KR101787574B1 - 타이어 트레드 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어 원주 방향으로 전개된 실리카 바를 포함하고, 상기 실리카 바의 상부는 노면에 접지되도록 캡 트레드에 노출된 타이어 트레드에 관한 것으로서, 습윤한 노면에서의 그립성능을 향상시켜 고속 주행에 적합한 타이어를 제공할 수 있다.

Description

타이어 트레드 및 이의 제조방법 {TIRE TREAD AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 타이어 트레드의 흡수성 및 배수성이 향상되고, 습윤한 노면에서의 그립성능이 향상된 타이어 트레드에 관한 것이다.
고속으로 주행하는 레이싱 경기에서, 우천시 드라이버들은 타이어의 배수성 및 그립성능 저하의 문제를 겪게된다. 이의 경우 웨트 타이어를 사용하여 그립성능을 보완하게 되지만, 우천시의 젖은 노면뿐만 아니라, 우천 후 노면에 물기가 남아있거나, 표면상으로 드러나지 않지만 습윤한(Damp) 노면에서는 적절한 대안이 없는 실정이다.
종래에는 습윤한 노면에서의 배수성 및 그립성을 향상시키기 위하여 실리카의 함량을 증가시켰는데, 트레드부의 실리카 함량을 증가시킬 경우 (원료 고무 100 중량부에 대하여 100 중량부 이상), 분산성이 나빠서 배합에 어려움이 있고, 이를 극복하기 위해 타이어에 과량의 공기압을 부여하여 트레드부에 배수라인을 형성하는 경우에는, 지속적인 주행시 타이어 내부 열에 의하여 팽창하기 때문에 차체에 큰 무리를 줄 수 있다.
또한, 젖은 노면에서의 주행은 발열에 매우 취약하기 때문에, 배수성의 개선만으로는 경기력 향상을 도모하기 어렵다.
드라이 타이어와 웨트 타이어의 중간인 인터미디에이트 타이어를 사용하더라도, 이는 주행 지속중 노면이 완전히 마를 경우 노면 온도 상승에 의해 빠른 마모를 이야기할 수 있으며, 노면 및 대기 상태에 따라 타이어 사용 여부를 결정하기 어려운 경우가 발생한다.
이에 타이어의 흡수성 및 배수성을 개선하여, 습윤한 노면에서 고속 주행시에도 우수한 그립 성능을 제공할 수 있는 타이어의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 본 타이어 트레드의 흡수성 및 배수성이 향상되고, 습윤한 노면에서의 그립성능이 향상된 타이어 트레드를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 타이어 원주 방향으로 전개된 실리카 바를 포함하고, 상기 실리카 바의 상부는 노면에 접지되도록 캡 트레드에 노출된 것인 타이어 트레드를 제공한다.
상기 실리카 바는 폭 0.2 내지 30 mm, 높이 0.2 내지 30 mm인 것일 수 있다.
상기 실리카 바의 삽입 각도는 언더 트레드부를 기준으로 5 내지 90°인 것일 수 있다.
상기 실리카 바는 트레드 두께 방향으로 상부와 하부에 서로 다른 입자 크기의 실리카가 배열되며, 상기 실리카 바의 상부에는 입경이 1.5 내지 3.0 ㎛인 실리카를 포함하고, 상기 실리카 바의 하부에는 입경이 3.5 내지 5.0 ㎛인 실리카를 포함하는 것일 수 있다.
상기 실리카 바의 상부는 캡 트레드부에 위치하고, 상기 실리카 바의 하부는 언더 트레드부에 위치하는 것일 수 있다.
상기 실리카 바의 상부와 하부는 캡 트레드부에 위치하는 것일 수 있다.
상기 실리카 바는 원료고무 100 중량부, 실리카 30 내지 180 중량부, 및 초미립자 카본블랙 5 내지 50 중량부로 이루어진 마스터배치를 이용하여 제조되는 것일 수 있다.
상기 실리카 바를 포함하는 트레드부는 캡 트레드부와 언더트레드부로 이루어져있고, 상기 실리카 바를 제외한 캡 트레드부는, 원료고무 100 중량부 및 실리카 50 내지 80 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 실리카 바를 포함하는 트레드부는 캡 트레드부와 언더트레드부로 이루어져있고, 상기 실리카 바를 제외한 언더 트레드부는, 원료고무 100 중량부 및 실리카 10 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 원료고무는 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 공액 디엔방향족 비닐 공중합체, 나이트릴 공액 디엔 공중합체, 수소화 니트릴부타디엔고무, 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족비닐의 공중합체, 이소부틸렌과 디엔모노머의 공중합체, 아크릴 고무, 할로겐화 고무, 클로로프렌 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 것일 수 있다.
