KR100655927B1 - 자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어 - Google Patents

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박종복
장두영
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한국타이어 주식회사
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Abstract

본 발명은 사이드 월부에서 인서트 고무의 위치 및 게이지를 최적화하여 런 플랫 성능과 동시에 팽창 성능을 향상시킬 수 있는 자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어와 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 포함하는 런 플랫 성능을 위한 인서트 및 비드 고무 조성물을 제공하기 위한 것이다.
자체 지지형, 런 플랫, 인서트 고무, 신디오택틱, 보강 시트, 팽창

Description

자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어 {Self-supporting pneumatic run flat tires}
도 1은 본 발명에 따른 자체 지지형의 런 플랫 타이어가 정상적으로 팽창된 상태에서 타이어의 직경을 절단된 일측 단면도이다.
도 2는 도 1과 유사한 도면으로서 사이드 월부에 적용되는 인서트 고무, 카카스의 TUH(Turn Up Height), 비드 필러 높이인 BFH(bead Filler Height) 등에 관한 구조 및 위치를 설명하기 위하여 나타낸 타이어의 직경을 절단한 일측 단면도이다.
도 3은 도 1과 유사한 도면으로서 본 발명에서 적용하는 인서트 고무의 게이지에 관한 구조 및 위치를 설명하기 위하여 나타낸 타이어의 직경을 절단한 일측 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ---- 트레드부 11 ---- 제 1 카카스
12 ---- 제 2 카카스 13 ---- 사이드 월부
14 ---- 비드 필러 15 ---- 비드 와이어
16 ---- 인서트 고무 17 ---- 보강 시트
18 ---- 채퍼 직물지 19 ---- 인너라이너
20 ---- 제 1 벨트층 21 ---- 제 2 벨트층
22 ---- 보강 벨트층 22 ---- 림 플랜지
본 발명은 래디알 카카스 구조를 가지며, 60시리즈 이하의 규격에 적용되는 자체 지지형(Self-Supporting Type)의 공기입 런 플랫(Run Flat) 타이어 및 런 플랫 성능을 위한 인서트 및 비드 고무 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 사이드 월부에서 인서트 고무의 위치 및 게이지를 최적화하여 런 플랫 성능과 동시에 팽창 성능을 향상시킬 수 있는 자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어와 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 포함하는 런 플랫 성능을 위한 인서트 및 비드 고무 조성물에 관한 것이다.
자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어와 관련해서는 1970년대 이전부터 많은 제조회사에서 특허출원을 하였고, 대표적인 예로는 1974년 전 세계에 출원한 파이어스톤(Firestone) 사의 미국특허 제 3,949,798호, 던롭(Dunlop) 사의 특허가 있다. 그러나 사이드 월부에 특수한 인서트 고무로 보강함으로 인해 런 플랫 성능은 확보할 수 있었으나, 팽창 성능의 저해를 가져옴으로써 많은 타이어 제조사들은 런 플랫 성능을 가지면서 팽창 성능에서도 떨어지지 않는 타이어를 확보하기 위해 다양한 구조의 기술을 개발하게 되었다. 그 대표적인 예로 브릿지스톤(Bridge stone) 사의 일본 특개평10-138720호, 평10-067211호, 던롭(Dunlop) 사의 미국특허 제6,536,494호, 스미토모(Sumitomo) 사의 일본 특개평03-349242호 등의 특허가 있다.
다른 한편으로, 런 플랫 타이어의 사이드 월부의 강성을 향상시키기 위해 보강성 필러를 증량하여 사용하거나, 가류제를 증량하여 사용하였다. 이러한 경우에 보강성 필러의 비중이 1.8 내지 2.0 정도로 고무제품의 비중을 높이는 주원인으로 작용하였으며, 중량을 낮추지 못하여 타이어 경량화에 많은 문제가 있었다.
또한, 내피로성, 내크랙성, 내발열성이 불리해져 요구되는 런 플랫 성능을 유지하지 못하고, 고무의 파괴로 이어지기도 하였다. 특히 자체 지지형 런 플랫 타이어는 인서트의 보강으로 인한 중량 증가를 막을 수 없었다.
