KR101836632B1 - 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층 및 이를 포함한 타이어에 관한 것으로 타이어에서 벨트와 캡트레드 사이에 배치되는 언더 트레드를 원료고무, 충진제, 황, 배합첨가제, 접착활성제를 포함하는 언더 트레드 대체용 접착층로 대체하여 기존 천연고무 베이스의 고무배합에 기계적 물성을 유지함과 동시에 접착성능을 향상시켜 타이어의 내구성을 향상시키며 접착성능의 향상으로 두께를 최소화하여 타이어의 무게를 줄일 수 있고, 자동차의 연비를 향상시킨다.

Description

타이어의 언더 트레드 대체용 접착층{Sticky layer for replacement of undertread}
본 발명은 타이어의 언더트레드 대체용 접착층 및 이를 포함한 타이어에 관한 것으로 언더 트레드를 접착층으로 대체하여 타이어를 경량화하는 타이어의 언더트레드 대체용 접착층 및 이를 포함한 타이어에 관한 발명이다.
도 1은 일반적인 타이어를 도시한 도면이며, 도 1을 참고하면 타이어는 타이어의 내부를 구성하는 인너라이너(10)와, 상기 인너라이너(10)의 외주에 적층되는 카카스(20)와, 상기 카카스(20)의 외주에 적어도 2층 이상 적층되는 벨트(30)와, 상기 벨트(30)의 외주에 적층되는 언더트레드(31), 상기 언더트레드(31) 상에 적층되며 지면과 접촉하는 캡트레드(40), 타이어의 양쪽 측부를 구성하는 양쪽 사이드월(50, 50) 및 휠에 결합되어 공기압을 유지하는 양쪽 비드(60, 60)를 포함한다.
상기 언더트레드(31)는 통상적으로 폴리머 (NR or BR의 조합), 충진제 (카본블랙), 가공조제로 제조되며 1mm ~ 3mm의 두께로 제조된다.
일반적으로 세계적인 환경규제와 온실가스 저감에 대한 요구에 부합하기 위함뿐만 아니라, 보다 경제적인 차량에 대한 소비자 니즈를 만족시키기 위하여 저연비와 경량 차량 연구가 활발히 진행중이다.
타이어는 자동차에서 유일하게 지면과 접하는 부품으로서 연비에 미치는 영향이 매우 높다.
따라서 타이어를 경량화하여 자동차의 연비를 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.
국내특허공개 제2003-0092374호 '고속 타이어용 언더트레드 고무조성물'(2003.12.06 공개)
본 발명의 목적은 기존 천연고무 베이스의 고무배합에 기계적 물성을 유지함과 동시에 접착성능을 향상시키며 두께를 최소화하여 무게를 경량화한 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층 및 이를 포함한 타이어를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층은 원료고무, 충진제, 황, 배합첨가제, 접착활성제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층은 0.05mm ~ 0.5mm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 원료고무는 천연고무(NR)과 합성고무(Nd-BR, 네오디뮴 부타디엔 고무)을 혼합한 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 충진제는 카본블랙이고 상기 원료고무 100중량부에 대하여 20 ~ 70중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 황은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부로 포함되며, 상기 배합첨가제는 상기 원료고무 100중량부에 대하여 가황촉진제 1 ~ 3 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 오일 0초과 ~ 30이하 중량부, 고무의 가황(가류)을 활성화시키는 활성제로 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 ZnO 1 ~ 6 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 노화방지제로 2 ~ 8 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 가황촉진제로 TMTD(Tetramethyl thiuram disulfide) 및 CBS(N-Cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide) 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 활성제는 스테아린산일 수 있다.
본 발명에서 상기 노화방지제로 TMQ(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline) 및 6PPD(N-(1,3-DIMETHYBUTYL)-N'-PHENYL-P-PHENYLENEDIAMINE) 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 접착활성제는 하이드로 카본과 알킬 페놀을 포함하며 함유량은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 10 초과 30 미만의 중량비를 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 하이드로 카본은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부로 함유되고, 상기 알킬 페놀은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부로 함유될 수 있다.
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본 발명은 기존 천연고무 베이스의 고무배합에 기계적 물성을 유지함과 동시에 접착성능을 향상시켜 타이어의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명은 접착성능의 향상으로 두께를 최소화하여 타이어의 무게를 줄일 수 있고, 자동차의 연비를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 타이어를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 타이어의 일 실시예를 도시한 단면도.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 타이어의 일 실시예를 도시한 단면도로서, 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 의한 타이어는 타이어의 내부를 구성하는 인너라이너(1)와, 상기 인너라이너(1)의 외주에 적층되는 카카스(2)와, 상기 카카스(2)의 외주에 적층되는 벨트(3)와, 상기 벨트(3)의 외주에 적층되는 언더 트레드 대체용 접착층(3a), 상기 언더 트레드 대체용 접착층(3a) 상에 적층되며 지면과 접촉하는 캡트레드(4), 타이어의 양쪽 측부를 구성하는 양쪽 사이드월(5) 및 휠에 결합되어 공기압을 유지하는 양쪽 비드(6)를 포함한다.
