KR100763130B1 - 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통상의 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 폴리 아라미드계 섬유를 적절히 배합하여 모듈러스의 향상 및 우수한 내피로성, 발열성을 가지는 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 기존 배합제를 동일하게 유지하면서 폴리 아라미드계 섬유의 일정 중량부 첨가를 통해 무니점도를 동일하게 유지함으로써 가공성 확보가 가능하고 모듈러스 및 내피로성 상승을 통해 벨트부의 움직임에 의한 균열 및 균열 성장을 개선할 수 있으며 발열에 유리하여 벨트부의 노화 속도를 지연시키는 효과를 갖는다.

Description

　타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE STEEL CODE COATING}
본 발명은 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 폴리 아라미드계 섬유를 적절히 배합하여 모듈러스의 향상 및 우수한 내피로성, 발열성을 가지는 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 공기입 래디얼 타이어(radial tire)는 차량 주행중 벨트부가 강한 응력을 받음과 동시에 심한 변형을 일으키게 된다. 통상 벨트부는 일정각도를 가지는 2장 내지 4장의 황동이 피복된 스틸코드(brass coated steel cord)와, 이 스틸코드를 상하에서 샌드위치식으로 코팅하고 있는 고무 즉, 스틸코드 코팅용 고무로 이루어진다.
차량 주행중 벨트부는 차량의 높은 하중과 심한 변형을 지속적으로 받게 되고, 이러한 벨트의 변형과 응력의 변화가 장기간 계속되면 피로가 누적되어 스틸코드와 스틸코드 코팅용 고무 사이에 균열이 발생하게 되며, 발생된 균열은 점점 성 장하여 결국에는 파괴에 이르게 되므로 타이어의 안정성에 큰 문제를 유발시키게 된다.
또한, 고무가 변형을 받을 경우 고무의 특성에 의해 열이 발생하고 되고, 발생한 열은 고무의 비전도성에 의해 외부로 쉽게 배출이 되지 않아 내부에 노화를 가속화하는 문제를 유발시키게 된다.
이러한 고무의 균열과 균열의 성장은 타이어 벨트부의 변형량과 고무의 내피로성능에 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 즉, 스틸코드 코팅용 고무의 모듈러스를 높여주게 되면 스틸코드의 움직임을 최소화시켜 타이어 주행 중 벨트부의 변형량이 상대적으로 감소하게 되므로 내피로성 및 발열성 향상을 통해 균열의 발생과 성장을 크게 줄일 수 있다.
스틸코드 코팅용 고무의 모듈러스를 높이기 위한 시도로써 가황제인 유황을 다량 첨가하는 방법이 있으나, 유황의 과도한 사용은 고무의 내열성 및 내피로성을 저하시키고 고무의 파단(破斷) 에너지를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 가공 중에는 유황의 석출에 의해 고무의 점착성을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
다른 방법으로써 카본블랙 투입량을 늘리는 방법이 있으나, 카본블랙의 과도한 사용은 차량 주행중 고무의 발열을 증가시켜 타이어의 내구성을 저하시킬 뿐만 아니라 가공중에도 높은 열을 발생시켜 고무의 점착성을 저하시키고 또한 물성을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
또한, 구조가 발달한 카본블랙을 사용하는 방법, 보강성 수지로 페놀계 수지 또는 에폭시계 수지를 사용하는 방법이 있으나 고무 물성 및 점착성 저하, 가공성 이 떨어지는 등 적용이 어려운 문제점이 있다.
　상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 통상의 원료를 포함하는 타이어 스틸코드용 고무 조성물에 폴리 아라미드계 섬유를 특정 함량으로 첨가함으로써 모듈러스 향상 및 내피로성, 발열이 우수한 타이어 스틸코드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 양상은 원료고무로서 천연고무 또는 천연고무와 이소프렌 고무 블렌드(blend) 및 통상의 배합제를 포함하는 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 폴리 아라미드계 섬유를 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 4 중량부 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 관계한다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 사용될 수 있는 고무 원료는 통상적으로 사용되는 천연고무를 사용할 수 있으며, 천연고무에 이소프렌 고무를 블렌드(blend)한 것을 사용할 수 도 있다.
본 발명의 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 사용될 수 있는 폴리 아라미드계 섬유는 파라계 아라미드 섬유라면 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 파라페닐 렌 테레프탈아미드와 3,4-옥시디페닐렌 테레프탈아미드의 공중합체(co-poly-(paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide))로서 영율이 20~21Gpa 범위이고, 인장강도가 3,000~3,250 Mpa범위이며, 그 표면이 RFL용액(Resorcinal Formaldehyde Liquide)으로 처리된 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 폴리 아라미드계 섬유의 첨가량은 원료고무 100중량부에 대하여 1내지 4중량부인 것이 바람직한 바, 그 함량이 1중량부 미만이면 모듈러스 상승 효과가 미미하고 4중량부를 초과하면 폴리 아라미드계 섬유의 분산이 떨어지고 모듈러스의 상승은 있으나 내피로성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명의 고무 조성물은 통상의 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에서와 같이 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 가류제 및 가류촉진제 등을 포함 하는 통상의 고무 배합제를 추가로 포함할 수 있으며, 이들의 함량 및 구체적인 조성비가 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 비교예 및 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 본 발명의 범위가 이에 의하여 한정되는 것은 아니다.
