KR100892994B1 - 경량 타이어 지지체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 발포시트나 하나 이상의 발포시트와 적층한 복합용 접착물 즉 기계적 및 열적 보강을 목적으로 하는 폴리올레핀 발포체 및 복합강화다층으로 구성하는 복합체로 이루어지는 경량 타이어 지지체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 발포 폴리올레핀 구성층과 복합섬유, 타포린 및 기능성 필름층으로 구성하는 방법 등 다양한 소재를 적용하여 개발하되 상기 된 바와 같은 소재로 다층 구조의 시트를 원형 롤 형태로 감은 후 접착하고, 이를 타이어 지지체의 크기에 맞게 일정크기로 절단 처리하게 된다.

타이어 지지체, 폴리올레핀, 발포시트, 온도 안정, 런 플랫 타이어

Description

경량 타이어 지지체{Light weight tire support safety support}

본 발명은 경량 타이어 지지체에 관한 것으로, 특히 본 발명은 온도 안정성 있고, 지지용량을 갖는 경량타이어 지지체에 대한 것이다.

즉 본 발명은 경량 타이어 지지체를 갖춘 런 플랫 타이어(run flat tire)에 관한 것으로, 특히 본 발명은 폴리올레핀 발포제 및 복합 강화층으로 구성하는 복합체를 이용하여 경량 타이어 지지체를 제조하는 것이다.

본 발명에서 설명되고 있는 경량 타이어 지지체는 타이어의 힐 림(Wheel rim) 내부에 설치하기에 적합한 지지체이나, 상기 타이어 지지체는 타이어의 기압 손실에 대한 예방 장치로 사용되는 한편 상기 타이어 지지체는 타이어가 기압을 부분적으로 또는 전체적으로 잃은 상태에서 타이어 지지체 없이 차량의 계속적인 운행에 의한 차량 조작 불능 또는 타이어의 수리불가능한 손상이 발생할 수 있는 경우에 차량의 중량을 견디도록 하는 것이다.

여기서 경량 타이어 지지체는 적어도 부분적으로 수축된 타이어의 팽창, 수리 또는 교환할 수 있는 서비스 시설로 차량이 계속해서 운행할 수 있도록 스페어타이어를 대체할 수 있어야 하며, 스페어타이어 및 잭을 수용할 수 없는 소형 차량 에서 사용되거나, 연료 절약을 위하여 차량의 전체 중량의 감소시키는 경우 사용되는 한편 타이어의 기압이 손실된 후 차량이 계속 운행되는 경우에 추가적인 차량 손상을 감소시키는데 유용하게 사용된다.

이러한 타이어 지지체는 금속, 고무 및 플라스틱 탄성 중합체 등의 다양한 재질을 이용하여 제조하고 있는 것으로, 금속으로 제조된 타이어 지지체는 충격을 잘 견디지 못하고 깨지기 쉬운 문제와 함께 금속 타이어 지지체가 깨지게 되면 타이어의 신속하고 완전하게 파괴된다.

또한, 고무로부터 제조된 타이어 지지체는 중량이 7kg 이상이며, 25kg 만큼 중량이 클 수도 있어, 차량의 연료 절약에 역효과를 주게 되어 바람직하지 않을 뿐 아니라, 고무로부터 제조된 타이어 지지체는 천연 또는 합성 고무의 가황혼합물이 포함되게 되므로, 타이어 및 지지체의 신속하고 이른 가열을 초래하여 분해되는 문제가 발생한다.

그리고, 폴리우레탄, 라텍스 및 합성 플라스틱 등의 탄성 중합체 조성물이 타이어 지지체의 제조에 유용한 것으로 알려져 있으나, 상기 된 형태의 지지체는 온도 불안정성과 균열 및 공정상의 문제점을 가지게 되어, 공지된 플라스틱 지지체는 덜 바람직하다.

또한 우레탄 발포체에 의한 타이어 지지도 우레탄의 경우 내후성에 이어 문제가 되고 일단 균열이 있으면 반복하중과 충격에 의한 급격한 균열로 이어지기 쉬워 강력한 보강체가 없으면 심각한 단점이 발생한다.

