KR101517364B1 - 타이어 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사이드월의 보강성 및 외관의 내오염성이 개선된 타이어 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상기 타이어는 단면상 지면과 접하는 트레드부, 상기 트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 위치하는 사이드월, 및 비드부를 포함하고, 상기 사이드월에 대응하여 사이드월의 외주측 면에 위치하며, 토목섬유(geosynthetics)를 포함하는 사이드월 보강부를 더 포함한다.

Description

타이어 및 이의 제조방법{TIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 사이드월의 보강성 및 외관 내오염성이 개선된 타이어 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공기입 타이어는 단면상 지면과 접하는 트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 사이드월(sidewall) 및 비드부가 순차적으로 형성되며 내부에 일정 압력의 공기가 채워지는 내부 공간을 갖도록 형성된다. 또, 좌우 한 쌍의 비드부 사이에는 카커스가 가설된다.
이와 같은 구조를 갖는 타이어에 있어서 사이드월은 카카스를 보호하고 굴신운동을 통해 승차감을 좋게 하는 역할을 한다. 타이어가 래디얼화되면서 사이드월 부위의 역할이 매우 중요해져 사이드월을 구성하는 반제품의 수명 및 특성에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 수많은 굴신운동에 의한 피로의 누적 및 대기중의 오존층과의 작용에 의한 크랙발생 등의 문제는 아직도 중요한 연구대상으로 남아 있으며, 반제품들을 접착할 때 계면간의 이질성 및 상반된 요구특성에 의해 야기되는 문제점들도 많은 실정이다.
사이드월 부분은 타이어를 차량에 장착했을 때 시각적으로 많이 보이는 부분이지만, 타이어의 사용 기간이 길어지고 외부의 흙탕물이나, 빗물, 오염 물질 및 먼지 등에 의해 쉽게 오염되어 외관 품질이 저하되는 단점을 갖는다.
이에 따라 사이드월 오염을 막기 위하여 다양한 방법들이 시행되었다.
대한민국 공개특허 제2005-0037821호(2005년 4월 25일 공개) 대한민국 공개특허 제2011-0114037호(2011년10월 19일 공개)
본 발명의 목적은 사이드월의 보강성 및 외관의 내오염성이 개선된 타이어 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어는 단면상 지면과 접하는 트레드부, 상기 트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 위치하는 사이드월 및 비드부를 포함하고, 상기 사이드월의 외주측 면에 위치하며, 상기 사이드월에 대응하는 토목섬유(geosynthetics)를 포함하는 사이드월 보강부를 더 포함한다.
상기한 타이어에 있어서, 상기 토목섬유는 지오텍스타일(geotextile), 지오멤브레인(geomembranes), 및 지오그리드(geogrids)로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 토목섬유는 두께 0.3 내지 10mm의 지오텍스타일일 수 있다.
상기 토목섬유는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitril) 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것일 수 있다.
상기 사이드월은 원료고무 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 1 내지 50중량부 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어의 제조방법은, 성형된 그린 타이어를 트레드부, 사이드월 및 비드부를 포함하는 타이어 형상으로 가류시키기 위한 가류 공정 후, 상기 사이드월의 외주측 면에 사이드월에 대응하는 토목 섬유를 위치시킨 후 열처리하여 사이드월 보강부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 열처리는 150 내지 200℃에서 실시될 수 있다.
또, 상기한 타이어의 제조방법에 있어서, 사이드월은 원료고무 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 1 내지 50중량부를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조될 수 있다.
상기한 타이어 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 상기 원료고무는 원료고무 100총 중량에 대하여 부타디엔 고무를 20 내지 90중량%로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어는 단면상 지면과 접하는 트레드부, 상기 트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 위치하는 사이드월 및 비드부를 포함하고, 또 상기 사이드월의 외주측 면에 위치하며, 상기 사이드월에 대응하는 토목섬유(geosynthetics)를 포함하는 사이드월 보강부를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 단면도이다.