비교예 1내지 2 및 실시예 1내지 3
하기의 표 1과 같은 배합비의 스틸코드 코팅용 고무 조성물을 반바리믹서를 이용하여 배합하여 고무 시트를 제조하였다.
제조된 고무 시트를 150℃의 가류프레스에서 30분간 가류하여 시험시편을 준비한 뒤 모듈러스, 내피로성, 고무와 스틸코드 사이의 접착력, 발열을 측정하여 하 기의 표 2에 나타내었다.
모듈러스는 고무 시편을 아령 형태로 잘라 인스트론사에서 제작한 인장시험기에서 인장 강도를 측정하였으며, 내피로성은 120% 스트레인 조건에서 6개의 샘플을 fatigue to failure 테스터로 측정하여 6개 샘플의 50% 잔존율로 횟수를 구하였다. 또한, 고무와 스틸코드 사이의 접착력 평가는 ASTM D 2229-80 방식에 의거하여 실시하였다. 발열 특성은 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.
　 비 교 예 실 시 예
1 2 1 2 3
천연고무 100 100 100 100 100
카본블랙(1) 58 64 58 58 58
산화아연 10 10 10 10 10
스테아린산 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
노화방지제 2 2 2 2 2
코발트 나프테네이트 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
폴리 파라 아라미드계 섬유(2) - - 2 4 7
유황 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0
가류촉진제(3) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
가류지연제(4) 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
* 단위: 중량부 (1)카본블랙: 질소흡착표면적(N2SA)이 70~100㎡/g이고, DBP 흡유량이 70㎖/100g 범위의 카본 블랙 (2)폴리 파라 아라미드계 섬유: co-poly-(paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide) (Technora, Teijin사) (3)가류촉진제:머캅토 벤조 티아졸계 또는 설펜아미드계 (4)가류지연제:PVI
　 비 교 예 실 시 예　
1 2 1 2 3
무니점도(125℃) 64 71 62 62 63
100% 모듈러스(kgf/㎠) 62 67 66 71 76
인장강도(kgf/㎠) 231 220 225 219 215
내피로성(cycle) 42,720 39,860 48,950 46,710 35,230
발열(℃) 110 127 85 87 92
고무/스틸코드 접착력(kgf/in) 122 123 123 122 121
*무니점도:ML1+4의 형태를 의미하며, 125℃에서 1분간 예열하고 4분 후 토오크를 측정한 값이다. *100%모듈러스:100% 신장시의 인장강도(kgf/㎠) *인장강도:파단시의 인장강도(kgf/㎠) *내피로성:80%의 변형을 지속적으로 반복하면서 시편의 50%가 파괴될 때까지의 사이클 수 * 발열(℃):Gabometer 4000 시험기를 이용하여 챔버내에서 18%의 스트레인과 30Hz의 조건으로 30분 시험 후 시편내부의 최대 온도
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 2는 비교예 1 대비 카본 블랙의 양을 증가시킨 것으로 모듈러스는 증가하나 무니점도가 함께 증가하여 고무의 가공이 떨어지게 되고 내피로성 또한 감소하며 발열도 커지는 결과를 보여주어 카본블랙의 증량만으로는 전체적인 고무의 가공성 및 물성 향상을 얻을 수 없음을 알 수 있다. 또한, 비교예 2의 경우는 통상적인 고무산업용 반바리 믹서로 혼련하는 경우 발열이 심해 고무에 스코치가 발생할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 카본블랙의 중량부는 비교예 1과 동일하게 하면서 폴리 아라미드 계 섬유의 중량부를 변경하여 동일한 평가를 실시한 실시예 1,2의 경우, 무니점도는 비교예 1과 동등 수준으로 가공성 측면에서 불리하지 않았으나 모듈러스는 상승하였으며 모듈러스의 상승이 있음에도 내피로성이 개선되는 결과를 보여주었다. 또한, 발열 측면에서도 유리하였으며 고무와 스틸코드 접착력은 동등 수준을 보여주었다. 그러나, 실시예 3의 경우, 폴리 아라미드계 섬유를 7중량부 첨가한 결과 무니점도는 다른 비교예 및 실시예들과 동등수준이고 모듈러스는 크게 상승하였으며 발열도 유리하였으나 내피로성이 감소하는 결과를 보여주었다. 따라서, 폴리 아라미드계 섬유의 적정 함량 범위가 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 의하면 기존 배합제를 동일하게 유지하면서 폴리 아라미드계 섬유의 일정 중량부 첨가를 통해 무니점도를 동일하게 유지함으로써 가공성 확보가 가능하고 모듈러스 및 내피로성 상승을 통해 벨트부의 움직임에 의한 균열 및 균열 성장을 개선할 수 있으며 발열에 유리하여 벨트부의 노화 속도를 지연시키는 효과를 갖는다.

Claims (2)

  1. 원료고무로서 천연고무 또는 천연고무와 이소프렌 고무 블렌드(Blend) 및 통상의 배합제를 포함한 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물에 있어서, 영율이 20~21Gpa이고 인장강도가 3,000~3,250Mpa이며, 그 표면이 RFL용액(Resorcinal Formaldehyde Liquide)으로 처리된 폴리 아라미드계 섬유를 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 4 중량부 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리 아라미드계 섬유는 파라페닐렌 테레프탈아미드와 3,4-옥시디페닐렌 테레프탈아미드의 공중합체(co-poly-(paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide))인 것임을 특징으로 하는 타이어 스틸코드 코팅용 고무 조성물.
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