따라서 상기 된 바와 같이 일반적인 재질을 이용하여 타이어 지지체를 제작 하는 경우 어떠한 것도 양호한 지지성능, 온도 안정성 및 저중량 구조의 디자인을 갖는 타이어 지지체를 제공할 수 없을 뿐 아니라, 전술 된 타이어 지지체는 상당한 고가로 제작되는 한편 각각의 지지체를 제조하기 위해 바람직하지 않은 공정과 시간이 요구되는 문제가 있다.

본 발명은 고무보다 가벼워 차량의 연료를 절약할 수 있는 한편 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 플라스틱 탄성 중합체를 사용하여 타이어 지지체를 제조하도록 하는 것으로, 플라스틱 탄성 중합체를 사용하게 되어 저렴하고, 제작이 간편한 이점과 함께 고내열 PP가교 발포체를 포함한 다양한 폴리올레핀계 발포체 및 이를 지지하는 지지 보강층으로 제작하여 양호한 지지성능, 온도 안정성 및 저중량 구조를 이루도록 하는 것이다.

본 발명의 경량 타이어 지지체는 일정 크기의 내경과 외경을 고려하여 현상 사용 중인 래디얼 타이어에 속에 장착 후 기존과 동일한 방법으로 공기를 주입시켜 사용할 수 있는 것으로, 폴리올레핀 중합체 조성물 및 이를 지지하는 지지보강층으로 구성하되 특히 폴리올레핀 중합체의 경우 고내열 PP가교 발포체를 포함한 다양한 폴리올레핀계 발포체를 사용한다.

본 발명의 경량 타이어 지지체는 타이어 파손시 충격흡수는 발포층의 독립 기포층이 흡수하고, 나머지 섬유나 기타 복강물이 물리적인 기계적 물성을 보강하여 내마모성을 유지 시키는 한편 타이어 특성상 고온에서 견디어야 하므로 이러한 구조물의 특성상 고내열 PP 발포제품이나 기타 복합수지구성으로 이루어진 발포체의 경우 이러한 내열성을 유지하므로 양호한 효과를 유지할 수 있다.

본 발명의 폴리올레핀 및 보강재는 일반적으로 인장 모듈러스가 다양한 범위로 적용 가능하므로 대형트럭이나 기타 비행기, 우주선, 군용트럭의 외부충격으로 파열된 타이어를 일정기간 유지할 수 있는 훌륭한 기능을 할 수 있다.

그리고 각각의 독립된 기포구조로 되어 있는 발포층의 구성은 에어쿠션 기능을 상당시간 유지 관리시킬 수 있어 수축을 나타내지 않게 되므로, 장시간 경량 타이어 지지체로 운행을 할 수 있게 된다.

본 발명은 휠(20)에 타이어(10)가 끼워지고, 타이어(10)의 내측으로 공기를 주입하는 래디얼 타이어에 있어서, 상기 힐림(21)의 외측에 끼워지는 타이어지지체(30)를 끼워주도록 하되 상기 타이어 지지체(30)는 고무보다 가벼워 차량의 연료를 절약할 수 있는 한편 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 플라스틱 탄성 중합체를 사용하여 타이어 지지체(30)를 제조하도록 하는 것으로, 이는 플라스틱 탄성 중합체(31)를 제조하는데 필요한 물질이 일반적으로 고무 등의 다른 물질에 비하여 비교적 저렴하며, 플라스틱 탄성 중합체(31)가 고무 등의 다른 물질보다 가벼워서(즉,중량이 덜함), 공지된 다른 재질의 타이어 지지체를 사용하는 경우보다, 차량의 연료를 절약할 수 있기 때문이다.

