KR102234483B1 - 경주용 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 포함하는 경주용 타이어 - Google Patents

경주용 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 포함하는 경주용 타이어 Download PDF

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Abstract

제1 스티렌 부타디엔 고무 및 제2 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물로서, 상기 제1 스티렌 부타디엔 고무는 용액 중합 스티렌 부타디엔 고무이고, 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 부타디엔 라텍스 및 스티렌 레진을 혼합하여 제조된 고무인 경주용 타이어 트레드 고무 조성물 및 상기 고무 조성물로 제조된 경주용 타이어가 제공된다.

Description

경주용 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 포함하는 경주용 타이어{Rubber composition for racing tire tread and Racing Tire comprising the rubber composition}
경주용 타이어 트레드 고무 조성물 및 이를 포함하는 경주용 타이어에 관한 것이다.
자동차의 타이어는 무거운 하중을 지탱하며, 고속 회전하는 물체이다. 타이어의 내구성에 가장 큰 영향을 미치는 트레드는 지면과의 맞닿아 있어 타이어의 주행 성능에 많은 영향을 미치게 된다.
레이싱용 타이어 트레드 고무조성물의 경우 일반 타이어에 비해서 높은 접지력과 적절한 발열 성능을 필요로 한다. 이러한 성능을 위하여 승용차용 타이어 트레드 고무조성물에 비해서 많은 양의 프로세스 오일 및 가소제를 적용하여 고무의 중요 기계적 물성 중 하나인 모듈러스를 낮게 설계한다.
높은 그립과 발열성능을 위해 레이싱용 트레드 고무 조성물은 높은 함량의 보강제와 프로세스 오일 및 레진을 포함하고 있다. 이로 인해 레이싱 타이어의 트레드는 필연적으로 마모 성능 저하를 보이게 된다.
한 측면은 그립 성능과 마모 성능을 동시 확보한 경주용 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 고무 조성물로 제조된 경주용 타이어를 제공하는 것이다.
한 측면에 따라,
제1 스티렌 부타디엔 고무 및 제2 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물로서,
상기 제1 스티렌 부타디엔 고무는 용액 중합 스티렌 부타디엔 고무이고,
상기 제2 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 부타디엔 라텍스 및 스티렌 레진을 혼합하여 제조된 고무인 경주용 타이어 트레드 고무 조성물이 제공된다.
다른 한 측면에 따라,
상기 타이어 트레드 고무 조성물로 제조된 타이어가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 경주용 타이어 트레드 고무 조성물을 사용한 경주용 타이어는 그립 성능과 마모 성능을 동시 확보할 수 있다.
도 1은 일구현예에 따른 타이어의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일구현예에 따른 경주용 타이어 트레드 고무 조성물의 온도에 따른 Tanδ 값을 나타낸 그래프이다.
이하에서 예시적인 일구현예에 타이어 트레드 고무 조성물 및 타이어에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서에 개시된 창의적 사상은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 구현예를 가질 수 있는 바, 특정 구현예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고 필요한 경우 특정 구현예들을 도면에 예시한다. 본 명세서의 창의적 사상의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 명세서의 창의적 사상은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 구현예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 구현예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 구현예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
일구현예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하, 필요한 경우에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 상세히 설명하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 명세서에 개시된 창의적 사상이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
일구현예에 따른 경주용 타이어 트레드 고무 조성물은 제1 스티렌 부타디엔 고무 및 제2 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물로서, 상기 제1 스티렌 부타디엔 고무는 용액 중합 스티렌 부타디엔 고무이고, 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 부타디엔 라텍스 및 스티렌 레진을 혼합하여 제조된 고무일 수 있다.
