KR100781597B1

KR100781597B1 - 런플랫 타이어용 싸이드월 인써트부 및 비드부 고무 조성물

Info

Publication number: KR100781597B1
Application number: KR1020060088401A
Authority: KR
Inventors: 김병석; 전재현
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2007-12-03

Abstract

본 발명은 셀프 써포트 타입 런플랫 타이어의 싸이드월 인써트부 및 비드부 고무 조성물로써 부타디엔 고무 20~80 중량부와 천연 고무 20~80 중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여, 보강제로써 카본블랙 20~80 중량부, 내노화방지제 0.5~5 중량부 및 기타첨가제를 포함하는 조성으로부터 제조되어 종래의 타이어용 인써트 고무 조성물과 비교하여 고경도, 높은 인장강도, 저발열, 내피로성, 내크랙성에서 우수하며, 특히 런플랫 성능이 매우 우수하다.

저발열*내피로성*내크랙성*런플랫*타이어

Description

런플랫 타이어용 싸이드월 인써트부 및 비드부 고무 조성물{Rubber composition for side wall insert and bead of run flat tire}

본 발명은 셀프 서포트 타입(Self Support Type) 런플랫 타이어(Run Flat Tire)의 싸이드월 인써트(Sidewall Insert) 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상게하게는 부타디엔 고무와 천연고무로 이루어진 원료고무와 카본블랙을 보강제로 사용한 고무 조성물에 내노화방지제를 더 포함함으로써 피로성 및 내크랙성, 저발열성이 우수한 사이드월 셀프 서포팅 타입의 사이드월 인서트 고무 및 비드 고무 조성물에 관한 것이다.

현재 타이어 제조사별 런플랫 타이어 고유 개발 기술로는 MC의 PAX system 및 ZP(Zero Pressure), BS의 RFT(Run Flat Technology), Continental의 SSR(Self Supporting Run Flat Tire) 및 CSR(Continental Support Ring), Dunlop의 DSST( Dunlup Self Supporting Technology), GY의 EMT( Extended Mobility Technology), Pirelli의 EUFORIA 등이 있다.

그 중 가장 일반적으로 사용되는 런플랫 타이어는 사이드월 셀프 서포팅 타 입(sidewall self Supporting type)으로 사이드월에 인서트 고무를 사용하는 런플랫 타이어이다.

종래 런플랫 타이어는 싸이드월 부의 강성을 향상시켜 런플랫 성능 확보를 시도하였다. 따라서 필요한 강도를 얻기 위해서는 보강성 필러(카본 블랙)를 증량하여 사용하거나, 가류제를 증량하여 사용하였다. 이러한 고무 조성물은 내피로성, 내크랙성, 저발열성능이 불리해져 런플랫 타이어에서 요구되는 성능을 유지하지 못하고 고무의 파괴로 이어졌다.

따라서 이러한 단점을 보강하기 위해 설계적인 측면에서는 인서트 고무의 형태를 변경시키거나 또는 싸이드월 부의 또 다른 보강제 사용 등으로 상기 문제를 해결하려고 노력했으며, 일부 타이어에서는 타이어 프로파일(Profile)을 변경하여 상기 문제를 해결하려고 노력하였다.

고무 조성물 측면에서는 폴리머(원료고무)를 변경시키는 경우, 보강제 사용량을 낮추는 경우, 사용된 보강제의 특성을 변화시키는 경우, 일부 배합제를 변경하여 저발열, 내크랙, 내피로성능을 향상시키려고 노력하였다.

