KR102242185B1 - 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물 - Google Patents

열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가류시 발생되는 브래더의 변형에 의한 회복률과 내구성을 향상시킴과 동시에, 고온고압 하에서 장시간 가류되더라도 열적 특성을 안정적으로 유지시키면서 반복적인 팽창 및 수축에도 내피로성이 우수하도록 하는 고무조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 원료고무 100중량부에 대하여, 클로로프렌 0.1~20중량부, 지방산 에스테르 1~6중량부, 연화제 2~15중량부 및 수지가류제 0.5~20중량부를 포함하여 형성되되, 퍼니스블랙 10~40중량부와 열전도성 카본블랙 10~40중량부가 혼합된 카본블랙 복합체 20~80중량부를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물을 기술적 요지로 한다.

Description

열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물{Bias tire vulcanized bladder rubber composition with improved thermal conductivity and fatigue resistance}
본 발명은 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가류시 발생되는 브래더의 변형에 의한 회복률과 내구성을 향상시킴과 동시에, 고온고압 하에서 장시간 가류되더라도 열적 특성을 안정적으로 유지시키면서 반복적인 팽창 및 수축에도 내피로성이 우수하도록 하는 고무조성물에 관한 것이다.
일반적으로 공기입 타이어는 바이어스 타이어(bias tire)와 래디얼 타이어(radial tire)로 구분되는데, 바이어스 타이어의 경우 주로 비포장 도로와 같은 험로를 주행하는 트럭 등의 타이어로 사용되고, 래디얼 타이어의 경우 포장 도로를 주행하는 승용차 등의 타이어로 사용된다.
특히 바이어스 타이어는 래디얼 타이어와 달리 가류시에 그린 타이어의 변형률이 크기 때문에 변형에 따른 내구성이 중요하게 요구되면서 다양한 기술적 시도가 이루어지고 있다.
한 예로, 통상의 고무조성물들은 열전도성이 매우 낮기 때문에 노화에 따른 내열특성과 내공기 투과성이 우수한 부틸고무를 브래더 고무조성물의 원료고무로 사용해 봄으로써 열전도성을 높혀 열효율을 증가시키고자 한 사례가 있으나, 부틸고무만을 적용하기에는 물성 측면에서 만족시키기 어렵다는 한계점이 있다.
다른 예로, 브래더 고무조성물의 열전도성 특성을 향상시키기 위하여 표면적이 크고 분자 구조가 잘 발달된 퍼니스블랙의 사용을 시도하고자 한 사례도 있긴 하나, 퍼니스블랙은 분산 및 압출에 따른 작업성을 저하시키기 때문에 그 사용량을 증가시키기에는 한계점이 있다.
또 다른 예로, 상술된 한계점을 해결해보고자, 열전도성 특성이 좋은 카본블랙을 사용해보고자 한 사례도 있으나, 카본블랙을 사용하게 되면 오히려 분산성이 좋지 못하다는 한계점이 있다.
한편 바이어스 타이어는 가류시 고온고압 하에서 장시간 가류가 진행되면서 노화에 따른 내열특성이 중요시 됨에 따라 오히려 기본 물성과 내구성을 하락시키는 결과를 초래한다.
뿐만 아니라, 브래더 고무조성물에서 사용되는 수지가류제의 경우, 고온에서 가수분해되기 쉬운 화학구조를 가지고 있기 때문에 고온에 노출되면 쉽게 가수분해되어버려서 노화수명이 짧아지는 결과를 초래하기도 한다.
따라서 이를 개선하여 열전도성과 내피로성을 향상시킬 수 있는 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물에 대한 새로운 기술개발 연구가 절실히 요구되고 있는 시점이다.
국내 공개특허공보 제10-2005-0056371호, 2005.06.16.자 공개.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 가류시 발생되는 브래더의 변형에 의한 회복률과 내구성을 향상시킴과 동시에, 고온고압 하에서 장시간 가류되더라도 열적 특성을 안정적으로 유지시키면서 반복적인 팽창 및 수축에도 내피로성이 우수하도록 하는 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원료고무 100중량부에 대하여, 클로로프렌 0.1~20중량부, 지방산 에스테르 1~6중량부, 연화제 2~15중량부 및 수지가류제 0.5~20중량부를 포함하여 형성되되, 퍼니스블랙 10~40중량부와 열전도성 카본블랙 10~40중량부가 혼합된 카본블랙 복합체 20~80중량부를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물을 기술적 요지로 한다.
바람직하게는 상기 카본블랙 복합체는, 질소흡착 비표면적이 30~120m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100~190cc/100g이며, 열전도성이 0.10~0.25Ω·cm인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 퍼니스블랙은, 질소흡착 비표면적이 60~120m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100~150cc/100g인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 열전도성 카본블랙은, 질소흡착 비표면적이 30~80m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 120~190cc/100g인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 수지가류제는, 옥틸페놀레진을 포함하는 부틸고무 베이스의 마스터배치인 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물은, 원료고무 100중량부에 대하여, 클로로프렌 0.1~20중량부, 지방산 에스테르 1~6중량부, 연화제 2~15중량부 및 수지가류제 0.5~20중량부를 포함하여 형성되되, 퍼니스블랙 10~40중량부와 열전도성 카본블랙 10~40중량부가 혼합된 카본블랙 복합체 20~80중량부를 더 포함하여 형성됨으로써, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 분산성이 약한 열전도성 카본블랙을 사용하더라도 지방산 에스테르에 의해 분산성 저하를 보완하여 열전도성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 고온고압 하에서 장시간 가류에 의해서도 열안정성이 우수한 효과가 있다.
