KR100474574B1 - 웨트 제동성능이 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

웨트 제동성능이 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 천연고무 10 내지 30 중량부, 부타디엔 고무 30 내지 50 중량부, 스티렌 결합량이 20 내지 50%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 50 중량부로 이루어진 순수 고무성분 100 중량부에 대해서, 카본 블랙 40 내지 70 중량부, 표면 처리한 실리카 20 내지 50 중량부를 함유하되, 카본 블랙과 실리카의 총량이 60 중량부 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따라 아이스 노면에서의 제동성능을 우수하게 유지하면서 웨트 제동성능이 크게 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.

Description

웨트 제동성능이 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물
본 발명은 웨트 제동성능이 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고무 성분이 천연고무, 부타디엔 고무, 및 유화중합 스티렌-부타디엔 고무로 이루어지고, 최적량의 카본 블랙과 표면 처리한 실리카를 사용하여 일정수준의 경도를 유지시킴으로써 아이스 노면에서의 제동성능을 우수하게 유지하면서 웨트 제동성능이 크게 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
통상적으로, 타이어는 사용용도에 따라 크게 2가지로 분류된다. 즉, 사계절용 및 여름용 타이어와, 겨울용 타이어로 분류된다.
겨울용 스노우 스터드레스 타이어에는 크게 4가지 성능이 요구된다. 즉, 아이스 노면 및 스노우 노면에서의 제동성능, 건조 노면에서의 조종안정성 및 젖은 노면에서 웨트 제동성능이다.
위의 4가지 성능에 있어서, 타이어의 사용조건, 즉 온도조건, 노면조건에 따라 중요 성능 순위가 크게 달라질 수 있다. 유럽에서와 같이 젖은 노면과 아이스 노면에서의 성능, 그리고 건조 노면에서의 성능이 모두 고려된 사용 조건에서는 건조 노면에서의 조종안정성과 웨트 제동성능을 충분히 갖춘 스노우 스터드레스 타이어가 요구되는 반면, 일본의 일부지역에서는 아이스나 스노우 노면에서의 제동성능이 우수한 타이어가 요구된다.
그러나, 일반적으로 아이스/스노우 노면에서의 제동성능과, 젖은 노면에서의 제동성능 및 건조 노면에서의 조종안정성은 서로 상반되는 성능이어서, 웨트 제동성능이 우수하면서 아이스/스노우 노면에서의 제동성능이 매우 우수한 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하는 것은 매우 어려운 일이다.
본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하고자 연구한 결과, 고무 성분이 천연고무, 부타디엔 고무, 및 유화중합 스티렌-부타디엔 고무로 이루어지고, 최적량의 카본 블랙과 표면 처리한 실리카를 사용하여 일정수준의 경도를 유지시킴으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있음을 알게되어 본 발명에 이르게 되었다.
이에 본 발명은, 아이스 노면에서의 제동성능을 우수하게 유지하면서 웨트 제동성능이 크게 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 천연고무 10 내지 30 중량부, 부타디엔 고무 30 내지 50 중량부, 스티렌 결합량이 20 내지 50%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 50 중량부로 이루어진 오일함유분을 제외한 순수 고무성분 100 중량부에 대해서, 카본 블랙 40 내지 70 중량부, 표면 처리한 실리카 20 내지 50 중량부를 함유하되, 카본 블랙과 실리카의 총량이 60 중량부 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물인 것이다.
상기에서, 각 고무 성분들의 중량부는 원료고무에 함유되어 있는 오일 성분을 제외한 순수 고무 성분의 중량부를 의미한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 보강제로써 카본블랙과 실리카를 적정량 혼합하여 저온에서의 온도에 따른 경도상승을 적게 하여 아이스 노면에서의 제동성능을 향상시킨다.
실리카는 카본블랙에 비해 고무의 온도 의존성, 즉 저온으로 갈 때 경도의 변화(경도의 상승)를 적게 하여 저온에서 고무가 유연하게 함으로써 아이스 노면에서의 마찰계수를 증가시켜 주는 역할을 한다.
