KR100592994B1

KR100592994B1 - 승용차 타이어용 트레드 고무조성물

Info

Publication number: KR100592994B1
Application number: KR1020030095782A
Authority: KR
Inventors: 최윤희
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2006-06-23
Also published as: KR20050064421A

Abstract

본 발명은 승용차 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 내마모특성과 발열특성을 향상시킨 승용차 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 보강충진제로서 기존의 카본블랙 대비 DBP 흡유량이 커서 구조가 발달되고, 어그리게이트 사이즈 분포도가 큰 카본블랙을 적용하여 내마모성을 향상시키는 한편 저발열 및 낮은 회전저항을 가지는 승용차 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기의 승용차 타이어용 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 승용차 타이어의 제공을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 승용차 타이어용 트레드 고무조성물은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 어그리게이트 크기 분포도(ASD)가 2.4∼2.8, 요오드 흡착가 115∼125g/kg, DBP 흡유량 130∼140㎖/100g, 질소흡착 비표면적 120∼130m²/g, 착색도(ITRB#3 대비) 110∼120%인 특성의 카본블랙 60∼90phr 포함한다.

Description

승용차 타이어용 트레드 고무조성물{Tread compound for passenger car tire}

승용차용 타이어에서 요구되는 주요 특성으로는 내마모성과 저발열 및 낮은 회전저항 등이 있다. 일반적으로 타이어의 마모현상은 타이어와 노면의 마찰력에 의해 발생하며 이러한 마모현상은 곡선길을 돌 때의 횡력, 구동 및 제동시의 종력, 노면상태, 기후 등 여러 가지 요인에 의해 발생되고 있다.

타이어의 마모는 타이어의 수명, 제동성에 큰 영향을 미치게 되므로 안전한 주행과 타이어 비용 절감면에서 내마모성이 우수해야 한다.

종래 타이어의 트레드 고무의 내마모성을 개선시키기 위한 방법으로는 베이스 고무의 조성비를 조절하여 고무의 유리전이온도를 낮추는 방법, 모듈러스(modulus)를 증가시키기 위해 보강충진제인 카본블랙의 첨가량을 증가하는 방법, 카본블랙을 사용시 입자경이 작은 카본블랙을 적용하는 방법, 공정조제 및 오일의 함량을 줄이는 방법 등이 주로 사용되고 있다.

그러나 이러한 카본블랙을 타이어용 트레드 고무조성물에 사용시 마모특성을 향상시킬 수 있으나 공정중 발열 및 고점도 현상이 발생하게 되고 또한 게이지가 두꺼운 트레드의 압출시 스코치 현상이 발생하기도 한다.

또한 최근 유럽 등에서는 환경에 대한 관심이 특히 고조되면서 타이어의 내마모성 이외에도 연료의 소모량을 줄이고, 총주행거리를 연장시킬 수 있는 낮은 회전저항 특성도 고려해야 하는 문제가 있다.

승용차용 타이어 트레드 고무의 내마모성을 유지하면서 저발열 및 낮은 회전저항을 유지하기 위해 보강충진제로서 첨가하는 카본블랙은 DBP 흡유량이 커서 구조 발달 정도가 커야한다. 또한 어그리게이트 크기 분포도(Aggregate size distribution, ASD)가 넓어야 한다. 이는 카본블랙의 어그리게이트 크기 분포도(ASD)를 갖는 카본블랙은 어그리게이트간 거리가 길어져 카본블랙간의 상호작용에 의한 에너지 소비가 작아지면서 발열 및 낮은 회전저항 특성이 개선되는 장점을 갖기 때문이다. 또한 공정성 측면에 있어서 고무 배합시 배합물에서의 카본블랙 분산성이 증가하여 반제품의 압출시 다이스웰(die swell)에 따른 수축율이 감소하는 특성을 갖기 때문이다.

본 발명은 보강충진제로서 기존의 카본블랙 대비 DBP 흡유량이 커서 구조가 발달되고, 어그리게이트 사이즈 분포도가 매우 큰 카본블랙을 적용하여 내마모성을 향상시키는 한편 저발열 및 낮은 회전저항을 가지는 승용차 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기의 승용차 타이어용 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어의 제공을 또 다른 목적으로 한다.

상기에서 언급한 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 타이어용 트레드 고무조성물은 공지의 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 어그리게이트 크기 분포도(ASD)가 2.4∼2.8인 카본블랙 60∼90phr 포함한다.

본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무의 일예로서 본 발명에서는 천연고무나 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 각각 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상의 합성고무가 동일한 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.

본 발명에서 카본블랙은 요오드 흡착가 115∼125g/kg, DBP 흡유량 130∼140㎖/100g, 질소흡착 비표면적 120∼130m²/g, 착색도(ITRB#3 대비) 110∼120%인 특성 을 가지는 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 다양한 특성을 가지는 카본블랙을 적용한바 어그리게이트 크기 분포도(ASD)가 2.4∼2.8, 요오드 흡착가 115∼125g/kg, DBP 흡유량 130∼140㎖/100g, 질소흡착 비표면적 120∼130m²/g, 착색도(ITRB#3 대비) 110∼120%인 특성을 가지는 카본블랙을 적용시 본 발명의 목적에 부합하는 승용차 타이어용 트레드 고무조성물을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 카본블랙은 전술한 수치의 특성을 가지는 것을 사용하는 것이 좋다.

