KR100620904B1

KR100620904B1 - 내구성이 향상된 트럭 및 버스 타이어

Info

Publication number: KR100620904B1
Application number: KR1020050054414A
Authority: KR
Inventors: 김석호
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2006-09-06

Abstract

본 발명은 내구성이 향상된 트럭 및 버스 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 트럭 및 버스 타이어에 사용되는 바디 플라이 표면에 별도의 고무 보강층을 삽입하여 바디 플라이 라인을 안정화시키므로써, 장기간 주행시 타이어의 내구성이 향상된 트럭 및 버스 타이어에 관한 것이다.

내구성, 트럭, 버스, 타이어

Description

내구성이 향상된 트럭 및 버스 타이어{TRUCK AND BUS RADIAL TIRE WITH IMPROVED DURABILITY}

도 1은, 실시예 1 및 3의 타이어 제조에 있어서, 고무 조성물 시트의 부착 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는, 실시예 2 및 4의 타이어 제조에 있어서, 고무 조성물 시트의 부착 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

타이어의 기능은 매우 다양하고, 그 중에서도 안정성이 매우 중요하다. 중대형 트럭/버스용 타이어의 경우, 종래의 여러 장의 섬유 코드 대신에 스틸 코드를 사용하고 있어 충격에 의한 안정성이 어느 정도 보장되었다고 할 수 있으나, 최근에 들어서 중대형 트럭/버스용 타이어도 사용조건이 가혹해지면서, 특히 도로 조건 등이 향상됨에 따라 트럭 및 버스 타이어도 승용차와 유사하게 시속 100km 이상의 속도로 장시간 주행을 하는 등 날로 사용조건이 가혹해지면서 벨트 및 바디 세퍼레이션 등 다양한 형태로 타이어가 사용 중 파괴됨에 따라, 타이어 사고가 날로 증가되고 있는 것이 현실이다. 특히 카카스 파괴는 대부분 주행 중 일어나는 사고이기 때문에, 차량 파손 뿐만 아니라 인명사고와 직접적인 인과관계가 있어 대단히 위험한 사고로 분류된다.

일반적으로 승용차와 달리, 중대형 트럭 및 버스 타이어의 보강재로는 스틸 코드를 사용하고 있다. 타이어를 지지해주는 바디 플라이에는 피로특성, 내굴곡특성 및 층간 레이어(layer)를 최소화한 우수한 스틸 코드를 사용하고 있는데, 대표적인 스틸 코드 구조로는 1+12, 1+18, 1+27, 3+9, 3+9+15*+1 등이 사용된다. 최근에 들어서는, 코드간의 마멸을 최소화하기 위하여, 컴팩트(compact) 및 랩리스(wrapless) 코드를 사용하며, 코드를 구성하고 있는 필라멘트(fillament) 간의 접촉을 점(point)접촉에서 선(line)접촉으로 하므로써 마멸(fretting)을 최소화해 주는 방향으로 설계가 이루어지고 있는데, 그 이유는, 스틸 코드 표면을 구성하고 있는 황동층을 보호해줌에 따라 부식을 방지하고, 고무와의 접착, 특히 구리황화물(cupper sulfide)층을 적절하게 유지하므로써 고무와 코드 간의 충분한 접착이 이루어지도록 하기 위해서이다. 이러한 스틸 코드를 사용하는 공기압 버스/트럭용 래디알 타이어는 크게 타이어의 뼈대로 사용되는 카카스와 동적인 운동을 유지시켜 주는 벨트로 구성되는데, 고압공기에 견디고 하중이나 충격에 변형되어 완충 작용을 할 수 있도록, 통상, 접착제를 첨가한 고무를 코드 양측면에 얇은 시트 형태로 압착시킨 후 요구되는 길이 및 각도로 재단하여 사용한다.