도 1을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 상기 타이어는 트레드부(1), 사이드월(2), 사이드월 보강부(8) 및 비드부(3)를 포함한다.
상기 트레드부(1)는 단면상 지면과 접하는 부분으로, 노면 등으로부터의 충격, 외상으로부터 타이어를 보호하는 역할을 한다. 상기와 같은 트레드부의 표면에는 타이어의 배수성 향성을 위해 그루브에 의해 구획되는 다수개의 블록들이 형성될 수 있다.
상기한 트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 사이드월(2) 및 비드부(3)가 순차적으로 위치한다.
상기 사이드월(2)은 트레드의 양 단부로부터 연장되어 타이어의 측면을 형성하는 부분으로, 주행 중 지속적으로 반복되는 수축 및 팽창작용을 견디며, 내측면에 위치하는 카카스를 보호하는 역할을 한다.
상기 사이드월(2)은 공지의 바의 재질 및 형태를 가질 수 있으나, 사이드월 보강부와의 접착력을 나타내기 위하여 원료고무 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)를 1 내지 50중량부 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물에 의해 제조되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 타이어 사이드월용 고무 조성물에 대해서는 이하 타이어의 제조방법에서 상세히 설명한다.
한편, 상기 사이드월(2)의 외주측 면에는 사이드월에 대응하는 크기의 토목섬유를 포함하는 사이드월 보강부(8)가 사이드월에 대응하여 위치한다. 바람직하게는 상기 사이드월 보강부(8)는 비드부 위쪽에서부터 트레드부의 윙까지에 대응하는 사이드월 외측부에 위치할 수 있다.
상기 토목섬유(Geosynthetics)는 모래, 흙, 자갈 등의 환경에서 토목 구조물에 보강용, 필터용, 배수용, 지지용, 분리용, 봉쇄용, 침식방지용, 균열방지용 등의 다양한 용도로 사용되는 섬유상의 고분자 재료로서, 직포, 부직포, 매트와 같은 직물 형태를 가질 수도 있고, 플라스틱, 멤브레인, 압출판 또는 3차원 압출 성형 구조물, 네트 등과 같은 형태를 가질 수도 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 특성을 가진 토목섬유를 이용하여 사이드월의 외주측면에 사이드월 보강부를 형성함으로써, 사이드월의 내구성을 증가시킬 수 있는 동시에 외관의 내오염성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 사용가능한 토목섬유는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitril), 및 나일론(nylon)으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유를 직조하여 형성된 다공성의 지오텍스타일(geotextile, 지오멤브레인(geomembranes), 또는 지오그리드(geogrids)일 수 있다. 이중에서도 배수 및 보강 특성이 우수한 지오텍스타일이 타이어 사이드월의 보강 및 외관 내오염성 개선 면에서 바람직할 수 있다.
상기와 같은 토목섬유를 포함하는 사이드월 보강부는 그 형태 및 두께가 특별히 한정되는 것은 아니나, 사이드월에 대한 보강 효과 면에서 사이드월에 대응하는 크기 및 형태를 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 또 그 두께는 0.3 내지 10mm인 것이 바람직할 수 있다. 사이드윌 보강부의 두께가 0.3mm 미만이면 사이드윌에 대해 충분한 보강효과를 나타내기 어렵고, 두께가 10mm를 초과하면 사이드월과의 접착력이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
또, 상기 사이드월의 내측면, 즉 사이드월 보강부가 형성되지 않은 사이드월의 반대측 면에는, 좌우 한 쌍의 비드부(3) 사이에 위치하며 타이어 내부에 타이어 고무 시트와 접합되어 타이어의 골격을 형성하는 카카스(4), 그리고 상기 카커스의 내측에 위치하며 타이어 내부의 공기가 밖으로 빠져나가지 않도록 하는 이너라이너(7)가 위치할 수 있다.