레이싱용 타이어 트레드에서 그립 성능과 마모 성능은 일반적으로 trade-off 관계이다. 본 발명의 일 구현예에 따른 경주용 타이어 트레드 고무 조성물은 스티렌 레진[High styrene resin masterbatch]을 혼합함으로써, 기존 폴리머와 상용성 차이로 인하여 폴리머 각각의 장점을 발휘 할 수 있다. 이로 인해 그립과 마모 성능을 동시에 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 스티렌 부타디엔 고무는 용액 중합 스티렌 부타디엔 고무로서 타이어 제조에 일반적으로 사용되는 용액 중합 스티렌 부타디엔 고무일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무에서의 스티렌 함량은 15 내지 25 중량%일 수 있다. 예를 들어 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무에서의 스티렌 함량은 19 내지 24 중량%일 수 있다. 상기 스티렌 함량은 제2 스티렌 부타디엔 고무에서의 총 스티렌 함량을 말한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무 제조에 사용되는 스티렌 부타디엔 라텍스는 스티렌 함량이 2.5 내지 8.5 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 스티렌 부타디엔 라텍스는 스티렌 함량이 4.5 내지 6.5 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무의 무늬 점도(ML1+4, 100℃)는 38 내지 42일 수 있다. 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무의 점도가 상기 범위일 경우, 최종 가류 고무에서의 물성, 마모 등이 최적이 된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고무 조성물을 가보 비스코미터(Gabo viscometer) 측정기를 사용하여 0.2% 변형에 10Hz Frequency 하에서 -80℃에서 70℃까지 측정한 Tanδ 값 그래프에서 2 개 피크를 보일 수 있으며,
낮은 온도에서 관찰되는 제1 피크의 값이 높은 온도에서 관찰되는 제2 피크의 값보다 클 수 있다.
도 2는 일구현예에 따른 경주용 타이어 트레드 고무 조성물의 온도에 따른 Tanδ 값을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 0℃ 부근에서 제1 피크가 나타나고, 70℃ 부근에서 제2 피크가 나타남을 알 수 있다. 도 2에서 제1 피크는 제2 피크보다 크다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고무 조성물을 가보 비스코미터(Gabo viscometer) 측정기를 사용하여 0.2% 변형에 10Hz Frequency 하에서 -80℃에서 70℃까지 측정한 Tanδ 값의 그래프에서, 1℃이하의 온도에서 상기 제1 피크가 관찰될 수 있다. Tanδ 값의 그래프에서 첫번째 보이는 피크가 Tg를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 따른 경주용 타이어 트레드 고무 조성물은 Tg가 0℃ 정도로서 다른 일반적인 경주용 타이어 트레드 고무 조성물 Tg 보다 낮은 값을 보인다. 따라서 마모 성능이 우수함을 알 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부를 기준으로 상기 제1 스티렌 부타디엔 고무를 60 내지 90 중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고무 조성물은 원료 고무 100 중량부를 기준으로 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무를 10 내지 30 중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 타이어 트레드 조성물은 원료 고무로서 스티렌 부타디엔 고무(SBR)이외의 합성 고무를 더 포함할 수 있다.
상기 합성 고무는 부타디엔 고무(BR), 이소프렌-함유 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴 함유 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무, 클로로부틸 고무, 브로모부틸 고무 중에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 합성 고무의 함량은 원료 고무 100 중량부를 기준으로 예를 들어 10 내지 30 중량부일 수 있다.
상기 고무 조성물은 원료 고무로서 합성 고무 이외에 천연 고무를 더 포함할 수 있다. 상기 천연고무는 일반적인 천연고무 또는 변성 천연고무일 수 있다.
상기 일반적인 천연고무는 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-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, 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한 것을 의미한다. 예컨대, 상기 변성 천연고무로는 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 고무 조성물은 필러를 포함할 수 있고, 예를 들어, 카본 블랙을 포함할 수 있다.
상기 카본블랙은 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 30 내지 300m2/g일 수 있고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 60 내지 180cc/100g 일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 300m2/g을 초과하면 타이어용 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있고, 30m2/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.
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.
상기 카본블랙은 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 예를 들어 110 내지 130 중량부로 포함될 수 있다.
상기 타이어 트레드 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제, 산화 방지제, 또는 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 타이어 트레드 고무 조성물에서 사용되는 배합비에 따르는 바, 특별히 한정되지 않는다.
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 0.5 내지 10.0 중량부로 포함되는 것이 적절한 가황 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 본 발명의 일 구현예에 따른 화학식 1의 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 4.0 중량부로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 고무 조성물은 상기 화학식 1의 화합물을 원료 고무 100 중량부 기준으로 0.5 내지 1.7 중량부 포함할 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 1 내지 10 중량부 및 0.5 내지 3.0 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 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 PAHs라 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 타이어의 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 40 내지 80 중량부로 사용하는 것이 레이싱 타이어의 접지력을 높이는데 있어서 바람직하다.