상기 벨트(3)는 적어도 2층 이상 적층되는 것이 바람직하다.
상기 언더 트레드 대체용 접착층(3a)은 상기 벨트(3)와 상기 캡트레드 사이에 배치되어 상기 벨트와 상기 캡트레드를 서로 접착시키게 된다.
상기 언더 트레드 대체용 접착층(3a)은 원료고무, 충진제, 황, 배합첨가제, 접착활성제를 포함한다.
상기 언더 트레드 대체용 접착층(3a)은 기존의 언더 트레드를 대체하는 접착층으로 트레드의 발열을 최소화하기 위해 내발열 특성을 가지고, 0.05mm ~ 0.5mm의 두께를 가지도록 형성된다.
상기 원료고무는 천연고무(NR)과 합성고무(Nd-BR, 네오디뮴 부타디엔 고무)을 혼합한 것을 일 예로 한다.
다만, 상기 원료고무는 천연고무가 50 이하의 중량비를 가지고 합성고무가 50 이상의 중량비를 가지는 경우 반제품의 가공성(압출성, 반제품 고무간 접착) 저하로 타이어의 생산이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 상기 충진제는 카본블랙이고 상기 원료고무 100중량부에 대하여 20 ~ 70중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 충진제 즉, 상기 카본블랙의 함유량이 상기 원료고무 100중량부에 대하여 20 중량부 미만인 경우 인장강도가 저하되며, 상기 카본블랙의 함유량이 상기 원료고무 100중량부에 대하여 70 중량부를 초과하는 경우 경도가 과다상승하는 문제점이 있다.
상기 황은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부로 포함되며, 상기 배합첨가제는 상기 원료고무 100중량부에 대하여 가황촉진제 1 ~ 3 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 오일 0초과 ~ 30이하 중량부, 고무의 가황(가류)을 활성화시키는 활성제로 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 ZnO 1 ~ 6 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 노화방지제로 2 ~ 8 중량부를 포함한다.
상기 가황촉진제로 TMTD(Tetramethyl thiuram disulfide) 및 CBS(N-Cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide) 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부를 포함하는 것을 일 예로 한다.
상기 활성제는 스테아린산인 것을 일 예로 한다.
상기 노화방지제로 TMQ(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline) 및 6PPD(N-(1,3-DIMETHYBUTYL)-N'-PHENYL-P-PHENYLENEDIAMINE) 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부를 포함하는 것을 일 예로 한다.
상기 황 및 가황 촉진제의 함량이 상기한 함량범위보다 적거나 많으면 가류 불량으로 물성 저하가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 상기 활성제 및 노화방지제의 상기한 함량보다 많으면 고무 표면의 블루밍 즉, 표면 백화현상이 발생되며, 상기 활성제의 함량이 상기한 함량보다 작으면 가류성능 부족, 상기 노화방지제 함량이 상기한 함량보다 작으면 내노화성이 부족한 문제가 있다.
상기 접착활성제는 하이드로 카본과 알킬 페놀을 포함하는 것을 일 예로 하며 함유량은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 10 초과 30 미만의 중량비를 가지는 것이 바람직하다.
상기 접착 활성제의 총 투입 함량이 상기 원료고무 100중량부에 대하여 10 중량부 이하로 함유되는 경우에는 본 발명에 따른 언더 트레드 대체용 접착층(3a)이 박막두께로 제조되어 상기 벨트와 상기 캡트레드 사이로 투입되기 때문에 타이어 완제품 상태에서 접착성능 부족으로 필드 품질문제를 발생시키는 가능성이 크다.
또한, 상기 접착 활성제의 총 투입 함량이 상기 원료고무 100중량부에 대하여 30 중량부 이상인 경우에는 배합 고무 즉, 타이어의 기계적 물성 (경도, 인장강도)의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
상기 접착 활성제의 투입함량은 접착성능과 기계적인 물성을 동시에 고려하여, 사용 조성 범위 선정한 것이다.
더 상세하게 상기 하이드로 카본은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부로 함유되고, 상기 알킬 페놀은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부로 함유되는 것을 일 예로 한다.
상기 하이드로 카본은 40MSF인 것을 일 예로 하고, 상기 알킬페놀은 CKA0909인 것을 일 예로 한다.
하기의 표 1에서 본 발명의 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층(3a)에 대한 실시 예와 비교예1 내지 비교예7의 조성비는 하기와 같다.
상기 실시예는 본 발명의 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층(3a)에 대한 조성비를 만족하는 실시 예로 두께 0.1mm로 제조된 것이며, 상기 비교예1은 종래 언더트레드이고 2mm의 두께를 가지며, 상기 비교예2 내지 비교예7은 본 발명의 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층(3a)의 다른 비교예들로 0.1mm의 두께로 제조된 것임을 밝혀둔다.
