗어날 경우 고무의 가교밀도 저하로 인해 사용 초기에 열노화에 의한 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

통상의 타이어 가류용 에어백 고무조성물의 내열노화성을 향상시키기 위해 공지의 기술인 부틸고무만을 사용했을 때 쉬트간 접착력 저하 및 필러분산 저조에 따른 물성저하가 야기되며, 고무간 접착력 향상을 위해 천연고무만을 사용했을 때는 내열노화성에 불리하다. 또한, 천연고무와 부틸고무 혼합시 두 고무간 상용성이 저조해 원하는 물성을 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 천연고무 30∼50중량%에 부틸고무 50∼70중량%를 혼합 사용하고, 여기에 가공조제로서 지방산 에스터를 2∼5중량부를 혼입한다. 지방산 에스터는 도 1과 같은 화학구조식을 갖는 것으로서, 이는 낮은 녹는점과 용이한 분산작용을 하여 천연고무와 부틸고무의 상용성을 향상시키는 역할을 한다.

만일, 지방산 에스터를 2중량부 미만으로 혼입할 경우 천연고무, 부틸고무, 카본블랙, 성형물의 탄성을 잃어 원하는 형상의 에어백을 이룰 수 없고, 5중량부보다 많이 혼입할 경우에는 미가류고무 쉬트작업시 롤과의 접착정 저하로 인해 원하는 쉬트 작업을 할 수 없어 현장 적용에 어려움이 있다.

그밖에 본 발명의 고무 조성물은 통상 타이어 가류용 에어백 고무 조성물에서 첨가할 수 있는 노화방지제, 반응성 수지, 캐스터 오일, 산화아연 등을 포함할 수 있음은 물론이다. 노화방지제로는 왁스 등을 들 수 있으며, 반응성 수지라 함은코마론레진 및 티부틸페놀포름알데하이드레진 등을 들 수 있다.

이와같은 본 발명의 고무 조성물은 내열노화성 향상 및 에어백 치수안정성에 탁월한 효과를 얻을 수 있으며, 고무 쉬트간 접착력을 향상시켜 그린 에어백을 성형해서 가류 전까지 대기하는 시간 동안 그린 에어백의 변형을 막을 수 있다.

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

실시예 1 및 비교예 1∼5

실시예와 비교예의 고무 조성물은 스팀프레스에서 160℃에서 20분간 가류하였다. 각각의 고무 조성물은 다음 표 1과 같으며, 내열노화성 및 기계적 물성 결과는 다음 표 2와 같다.

	실시예	비 교 예
	1	1	2	3	4
천연고무	40	75	80	60	40
염소화된 부틸고무	60	25	20	40	60
카본블랙(N330)	45	50	10	30	45
카본블랙(N660)	15	-	50	30	15
캐스터 오일	6	6	6	6	6
반응성 수지	3	3	3	3	3
노화방지제	2	2	2	2	2
가공조제	3	-	1	1	10
유황	1	2	3	2	1
가류촉진제	2.5	1	1	2	2.5
산화아연	5	5	5	5	5
(주)카본블랙: 퍼니스블랙, 금호사가류촉진제: 디벤조티아질 디설파이드, 바이엘사 제품노화방지제: 왁스, 일반적 제품(국내제품)가공조제: 지방산 에스터, 스트록톨, 독일제품반응성 수지: 코마론레진, 코오롱유화사 제품

	실시예	비 교 예
	1	1	2	3	4
경도(Shore A)	72	67	63	70	55
300% 모듈러스(kgf/㎠)	112	98	106	125	84
신장율(%)	420	430	440	330	590
인장강도(kgf/㎠)	204	163	162	157	311
접착력(kgf/inch)	38	36	34	30	31
사용회수	30	17	-	-	-

상기 표 2에 있어서, 접착력은 두 고무 쉬트사이에 나일론코드지를 넣고 한고무 쉬트 안쪽면에 고무풀을 발라 접착하여 가류후 폭 2.5, 길이 10, 두께 1cm의 크기로 잘라 인장시험기에서 가류된 한쪽 고무시편을 고정하고 다른 고무시편을 헤드 크로스 스피드 50mm/min로 잡아당기는 방법으로 측정하였고, 사용회수는 상기 실시예 및 비교예에 명기된 배합표에 의해 직접 에어백을 제조하여 실제 타이어 가류에 적용하여 탈착까지 사용회수를 카운트하는 방법으로 측정하였다.

상기 표 2의 결과로부터, 에어백고무의 경도가 낮으면 타이어 가류중 에어백 베이스부의 변형으로 인한 타이어 불량이 발생할 수 있으며, 쉬트간 접착력을 향상시켜 가류중 박리현상을 방지하며, 적정한 신장율과 인장강도를 가짐으로서 열노화에 의한 내피로성이 향상되어 에어백의 한계수명을 향상시킬수 있음을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 천연고무와 염소화된 부틸고무를 혼용하면서 여기에 가공조제로서 지방산 에스터를 혼입하고, 유황과 가류촉진제를 일정비료 혼합하여 얻어진 고무 조성물은 고무간 접착력을 향상시키면서 가공중의 고무 흐름성과 탈형성을 개선시켜 열노화 저항성 및 치수안정성을 향상시킬 수 있어 타이어 가류 에어백용으로 바람직하다.

Claims (3)

1. 천연고무 30∼50중량%와 염소화된 부틸고무 50∼70중량%로 된 원료고무 100중량부에 카본블랙 50∼70중량부, 가류촉진제 1∼3중량부, 유황 1.5∼3중량부, 가공조제로서 지방산 에스터 2∼5중량부, 노화방지제 1∼3중량부, 반응성 수지 1∼5중량부 및 산화아연 4∼7중량부를 첨가하여 이루어진 타이어 가류 에어백용 고무 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 유황과 가류촉진제를 1:1.5∼3중량비로 혼합하는 것임을 특징으로 하는 타이어 가류 에어백용 고무 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 카본블랙은 퍼니스 블랙 N330과 N660 2∼4:1중량비의 혼합물인 것임을 특징으로 하는 타이어 가류 에어백용 고무 조성물.