KR100476011B1 - 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 있어서, 단일, 이종 또는 삼성분의 고무성분에 대하여 나노클레이 및 폴리부타디엔을 병용 적용하여 보강충진제의 분산성을 증가시켜 내마모성능 및 내체이핑 성능을 향상시킨 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물은 천연고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무 50∼90 중량부와 부타디엔 고무 10∼50 중량부의 혼합물로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 폴리부타디엔 4∼12 중량부, 나노클레이 2∼10 중량부 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물{Rim flange rubber composition for passenger tire}
본 발명은 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 천연고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무 50∼90 중량부와 부타디엔 고무 10∼50 중량부의 혼합물로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 폴리부타디엔 4∼12 중량부, 나노클레이 2∼10 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 관한 것이다.
타이어의 구성에 있어서, 림 플랜지는 타이어의 비드부를 보강하며 조종안정성 및 제반특성을 발현하는 중요한 구성성분의 하나로서 주행중 보행자용 연석이나 이물질로부터 카카스층을 보호하고 노면에서 타이어 트레드를 통해 전달되는 충격을 완화하여 스트레스를 해소시켜 주고 승차감을 부여하는 역할을 하며 림으로부터 체이핑 되는 현상에 견디도록 설계되어야 한다.
림 프로파일 조정에 의한 형상 변경으로 비드부를 보강하며 체이핑 현상을 어느정도는 방지할 수 있으나 형상 변경시 게이지가 두꺼울 경우 백테 제품은 가류공정에서 부피과다로 인한 폴딩성 에어 함입 불량 발생으로 제품사용시 분리(separation) 사고 요인이 되며, 게이지가 얇을 경우 타이어 주행 중 림 라인과의 마찰리 림 라인 부위가 갈라지는 크랙(crack) 사고를 발생할 수 있다.
일반적으로 타이어에 사용하는 고무에 있어서, 단일 또는 이종 성분의 고무혼합물에 부타디엔 고무를 적정량 첨가하면 인장물성 등 제반특성을 유지하면서 내마모특성을 향상시킬 수 있다. 한편, 보강성 충진체인 카본블랙에 의한 고무의 보강성능은 종래 그 비표면적(입자경)과 구조가 지배적인 요인이라고 생각되고 구비특성에 대응한 다양한 품종이 있다. 그래서 고무성분과의 배합에 있어서는 용도특성에 적합한 다양한 종류의 카본블랙을 선택하여 사용하고 있다.
최근 타이어 주행의 가혹 조건하에서는 요구되어지는 성능도 고도화되고 특히 고내마모성과 저발열성을 겸비하는 것이 중요하다. 카본블랙은 비표면적과 구조가 크면 내마모성은 증대하지만 반면 발열성이 높게 되므로 양특성에는 이율배반적 관계가 있어 보강충진제로 카본블랙을 사용하는 고무조성물에 있어서, 고내마모성과 저발열성을 동시에 부여하는 것은 상당히 어려운 문제이다.
이문제를 해결하기 위해서 서로 다른 특성을 가진 충진제를 사용하거나 보강충진제의 분산성을 극대화 시키는 방법이 제안되고 있다. 즉 단일 또는 혼합물로 이루어진 원료고무에 단일 또는 이종의 보강충진제를 사용하여 사용조건 및 요구특성을 만족하는 고무조성물을 제공할 수 있으나 이는 내구력, 승차감, 소음, 진동, 조종안정성, 내마모특성 등의 서로다른 특성을 조절하는데 어려운 문제가 있다. 또한 보강충진제의 분산성 향상을 위해 다각도로 노력하고 있으나 각 고무조성물에 대하여 아직까지 최적의 보강제의 분산성 향상 방법이 밝혀지고 있지 않다.
