KR100698957B1 - 트럭/버스용 언더트레드 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 30~40 중량부, 실리카 5~10중량부를 보강제로 포함하고, 여기에 가교구조 안정화제를 0.2∼1.5 중량부로 포함하는 버스/트럭용 언더 트레드용 고무 조성물로서, 이는 보강제로서 카본블랙과 실리카를 혼용하여 사용하고, 여기에 가교구조 안정화제를 함께 사용하여 안정적인 가교구조를 토대로 주행 중 이뤄지는 미시적 관점의 고무사슬과 카본블랙 및 실리카와의 보강재간 또는 보강재와 고무간의 마찰을 최소화하여 궁극적으로 발열을 억제하고, 동시에 내구성능 및 내마모성이 향상된 효과를 나타낸다.

가교구조안정화제*보강제*발열특성*내마모성능*타이어

Description

트럭/버스용 언더트레드 고무 조성물{Rubber composition of the under-tread for truck/bus}

본 발명은 트럭/버스용 언더트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트럭 버스용 타이어의 주행 중 발열을 억제하여 내구성을 향상시키면서도 내마모성을 갖는 트럭/버스용 언더트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 트럭 버스용 공기입 타이어의 트레드부는 캡 트레드와 언더 트레드부로 이루어져 있는데, 언더 트레드의 역할 중 가장 중요한 부분이 바로 트레드부에서의 발열을 억제하는 것이다. 이러한 역할을 위해 일반적으로 언더 트레드는 캡 트레드에 비해 적은 양의 카본블랙을 사용하며, 카본블랙을 사용할 경우에도 발열이 낮은 카본블랙을 사용하는 것이 통상의 기술이다.

하지만, 이러한 통상의 언더 트레드를 사용하더라도 발열을 낮추는 데 다소 한계가 있다. 왜냐하면, 언더 트레드부라고 해서 단순히 발열을 억제하는 목적 이외에도 내마모성 또한 고려해야 하기 때문에 단지 카본블랙의 사용량을 낮추거나 발열이 적은 카본블랙을 사용하는 방법만으로는 내마모성이 크게 감소하기 때문에 일정수준 이상의 카본블랙은 필수적으로 사용되어야 한다. 따라서, 종래 사용되던 카본블랙의 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 30~50 중량부 수준이다. 이러한 통상의 사용량은 고무의 물성을 안정화시키면서 동시에 일정수준의 내마모성을 갖게 한다.

한편, 언더 트레드는 스틸 벨트층과 캡 트레드 사이에서 효과적인 완충작용을 수행해야 하기 때문에 캡 트레드와 유사한 적정 모듈러스를 유지해야 한다. 이런 문제로 카본블랙을 조절하는 것은 발열을 억제하는 데에 분명한 한계를 갖게 된다.

상기에 설명한 바와 같이 카본블랙의 사용량 조절을 통해서는 일정 수준까지의 발열을 억제할 수는 있으나, 그 한계를 갖고 있다. 이 후에 이러한 문제를 해결하기 위해서 카본블랙과 실리카를 동시에 적용해서 카본블랙의 사용량을 줄이고 실리카를 5~20 중량부 사용해서 발열을 억제코자 하였다.

이러한 방법은 카본블랙만을 사용한 것에 비해 발열을 낮추는 데는 다소 효과가 있으나, 이 또한 획기적인 발열억제에는 효과적이지 못할 뿐만 아니라, 카본블랙 사용시보다 내마모성 측면에서는 불리한 결과를 나타냈다.

즉, 통상의 방법에 의해서는 언더 트레드부가 추구하는 저발열 특성과 내마모성을 동시에 만족시킬 수 없는 것이 현재의 수준이다. 더욱이 트럭 버스용 타이어의 요구수준은 고속, 고하중 조건에서 안정적인 타이어 즉, 내구성과 내마모성을 요구하고 있는 바, 현존하는 언더 트레드 고무로서는 그러한 요구를 충분히 만족시키는 데에는 한계가 있다.

또한, 트럭 버스용 타이어는 점점 고속 사용조건으로 동시에 하중분담율이 높아지는 방향으로 시장이 변모하면서 경제성을 요구하고 있다. 이러한 상황은 타이어의 발열을 최대한 낮추어서 열에 의한 타이어의 사고를 억제해야 하며 동시에 내마모성을 높여서 마일리지를 충족시켜야만 한다.

