KR100583362B1 - 타이어 험프스트립 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가교구조안정화제로서 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산을 원료고무 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부로 더 포함하며, 유황/촉진제를 0.1~1.0중량비 되도록 포함하는 고무 조성물을 제공하는 바, 이는 유황의 양을 줄여 세미-유효 가류 시스템이던 것을 유효 가류 시스템으로 변경하고 가교구조안정화제를 첨가함으로써 내열성이 향상되면서도 영구압축변형에서도 뛰어난 특성을 나타내어 고온의 열을 받게 되는 험프스트립 고무로서 유용하다.

Description

타이어 험프스트립 고무 조성물{Rubber composition for tire hump strip}

본 발명은 타이어 험프스트립 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기입 타이어의 내열성을 향상시키고 영구압축변형을 획기적으로 줄인 험프스트립 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 공기입 타이어의 험프스트립은 휠의 림부와 직접 접촉하여 주행 중 브레이크 드럼의 사용에 의해 발생된 고온의 열이 그대로 전달되기 때문에 내열성이 뛰어나야 하고, 아울러서 림부와 강하게 체결되기 때문에 또한 영구압축줄음율이 작아야 하며, 압축변형에 의한 내크랙 특성과 내마멸성이 요구되고 있다.

험프스트립의 내열성을 부여하기 위해 종래에는 카본블랙, 유황 및 가류촉진제와 같은 첨가제를 다량 사용하거나, 천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔 고무를 혼용하고 그 혼용 비율을 조정하거나 카본블랙의 등급을 조정하는 등의 여러 가지 기술이 사용되어 왔다. 또한, 험프스트립에 사용되는 고무에 이중결합의 함량이 적은 아크릴로니트릴-부타디엔 고무를 천연고무와 함께 혼용함으로써 내열노화성을 향상시키고자 하는 기술이 적용되고 있으나, 이같은 고무조성물은 최근의 트럭 및 버스용 타이어의 재생요구에 부합하는 내구성을 충분히 만족시키기 어렵다. 즉, 험프스트립 고무의 열노화 및 압축 변형과 여러 차례의 타이어 취부 과정에서 생기는 험프스트립부의 변형 유발요인에 의해 크랙이 발생되거나, 더욱 심한 경우 비드부 전체의 손상을 가져와, 타이어의 수명을 크게 저하시키게 된다.

더욱이 상기의 기술들은 각각의 특성 측면에서는 약간의 개선 효과를 보이지만 상기에 열거한 험프스트립 고무의 모든 요구특성을 만족시키지 못하고 있다.

예컨대, 압축변형율을 개선하고자 가류제를 증량한 경우 지속적인 변형에 약하게 되며 열노화에 의한 고무의 경화를 급속도로 야기하여 크랙의 발생 및 파괴를 일으키고, 천연고무와 시스 1,4-폴리부타디엔 고무의 혼용 비율을 증가시켜 내마멸성을 향상시키고자 한 경우에는 열노화에 의한 고무의 터프니스 저하로 인하여 비드 토우(toe)부분이 떨어져 나가거나 역시 크랙 발생을 야기하여 궁극적으로는 타이어의 내구성 및 재생성이 크게 저하되는 문제가 있다.

또한, 몰포린 디설파이드나, 알킬페놀 폴리설파이드와 같은 유황공여체를 적용하여 압축변형율이나 내마멸성을 높이면서 터프니스나 내열성이 유지되게 한 경우도 있으나, 이 또한 현재의 재생성능 요구에 만족할만한 수준이 되지 못하고 있다.

공기입 타이어의 험프스트립은 휠의 림부와 직접 접촉하여 주행 중 브레이크 드럼의 사용에 의해 발생된 고온의 열이 그대로 전달되기 때문에 내열성이 우수해야 하고 열에 의한 고무의 인장강도 및 터프니스의 변화가 작아야 하며, 아울러서 림부와 강하게 체결되기 때문에 뛰어난 영구압축변형율과 같은 특성이 요구되고 있 다.

