KR101698581B1 - 타이어 카카스 및 이의 제조방법 - Google Patents

타이어 카카스 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 카카스 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 2층으로 이루어진 타이어 카카스에 있어서, 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 토핑용 고무 조성물이 카카스 코드 하층부에 토핑되고, 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 타이어 카카스 토핑용 고무 조성물이 카카스 코드 상층에 토핑되고, 상기 하층부와 상층부 사이에 개재되는 카카스 코드를 포함함으로써, 내공기 투과성 및 접착력이 우수한 타이어 카카스 및 이를 포함하는 경량화된 타이어를 제공할 수 있다.

Description

타이어 카카스 및 이의 제조방법{TIRE CARCASS AND THE MANUFACTURE METHOD THEREOF}
본 발명은 내공기 투과성이 향상되고 접착력이 우수한 타이어 카카스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
타이어의 인너라이너(Inner Liner)는 타이어 구조 상 가장 안쪽에 위치하여 자동차에 부착시 타이어와 림으로부터 공기가 새지 않고 타이어 내 공기압을 유지시켜 주는 역할을 한다. 이에 따라 타이어 인너라이너용 고무 조성물에 내공기 투과성이 요구된다. 이를 위해서 일반적으로 부틸계 고무를 사용한다. 이러한 부틸계 고무는 타이어 내부로의 공기투과를 막는 역할을 하므로 인너라이너의 내공기 투과성 정도는 타이어 내구성과 직결된다고 할 수 있다.
부틸고무는 카카스 코드 및 토핑 고무 등에 사용되는 디엔계 고무와의 접착력이 불리하기 때문에 부틸계 인너라이너와 카카스층 사이에 천연고무로 이루어진 디엔계 2차 인너라이너를 도입하여 2층의 인너라이너 구조를 형성한다.
이러한 2층의 인너라이너 구조는 기 서술한 바와 같이 부틸계 고무층과 카카스층의 접착력 저하가 생길 수 있는 문제를 방지하고, 부틸계 인너라이너가 카카스로 침투되어 발생할 수 있는 내구성 저하를 방지하는 역할을 할 수 있다.
상세하게 말하면, 부틸계 고무 안쪽에 디엔계 고무가 있어서 고무가 카카스 코드와 접촉하게 되더라도 같은 디엔계 고무이기에 접착력이 크게 떨어지지 않으면서도 내구성 저하가 일어나지 않도록 해 주는 역할을 하는 것이다. 이러한 2층의 인너라이너 구조를 위해서는 성형 이전에 부틸계 인너라이너와 천연고무계(NR계) 인너라이너의 접착을 위한 설비 및 압연 단계가 필요하다.
한편, 최근에 환경에 대한 관심이 높아져서 자동차 산업에서는 타이어의 저연비 성능 향상에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다. 이를 위해 주로 트레드에 대해 고무의 점탄성 물성 향상이나 경량화를 통해 저연비에 기여하고 있으나, 상대적으로 인너라이너에 대해서는 내공기 투과성 및 코드와의 접착력에 대한 부분 때문에 두께를 줄여서 경량화에 기여하는 것 이외에는 한계가 있는 실정이다.
인너라이너의 부틸고무를 카카스 토핑 고무에 도입하여 2층의 인너라이너 구조를 만드는 단계 및 설비를 없애서 타이어 제조 공정의 단순화를 꾀하면서도, 타이어의 경량화에 기여할 수 있는 방법이 연구되고 있으나, 카카스 코드와의 접촉시 접착력이 떨어질 수 있으며, 토핑 고무에 부틸고무를 도입하면 일반적인 인너라이너 구조보다는 두께가 얇아지기 때문에 내공기 투과성이 불리해지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 내공기 투과성이 향상되고 접착력이 우수한 타이어 카카스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 내공기 투과성이 향상되고 접착력이 우수한 타이어 카카스의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카카스 코드, 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물이 상기 카카스 코드 하층부에 토핑된 하층 토핑층, 그리고 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물이 상기 카카스 코드 상층부에 토핑된 상층 토핑층을 포함하는 타이어 카카스를 제공한다.