원소재 배합 조성비(phr)
언더트레드(2t) 언더 트레드 대체용 접착층(0.1t)
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 실시예
폴리머 천연고무(NR) 80 80 80 80 80 80 80 80
합성고무(Nd-BR) 20 20 20 20 20 20 20 20
충진제 카본블랙(N330) 50 50 50 50 50 50 50 50
오일 A2 15 10 10 10 10 10 10 10
가황제 황 3 3 3 3 3 3 3 3
가황촉진제 TMTD 1 1 1 1 1 1 1 1
CBS 1 1 1 1 1 1 1 1
활성화제 ZnO 4 4 4 4 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2 2
노화방지제 TMQ 2 2 2 2 2 2 2 2
6PPD 2 2 2 2 2 2 2 2
접착활성제 40MSF(하이드로카본) 0 5 0 5 10 0 15 10
CKA0909(알킬페놀) 0 0 5 5 0 10 15 10
상기 표1의 실시예를 적용한 타이어의 경우 10.2kg의 중량으로 측정되었으며, 비교예1를 적용한 타이어 즉, 기존 타이어의 경우 10.7kg의 중량으로 측정되었다. 즉, 본 발명의 언더 트레드 대체용 접착층(3a)을 사용하여 타이어 1개당 0.5kg의 중량이 감소되는 것을 확인하였고, 자동차의 경우 통상 4개의 타이어를 사용하므로 차량당 2kg의 중량을 감소시킬 수 있는 것이다.
상기 표1의 실시예와 비교예1를 적용한 타이어의 구름저항을 구름저항시험규격(SAE J1269)으로 시험한 결과 기존 타이어인 비교예1은 구름저항계수가 8.8이었고, 본 발명의 실시예를 적용한 타이어는 구름저항계수가 8.5인 것으로 구름저항계수가 개선된 것을 확인하였다.
하기 표 2는 상기 표1의 실시예와 비교예1 내지 비교예7를 적용한 각각의 타이어에 대한 타이어 계면 접착력을 시험한 결과를 나타내고 있고, 계면 접착력 시험은 인장시험기(UTM)을 활용하여 타이어는 지그에 고정시키고 평가하고자 하는 접착 계면을 경계로 하여 일정 폭의 트레드 부위를 인장시험기에 고정하고 상, 하 방향으로 인장평가를 시험한 것으로 평가된 최대 하중을 폭(길이)로 나누어 정리한 결과이다.
구분
 언더트레드(2t) 언더 트레드 대체용 접착층(0.1t)
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 실시예
계면접착력(kgf/mm) 2.0 1.1 1.3 1.5 1.5 1.6 2.5 2.3
또한, 하기 표 3은 상기 표1의 실시예와 비교예1 내지 비교예7의 접착소재의 기계적 물성을 시험한 것으로 인장물성 시험규격 MS200-41, ISO R 527근거한 시험 결과이다.
구분
 언더트레드(2t) 언더 트레드 대체용 접착층(0.1t)
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 실시예
경도(Shore A) 60 63 62 62 61 61 57 60
인장강도(kgf/cm2) 210 221 213 205 207 210 187 208
신율(%) 507 512 488 522 504 492 503 525
상기 표2 및 표3을 보면 본 발명에 따른 언더 트레드 대체용 접착층(3a)은 기존 언더트레드와 비교하여 접착력뿐만 아니라 기계적 물성도 유사한 수치를 가지는 것을 확인하였다.
본 발명은 기존 천연고무 베이스의 고무배합에 기계적 물성을 유지함과 동시에 접착성능을 향상시켜 타이어의 내구성을 향상시킨다.
본 발명은 접착성능의 향상으로 두께를 최소화하여 타이어의 무게를 줄일 수 있고, 자동차의 연비를 향상시킨다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
1: 인너라이너 2 : 카카스
3 : 벨트 3a : 언더 트레드 대체용 접착층
4 : 캡트레드 5 : 사이드월
6 :비드

Claims (20)

  1. 원료고무, 충진제, 황, 배합첨가제, 접착활성제를 포함하고,
    상기 접착활성제는 하이드로 카본과 알킬 페놀을 포함하며 함유량은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 상기 하이드로 카본 5~15 중량부와 상기 알킬 페놀 5~15 중량부를 가지며,
    0.05mm~0.5mm의 두께를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료고무는 천연고무(NR)과 합성고무(Nd-BR, 네오디뮴 부타디엔 고무)을 혼합한 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 충진제는 카본블랙이고 상기 원료고무 100중량부에 대하여 20 ~ 70중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 황은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부로 포함되며, 상기 배합첨가제는 상기 원료고무 100중량부에 대하여 가황촉진제 1 ~ 3 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 오일 0초과 ~ 30이하 중량부, 고무의 가황(가류)을 활성화시키는 활성제로 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 ZnO 1 ~ 6 중량부, 상기 원료고무 100중량부에 대하여 노화방지제로 2 ~ 8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가황촉진제로 TMTD(Tetramethyl thiuram disulfide) 및 CBS(N-Cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide) 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 활성제는 스테아린산인 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 노화방지제로 TMQ(Polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline) 및 6PPD(N-(1,3-DIMETHYBUTYL)-N'-PHENYL-P-PHENYLENEDIAMINE) 각각 상기 원료고무 100중량부에 대하여 1 ~ 4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이드로 카본과 상기 알킬 페놀의 중량비는 1:1인 것을 특징으로 하는 타이어의 언더 트레드 대체용 접착층.
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