본 발명은 림 플랜지 고무조성물에 있어서, 보강충진제의 분산성을 향상시키기 위해 노력하던중 단일, 이종 또는 삼성분의 고무성분에 대하여 분자단위 크기의 나노복합재료의 일종인 나노클레이를 일정량 적용하고, 폴리부타디엔을 병용 적용하면 보강충진제의 분산성이 향상됨을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명은 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 있어서, 단일, 이종 또는 삼성분의 고무성분에 대하여 나노클레이 및 폴리부타디엔을 병용 적용하여 보강충진제의 분산성을 향상시켜 내마모성능 및 내체이핑 성능이 증가된 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물은 공지의 승용차 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 천연고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무 50∼90 중량부와 부타디엔 고무 10∼50 중량부의 혼합물로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 폴리부타디엔 4-12 중량부, 나노클레이 2-10 중량부 포함하는 것을 특징으로 한다.
폴리부타디엔은 보강충진제인 카본블랙의 분산성을 개선시켜 이들을 함유한 고무의 인장강도를 향상시켜 결과적으로 고무의 내마모성능 및 내체이핑 특성을 향상시킬 수 있는데 본 발명에서는 이러한 기능을 할 수 있는 폴리부타디엔은 1,2 비닐함량이 30-90 중량%, 점도가 7.5-2500 poise, 수평균 분자량이 2500-9000 인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 다양한 조건의 특성을 가지는 폴리부타디엔을 사용한바 상기의 특성을 가지는 폴리부타디엔을 사용시 본 발명의 목적에 가장 부합하는 고무조성물을 얻을 수 있었다.
나노클레이는 실리케이트 층상구조의 점토광물을 나노 크기의 시트상의 기본단위로 박리하여 고분자 수지와 복합시킴으로서 고분자의 낮은 기계적 물성을 개선하여 고무조성물의 인장강도와 모듈러스 등의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하는 것으로서 본 발명의 나노클레이는 클레이 함량이 10-30 중량%, 알킬페놀수지 함량이 70-90 중량% 포함하는 것을 사용할 수 있다. 또한 나노클레이에 있어서, 다양한 특성의 클레이를 사용한바 클레이는 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5-5.0nm, 평균입자경이 1.0-8.0㎛인 것을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 원료고무 100 중량부에 대하여 폴리부타디엔은 4 중량부 미만 사용할 경우 분산성의 개선효과가 나타나지 않으며, 12 중량부를 초과할 경우 물성유지가 어려워 오히려 내마모성능이 하락할 가능성이 있으며, 나토클레이는 사용량이 2 중량부 미만일 경우 물성유지가 어렵고 내마모성능의 개선효과가 나타나지 않으며, 10 중량부 초과할 경우 배합시 분산성이 불량하여 물성이 떨어져 오히려 내마모성능이 하락할 가능성이 있다.
한편 본 발명에서 보강충진제로 사용할 수 있는 카본블랙은 ASTM Tint(% of IRB#3) 99∼124, DBP 흡착가(cm3/gm) 0.72∼1.25, ASTM IODINE NUMBER(mg/gm) 67∼148의 특성을 가지며, 실리카는 표면적(m2/g) 155∼165, 구조(㎖/100g) 127∼191, 공극부피(micro volune, cc/g) 0.0086∼0.019, 결합고무량(%) 20.2∼27.5의 특성을 갖는다.
이하 본 발명을 다음의 실시예 및 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
<비교예>
하기의 표 1과 같이 천연고무(NR) 50 중량부, 부타디엔 고무(BR) 50 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 기타 공정조제로서 카본블랙(N330) 30 중량부, 점착제(DYPHENE) 8 중량부, 공정오일 5 중량부, 스테아린산 2 중량부, 아연화 4 중량부, 가류제 4 중량부, 가황촉진제 2 중량부를 첨가한 후 공지의 방법을 이용하여 자동차 타이어용 림 플랜지 고무를 제조하였다.
보강충진제인 카본블랙은 ASTM Tint(% of IRB#3) 104, DBP 흡착가(cm3/gm) 1.01, ASTM IODINE NUMBER(mg/gm) 82의 특성을 가진 것을 사용하였다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이 천연고무(NR) 50 중량부, 부타디엔 고무(BR) 50 중량부로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 기타 공정조제로서 카본블랙(N330) 30 중량부, 점착제(DYPHENE) 8 중량부, 공정오일 5 중량부, 스테아린산 2 중량부, 아연화 4 중량부, 가류제 4 중량부, 가황촉진제 2 중량부, 폴리부타디엔 4 중량부, 나노클레이 2 중량부를 첨가한 후 공지의 방법을 이용하여 자동차 타이어용 림 플랜지 고무를 제조하였다.