본 발명은 사이드 월부의 인서트 고무의 위치 및 게이지를 최적화하여 런 플랫 성능을 확보함과 동시에 팽창 성능도 향상시킬 수 있는 인서트 고무를 포함하는 자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 종래에 보강성 필러의 역할을 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔이 대신하도록 함으로써 적은 양의 필러 만을 충진시킬 수 있고, 동시에 인서트 및 비드에 필요한 강도를 유지하면서 보다 가볍게 고무 제품을 제조할 수 있는 런 플랫 성능을 위한 인서트 및 비드 고무 조성물을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 런 플랫 타이어의 성능 향상을 목적으로 하여 보강성 필러의 함량을 줄이고 이를 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔으로 보강역할을 하도록 함으로써 고무의 중량부를 증가시켜 비중이 낮으면서 동일 경도 및 모듈러스에서 인장 특성, 내피로성, 내크랙성, 내발열성이 향상된 사이드 월 인서트 고무 및 비드의 고무 조성물로 런 플랫 내구 특성을 만족시키며 중량 증가를 막아 연비 성능을 향상시킬 수 있는 런 플랫 성능을 위한 인서트 및 비드 고무 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 60 시리즈 이하의 규격에 대하여 타이어의 내부 압력 손실시 차량의 하중을 자체적으로 지지한 상태로 일정 속도와 일정 거리를 안전하게 주행할 수 있도록 된 트레드부, 사이드 월부, 비드부로 구성된 자체 지지형 공기입 런 플랫 래디알 타이어에 있어서, 상기 타이어의 내측에 위치하는 인너라이너와 타이어의 뼈대를 이루는 카카스 사이에 인서트 고무가 위치하고, 런 플랫 주행시 림 플랜지와 접촉하는 비드부의 내구성을 향상시키기 위하여 비드부의 사이드 월부와 가장 바깥쪽에 위치하는 카카스 사이에 보강 시트를 위치하도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부 도면 중 도 1은 이러한 본 발명에 따른 자체 지지형의 런 플랫 타이어가 정상적으로 팽창된 상태에서 타이어의 직경을 절단된 일측 단면도를 나타낸 것이다.
도 1에 의하면, 본 발명의 자체 지지형 런 플랫 타이어는 지면과 접촉하는 트레드부(10), 외부 충격으로부터 카카스(11,12)를 보호하기 위한 사이드 월부(13), 사이드 월부(13)의 강성을 조절하기 위한 비드 필러(14), 타이어를 림에 안 착시키기 위한 비드 와이어(15), 그리고, 런 플랫 성능을 확보하기 위한 사이드 월부(13)에 사용하는 인서트 고무(16)와 런 플랫 주행 시 림 플랜지와 접촉하는 비드부에서 비드필러(14), 제 1 및 제 2 카카스(11,12) 및 사이드 월부(13) 고무 간의 분리 방지를 위한 보강 시트(17)로 구성되어 있다.
다음에 미설명 부호 18은 채퍼 직물지, 19는 인너라이너, 20은 제 1 벨트층, 21은 제 2 벨트층, 22는 보강 벨트층이다.
본 발명의 런 플랫 타이어는 도 1에 나타낸 바와 같이 단면 높이(SH)를 가지는 타이어에서 인너라이너(19)와 카카스(11) 사이에 위치하는 인서트 고무(16)의 최대 두께 부위는 단면 높이(SH)의 1/2 부근에 위치하도록 하는 것이 바람직하고, 벨트층(20,21)이나 비드 와이어(15) 쪽으로 갈수록 얇아지도록 하는 것이 바람직하다.
첨부 도면 중 도 2는 도 1과 유사한 도면으로서 사이드 월부에 적용되는 인서트 고무(16), 카카스의 TUH(Turn Up Height), 비드 필러 높이인 BFH(bead Filler Height) 등에 관한 위치를 설명하기 위하여 나타낸 타이어의 직경을 절단한 일측 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의하면 런 플랫 성능을 확보하기 위하여 사용되는 인서트 고무(16)의 시작 위치(h)는 비드 와이어(15)로부터 적어도 5 mm 이상 위에서 시작하는 것을 특징으로 하며, 적정 범위로는 5 mm ∠ h ∠ 20 mm 에서 시작하는 것이 좋다.
또한 인서트 고무(16)는 제 1 벨트층(20)으로부터 끝나는 위치(W)는 적어도 5 mm 이상 유지하는 것이 바람직하다. 적정 범위로는 5 mm ∠ W ∠ 25 mm로 하는 것이 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 카카스를 1장 또는 2장 이상을 사용하는 공기입 래디알 타이어에서 제 1 카카스(11)의 TUH(Turn Up Height)는 단면 높이(H) 보다는 낮고 단면 높이(H)의 1/2 보다는 높게 하는 것이 바람직하다. 적정하기로는 제 1 카카스(11)의 TUH가 단면 높이(H)의 50 내지 70%의 범위 내에 있는 것이 좋다. 또한 TUH는 비드 필러 높이인 BFH(bead Filler Height) 보다 적어도 10 mm 이상 높게 위치하도록 설계하는 것이 바람직하다.
첨부 도면 중 도 3은 도 1과 유사한 도면으로서 본 발명에서 적용하는 인서트 고무(16)의 게이지에 관한 구조 및 위치를 설명하기 위하여 나타낸 타이어의 직경을 절단한 일측 단면도이다.
