KR100518311B1 - 건조 노면에서 조종안정성이 개선된 스노우 스터드레스 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스노우 스터드레스 타이어에 있어서, 트레드 부위가 캡 트레드층과 언더 트레드층으로 이루어지되, 상기 캡 트레드층은 -20℃에서 경도가 50 내지 60이고, 캡 트레드 고무조성물은 원료고무성분 100 중량부에 대해서 실리카가 10 내지 30 중량부 함유되어 있으며, 상기 언더 트레드층은 20℃에서 경도가 68 내지 80인 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 따라, 아이스 노면과 스노우 노면에서의 제동성능이 우수하게 유지되면서 건조 노면에서의 조종안정성이 크게 향상된 스노우 스터드레스 타이어를 제공할 수 있다.

Description

건조 노면에서 조종안정성이 개선된 스노우 스터드레스 타이어

본 발명은 스노우 스터드레스 타이어에 관한 것이며, 더욱 상세히는 스노우 스터드레스 타이어의 트레드 부위를 캡 트레드층과 언더 트레드층의 2개층으로 구성함으로써 아이스 노면과 스노우 노면에서의 제동성능을 우수하게 유지하면서 건조 노면에서의 조종안정성을 크게 향상시킨 스노우 스터드레스 타이어에 관한 것이다.

통상적으로, 타이어는 사용용도에 따라 크게 2가지로 분류된다. 즉, 사계절용 및 여름용 타이어와, 겨울용 타이어로 분류된다.

겨울용 타이어에 있어서, 아이스 및 스노우 노면에서의 제동성능을 우수하게 하기 위해서는 트레드 고무를 저온에서 유연하게 하여 아이스 노면과 스노우 노면에서 마찰계수를 크게하는 것이 일반적이다. 여기서, 저온에서 고무를 유연하게 한다는 것은 트레드 고무의 경도를 일반 여름용 또는 사계절용 타이어 트레드 고무보다 대단히 낮게 한다는 것을 의미한다.

그러나, 저온에서 매우 유연한 트레드 고무를 사용한 스노우 스터드레스 타이어는 아이스나 스노우 노면에서의 제동성능은 대단히 우수할 수 있지만, 겨울철이라 하더라도 건조 노면을 주행하는 경우에는 트레드 고무의 강성이 매우 낮아서 조종안정성 성능이 크게 저하되는 문제점이 있다.

본 발명자는 상기와 같은 문제를 해결하고자 연구한 결과, 스노우 스터드레스 타이어에 있어서, 트레드부위 고무조성물은 실리카를 함유하며, 저온에서 경도가 매우 낮은 캡 트레드층과, 경도가 높은 언더 트레드층의 2개층으로 구성함으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있음을 알게되어 본 발명에 이르게 되었다. 이에 본 발명은, 겨울용 타이어의 주요성능인 아이스 노면과 스노우 노면에서의 제동성능을 우수하게 유지하면서 스노우 타이어의 단점인 건조 노면에서의 조종안정성을 크게 개선시킨 스노우 스터드레스 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 스노우 스터드레스 타이어에 있어서, 트레드 부위가 캡 트레드층과 언더 트레드층으로 이루어지되, 상기 캡 트레드층은 -20℃에서 경도가 50 내지 60이고, 캡 트레드 고무조성물은 상기 원료고무성분 100 중량부에 대해서 실리카가 10 내지 30 중량부 함유되어 있으며, 상기 언더 트레드층은 20℃에서 경도가 68 내지 80인 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어인 것이다.

상기에서, 경도는 ASTM 쇼어-A 경도계로 ASTM D2240 측정법에 의해 측정된 측정치로써 경도계상 최대수치인 100을 기준으로 했을 때 나타나는 수치로 별도의 단위는 없다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 스노우 스터드레스 타이어의 트레드 부위는 캡 트레드층과 언더 트레드층의 2개 층으로 구성되어 있다. 본 발명의 스노우 스터드레스 타이어의 트레드부의 단면도를 도 1에 도시하였으며, 여기서 트레드부의 최외측은 캡 트레드 고무층(1)이고, 그 하부는 언더 트레드 고무층(2)으로 구성되며, 그 하부에는 벨트층(3)이 있다.

트레드 고무층의 홈에 노출된 언더 트레드층의 두께(e)는 타이어 트레드 고무층의 홈 깊이(d)의 0.3 내지 0.8배인 것이 바람직하다(도 1 참조).

