KR101586265B1 - 타이어용 고무 조성물 - Google Patents
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Abstract
클레이를 배합하면서 고무 경도, 강도 및 가공성을 종래 레벨 이상으로 향상하도록 한 타이어용 고무 조성물을 제공한다. 디엔계 고무 100중량부에, 카본 블랙을 30 ~ 100중량부, 무기 충전제를 10 ~ 80중량부 배합하는 것과 함께, 상기 무기 충전제가, 입자경 5μm 이하의 입자가 20 ~ 80%이고, 상기 무기 충전제에 있어서의 알루미늄 함유율을 Wal중량%, 규소 함유율을 Wsi중량%로 할 때, 알루미늄 함유율 Wal이 11 ~ 40중량%, 알루미늄과 규소의 합계에 대한 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)×100이 15 ~ 38중량%인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 고무 경도, 강도 및 가공성을 종래 레벨 이상으로 향상하도록 한 타이어용 고무 조성물에 관한 것이다.
종래, 타이어용 고무 조성물에는, 증량 효과(코스트 삭감)나 성형 안정성을 확보하는 목적으로 클레이가 배합되는 일이 있다. 그러나, 카본 블랙 대신에 클레이를 배합한 고무 조성물은, 카본 블랙을 배합한 고무 조성물에 비하여, 고무 경도, 강도가 저하한다고 하는 과제가 있었다.
특허 문헌 1은, 평균 입자경이 10μm 이하의 클레이 및 질소 흡착 비표면적이 70 ~ 300m2/g의 카본 블랙을 배합한 타이어 트레드용 고무 조성물을 제안하고 있다.
그러나, 평균 입자경 10μm 이하의 클레이를 배합한 고무 조성물에서는, 그 가공성이 악화되는 일이 있고, 고무 경도, 강도와 가공성을 양립하는 타이어용 고무 조성물은 아직도 확립되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 클레이를 배합하면서 고무 경도, 강도 및 가공성을 종래 레벨 이상으로 향상하도록 한 타이어용 고무 조성물을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 타이어용 고무 조성물은, 디엔계 고무 100중량부에, 질소 흡착 비표면적이 15 ~ 40m2/g, DBP 흡수량이 50 ~ 120ml/100g인 카본 블랙을 30 ~ 100중량부, 무기 충전제를 10 ~ 80중량부 배합하는 것과 함께, 상기 무기 충전제가, 입자경 5μm 이하의 입자가 20 ~ 80%이고, 상기 무기 충전제에 있어서의 알루미늄 함유율을 Wal중량%, 규소 함유율을 Wsi중량%로 할 때, 알루미늄 함유율 Wal이 11 ~ 40중량%, 알루미늄과 규소의 합계에 대한 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)×100이 15 ~ 38중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 타이어용 고무 조성물은, 입자경 및 알루미늄 및 규소의 함유율을 한정한 특정의 무기 충전제를 배합하도록 하였기 때문에 고무 경도, 강도 및 가공성을 종래 레벨 이상으로 개량할 수 있다.
상기 카본 블랙으로서는, 질소 흡착 비표면적이 15 ~ 40m2/g, DBP 흡수량이 50 ~ 120ml/100g인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어용 고무 조성물을 사용하여 비드부를 형성한 공기입 타이어는, 뛰어난 타이어 성능을 가지는 공기입 타이어를, 그 높은 품질을 안정적으로 유지하여 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 타이어용 고무 조성물을 사용한 공기입 타이어의 실시 형태의 일례를 도시하는 타이어 자오선 방향의 부분 단면도이다.
도 1은, 타이어용 고무 조성물을 트레드부에 사용한 공기입 타이어의 실시 형태의 일례를 도시하고, 트레드부(1), 사이드 월부(2), 비드부(3)로 이루어진다. 이 중 비드부(3)는 본 발명의 타이어용 고무 조성물이 사용되고 있다.