타이어는 그 특성상 주행 중 굴신과 회전운동을 반복하기 때문에, 시간이 진행됨에 따라 코드 간의 접착력이 급격하게 저하된다. 또한, 이러한 피로가 반복됨에 따라, 코드 자체의 피로특성이 원래의 코드가 갖고 있는 피로 특성 대비 최대 50% 이하로 저하된다. 따라서, 이러한 물성하락을 고려한 타이어 설계가 이루어져야 한다. 지금까지의 일반적인 타이어 코드에 사용되는 접착 고무의 조성물은 크게 패브릭(fabric) 코드용 고무 조성물과 스틸 코드용 고무 조성물의 두 종류로 나누어져 사용되어 왔다. 일반적으로 패브릭 코드용 고무 조성물에 있어서는, 패브릭 코드 표면에 리소시날 포름알데히드 라텍스가 디핑(dipping)되어 사용되기 때문에, 고무 조성물의 실질적인 접착 특성이 크게 고려되지는 않는다. 그러나, 일부에서는 고무 조성물에 메틸렌 공여체(methylene donor)와 메틸렌 수용체(methylene acceptor) 기능을 갖는 약품을 사용하기도 한다.

한편, 스틸 코드용 고무 조성물에 있어서는, 스틸 코드의 표면에 도금되어 있는 황동층을 고려한 고무 조성물의 사용이 요구된다. 특히, 황동층에 포함되어 있는 아연의 이온화를 억제하기 위한 방법과, 아울러 구리와 결합하는 황화물을 사전에 충분히 검토하여야 한다. 이러한 특성을 고려하여, 다른 고무 조성물과는 달리 스틸 코드용 고무 조성물에서는, 많은 양의 황과 소량의 코발트염을 사용하여 기본적인 특성을 유지하고, 또한 스틸 코드 표면으로 이동하는 수분의 영향을 최소화하기 위하여 앞서 언급한 메틸렌 공여체(methylene donor)와 메틸렌 수용체(methylene acceptor)를 일부 포함하여 사용하기도 한다.