한편, 상기 사이드월의 양단에 구비되어 코드지의 끝부분을 감싸는 비드부는 링 형태의 강선재를 포함하는 비드 코어(5)를 포함하여, 상기 카카스(4)가 비드 코어(5) 주위를 타이어 내측에서 외측으로 감아 올라가고 있다.
또한, 상기 타이어에 있어서, 트레드부에 위치하는 카카스(4)의 외주측면에는 트레드의 탄성을 높이고, 조종성 및 안정성을 갖도록 하는 보강층으로서 벨트층(6)이 위치할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 타이어에 있어서, 사이드월 보강부 및 상기 사이드월 보강부가 부착되는 사이드월을 제외한 타이어의 구성 부분, 즉, 트레드부, 비드부, 및 이외 타이어 고무 시트, 카카스, 이너라이너, 벨트층 등은 공지된 바의 재질 및 형태 모두가 사용될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.
이에 따라 상기 타이어는 사이드월 보강부의 부착이 용이하도록 최적화된 고무 조성물로 사이드월을 제조하고, 또 그린 타이어에 대한 가류 공정 후 사이드월의 외측면에 토목섬유를 부착하는 공정을 더 실시하는 것을 제외하고는 통상의 타이어 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
구체적으로는 타이어 형성용 고무 조성물을 제조하는 정련 공정, 상기 타이어 형성용 고무 조성물을 이용하여 일정한 시트 형태의 반제품을 만드는 압출, 압연, 및 재단 공정, 제조된 반제품을 성형하여 그린 타이어를 만드는 성형 공정, 그리고 그린 타이어에 대한 가류 공정을 실시한 후, 사이드월의 외주측 면에 사이드월에 대응하는 토목섬유를 위치시키고, 열처리하여 사이드월 보강부를 형성함으로서 제조될 수 있다.
이때, 상기 사이드월 보강부를 사이드월에 부착시키기 위한 열처리는 150 내지 200℃에서 실시될 수 있다.
상기 사이드월 보강부의 접착 공정 이외의 공정은 공지된 바의 방법이 사용될 수 있으므로, 본 명세서에서는 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 상기 타이어의 제조시 상기 사이드월 보강부가 부착되는 사이드월은 상기한 사이드월 보강부와의 접착성을 고려할 때 원료고무 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)를 1 내지 50중량부 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물에 의해 제조되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 EPDM은 사이드월과 사이드월 보강부의 접착성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 상기와 같은 함량으로 포함될 때 별도의 접착층 없이 사이드월 보강제를 부착시킬 수 있다. 만약 EPDM의 함량이 1중량부 미만이면 사이드월 보강제의 접착이 어렵고, 50중량부를 초과하면 부타디엔 고무와의 혼합시 혼합성 및 점착성 등의 물성이 현저하게 저하되어 바람직하지 않다.
또, 상기 EPDM은 사이드월의 인장강도 및 접착특성을 고려할 때 EPDM내 에틸렌의 함량이 45 내지 75중량%인 것이 바람직할 수 있다. 또한, EPDM내 에틸렌의 함량이 45 내지 75중량%이고, 에틸리덴 노보넨(ethylidene norbornene)의 함량이 1 내지 5중량%인 것이 보다 바람직할 수 있다. 에틸리덴노보넨의 함량이 상기 범위내일 때 충분한 가교가 형성되어 사이드월의 내마모성 및 접착특성을 향상될 수 있다.
또, 상기한 사이드월용 고무 조성물에 있어서, 원료고무는 천연고무, 합성고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수 있다.
상기 일반적인 천연고무는 천연고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리이소프렌을 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 천연고무에는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무 외에, 예컨대 남미산 사포타과의 고무의 일종인 발라타 등, 트랜스-1,4-이소프렌을 주체로서 포함하는 천연고무도 포함할 수 있다.