플라스틱 탄성 중합체(31)로부터 타이어 지지체(30)를 제조하는 발명은 도 2와 같이 이상의 발포시트나 하나 이상의 발포시트와 적층한 복합용 접착물 즉 기계적 및 열적 보강을 목적으로 하는 폴리올레핀 발포체 및 복합강화다층으로 구성하는 복합체로 이루어지게 하는 것으로, 이러한 본 발명은 발포 폴리올레핀 구성층과 복합섬유, 타포린 및 기능성 필름층으로 구성하는 방법 등 다양한 소재를 적용하여 접착시킨 후 이를 도 3과 같이 림 형태로 가공하여 사용하게 된다.

이러한 플라스틱 탄성 중합체(31)의 특성이 온도 의존적이라는 것으로, 탄성 중합체는 일반적으로 실온(22℃)에서 연성이지만, 이들이 특히 100℃이상의 고온인 온도범위에 노출되면 유사한 특성을 나타낼 수 없는 문제가 따르고, 특히 타이어 지지체(30)는 타이어를 사용하는 지리적 위치에 따라 0℃ 미만의 겨울 온도 및 50℃만큼 높은 여름 온도 등의 다양한 온도에 노출되는 차량에 장착되며, 타이어 지지체(30)는, 예를 들면, 120℃의 작동온도에 노출될 수 있으므로, 플라스틱 탄성 중합체(31)가 타이어 지지체(30)로서의 바람직한 성능을 제공하기 위하여 온도 범위에 대해 비교적 안정해야 한다.

플라스틱 탄성 중합체(31)로부터 타이어 지지체(30)를 제조하기 위해서는 플라스틱 탄성 중합체(31)의 특성이 충분한 내구성을 갖도록 하여 타이어 지지체(30)가 바람직한 성능을 제공할 수 있도록 하여야 하는 것으로, 타이어 지지체(30)는 지지용량으로 공지된 타이어가 런-플랫(run-flat) 상태(구멍이 나도 달릴 수 있는 상태)동안에 차량의 중량을 지지하는데 유용하기에 충분히 내구성이 있어야 한다.

이와 같이 타이어 지지체(30)가 런-플랫(run-flat) 상태 동안에 차량의 중량을 충분히 지지하도록 제조하는 방법은 타이어 지지체(30)의 중량이 경량 타이어 지지체, 예를 들면, 중량이 8kg 이하인 타이어 지지체를 제조하도록 감소된 것보다 켜지는데, 이는 중합체가 일반적으로 인장 모듈러스를 손실하여 중합체의 높은 빈도의 굴곡, 휨 및 버클링(buckling) 등의 중합체 변형을 유도할 수 있기 때문이다.

그러나 이러한 변형은 내구성에 역효과를 줄 수 있는 것으로, 경량 타이어 지지체(30)가 일반적으로 구조적 변형이 용이한데, 이는 중합체가 이의 중량이 감소되는 경우에 균열 및 구조적 분해가 보다 용이해지기 때문에 양호한 지지성능, 양호한 안정성 및 저중량 구조의 디자인을 갖는 지지체를 제조하는 것이 바람직하다.

특히 이들 성능 기준을 성취하는 적합한 중합체성 조성물의 타이어 지지체를 제공해야 하며, 이러한 조성물로부터 지지체를 제조하는 효율적인 방법이 요구는 것으로, 보다 적절한 타이어 지지체를 형성할 수 있는 폴리올레핀 복합발포체의 생산시간 및 제조비용의 절감중 하나 이상을 개선할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명은 경량 타이어 지지체(30)를 제조하는데 적절한 폴리우레탄- 중합체 조성물과 하나 이상의 복합시트를 합지하여 폴리올레핀 발포시트와 연속 스펠리얼 타입으로 접합시켜 도 3와 같이 타이어 지지체(30)의 크기로 제작한 후 이를 일정간격의 넓이로 절단하면 기계적물성과 지지체 물성을 동시 발휘하는 타이어 지지체(30)를 제조하게 된다.

본 발명은 경질의 폴리올렌핀 발포 시트를 사용하는 경우 공기와 같은 반발탄성과 지지는 물론 타이어의 펑크시 안정적인 승차감을 줄 수 있고, 동시에 폴리올레핀 발포 시트에 라미 된 복합물은 기계적인 물성을 유지시켜주면서 외부충격과 내마모성을 극대화시켜 줄 수 있어 양호한 런 플랫 타이어(run flat tire)역할을 하게 된다.