이에, 본 발명자들은 험프스트립 고무로서 요구되는 특성들을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하던 중, 유황의 감량을 통해 통상의 세미-유효 가류 시스템(Semi-Efficient Vulcanization System)에서 유효 가류 시스템(Efficient Vulcanization System)으로 변경하면서도 가교구조안정화제를 사용하여 고온상태에서의 가교구조의 안정성을 개선한 결과, 열적으로 안정한 가교구조를 부여하여 궁극적으로 강한 인장강도 및 터프니스를 지속시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 가교구조안정화제를 가류시스템에 첨가하여, 고온의 열을 직접적으로 전달받는 험프스트립 고무의 가교구조가 열적 안정상태를 유지할 수 있도록 하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 내열성이 향상되고 영구압축변형을 줄인 험프스트립 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 험프스트립 고무 조성물은 천연고무와 부타디엔 합성고무를 2:8~8:2중량비로 포함하는 원료고무에 카본블랙, 산화아연, 스테아린산, 유황 및 촉진제를 포함하는 것으로서, 여기에 가교구조안정화제로서 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산을 원료고무 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부로 포함하며, 동시에 유황/촉진제의 비율은 0.1~1.0중량비인 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 가교구조 중에서 폴리설파이드 구조는 고무의 동적 피로와 터프니스 유지에 필요하나, 통상의 세미-유효 가류 시스템에 의해서는 형성되는 양이 작으며 또한 열에 의해 쉽게 끊어지기 때문에 그 장점을 지속시키기 어렵다. 더욱이 고온의 열을 받게 되는 험프스트립의 경우 더욱 그러하다.

본 발명에서는 폴리설파이드보다 그 결합 길이가 1.5∼2배 이상 길면서 열적 안정성을 갖는 알킬결합을 포함하는 구조를 부여하여, 인장강도와 터프니스를 지속되는 열변형에서도 유지가 되면서 동시에 압축 변형에도 훨씬 뛰어난 형태의 가교구조를 부여한 것이다.

본 발명에서 험프스트립에 부여한 가교구조는 열적안정성이 통상의 조성물에 비해 22% 이상 뛰어나며, 유황 가교에 의한 결합처럼 열에 의한 가교구조의 재배치로 발생되는 구조의 변화가 적기 때문에 궁극적인 타이어상의 변형에너지를 크게 감소시켜 내구성 및 재생성에 탁월한 특성을 보인다.

이는 유황의 함량을 줄이고 가교구조안정화제를 첨가하여 달성되는 바, 가교구조안정화제는 구체적으로 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산이다.

가교구조안정화제의 함량은 원료고무 100중량부에 대해 0.1 내지 5.0중량부인 것이 바람직한 바, 만일 그 함량이 원료고무 100중량부에 대해 0.1중량부 미만이면 가교밀도가 크게 저하되는 문제가 있고 5.0중량부 초과면 가교도가 지나치게 높아져서 너무 딱딱해지는 문제가 있을 수 있다.

한편, 유황과 촉진제의 비를 0.1 내지 1.0중량비 수준으로 조절하는 바, 만일 유황이 촉진제에 비해 과다하게 많게 되어 유황/촉진제의 비가 1.0중량비를 초과하게 되면 가황초기의 인장강도 및 파단에너지가 지속적으로 유지되지 못하는 문제가 있다. 반면, 유황/촉진제의 비가 0.1중량비 미만이면 가교구조가 너무 모노설파이드 형태로 형성됨으로써 내열성이 더욱 불리해지는 문제가 있을 수 있다. 통상의 타이어용 험프스트립 고무 조성물에서 세미-유효 가류 시스템(Semi-Efficient Vulcanization System)인 유황/촉진제의 비율은 1.0~1.5중량비 정도인 경우가 일반적인데, 이 경우 가황초기의 인장강도 및 파단에너지가 지속적으로 유지되지 못한다.

그러나, 본 발명에서와 같이 유황의 양을 줄여 세미-유효 가류 시스템이던 것을 유효 가류 시스템으로 변경하고, 가교구조안정화제를 적용하게 되면 100℃ 오븐에서 96시간 경과 후 내열성이 70% 이상을 유지하면서도 영구압축변형에서도 뛰어난 특성을 나타낸다.

본 발명에서의 험프스트립에 부여한 가교구조는 열적안정성이 통상의 조성물에 비해 22% 이상 뛰어나며, 유황 가교에 의한 결합처럼 열에 의한 가교구조의 재배치로 발생되는 구조의 변화가 적기 때문에 궁극적으로는 타이어상의 변형에너지를 크게 감소시켜 내구성 및 재생성에 탁월한 특성을 보인다.

본 발명 험프스트립 고무 조성물의 원료고무는 통상과 같이 천연고무와 부타디엔 합성고무의 블렌드로서, 통상 2:8∼8:2중량비로 블렌딩된 것이다. 상기한 바와 같은 가교구조안정화제, 유황 및 촉진제 이외에 카본블랙, 산화아연, 스테아린 산, 프로세스 오일 등을 포함함은 물론이다.

이하에서는, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하며, 본 발명은 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

다음 표 1과 같이 각 성분을 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.

실시예 1에서는 통상의 조성에서 다음 표 1에서와 같이 유황/촉진제의 비율을 1.0으로 하였으며, 여기에 가교구조안정화제를 1.0중량부 적용하였다.