도 1에 있어서, 좌우의 비드부(3) 사이에 타이어 경방향으로 연재(延在)하는 보강 코드를 타이어 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배열하여 고무층에 매설한 2층의 카커스층(4)이 연설(延設)되고, 그 양 단부가 비드부(3)에 매설한 비드 코어(5)의 둘레에 비드 필러(6)을 끼워 넣도록 하여 타이어 축 방향 내측으로부터 외측으로 되접어 꺾여 있다. 카커스층(4)의 내측에는 이너 라이너층(7)이 배치되어 있다. 트레드부(1)의 카커스층(4)의 외주(外周) 측에는, 타이어 둘레 방향으로 경사하여 연재하는 보강 코드를 타이어 축 방향으로 소정의 간격으로 배열하여 고무층에 매설한 2층의 벨트층(8)이 배설되어 있다. 이 2층의 벨트층(8)의 보강 코드는 층 사이에서 타이어 둘레 방향에 대한 경사 방향을 서로 역방향으로 하여 교차하고 있다. 벨트층(8)의 외주 측에는, 벨트 커버층(9)이 배치되어 있다. 이 벨트 커버층(9)의 외주 측에, 트레드부(1)가 트레드 고무층(12)에 의하여 형성된다. 각 사이드 월부(2)의 카커스층(4)의 외측에는 사이드 고무층(13)이 배치되고, 각 비드부(3)의 카커스층(4)의 되접어 꺾음부 외측에는 림 쿠션 고무층(14)이 설치되어 있다.
본 발명의 타이어용 고무 조성물의 고무 성분은 디엔계 고무로 이루어진다. 디엔계 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 부틸 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무가 바람직하다. 디엔계 고무가, 천연 고무 및 스티렌-부타디엔 고무로 이루어질 때, 그 호적(好適)한 조성은, 천연 고무가 디엔계 고무 100중량% 중, 바람직하게는 30 ~ 90중량%, 보다 바람직하게는 50 ~ 80중량%이고, 스티렌-부타디엔 고무가 바람직하게는 10 ~ 70중량%, 보다 바람직하게는 20 ~ 50중량%이다.
이 고무 조성물은, 상술한 디엔계 고무에, 카본 블랙 및 무기 충전제를 반드시 배합한다. 무기 충전제의 배합량은, 디엔계 고무 100중량부에 대하여, 10 ~ 80중량부, 바람직하게는 20 ~ 60중량부이다. 무기 충전제의 배합량을 10 ~ 80중량부로 하는 것에 의하여, 특정의 무기 충전제를 배합하는 효과를 고무 조성물의 특성에 반영시킬 수 있다.
무기 충전제는, 입자경이 5μm 이하의 입자의 비율을 20 ~ 80%, 바람직하게는 20 ~ 60%로 한다. 5μm 이하의 입자의 비율을 20% 이상으로 하는 것에 의하여 고무 조성물의 고무 경도, 강도 등의 보강 성능을 높게 할 수 있다. 또한 5μm 이하의 입자의 비율을 80% 이하로 하는 것에 의하여 고무 조성물의 점도의 증대를 억제하여 양호한 가공성을 얻을 수 있다. 본 명세서에 있어서 무기 충전제의 입자경은, JIS 8825-1에 기초하여, 레이저 회절법에 의하여 측정하는 것으로 한다. 또한 5μm 이하의 입자의 비율은, 얻어진 측정값으로부터 입자경과 그 개수의 관계를 나타내는 누적 입도 분포를 구하고, 5μm 이하의 입자의 수 비율을 산출하였다.
또한 무기 충전제는, 알루미늄 및 규소를 포함하는 무기 충전제이다. 본 발명에서는, 무기 충전제의 알루미늄 함유율을 Wal중량%, 규소 함유율을 Wsi중량%로 할 때, 알루미늄 함유율 Wal을 11 ~ 40중량%, 알루미늄과 규소의 합계에 대한 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)×100을 15 ~ 38중량%로 한다.
무기 충전제의 알루미늄 함유율 Wal은 11 ~ 40중량%, 바람직하게는 11 ~ 35중량%이다. 알루미늄 함유율 Wal을 11중량% 이상으로 하는 것에 의하여, 고무 조성물의 경도를 향상할 수 있다. 또한 알루미늄 함유율 Wal을 40중량% 이하로 하는 것에 의하여, 고무 조성물의 가공성을 좋아지게 할 수 있다.