상기 타이어 트레드는 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류제 0.5 내지 4.0 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 2.0 중량부, 및 노화방지제 0.5 내지 2.0 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 트레드는 슬릭 상태인 것일 수 있다.
또한 본 발명은 실리카 바를 제조하는 단계, 타이어 트레드 조성물을 바 형태로 정련하는 단계, 성형 프레임에 바 형태로 정련된 타이어 트레드 조성물과, 실리카 바를 교대로 위치시키는 단계, 및 압출 공정을 통하여 트레드를 제조하는 단계를 포함하는 타이어 트레드 제조방법을 제공한다.
본 발명은 타이어 트레드의 흡수성 및 배수성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 습윤한 노면에서의 그립성능이 향상된 타이어 트레드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드의 일부분을 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드의 일부분의 단면을 평면도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어 트레드의 일부분의 단면을 평면도로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드의 일부분을 개략적으로 나타낸 구조도(100)로서, (110)은 트레드부, (120)은 실리카 바이다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 타이어 원주 방향으로 전개된 실리카 바(120)를 포함하고, 상기 실리카 바(120)의 상부는 노면에 접지되도록 캡 트레드에 노출된 것인 타이어 트레드를 제공한다.
상기 실리카 바는 노출되어 노면에 직접 접지됨으로써 트레드부의 흡수성 및 배수성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 실리카 바(120)는 폭 0.2 내지 30 mm, 높이 0.2 내지 30 mm의 바, 스트립 또는 코드 형태인 것일 수 있다.
상기 실리카 바(120)는 언더 트레드부를 기준으로 5 내지 90°로 삽입된 것일 수 있고, 타이어 언더 트레드부에 수직으로 삽입되는 것이 가장 바람직하다.
상기 실리카 바(120)는 트레드 두께 방향으로 상부와 하부에 서로 다른 입자 크기의 실리카가 배열되며, 상기 실리카 바(120)의 상부에는 입경이 1.5 내지 3.0 ㎛인 실리카를 포함하고, 상기 실리카 바(120)의 하부에는 입경이 3.5 내지 5.0 ㎛인 실리카를 포함하는 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드의 일부분의 단면을 평면도로 나타낸 것으로, (111)은 캡 트레드부, (112)는 언더 트레드부, (121)은 실리카 바의 상부, (122)는 실리카 바의 하부이다.
상기 실리카 바(120)에 있어서, 노면과 직접 닿는 실리카 바 상부(121)는 하부(122)에 비하여 입자 크기가 작은 실리카를 사용한다. 상기 실리카 바 상부(121)는 입자 크기가 작은 실리카를 사용하여 실리카의 함량을 증가시켰고, 이로인하여 그립력을 향상시키면서도, 배합상의 문제를 해결할 수 있다.
상기 실리카 바 상부(121)의 실라카 입경이 1.5 ㎛ 미만일 경우, 그립력이 향상되지 않으며, 3.0 ㎛를 초과할 경우, 분산성이 저하되어 배합상 문제를 야기할 수 있다.
상기 실리카 바 하부(122)는 상기 실리카 바 상부(121) 보다 큰 크기의 실리카 입자를 사용함으로써, 빠른 속도로 노면의 물을 흡수할 수 있고, 상기 실리카 바 하부(122)에서 입자간 마찰에서 발생하는 압력으로 신속하게 물을 배출할 수 있다.
서로 다른 크기의 실리카 입자간 반복적인 마찰로 인해 젖은 노면에서의 부족한 그립 성능을 향상시켜 타이어의 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 실리카 바의 상부(121)는 캡 트레드부(111)에 위치하고, 상기 실리카 바의 하부(122)는 언더 트레드부(112)에 위치하는 것일 수 있고(도 2), 상기 실리카 바의 상부(121)와 하부(122)가 모두 캡 트레드부(111)에 위치하는 것일 수 있다(도 3).
상기 실리카 바(120)는 원료고무 100 중량부, 실리카 30 내지 180 중량부, 및 초미립자 카본블랙 5 내지 50 중량부로 이루어진 마스터배치를 이용하여 제조되는 것일 수 있다.