상기 변성 천연고무는 상기한 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연고무로는 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.
상기 합성고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 변성 부타디엔 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 비닐 벤질 클로라이드 스티렌 부타디엔 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 스티렌 부타디엔 고무는 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무 (Emul-sion-polymerizes Styrene Butadiene Rubber), 용액 중합 스티렌-부타디엔 고무 (Solution-polymerized Styrene Butadiene Rubber) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 합성고무는 바람직하게 부타디엔 고무일 수 있다. 상기 합성고무로는 상기 부타디엔 고무를 사용하는 경우 반발 탄성 및 내마모성의 향상 면에서 유리한 효과가 있다.
상기 원료고무는 상기 원료고무 100중량부에 대하여 상기 천연고무를 10 내지 80중량부, 바람직하게 30 내지 80중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게 30 내지 75중량부를 포함할 수 있다. 상기 원료고무가 상기 천연고무를 10 내지 80중량부로 포함하는 경우 제반 기계적 물성을 향상시킬 수 있고, 피로 특성을 향상시킬 수 있다.
또 상기 원료고무는 상기 원료고무 100중량부에 대하여 상기 부타디엔 고무를 20 내지 90중량부, 바람직하게 20 내지 70중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게 25 내지 70중량부로 포함할 수 있다. 상기 원료고무가 상기 부타디엔 고무를 10 내지 70중량부로 포함하는 경우 반발 탄성을 향상 시킬 수 있고, 저온 특성을 향상시킬 수 있다.
또 상기한 사이드월용 고무 조성물은 카본 블랙, 실리카 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 보강성 충진제를 더 포함할 수 있다.
상기 보강성 충진제로서 실리카를 사용하는 경우, 실리카의 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 지나치게 낮은 경우, 구체적으로 100㎡/g 미만이면 보강성 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 저하될 우려가 있고, 반면 실리카의 질소흡착 비표면적이 지나치게 높은 경우, 구체적으로 180㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide) 흡착 비표면적이 지나치게 낮을 경우, 구체적으로 110㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강성능이 저하될 우려가 있고, 반면 실리카의 CTAB 흡착 비표면적이 지나치게 높을 경우, 구체적으로 170㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다. 이에 따라 고무 조성물의 보강성능 및 가공성에 미치는 영향을 고려할 때 질소흡착 비표면적이 100 내지 180㎡/g이고, CTAB 흡착 비표면적이 110 내지 170㎡/g인 실리카를 사용하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
상기 실리카로는 습식법 또는 건식법으로 제조된 것을 모두 사용할 수 있으며, 시판품으로는 울트라실 VN2(Evonik사제), 울트라실 VN3(Evonik사제), 울트라실 7000Gr (Evonik사제), Z1165MP(Rhodia사제) 또는 Z165GR(Rhodia사제) 등을 사용할 수 있다.
또, 상기 보강성 충진제로서 카본블랙을 사용하는 경우, 카본블랙의 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 지나치게 높은 경우, 구체적으로 300m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있고, 한편 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 지나치게 낮은 경우, 구체적으로 30m2/g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 지나치게 높은 경우, 구체적으로 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 반면 DBP흡유량이 지나치게 낮은 경우, 구체적으로 60cc/100g 미만이면 오히려 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 저하될 우려가 있다. 이에 따라 고무 조성물의 보강성능 및 가공성에 미치는 영향을 고려할 때 질소흡착 비표면적이 30 내지 300m2/g일 수 있고, DBP흡유량이 60 내지 180cc/100g 인 카본블랙을 사용하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
구체적으로, 상기 카본블랙으로는 N110, N121, N134, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, N332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990 또는 N991 등을 사용할 수 있다.
상기와 같은 보강성 충진제는 타이어 트레드용 고무 조성물의 기계적 특성 개선 효과 및 가공성을 고려할 때 원료고무 100중량부에 대하여 10 내지 100중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 보강성 충진제의 함량이 10중량부 미만이면 기계적 특성 개선 효과가 미미하고, 보강성 충진제의 함량이 100중량부를 초과하면 고무조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다.
