KR100894453B1 - 트럭/버스용 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트럭/버스용 트래드 고무 조성물에 관한 것으로, 천연고무 50~80 중량부 및 합성고무20-50중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대해, 카본블랙 40~60 중량부, 실리카 0~20 중량부, 아라미드 단섬유 1~5 중량부, 분산제로 스테아린산계 유기금속염1~3 중량부를 포함하는 트럭/버스용 트래드 고무 조성물이다.

본 발명에 의한 고무조성물은 타이어의 트레드 Hysteresis 감소를 통한 저발열과 내구성의 향상, 내 칩컷과 내 마모의 성능이 향상된다.

아라미드 단섬유*분산제*hysteresis*스테아린산계 유기금속염

Description

트럭/버스용 타이어 트레드 고무조성물{Rubber composition for tire tread of truck/bus}

본 발명은 트럭/버스용 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어의 트레드 Hysteresis 감소를 통한 저발열과 내구성의 향상, 내 칩컷과 내 마모의 성능 등을 향상시키기 위한 타이어 트레드 고무 조성물이다.

타이어의 트래드는 직접적으로 지면과 접촉, 고무와 필러 사이의 움직임에 의해 Hysteresis가 발생하게 되고, 지면의 조건에 따라 컷칩 현상이 발생하거나 소음, 진동을 일으키며 마찰 저항과 구름 저항, 마모의 발생 등 타이어 성능에 직접적으로 관여하는 중요한 부위이다.

이러한 현상들은 여러가지 인자에 의해 복합적으로 발생하며, 폴리머나 필러, 첨가제 등의 종류에 따라 크게 영향을 받게 된다. 실제 운행중인 타이어상에서의 Hysteresis는 발열로 나타나게 되는데, 타이어의 운행 온도는 타이어 조성물들의 Deformation을 가져 오기때문에 내구와 Failure에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이다.

그러나 내마모성을 높이기 위한 카본 블랙을 사용할 경우 발열이 커져 내구에 불리하게 되며, 회전저항이 작고 그립력이 좋은 실리카 필러의 경우에는 내마모 성능이 떨어지는 등 트럭/버스용 타이어 트레드로는 부적합하다.

이와 같이 타이어 트레드의 필러 영향이 매우 중요하지만 기존에 사용하던 필러의 한계점과 문제점들을 극복할 수 있는 새로운 필러의 개발의 필요하다.

기존의 필러를 완전히 대체하는 필러의 개발에 앞서 기존의 필러에 첨가하여 성능을 향상시킬 수 있는 적절한 필러의 연구와 또 그 적절한 조성비의 연구를 통해 트럭 버스 타이어에서 무엇보다 중요한 내구의 향상과 동시에 마일리지의 최대화를 위해 저발열 및 내마모 성능이 우수한 필러 사용과 배합비의 조절이 필요하다.

또한, 새로운 필러 첨가제의 사용으로 발생하는 문제점 극복과 첨가제가 가진 효율성을 극대화 하기 위해 가공성과 분산성 또는 기타 물성에 영향을 미치는 인자에 대한 최적화 과정이 필요하다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 아라미드 단섬유를 사용하면서도 타이어의 내구의 향상과 동시에 마일리지의 최대화를 위해 저발열 및 내마모 성능이 우수한 트럭/버스용 타이어트레드 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 천연고무 50~80 중량부 및 합성고무20-50중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대해, 카본블랙 40~60 중량부, 실리카 0~20 중량부, 아라미드 단섬유 1~5 중량부, 분산제로서 스테아린산계 유기금속염 1~3 중량부를 포함하는 트럭/버스용 트래드 고무 조성물을 제공한다.

본 발명의 고무 조성물은 트럭/버스 타이어용 트래드의 Hysteresis 감소를 통한 내구성 향상과 내 마모 및 기타 성능을 확보하기 위해 천연고무와 합성 고무를 포함한 원료고무에 특정 Colloidal Properties를 가지는 카본블랙 또는 실리카 일정량 외에 적정량의 아라미드 단섬유를 첨가하여 위의 성능을 향상시키며, 분산제 첨가로 카본 분산성 저하를 막아 타이어 성능을 최적화하였다.

동시에 고무의 Hysteresis 감소를 통해 타이어의 내구성과 내 발열 성능을 높이고, 동시에 내 칩컷이나 내 마모 등의 성능을 향상하기 위한 목적으로 아라미드 단섬유인 를 1-5 중량부 사용하는데, 그 함량이 1 중량부 미만이면 뚜렷한 첨가 효과가 나타나지 않으며, 5중량부 초과인 경우 고무의 Modulus가 큰 폭으로 상승하고, 분산성이 크게 떨어져 고무 물성저하를 초래하는 문제가 있다. 아라미드 단섬유는 예컨대 1mm와 3mm 모두 사용가능하며, 아라미드 단섬유 Sulfur Masterbatch 형태로 사용가능하나 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 Fiber배합제 첨가는 특징적으로 Modulus의 상승, Fiber의 나쁜 분산성 뿐만 아니라 카본블랙 및 실리카 등의 필러 분산성을 현저하게 떨어뜨리며, 압출성 또한 크게 불리하게 된다.

이에 Filler간의 효율적 분산과 압출성 개선을 위해 분산제인 HT-254 를 바람직하게는 1~3중량부를 사용한다. 그 함량이 1 중량부 미만이면 분산 효과가 미미하며, 3중량부 초과인 경우 컴파운드의 Toughness 하락이나 Hysteresis 증가의 역효과를 나타낼수 있으므로, 효과적인 분산성 향상 범위에서 최소량을 첨가하는 것이 바람직하다.