상기에서 보강충진제인 카본블랙은 ASTM Tint(% of IRB#3) 104, DBP 흡착가(cm3/gm) 1.01, ASTM IODINE NUMBER(mg/gm) 82의 특성을 가진 것을 사용하였다. 또한 폴리부타디엔은 1,2 비닐함량이 30 중량%, 점도가 27.5 poise, 수평균 분자량이 4900 인 것을 사용하였으며, 나노클레이는 비중이 2.3±0.05, 층간높이가 3.3nm, 평균입자경이 6.5㎛인 클레이 함량이 15 중량%, 알킬페놀수지 함량이 85 중량%로 구성되며 비중이 1.5±0.2 인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
나노클레이 8 중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 자동차 타이어용 림 플랜지 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
폴리부타디엔 8 중량부, 나노클레이 8 중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 자동차 타이어용 림 플랜지 고무를 제조하였다.
<실시예 4>
폴리부타디엔 12 중량부, 나노클레이 8 중량부 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 자동차 타이어용 림 플랜지 고무를 제조하였다.
표 1. 비교예 및 실시예의 고무조성물(단위 : 중량부)
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
천연고무 50 50 50 50 50
부타디엔 고무 50 50 50 50 50
폴리부타디엔 - 4 4 8 12
카본블랙 30 30 30 30 30
점착제 8 8 8 8 8
공정오일 5 5 5 5 5
스테아린산 2 2 2 2 2
노화방지제 3 3 3 3 3
아연화 4 4 4 4 4
나노클레이 - 2 8 8 8
가류제 4 4 4 4 4
가황촉진제 2 2 2 2 2
<시험예>
상기 비교예 및 실시예에 의해 제조한 림 플랜지 고무를 ASTM 규격에 준하여 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신장율, PICO 마모, 카본블랙 분산성 등의 특성을 측정하여 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 특성 결과
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
경도 75 76 79 79 79
300% 모듈러스(kgf/cm2) 135 140 140 140 140
인장강도(kgf/cm2) 170 180 185 185 190
신장율(%) 350 350 360 360 355
PICO 마모(mg) 18 16 14 13 12
분산성(%) 80 88 92 94 97
영구변형률(%) 95 97 98 98 98
상기 표 2의 시험예의 결과에서처럼 본 발명에서 나노클레이, 폴리부타디엔의 첨가량이 증가함에 따라 보강충진제인 카본블랙의 분산성이 개선되어 경도, 300% 모듈러스, 인장물성 및 내마모성, 분산성 및 영구변형률 특성이 향상된 림 플랜지 고무를 얻을 수 있다.
한편 내체이핑 특성은 타이어 비드부의 보강효과를 나타내는 것으로 인장물성중 경도와 영구변형률(Compression set)의 특성에 의해 영향을 받는데 경도상승, 영구변형률 상승시 내체이핑 특성이 향상되는 것으로서 상기 표 2의 결과에서 본 발명의 림 플랜지 고무조성물에 의한 고무시편이 경도 및 영구변형률이 향상되어 결과적으로 내체이핑 특성이 향상됨을 알 수 있다.

Claims (3)

  1. 공지의 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 있어서,
    천연고무를 단독으로 사용하거나 또는 천연고무와 부타디엔 고무의 혼합물로 구성된 원료고무 100 중량부에 대하여 폴리부타디엔 4-12 중량부, 나노클레이 2-10 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 폴리부타디엔은 1,2 비닐함량이 30-90 중량%, 점도가 7.5-2500 poise, 수평균 분자량이 2500-9000 임을 특징으로 하는 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 나노클레이는 비중이 2.3±0.5, 층간높이가 0.5-5.0nm, 평균입자경이 1.0-8.0㎛인 클레이 함량이 10-30 중량%, 알킬페놀수지 함량이 70-90 중량% 포함함을 특징으로 하는 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물
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