트레드 고무층의 홈에 노출된 언더 트레드층의 두께가 홈 깊이의 0.3배 미만이면 언더 트레드 고무의 특성이 발휘되지 않아 건조 노면에서의 조종안정성 개선이 미미하게 되며, 트레드 고무층의 홈에 노출된 언더 트레드층의 두께가 홈 깊이의 0.8배를 초과하면 캡 트레드 고무의 유연성이 저하되어 아이스나 스노우 노면에서의 제동성능이 저조하게 되며, 캡 트레드층의 두께가 너무 얇아서 주행시 고무 마모에 따라 단단한 언더 트레드 고무층이 빨리 표면으로 노출됨으로써 아이스나 스노우 노면에서의 제동성능이 급격히 저하하게 된다.

본 발명의 언더 트레드층은 20℃에서 경도가 68 내지 80인 것을 사용하는데, 이 수준의 단단한 경도를 가져야 건조 노면에서의 조종안정성능을 발휘할 수 있게 된다.

본 발명의 캡 트레드층은 -20℃에서 경도가 50 내지 60 것을 사용하는데, 저온에서 이 수준의 유연한 경도를 가져야 아이스 노면이나 스노우 노면에서 제동성능을 발휘할 수 있다. 또한, 캡 트레드 고무층의 고무조성물은 천연고무 60중량부와 부타디엔고무 40중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대해 카본블랙 25 내지 45중량부, 실리카 10 내지 30중량부, 가공유 29중량부, 커플링제 0.8 내지 2.4중량부, 산화아연 4중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 4.5중량부, 가류제 2.7중량부 함유되어 있다.

캡 트레드 고무 조성물에 사용되는 보강제로써 카본 블랙과 실리카가 있는데, 카본블랙에 비해 실리카는 고무의 온도 의존성, 즉 저온으로 갈 때 경도의 변화 (경도의 상승)를 적게하여 저온에서 고무가 유연하게 함으로써 아이스 노면 혹은 스노우 노면에서의 마찰계수를 증가시켜 주는 역할을 한다. 즉 스노우나 아이스 노면에서의 제동성능을 좋게 해주는 역할을 한다.

일반적으로 겨울용 타이어(스노우 스터드레스 타이어)의 캡 트레드 고무조성물은 보강제를 총 50 내지 70 중량부 함유하는데, 실리카와 카본블랙의 혼합에 있어서 실리카가 30중량부를 초과하게 되면 타이어 내마모 성능이 크게 저하되며, 10중량부 미만이면 저온에서의 고무의 유연성 역할이 미미하게 된다. 따라서, 캡 트레드 고무층의 고무조성물은 원료고무성분 100 중량부에 대해서 보강제로서 실리카가 10 내지 30 중량부 함유되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 실리카는 CTAB 표면적이 100 내지 250㎡/g이고, DOP함유량이 100 내지 250㎖/g인 것을 사용한다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하며, 본 발명은 이 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1과 2

캡 트레드 및 언더트레드 고무층이 표 1에 나타낸 바와 같은 경도를 갖는 스노우 스터드레스 타이어를 준비하여 스노우 노면 및 아이스 노면에서의 제동성능과 건조 노면에서의 조종안정성을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

측정은 다음과 같은 방법에 따라 실시하였다.

① 경도 : ASTM 쇼어-A 경도계로 ASTM D2240 시험법에 의해 측정하며 온도조절이 가능한 체임버(밀폐된 상자)내에서 고무시편을 1시간 방치한 후 원하는 온도조건에서의 경도를 측정

② 제동성능의 측정방법 및 지수 (수치)

- 아이스 제동성능 시험방법 : -10℃ 온도조건에서 아이스 노면에서 30Km/hr 속도에서의 차량제동시 제동거리를 측정

- 스노우 제동성능 시험 : -10℃ 온도조건에서 스노우압설 노면에서 40Km/hr속도에서 차량제동시 제동거리를 측정

③ 조종안정성 시험 : 시험 타이어를 차량에 취부한 후 속도 80-100Km/hr 속도에서 차량의 조종성능을 전문 조종사가 주관적인 감각(관능평가)으로 측정하여 차량의 조종 안정성능을 점수화 함.