본 발명의 지지용량은 본 발명의 기계적 물성을 고려한 시험샘플에 대한 인 장 모듈러스를 평가하여 결정할 수 있는 것으로, 예를 들면 복합지지물의 인장 모듈러스는 80℃에서 60mPa이상 300mPa이하이며, 이러한 측정은 ASTM D 638에 따라 수행하는 경우 체크된다.

본 발명의 폴리올레핀 발포 중합체 조성물과 다층구조의 보강용 타포린 및 시트를 라미시켜 만든 타이어 지지체의 인장 모듈러스는 -50내지 150℃의 온도 범위에서 실질적으로 변하지 않는 것으로, 이러한 온도의 측정은 동적 기계적 분광학에 따라 수행할 수 있다.

본 발명의 폴리올레핀-중합체 조성물에는 폴리프로필렌 수지와 폴리올레핀 개질수지 등이 포함되게 되며, 이러한 가교발포 및 무가교 발포체와 이를 보강한 보강층은 탄성과 물리적 기계적 성질을 강하게 하여 전체 중량비를 5-30배 까지 낮출 수 있으며, 이러한 인장 모듈러스는 80℃에서 30mPa 이상 50mPa 이하이며, 인장 모듈러스의 변화는 -50 내지 150℃온도 이하에서 14%이하이다.

이러한 본 발명의 경량 타이어 지지체는 일반적으로 하나 이상의 발포 시트 층을 라미하여 다층으로 구성될 수 있다.

본 발명의 경량 타이어 지지체(30)는 타이어 지지체를 만들기 위해 일정 크기의 내경과 외경을 고려하여 현재 사용 중인 레디얼 타이어 속에 외측은 타이어(10) 내측면과 같은 형상이 되게 하고 내측은 돌기부(32)가 휠림(21)에 닿게 장착 후 기존과 동일한 방법으로 공기 주입시킬 수 있는 타이어 보조지지체이다.

본 발명은 타이어 지지체(30)를 제조하는 데에 사용될 수 있는 폴리올레핀 중합체 조성물 및 이를 지지하는 지지보강층으로 구성되는데 특히 폴리올레핀 중합 체의 경우 고내열 PP가교발포체를 포함한 다양한 폴리올레핀계 발포체가 적용될 수 있다.

타이어 지지체(30)는 구멍이 나도 달릴 수 있는 런-플랫 상태 동안 차량, 예를 들어 자동차 트럭, 버스, 트레일러, 모터사이클, 놀이기구 또는 항공기에 대한 지지체를 제공하기 위하여 바퀴 림과 접촉되도록, 위치하기에 적합한 장치를 포한한다.

런-플랫 상태에는 타이어 기압이 구동 조건에 대해 덜 바람직한 상태, 예를 들면, 타이어가 기압을 부분적으로 또는 전체적으로 손실됨으로 인한 운전 불능 또는 수리 불가능한 타이어 손상이 타이어 지지체 없이 차량을 계속 사용함으로써 유발될 수 있는 경우가 포함된다.

본 발명의 타이어 지지체를 설명함에 있어서," 지지(load bearing)"된다는 것은 폴리올레핀 중합체와 기계적 물성을 보강한 섬유 및 기타 보강체(예 타포린, 고강력 필름층, 섬유소)가 런 플렛 상태 동안 차량의 중량을 유지하기에 효과적인 기계적 특성을 가짐을 의미한다. 굽힘 모듈러스 및 압출 모듈러스 등의 다른 기계적 특성이 지지 용량을 평가하는데 유용할 수 있지만, 본 특성을 위해서는, 강성도로 또한 공지된 인장 모듈러스가 폴리올렌핀과 보강층으로 연속 스펠리얼 타입이나 동심원타입의 다층구조로 형성되어 지지용량을 평가하기 위하여 적합하게 선택된 기계적 특성일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 " 인장 모듈러스(tensile modulus)"는 중합체의 시험 샘플을 신장시키거나 파괴하는데 필요한 힘을 의미하는 것으로, 폴리올레핀 및 복 합체를 포함한 지지체의 인장 모듈러스를 측정하는데 사용될 수 있는 한 표준 시험은 ASTM(american Standard Testing Method)D638이며, 중합체의 인장 모듈러스는 중합체가 얼마나 약하거나 연성인지를 나타낼 수 있는 것이어서, 중합체가 충격, 균열 및 구조적 분해를 얼마나 견디는 지를 나타낼 수 있다.