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 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 산화방지제의 전형적 양은, 예를 들면, 약 1 내지 약 5 중량부로 포함될 수 있다. 대표적 산화방지제는, 예를 들면, 다이페닐-p-페닐렌다이아민 및 다른 것들이나, 이에 제한되지는 않는다.
도 1을 참조하면, 타이어(10)는 트레드부(100), 사이드월부(200) 및 비드부(300)를 포함한다.
트레드부(100)는 단면상 지면과 접하는 부분으로, 노면 등으로부터의 충격, 외상으로부터 타이어를 보호하는 역할을 한다. 상기와 같은 트레드부의 표면에는 타이어의 배수성 향성을 위해 그루브(groove)에 의해 구획되는 다수개의 블록들이 형성될 수 있다.
상기 트레드에 본 발명의 일 구현예에 따른 고무 조성물이 포함된다.
트레드부를 중심으로 타이어의 폭 방향을 따라 양측으로 사이드월(200) 및 비드부(300)가 순차적으로 위치한다.
사이드월(200)은 트레드의 양 단부로부터 연장되어 타이어의 측면을 형성하는 부분으로, 주행 중 지속적으로 반복되는 수축 및 팽창작용을 견디며, 내측면에 위치하는 카카스층(400)을 보호하는 역할을 한다.
비드부(300)는 사이드월(200)의 양단에 구비되어 코드지의 끝부분을 감싸고 있으며 상기 비드부(300)는 링 형태의 강선재를 포함하는 비드 코어(500)를 포함한다.
좌우 한 쌍의 비드부(300) 사이에는 카카스층(400)이 위치하며 타이어 내부에 타이어 고무 시트와 접합되어 타이어의 골격을 형성하는 역할을 하고 상기 카카스층(400)이 비드 코어(500) 주위를 타이어 내측에서 외측으로 감아 올라가고 있다.
카카스층(400)의 내측의 일면상에는 이너라이너(700)가 위치하며 타이어 내부의 공기가 밖으로 빠져나가지 않도록 하는 역할을 한다.
트레드부(100)에 위치하는 카카스층(400)의 외측면에는 트레드의 탄성을 높이고, 조종성 및 안정성을 갖도록 하는 보강층으로서 벨트층(600)이 위치한다.
벨트층 고무는 코발트 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 코발트 화합물은 코발트 염, 코발트-붕소 에스테르, 유기산 코발트염, 무기산 코발트염, 비코발트 염 등이 사용되고 있으며, 접착 시스템으로써는 코발트 염 단독, 코발트-RH, 코발트-HRH 외에도 수지[예를 들면, 메틸렌 수용체: 페놀계, 레조시놀계, 크레졸계 등, 또는 공여체: 헥사메틸렌테트라아민(HMT), 헥사메톡시메틸멜라민(HMMA), 펜타메톡시메틸멜라민(PMMA)]을 개질한 접착 시스템 등이 있다.
일반적으로 접착력 향상을 위해서 접착 배합 고무의 접착계 개선(코발트-RH, 코발트-HRH, 이들의 변성 시스템), 접착조제로 사용되는 수지의 개선과 성능 향상, 접착 조제로 사용되는 코발트 염 개선, 접착 고무의 가류 시스템 개선, 새로운 배합 조성물 사용(보강제, 카본블랙, 실리카, 폴리머, 약품 류) 등을 사용하고 있다.
상기 코발트 화합물의 함량은 원료 고무 100 중량부에 대해서 0.2 내지 5.0 중량부 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 벨트층(600)과 트레드부(100) 사이에 하이브리드 코드를 포함하는 캡플라이(800)가 배치될 수 있다. 캡플라이(800)는 주행시 벨트층(600)의 유동을 억제하여 타이어의 성능을 유지시켜 줄 수 있다.
