KR100626140B1 - 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

타이어 트레드용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티렌 결합 함량이 35~45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 50~95중량%, 스티렌 결합 함량이 20~25%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 5~50중량%로 이루어진 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해, 요오드(I2) 흡착량이 130~150mg/g, DBP 흡유량이 120~140ml/100g인 카본블랙 50~150중량부, 요오드(I2) 흡착량이 180~280mg/g, DBP 흡유량이 100~140ml/100g인 카본블랙 0~100중량부 및 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 155~190㎡/g이고 CTAB이 150~190㎡/g인 실리카 20~100중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 부타디엔과 스티렌의 랜덤 공중합체로서, 스티렌 함량 20~25%, 부타디엔의 비닐 결합 함량은 65~75%인 고 비닐계 수지를 2~20중량부로 더 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 바, 이는 고무 조성물의 유리전이온도가 높아져 젖은 노면에서의 동적손실계수는 커지는 반면 주행 중 발열성능은 나빠지지 않아 젖은 노면에서의 그립 성능은 향상시키면서 타이어의 내구성능 및 마모성능은 저하시키지 않게 되어 고속주행용 타이어의 트레드용 고무로서 유용하다.

Description

타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특히 젖은 노면에서의 그립(Grip) 성능을 향상시킨 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
통상적으로 고속 경주용 자동차의 타이어 트레드용 고무 조성물은 입경이 작은 카본블랙의 사용을 통한 발열 속도의 향상, 실리카(화이트카본)의 사용을 통한 젖은 노면에서의 동적 손실 계수(tanδ) 증대 등의 방법을 통하여 젖은 노면에서의 그립 성능 향상을 이루어 내고 있다.
또한 이러한 개념을 바탕으로 입경이 작은 카본블랙 및 실리카의 첨가량을 일반적인 타이어 트레드용 고무 조성물보다 많게 하여 성능의 향상을 극대화하려 하고 있다.
그러나 이렇게 카본블랙 및 실리카의 첨가량을 많게 할 경우 제동 및 핸들링(Handling)시의 그립 성능은 향상시킬 수 있으나, 지속적인 발열 증대로 인해 주행 중 타이어의 내구 성능 및 마모 성능이 현저히 저하되는 단점을 가지게 된다.
한편, 젖은 노면에서의 그립 성능을 향상시키기 위한 다른 방법으로 트레드용 고무 조성물에 다량의 스티렌(High styrene) 성분을 함유한 원료고무를 다량 사용함으로써 고무의 유리전이온도(Tg)를 높이고 이로 인해 젖은 노면에서의 동적 손실 계수(tanδ)를 증대시키는 방안이 있으나, 이 또한 주행 중 발열 증대로 인해 타이어의 내구성능 및 마모 성능의 저하는 피할 수 없다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 젖은 노면에서의 그립 성능을 향상시키기 위한 종래 기술의 단점을 보완하기 위하여 연구하던 중, 고 비닐(High vinyl) 성분의 수지를 고속 경주용 타이어의 트레드용 고무조성물에 일정량 함유시킴으로써, 고무의 유리전이온도 상승을 통해 젖은 노면에서의 동적 손실 계수는 증대시키는 반면 주행 시의 발열 증대는 유발하지 않도록 하여 획기적으로 젖은 노면에서의 그립 성능을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물은 스티렌 결합 함량이 35~45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 50~95중량%, 스티렌 결합 함량이 20~25%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 5~50중량%로 이루어진 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해, 요오드(I2) 흡착량이 130~150mg/g, DBP 흡유량이 120~140ml/100g인 카본블랙 50~150중량부, 요오드(I2) 흡착량이 180~280mg/g, DBP 흡유량이 100~140ml/100g인 카본블랙 0~100중량부 및 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 155~190㎡/g이고 CTAB값이 150~190㎡/g인 실리카 20~100중량부를 포함하는 것으로서, 여기에 부타디엔과 스티렌의 랜덤 공중합체로서, 스티렌 함량 20~25%, 부타디엔의 비닐 결합 함량은 65~75%인 고 비닐계 수지를 2~20중량부로 더 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 사용된 고비닐계 수지는 부타디엔과 스티렌의 랜덤 공중합체로서, 스티렌 함량 20~25%, 부타디엔부의 비닐 결합 함량은 65~75%인 것으로, Sartomer사의 Ricon-100 제품을 사용하였으나, 본 제품으로 발명을 제한하는 것은 아니다.