바람직한 인장 모듈러스는 일반적으로 본 발명의 타이어 지지체가 장착될 차량의 형태에 따라 좌우된게 되며, 예를 들면, 소형 승용차 또는 객차 등의 보다 경량인 차량을 위한 타이어 지지체는 일반적으로 밴 또는 스포츠용 차량과 같은 보다 큰 차량과 동일한 구조적 디자인을 갖는 타이어 지지체에 비하여 낮은 인장 모듈러스를 갖도록 한다.

본 발명의 폴리올레핀 및 보강재는 일반적으로 인장 모둘러스가 다양한 범위로 적용 가능하므로 대형트럭이나 기타 비행기, 우주선, 군용트럭의 외부충격으로 파열된 타이어를 일정기간 유지할 수 있는 훌륭한 기능을 할 수 있으며, 본 발명에서 각각의 독립된 기포구조로 되어 있는 발포층의 구성은 에어-쿠션(cushion)기능을 상당시간 유지 관리될 수 있어 수축을 나타내지 않는 장점이 있다.

이 같이 본 발명은 경량 타이어 지지체를 제조하는데 적절한 폴리우레탄- 중합체 조성물에는 하나 이상의 복합시트를 합지하여 폴리올레핀 발포시트와 연속 스펠리얼 타입의 접합시켜 타이어 지지체의 크기로 제작 한 후 이를 일정간격의 넓이로 절단하여 이루어지게 되는 것으로, 외부충격과 내마모성을 극대화시킬 수 있어 양호한 런 플랫 타이어 역할을 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 타이어 지지체 끼워진 타이어 단면도

도 2는 본 발명의 플라스틱 탄성 중합체를 적층하여 롤 형래로 감아준 형태의 사진

도 3는 본 발명의 타이어 지지체 요부 확대 단면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 타이어 20 : 휠

21 : 휠 림 30 : 타이어 지지체

31 : 플라스틱 탄성 중합체

Claims (4)

1. 런-플랫 타이어를 구성하는 타이어 지지체에 있어서, 폴리올레핀 발포체인 플라스틱 탄성 중합체를 롤 형태로 적층하여 접착시킨 후 외측은 타이어의 내측면과 같은 형상이 되게 하고, 내측은 휠 림에 닿게 되는 돌기부를 형성하여 타이어 지지체를 제작하며, 상기 타이어 지지체는 휠 림의 외측에 돌기부가 닿게 끼워주는 것을 특징으로 하는 경량 타이어 지지체.
2. 런-플랫 타이어를 구성하는 타이어 지지체에 있어서, 폴리올레핀 발포체인 플라스틱 탄성 중합체와 지지보강 시트를 순차적으로 롤 형태로 적층하여 접착시킨 후 외측은 타이어의 내측면과 같은 형상이 되게 하고, 내측은 휠 림에 닿게 되는 돌기부를 형성하여 타이어 지지체를 제작하며, 상기 타이어 지지체는 휠 림의 외측에 돌기부가 닿게 끼워주는 것을 특징으로 하는 경량 타이어 지지체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 플라스틱 탄성 중합체는 고내열 PP가교발포체를 포함한 다양한 폴리올레핀계 발포체인 것을 특징으로 하는 경량 타이어 지지체.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지보강 시트는 다층구조의 보강용 타포린 및 기능성 필름층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경량 타이어 지지체.

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