KR100703850B1 - Rubber composition for tire tread - Google Patents
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Abstract
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이 시스-1,4 부타디엔 고무, 높은 비닐 함량을 갖는 부타디엔 고무, 부틸고무를 혼합하여 이루어진 원료 고무에 보강제로서 카본블랙과 실리카를 첨가하므로써 마모성능과 제동성능을 개선시킨 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubber composition for tire treads, and more particularly, carbon black and silica are added to a raw material rubber made of a mixture of high cis-1,4 butadiene rubber, butadiene rubber having a high vinyl content, and butyl rubber. Therefore, the present invention relates to a rubber tread rubber composition having improved abrasion performance and braking performance.
공기입 타이어, 트레드용 고무 조성물 Pneumatic Tire, Tread Rubber Composition
Description
본 발명은 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이 시스-1,4 부타디엔 고무, 높은 비닐 함량을 갖는 부타디엔 고무, 부틸고무를 혼합하여 이루어진 원료 고무에 보강제로서 카본블랙과 실리카를 첨가하므로써 마모성능과 제동성능을 개선시킨 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rubber composition for tire treads, and more particularly, carbon black and silica are added to a raw material rubber made of a mixture of high cis-1,4 butadiene rubber, butadiene rubber having a high vinyl content, and butyl rubber. Therefore, the present invention relates to a rubber tread rubber composition having improved abrasion performance and braking performance.
PCR 타이어에 요구되는 성능은 매우 다양하다. 예를 들어, 웨트트랙션(wet traction)이나 저연비 성능과 밀접한 관계가 있는 저회전 저항, 그리고 소음, 내마모성, 그리고 제동성능 등을 들 수 있다. 그러나 이들 성능은 서로 이율배반적인 것으로서, 타성능의 희생없이 원하는 특정의 성능을 향상시키는 것이 매우 어려우며, 더군다나 이들 성능을 동시에 향상시키는 것은 더욱 어려운 문제이다. The performance required for PCR tires varies widely. For example, low rotational resistance, which is closely related to wet traction and low fuel efficiency, and noise, abrasion resistance, and braking performance. However, these performances are mutually exclusive, and it is very difficult to improve the specific performance desired without sacrificing other performance, and even more difficult to improve these performances simultaneously.
일반적으로 실리카를 혼합한 실리카 화합물은 젖음 마찰성(wet traction, 젖은 노면에서의 핸들링) 및 연비성능(고온에서의 이력 손실(hysteresis loss)의 감소)에 있어서 카본 블랙이 혼합된 고무에 비하여 우수하다. 그러나, 잘 알려진 바와 같이 실리카 화합물의 맹점은 카본블랙이 혼입된 화합물에 비하여 마모성능이 저하된다는 것이다. In general, silica mixed silica compounds are superior to rubbers mixed with carbon black in wet traction (wetting on wet road surfaces) and fuel efficiency (reduction of hysteresis loss at high temperatures). However, as is well known, the blind spot of the silica compound is that the wear performance is lowered compared to the compound containing carbon black.
따라서, 실리카 화합물의 젖음 마찰성과 연비성능과 같은 우수한 성능에도 불구하고 마모성능이 저하되는 문제를 보완하고자, 커플링제를 사용하여 고분자와 실리카의 상호작용을 향상시키는 배합시스템을 사용하여 왔다. 또한, 실리카와 더불어 사용하는 카본블랙의 구조를 변경하여 마모 성능 및 연비성능을 향상시키고자 많은 등급의 카본블랙이 사용되어 왔다. Therefore, in order to compensate for the problem of deterioration of abrasion performance in spite of excellent performances such as wetting friction and fuel efficiency of silica compounds, a coupling system has been used to improve the interaction between the polymer and silica. In addition, many grades of carbon black have been used to improve the wear performance and fuel efficiency by changing the structure of the carbon black used together with silica.