이같은 고비닐계 수지를 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해 2중량부 미만으로 사용하면 젖은 노면에서의 동적 손실 계수 증대 효과를 볼 수 없으며, 20중량부 초과하여 사용하면 기계적 물성의 저하로 인해 타이어의 내구 성능 및 마모 성능을 저하시킬 수 있다.
이러한 고비닐계 수지를 사용할 경우 고무 조성물의 유리전이온도(Tg)가 높아져 젖은 노면에서의 동적 손실 계수(tanδ)는 커지는 반면 주행 중 발열 성능은 나빠지지 않아 젖은 노면에서의 그립 성능은 향상시키면서 타이어의 내구 성능 및 마모 성능은 저하시키지 않는다.
본 발명에서 사용되는 원료고무는 스티렌 결합 함량이 35~45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 50~95중량%와 스티렌 결합 함량이 20~25%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 5~50중량%로 이루어진 것이다. 그리고 보강재로는 요오드(I2) 흡착량이 130~150mg/g, DBP 흡유량이 120~140ml/100g인 카본블랙을 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해 50~150중량부로, 요오드(I2) 흡착량이 180~280mg/g, DBP 흡유량이 100~140ml/100g인 카본블랙을 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해 0~100중량부로, 그리고 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 155~190㎡/g이고 CTAB값이 150~190㎡/g인 실리카를 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해 20~100중량부로, 그리고 실리카를 보강재로 사용함에 따라 실리카 커플링제(일예로, TESPT(비스-3 에톡시-실릴 프로필 테트라 설파이드))를 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해 1~10 중량부 되도록 포함할 수 있다.
그밖에 통상의 고무 배합제 성분들, 일예로 프로세스오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 가류촉진제 및 가류제를 포함할 수 있음은 물론이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3
다음 표 1과 같이 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 효과를 상세히 설명한다.
본 발명에 사용된 고무, 카본 블랙, 실리카, 고비닐계 수지 외에 통상의 고무 조성물에서 사용하는 배합제 및 가류제를 사용하였으나, 그 조성이 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 다음 표 1의 조성의 단위는 중량부를 의미한다.
배합제 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
유화중합 SBR-1 (고형분함량) 82.5(60) 82.5(60) 82.5(60) 82.5(60) 82.5(60) 82.5(60) 82.5(60)
유화중합 SBR-2 (고형분함량) 55(40) 55(40) 55(40) 55(40) 55(40) 55(40) 55(40)
카본 블랙-1 50 50 50 50 50 50 50
카본 블랙-2 30 30 30 30 30 30 30
실리카 40 40 40 40 40 40 40
프로세스오일 60 60 60 60 60 60 60
실리카 커플링제 7 7 7 7 7 7 7
산화아연 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산 1 1 1 1 1 1 1
노화방지제 4 4 4 4 4 4 4
왁스 2 2 2 2 2 2 2
점착제 2 5 10 20 0 1 30
촉진제(CZ) 2 2 2 2 2 2 2
유황 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
상기 표 1의 기재에 있어서,
유화중합 SBR-1 : 스티렌 결합 함량이 35~45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(고무 고형분 함량 100중량부에 대해 3.75중량부의 가공오일 함유)
유화중합 SBR-2 : 스티렌 결합 함량이 20~25%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(고무 고형분 함량 100중량부에 대해 3.75중량부의 가공오일 함유)
카본블랙-1 : 요오드(I2) 흡착량이 130~150mg/g, DBP 흡유량이 120~140ml/100g인 카본블랙
카본블랙-2 : 요오드(I2) 흡착량이 180~280mg/g, DBP 흡유량이 100~140ml/100g인 카본블랙
실리카 : 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 155~190㎡/g이고 CTAB이 150~190㎡/g인 실리카
실리카 커플링제: 상품명 Si-69, TESPT(비스-3 에톡시 실릴 프로필 테트라설파이드)