상기 실리카 바를 제외한 트레드부(110)는 통상의 타이어 트레드용 조성물의 조성으로 이루어지며 캡 트레드부와 언더 트레드부는 동일한 조성물일 수 도 있고, 상이한 조성물일 수도 있다. 자세하게는 상기 실리카 바(120)를 제외한 캡 트레드부(111)는, 원료고무 100 중량부 및 실리카 50 내지 80 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 또한 상기 실리카 바(120)를 제외한 언더 트레드부는, 원료고무 100 중량부 및 실리카 10 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
이하, 상기 트레드를 제조하기 위한 고무 조성물에 대하여 자세히 설명한다.
(1) 원료고무
상기 원료고무는 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 공액 디엔방향족 비닐 공중합체, 나이트릴 공액 디엔 공중합체, 수소화 니트릴부타디엔고무, 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족비닐의 공중합체, 이소부틸렌과 디엔모노머의 공중합체, 아크릴 고무, 할로겐화 고무, 클로로프렌 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
(2) 실리카
상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 210 내지 680㎡/g일 수 있다. 이는 종래에 적용되는 실리카 입자보다 크게는 3.5배 이상 표면적이 넓다. 실리카는 표면적이 넓은 것을 사용함으로써, 흡습성능이 높아져 하이드로플레이닝(hydroplaning) 현상을 예방할 수 있다.
상기 실리카는 습식법 또는 건식법으로 제조된 것을 모두 사용할 수 있으며, 시판품으로는 울트라실 VN2(Degussa Ag사제), 울트라실 VN3(Degussa Ag사제), Z1165MP(Rhodia사제) 또는 Z165GR(Rhodia사제) 등을 사용할 수 있다.
상기 실리카는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 30 내지 180 중량부로 포함될 수 있고, 30 내지 100 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 60 내지 100 중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 실리카의 함량이 30 중량부 미만인 경우에는 고무의 강도 향상이 부족하고 타이어의 제동 성능이 저하될 수 있으며, 상기 실리카의 함량이 180 중량부를 초과하는 경우에는 마모 성능이 저하될 수 있다.
상기 실리카의 분산성 향상을 위하여 커플링제를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 커플링제로는 설파이드계 실란 화합물, 머캅토계 실란 화합물, 비닐계 실란 화합물, 아미노계 실란 화합물, 글리시독시계 실란 화합물, 니트로계 실란 화합물, 클로로계 실란 화합물, 메타크릴계 실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있고, 설파이드계 실란 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 설파이드계 실란 화합물은 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)디설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)디설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리에톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리메톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필벤조티아졸테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 머캅토 실란 화합물은 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 비닐계 실란 화합물은 에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 아미노계 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 글리시독시계 실란 화합물은 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 니트로계 실란 화합물은 3-니트로프로필트리메톡시실란, 3-니트로프로필트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 클로로계 실란 화합물은 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 2-클로로에틸트리메톡시실란, 2-클로로에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 메타크릴계 실란 화합물은 γ-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 디메틸메톡시실란 및 이들의 조합로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 커플링제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 상기 커플링제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 실리카의 분산성 향상이 부족하여 고무의 가공성이 저하되거나 저연비 성능이 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과하는 경우 실리카와 고무의 상호작용이 너무 강하여 저연비 성능은 우수할 수 있으나 제동 성능이 매우 저하될 수 있다.
(3) 초미립자 카본블랙
본원발명은 그립성능을 향상시킬 목적으로 실리카를 사용하여 배합을 할 경우, 가공성 및 분산성이 불리해지는 문제점을 해결하기 위하여 상호보완성이 우수한 초미립자 카본블랙 및 분산성이 우수한 파우더형 식물계 수지를 함께 사용할 수 있다.
초미립자 카본블랙을 함께 사용함으로써 실리카의 장점을 유지하면서도 고무 조성물의 배합을 용이하게 할 수 있다.
상기 초미립자 카본블랙으로 요오드 흡착가가 200 내지 1000mg/g이고, DBP 흡유량이 150 내지 800ml/100g인 것일 수 있다.
(4) 기타 첨가제
상기 타이어 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 노화방지제, 활성화제, 연화제 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 타이어용 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 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 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, n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 중량부로 포함되는 것이 적절한 가류 효과로서 원료고무가 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해준다는 점에서 바람직하다.
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 2.0 중량부로 포함될 수 있다.
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 1 내지 5 중량부 및 0.5 내지 3 중량부로 사용할 수 있다.
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 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2.0 중량부로 포함될 수 있다.
