KR100738669B1

KR100738669B1 - 내피로특성이 향상된 타이어용 고무조성물

Info

Publication number: KR100738669B1
Application number: KR1020060027639A
Authority: KR
Inventors: 박중양
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-07-11

Abstract

본 발명은 내피로특성이 향상된 타이어용 고무조성물에 관한 것으로 보다 상세하게는 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 보강충진제의 분산제로 지방산알콜에스터(Fatty acid Alcohol Esters)와 금속염(Metal Soap)의 혼합물을 사용하여 내피로특성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명은 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 보강충진제의 분산제로 지방산알콜에스터와 금속염의 혼합물을 사용하여 내피로특성을 향상시킬 수 있는 타이어용 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 타이어용 고무조성물은 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 지방산알콜에스터(Fatty acid Alcohol Esters)와 금속염(Metal Soap)의 혼합물로 이루어진 분산제 1.5∼2.5phr 포함한다.

분산제, 지방산알콜에스터, 금속염, 내피로특성

Description

내피로특성이 향상된 타이어용 고무조성물{Tire tread rubber composition improved anti-fatigue property}

초기의 타이어 용도는 단순한 차량지지 및 차량의 이동수단 기능으로만 사용되어 왔다. 그러나 기술이 발전하고, 고기능성 차량에 대한 소비자의 요구가 다양해지면서 타이어의 성능 또한 급격히 향상되었으며, 계속적으로 새롭고 우수한 타이어에 대한 연구가 이루어지고 있다.

타이어는 그 종류에 따라 다양한 특성을 가지는데 일예로 트럭, 버스용 타이어에서의 중요한 요구특성 중의 하나가 장기간 사용할 수 있는 특성이다. 특히 트럭, 버스용 타이어는 자동차 타이어에 비해 비교적 고가의 제품이면서 타이어 성능에 따른 사용기간의 편차가 많아 일정한 성능을 유지하면서 장기간 사용 가능한 제 품 개발이 필수적이다.

장기간 타이어를 사용하기 위해서는 타이어의 크랙(crack)이 발생 되지 않도록 내피로특성이 우수하여 갑작스런 타이어의 파괴가 발생하지 않아야 한다. 차량 주행 중 운전부주의에 발생하는 차량의 추돌 또는 충돌 이외에 타이어의 이상에 따라 일어나는 사고의 대부분은 타이어에 발생 되어 있던 크랙에 의해 차량의 운전중에 타이어에 이상이 생겨 발생하는 경우가 대부분이다.

따라서 타이어의 장기간 사용 이외에도 사고의 위험 방지를 위해서는 타이어의 내피로특성이 우수해야 한다.

타이어는 차량의 지지, 이동이라는 목적을 위해 다양한 성능을 유지해야 하며 타이어에 필요한 성능을 유지하기 위해 타이어의 골격이랄 수 있는 카카스부의 보강이 필수적이다. 타이어는 차량으로부터 과도한 하중과 부담을 공기압과 맞대어 지지하고 있으므로 카카스층의 안정화가 장기 내구력 확보를 위해 필요하다. 이러한 카카스부에는 공기압과 직접적으로 접촉하는 인너라이너부와 구별하기 위해 백업층을 사용하고 있으며, 백업층은 인너라이너층으로부터 투과되어 나오는 수분 등을 억제하고 보강성코드와 고무간의 접착을 추가적으로 보완해주는 기능을 한다.

통상적으로 장기주행 타이어의 경우 우선적으로 백업층이 파괴된 후 점진적으로 카카스층이 파괴되는 진행양상을 띠고 있으므로 백업층 고무조성물에는 우수한 내피로특성을 지녀야 한다.

본 발명의 내피로특성이 향상된 고무조성물은 타이어의 백업층에 사용하여 결과적으로 내피로특성이 우수한 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어용 고무조성물은 종래 타이어용 고무조성물에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 지방산알콜에스터(Fatty acid Alcohol Esters)와 금속염(Metal Soap)의 혼합물로 이루어진 분산제 1.5∼2.5phr 포함한다.

본 발명에서 원료고무는 종래 타이어용 고무조성물에서 원료고무로 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 원료고무의 일예로 천연고무, 합성고무 중에서 선택된 어느 1종 이상의 고무를 원료고무로 사용할 수 있다.

상기의 원료고무 중에서 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 1종 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 타이어용 고무조성물은 내피로특성을 향상시키기 위해 보강충진제의 분산제를 적용하여 보강충진제의 분산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서 보강충진제의 분산성 향상을 위해 적용하는 분산제는 지방산알콜에스터(Fatty acid Alcohol Esters)와 금속염(Metal Soap)의 혼합물을 사용하거나 또는 시중에 상품으로 판매되고 있는 것을 사용할 수 있다.