상기 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물은 부틸고무 65 내지 85 중량부, 천연고무 10 내지 30 중량부 및 에폭시화 천연고무 10 내지 20 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 카본블랙 45 내지 65 중량부, 가류활성제 0.5 내지 2.0 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 1.5 중량부, 및 유황 0.5 내지 1.5 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 부틸고무는 부틸고무(IIR), 브롬화 부틸고무(Br-IIR), 염소화 부틸고무(Cl-IIR)의 할로겐화 부틸고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 에폭시화 천연고무는 천연고무에 에폭시기가 10 내지 50 중량% 도입된 것일 수 있다.
스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 타이어 카카스 상층 토핑용 고무 조성물은 천연고무 60 내지 80 중량부 및 스티렌 부타디엔 고무 20 내지 40 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
또한 본 발명은 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 하층 토핑용 고무를 제조하고, 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 상층 토핑용 고무를 제조하는 단계, 1번 내지 4번 롤로 이루어진 압연 기계를 준비하는 단계, 1번 롤과 2번롤 사이에 상기 상층 토핑용 고무를 투입하는 단계, 3번 롤과 4번롤 사이에 상기 하층 토핑용 고무를 투입하는 단계, 및 2번 롤과 3번롤 사이에 카카스 코드를 통과시키는 단계를 포함하는 타이어 카카스 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 본 발명에 따른 타이어 카카스를 이용하여 제조된 타이어를 제공한다.
상기 타이어는 인너라이너를 포함하지 않는 것일 수 있다.
본 발명은 내공기 투과성 및 접착력이 우수한 타이어 카카스를 제공할 수 있다.
상기 타이어 카카스를 이용하여 별도의 인너라이너 고무 층을 생략할 수 있어 타이어 경량화에 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 타이어는 경량화되어 저연비성 및 친환경성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 타이어 카카스 제조방법은 제조 단계를 단순화시켜 제조 비용 및 시간을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 카카스의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어 카카스의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 카카스(100)의 단면을 나타낸 모식도이다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 타이어 카카스(100)는 카카스 코드(30), 상기 카카스 코드(30) 하층부에 토핑된 하층 토핑층(10), 그리고 상기 카카스 코드(30) 상층부에 토핑된 상층 토핑층(20)을 포함한다.
상기 타이어 카카스(100)는 2층으로 이루어지며, 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물이 상기 카카스 코드(30) 하층부에 토핑되고, 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물이 상기 카카스 코드(30) 상층에 토핑되고, 상기 카카스 하층 토핑층(10)과 카카스 상층 토핑층(20) 사이에 카카스 코드(30)가 개재된다.
(1) 카카스 하층 토핑부 (10)
부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물은 부틸고무 65 내지 85 중량부, 천연고무 10 내지 30 중량부 및 에폭시화 천연고무 10 내지 20 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 카본블랙 45 내지 65 중량부, 가류활성제 0.5 내지 2.0 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 1.5 중량부, 및 유황 0.5 내지 1.5 중량부를 포함한다.
상기 부틸고무는 이소부틸렌과 이소프렌의 공중합체로서, 이소부틸렌-이소프렌 고무라고도 한다. 구체적으로 상기 부틸고무는 부틸고무(IIR), 브롬화 부틸고무(Br-IIR), 염소화 부틸고무(Cl-IIR)의 할로겐화 부틸고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일수 있다.
상기 천연고무는 일반적인 천연고무로서 알려진 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 원산지 등이 한정되지 않는다. 상기 천연고무는 시스-1,4-폴리이소프렌을 주체로서 포함하지만, 요구 특성에 따라서 트랜스-1,4-폴리 이소프렌을 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 천연고무가 30 중량부 초과하여 포함되면 내공기 투과성이 불리해지고, 10 중량부 미만으로 포함되면 접착력이 저하되는 문제점이 있다.