본 발명에서 적용하는 인서트 고무(16)를 벨트층(20,21)으로부터 비드와이어(15) 방향으로 제 1 길이(L1), 제 2 길이(L2), 제 3 길이(L3)로 3등분할 때, 인서트 고무(16)의 최대 게이지(Tmax)는 제 2 길이(L2) 구간에 위치하도록 하며, 제 1 길이(L1)의 구간은 벨트층(20,21)으로 갈수록 얇아지고, 제 3 길이(L3)의 구간도 비드 와이어(15) 쪽으로 갈수록 얇아지는 것이 바람직하다.
또한 제 1 길이(L1)과 제 2 길이(L2)의 경계선 부분에서 사이드 월부에서 최소 게이지(Smin)이 위치하도록 설계하고, 이 최소 게이지(Smin)은 림 플랜지(23)와 접촉하는 비드부 전체 중에서의 최소 게이지(Bmin)와 유사하도록 설계하는 것이 바람직하다. 적정하기로는 Smin/Bmin의 비율은 0.9 내지 1.1의 범위에 있도록 설계하는 것이 좋다.
그리고, 보강 시트(17)는 런 플랫 주행 시 비드부를 보호하기 위하여 적어도 비드 와이어와 5mm 이상 떨어져서 시작하고, 비드 필러보다는 10mm 이상 위에서 끝나는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 사이드 월 인서트 및 비드 고무의 런 플랫 성능을 향상시키기 위하여 천연 고무를 원료 고무로 사용하고, 보강성 필러로서 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 포함하는 인서트 및 비드 고무 조성물을 제공하기 위한 것으로, 그 구성성분은 천연고무 20 내지 80 중량부, 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔이 잘 분산되어 있는 폴리부타디엔 10 내지 80 중량부, 폴리부타디엔 0 내지 50 중량부에 대하여 충진제를 20 내지 70 중량부를 첨가하며, 가류제로 유황 0.5 내지 6 중량부, 가류 촉진제로 설펜아마이드계 0.5 내지 4 중량부, 열화방지제로는 0.5 내지 5 중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용하는 상기 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔이 잘 분산되어 있는 폴리부타디엔은 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 3 내지 35%를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
상기와 같이 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 고무를 포함한 폴리부타디엔의 함량은 전체 원료고무 중 10 내지 80 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직한바, 10중량부 미만일 경우에는 신디옥택틱 1,2-폴리부타디엔에 의한 보강성 필러의 역할이 적어 원하는 모듈러스 수준을 확보하기가 어려우며, 반대로 80 중량부를 초과할 경우에는 부타디엔 및 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔 함량이 너무 높아 혼합 및 압출 가공성의 저하, 내크랙성 및 발열 성능이 저하되는 단점이 있게 된다.
또한, 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 3% 미만으로 포함할 경우에는 보강성 필러로서의 역할을 할 수 없어 일반 부타디엔 고무와 큰 성능차를 얻을 수 없으며, 35%를 초과할 경우에는 모듈러스의 급상승으로 적정 수준의 성능을 얻을 수 없게 된다. 가장 적절한 성능을 얻기 위해서는 10 내지 20이 바람직하다.
본 발명에 따른 인서트 및 비드 고무 조성물은 신디오택틱 폴리부타디엔을 포함하여 기존의 고무 조성물에 보강 역할을 하는 보강성 필러의 역할을 대신 해주게 되며, 보강성 필러로 인한 중량 증가 방지 및 내피로성, 내크랙성, 내발열성이 우수하다.
이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 다음의 실시예는 본 발명의 조성물을 단지 예시하기 위한 것이고 본 발명의 기술적 범위가 다음의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 2
다음 표 1에 기재한 조성비율에 따라, 천연고무(STR-20), 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 포함한 폴리부타디엔(UBEPOL제 VCR617), 카본블랙(GPF), 산화아연(KS#2), 스테아린산(경화식 P6O), 노화방지제 1(6PPD), 노화방지제 2(RD), 유황(분말황), 가류촉진제(TBBS), 열화방지제(Bayer KA9188)를 배합한 고무조성물을 160℃에서 20분간 가류 하였다. 가류된 쉬트에 대해 ASTM 규정에 의거 인장특성, 탄 델타(Tanδ, 내피로성, 내크랙성, 내발열성, 비중을 측정한 결과를 다음 표 2에 정리하여 기재하였다.
상기 고무 조성물로 런 플랫 타이어를 제조한 후 타이어 성능을 평가한 결과 를 다음 표 3에 기재하였다. 런 플랫 타이어의 내구 성능은 타이어를 림 조립 후 내압 2.5 kg/㎠ 상태로 38℃에서 24시간 방치 후 밸브를 빼고, 내압을 대기압 상태로 조정하여 하중 400kg, 속도 80km/h로 드럼(직경 1.7m)에서 주행하여 고장 발생시까지의 시간을 지수로 나타낸 것이며, 실시예를 콘트롤 100으로 하였다. 회전저항은 타이어를 림 조립 후 코스트 다운(Coast Down SAE J2452) 시험법을 이용하여 실시 후 실시예를 콘트롤로 100으로 지수화하여 나타내었다.