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 연화제는 가공오일(Process oil) 또는 기타 고무 조성물에 포함되는 오일류를 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 타이어 트레드 제조방법은, 실리카 바를 제조하는 단계, 타이어 트레드 조성물을 바 형태로 정련하는 단계, 성형 프레임에 바 형태로 정련된 타이어 트레드 조성물과, 실리카 바를 교대로 위치시키는 단계, 및 압출 공정을 통하여 트레드를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 정련 및 압출 공정은 110 내지 190 ℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180 ℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계('비생산' 단계라고 함) 및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃ 미만, 예를 들면 40 내지 100 ℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계('생산' 단계라고 함)를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 타이어 트레드는 모든 타이어에 적용 가능하지만, 가장 바람직하게, 슬릭 타이어에 적용할 경우, 더욱 향상된 그립력을 발휘할 수 있다. 슬릭 타이어는 슬릭에 패턴이 들어가는 타이어까지 포함하는 의미이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 트레드를 포함한다.
상기 타이어 트레드를 포함하는 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 오프로드 레이싱용 타이어, 소형 트럭용 타이어(LTR), 승용차용 타이어일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
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 1: 실리카 바의 제조]
실리카, 실란 커플링제, 원료고무, 실리카 및 초미립자 카본블랙으로 구성된 마스터배치 및 첨가제를 혼합하여 폭 0.2 mm, 높이 3 m, 길이는 타이어 호의 길이와 동일하게 하여 실리카 바를 제조하였다.
상기 실리카 바는 트레드 두께 방향으로 상부와 하부에 서로 다른 입자 크기의 실리카가 배열되도록 제조하였으며, 실리카 바 상부의 실리카 직경은 2 ㎛, 실리카 바 하부의 실리카 직경은 4 ㎛인 것을 사용하였다.
[ 제조예 2: 타이어 트레드 고무 조성물의 제조]
상기 제조예 1의 실리카 바를 포함하는 타이어용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 고무 조성물의 제조는 통상의 고무 조성물의 제조방법에 따랐으며 특별히 한정되지 않는다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
원료고무1 ) 100 100 100 100 100 100
실리카 바2 ) 10 20 30 40 50 100
산화아연 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
스테아린산 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
유황 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
촉진제13 ) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
촉진제24 ) 2 2 2 2 2 2
(단위: 중량부)
1) 원료고무: 스티렌-부타디엔 고무.
2) 실리카 바: 제조예 1에서 제조한 실리카 바를 적용하였다.
3) 촉진제 1: TT(티우람계 가류촉진제)
4) 촉진제 2: DPG
[ 제조예 3: 타이어 트레드 및 이를 포함하는 타이어의 제조]
상기 고무 조성물을 사용하여 트레드부를 구성하고 통상의 제조방법에 따라 타이어를 사이즈 280/640R18 Z207, 공기압 200kPa으로 제조하였다.
[ 실험예 : 타이어 성능 평가]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 조성물을 사용하고 트레드부를 구성한 타이어를 탈착하여 그 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1) 혼/배합 성능은 비교예와 실시예간 혼합차트 및 온도 조건등을 비교하여 평가하였다.
*혼/배합 성능 점수 표: 1(매우 나쁨) ~ 10(매우 좋음)
2) 흡수/배출 성능은 배합 후 니더에서의 흡수/배출시간 및 작업성을 평가하였다.
*흡수/배출 성능 점수 표: 1(매우 나쁨) ~ 10(매우 좋음)
3) 그립성능은 상기 고무 조성물을 사용하고 트레드부를 구성한 타이어 사이즈 280/640R18 Z207을 사용하여 공기압 200kPa로 하고, 테스트 드라이버가 젖은 노면 조건에서 서킷 코스(2km)를 10연속 주행 후 매 주행때 마다의 랩 타임을 측정, 초기 그립성능 및 그립 성능의 지속성을 평가하였다.
*그립성능 점수 표: 1(매우 나쁨) ~ 10(매우 좋음)
4) 300% 모듈러스, 신장율은 ISO 37 규격에 의해 측정하였다.