상기 타이어 트레드 고무 조성물은 통상적인 2단계의 연속 제조 공정을 통하여 제조될 수 있다. 즉, 110 내지 190℃에 이르는 최대 온도, 바람직하게는 130 내지 180℃의 고온에서 열기계적 처리 또는 혼련시키는 제1 단계(non-productive step)및 가교결합 시스템이 혼합되는 피니싱 단계 동안, 전형적으로 110℃미만, 예를 들면 40 내지 100℃의 저온에서 기계적 처리하는 제2 단계(productive step)를 사용하여 적당한 혼합기 속에서 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따른 타이어는 그린 타이어 성형시 상기 타이어 트레드 고무 조성물을 이용하는 단계를 포함한다. 상기 타이어 트레드 고무 조성물을 이용하여 그린 타이어를 성형하는 방법 등은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
도 1에서는 승용차용 타이어에 대해서 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있다. 바람직하게는 경주용 타이어이다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
실시예 1 및 비교예 1, 2
하기 표 1의 각 성분들을 기재된 비율(단위: 중량부)로 밴버리 믹서에 투입하고 혼합하였다. 탄젠셜 타입(Tangential type)의 밴버리 믹서(Banbury mixer)에 모든 성분이 투입된 후 1.65L 용량의 충전율(fill factor)이 0.65에서 0.70이 되도록 각 성분의 비율을 조절하였다.
구분 비교예 1 비교예 2 실시예 1
제1 SBR: SSBR 80 80 80
제2 SBR Low styrene ESBR1) 20 - -
High styrene ESBR2) - 20 -
HSR (RM21)3) - - 20
카본블랙4) 105 105 105
스테아린산 3 3 3
산화 아연 3 3 3
왁스 1 1 1
6PPD5) 1 1 1
TMQ6) 1.5 1.5 1.5
오일7) 57 57 57
황(oil 1%) 2 2 2
촉진제8) 1.5 1.5 1.5
1) SBR1783, Styrene 23.5%, KKPC.
2) SBR1789, Styrene 40.0%, KKPC.
3) SBR 라텍스 5.5 중량% 및 high styrene resin 라텍스를 혼합하여 총 스트렌 함량이 21 중량%임[ML1+4, 100
Figure 112019122345618-pat00001
: 41]
4) Vulcan1391, Cabot
5) 6PPD: N-(1, 3-dimethylbutyl)-N''-Phenyl-p-phenylenediamine
6) TMQ: 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline의 폴리머　
7) RAE Oil
8) CBS: N-Cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide
평가예
미가류 고무 물성 평가
점탄성
점탄성은 가보 비스코미터(Gabo viscometer) 측정기를 사용하여 0.2% 변형에 10Hz Frequency 하에서 -80℃에서 70℃까지의 Tanδ 값을 측정하였다. 이때, Tanδ 값이 가장 큰 온도를 유리 전이 온도라 규정하고, 0℃에서의 Tanδ는 값이 클수록 젖은 노면에서의 제동 성능이 우수함을 나타내며, 20℃에서의 Tanδ는 값이 클수록 마른 노면에서의 제동 성능이 우수함을 나타낸다, 60℃에서의 Tanδ는 값이 작을수록 주행 중 발열이 적어 회전 저항이 우수함을 나타낸다.
피크(첫번째 피크)가 나타나는 온도가 Tg를 나타내며, Tg가 낮을수록 마모 성능이 뛰어나다고 할 수 있다.
비교예 1, 2 및 실시예 1의 미가류 고무에 대해 점탄성을 측정하여 그래프로 나타내었고(도 2 참조), 특정 값들을 표 2에 나타내었다.
점탄성 비교예 1 비교예 2 실시예 1
Tg (℃) 2.9 9.0 0.0
Tanδ@ 0℃ 0.51 0.39 0.45
Tanδ@ 20℃ 0.37 0.44 0.35
Tanδ@ 60℃ 0.27 0.29 0.34
E*@ 0℃ 480 1290 378
E*@ 20℃ 110 201 125
E*@ 60℃ 34 40 39
표 2 및 도 2로부터 실시예 1이 비교예 1, 2보다 60℃ Tanδ 값이 크다는 것을 알 수 있고, 이로부터 실시예 1이 비교예 1, 2보다 그립 성능이 뛰어나다는 것이 예상된다.
표 2 및 도 2로부터 실시예 1이 비교예 1, 2보다 Tg가 낮다는 것을 알 수 있고, 이로부터 실시예 1이 비교예 1, 2보다 마모 성능이 뛰어나다는 것이 예상된다.