무기 충전제의 알루미늄과 규소의 합계에 대한 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)×100은 15 ~ 38중량%, 바람직하게는 16 ~ 35중량%이다. 비율 Wal/(Wal+Wsi)×100을 15중량% 이상으로 하는 것에 의하여, 고무 조성물의 경도·인장 강도를 증대하여, 양호한 보강성을 얻을 수 있다. 또한 비율 Wal/(Wal+Wsi)×100을 38중량% 이하로 하는 것에 의하여, 고무 조성물의 점도의 증대를 억제하여 양호한 가공성을 얻을 수 있다.
본 명세서에 있어서 무기 충전제에 있어서의 알루미늄 함유율 Wal중량%, 규소 함유율 Wsi중량%는, JIS K0119에 기초하여, 형광 X선 분석법에 의하여 측정하는 것으로 한다.
무기 충전제의 종류로서는, 상술한 입자경 및 알루미늄, 규소의 조성 범위를 만족시키는 한 특별히 한정되는 것은 아니다. 무기 충전제로서는, 예를 들어 클레이, 운모류, 납석 광물류 등을 예시할 수 있다. 그 중에서도 클레이가 바람직하다.
본 발명의 고무 조성물은, 카본 블랙을 반드시 배합한다. 카본 블랙의 배합량은, 디엔계 고무 100중량부에 대하여, 30 ~ 100중량부, 바람직하게는 40 ~ 85중량부이다. 카본 블랙의 배합량을 30중량부 이상으로 하는 것에 의하여, 인장 강도·경도를 향상할 수 있다. 또한 카본 블랙의 배합량을 100중량부 이하로 하는 것에 의하여, 가공성의 악화를 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 타이어용 고무 조성물에 있어서, 상술한 무기 충전제와 카본 블랙의 배합량의 비로서는, 중량비 (무기 충전제/카본 블랙)이 바람직하게는 (10/90) ~ (70/30), 보다 바람직하게는 (30/70) ~ (60/40)으로 하면 된다. 중량비 (무기 충전제/카본 블랙)을 (10/90) 이상으로 하는 것에 의하여, 가공성의 악화를 억제할 수 있다. 또한 중량비 (무기 충전제/카본 블랙)을 (70/30) 이하로 하는 것에 의하여, 가공성을 좋아지게 할 수 있다.
카본 블랙의 질소 흡착 비표면적은, 바람직하게는 15 ~ 40m2/g, 보다 바람직하게는 25 ~ 35m2/g으로 하면 된다. 질소 흡착 비표면적을 15m2/g 이상으로 하는 것에 의하여 경도를 증대할 수 있다. 또한 질소 흡착 비표면적을 40m2/g 이하로 하는 것에 의하여 가공성을 좋아지게 할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 카본 블랙의 질소 흡착 비표면적은, ASTM D1993-03에 기초하여 BET법으로 측정된 것이다.
카본 블랙의 DBP 흡수량은, 바람직하게는 50 ~ 120ml/100g, 보다 바람직하게는 80 ~ 100ml/100g으로 하면 된다. DBP 흡수량을 50ml/100g 이상으로 하는 것에 의하여, 인장 강도·경도를 증대할 수 있다. 또한 DBP 흡수량을 120ml/100g 이하로 하는 것에 의하여 가공성 악화를 억제할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 카본 블랙의 DBP 흡수량은, JIS K6217-4에 기초하여 BET법으로 측정된 것이다.
본 발명에 있어서, 고무 조성물에는, 상기의 한정된 무기 충전제, 카본 블랙 이외의 다른 충전제를 배합할 수 있다. 다른 충전제로서는, 예를 들어 탤크, 마이카, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 산화알루미늄, 산화티탄 등이 예시된다.
본 발명의 타이어용 고무 조성물에 있어서, 고무 조성물은, 가류 또는 가교제, 가류 촉진제, 노화 방지제, 가소제, 가공 조제, 액상(液狀) 폴리머, 테르펜계 수지, 열 경화성 수지 등의 타이어용 고무 조성물에 일반적으로 사용되는 각종 첨가제를, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 배합할 수 있고, 이러한 첨가제는 일반적인 방법으로 혼련하여 고무 조성물로 하고, 가류 또는 가교하는데 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 배합량은 본 발명의 목적에 반하지 않는 한, 종래의 일반적인 배합량으로 할 수 있다. 본 발명의 타이어용 고무 조성물은, 통상의 고무용 혼련 기계, 예를 들어, 밴버리 믹서, 니더, 롤 등을 사용하여, 상기 각 성분을 혼합하는 것에 의하여 제조할 수 있다.
