KR100692565B1 - 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드 고무조성물에 레소시놀 포름알데히드로 표면을 코팅한 아라미드 단섬유를 포함하도록 하여 내열특성과 마모특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 레소시놀 포름알데히드로 표면을 코팅한 아라미드 단섬유를 함유하는 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 레소시놀 포름알데히드로 표면을 코팅한 아라미드 단섬유를 함유하는 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 하는 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 표면 처리된 아라미드 단섬유를 2∼5중량부 포함할 수 있다.

Description

타이어 트레드 고무조성물{Tire tread composition}
본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 타이어 트레드 고무조성물에 레소시놀 포름알데히드로 표면을 코팅한 아라미드 단섬유를 포함하도록 하여 내열특성과 마모특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
산업화가 고도로 이루어짐에 따라 차량 제조기술이 발전하고 포장도로가 증가하여 차량의 고속 주행이 증가하고 있다. 이러한 경향은 승용차용 뿐만 아니라 트럭 및 버스 역시 계속적으로 고속 주행이 증가하고 있어 이러한 경향에 맞추어 타이어 업계에서도 고속 주행용 타이어의 개발에 많은 연구를 진행하고 있다.
타이어 트레드는 천연고무 또는 천연고무와 합성고무를 주원료로 하고, 원료고무의 물성, 기타 특성을 향상시키기 위해 보강재, 노화방지제, 연화제, 가류제 및 가류촉진제를 적의 선택하여 적절한 함량으로 사용하고 있다.
타이어에 있어서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부위로서 타이어와 지면과의 마찰과 이러한 마찰에 의해 발생하는 열로 인해 트레드 부분 이 점차적으로 마모되기 때문에 내마모 성능(abrasion resistance)과 내열특성이 우수해야 한다. 즉, 타이어 트레드의 내열특성과 내마모 특서은 지면과 접촉하는 트레드 표면 의 성질에 의해 결정된다. 특히 고속 주행시 필연적으로 발생하는 열 발생은 타이어의 물성하락 및 내마모특성 저하의 원인이 된다.
이러한 내마모 성능, 내열특성 이외에도 차량은 직진 뿐만 아니라 곡선으로 회전하기 때문에 차량의 회전에 따라 타이어의 회전저항(rolling resistance) 성능이 좋아야 한다. 그리고 비에 의해 노면이 젖거나, 동절기에 발생하는 결빙이나 빙판에 의해 노면이 젖는 경우가 많으므로 젖은 노면에서의 타이어의 미끄럼 방지 성능(wet traction)이 우수해야 한다.
일반적으로 트럭용 타이어나 버스용 타이어의 트레드 고무로 가장 많이 사용하고 있는 천연고무 배합물은 천연고무의 불포화 결합, 이중결합(double bond) 때문에 고속 주행시 발생하는 열에 의하여 마모특성이 하락하고 불균일 마모인 편마모의 원인이 되는 문제가 있다. 또한 트럭이나 버스가 포장도로가 아닌 비포장도로를 주행시 타이어의 찢김 현상이나 편마모 발생율이 포장도로 주행시 보다 증가하여 타이어의 수명을 현저히 하락시킨다.
이러한 문제를 해결하기 위해 내열특성이 우수한 노화방지제를 적용하거나 또는 내열특성이 우수한 고무를 원료고무에 혼용하여 적용하고 있으며, 또한 가교결합에 사용되는 가류제를 다중 황(poly sulfide) 결합보다는 단일 황(mono sulfide)으로 변경하여 열에 대한 안정성을 개선하는 방법이 시도되고 있다.
그러나 이러한 경우에도 마모특성과 타이어의 찢김 등의 고무 물성이 감소하 여 적용에 한계를 나타내고 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 타이어 트레드 고무조성물에 다양한 성분을 적용한바, 레소시놀 포름알데히드로 표면을 코팅한 아라미드 단섬유를 적용하여 내열특성과 마모특성을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드 고무조성물을 얻을 수 있음을 알게 되었다.
따라서 본 발명은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 레소시놀 포름알데히드로 표면을 코팅한 아라미드 단섬유를 함유하는 타이어 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 레소시놀 포름알데히드로 표면을 코팅한 아라미드 단섬유를 함유하는 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 하는 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 표면 처리된 아라미드 단섬유 2∼5중량부 포함한다.
본 발명에서 원료고무는 종래 타이어 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 원료 고무의 일예로서 천연고무를 단독으로 사용하거나 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무와 같은 합성고무를 단독으로 사용할 수 있다. 또한 상기의 천연고무와 둘 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용하거나 또는 둘 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 일예로 상기의 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 그리고 둘 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무의 경우 각각 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어 트레드 고무조성물은 종래 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 표면 처리된 아라미드 단섬유 2∼5중량부 포함할 수 있다.
본 발명에서 표면 처리된 아라미드 단섬유를 원료고무 100중량부에 대하여 2중량부 미만 사용하면 고무조성물의 내열특성과 내마모특성이 감소하게 되고, 표면 처리된 아라미드 단섬유를 원료고무 100중량부에 대하여 5중량부 초과하면 이러한 아라미드 단섬유 함량 증가에 따른 고무조성물의 내열특성과 내마모특성에 대한 뚜렷한 효과의 상승이 이루어지지 않는다. 따라서 본 발명에서 표면 처리된 아라미드 단섬유는 원료고무 100중량부에 대하여 2∼5중량부 포함되어지는 것이 좋다.
본 발명에서 표면 처리된 아라미드 단섬유는 아라미드 단섬유의 섬유 표면에 레소시놀 포름알데히드가 코팅된 것을 사용할 수 있다. 본 발명에서 표면 처리된 아라미드 단섬유의 일예로서 폴리파라페닐렌테레프탈아라미드[poly (paraphenylene terephthalamide), PPPTA)를 사용할 수 있다. 이때 폴리파라페닐렌테레프탈아라미드의 물성은 영스 모듈러스(Young's Modulus) 20∼30MPa, 인장강도(Tensile Strength) 2400∼3000Mpa, 신장율(Elongation at break) 3∼4％, 편평비(Aspect ratio) 50∼300인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 표면 처리된 아라미드 단섬유는 시중에서 상품으로 시판되는 것(도레이듀폰, 일본)을 사용할 수 있으며, 또한 아라미드 단섬유 표면에 레소시놀 포름알데히드를 코팅 처리한 것을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 타이어 트레드 고무조성물에서 다양한 특성 및 함량의 표면 처리된 아라미드 단섬유를 적용한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 표면 처리된 아라미드 단섬유는 상기에서 언급한 특성 및 함량으로 사용하는 것이 좋다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무 이외에 종래 타이어 트레드 고무조성물에 사용되는 보강재, 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 타이어 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 가지는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 오토바이용 타이어, 항공기용 타이어, 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 트럭용 타이어 또는 버스용 타이어를 포함할 수 있다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