기본 물성을 측정하기 위하여 이 고무 조성물로 고무 시편을 제작하고, 고무시편을 150℃ 가류 프레스에서 30분 동안 가류하여 두께 3mm의 가류 시편을 준비하였다. 이를 아령 형태로 잘라 100℃ 오븐에서 96시간 방치시킨 후, 인스트론사에서 제작한 인장시험기(모델 4204)에서 인장 강도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

그 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이 비교예 1, 2에 비해 내열성측면에서 27~33% 향상되었음을 알 수 있다. 또한 압축변형율에서도 16~20% 향상되었다.

실시예 2

실시예 2에서는 통상의 조성에서 다음 표 1에서와 같이 유황/촉진제의 비율을 0.8로 하였으며, 여기에 가교구조안정화제를 0.5중량부 적용하였다.

기본물성을 상기 실시예 1에 나타낸 바와 같이 측정한 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

그 결과, 통상의 비교예 1, 2에 비해 내열성측면에서 22%~28% 향상되었음을 알 수 있다. 또한 압축변형율에서도 11~15% 향상되었다.

실시예 3

실시예 3에서는 통상의 조성에서 다음 표 1에서와 같이 유황/촉진제의 비율을 0.67로 하였으며, 여기에 가교구조안정화제를 0.5중량부 적용하였다.

기본물성을 상기 실시예 1에 나타낸 바와 같이 측정한 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

그 결과, 통상의 비교예 1, 2에 비해 내열성측면에서 22%~28% 향상되었음을 알 수 있다. 또한 압축변형율에서도 10~13% 향상되었다.

비교예 1 내지 2

비교예 1 내지 2는 통상의 세미-유효 가류 시스템과 같이 유황/촉진제의 비가 1.0∼1.5인 경우의 예로서, 가교구조안정화제를 첨가하지 않은 경우이다.

기본물성을 상기 실시예 1에 나타낸 바와 같이 측정한 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

비교예 3 내지 4

비교예 3 내지 4는 가교구조안정화제의 최적 함량을 보이기 위한 것으로서, 비교예 3의 경우는 실시예 1과 같은 조성에 가교구조안정화제의 함량을 0.05중량부로 달리한 경우이고, 비교예 4의 경우는 실시예 1과 같은 조성에 가교구조안정화제의 함량을 6.0중량부로 달리한 경우의 예이다.

기본물성을 상기 실시예 1에 나타낸 바와 같이 측정한 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

그 결과, 비교예 3의 경우 너무 낮은 인장강도를 나타내었으며, 비교예 4의 경우 내열성이 크게 떨어지는 문제가 발생함을 알 수 있다.

배합제	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
천연고무	50	50	50	50	50	50	50
부타디엔 고무	50	50	50	50	50	50	50
카본블랙	60	60	60	60	60	60	60
산화아연	5	5	5	5	5	5	5
스테아린산	2	2	2	2	2	2	2
아로마틱오일	4	4	4	4	4	4	4
유황	1.0	1.2	1.0	2.0	1.5	1.0	1.0
촉진제	1.0	1.5	1.5	1.5	1.5	1.0	1.0
가교구조안정화제*	1.0	0.5	0.5	-	-	0.05	6.0
* 가교구조안정화제 : 1,6-bis(N,N'-dibenzylthiocarbamoyldithio)-hexane

배합제	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예3	비교예4
인장강도(kgf/㎠)_초기	212	191	188	230	220	175	250
인장강도(kgf/㎠)_노화*	154	150	148	131	137	105	110
내열성**	84%	79%	79%	51%	57%	60%	44%
영구압축변형율***	37.4%	42.2%	44.0%	57.1%	53.5%	62.3%	52.1%
* 노화조건 : 100℃ 오븐에서 96시간 경과 후, 물성 ** 내열성 : 인장강도 변화율(%)로, 그 값이 클수록 유리하다. *** 영구압축변형율 : ASTM D395와 같이하여 100℃ 오븐에서 96시간 경과 후 길이 변형율(%), 작을수록 유리하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 유황의 양을 줄여 세미-유효 가류 시스템이던 것을 유효 가류 시스템으로 변경하고, 가교구조안정화제를 첨가한 고무 조성물은 내열성이 향상되면서도 영구압축변형에서도 뛰어난 특성을 나타내어 고온의 열을 받게 되는 험프스트립 고무로서 유용하다.

Claims (1)

1. 천연고무와 부타디엔 합성고무를 2:8~8:2의 비율로 블렌딩한 원료고무에 카본블랙, 산화아연, 스테아린산, 유황 및 촉진제를 포함하는 타이어 험프스트립 고무 조성물에 있어서,

   가교구조안정화제로서 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산을 원료고무 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부로 더 포함하며, 유황/촉진제를 0.1~1.0중량비 되도록 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 험프스트립 고무 조성물.