상기에서 분산제의 성분으로 지방산알콜에스터는 스테아르산에틸, 스테아르산부틸, 팔미트산부틸, 미리스트산부틸, 올레산부틸, 올레산헥실, 올레산옥틸 중에서 선택된 어느 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기에서 분산제의 성분으로 금속염은 아연, 칼륨 중에서 선택된 어느 1종 이상의 금속이 함유된 금속염을 사용할 수 있다.

상기에서 분산제는 지방산알콜에스터와 금속염이 1:9∼9:1의 중량비로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

상기에서 시중에 상품으로 판매되고 있는 분산제의 일예로서 DF-908A(동은화학 제품, 대한민국)을 사용할 수 있다.

상기에서 분산제 DF-908A는 비중(25℃)은 1.0±0.05, 융점(℃)은 60.0±5, 회분함량(%)은 최대 3.0 바람직하게는 0.1∼3.0%인 특성을 지닌다.

본 발명에서 원교고무 100phr에 대하여 분산제의 함량이 1.5phr 미만 사용하면 보강충진제의 분산성이 낮아 고무의 내피로특성이 감소하는 문제가 있고, 2.5phr 초과하여 사용하면 보강충진제의 분산성 향상에 대해 뚜렷한 효과의 상승이 없고, 고무조성물의 물성이 감소할 우려가 있다. 따라서 본 발명에서 분산제는 원료고무 100phr에 대하여 1.5∼2.5phr 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 타이어용 고무조성물의 내피로특성을 향상시키기 위해 보강충진 제는 카본블랙, 실리카, 나노클레이, 탄산마그네슘 중에서 선택된 어느 1종 이상을 원료고무 100phr에 대하여 50∼80phr 사용할 수 있다.

상기의 보강충진제 중에서 카본블랙, 실리카는 종래 타이어용 고무조성물의 보강충진제로 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 카본블랙, 실리카는 당해 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 당업자가 적절한 특성의 가진 것을 사용할 수 있으므로 카본블랙, 실리카의 특성에 대한 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편 본 발명의 타이어용 고무조성물은 가류시 모노-설파이드, 다이-설파이드를 생성하여 고무배합물의 내피로특성을 향상시키기 위해 원료고무 100phr에 대하여 가류제(80%-CRYSTEX) 4.7∼5.2phr, 가류촉진제 0.7∼0.9phr를 사용할 수 있다.

본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 분산제, 보강충진제, 분산제, 가류제, 가류촉진제 이외에 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류지연제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 타이어용 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.

한편 본 발명은 상기의 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무는 타이어의 백업층에 적용할 수 있다.

본 발명은 상기의 타이어용 고무조성물로 이루어진 고무를 타이어의 백업층으로 함유하는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.

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 원료고무로서 천연고무(SMR20) 100phr에 대하여 아연화 7phr, 카본블랙(N330) 55phr, 스테아린산 0.8phr, 노화방지제(Kumanox-RD) 2phr, 노화방지제(Kumanox-13) 2phr, 노화방지제(Kumanox-3C) 0.25phr, 코발트 보로아실레이트(MANOBOND) 0.4phr, 레조시놀 수지(B18S) 2phr, 멜라민 수지(Cyrez 964) 3.7phr, MOR(N-oxydiethylene-2-benzothiazole-sulfenamide-2-(Morpholinothio) benzothiazol) 0.8phr를 밴버리 믹서에 넣고 140℃에서 3.0분 동안 배합하여 마스터벳치(master batch)를 얻었으며, 그런 다음 가류제(SULFANSAN) 1.0phr, 가류제(80%-CRYSTEX) 5phr, 가류지연제(PVI) 0.2phr를 상기 마스터벳치에 첨가하여 최종 배합물을 얻었으며, 이를 다시 145℃에서 45분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였 다.

<실시예1>

하기의 표 1과 같이 원료고무로서 천연고무(SMR20) 100phr에 대하여 아연화 5phr, DF-908A(동은화학 제품) 2.0phr, 카본블랙(N351) 48phr, 실리카 12phr, 스테아린산 1.0phr, 노화방지제(Kumanox-RD) 3.5phr, 노화방지제(Kumanox-13) 1.0phr, 노화방지제(Kumanox-3C) 0.25phr, 코발트 보로아실레이트(MANOBOND) 0.4phr, 레조시놀 수지(B18S) 1.5phr, 멜라민 수지(Cyrez 964) 3.2phr를 밴버리 믹서에 넣고 140℃에서 3.0분 동안 배합하여 마스터벳치를 얻었다. 그런 다음 가류제(80%-CRYSTEX) 4.7phr, 가류촉진제(N-t-butylbenzothiazole sulfenamide, NS) 0.7phr, 가류지연제(PVI) 0.2phr를 상기 마스터벳치에 첨가하고 145℃에서 45분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.