예를 들면, 미국특허 제 5,587,417호에서는 천연고무 또는 천연고무에 부타디엔 고무를 혼용한 고분자에 카본블랙의 등급을 개질하여 마모 및 연비 성능을 향상시키는 방법을 기술하고 있다. 또한, 미국특허 제 5,294,663호, 제 5,162,409호, 제 5,219,944호 및 6,429,245호에서는 카본블랙과 실리카를 주요 보강제 시스템으로 채용하면서 고분자 시스템을 변경함으로써 마모, 연비 및 제동 성능을 향상시키고자 하는 시도가 있었다. 그러나, 이러한 시도들 즉, 보강제(카본블랙, 실리카) 및 커플링제들은 특정 고분자 시스템에서만 사용되어졌고, 또한 고분자 시스템이 변경되어 평가된 경우에는 일정한 보강제 시스템을 사용하여 그 사용상에 제한이 있었다. 한편, 타이어, 특히 여객용 및 경트럭용 타이어에 사용되는 고무조성물은 그 사용상의 특성상 연비 및 마모성능 향상을 위하여 천연고무 사용량을 많이 늘릴 수 없었다. 왜냐하면, 차량의 사용속도가 높고, 양로에서의 사용빈도가 높아 마모성능 뿐만 아니라 제동성능을 가장 먼저 고려해야 하기 때문이다. For example, U. S. Patent No. 5,587, 417 describes a method of improving the wear and fuel efficiency performance by modifying the grade of carbon black in a polymer in which butadiene rubber is mixed with natural rubber or natural rubber. In addition, U.S. Patent Nos. 5,294,663, 5,162,409, 5,219,944, and 6,429,245 have attempted to improve wear, fuel efficiency and braking performance by modifying the polymer system while employing carbon black and silica as major reinforcing systems. However, these attempts, namely reinforcing agents (carbon black, silica) and coupling agents, have been used only in certain polymer systems, and there have been limitations in their use by the use of certain reinforcing systems when the polymer system has been altered and evaluated. On the other hand, the rubber composition used for tires, especially for passenger and light truck tires, due to the nature of its use could not increase the amount of natural rubber in order to improve fuel efficiency and wear performance. This is because the use speed of the vehicle is high and the frequency of use in the road is high, so the braking performance as well as the braking performance should be considered first.
따라서, 제동성능이 양호한 합성고무의 사용량이 필수적으로 많아야 하는데, 이에 따라 여러 성능 중 특히 연비 성능의 저하가 우려된다. Therefore, the amount of synthetic rubber having good braking performance must be largely increased, and therefore, there is a concern that a reduction in fuel efficiency performance is achieved among various performances.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 개선하여 마모 성능과 제동성능을 유지하면서 연비성능이 저하되지 않는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a rubber composition for tire treads that improves the above problems and maintains wear performance and braking performance without deteriorating fuel efficiency.
본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 하이 시스-1,4 부타디엔 고무 40~50중량%, 높은 비닐 함량을 갖는 부타디엔 고무 40~50중량%, 부틸고무 10~20중량%를 포함하여 이루어진 원료 고무 100중량부에 대하여 보강제로서 카본블랙 30~40중량부와 실리카 10~20중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Rubber composition for tire tread of the present invention is a raw rubber 100 comprising 40 to 50% by weight of high cis-1,4 butadiene rubber, 40 to 50% by weight of butadiene rubber having a high vinyl content, 10 to 20% by weight of butyl rubber It is characterized by comprising 30 to 40 parts by weight of carbon black and 10 to 20 parts by weight of silica as a reinforcing agent with respect to parts by weight.
본 발명에서 사용되는 하이 시스-1,4 부타디엔 고무는 시스 함량이 70~90중량%이고, 비닐 함량이 2~10중량%인 폴리부타디엔 고무로서, 마모성능과 반발탄성이 높다. 상기 하이 시스-1,4 부타디엔 고무의 함량은 원료 고무 전체 중량에 대하여 40~50중량%인 것이 바람직한데, 40중량% 미만인 경우에는 반발탄성이 저하하고, 50중량%를 초과하는 경우에는 가공성이 크게 저하되는 문제가 있다. High cis-1,4 butadiene rubber used in the present invention is a polybutadiene rubber having a sheath content of 70 to 90% by weight and a vinyl content of 2 to 10% by weight, and has high wear performance and resilience. The content of the high cis-1,4 butadiene rubber is preferably 40 to 50% by weight based on the total weight of the raw rubber, but when the content is less than 40% by weight, the rebound elasticity is lowered. There is a problem that is greatly reduced.