상기 에폭시화 천연고무(Epoxided Nature Rubber, ENR)는 천연고무에 에폭시기가 10 내지 50 중량% 도입된 것일 수 있다.
상기 에폭시기가 10중량% 미만이면 공기투과가 불리해지는 문제가 발생할 수 있고, 50중량%를 초과하면 부착력이 감소하고 가공성이 불리해지는 단점이 있다.
본 발명은 타이어 토핑(Topping)시에 인너라이너 고무 조성물로 쓰이는 부틸고무를 상기 에폭시화 천연고무와 혼합하여 사용함으로써, 별도의 인너라이너 부착 공정을 거치지 않아 성형시간을 단축할 수 있고, 타이어 제조시 인너라이너를 생략할 수 있어 타이어 중량 감소에 기여할 수 있다. 또한 천연고무에 비해 내공기 투과성이 유리한 에폭시화 천연고무를 이용함으로써, 접착력을 높이기 위하여 천연고무를 과량 사용하였을 때 내공기 투과성이 불리해지는 단점을 극복할 수 있다.
상기 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 토핑용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 커플링제, 노화방지제, 또는 점착제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 통상적인 타이어 카카스용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 토핑용 고무 조성물은 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진제는 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 점토(수화규산알루미늄), 수산화알루미늄, 리그닌, 규산염, 활석 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게 카본블랙일 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 100 내지 400m2/g일 수 있고, 수소이온지수 4 내지12일 수 있다. 상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 400m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 100m2/g미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 180cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 수 있고, 60cc/100g 미만이면 충진제인 카본블랙에 의한 보강 성능이 불리해질 수 있다.
또한 본 발명에서 사용되는 카본블랙은 입자크기분포 결과 D50/M이 0.7미만의 제품인 것이 바람직하다. 입자크기분포 D50/M이 0.7이상인 경우 입자크기 분포가 커서 경도가 낮아질 우려가 있다.
상기 카본 블랙으로는, SAF, ISAF, HAF, MAF, FEF, SRF, GPF, APF, FF, CF, SCF 및 ECF와 같은 퍼니스 블랙(퍼니스 카본 블랙); 아세틸렌 블랙(아세틸렌 카본 블랙); FT 및 MT와 같은 서멀 블랙(서멀 카본 블랙); EPC, MPC 및 CC와 같은 채널 블랙(채널 카본 블랙); 그래파이트 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 상기 카본블랙의 대표적인 예로는 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 들 수 있다. 가장 바람직하게는 GPF 그레이드의 카본블랙을 사용할 수 있다.
상기 카본블랙의 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 45 내지 65중량부인 것이 바람직하다.
상기 카본블랙의 함량이 45중량부 미만이면 첨가한 카본블랙에 의한 보강효과가 충분히 얻어지지 않고, 65중량부를 초과하면 고무 내에서의 혼합 불량에 따른 분산성 저하 및 물성 저하가 나타날 우려가 있다.
상기 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물은 가류촉진제를 더 포함할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가황 속도를 촉진하거나 초기 가황 단계에서 지연작용을 촉진하는 촉진제(accelerator)를 의미한다.
상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
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 100 중량부에 대하여 0.5 내지 1.5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 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 스테아르산, 스테아르산 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 스테아르산을 함께 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 산화아연이 상기 스테아르산에 녹아 상기 가류촉진제와 유효한 복합체(complex)를 형성하여, 가황 반응 중 유리한 황을 만들어냄으로써 고무의 가교 반응을 용이하게 한다.
상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부 및 0.5 내지 1.5 중량부로 사용할 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아르산의 함량이 상기 범위 미만인 경우 가황 속도가 느려 생산성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 스코치 현상이 발생하여 물성이 저하될 수 있다.
상기 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 토핑용 고무 조성물(10)은 연화제를 액상고무로 일부분 또는 전량 대체한 것으로서, 상기 연화제는 석유계 오일이다. 따라서, 상기 석유계 오일은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 즉, 상기 석유계 오일은 전량이 상기 액상고무로 대체될 수 있으며, 상기 석유계 오일의 함량이 30 중량부를 초과하는 경우 경도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 액상 고무를 상기 중량비로 포함하는 경우 빙설 노면 및 젖은 노면에서의 제동성능을 향상시키면서 회전저항성능을 동등수준 이상으로 유지할 수 있다.