또, 상기한 사이드월 고무 조성물은 고무와 고무 사이의 접착(tack) 성능을 더욱 향상시켜 주고, 보강성 충전제와 같은 첨가제들의 혼합성 및 분산성을 증가시켜 개선된 가공성을 나타내도록 접착제를 더 포함할 수 있다.
상기 접착제로는 로진(rosin)계 수지 또는 테르펜(terpene)계 수지와 같은 천연수지계 접착제와, 석유수지, 콜타르(coal tar) 또는 알킬 페놀계 수지 등의 합성수지계 접착제가 사용될 수 있다.
상기 로진계 수지는 로진 수지, 로진 에스터 수지, 수소첨가 로진 에스터 수지, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 테르펜계 수지는 테르펜 수지, 테르펜 페놀 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 석유수지는 지방족계 수지, 산 개질 지방족계 수지, 지환족계 수지, 수소첨가 지환족계 수지, 방향족계(C9) 수지, 수소첨가 방향족계 수지, C5-C9 공중합 수지, 스티렌 수지, 스티렌 공중합 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 콜타르는 쿠마론-인덴 수지(coumarone-indene resin)일 수 있다.
상기 알킬 페놀 수지는 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지일 수 있고, 상기 p-터트-알킬 페놀 포름알데하이드 수지는 p-터트-부틸-페놀 포름알데하이드 수지, p-터트-옥틸-페놀 포름알데하이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 접착제는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 접착제의 함량이 상기 원료고무 100중량부에 대하여 5중량부 초과이면 고무 물성이 저하될 수 있고, 반면 1중량부 미만이면 접착 성능이 불리해질 수 있다.
또, 상기 사이드월용 고무 조성물은 상기한 성분들 외에, 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 연화제, 노화방지제, 또는 가교촉진제 등 통상 타이어 사이드월용 고무 조성물의 물성적 특성 개선을 위해 사용되는 첨가제를 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물이 사용될 수 있다.
상기 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethyltriuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 가류제일 수 있으며, 또 이외 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가류제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등일 수도 있다.
또 상기 유기 과산화물은 벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시프로필)벤젠, 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠, t-부틸퍼옥시벤젠, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 1,1-디부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸실록산, 또는 n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 등일 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
또 상기 사이드월용 고무 조성물에 선택적으로 포함될 수 있는 상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)이다. 이같은 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 또는 크산테이트계 화합물 등이 사용될 수 있다.
또, 상기 술펜아미드계 가류촉진제로는, 예컨대 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 술펜아미드계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티아졸계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아질디설파이드(MBTS), 2-머캅토벤조티아졸의 나트륨염, 2-머캅토벤조티아졸의 아연염, 2-머캅토벤조티아졸의 구리염, 2-머캅토벤조티아졸의 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸4-모르폴리노티오)벤조티아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티아졸계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티우람계 가류촉진제로는, 예컨대 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 예컨대 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 예컨대 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 디티오카르밤산계 가류촉진제로는, 예컨대 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 디티오카르밤산계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 예컨대 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 이미다졸린계 가류촉진제로는, 예컨대 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 고무 물성의 증진을 극대화시키기 위하여 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 포함될 수 있다.
또 상기 사이드월용 고무 조성물에 선택적으로 포함될 수 있는 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(lead oxide), 수산화 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아린산, 스테아린산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
특히, 상기 가류촉진조제로서 상기 산화아연과 상기 스테아린산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아린산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 스테아린산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또 상기 사이드월용 고무 조성물에 선택적으로 포함될 수 있는 상기 연화제는 고무에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위하여 또는 가황 고무의 경도를 저하시키기 위하여 고무 조성물에 첨가되는 것으로, 고무 배합시나 고무 제조시에 사용되는 오일류 기타 재료를 의미한다. 상기 연화제로는 석유계 오일, 식물유지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 석유계 오일로는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 파라핀계 오일의 대표적인 예로 미창 오일 주식회사의 P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6 등을 들 수 있고, 상기 나프텐계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 N-1, N-2, N-3 등을 들 수 있으며, 상기 방향족계 오일의 대표적인 예로는 미창 오일 주식회사의 A-2, A-3 등을 들 수 있다.