실리카는 전체 고무성분 100 중량부에 대해서, 20 내지 50 중량부를 첨가하는 것이 바람직한데, 20 중량부 미만이면 실리카의 효과가 미미하게 되며, 50 중량부를 초과하게 되면 고무의 혼합 가공성이 어렵고 압출공정 등의 제조공정에서 스코치 문제가 야기되기 쉬우며, 실리카 첨가량이 지나치게 많으면 내마모 성능이 저하된다.
본 발명에서 사용하는 실리카는 CTAB 표면적이 100 내지 250㎡/g이며, DOP 흡유량이 100 내지 250㎖/g인 것을 사용한다.
실리카는 입자표면형태와 입자크기에 따라 고무간 결합력에 차이가 나므로 고무의 보강성에 영향을 준다. 실리카의 CTAB 및 DOP 수치가 상기 범위 미만이면, 실리카 표면적 및 미세기공이 적게되므로 고무간 결합면적이 적게되어 보강제로 사용되는 실리카의 보강성이 저하되어 마모성능 등이 저하된다. 반면 상기 범위를 초과하는 경우에는 고무와 실리카의 혼합성이 저하된다.
본 발명에서는 실리카의 혼합가공성을 위하여 실리카 표면처리를 위해 커플링제로써 트리에톡시실릴프로필 테트라설파이드를 사용하며, 사용량은 실리카 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부이다. 15 중량부를 초과하여 사용하면 고무조성물의 혼합 또는 압출 공정에서 스코치를 야기할 수 있고, 5 중량부 미만으로 사용하면 실리카와 커플링제 사이의 반응량이 적어져서 트레드 고무조성물에서 요구하는 물성인 적절한 내마모 성능, 경도 등을 얻기 어려워 진다.
본 발명에서는 아이스/스노우 노면에서의 제동성능 및 건조노면에서의 조종안정성을 고려하여 트레드 고무의 경도 수준을 -20℃에서 63 내지 73으로, 20℃에서 60 내지 70로 유지하도록 한다.
실리카 배합 트레드 고무조성물의 단점인 내마모성 보강을 위해 본 발명에서는 입자 크기가 매우 작은 카본블랙, 즉 질소흡착 비표면적이 120 내지 160㎡/g이고, DBP 흡유량이 100 내지 128㎖/100g인 카본블랙을 사용함으로써 실리카 배합에 따른 내마모성능 저하를 최소화한다. 카본블랙은 전체 고무성분 100 중량부에 대해서, 40 내지 70 중량부를 사용하며, 카본 블랙과 실리카의 총량은 60 중량부 이상, 바람직하게는 60 내지 90 중량부가 되도록 하는 것이 좋다. 보강제의 총량, 즉 카본 블랙과 실리카의 총량은 함유되는 오일량에 따라 상대적으로 변화가 가능하지만, 지나치게 보강제 중량부가 많으면 고무의 경도가 높게 되어 아이스 제동성능이나 스노우 제동성능, 그리고 웨트 제동 성능까지 저하될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 웨트 제동성능 개선을 위해서 전체 고무 성분을 천연고무 10 내지 30 중량부, 부타디엔 고무 30 내지 50 중량부, 스티렌 결합량이 20 내지 50%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 50 중량부로 구성한다.
스티렌 결합량이 높은 고무일수록 웨트 제동성능이 우수해지지만 저온에서의 경도상승이 큰 단점이 있어서 본 발명에서는 상기와 같이 스티렌 결합량이 20 내지 50%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무와 천연고무 및 부타디엔 고무를 함께 배합하여 사용한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 하며, 본 발명은 이 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4
다음 표 1에 나타낸 성분들을 배합하여 실시예 1 내지 4의 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.