본 발명에서 사용되는 높은 비닐 함량을 갖는 부타디엔 고무는 비닐 함량이 80% 이상이고, 유리전이온도가 -15~-20℃인 고무로서, 그 함량은 원료 고무 전체 중량에 대하여 40~50중량%인 것이 바람직하다. 상기 높은 비닐 함량을 갖는 부타디엔 고무의 비닐 함량이 80% 미만인 경우에는 고무의 유리전이온도가 낮아지는 문제가 있고, 유리전이온도가 -20℃ 미만인 경우에는 제동 성능에 불리하고, 또한 -15℃를 초과하는 경우에는 마모성능의 저하를 가져온다. 상기 높은 비닐 함량을 갖는 부타디엔 고무의 함량이 40중량% 미만인 경우에는 비닐 함량이 낮아짐에 따라 연비 향상의 효과가 적고, 50중량%를 초과하는 경우에는 마모성능이 저하하는 현상이 발생한다. Butadiene rubber having a high vinyl content used in the present invention is a rubber having a vinyl content of 80% or more and a glass transition temperature of -15 ~ -20 ℃, the content is 40 to 50% by weight relative to the total weight of the raw rubber It is preferable. If the vinyl content of the butadiene rubber having a high vinyl content is less than 80%, there is a problem that the glass transition temperature of the rubber is lowered, and when the glass transition temperature is less than -20 ° C, the braking performance is disadvantageous, and -15 ° C If exceeded, wear performance is reduced. When the content of the butadiene rubber having a high vinyl content is less than 40% by weight, the effect of improving fuel efficiency is low as the vinyl content is lowered, and when the content is more than 50% by weight, wear performance decreases.
본 발명에서 사용되는 부틸고무는 원료 고무 전체 중량에 대하여 10~20중량% 사용하는 것이 바람직한데, 상기 함량이 10중량% 미만인 경우 가공성 측면에서 불리하며, 20중량%를 초과할 경우에는 고온 가류에서의 고분자 분해로 인한 물성의 저하 및 제동성능에 역효과를 나타낸다. The butyl rubber used in the present invention is preferably used in an amount of 10 to 20% by weight based on the total weight of the raw material rubber. When the content is less than 10% by weight, it is disadvantageous in terms of processability, and when it is more than 20% by weight, the butyl rubber is used in high temperature vulcanization. It has an adverse effect on the deterioration of physical properties and braking performance due to the decomposition of polymer.
본 발명에서 사용되는 보강성 충전제로서는 카본블랙과 실리카가 바람직하다. As the reinforcing filler used in the present invention, carbon black and silica are preferable.
본 발명에서 사용되는 카본블랙은 원료 고무 100중량부에 대하여 30~40중량부 사용하는 것이 바람직한데, 상기 함량이 30중량부 미만인 경우에는 고무의 인장강도가 하락하여 제 기능을 발휘할 수 없으며, 40중량부를 초과하는 경우에는 고무의 과도한 물성증가로 공정성과 연비성능에서 매우 불리하게 된다.The carbon black used in the present invention is preferably used 30 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber, when the content is less than 30 parts by weight, the tensile strength of the rubber can be reduced to exhibit the proper function, 40 When it exceeds the weight part, excessive physical property increase of rubber becomes very disadvantageous in fairness and fuel efficiency.
상기 카본블랙은 요오드 흡착량이 130~140mg/g, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량이 135~145㎤/100g이고, 응집 크기 분포(aggregate size distribution, △D50)가 58~65인 것으로서, 일반 ISAF급 카본블랙과 비교하여 발열성능은 낮추면서 보강성은 증가된 것이 바람직하다. The carbon black has an iodine adsorption amount of 130 to 140 mg / g, a dibutyl phthalate (DBP) oil absorption amount of 135 to 145 cm 3/100 g, and an aggregate size distribution (ΔD50) of 58 to 65, and is a general ISAF grade. Compared with carbon black, it is desirable to increase the reinforcement while lowering the heat generation performance.
상기 카본블랙의 요오드 흡착량이 130mg/g 미만인 경우에는 보강성 효과가 저하하고, 140mg/g을 초과하는 경우에는 발열상승으로 연비성능에 악영향을 미친다. If the iodine adsorption amount of the carbon black is less than 130mg / g, the reinforcing effect is lowered, and if it exceeds 140mg / g, the exothermic increase adversely affects fuel efficiency performance.
또한, DBP 흡유량이 135㎤/100g 미만인 경우에는 보강효과가 저하되며, 145 ㎤/100g를 초과하는 경우에는 발열이 심하게 발생한다.In addition, when the DBP oil absorption amount is less than 135 cm 3/100 g, the reinforcing effect is lowered.
그리고, 응집 크기 분포가 58 미만인 경우에는 발열억제에 불리하고, 65를 초과하는 경우에는 발열이 너무 낮아지거나 보강효과가 저하된다. And, if the coagulation size distribution is less than 58, it is disadvantageous to heat generation suppression, and if it exceeds 65, the heat generation becomes too low or the reinforcing effect is lowered.