그러나, 최근 환경 의식의 고조와 함께 상기 방향족계 오일에 포함된 폴리사이클릭 아로마틱 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, 이하 `PAHs`라 한다)의 함량이 3 중량% 이상일 때는 암 유발 가능성이 높은 것으로 알려진바, TDAE(treated distillate aromatic extract) 오일, MES(mild extraction solvate) 오일, RAE(residual aromatic extract) 오일 또는 중질 나프텐성 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
특히, 상기 연화제로서 사용하는 오일은 상기 오일 전체에 대하여 PAHs 성분의 총 함량이 3중량% 이하이고, 동점도가 95℃ 이상(210 ℉ SUS), 연화제 내의 방향족 성분이 15 내지 25중량%, 나프텐계 성분이 27 내지 37중량% 및 파라핀계 성분이 38 내지 58중량%인 TDAE 오일을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 TDAE 오일은 상기 TDAE 오일을 포함한 타이어 트레드의 저온 특성, 연비 성능을 우수하게 하면서도 PAHs의 암 유발 가능성 등의 환경적 요인에 대해서도 유리한 특성을 갖는다.
상기 식물유지로는 피마자유, 면실유, 아마인유, 카놀라유, 대두유, 팜유, 야자유, 낙화생유, 파인유, 파인타르, 톨유, 콘유, 쌀겨기름, 홍화유, 참기름, 올리브유, 해바라기유, 팜핵유, 동백유, 호호바유, 마카다미아너트유, 사플라워 오일, 동유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 연화제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 50중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
또 상기 사이드월용 고무 조성물에 선택적으로 포함될 수 있는 상기 노화방지제는 산소에 의해서 타이어가 자동 산화되는 연쇄반응을 정지시키기 위하여 사용되는 첨가제이다. 상기 노화방지제로는 아민계, 페놀계, 퀴놀린계, 이미다졸계, 카르밤산 금속염, 왁스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
상기 아민계 노화방지제로는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 페놀계 노화방지제로는 페놀계인 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,2'-이소부틸리덴-비스(4,6-디메틸페놀), 2,6-디-t-부틸-p-크레졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 퀴놀린계 노화방지제로는 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 그 유도체를 사용할 수 있고, 구체적으로 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-아닐리노-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린, 6-도데실-2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 왁스로는 바람직하게 왁시 하이드로카본을 사용할 수 있다.
상기 노화방지제는 노화 방지 작용 이외에 고무에 대한 용해도가 커야 하고, 휘발성이 작고 고무에 대하여 비활성이어야 하며, 가황을 저해하지 않아야 한다는 등의 조건을 고려할 때, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 포함될 수 있다.
또 상기 사이드월용 고무 조성물에 선택적으로 포함될 수 있는 상기 가교촉진제는 통상 EPDM의 가교 촉진을 위해 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로는 부탄디올-디메타크릴레이트(butandiol-dimethacrylate) 등을 들 수 있다.
상기 가교촉진제는 원료고무 100중량부에 대하여 1 내지 2중량부로 포함될 수 있으며, 그 함량이 2중량부를 초과할 경우 지나친 가교밀도로 인해 물성이 저하될 우려가 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 타이어 사이드월용 고무 조성물은 상기한 성분들을 통상의 방법에 따라 혼합하여 제조될 수 있다. 구체적으로는 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계를 포함하는 2단계 연속 공정에 의해 제조될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 타이어 사이드월 형성용 고무 조성물은 최적화된 함량으로 EPDM을 포함함으로써 사이드월 보강부를 형성하는 토목섬유에 대해 우수한 접착력을 나타낼 수 있다.