본 발명의 타이어용 고무 조성물은, 공기입 타이어의 트레드부, 사이드 월부, 비드부를 형성하는데 사용할 수 있다. 그 중에서도 비드부를 이 타이어용 고무 조성물로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 타이어용 고무 조성물을 사용하여 비드부를 형성한 공기입 타이어는, 고무 조성물의 고무 경도, 강도가 높기 때문에, 조종 안정성, 내구성 등의 타이어 성능이 뛰어나다. 또한 고무 조성물의 가공성이 양호하기 때문에, 그 높은 품질을 안정적으로 유지하여 제조할 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 한층 더 설명하지만, 본 발명의 범위는 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
표 4에 나타내는 배합제를 공통 배합으로 하고, 표 1, 2에 나타내는 배합으로 이루어지는 14종류의 타이어용 고무 조성물(실시예 1 ~ 6, 비교예 1 ~ 8)을, 유황, 가류 촉진제를 제외하는 성분을 1.8L의 밀폐형 믹서로 160℃, 5분간 혼련하여 마스터 배치로 하여 방출하였다. 이 마스터 배치에, 유황, 가류 촉진제를 가하여 오픈 롤로 혼련하는 것에 의하여 타이어용 고무 조성물을 조제하였다. 덧붙여, 표 4에 기재한 공통 배합제의 첨가량은, 표 1, 2에 기재한 디엔계 고무 100중량부(정미(正味)의 고무량 100중량부)에 대한 중량부로 나타내었다.
얻어진 14종류의 타이어용 고무 조성물에 관하여, 하기에 나타내는 방법으로 무니 점도를 측정하는 것에 의하여 가공성을 평가하였다.
가공성(무니 점도)
얻어진 고무 조성물의 무니 점도를 JIS K6300에 준거하여, 무니 점도계로 L형 로터(38.1mm 직경, 5.5mm 두께)를 사용하여, 예열 시간 1분, 로터의 회전 시간 4분, 100℃, 2rpm의 조건으로 측정하였다. 얻어진 결과는, 비교예 1의 값을 100으로 하는 지수로 하여, 표 1, 2의 「가공성」의 란에 나타내었다. 이 지수가 작을수록 점도가 작아 가공성이 뛰어난 것을 의미한다.
얻어진 14종류의 타이어용 고무 조성물을 소정 형상의 금형 중에서, 160℃, 20분간 프레스 가류하여 가류 고무 시험편을 제작하고, 하기에 나타내는 방법으로 고무 경도 및 인장 강도를 평가하였다.
고무 경도
얻어진 가류 고무 시험편의 고무 경도를, JIS K6253에 준거하여, 듀로미터의 타입 A에 의하여 온도 20℃에서 측정하였다. 얻어진 결과는, 비교예 1의 값을 100으로 하는 지수로 하여, 표 1, 2의 「고무 경도」의 란에 나타내었다. 이 지수가 클수록, 고무 경도가 크고 기계적 특성이 뛰어난 것, 또한 공기입 타이어로 하였을 때 조종 안정성이 뛰어난 것을 의미한다.
인장 강도
얻어진 가류 고무 시험편으로부터, JIS K6251에 준거하여 JIS3호 덤벨형 시험편(두께 2mm)을 뚫어, 온도 20℃에서 500mm/분의 인장 속도로 시험을 행하여, 인장 파단 강도를 측정하였다. 얻어진 결과는, 비교예 1의 값을 100으로 하는 지수로 하여, 표 1, 2의 「인장 강도」의 란에 나타내었다. 이 지수가 클수록, 인장 파단 강도가 크고 기계적 특성이 뛰어난 것, 또한 공기입 타이어로 하였을 때 내마모성 및 조종 안정성이 뛰어난 것을 의미한다.
덧붙여, 표 1, 2에 있어서 사용한 원재료의 종류를 하기에 나타낸다.