비교예 1

표 1에서 나타낸 바와 같은 경도를 갖는 종래 스노우 스터드레스 타이어의 캡 트레드 및 언더트레드 고무층으로 된 타이어를 준비하여 스노우 노면 및 아이스 노면에서의 제동성능과 건조 노면에서의 조종안정성을 실시예 1과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 2

표 1에서 나타낸 바와 같은 경도를 갖는 일반적으로 단단한 캡 트레드 고무층을 갖는 여름용 및 4계절용 타이어를 준비하여 스노우 노면 및 아이스 노면에서의 제동성능과 건조 노면에서의 조종안정성을 실시예 1과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예 3

표 1에서 나타낸 바와 같은 경도를 갖는 타이어를 준비하여 스노우 노면 및 아이스 노면에서의 제동성능과 건조 노면에서의 조종안정성을 실시예 1과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

* 트레드 고무층의 홈에 노출된 언더트레드의 두께는 트레드 홈 두께의 0.5배로 함.

* 제동성능지수는 비교예 1의 거리를 100으로 했을때의 상대지수로 나타냄. 지수가 클수록 제동거리가 짧게 됨.

* 조종 안정성 지수는 비교예 1의 타이어의 실차 조종 안정성 점수를 100으로하여 실시예 타이어의 점수를 지수화 함. 지수가 클수록 성능이 양호.

실시예 1, 2는 언더 트레드 고무층이 단단하고, 캡 트레드 고무층이 -20℃에서 경도 수준이 54인 경우로, 아이스 노면 및 스노우 노면에서의 제동성능은 비교예 1 및 비교예 3과 거의 동등 수준을 유지하면서, 비교예 2보다는 크게 우수하며, 비교예 1 및 비교예 3보다 건조 노면에서의 조종안정성능이 크게 향상되었음을 알 수 있다.

다음 실시예 3 내지 5와 비교예 4는 캡 트레드 층에 실리카가 함유되었을때와 그렇지 않을때의 제동성능과 마모성능을 비교하기 위한 것이다.

실시예 3 내지 5

다음 표 2와 같이 캡 트레드 고무 조성물을 제조하고 시편을 제조하여 아이스 노면에서의 제동성능과 람본 마모 성능을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.

비교예 4

다음 표 2와 같이 캡 트레드 고무 조성물을 제조하고 시편을 제조하여 아이스 노면에서의 제동성능과 람본 마모 성능을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

NR : 천연고무

BR : 부타디엔 고무

카본블랙 : 질소흡착비표면적이 145㎡/g이고, DBP흡유량이 124㎖/100g인 카본블랙

실리카 : CTAB표면적이 150 내지 180㎡/g이고, DOP흡유량이 190 내지 250㎖/g인 실리카

커플링제 : Si-69 (Degussa제), 트리에톡시 실릴프로필 테트라설파이드

아이스 마찰계수 : 동적 마찰시험기 (Sunny Koken사 제품)으로 -15℃온도에서 24시간 얼린 아이스 노면상에 측정한 데이터로 30Km / 시간 속도에서의 마찰계수임. → 아이스 제동성능의 대응치

카본블랙에 비해 실리카는 고무의 온도의존성이 적어 저온으로 갈 때 경도의 변화(경도의 상승)를 적게하여 저온에서 고무가 유연하게 함으로써 아이스 노면에서의 마찰계수를 증가 시켜주는 역할을 한다. 비교예 4에 비해 실시예 3, 4, 5에서 실리카가 증가될수록 아이스 노면에서의 마찰계수가 증가되어 아이스 노면에서의 제동성능이 향상됨을 알 수 있다.

본 발명에 따라, 아이스 노면과 스노우 노면에서의 제동성능이 우수하게 유지되면서 건조 노면에서의 조종안정성이 크게 향상된 스노우 스터드레스 타이어를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 스노우 스터드레스 타이어의 트레드부의 단면도이다.

1 -- 캡 트레드층 2 -- 언더 트레드층

3 -- 벨트층

Claims (2)

1. 천연고무 60중량부와 부타디엔고무 40중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대해 카본블랙 25 내지 45중량부, 가공유 29중량부, 커플링제 0.8 내지 2.4중량부, 산화아연 4중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 4.5중량부, 가류제 2.7중량부로 구성되어 있는 스노우 스터드레스 타이어에 있어서, 트레드 부위가 캡 트레드층과 언더 트레드층으로 이루어지되, 상기 캡 트레드층은 -20℃에서 경도가 50 내지 60이고, 캡 트레드 고무층의 고무조성물은 상기 원료고무성분 100 중량부에 대해서 실리카가 10 내지 30 중량부 함유되어 있으며, 상기 언더 트레드층은 20℃에서 경도가 68 내지 80인 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 트레드 고무층의 홈에 노출된 언더트레드층의 두께는 타이어 트레드 고무층의 홈 깊이의 0.3 내지 0.8배인 것을 특징으로 하는 스노우 스터드레스 타이어.