그러나 이상적인 스틸 코드 및 스킴 고무(skim compound)를 타이어에 적용한다고 하여도, 실제로는, 타이어 설계시 적용되는 리프트 비(lift ratio), 빌딩 머신의 드럼 직경(drum diameter) 등에 따라 원래 타이어가 지니고 있는 각 구성요소들의 치수(component dimension) 등이 변화하여 원래 요구하는 형태로 유지하기가 쉽지 않다. 특히 타이어를 5년 이상 장기간 사용하기 위해서는, 고무와 스틸 코드의 복합체(composite)가 정확한 위치에 있어야 하나, 시간이 경과됨에 따라 고무 내에 있는 스틸 코드의 미세한 움직임에 의해서 타이어 숄더 부위에 있는 바디라인이 약점(weak point)으로 작용하여 주행 중 사고를 유발할 수 있다. 따라서 이러한 바디라인의 변형을 사전 예방하기 위한 구조가 요구되며, 특히 굴신 및 반복 하중을 집중적으로 받는 바디 플라이층의 보강은, 그 형태 및 보강 방법에 따라 바디 플라이에 가중되는 응력을 최소화하므로써 타이어 수명을 연장시킬 수 있으므로, 트럭 및 버스 타이어의 내구성 증대에 있어서, 매우 중요한 바, 이에 대한 기술의 개발이 요청되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은, 타이어 숄더 부위의 스틸코드의 고무 침투(rubber penetration)를 최소화하여 고무와 스틸 코드 간의 충분한 접착을 유지하여 주므로써, 피로 및 반복에 저항성을 갖도록 하여 장기 주행시 바디 플라이 고무와 스틸 코드의 변형을 최소화하여, 결과적으로 내구성을 향상시킨 트럭 및 버스 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 스틸 코드가 부착된 바디 플라이 표면에, 원료고무 100중량부, 카본블랙 52~63중량부, 코발트염 0.1~5.0중량부, 페놀성 강화수지 1.5~3.0중량부 및 경화제 2.5~4.0중량부를 포함하여 이루어지는 고무 조성물 시트를 부착하고, 그 위에 벨트를 부착한 후, 가류시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어가 제공된다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어 제조에 사용되는 상기 고무 조성물 시트에 포함되는 상기 원료고무로는 천연고무(NR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR) 등이 단독으로, 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 천연고무(NR)가 단독으로 또는 혼합되어 사용된다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어 제조에 사용되는 상기 카본블랙으로는, NSA값이 78~82㎡/g이고, DBP값이 100~108ml/100g인 것을 52~63중량부의 함량으로 사용하는 것이, 피로 및 반복에 대하여 만족스러운 저항성을 부여할 수 있어서 바람직하다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어 제조에 사용되는 상기 고무 조성물 시트에 포함되는 상기 코발트염으로는, 코발트 보로아실레이트, 코발트 스테아레이트, 코발트 네오데카네이트 등의 코발트 화합물이 사용가능하고, 그 사용량은 0.1~5.0중량부의 범위 내에서 코발트 화합물 내의 코발트 중량%에 따라 달라질 수 있으며, 예컨대, 코발트 함량이 23중량%인 코발트염의 경우 0.5~1.0중량부를 사용하는 것이 스틸 코드의 재단 부분을 보호하는 데에 있어서 바람직하다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어 제조에 사용되는 상기 고무 조성물 시트에 포함되는 상기 페놀성 강화수지로는, 레조르시놀(resorcinol) 또는 레조르시놀 노볼락 수지와 같은 열경화성 수지가 사용가능하다. 상기 페놀성 강화수지는 스틸 코드와 상기 고무 조성물 시트와의 모듈러스 차이를 줄여 주기 위하여 사용되는데, 그 사용량이 1.5중량부 미만이면, 스틸 코드와 상기 고무 조성물 시트와의 모듈러스 차이가 지나치게 커지고, 3.0중량부를 초과하면, 고무 조성물 시트의 탄성, 내충격특성 등 다른 물성의 저하가 우려된다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어 제조에 사용되는 상기 고무 조성물 시트에 포함되는 상기 경화제는 상기 페놀성 강화수지를 경화시키기 위해 사용되는 것으로서, 통상의 열경화성 수지용 경화제가 사용가능하다. 상기 경화제의 사용량이 2.5중량부 미만이면, 상기 페놀성 강화수지의 경화가 부족하게 되어 스틸 코드와 상기 고무 조성물 시트와의 모듈러스 차이가 지나치게 커지고, 4.0중량부를 초과하면, 상기 페놀성 강화수지의 경화가 지나치게 되어 고무 조성물 시트의 탄성, 내충격특성 등 다른 물성의 저하가 우려된다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어 제조에 사용되는 상기 고무 조성물 시트에는, 상기한 성분들 이외에도, 타이어용 고무 조성물에 통상적으로 사용되는 첨가제들이 더 포함될 수 있는데, 예컨대 산화아연(ZnO) 5~10중량부, 스테아린산 0.5~1.0중량부, 유황 4.5~7.0중량부, 설폰아미드(sulfenamide)계열의 가류 촉진제 0.6~0.8중량부 및 기타 가소제, 연화제, 노방제 등이 적절하게 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어 제조에 사용되는 상기 고무 조성물 시 트의 두께에는 특별한 제한은 없으나, 0.2~1.0mm인 것이 타이어 내구성 향상의 측면에서 바람직하다. 또한, 상기 고무 조성물 시트는, 하나 또는 둘 이상이 상기 바디 플라이 표면에 부착될 수 있는데, 상기 고무 조성물 시트 1개가 상기 바디 플라이 표면에 부착되는 경우에는, 그 최대폭이 상기 바디 플라이 폭의 90%에 이르는 것이 바람직하다. 한편, 예컨대, 상기 고무 조성물 시트 2개가 상기 바디 플라이 표면에 부착되는 경우에는, 그 각각의 최대폭이 상기 바디 플라이 폭의 30%에 이르는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고무 조성물 시트는, 도 1 또는 도 2에 나타낸 바와 같이, 바디 플라이의 트레드 센터를 중심으로 좌우대칭되도록 부착되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어는 예컨대 다음과 같이 하여 제조될 수 있다.