상기 석유계 오일은 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 방향족계 오일을 사용할 수 있다. 상기 방향족계인 석유계 오일을 사용하는 경우 고무와의 상용성이 최적이고 다량으로 배합할 수 있다는 점에서 보다 바람직하다.
또한 상기 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 토핑용 고무 조성물(10)은 가류제를 포함할 수 있다. 상기 가류제로는 유황계 가류제를 바람직하게 사용할 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 가류제를 사용할 수 있다. 상기 유황 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
(2) 카카스 상층 토핑층 (20)
상기 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 타이어 카카스 상층 토핑용 고무 조성물은 천연고무 60 내지 80 중량부 및 스티렌 부타디엔 고무 20 내지 40 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 함량이 22 내지 25중량%이고, 비닐 함량이 15 내지 18중량%이며, 수평균 분자량(Mn)이 55,000 내지 59,000이고, 중량평균 분자량(Mw)이 260,000 내지 320,000이며, 분자량 분포(MWD)가 3.8 내지 4.2인 것일 수 있고, 부타디엔의 함량이 75 내지 88중량% 이상이고, 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃인 고시스 부타디엔 고무(High Cis-Butadiene rubber)일 수 있다. 또한, 상기 부타디엔 고무는 100℃에서의 무니점도가 43 내지 47인 것일 수 있다.
상기 스티렌 부타디엔 고무가 20 중량부 미만일 경우 접착력이 불리해지며, 40 중량부를 초과하여 포함되는 경우 인장 물성이 불리할 수 있다.
상기 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 타이어 카카스 상층 토핑용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 충진제, 커플링제, 노화방지제, 또는 점착제 등의 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 통상적인 타이어 카카스용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다. 상기 카카스 상층 토핑용 고무 조성물의 추가 첨가제는 상기에서 설명한 바와 동일하다.
(3) 카카스 코드(30)
통상적으로 이용되는 카카스 코드를 이용할 수 있고, 자세하게는 다수개의 스틸코드로 이루진 것일 수 있다.
(4) 타이어 카카스의 제조방법
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어 카카스의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
상기 도 2를 참조하면, 본 발명은 상기 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 하층 토핑용 고무를 제조하고, 상기 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 카카스 상층 토핑용 고무를 제조하는 단계, 1번 내지 4번 롤로 이루어진 압연 기계(200)를 준비하는 단계, 1번 롤과 2번롤 사이에 상기 상층 토핑용 고무(201)를 투입하는 단계, 3번 롤과 4번롤 사이에 상기 하층 토핑용 고무(101)를 투입하는 단계, 2번 롤과 3번롤 사이에 카카스 코드(30)를 통과시키는 단계를 포함하는 타이어 카카스 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 타이어 카카스용 고무 조성물은 카카스 코드와의 접착력이 우수하고, 내공기 투과성이 우수하여 인너라이너 층을 생략할 수 있다. 이로인하여 경량화되고 내구성이 우수한 친환경 타이어를 제조할 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.
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 : 고무 조성물의 제조]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 카카스용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조방법은 도 2에 도사한 바를 참조하여, 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 하층 토핑용 고무를 제조하고, 상기 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 카카스 상층 토핑용 고무를 제조하는 단계, 1번 내지 4번 롤로 이루어진 압연 기계(200)를 준비하는 단계, 1번 롤과 2번롤 사이에 상기 상층 토핑용 고무(201)를 투입하는 단계, 3번 롤과 4번롤 사이에 상기 하층 토핑용 고무(101)를 투입하는 단계, 2번 롤과 3번롤 사이에 카카스 코드(30)를 통과시키는 단계로 실시하였다.