하기의 표 1과 같이 천연고무를 원료고무로 하고, 이 원료고무 100phr에 대하여 카본블랙(N103) 50phr, 산화아연(ZnO) 4phr, 스테아린산(Stearic acid) 2phr, 공정오일(A#2 oil) 8phr, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 5phr를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 2.0phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamide, CZ) 2.0phr를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
<실시예 1>
하기의 표 1과 같이 천연고무를 원료고무로 하고, 이 원료고무 100phr에 대하여 카본블랙(N103) 50phr, 산화아연(ZnO) 4phr, 스테아린산(Stearic acid) 2phr, 공정오일(A#2 oil) 8phr, 노화방지제(RD) 5phr, 레소시놀 포름알데히드가 표면에 코팅된 폴리파라페닐렌테레프탈아라미드(PPPTA) 3phr을 밴버리 믹서에 넣고 150℃ 에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 2.0phr, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(CZ) 2.0phr를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 30분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 폴리파라페닐렌테레프탈아라미드(PPPTA)는 영스 모듈러스(Young's Modulus) 20∼30MPa, 인장강도(Tensile Strength) 2400∼3000Mpa, 신장율(Elongation at break) 3∼4％, 편평비(Aspect ratio) 50∼300인 것을 사용하였다.
표 1. 비교예 및 실시예 고무의 성분(단위 : phr)
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
원료고무 100 100 100 100 100
카본블랙 50 50 50 50 50
산화아연 4 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2 2
공정오일 8 8 8 8 8
노화방지제 5 5 5 5 5
PPPTA - 3 5 3 5
가류제(유황) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
가류촉진제(CZ) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
<실시예 2>
폴리파라페닐렌테레프탈아라미드(PPPTA) 5phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 3>
편평비(Aspect ratio)가 300인 폴리파라페닐렌테레프탈아라미드(PPPTA) 3phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<실시예 4>
편평비가 300인 폴리파라페닐렌테레프탈아라미드(PPPTA) 5phr 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였다.
<시험예 1>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무에 대하여 ASTM 관련 기준에 의하여 인장물성(경도, 100％모듈러스 300％모듈러스, 인장강도, 신율), 발열(Heat Built Up, HBU) 마모특성(DIN 마모, PICO 마모), 컷앤칩(Cut/Chip), 무니점도를 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 비교예 및 실시예 고무의 물성
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
인장 물성 경도 67 73 76 74 78
100％모듈러스 30 35.8 42.4 41.6 52
300％모듈러스 147.3 154.6 154.6 155.1 162
인장강도 290.2 265 245.8 256.5 243.3
신율 502.7 459.2 432.5 446.7 420.4
발열 (X-50)(℃) 27.2 23 24.8 23.1 24.9
Set(％) 97.3 96.9 95 95.7 94.2
DIN 마모량(g) 0.125 0.118 0.119 0.119 0.111
PICO 마모량(g) 0.0355 0.0310 0.0320 0.0300 0.0295
DIN 마모량(g) 0.125 0.100 0.100 0.098 0.091
Cut/Chip 손실량(g) 2.9 2.45 2.35 2.15 2.15
무니 점도 73.65 74.06 74.21 76.52 78.44
T05 19.6 23.6 23.33 22.67 22.13
<시험예 2>
상기 비교예 및 실시예에서 제조한 고무를 트럭/버스용 타이어(11R22.5 956 pattern)의 트레드로 적용하고, 마모시험과 찢김 현상발생율을 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
표 3. 비교예 및 실시예 고무의 타이어 트레드 적용 결과
항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
마모시험 100 104 128 130 128
찢김 발생율(％) 60 50 45 30 35
상기 시험예의 결과에서처럼 표면 처리된 아라미드 단섬유를 적용한 실시예의 고무는 표면 처리된 아라미드 단섬유를 적용하지 않은 비교예의 고무와 대비시 내열성이 우수하고, 내마모성 역시 향상되고 있음을 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 (4)

  1. 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 표면 처리된 아라미드 단섬유 2∼5중량부 포함함을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 아라미드 단섬유는 섬유 표면에 레소시놀 포름알데히드가 코팅된 것 임을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  3. 제1항에 있어서, 표면 처리된 아라미드 단섬유의 물성은 영스 모듈러스(Young's Modulus) 20∼30MPa, 인장강도(Tensile Strength) 2400∼3000Mpa, 신장율(Elongation at break) 3∼4％, 편평비(Aspect ratio) 50∼300 임을 특징으로 하는 타이어 트레드 고무조성물.
  4. 특허청구범위 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항의 고무조성물로 이루어진 고무를 트레드로 포함하는 타이어.
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