뿐만 아니라 저발열 성능을 추구하기 위해 다량의 가류제를 사용하였고 이로써 런플랫 요구 성능인 고무 조성물의 모듈러스(Modulus) 향상 및 저발열 성능은 얻을 수 있으나, 사용 중 런플랫 타이어의 내구 성능을 저하시키는 중대한 문제를 일으키는 문제점을 안고 있었다. 또한, 가류제의 증량을 통한 강성을 높일 경우 현장 가공 중에 분산의 불충분으로 인하여 균일한 물성 확보가 어려우며 스코치 등 현장 가공성이 불리해지고, 타이어의 내부 압력 손실시 요구되는 런플랫 성능에서 내피로성과 내크랙성이 매우 불리해져 일정 시간 이상을 사용하는 데 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 런플랫 타이어에서 요구되는 가장 큰 특성인 안정성을 확보하기 위하여, 타이어의 내부 압력 손실시(런 플랫 상태) 차량의 하중을 지지하며 일정한 속도로 일정 거리를 안전하게 주행할 수 있는 조건을 만족시키기 위한 것으로서, 인써트 고무 및 비드부 요구물성에 부합될 수 있도록 천연고무 및 부타디엔 고무(Butadiene Rubber)를 사용하며, 보강제로써는 카본블랙을 적절하게 혼합하여 사용하였으며, 내노화 및 모듈러스 향상을 목적으로 금속성 디메타크릴레이트를 내노화방지제로 사용하면서, 효율적인 가류도를 향상시키기 위해 가류제, 내노화방지제 및 가류촉진제를 적절한 비율로 사용한 고무 조성물에 관한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 내피로성, 내크랙성, 저발열성이 향상된 사이드월 인서트 및 비드 고무의 런플랫 타이어용 트레드 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 런플랫 타이어용 싸이드월 인써트 및 비드 고무 조성물은 부타디엔 고무 20~80 중량부와 천연 고무 20~80 중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여, 보강제로써 카본블랙 20~80 중량부, 내노화방지제 0.5~5 중량부 및 기타첨가제를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 원료고무는 부타디엔 고무 20 내지 80중량부와 천연고무 80 내지 20중량부로 이루어진 것으로서, 상기 부타디엔 고무와 천연고무는 통상의 타이어 고무 조성물에 포함되는 것이면 특별히 한정되지 않는다.

보강성 필러로는 카본블랙을 사용하며, 사용되는 카본블랙의 경우 비중은 1.8~2.0 이며, 사용되는 조건에 맞게 충진할 경우 고무조성물의 중량에 가장 큰 영향을 미치는 인자로써 카본블랙 량을 줄이면 고무 조성물의 중량 감소를 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 카본블랙 량을 줄이면 보강효과가 감소되고, 런 플랫 성능을 만족하기 어렵다. 이에, 카본 블랙을 인서트 고무의 경도 및 모듈러스를 향상시키기 위해 일정량 이상의 카본블랙을 사용하게 되는데 이는 필수적으로 타이어가 주행시 많은 열을 발생시키며 이러한 열은 인서트 고무의 물성을 저하시켜 내피로 및 내크랙 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 런플랫 타이어의 가장 중요한 내구 성능을 저하시킨다.

따라서, 고무 조성물의 물성 중 경도 및 모듈러스는 높은 상태로 유지하면서 보강제 함량은 감소시켜야 하며, 또한 발열에 유리한 보강제를 적절하게 사용하여야 한다. 이를 위해서 카본 블랙은 DBP(dibutyl phthalate) 값이 50 내지 100 ml/100g, Tint 값이 30 내지 80%, I₂ 값이 20 내지 80 mg/g인 카본블랙을 사용하는 것으로서, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 20 내지 80중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 카본블랙은 저 발열을 유지한 상태에서 내피로 및 내크랙 성능을 유지시키는 역할을 한다.

또한, 가류제의 증량을 통한 고무 조성물의 경도와 모듈러스를 높일 경우 현장 가공 중에 분산의 불충분으로 인하여 균일한 물성 확보가 어려우며 스코치 등 현장 가공성이 불량해지고 타이어의 내부 압력 손실시 요구되는 런 플랫 성능에서 내피로성과 내크랙성이 매우 불리해져 일정량 이상을 사용하는 데는 문제점이 있었다.

이러한 종래의 기술에서 사용하는 과도한 가류제 사용을 피하기 위하여 내노화방지제/촉진제인 Sartomer사의 SR708(금속성 디메타크릴레이트)을 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.5~5 중량부를 사용하여 높은 모듈러스 하에서 내열노화 성능을 향상시켜 런플랫에 요구되는 물성을 만족하는 고무 조성물을 제조할 수 있다.

본 발명에서는 상기 조성 이외에도, 통상의 타이어 고무 조성물에 포함되는 가류제, 가류촉진제와 같은 여타의 첨가제를 첨가할 수 있음은 물론이다.

이하 본 발명을 다음의 실시예와 시험예로 설명하고자 하며 이들이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 및 비교예>

다음 표 1과 같은 조성을 밴버리 믹서에 첨가하여 실시예 및 비교예의 고무조성물을 배합한 다음, 160℃에서 20분간 가류시켰으며, 가류된 쉬트에 대해 ASTM 규정에 의거 인장 특성, Tanδ, 내피로성, 내크랙성, 내발열성의 시험결과를 다음과 같이 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 정리하여 기재하였다.

-인장물성 : 제조된 고무시편을 아령형으로 자른 다음, 인스트롱을 이용하여 측정 하였다.