함량 (중량부) 비교예 실시예
1 2 3 1 2 3
인너라이너 고무 층(부틸고무) 있음 인너라이너 고무 층 없음
부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물 부틸고무(1) 70 80 70 70 70
천연고무(2) 30 20 10 20 15
에폭시화 천연고무(3) 0 0 20 10 15
카본블랙(4) 58 58 58 58 58
가류활성제(5) 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
가류촉진제1(6) 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4
유황(7) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물 천연고무(2) 70 70 70 70 70 70
스티렌 부타디엔 고무(8) 30 30 30 30 30 30
카본블랙(4) 50 50 50 50 50 50
오일(9) 10 10 10 10 10 10
점착제(10) 2 2 2 2 2 2
가류활성제(5) 2 2 2 2 2 2
가류촉진제2(11) 1 1 1 1 1 1
유황(7) 4 4 4 4 4 4
(1) 부틸고무: Exxon제 Bromo-Butyl Rubber (무늬 점도 28~36)
(2) 천연고무: SIR-20(Standard Indonesian Rubber)
(3) 에폭시화 천연고무: Epoxidised Natural Block Rubber(에폭시기 20%)
(4) 카본블랙: GPF급의 카본블랙(N660)
(5) 가류활성제: Zinc Oxide 및 Stearic Acid
(6) 가류촉진제1: MBTS(Dibenzothiazole Disulfide)
(7) 유황: 일반 유황(Oil treated sulfur)
(8) 스티렌 부타디엔 고무: SBR1502(스티렌 함량 22 ~ 25중량%)
(9) 오일: Naphthenic Oil
(10) 점착제: Phenol/Formaldehyde Resin
(11) 가류촉진제2: NS(N-tert-butyl-2-benzothiazole-sulfenamide)
[ 실험예 : 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 300% 모듈러스(Modulus, kgf/㎠): 시편으로 길이 100mm, 외폭 25mm, 내폭 5mm인 아령형을 사용하고, 300% 신장시의 인장강도를 ISO 37 규격에 의해 측정하였다. 수치가 높을수록 우수한 강도를 나타낸다.
(2) 기체투과도: 미가류 고무를 이용하여 170℃에서 가류하여 원형 시편(직경 50mm, 두께 250㎛)을 제작한 후, 제조한 시편을 이용하여 측정온도 30℃에서 ISO 2782 시험조건을 기준으로 기체 투과율을 측정하여 Index화 하였으며, 값이 높을수록 내공기 투과성이 유리하다.
(3) 접착력: 미가류 고무를 이용하여 상측 및 하측 시편 (상측: 13mm x 170mm, 하측: 40mm x 160mm 이상)으로 제작한 후, 일정 속도로 상/하측 고무 시편을 접착시킨 후, 즉시 떨어뜨렸을 때의 힘을 측정한다.
(4) 타이어 중량: 상기와 같이 제조한 고무 조성물을 이용하여 폭 205mm, 편평비 65%, 타이어 내부구조 R(Radial), 휠 지름 15in인 타이어를 제조하고 중량을 측정하였다.
항 목 비교예 실시예
1 2 3 1 2 3
300% Modulus(1) 35 40 30 30 38 34
기체투과도 (Index)(2) 100 94 106 112 96 105
접착력 (Index) vs. 카카스 상측 토핑 고무(3) 100 108 95 97 105 103
vs. 카카스 코드(3) 100 107 94 97 104 102
타이어 중량 (kg) 205/65R15 규격(4) 9.1 8.9 8.9 8.9 8.9 8.9
상기 표 2를 참고하면, 인너라이너를 포함하지 않는 비교예 2, 3, 실시예 1 내지 3은 인너라이너를 포함하는 비교예 1에 비하여 더 경량화 된 것을 확인할 수 있었다.
비교예 1 대비하여 천연고무의 양을 증량한 비교예 2의 경우, 모듈러스가 높아지고, 접착력은 상승하였으나, 기체투과도는 저하된 것을 확인할 수 있었다. 이는 천연고무가 내공기 투과성에 불리하다는 것을 증명한다. 반면 비교예 3의 경우는 부틸고무 양을 증가한 것으로 기체투과도는 향상된 반면, 모듈러스 및 접착력이 저하된 것을 알 수 있었다. 이는 부틸고무가 천연고무와의 접착력이 불리하다는 것을 뜻한다.