<실시예2>

하기의 표 1과 같이 원료고무로서 천연고무(SMR20) 100phr에 대하여 아연화 7phr, DF-908A(동은화학 제품) 2.0phr, 카본블랙(N330) 65phr, 스테아린산 1.5phr, 노화방지제(Kumanox-RD) 2phr, 노화방지제(Kumanox-13) 1.0phr, 코발트 보로아실레이트(MANOBOND) 0.4phr, 레조시놀 수지(B18S) 1.0phr, 멜라민 수지(Cyrez 964) 1.8phr를 밴버리 믹서에 넣고 140℃에서 3.0분 동안 배합하여 마스터벳치를 얻었다. 그런 다음 가류제(80%-CRYSTEX) 5.2phr, 가류촉진제(N-dicyclohexyl-2-benzothiazolsulfen amide, DZ) 0.9phr, 가류지연제(PVI) 0.1phr를 상기 마스터벳치에 첨가하고 145℃에서 45분 동안 가류하여 고무시편을 제조하였다.

표 1. 비교예 및 실시예 고무시편의 조성

항목	비교예	실시예1	실시예2
원료고무	100	100	100
아연화	7	5	7
DF-908A	-	2	2
카본블랙(N330)	55	-	65
카본블랙(N351)	-	48	-
실리카	-	12	-
스테아린산	0.8	1.0	1.5
노화방지제(RD)	2	3.5	2
노화방지제(13)	2	1.0	1.0
노화방지제(3C)	0.25	0.25	-
MANOBOND	0.4	0.4	0.4
레조시놀수지	2	1.5	1.0
멜라민수지	3.7	3.2	1.8
MOR	0.8	-	-
가류제(SULFANSAN)	1.0	-	-
가류제(80%-CRYSTEX)	5.0	4.7	5.2
가류촉진제(NS)	-	0.7	-
가류촉진제(DZ)	-	-	0.9
가류지연제(PVI)	0.2	0.2	0.2

<시험예>

상기 비교예 및 실시예의 고무시편에 대하여 ASTM 관련 규정에 의하여 공정성(무니점도(100℃), 스코치타임, 가류시간), 인장물성(경도, 100%모듈러스, 300%모듈러스, 인장강도, 신율), 내피로특성과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.

표 2. 비교예 및 실시예 고무시편의 물성

항목		비교예	실시예1	실시예2
공정성	무니점도(100℃)	70	88	78
	스코치타임(T5)	20	23	28
	가류시간(min)	24	23	24
인장물성	경도(Shore A)	68	69	73
	100%모듈러스(kg/cm²)	50	51	54
	300%모듈러스(kg/cm²)	185	210	220
	인장강도(kg/cm²)	196	220	221
	신율(%)	380	450	395
내피로특성	가로파괴량(mm)	7.30	6.41	3.38
내피로특성	세로파괴량(mm)	24.0	7.21	5.21

*내피로특성은 DIMATIA 시험기를 이용하여 고무시편을 30000회 반복굴절 후 크랙의 성장량을 나타낸 것으로 수치가 낮을수록 내피로특성이 우수함을 의미한다.

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.

상기 표 2의 가공성 및 인장물성에 있어서 본 발명의 실시예 고무시편은 종래 고무시편을 나타낸 비교예에 비해 가공성 및 인장물성에서 동등 수준 이상의 물성을 지니고 있음을 알 수 있다.

한편 내피로특성에 대한 물성은 본 발명의 실시예 고무시편이 종래 고무조성물을 나타내는 비교예의 고무시편에 비해 보다 우수함을 알 수 있었다.

Claims

보강충진제를 함유하는 타이어용 고무조성물에 있어서,

원료고무 100phr에 대하여 지방산알콜에스터(Fatty acid Alcohol Esters)와 금속염(Metal Soap)의 혼합물로 이루어지고, 비중(25℃) 1.0±0.05, 융점(℃) 60.0±5, 회분함량(％) 0.1∼3.0％인 분산제 1.5∼2.5phr 포함함을 특징으로 하는 내피로특성이 향상된 타이어용 고무조성물.
제1항에 있어서, 분산제는 스테아르산에틸, 스테아르산부틸, 팔미트산부틸, 미리스트산부틸, 올레산부틸, 올레산헥실, 올레산옥틸 중에서 선택된 어느 1종 이상의 지방산알콜에스터와 아연, 칼륨 중에서 선택된 어느 1종 이상의 금속이 함유된 금속염의 혼합물 임을 특징으로 하는 내피로특성이 향상된 타이어용 고무조성물.
삭제
제1항에 있어서, 원료고무 100phr에 대하여 가류제로 80%-CRTSTEX 4.7∼5.2phr, 가류촉진제 0.7∼0.9phr 포함함을 특징으로 하는 내피로특성이 향상된 타이어용 고무조성물.