상기와 같은 제조방법에 따라 제조된 타이어는 사이드월의 외측면에 사이드월 보강부를 포함함으로써, 사이드월의 내구성을 증가시킬 수 있고, 외부 환경으로부터의 오염에 대한 내오염성을 향상시킬 수 있다. 상기 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 타이어는 사이드월의 외측면에 토목섬유를 포함하는 사이드월의 보강부를 포함함으로써, 사이드월의 보강성 및 외관의 내오염성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예: 타이어의 제조]
하기 표 1에 나타난 조성 및 함량으로 혼합된 타이어 사이드월용 고무 조성물을 반바리 믹서에서 혼합하여 마스터 배치를 제조한 후, 170℃에서 15분 동안 가류하여 1.0mm 두께를 가지는 사이드월용 고무 시편을 제조하였다.
상기 사이드월용 고무 시편에 대해 대응하는 형태 및 크기를 갖는 사이드월 보강부를 준비하여 위치시킨 후 150℃의 온도에서 열처리를 실시하여 부착시킴으로써 타이어 시편을 제조하였다. 이때 사이드월 보강부로서는 지오텍스타일(WG-1, ㈜ 에스닷 디자인사제)을 사용하였다.
제조예
천연고무(1) 60
부타디엔 고무 40
카본블랙(2) 40
EPDM(3) 1
접착제(4) 1.5
산화아연 2.0
스테아린산 1.0
파라핀오일 5.0
유황 2.0
가류촉진제 0.7
(단위: 중량부)
(1)천연고무: 천연고무(RSS#3)
(2)카본블랙: 질소흡착 비표면적이 83m2/g이고, n-디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량이 102g/100g이며, 요오드 흡착가가 100mg/g인 카본블랙
(3) EPDM: 에틸렌 52중량% 및 에틸리덴노보넨 4중량%를 포함하는 EPDM
(4) 알킬 페놀계 수지: P-옥틸페놀/포름알데히드 레진
[실험예 1: 사이드월 보강부의 두께에 따른 물성 평가]
사이드월 보강부를 구성하는 토목섬유의 두께를 다양하게 변화시키며, 타이어 사이드월부의 인장 물성 변화를 관찰하였다.
상세하게는 사이드월 보강부를 구성하는 토목섬유로서 0.6nm 및 1.1nm 의 두께를 갖는 지오텍스타일(WG-1 및 WG-2, ㈜ 에스닷 디자인사제)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 타이어 시편을 제조하고, 제조된 시편에 대해 하기와 같은 방법에 따라 물성을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 투과도는 CM-3700A(분광측색계)측정기를 이용하여 450nm에서의 가시광선 투과도 및 380 nm에서 UV 투과도를 각각 측정하였다.
(2) 경도는 DIN 53505에 의해 측정하였다.
(3) 300% 모듈러스는 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
(4) 신율(%)은 ISO 37 규격으로 측정하였고, 파단신율을 나타낸다.
(5) 인장강도(Kgf/cm2): ASTM D412의 방법으로 측정하였고, 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1
토목섬유1) 두께(nm) 0.6 1.1 -
투과도(%) 가시광선 85 80 95
UV 93 89 96
인장물성 경도 55 58 52
300% 모듈러스
(kgf/cm2)		 105 120 90
신율 (%) 450 390 500
인장강도 (kgf/cm2) 145 156 130
1) 지오텍스타일 : 실시예 2-1 및 2-2에서 사용된 토목섬유는 ㈜ 에스닷 디자인의 WG-1 및 WG-2이다.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 토목섬유의 사이드월 보강부를 포함하는 실시예 1 및 2의 타이어는 사이드월 보강부를 포함하지 않는 비교예 1에 비해 현저히 감소된 가시광선 및 UV 투과도를 나타내었으며, 또 인장물성 면에서도 개선된 인장 특성을 나타내었다.