먼저 원료고무 100중량부, 카본블랙 52~63중량부, 코발트염 0.1~5.0중량부, 페놀성 강화수지 1.5~3.0중량부, 경화제 2.5~4.0중량부 및 기타 첨가제들을 혼합하여 0.2~1.0mm 두께의 고무 조성물 시트를 제조한다. 스틸 코드가 부착된 바디 플라이 표면에, 상기에서 제조된 고무 조성물 시트를 바디 플라이의 트레드 센터를 중심으로 좌우대칭되도록 부착한다. 부착되는 상기 고무 조성물 시트는 바디 플라이 전폭의 최대 90%에 해당하는 폭을 갖는 1개의 시트일 수도 있고, 바디 플라이 전폭의 최대 30%에 해당하는 폭을 각각 갖는 2개의 시트일 수도 있다. 다음으로, 상기와 같이 하여 부착된 고무 조성물 시트 위에 벨트를 부착하고, 이를 가류하여 본 발명에 따른 트럭 및 버스 타이어를 얻을 수 있다.

이하에서, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1~4>

다음 표 1에 나타난 조성에 따라 혼합된 고무 조성물을 사용하여, 0.6mm 두께의 고무 조성물 시트를 제조하였다.

[표 1]

조성	함량(중량부)
원료고무(천연고무, 제품명 STR-20)	100
카본블랙(N330)	60
코발트 보로아실레이트(코발트 함량 23중량%, Monobond-680C)	0.75
레조르시놀 수지(자유 레조르시놀 함량 2~15%, B-18S)	2
경화제	3
산화아연	5
스테아린산	0.5
유황	5
가류촉진제	0.6

압연공정을 통하여 스틸 코드를 스킴 고무의 얇은 막으로 라미네이팅하고, 이를 바디 플라이의 인너라이너(innerliner)위에 부착한 다음, 그 위에 상기에서 제조된 고무 조성물 시트를, 실시예 1~4에 대하여 하기 표 2에 나타낸 갯수 및 폭으로, 바디 플라이의 트레드 센터를 중심으로 좌우대칭되도록 각각 부착하였다. 실시예 1 및 3에서의 고무 조성물 시트의 부착 형태를 도 1에 개략적으로 나타내었으며, 실시예 2 및 4에서의 고무 조성물 시트의 부착 형태를 도 2에 개략적으로 나타내었다.

다음으로, 상기와 같이 하여 부착된 고무 조성물 시트 위에 벨트를 부착하고, 이를 가류하여 실시예 1~4에 따른 트럭 및 버스 타이어를 제작하였다. 제작된 타이어의 무게를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

상기와 같이 하여 제작된 각각의 타이어에 대하여, 내구성능, 회전저항, 주행후 스틸 코드 노출 여부 및 주행후 층간 접착특성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

<비교예 1~2>

고무 조성물 시트를 바디 플라이와 벨트 사이에 포함시키지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1~2와 동일한 바디 플라이를 사용하여 실시예 1~2와 동일하게 비교예 1의 타이어를 제작하였고, 실시예 3~4와 동일한 바디 플라이를 사용하여 실시예 3~4와 동일하게 비교예 2의 타이어를 제작하였다. 제작된 타이어의 무게를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