가류 고무 기본 물성 평가
비교예 1, 2 및 실시예 1의 고무 조성물로 제조된 고무 시트를 가류기에서 165℃에서 10분 동안 가류하여 시편을 제작하였다. 각각의 시편에 대하여 경도, 인장 강도 등의 물성을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
HD(hardness)
Shore A형 경도계를 이용하여 ASTM D2240-97 따라 두께 6mm 이상, 지름 10mm이상의 평활한 면에서 하나의 시편을 총 5회 측정하여 그 평균값으로 정하였다.
인장 강도(Tensile properties)
가교된 시편의 인장강도 측정은 인장시험기(INSTRON)를 이용하여 ASTM D412에 따라 진행하였다. 측정용 시편의 제조는 유압 프레스를 이용해 시트형태로 제작하고 시편절단기를 이용하여 덤벨형으로 제작하였다. 시험조건은 상온에서 인장속도를 500 mm/min로 측정하였다. 인장강도(T/S)는 인장시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 스트레스 값을 나타낸 값으로 단위면적당 받는 힘을 측정하였다.
신율
신율을 인장 시험기에서 시험편이 끊어질 때까지의 스트레인 값을 %로 나타내는 방법으로 측정하였다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1
경도 72 73 75
50%모듈러스(kg/cm2) 10 11 14
100%모듈러스(kg/cm2) 14 16 18
200%모듈러스(kg/cm2) 27 30 31
300%모듈러스(kg/cm2) 48 54 50
인장강도(kg/cm2) 115 140 111
신율 610 580 590
상기 표 3의 결과로부터 경도, 모듈러스, 인장 강도, 신율 등의 물성은 실시예 1 및 비교예 1, 2가 동등 수준임을 알 수 있다.
마모 평가
비교예 1, 2 및 실시예 1의 고무 조성물로 제조된 고무 시트를 가류기에서 165℃에서 10분 동안 가류하여 시편을 제작하였다. 각각의 시편에 대하여 마모 정도를 평가하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
마모도
마모도는 윌리엄 어브레션 테스터(William abrasion Tester)로 시편과 연마석이 직접 접촉함으로써 가혹도가 높은 측정법을 이용하였으며, 상온에서 회전시켜 마모된 고무의 손실량을 측정한 값으로 수치가 낮을수록 우수한 마모성능을 나타낸다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1
Weight loss Index (%) 100 95 105
상기 표 4의 결과로부터, 마모의 경우 실시예 1이 비교예 1,2보다 마모 성능이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
10: 타이어
100: 트레드부
200: 사이드월부
300: 비드부
400: 카카스층
500: 비드 코어
600: 벨트층
700: 이너라이너
800: 캡플라이

Claims (10)

  1. 제1 스티렌 부타디엔 고무 및 제2 스티렌 부타디엔 고무를 포함하는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물로서,
    상기 제1 스티렌 부타디엔 고무는 용액 중합 스티렌 부타디엔 고무이고,
    상기 제2 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 부타디엔 라텍스 및 스티렌 레진을 혼합하여 제조된 고무이고,
    상기 제2 스티렌 부타디엔 고무의 무늬 점도(ML1+4, 100℃)가 38 내지 42인 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스티렌 부타디엔 고무에서의 스티렌 함량이 15 내지 25 중량%인 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌 부타디엔 라텍스는 스티렌 함량이 2.5 내지 8.5 중량%인 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고무 조성물을 가보 비스코미터(Gabo viscometer) 측정기를 사용하여 0.2% 변형에 10Hz Frequency 하에서 -80℃에서 70℃까지 측정한 Tanδ 값 그래프에서 2 개 피크를 보이며,
    낮은 온도에서 관찰되는 제1 피크의 값이 높은 온도에서 관찰되는 제2 피크의 값보다 큰 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    1℃ 이하의 온도에서 상기 제1 피크가 관찰되는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고무 조성물이 원료 고무 100 중량부를 기준으로 상기 제1 스티렌 부타디엔 고무를 60 내지 90 중량부 포함하는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고무 조성물이 원료 고무 100 중량부를 기준으로 상기 제2 스티렌 부타디엔 고무를 10 내지 30 중량부 포함하는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고무 조성물이 필러로서 카본블랙을 포함하고, 상기 카본블랙은 원료 고무 100 중량부 기준으로 110 내지 130 중량부 포함하는 경주용 타이어 트레드 고무 조성물.
  10. 제1항의 경주용 타이어 트레드 고무 조성물로 제조된 경주용 타이어.
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