이에 본 발명자들은 종래 트럭 버스용 타이어의 언더 트레드부의 조성에서 발열 특성을 획기적으로 낮추면서 동시에 내구성과 내마모성은 그대로 유지할 수 있는 언더 트레드 고무 조성물을 제조하기 위하여 연구하던 중, 통상의 보강제인 카본블랙과 실리카의 함량을 효과적으로 조합시키는 동시에 가교구조 안정화제를 포함시킨 결과, 안정적인 가교구조를 토대로 주행 중 이뤄지는 미시적 관점의 고무사슬과 카본블랙 및 실리카와의 보강재간 또는 보강재와 고무간의 마찰을 최소화하여 발열을 억제할 뿐만 아니라, 내마모성 유지 및 벨트부와의 결합을 강화시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 타이어 트레드부의 발열을 낮춤과 동시에 내구성과 내마모성이 우수한 버스/트럭용 언더 트레드 고무조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 버스/트럭용 언더 트레드 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 30~40 중량부와 실리카 5~10중량부를 보강제로 사용하고, 여기에 가교구조 안정화제를 0.3~1.5 중량부로 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 원료고무에 통상의 보강제로 사용되는 실리카와 카본블랙을 적절한 양으로 혼합 사용하고, 여기에 가교구조 안정화제를 첨가시킴으로서 트레드부의 발열을 억제하고, 내구성과 내마모성을 향상시킨 버스/트럭의 언더 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 원료고무로는 통상의 언더 트레드용 고무 조성물에 사용되는 천연고무를 사용하며, 특별히 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 보강제로는 카본블랙과 실리카를 혼합하여 사용하는 바, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 30 내지 40중량부와 실리카 5 내지 10중량부를 사용한다. 이때의 카본블랙은 N₂SA값이 70~135mg/g 이고 CDBP값이 65~95㎤/100g의 특성을 나타내는 것이며, 실리카는 비표면적인 180~250㎡/㎤ 정도의 특성을 갖는 것을 혼합 사용한다.

상기와 같은 카본 블랙의 함량은 30 중량부 미만일 경우 충분한 모듈러스를 갖기 어렵고, 또한 40중량부를 초과할 경우 지나친 모듈러스 상승으로 캡트레드부와 계면에서 분리될 위험이 있다.

또한, 실리카를 5중량부 미만으로 포함할 경우 발열억제에 효과가 없고, 또한 10 중량부를 초과할 경우 내마모성에 불리해진다.

본 발명에서는 특별히 가교구조 안정화제를 상기 원료고무 100중량부에 대하 여 0.3 내지 1.5중량부로 포함한다. 이때 가교구조 안정화제는 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산(1,6-bis(N,N'-dibenzylthiocarbamoyldithio)-hexane) 또는 1,3-비스 시트라콘이미도메틸 벤젠(1,3-bis citraconimidomethyl Benzene), 및 헥사메틸렌-1,6-비스(티오설페이트)(Hexamethylene-1,6-bis(thiosulfate) 중에서 선택된 것이다.

상기 가교구조 안정화제를 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.3 중량부 미만으로 사용할 경우 가교구조 안정화 효과가 없으며, 1.5 중량부를 초과하여 사용할 경우에는 모듈러스가 지나치게 높아지는 문제가 있다.

본 발명에서와 같이 보강제로서 카본블랙과 실리카를 혼용하여 사용하고, 여기에 가교구조 안정화제를 함께 사용할 경우 안정적인 가교구조를 토대로 주행 중 이뤄지는 미시적 관점의 고무사슬과 카본블랙 및 실리카와의 보강재간 또는 보강재와 고무간의 마찰을 최소화하여 궁극적으로 발열을 억제한다.

또한, 내마모 성능은 단순히 보강재만을 사용한 것과는 달리 크게 향상된 특성을 보이는 것으로, 저발열 특성과 내마모성을 동시에 실현할 수 있다.