·NR: 천연 고무, STR-20
·SBR: 유화 중합 스티렌-부타디엔 고무, 닛폰 제온샤(ZEON CORPORATION)제 Nipol 1502
·카본 블랙 1: 질소 흡착 비표면적(BET)이 35m2/g, DBP 흡수량이 85ml/100g, 신닛카 카본샤(NSCC Carbon Co.,Ltd)제 N660(니테론 #GN)
·카본 블랙 2: 질소 흡착 비표면적(BET)이 90m2/g, DBP 흡수량이 122ml/100g, 타이 카본 블랙 퍼블릭(THAI CARBON BLACK PUBLICK CO.)제 N339(THAIBLACK N339)
·클레이 1 ~ 클레이 9: 표 3에 나타내는, 5μm 이하의 입자 비율, 알루미늄 함유율 및 알루미늄과 규소의 합계에 대한 알루미늄의 비율의 화학 조성의 클레이
표 4에 있어서 사용한 원재료의 종류를 하기에 나타낸다.
·산화아연: 세이도 카가쿠 코교샤(正同化學工業社)제 산화아연 3종
·스테아린산: 니치유샤(日油社)제 비즈 스테아린산 YR
·오일: 쇼와 쉘 세키유샤(SHOWA SHELL SEKIYU K. K.)제 엑스트랙트 4호S
·유황: 호소이 카가쿠 코교샤(細井化學工業社)제 유처리 유황
·가류 촉진제: 오우치 신코 카가쿠 코교샤(大內新興化學工業社)제 노크셀러 CZ-G
표 1로부터 분명한 바와 같이 실시예 1 ~ 6의 타이어용 고무 조성물은, 가공성, 고무 경도 및 인장 강도를 종래 레벨 이상으로 개량하는 것이 확인되었다.
이것에 대하여, 비교예 1의 타이어용 고무 조성물은, 클레이 3의 알루미늄 함유율 Wal이 11중량% 미만, 알루미늄과 규소의 합계에 대한 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)가 15중량% 미만이기 때문에, 가공성, 고무 경도 및 인장 강도를, 실시예 1 ~ 4의 고무 조성물과 같이는 개량할 수 없다.
비교예 2 및 3의 타이어용 고무 조성물은, 클레이 1 및 2의 알루미늄 함유율 Wal이 11중량% 미만, 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)가 15중량% 미만, 또한 5μm 이하의 입자 비율이 20% 미만이기 때문에, 가공성 및 고무 경도를 개량할 수 없고, 인장 강도가 악화된다.
비교예 4의 타이어용 고무 조성물은, 클레이 4의 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)가 38중량%를 넘고, 또한 5μm 이하의 입자 비율이 80%를 넘기 때문에, 가공성이 악화된다.
비교예 5의 타이어용 고무 조성물은, 클레이 5의 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)가 38중량%를 넘기 때문에, 가공성이 악화된다.
비교예 6의 타이어용 고무 조성물은, 특정의 클레이를 배합하지 않고, 카본 블랙만을 배합하였기 때문에, 가공성이 악화된다.
비교예 7의 타이어용 고무 조성물은, 카본 블랙을 배합하지 않았기 때문에, 인장 강도, 경도가 악화된다.
1: 트레드부
2: 사이드 월부
3: 비드부
4: 카커스층
5: 비드 코어
6: 비드 필러
7: 이너 라이너층
8: 벨트층
9: 벨트 커버층
2: 사이드 월부
3: 비드부
4: 카커스층
5: 비드 코어
6: 비드 필러
7: 이너 라이너층
8: 벨트층
9: 벨트 커버층
Claims (3)
- 디엔계 고무 100중량부에, 질소 흡착 비표면적이 15 ~ 40m2/g, DBP 흡수량이 50 ~ 120ml/100g인 카본 블랙을 30 ~ 100중량부, 무기 충전제를 10 ~ 80중량부 배합하는 것과 함께, 상기 무기 충전제가, 입자경 5μm 이하의 입자가 20 ~ 80%이고, 상기 무기 충전제에 있어서의 알루미늄 함유율을 Wal중량%, 규소 함유율을 Wsi중량%로 할 때, 알루미늄 함유율 Wal이 11 ~ 40중량%, 알루미늄과 규소의 합계에 대한 알루미늄의 비율 Wal/(Wal+Wsi)×100이 15 ~ 38중량%인 것을 특징으로 하는 타이어용 고무 조성물.
- 제1항에 기재된 타이어용 고무 조성물로 비드부를 형성한 공기입 타이어.
- 삭제
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