제조한 고무 조성물을 이용하여 시험 시편을 제작하여 경도를 측정하고, 람본 마모, 아이스/웨트 제동성능(마찰계수), 및 동적손실계수(0℃ tanδ)를 측정하였다. 측정방법은 다음과 같으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
경도 : ASTM 쇼어-A 경도계로 온도 조절한 체임버 내에 1시간 방치한 후 측정함.
아이스 마찰계수 : 동적 마찰 시험기(sunny koken사 제품)로 -15℃ 온도에서 24시간 얼린 아이스 노면 상에서 측정한 데이타로 30㎞/시간 속도에서의 마찰계수임.
아이스 마찰계수는 아이스 노면에서의 제동성능에 대응하는 특성치이며, 그 수치가 클수록 아이스 노면에서의 제동성능이 우수함을 의미한다.
웨트 마찰계수 : 동적 마찰 시험기로 실온에서 젖은 상태의 아스팔트 노면으로 된 샘플 노면에서의 속도 30㎞/시간에서의 마찰계수임.
웨트 마찰계수는 웨트 제동성능에 대응하는 특성치이다.
0℃ tanδ : 동적손실계수 0℃ tanδ는 0.5% 스트레인으로 10Hz의 진동수로 측정한 데이타로, 측정 방법은 온도 스윕으로 토션 타입의 점탄성 시험기를 이용함.
0℃ tanδ는 웨트 제동성능에 대응하는 특성치로서 그 수치가 클수록 웨트 제동성능이 좋은 것이다.
비교예 1과 2
다음 표 1에 나타낸 성분들을 배합하여 비교예 1과 2의 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다.
제조한 고무 조성물을 이용하여 시험 시편을 제작하여 경도를 측정하고, 람본 마모, 아이스/웨트 제동성능(마찰계수), 및 동적손실계수(0℃ tanδ)를 측정하였다. 측정방법은 실시예 1의 방법과 동일하게 하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
NR1/BR312 10/55(40) 20/55(40) 20/55(40) 20/55(40) -/55(40) 60/55(40)
SBR17123 68.75(50) - - - 82.5(60) -
SBR17214 - 55(40) 55(40) 55(40) - -
카본블랙①5 - - - - 78 60
카본블랙②6 58 65 55 45 - -
실리카7 20 20 30 40 - -
가공유 14 16 16 16 10 16
커플링제8 1.6 1.6 2.4 3.2 - -
ZnO 4 4 4 4 4 4
스테아르산 2 2 2 2 2 2
노화방지제 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5
촉진제 CZ9 1.4 1.4 1.3 1.2 1.5 1.3
촉진제 DPG10 0.3 0.3 0.4 0.5 - -
유황 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 1.4
경도 -20℃ 69 68 68 67 70 64
0℃ 65 65 64 64 65 58
20℃ 63 63 62 62 62 55
람본 마모지수 102 99 97 94 100 89
아이스 마찰계수 0.260 0.250 0.254 0.258 0.237 0.271
(지수) (110) (105) (107) (109) (100) (114)
웨트 마찰계수 0.530 0.601 0.609 0.618 0.498 0.401
(지수) (106) (121) (122) (124) (100) (81)
0℃ tanδ 0.209 0.220 0.226 0.230 0.203 0.178
(지수) (103) (108) (111) (113) (100) (88)