[실험예 2: 타이어의 배수성 및 내오염성 평가]
상기 시험예 1에서 사용된 실시예 1, 2 및 비교예 1의 타이어 시편에 대하여 배수성 및 내오염성을 각각 평가하였다.
상세하게는 배수성은 수분 공급 후 사이드월 시편의 수분량을 측정하기 위하여 MX-50(가열방식 수분계)의 측정방법에 따라 측정하고, 공급한 수분량을 기준으로 계산하여 배수율로 나타내었다.
또 내오염성은 표면 오염 검사기(COMO170)의 측정방법에 따라 측정하고, 오염율로 나타내었다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 비교예 1
배수율 (%) 15 11 90
오염율 (%) 12 7 31
상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 타이어 시편은 비교예 1에 비해 현저히 개선된 배수성 및 내오염성을 나타내었다.
[시험예 3: 사이드월용 고무 조성물내 EPDM의 함량에 따른 접착력 평가]
타이어 사이드월용 고무 조성물내 포함되는 EPDM의 함량에 따른 접착력을 평가하기 위하여, 타이어 사이드월용 고무 조성물내 포함되는 EDPM의 함량을 원료고무 100중량부에 대하여 0, 10, 20, 30, 40 및 50중량부로 다양하게 변화시켜 사용하는 것을 제외하고는 상기 제조예에서와 동일한 방법으로 실시하여 타이어 시편을 제조하고, 인장 시험기를 이용하여 사이드월부와 사이드월 보강부 사이의 접착력을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
EPDM 함량(중량부) Load at Max.Load (Kg)
0 8.35
10 9.33
20 9.40
30 9.42
40 9.33
50 9.02
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 사이드월용 고무 조성물내 EPDM이 포함된 경우가 포함되지 않은 경우에 비해 현저히 증가된 밀착력을 나타내었다. 이 같은 밀착력 증가 효과는 원료고무 100중량부에 대하여 EPDM의 함량이 30중량부일 때 최대 효과를 나타내었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1 트레드부 2 사이드월
3 비드부 4 카카스
5 비드코어 6 벨트층
7 이너라이너 8 사이드월 보강부

Claims (9)

  1. 단면상 지면과 접하는 트레드부, 상기 트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 위치하는 사이드월 및 비드부를 포함하고, 상기 사이드월의 외주측 면에 위치하며, 상기 사이드월에 대응하는 토목섬유(geosynthetics)로 합성섬유를 직조하여 형성된 다공성의 지오텍스타일(geotextile), 지오멤브레인(geomembranes), 및 지오그리드(geogrids)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 사이드월의 보강부를 더 포함하는 타이어.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토목섬유가 두께 0.3 내지 10mm의 지오텍스타일인 것인 타이어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토목섬유가 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitril) 및 나일론(nylon)으로 이루어진 군에서 선택되는 고분자를 포함하는 것인 타이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사이드월이 원료고무 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 1 내지 50중량부 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조된 것인 타이어.
  6. 성형된 그린 타이어를 트레드부, 사이드월 및 비드부를 포함하는 타이어 형상으로 가류시키기 위한 가류 공정 후, 상기 사이드월의 외주측 면에 사이드월에 대응하는 토목 섬유를 위치시킨 후 열처리하여 사이드월 보강부를 형성하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 타이어의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리가 150 내지 200℃에서 실시되는 타이어의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 사이드월이 원료고무 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 1 내지 50중량부를 포함하는 타이어 사이드월용 고무 조성물을 이용하여 제조되는 타이어의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 원료고무는 원료고무 총 중량에 대하여 부타디엔 고무를 20 내지 90중량%로 포함하는 타이어의 제조방법.
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