또한, 본 발명에서 사용되는 실리카는 수화된 실리카로서, 원료 고무 100중량부에 대하여 10~20중량부 사용하는 것이 바람직하다. 그 사용량이 10중량부 미만인 경우에는 연비향상에 실질적인 효과를 발휘하지 못하며, 20중량부를 초과하는 경우에는 마모성능에 악영향을 미치게 된다.The silica used in the present invention is hydrated silica, and it is preferable to use 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber. If the amount is less than 10 parts by weight, it does not exert a substantial effect on fuel efficiency. If the amount is more than 20 parts by weight, the wear performance is adversely affected.
상기 실리카의 요오드 흡착량은 160~180mg/g, DBP 흡유량은 230~240㎤/100g인 것이 바람직하다. 상기 요오드 흡착량이 160mg/g 미만인 경우에는 고무의 인장물성이 급격하게 하락하여, 제동성능과 마모성능이 동시에 하락하는 문제가 생기고, 180mg/g을 초과하는 경우에는 고무의 인장물성이 너무 높아서 공정성에서 매우 불리하다. 그리고, 상기 DBP 흡유량이 230㎤/100g 미만인 경우에는 고무의 인장물성이 급격하게 하락하여 마모성능이 하락하며, 240㎤/100g을 초과하는 경우에는 고무의 인장물성이 너무 높아서 공정성에서 매우 불리하다.It is preferable that iodine adsorption amount of the said silica is 160-180 mg / g, and DBP oil absorption amount is 230-240 cm <3> / 100g. When the adsorption amount of iodine is less than 160 mg / g, the tensile property of the rubber is sharply reduced, the braking performance and wear performance is reduced at the same time, if it exceeds 180 mg / g, the tensile property of the rubber is too high in the processability Very disadvantageous. In addition, when the DBP oil absorption is less than 230 cm 3/100 g, the tensile property of the rubber drops sharply, and wear performance decreases. When the DBP oil absorption exceeds 240 cm 3/100 g, the tensile property of the rubber is too high, which is very disadvantageous in processability.
또한, 본 발명의 타이어 트레드용 고무 조성물에는 실리카 커플링제 및 캐스터 오일을 더 포함할 수 있다. 실리카 커플링제의 사용량은 실리카의 사용량에 따라 달라질 수 있는데, 원료 고무 100중량부에 대하여 4중량부 이하, 바람직하게는 2~4중량부 사용한다. In addition, the rubber composition for tire treads of the present invention may further include a silica coupling agent and caster oil. The amount of the silica coupling agent may vary depending on the amount of the silica, and 4 parts by weight or less, preferably 2 to 4 parts by weight, based on 100 parts by weight of the raw rubber.
본 발명에서 사용되는 캐스터 오일은 프로세스 오일로서 공액화된 디엔산이 30~40% 함유된 유기 불포화 지방산을 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 원료 고무 100중량부에 대하여 10~12중량부가 바람직하다. 공액화된 디엔산의 함량이 30% 미만인 경우에는 고분자와의 반응성이 저하하고, 40%를 초과하는 경우에는 점도가 증가하는 경향이 크다. 캐스터 오일의 함량이 10중량부 미만인 경우에는 점도가 증가하여 혼합 가공성이 불리해지며, 또한 12중량부를 초과하는 경우에는 마모성능과 연비성능이 저하되는 문제가 있다.The caster oil used in the present invention preferably uses organic unsaturated fatty acids containing 30 to 40% of conjugated dienic acid as the process oil, and the content thereof is preferably 10 to 12 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw rubber. If the content of conjugated dienic acid is less than 30%, the reactivity with the polymer is lowered, and if it exceeds 40%, the viscosity tends to increase. If the content of castor oil is less than 10 parts by weight, the viscosity increases, the blending processability is disadvantageous, and if it exceeds 12 parts by weight, there is a problem that the wear performance and fuel efficiency performance is lowered.
그 밖에, 본 발명의 고무 조성물은 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 사용되는 기타첨가제 및 배합제를 포함할 수 있음은 물론이다. In addition, of course, the rubber composition of the present invention may include other additives and compounding agents used in conventional rubber tread rubber compositions.
본 발명은 하기 실시예와 비교예에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있고, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.The present invention can be understood in more detail by the following examples and comparative examples, the following examples are only for illustrating the present invention, and are not intended to limit the protection scope of the present invention.
[실시예]EXAMPLE
다음 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분을 배합하여 고무 조성물을 제조하였으며, 제조한 고무 시편을 이용하여 경도, 모듈러스, 동적 손실계수 및 내마모성과 같은 일반적인 물성을 다음과 같이 측정하여 표 2에 나타내었다. As shown in Table 1, each component was formulated to prepare a rubber composition. Using the prepared rubber specimens, general physical properties such as hardness, modulus, dynamic loss coefficient, and wear resistance were measured and shown in Table 2 below.