그러나, 보강제 중 카본블랙만을 사용하고, 여기에 가교구조 안정화제만을 사용할 경우 저발열 특성의 향상효과가 없으며, 또한 보강제인 카본블랙과 실리카만을 사용하고 가교 구조 안정화제를 사용하지 않을 경우, 본 발명의 86% 수준의 발열 억제 효과는 있으나, 내마모성이 카본만을 사용한 것 대비 4% 이상 저하되게 된다.

즉, 본 발명에서 언더트레드부에 부여한 가교구조는 카본블랙과 실리카의 적 용에 의한 발열억제 효과에 더불어서 고무-보강재간 효율적인 결합을 유도함으로써, 주행시 이뤄지는 움직임에 의한 컴파운드 상의 카본-카본간의 마찰을 억제하고 동시에 카본 및 실리카와 결합하는 가교사슬의 길이를 충분히 길게 함으로써 고무사슬간의 엉킴을 강화하여 변형을 줄임으로써 궁극적인 발열을 억제하게 한다.

본 발명에서는 상기한 조성 이외에도 통상의 고무 조성물에 포함되는 실리카 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 유황, 촉진제 및 지연제 등을 포함할 수 있음은 물론이다.

이하 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명은 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2

다음 표 1과 같이 이루어진 각 조성의 성분들을 배합하여 고무 조성물을 제조하였다. 각각의 고무조성물의 발열특성을 측정하기 위하여 이 고무 조성물로 고무 시편을 제작하고, 고무시편을 150℃ 가류 프레스에서 30분 동안 가류하여 두께 25.4mm, 직경 17.5mm의 원통형 가류 시편을 준비하였다. 이를 ASTM D623-99와 같은 시험방법에 의거 Gabometer 4000 시험기를 이용하여 챔버내에서 18%의 스트레인과 30Hz의 조건으로 시편에 일정변형을 가하면서 30분 후, 발열상태가 정상상태에 도달했을 때의 시편내부의 온도를 비교하였다. 또한, Lambourn 마모시험기를 이용해서 내마모성을 평가하였으며, 비교예 1의 값을 100으로 기준하여 지수화한 값이다.

배합제(함량:중량부)		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
천연고무		100	100	100	100	100
보강제	카본블랙	40	35	30	45	40
	실리카	10	15	20	-	10
커플링제		3	4.5	6	-	3
산화아연		5	5	5	5	5
스테아린산		2	2	2	2	2
노화방지제		4	4	4	4	4
유황		2.0	2.0	2.0	2.5	2.5
촉진제		1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
가교구조 안정화제*		0.5	0.5	0.5	-	-
(주)*가교구조 안정화제는 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일티디오)-헥산임.

상기와 같이 발열특성과 내마모성에 대한 측정 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

배합제	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
발열특성(내부온도,℃)	101	98	96	121	118
내마모성	115	113	110	100	96

상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명과 같이 통상의 트럭 버스 타이어용 언더트레드 고무 조성물에서 카본블랙과 실리카의 조합에 가교구조 안정화제를 적용한 실시예 1 내지 3의 경우, 비교예에 비해 발열시험 결과 16~20% 유리한 결과를 보이며 이는 내부 발열온도가 통상의 조성물에 비해 20℃ 정도 낮아진 결과이다. 또한, 실리카 사용에 의한 내마모성의 저하를 효과적으로 억제하면서 오히려 카본블랙만을 적용한 통상의 언더트레드 조성물에 비해 10~15% 유리한 결과를 보였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 보강제로서 카본블랙과 실리카를 혼용하여 사용하고, 여기에 가교구조 안정화제를 함께 사용하여 안정적인 가교구조를 토대로 주행 중 이뤄지는 미시적 관점의 고무사슬과 카본블랙 및 실리카와의 보강재간 또는 보강재와 고무간의 마찰을 최소화하여 궁극적으로 발열을 억제하고, 동시에 내구성능 및 내마모성이 향상된 효과를 나타낸다.

Claims (2)

1. 천연고무 100 중량부에 대하여 카본블랙 30~40 중량부, 실리카 5~10중량부를 보강제로 포함하고, 여기에 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산 가교구조 안정화제를 0.2∼1.5 중량부로 포함하는 버스/트럭용 언더 트레드용 고무 조성물.
2. 삭제