즉, 타이어의 내마모성을 개선하고자 아라미드 단섬유 1~5 중량부를 첨가하되 Modulus 상승을 막기 위해 동등 수준의 Filler를 감량하여 사용해야 하며, Fiber의 첨가로 인한 Fiber 및 필러 분산성 및 압출 안정성 저하를 막기 위해 분산제로 스테아린산계 유기금속염 1~3중량부 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 원료고무로서는 바람직하게는 합성고무는 시스-1,4 함량 96%이상, Tg(유리전이온도) -104~-107℃인 High Cis-부타디엔 고무 및 스티렌 함량 15~25%, 비닐 함량 15~20%, 수평균 분자량(Mn) 4.5~7.5 (×10⁴), 중량 평균 분자량 (Mw) 2.5~4.5 (×10⁵), 분자량 분포 (MWD) 1.2~2.5인 용액 스티렌부타디엔 고무를 사용한다.

시스 함량이 높고 Tg가 낮은 부타디엔은 내마모성에 유리하며, 기계적강도가 높은 스티렌부타디엔 고무를 첨가함으로 내구성 및 내마모성 향상뿐 아니라 Wet Greep 성능과 같은 타이어의 2차 성능 향상을 꾀할 수 있다. 하지만 스티렌 함량이 너무 높으면 Hysteresis의 증가로 발열이 높아지고 내구 성능이 불리해 질 수 있다.

카본블랙은 바람직하게는 질소 흡착 비표면적 100 ~ 160 mg/g, DBP 흡유량 110 ~ 150 cc/100g, TINT 값 110 ~ 140인 것을 사용함으로써 내마모 성능을 향상시킬 수 있고, 히스테리시스 로스(hysteresis loss)를 감소(60℃ tanδ) 시킬 수 있다.

카본블랙은 40~60중량부 사용하는 바, 그 함량이 40 중량부 미만인 경우 물성 및 마모 성능 저하의 문제점이 있고, 60 중량부 초과하는 경우 가공성과 내구 성능이 불리한 문제점이 있다.

이 밖에 통상적으로 사용되는 배합제, 예를 들면 가황제, 가황조제, 노화방지제, 산화방지제 등은 통상 사용되는 분량으로 적절 배합할 수 있으나, 알킬 페놀계 수지 및 안티리버젼제는 포함하지 않는다.

본 발명에 의한 고무조성물은 타이어의 트레드 Hysteresis 감소를 통한 저발열과 내구성의 향상, 내 칩컷과 내 마모의 성능이 향상된다.

이하에 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명은 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

아래 표에서 있어서 비교예 1은 아라미드 단섬유 및 분산제를 사용하지 않은 것이며, 비교예 2는 아라미드 단섬유만을 3중량부 사용하며 카본블랙을 동량 감량 한 것이며, 비교예 3은 아라미드 단섬유 및 분산제를 각각 7, 5 중량부 사용한 것이다.

한편, 실시예 1은 아라미드 단섬유를 3중량부와 분산제 2 중량부를 동시 사용하며 카본블랙을 감량 사용한 것이다.

※ (1) Techrona에서 제조한 PP/ODPTA(Aramid Short Fiber) 1mm.

(2) Struktol에서 제조한 HT-254로서, 스테아린산계 유기금속염 소프이다.

이와 같은 고무 조성물로 고속버스용 타이어(295/80R22.5)를 제조하여 당사의 테스트 방법에 따라 고무의 물성 및 고무 내 필러와 Fiber의 분산성 및 압출성을 평가하고, 타이어의 내구성 평가를 하였으며, 고속 버스에 취부하여 내마모 평가를 실시하였음.

비교예 1 대비 비교예 2의 경우 Hysteresis 및 내마모 성능이 상승하였으나, 분산도가 낮아 내피로성이 현저히 떨어지는 것을 볼 수 있었으며, 실시예 1의 경우 분산성의 향상과 함께 Fiber 첨가를 통해 얻고자 하는 특성인 내마모 향상 및 Hysteresis 감소에 의한 내구성 향상 등의 효과가 뚜렸해 지는 반면 Modulus나 기타 물성은 비교예 대비 동등 이상의 수준을 유지하는 결과를 보인다. 비교예 3은 Fiber 및 분산제를 과량 사용한 경우로, 분산성 향상 효과가 낮고 Modulus 상승폭이 크며, 기타 물성이나 내구 성능 등이 저하되는 결과를 보이고 있다.

Claims (3)

1. 천연고무 50~80 중량부 및 합성고무20-50중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대해, 카본블랙 40~60 중량부, 실리카 0~20 중량부, 아라미드 단섬유 1~5 중량부, 분산제로 스테아린산계 유기금속염 1~3 중량부를 포함하고,

   상기 합성고무는 시스-1,4 함량 96%이상, Tg(유리전이온도) -104~-107℃인 High Cis-부타디엔 고무 및 오일 함량 37.5%, 스티렌 함량 22~25%, 비닐 함량 15~17%, 수평균 분자량(Mn) 6.5~8.5 (×10⁴), 중량 평균 분자량 (Mw) 3.0~4.5 (×10⁵), 분자량 분포 (MWD) 1.8~2.8인 용액 스티렌부타디엔 고무로 이루어진 것임을 특징으로 하는 트럭/버스용 트래드 고무 조성물.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 카본블랙은 질소 흡착 비표면적 100~160mg/g, DBP 흡유량110~150cc/100g, TINT값 110~140인 것을 특징으로하는 트럭/버스용 트래드 고무 조성물.