-내피로성 : ASTM 방법으로 실시하였으며, 120% extension 하에서 측정하였다.

-내크랙성 평가 : ASTM 규정의 Demmattia 시험기를 이용하여 측정하였다.

-Tan δ : DMTS를 이용하여 평가였으며 Temperature Sweep을 실시하였다. 시험조건은 0.5% strain, 10 Hz하에서 Tension 및 Torsion Type을 실시하였다.

-런플랫 내구 성능 : 타이어를 림 조립 후 내압 2.5kg/㎠ 상태로 38℃에서 24시간 방치 후 밸브를 빼고 내압을 대기압 상태로 조정하여 하중 400kg, 속도 80km/h로 드럼(직경 1.7m)에서 주행하여 고장 발생시까지의 시간이며 실시예를 100으로 하여 지수화하였다.

-저발열성 : Gabo제 Eflexor 500N 타입의 DMTS(Dynamic Mechenical Thermal Spectrometer)을 이용하여 Constant Stress 및 Strain 하에서 실시하였다. 시험조건은 ASTM 기준으로 실시하였다.

		비교예		실시예
		1	2	1	2	3	4	5
원료고무	천연고무	40	40	40	40	40	40	40
원료고무	BR⁽¹⁾	60	60	60	60	60	60	60
카본블랙⁽²⁾		60	60	60	60	60	80	40
산화아연		5	5	5	5	5	5	5
스테아린산		2	2	2	2	2	2	2
분말유황		8	3	3	3	3	3	3
가류촉진제⁽³⁾		1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
내노화방지제⁽⁴⁾		-	-	1.5	3	4.5	4.5	4.5
인장물성	경도	75	58	75	79	82	86	68
	300%모듈러스	95	78	93	102	109	108	88
	신장율	120	420	180	184	189	157	211
	인장강도	123	230	117	127	135	143	120
내피로성(10,000cyc)		1.5	9	8.5	8.3	8.8	4.2	13.7
내크랙성(mm/10000cyc)		23	2	3	3	2	7	1
tan δ(at 80℃)		0.076	0.095	0.058	0.043	0.032	0.072	0.030
내구성능(지수)		100	-	140	162	171	157	105
저발열성(지수)		100	-	126	141	156	103	150
(주) (1)BR:하이 1,4-시스 폴리부타디엔, 금호석유화학제 KBR01 (2)카본블랙:GPF(DBP값 50~100ml/100g, Tint 값 30~ 80, I₂ 값 20~ 80 mg/g) (3)가류촉진제 : 염기성인 설펜아미드계 촉진제 (4)내노화방지제 : Sartomer 사의 SR708(금속성 디메타크릴레이트)

상기 표 1의 결과에서와 같이, 본 발명의 실시예에서 볼 수 있듯이 싸이드월 인써트 및 비드 고무의 런플랫 성능 향상을 위하여 천연고무 및 부타디엔 고무를 적용함으로써 내피로성, 내크랙성, 저발열성을 향상하였으며, 보강제로써 일정량의 카본 블랙을 사용하여 경도 및 모듈러스를 유지하면서 저발열 및 내피로, 내크랙 성능을 향상하였고, 동등 수준의 경도와 인장 물성을 얻을 수 있었다.

또한, 발열로 인한 Insert 고무 조성물의 물성저하를 최소화하기 위해 일정량의 내노화방지제(Sartomer사 , SR708; 금속성 디메타크릴레이트)를 사용함으로써 저발열 및 내피로, 내크랙 성능을 배가시키는 시너지 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명과 같이 부타디엔 고무와 천연고무로 이루어진 원료고무와, 카본블랙을 보강제로 포함하는 고무조성물에 내노화방지제를 첨가함으로써 여러가지 물성은 동등 수준으로 유지하면서 저발열 및 내피로, 내크랙 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims

부타디엔 고무 20~80 중량부와 천연 고무 20~80 중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여, 보강제로써 카본블랙 20~80 중량부, 내노화방지제 0.5~5 중량부 및 기타첨가제를 포함하고,

상기 내노화방지제는 금속성 디메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 런플랫 타이어용 싸이드월 인써트부 및 비드부 고무 조성물.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 카본 블랙은 비중 1.8 내지 2.0, DBP 값 50 내지 100 ml/100g, Tint 값 30 내지 80%, I₂ 값 20 내지 80 mg/g인 것을 특징으로 하는 런플랫 타이어용 싸이드월 인써트부 및 비드부 고무 조성물.