비교예 1 내지 3
상기 실시예 1에서 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 포함하는 폴리부타디엔 대신에 부타디엔 고무(금호석유화학제 KBR01)를 사용하고, 기타 첨가제 및 조성비율을 다음 표 1에서와 같이 배합한 고무 조성물을 160℃에서 20분간 가류 하였다. 가류된 쉬트에 대해 ASTM 규정에 의거 인장특성, Tanδ 내피로성, 내크랙성, 내발열성, 비중의 결과를 다음 표 2에 정리하여 기재하였다.
상기 비교예 1과 비교예 3의 고무 조성물로 런 플랫 타이어를 제조한 후 타이어 성능을 평가한 결과를 다음 표 3에 기재하였다. 런 플랫 타이어의 내구 성능은 타이어를 림 조립 후 내압 2.5 kg/㎠ 상태로 38℃에서 24시간 방치 후 밸브를 빼고, 내압을 대기압 상태로 조정하여 하중 400kg, 속도 80km/h로 드럼(직경 1.7m)에서 주행하여 고장 발생시까지의 시간이며, 실시예를 콘트롤 100으로 하여 지수화하였다. 회전저항은 타이어를 림 조립 후 코스트 다운(Coast Down SAE J2452) 시험법을 이용하여 실시 후 실시예를 콘트롤로 100으로 지수화하여 나타내었다.
표 1
조성성분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
천연고무 30 30 30 30 30
신디오택틱 1,2-폴리부타디엔을 포함한 폴리부타디엔 70 50
부타디엔 고무 20 70 70 70
카본블랙 산화아연 스테아린산 노화방지제 1 노화방지제 2 유황 가류촉진제 열화방지제 45 5 2 1.5 1.5 3.0 1.5 1.0 55 5 2 1.5 1.5 3.0 1.5 1.0 45 <- <- <- <- <- <- <- 65 <- <- <- <- <- <- <- 65 <- <- <- <- 3.0 2.0 1.0
(단위: 중량부)
표 2
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
인장물성 경도 75 75 65 71 74
모듈러스 75 77 40 65 73
신장률 190 200 200 150 120
인장강도 160 155 145 120 110
내피로성 수명사이클 6000 5000 6000 1500 500
내크랙성 성장속도 0.4 0.4 0.4 1.0 2.0
탄 델타 ＠80℃ 0.04 0.04 0.04 0.08 0.07
비중 (g/cc) 1.34 1.35 1.35 1.41 1.41
표 3
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 3
런플랫내구성능 지수 100 100 10 30
회전저항 지수 100 90 95 95
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 런 플랫 타이어의 성능 향상을 목적으로 하여 보강성 필러의 함량을 줄이고, 이를 신디오택틱 1,2-폴리부타디엔으로 보강역할을 함으로써 고무의 중량부를 증가시켜 비중이 낮으면서 동일 경도 및 모듈러스에서 인장 특성, 내피로성, 내크랙성, 내발열성이 향상된 효과가 있다.
특히, 런 플랫 내구 특성을 만족시키면서 중량 증가를 막아 연비 성능을 향 상시키는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 트레드부, 사이드 월부, 비드부로 구성되고, 타이어의 내측에 위치하는 인너라이너와 타이어의 뼈대를 이루는 카카스 사이에 인서트 고무(16)을 배치시켜서 된 자체 지지형 공기입 런 플랫 래디알 타이어에 있어서,
    상기 인서트 고무의 구간을 벨트층(20,21)으로부터 비드와이어(15) 방향으로 제1길이(L1), 제2길이(L2) 및 제3길이(L3)로 3등분할 때 상기 인서트 고무의 최대 게이지(Tmax)를 제2길이(L2) 구간에 존재하도록 하고, 상기 사이드월부의 최소 게이지(Smin)는 상기 제1길이(L1)와 제2길이(L2)의 경계선 부분에 존재하도록 하며, 동시에 상기 비드부에서 사이드월부와 가장 바깥쪽에 위치하는 카카스 사이에 추가로 보강시트가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어.
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  6. 제 5항에 있어서, 상기 전체 사이드 월부의 최소 게이지(Smin)은 림 플랜지와 접촉하는 비드부 전체 중에서 최소 게이지(Bmin)의 값과 유사하도록 설계하는 것을 특징으로 하는 자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전체 사이드 월부의 최소 게이지(Smin)에 대한 전체 비드부의 최소 게이지(Bmin)의 비율은 0.9 내지 1.1의 범위에 있도록 설계하는 것을 특징으로 하는 자체 지지형의 공기입 런 플랫 타이어.
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