실시예 1 내지 3은 천연고무 일부를 에폭시화 천연고무로 대체한 것을 나타낸다. 비교예 2의 천연고무를 에폭시화 천연고무로 대체하는 양이 많은 실시예 1의 경우, 비교예 2 대비하여 내공기 투과성이 크게 향상되는 결과를 보였다. 이는 에폭시화 천연고무가 일반 천연고무 대비 내공기 투과성에 유리한 것을 나타낸다. 그러나 접착력은 불리한 수준인 것을 확인할 수 있었다. 실시예 2는 비교예 2에서 대체된 에폭시화 천연고무 양이 적은 것으로 실험 결과, 접착력은 유리한 반면, 내공기 투과성이 불리한 양상을 확인할 수 있었다. 최적의 양을 대체한 실시예 3에서 기체투과도 및 접착력 모두 비교예 대비하여 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 실시예 3의 이러한 결과는 카카스 토핑 고무에 인너라이너를 도입하는 방법에 유리하다.
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.
100: 타이어 카카스
10: 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑부
20: 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑부
30: 카카스 코드
200: 압연 기계
101: 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무
201: 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무

Claims (8)

  1. 카카스 코드,
    부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물이 상기 카카스 코드 하층부에 토핑된 하층 토핑층, 그리고
    스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물이 상기 카카스 코드 상층부에 토핑된 상층 토핑층을 포함하고,
    상기 카카스 하층 토핑용 고무 조성물은 부틸고무 65 내지 85 중량부, 천연고무 10 내지 30 중량부 및 에폭시화 천연고무 10 내지 20 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 카본블랙 45 내지 65 중량부, 가류활성제 0.5 내지 2.0 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 1.5 중량부, 및 유황 0.5 내지 1.5 중량부를 포함하고,
    상기 카카스 상층 토핑용 고무 조성물은 천연고무 60 내지 80 중량부 및 스티렌 부타디엔 고무 20 내지 40 중량부를 포함하고,
    상기 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 함량이 22 내지 25중량%이고, 수평균 분자량(Mn)이 55,000 내지 59,000이고, 중량평균 분자량(Mw)이 260,000 내지 320,000이고, 분자량 분포(MWD)가 3.8 내지 4.2이고, 부타디엔의 함량이 75 내지 88중량%이고, 유리전이온도(Tg)가 -104 내지 -107℃인 고시스 스티렌 부타디엔 고무인 것인
    타이어 카카스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부틸고무는 부틸고무(IIR), 브롬화 부틸고무(Br-IIR), 염소화 부틸고무(Cl-IIR)의 할로겐화 부틸고무 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 타이어 카카스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시화 천연고무는 천연고무에 에폭시기가 10 내지 50 중량% 도입된 것인 타이어 카카스.
  5. 삭제
  6. 제1항에 따른 부틸고무와 에폭시화 천연고무를 포함하는 카카스 하층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 하층 토핑용 고무를 제조하고, 제1항에 따른 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 카카스 상층 토핑용 고무 조성물을 이용하여 상층 토핑용 고무를 제조하는 단계,
    1번 내지 4번 롤로 이루어진 압연 기계를 준비하는 단계,
    1번 롤과 2번롤 사이에 상기 상층 토핑용 고무를 투입하는 단계,
    3번 롤과 4번롤 사이에 상기 하층 토핑용 고무를 투입하는 단계, 및
    2번 롤과 3번롤 사이에 카카스 코드를 통과시키는 단계
    를 포함하는 타이어 카카스 제조방법.
  7. 제6항에 따른 제조방법으로 제조되는 타이어 카카스를 이용하여 제조된 타이어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 타이어는 인너라이너를 포함하지 않는 것인 타이어.

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