1 NR : 천연고무
2 BR31 : 오일이 37.5 중량부 함유된 부타디엔 고무
( ) 안의 중량부는 함유되어있는 오일성분을 제외한 순수고무성분중량부
3 SBR1712 : 스티렌 결합량이 23.5 중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 공중합 고무로서 오일이 37.5 중량부 혼입되어 있음.
( ) 안의 중량부는 함유되어있는 오일성분을 제외한 순수고무성분중량부
4 SBR1721 : 스티렌 결합량이 40 중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 공중합체 고무로서 오일이 37.5 중량부 혼입되어 있음.
( ) 안의 중량부는 함유되어있는 오일성분을 제외한 순수고무성분의 중량부
5카본블랙① : 질소흡착 비표면적이 119㎡/g이고, DBP 흡유량이 115㎖/100g인 카본블랙
6 카본블랙② : 질소흡착 비표면적이 130㎡/g이고, DBP 흡유량이 123㎖/100g인 카본블랙
7 실리카 : CTAB 표면적이 150 내지 180㎡/g이고, DOP 흡유량이 190 내지 250㎖/g인 실리카
8 커플링제 : Si-69 (데구사(Degussa)사제)
트리에톡시실릴프로필 테트라설파이드
9 CZ(상품명) : N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴-설펜아미드
10 DPG : N, N-디페닐 구아니딘
표 1에서 보면, 비교예 1은 통상적인 스노우 스터드레스 타이어의 캡 트레드 고무 조성물이고, 비교예 2 또한 통상적인 스노우 스터드레스 타이어의 캡 트레드 고무조성물이며, 비교예 2는 주로 아이스 노면에서의 제동성능을 좀더 강조한 것이고, 비교예 1은 웨트 제동성능을 좀더 강조한 것이다. 실시예 1 내지 4는 아이스 노면에서의 제동성능을 향상시킴과 동시에 웨트 제동성능을 향상시킨 고무 조성물이다.
표 1에서 볼 때, 비교예 1에 비해 실시예 1 내지 4는 아이스 제동성능이 향상되면서 웨트 제동성능도 향상되었음을 알 수 있다.
비교예 2에 비해서는 실시예 1 내지 4는 아이스 노면에서의 제동성능은 양호하지 않지만 비교예 1보다는 양호하며 웨트 제동성능이 비교예 1과 2에 비해 매우 우수함을 알 수 있다.
웨트 제동성능은 실시예 1 내지 4에서와 같이 실리카를 사용함으로써 개선됨을 알 수 있다. 즉 카본블랙에 비해 실리카가 웨트 마찰계수에 매우 효과가 있음을 알 수 있다.
또한 웨트 제동성능의 개선을 위해서 실시예 2 내지 4에서는 스티렌 결합함량이 매우 높은 SBR1721을 사용하였다. 기본적으로 SBR1721와 같이 스티렌 결합량이 높은 폴리머 일수록 웨트 제동성능이 우수해지지만 반대로 저온에서의 경도상승이 큰 단점이 있으며, 아이스 마찰계수가 실시예 1에 비해 작음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 천연고무와 부타디엔 고무 및 유화중합 스티렌-부타디엔 고무의 적절한 배합비를 토대로 실리카와 내마모성능이 우수한 카본 블랙을 사용함으로써 아이스 제동성/웨트 제동성 그리고 내마모 성능도 함께 고려한 고무조성물을 제공할 수 있게 된다.
즉 본 발명에 따라 통상적인 스노우 타이어의 고무조성물인 비교예 1보다 웨트 제동성능과 아이스 제동성능이 우수하고, 비교예 2보다 웨트 제동성능이 크게 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물이 제공된다.
본 발명에 따라 아이스 노면에서의 제동성능을 우수하게 유지하면서 웨트 제동성능이 크게 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 천연고무 10 내지 30 중량부, 부타디엔 고무 30 내지 50 중량부, 스티렌 결합량이 20 내지 50%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 30 내지 50 중량부로 이루어진 순수 고무성분 100 중량부에 대해서, 카본 블랙 40 내지 70 중량부, 표면 처리한 실리카 20 내지 50 중량부를 함유하되, 카본 블랙과 실리카의 총량이 60 중량부 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 카본 블랙은 질소흡착 비표면적이 120 내지 160㎡/g이고, DBP 흡유량이 100 내지 128㎖/100g인 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 실리카는 CTAB 표면적이 100 내지 250㎡/g이고, DOP 흡유량이 100 내지 250㎖/g이며, 실리카 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부의 트리에톡시실릴프로필 테트라설파이드로 표면 처리된 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물.
KR10-1998-0048137A 1998-11-11 1998-11-11 웨트 제동성능이 개선된 스노우 스터드레스 타이어 트레드용 고무 조성물 KR100474574B1 (ko)

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