		실시예 1	실시예 2	비교예 1	실시예 3	실시예 4	비교예 2
타이어 특성	타이어 규격	12R22.5 16P			385/65R 22.5 18P
	바디 플라이 규격	3+9*0.22			1+18*0.22
	시트 개수/폭	1개/90%	2개/30%	-	1개/90%	2개/30%	-
	타이어 무게	63.5kg	62.6kg	62.5kg	79.5kg	79.2kg	78.6kg
내구 성능	ECER-54 (유럽표준)	65:45	66:20	62:20	65:20	66:16	61:45
	ECER-54 (유럽표준)	64:35	65:25	62:45	64:25	65:20	61:30
	장기내구력	650:50	655:30	610:39	650:30	645:35	615:25
회전저항		136N	134N	135N	148N	146N	145N
주행후 스틸 코드 노출 여부		없음	없음	없음	없음	없음	없음
주행후 층간 접착력/고무부착량: 중심부		25/95	25/85	25/80	26/95	24/85	22/80
주행후 층간 접착력/고무부착량: 숄더부		25/95	24/95	26/70	25/95	26/95	23/70

상기 표 2에서 사용된 약어 및 용어에 대한 설명은 다음과 같다.

시트 개수/폭: 바디 플라이와 벨트 사이에 들어간 시트의 개수(개) / 바디 플라이의 전체 폭을 100으로 하였을 때의 시트의 상대폭(%)

ECER-54: 공기압 120 PSI에서 64.14km/시간으로 주행하면서, 주행시간에 따른 적재 지수(Load index)(3150kg에서 100%)를 변화시키면서 벨트 부위 사고시까지 걸리는 시간을 측정한 값(시간:분). 총 2회 측정.

장기내구력(TE-24): 장시간에 걸쳐 벨트 또는 카카스 부위의 사고시까지 주행한 시간을 측정한 값(시간:분). 값이 클수록 장기 내구성능이 우수함을 나타낸다.

주행후 층간 접착력/고무부착량: 주행후 바디 플라이와 벨트 층간 중심부 및 숄더부에 있어서, 박리 접착(peel adhesion) 방법으로 측정한 층간 접착력(kg) 및 상대적인 고무 부착량(%)

상기 표 2를 살펴보면, 본 발명의 실시예 1~2 및 3~4에 따른 타이어는, 각각 비교예 1 및 2의 타이어에 비하여, 단기 내구력은 약 5~9% 정도, 장기 내구력은 약 5~7% 정도 성능이 향상되었음을 알 수 있으며, 타이어 인너 부위 분석 결과에서도 물성의 하락이 없이 안정된 결과를 보여주었음을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 장기 주행시 바디 플라이 고무와 스틸 코드의 변형을 최소화하여, 결과적으로 내구성을 향상시킨 트럭 및 버스 타이 어를 얻을 수 있다.

Claims

스틸 코드가 부착된 바디 플라이 표면에, 원료고무 100중량부, 카본블랙 52~63중량부, 코발트염 0.1~5.0중량부, 페놀성 강화수지 1.5~3.0중량부 및 경화제 2.5~4.0중량부를 포함하여 이루어지는 고무 조성물 시트를 부착하고, 그 위에 벨트를 부착한 후, 가류시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.
제1항에 있어서, 상기 카본블랙은 NSA값이 78~82㎡/g이고, DBP값이 100~108ml/100g인 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.
제1항에 있어서, 상기 코발트염의 코발트 함량은 23중량%이고, 그 사용량은 0.5~1.0중량부인 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.
제1항에 있어서, 상기 페놀성 강화수지는 레조르시놀 또는 레조르시놀 노볼락 수지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.
제1항에 있어서, 상기 고무 조성물 시트는, 하나 또는 둘 이상이 상기 바디 플라이 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.
제5항에 있어서, 상기 고무 조성물 시트 1개가 상기 바디 플라이 표면에 부 착되고, 상기 고무 조성물 시트의 최대폭이 상기 바디 플라이 폭의 90%에 이르는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.
제5항에 있어서, 상기 고무 조성물 시트 2개가 상기 바디 플라이 표면에 부착되고, 상기 2개의 고무 조성물 시트 각각의 최대폭이 상기 바디 플라이 폭의 30%에 이르는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.
제5항에 있어서, 상기 고무 조성물 시트는 상기 바디 플라이의 트레드 센터를 중심으로 좌우대칭되도록 부착되는 것을 특징으로 하는 트럭 및 버스 타이어.