점착제 : 부타디엔과 스티렌의 랜덤 공중합체로서, 스티렌 함량 20~25%이고, 부타디엔부의 비닐 결합 함량이 65~75%인 Sartomer사의 Ricon-100 제품
실시예 및 비교예로부터 제조된 트레드 고무 조성물에 대한 물성을 측정한 결과를 다음 표2에 나타내었다.
다음 표 2의 결과에 있어서,
0℃ tan δ: 동적 손실 계수 값이며, 값이 클수록 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수함.
60℃ tan δ: 동적 손실 계수 값이며, 값이 클수록 주행 중 발열이 커, 내구성능에서 불리함.
유리 전이 온도 : 고무의 고유 특성값으로 온도가 높을수록 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수한 경향.
물성 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
경도 65 65 65 65 65 65 65
300% 모듈러스(kg/㎠) 122 118 110 98 122 120 76
인열 강도(kg/㎠) 138 135 130 132 140 143 120
0℃ tanδ 0.456 0.477 0.502 0.582 0.440 0.442 0.604
60℃ tanδ 0.250 0.248 0.253 0.250 0.250 0.252 0.255
유리전이온도(Tg,℃) -32 -30 -29 -26 -32 - 32 -23
실시예 및 비교예로부터 제조된 트레드 고무 조성물로 실제 고속 경주용 타이어를 제조하여 젖은 노면에서의 제동 성능 및 내구 성능을 평가하였으며, 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.
- 제조 타이어 규격 : 225/45ZR17 Z211
- 젖은 노면에서의 제동 성능은 지수로 나타내었으며 값이 클수록 제동 성능이 우수함
- 타이어의 내구성능은 실내 시험기에서 일정 조건하에서 타이어가 터질 때 까지의 시간으로 비교하였으며 시간이 길수록 내구성능이 우수함
물성 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
젖은 노면 성능 지수 102 105 106 110 100 101 107
내구성능(시간) 2.22 2.08 2.05 2.02 2.12 2.12 1.56
상기 표 2 및 3의 결과로부터, 트레드용 고무 조성물에 고비닐계 수지를 사용하는 경우 젖은 노면에서의 동적 손실 계수의 향상 및 이로 인한 그립 성능의 향상을 이룰 수 있었으며, 주행 중 발열은 크게 변하지 않아 타이어의 내구 성능 및 마모 성능도 저하되지 않는 결과를 얻었음을 알 수 있다. 그러나, 비교예 1과 같이 고비닐계 수지를 미량 포함하는 경우 젖은 노면 성능지수의 향상이 미미하였고, 고비닐계 수지를 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해 30중량부로 사용한 비교예 3의 경우는 젖은 노면에서의 동적 손실 계수는 향상되었으나, 300% 모듈러스, 인열 강도 등의 기계적 물성이 현저히 떨어져 타이어의 내구성능 및 마모성능이 저하되는 현상을 보였다. 이에 근거하여 살필 때, 고비닐계 수지의 첨가시 그 함량은 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해 2~20중량부인 것이 바람직함을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 유화중합 스티렌-부타디 엔 고무를 원료고무로 포함하며 보강재로서 카본블랙이나 실리카를 포함하는 고무 조성에 스티렌 함량 20~25%이고 부타디엔부의 비닐 결합 함량이 65~75%인 부타디엔과 스티렌의 랜덤 공중합체를 더 포함하는 경우 고무 조성물의 유리전이온도가 높아져 젖은 노면에서의 동적손실계수는 커지는 반면 주행 중 발열성능은 나빠지지 않아 젖은 노면에서의 그립 성능은 향상시키면서 타이어의 내구성능 및 마모성능은 저하시키지 않게 되어 고속주행용 타이어의 트레드용 고무로서 유용하다.

Claims (1)

  1. 스티렌 결합 함량이 35~45%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 50~95중량%, 스티렌 결합 함량이 20~25%인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 5~50중량%로 이루어진 원료고무 고형분 함량 100중량부에 대해, 요오드(I2) 흡착량이 130~150mg/g, DBP 흡유량이 120~140ml/100g인 카본블랙 50~150중량부, 요오드(I2) 흡착량이 180~280mg/g, DBP 흡유량이 100~140ml/100g인 카본블랙 0~100중량부 및 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 155~190㎡/g이고 CTAB값이 150~190㎡/g인 실리카 20~100중량부를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서,
    여기에 부타디엔과 스티렌의 랜덤 공중합체로서, 스티렌 함량 20~25%, 부타디엔의 비닐 결합 함량은 65~75%인 고 비닐계 수지를 2~20중량부로 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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