또한 본 발명에서 카본블랙을 원료고무 100phr에 대하여 60phr 미만 사용하면 트레드 고무의 내마모성이 감소할 수 있고, 90phr 초과하여 사용하면 낮은 회전저항을 가지는 트레드 고무를 얻을 수 없다. 따라서 본 발명의 승용차 타이어용 트레드 고무조성물에서 카본블랙은 원료고무 100phr에 대하여 60∼90phr 첨가되어 지는 것이 좋다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무와 카본블랙 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 충진제, 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편 본 발명은 상기의 승용차용 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 가지는 승용차 타이어를 포함한다.

이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<비교예>

원료고무로서 스티렌 부타디엔 고무 100phr에 대해 산화아연(ZnO) 3.0phr, 스테아린산 2phr, 노화방지제(Kumanox-13, 금호석유화학) 2phr, 왁스 2phr, 노화방지제(Kumanox-RD, 금호석유화학) 2phr, 카본블랙 75phr, 공정오일 10phr을 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 반응시켜 1차 배합물을 얻었다. 상기 1차 배합물에 유황 2.0phr, 가류촉진제(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, CZ) 1.9phr, 가류촉진제(Diphenyl guanidine, DPG) 0.4phr를 밴버리 믹서에 넣고 100℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

한편 상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 120g/kg, DBP 흡유량 125㎖/100g, 질소흡착 비표면적 120m²/g, 착색도(ITRB#3 대비) 120%, 어그리게이트 크기 분포도(ASD) 2.25, 입자크기 분포도(Particle size distribution, PSD) 1.6인 것을 사용하였다.

<실시예>

원료고무로서 스티렌 부타디엔 고무 100phr에 대해 산화아연(ZnO) 3.0phr, 스테아린산 2phr, 노화방지제(Kumanox-13) 2phr, 왁스 2phr, 노화방지제(Kumanox-RD) 2phr, 카본블랙 75phr, 공정오일 10phr을 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 반응시켜 1차 배합물을 얻었다. 상기 1차 배합물에 유황 2.0phr,가류촉진제(CZ) 1.9phr, 가류촉진제(DPG) 0.4phr를 밴버리 믹서에 넣고 100℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.

한편 상기에서 카본블랙은 요오드 흡착가 121g/kg, DBP 흡유량 136㎖/100g, 질소흡착 비표면적 125m²/g, 착색도(ITRB#3 대비) 110%, 어그리게이트 크기 분포도(ASD) 2.60, 입자크기 분포도(PSD) 1.5인 것을 사용하였다.

표 1. 비교예 및 실시예의 조성(단위 : phr)

항목	비교예	실시예
스티렌 부타디엔 고무	100	100
산화아연	3.0	3.0
스테아린산	2	2
Kumanox-13	2	2
왁스	2	2
Kumanox-RD	2	2
카본블랙	75	75
공정오일	10	10
유황	2.0	2.0
가류촉진제(CZ)	1.9	1.9
가류촉진제(DPG)	0.4	0.4

<시험예>

상기 비교예 및 실시예의 고무에 대해 점도, 스코치타임, 가류시간, 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신율, 발열, 리바운드(Rebound), 유리전이온도(Tg), 동적점탄성(Tanδ(0℃), Tanδ(70℃)), 마모특성(피코마모, 딘마모)을 ASTM 관련 규 정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성

항목	비교예	실시예
점도(125℃)	73	69
스코치타임(t5)	26분 5초	25분 6초
가류시간(t90)	10분 5초	9분 9초
경도(Shore A)	71	71
300% 모듈러스(kgf/cm²)	130	129
인장강도(kgf/cm²)	196	211
신율(%)	430	435
발열(온도차)	24.7	21.7
리바운드(1st)	33.6	35.5
유리전이온도(Tg)	-6.1	-6.0
Tanδ(0℃)*	0.613	0.626
Tanδ(70℃)*	0.197	0.187
피코마모(g)	0.0345	0.0285
딘마모(g)	0.162	0.158

*동적 점탄성(Tan δ) : 레오바이브론 테스트(Rheovibron test)를 이용하여 11Hz, 1.25% 스트레인(Strain) 조건으로 온도를 변화시키면서 측정한 후 그 값을 나타낸 것이다. 여기서 Tanδ(0℃) 수치는 클수록 젖은 노면에서의 제동성능이 우수함을 의미한다. 또한 Tanδ(70℃) 수치가 작을수록 낮은 회전저항을 나타내어 회전저항 특성이 우수함을 의미한다.

상기 표 2에서처럼 본 발명의 고무조성물에 의해 제조한 실시예 고무는 종래고무조성물인 비교예 고무에 비해 발열특성이 개선되고 피코마모와 딘마모의 마모량이 감소되어 내마모특성이 현저히 향상되었음을 알 수 있다. 또한 동적 점탄성 특성에 있어서 비교예 대비 실시예에서 Tanδ(0℃) 수치는 크고, Tanδ(70℃) 수치 가 작아 젖은 노면에서의 제동성능이 우수하고, 낮은 회전저항을 나타내어 회전저항 특성이 개선됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

타이어용 트레드 고무조성물에 있어서,

원료고무 100phr에 대하여 어그리게이트 크기 분포도(ASD)가 2.4∼2.8, 요오드 흡착가 115∼125g/kg, DBP 흡유량 130∼140㎖/100g, 질소흡착 비표면적 120∼130m²/g, 착색도(ITRB#3 대비) 110∼120％인 카본블랙 60∼90phr 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드 고무조성물.
삭제
특허청구범위 제1항의 타이어용 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 타이어.