(경도)(Hardness)
고무의 딱딱함을 일컫는 말로서, 측정은 쇼어 A타입(SHORE A TYPE) 경도계를 이용하여 측정한 것이다.The term refers to the hardness of rubber, which is measured using a Shore A Type hardness tester.
(동적손실계수)(Dynamic loss factor)
고무의 점탄성을 측정하는 것으로서, RDS(RHEOMETRICS DYNAMIC SPECTROMETER)를 이용하여 저온에서 고온까지(-80~80℃)의 범위에서 측정한 것으 로, 그 값이 낮을수록 연비성능과 발열 내구성능이 우수한 것이며, 0℃ 동적손실계수는 그 값이 높을수록 젖은 노면에서의 제동성능이 우수한 것이다.As a measure of the viscoelasticity of rubber, it was measured in the range of low temperature to high temperature (-80 ~ 80 ℃) using RDS (RHEOMETRICS DYNAMIC SPECTROMETER), the lower the value is excellent fuel efficiency and heat generation durability performance, The higher the 0 ° C dynamic loss coefficient, the better the braking performance on wet road surfaces.
(내마모성능)(Wear resistance)
실험실 마모시험기인 LAMBOURN을 이용하여 고무 시편과 연마석과의 마찰에 의해 발생하는 고무의 손실(LOSS)을 측정하는 것으로서, 손실된 양이 적을수록 내마모 성능이 우수한 것이다. LAMBOURN, a laboratory wear tester, is used to measure the loss of rubber (LOSS) caused by friction between rubber specimens and abrasive stone. The smaller the amount lost, the better the wear resistance.
본 발명의 조성으로 제조된 고무를 타이어에 적용한 결과 마모 손실이 낮아 마모성능이 유리하며, 고온에서의 이력 손실(70℃, tanδ)이 낮고, R/R이 낮아 연비 성능이 유리하며, 또한 제동성능(0℃, tanδ)에서도 양호한 성능을 유지하며, 또한 타이어의 내구성도 우수한 것을 알 수 있다. As a result of applying the rubber produced in the composition of the present invention to the tire, the wear loss is advantageous because the wear loss is low, the hysteresis loss at high temperature (70 ° C., tanδ) is low, the R / R is low, and the fuel efficiency is favorable, and the braking is also excellent. It can be seen that the performance is maintained even at the performance (0 ° C., tan δ), and the tire is also excellent in durability.
이상에서와 같이, 본 발명에 따라 하이 시스-1,4 부타디엔 고무, 높은 비닐 함량을 갖는 부타디엔 고무, 부틸고무를 포함하는 원료 고무에 대하여 보강제로서 카본블랙과 실리카를 첨가함으로써, 여러가지 물성이 우수할 뿐만 아니라 마모 손실이 낮아 마모성능이 유리하며, 고온에서의 이력 손실이 낮아져 연비 성능이 유리하며, 또한 제동성능에서도 양호한 성능을 유지하며, 또한 타이어의 내구성도 우수한 것을 알 수 있다.As described above, according to the present invention, by adding carbon black and silica as a reinforcing agent to a raw material rubber containing high cis-1,4 butadiene rubber, butadiene rubber having a high vinyl content, and butyl rubber, various physical properties may be excellent. In addition, wear performance is advantageous because the wear loss is low, the hysteresis loss at high temperature is low, the fuel economy performance is advantageous, and also good performance in the braking performance, it can be seen that also excellent tire durability.
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KR1020050053908A KR100703850B1 (en) | 2005-06-22 | 2005-06-22 | Rubber composition for tire tread |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR970070079A (en) * | 1996-04-25 | 1997-11-07 | 남일 | Rubber composition for tire tread |
US5696197A (en) | 1996-06-21 | 1997-12-09 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Heterogeneous silica carbon black-filled rubber compound |
JPH11106567A (en) | 1997-09-30 | 1999-04-20 | Ohtsu Tire & Rubber Co Ltd :The | Tread rubber composition |
KR19990031480A (en) * | 1997-10-13 | 1999-05-06 | 홍건희 | Rubber composition for tire tread |
-
2005
- 2005-06-22 KR KR1020050053908A patent/KR100703850B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR970070079A (en) * | 1996-04-25 | 1997-11-07 | 남일 | Rubber composition for tire tread |
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Also Published As
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