5) 마모도는 JIS K6264에 의해 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
혼/배합 성능1 ) 8 7 6.5 6 6 5.2
흡수성2 ) 2 3 5 6 7 10
배수성2 ) 2 2.5 4.5 5 6 10
젖은 노면 그립성능3 ) 2 2.5 4.5 5 6 10
습윤 노면 그립성능3 ) 2 3 4 7 8 10
드라이 노면 그립성능3 ) 7 6.7 6.7 6.3 6.1 6
300% 모듈러스(Mpa)4 ) 50 55 60 71 78 92
신장율 (%)4) 420 410 405 400 395 375
마모도(Index)5 ) 100 120 123 135 140 160
상기 표 2를 살펴보면, 실리카 바의 비중이 커질수록 흡수성 및 배수성이 향상되고, 습윤한 노면에서의 그립성능이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
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
110: 트레드부
111: 캡 트레드부 112: 언더 트레드부
120: 실리카 바
121: 실리카 바 상부 122: 실리카 바 하부

Claims (13)

  1. 타이어 원주 방향으로 전개된 실리카 바를 포함하고, 상기 실리카 바의 상부는 노면에 접지되도록 캡 트레드에 노출되고,
    상기 실리카 바는 트레드 두께 방향으로 상부와 하부에 서로 다른 입자 크기의 실리카가 배열되며,
    상기 실리카 바의 상부에는 입경이 1.5 내지 3.0 ㎛인 실리카를 포함하고,
    상기 실리카 바의 하부에는 입경이 3.5 내지 5.0 ㎛인 실리카를 포함하고,
    상기 실리카 바는 원료고무 100 중량부, 실리카 100 내지 180 중량부, 및 초미립자 카본블랙 5 내지 50 중량부로 이루어진 마스터배치를 이용하여 제조되는 것인
    슬릭 타이어 트레드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 바는 폭 0.2 내지 30 mm, 높이 0.2 내지 30 mm인 것인 슬릭 타이어 트레드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 바의 삽입 각도는 언더 트레드부를 기준으로 5 내지 90°인 것인 슬릭 타이어 트레드.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 바의 상부는 캡 트레드부에 위치하고,
    상기 실리카 바의 하부는 언더 트레드부에 위치하는 것인
    슬릭 타이어 트레드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 바의 상부와 하부는 캡 트레드부에 위치하는 것인 슬릭 타이어 트레드.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 바를 포함하는 트레드부는 캡 트레드부와 언더트레드부로 이루어져있고,
    상기 실리카 바를 제외한 캡 트레드부는,
    원료고무 100 중량부, 및
    실리카 50 내지 80 중량부
    를 포함하는 것인 슬릭 타이어 트레드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 바를 포함하는 트레드부는 캡 트레드부와 언더트레드부로 이루어져있고,
    상기 실리카 바를 제외한 언더 트레드부는,
    원료고무 100 중량부, 및
    실리카 10 내지 20 중량부
    를 포함하는 것인 슬릭 타이어 트레드.
  10. 제1항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료고무는 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 공액 디엔방향족 비닐 공중합체, 나이트릴 공액 디엔 공중합체, 수소화 니트릴부타디엔고무, 올레핀 고무, 말레산으로 변형된 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 이소부틸렌과 방향족비닐의 공중합체, 이소부틸렌과 디엔모노머의 공중합체, 아크릴 고무, 할로겐화 고무, 클로로프렌 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 슬릭 타이어 트레드.
  11. 제1항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타이어 트레드는 원료고무 100 중량부에 대하여, 가류제 0.5 내지 4.0 중량부, 가류촉진제 0.5 내지 2.0 중량부, 및 노화방지제 0.5 내지 2.0 중량부를 더 포함하는 것인 슬릭 타이어 트레드.
  12. 삭제
  13. 실리카 바를 제조하는 단계,
    타이어 트레드 조성물을 바 형태로 정련하는 단계,
    성형 프레임에 바 형태로 정련된 타이어 트레드 조성물과, 실리카 바를 교대로 위치시키는 단계, 및
    압출 공정을 통하여 트레드를 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 트레드 조성물과, 실리카 바를 교대로 위치시키는 단계에서, 상기 실리카 바는 원주 방향으로 전개되며, 실리카 바의 상부는 노면에 접지되도록 캡 트레드에 노출되게 배치되고,
    상기 실리카 바는 트레드 두께 방향으로 상부와 하부에 서로 다른 입자 크기의 실리카가 배열되며,
    상기 실리카 바의 상부에는 입경이 1.5 내지 3.0 ㎛인 실리카를 포함하고,
    상기 실리카 바의 하부에는 입경이 3.5 내지 5.0 ㎛인 실리카를 포함하고,
    상기 실리카 바는 원료고무 100 중량부, 실리카 100 내지 180 중량부, 및 초미립자 카본블랙 5 내지 50 중량부로 이루어진 마스터배치를 이용하여 제조되는 것인
    슬릭 타이어 트레드 제조방법.
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