셋째, 브래더 고무조성물의 물성 노화나, 반복적인 팽창과 수축에 의한 내피로특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
넷째, 옥틸페놀레진을 포함하는 부틸고무 베이스의 1차 가공된 가류 마스터배치를 사용하기 때문에 수지가류제의 가수분해되는 현상을 지연시켜줌으로써, 노화에 의한 성능 저하를 막을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전도성 비교 그래프.
본 발명은 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물에 관한 것으로, 바이어스 타이어 가류시 브래더를 이용하여 타이어 내부에 일정한 압력을 가해주어 타이어를 일정한 형태로 유지시켜줌과 동시에, 타이어 내부의 가류를 위해 스팀의 열원으로 타이어로 전달하는 역할을 할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
1. 원료고무
본 발명의 원료고무는 고무조성물을 이루는 주된 구성이다.
즉 원료고무는 고무조성물의 원료가 되는 주된 물질로써, 부틸고무를 선택하였는데, 이는 부틸고무를 원료고무로 하였을 때 물성적인 측면에서 보다 우수한 조건을 찾아내기 위함이다.
이때 부틸고무는 이소프렌(isoprene)과 이소부틸렌(isobutylene)의 공중합체인 것으로, 이소프렌 함량이 0.5~2wt%의 범위로 포함되도록 하고, 잔부인 98~99.5wt%는 이소부틸렌으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
만약 이소부틸렌이 98wt% 미만으로 첨가되면 부틸고무가 가질 수 있는 최적의 물성을 만족시키지 못하고, 99.5wt%를 초과하여 첨가되면 이소프렌이 첨가될 수 있는 양이 작아져 함유량을 조절하기 어려워진다.
그리고 이소프렌이 0.5wt% 미만으로 첨가되면 이소부틸렌과의 반응될 수 있는 양이 작아 부틸고무를 완성하기 어려울 뿐만 아니라 내구성에 문제가 발생할 수 있고, 2wt%를 초과하여 첨가되면 이소부틸렌과 반응하여 남은 이소프렌이 잔존하게 되어 이 역시 부틸고무를 완성하기 어려워진다.
따라서 본 발명의 부틸고무는 0.5~2wt% 범위의 이소프렌과 98~99.5wt% 범위의 이소부틸렌으로 이루어지는 것이 바람직한 것이다.
2. 클로로프렌
본 발명의 클로로프렌은 고무소재로써, 원료고무에 스코치방지효과를 부여하기 위한 구성이다.
클로로프렌의 경우, 고무소재로써 0.1중량부 미만으로 첨가되면 원료고무와의 스코치방지효과를 만족시키기에 어렵고, 20중량부를 초과하여 첨가되면 오히려 원료고무와의 혼화력이 좋지 못하므로, 0.1~20중량부의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때 클로로프렌은 무늬점도(Mooney Viscosity)가 34~60인 것이 좋은데, 무늬점도가 34~60 범위 조건에 충족하지 못하면 가공성이 저하될 우려가 있다. 이런 이유로, 무늬점도가 34 미만이면 원료고무와의 믹싱에 유리하지 못하고, 60을 초과하면 가공성 저하가 초래되기 때문에 34~60 범위의 무늬점도를 가지는 것이 바람직하다.
3. 지방산 에스테르
지방산 에스테르는 브래더가 고온고압 하에서 장시간 사용되기 때문에 내열성 및 내노화특성을 높이고, 열전달 효율을 증가시켜 완제품의 사용 횟수를 증가시키기 위한 구성이다.
특히 본 발명에서는 열전도성 카본블랙을 사용하여 열전달 효율을 증가시켜 완제품 수명을 증가시키고자 하였으나, 열전도성 카본블랙의 경우 일반 퍼니스블랙에 비해 분산이 어렵다.
따라서 지방산 에스테르를 사용함으로써 카본블랙 복합체의 표면에 분산제가 흡착되어 그들 간의 상호작용을 감소시켜줌으로써 분산을 용이하게 만들어주게 된다.
이처럼 구조 발달 정도가 높은 카본블랙의 분산이 용이하게 될 경우, 단위부피 당 카본의 입자 간격이 줄어들게 되면서 열전달에 효율이 높아지게 되는 것이다.
이런 이유로, 지방산 에스테르가 1 중량부 미만으로 첨가되면 카본블랙의 보강성 및 분산성을 부여하기에 적절하지 않고, 6중량부를 초과하여 첨가되면 오히려 원료고무의 물성에 악영향을 미치게 되므로, 1~6중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
여기서 지방산 에스테르는 지방산 함량이 50~95wt%를 포함하는 것이 좋은데, 이는 지방산 함량이 50wt% 미만이면 고무조성물에서 상용성 및 분산성이 좋지 못하고, 95wt%를 초과하면 너무 많은 지방산 함유량으로 인해 물성 저하를 초래하기 때문이다.
4. 연화제
연화제는 공정오일로써, 고무조성물에 가소성을 부여시켜 가공을 용이하게 하기 위한 것으로, 석유계 오일과 식물성 유지 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있는 구성이다.
예컨대, 석유계 오일로 파라핀계 오일, 나프텐계 오일 및 방향족계 오일 중 어느 하나 이상을 선택적으로 사용할 수도 있다.
이러한 연화제는 동점도(100℃) 30 미만인 것이 좋으며, 연화제의 탄화수소 조성으로는 아로마틱 함량이 0.1~6wt%, 나프텐기 함량이 24~35wt%, 파라피닉 함량이 59~75wt%로 이루어진 석유계 오일일 수 있다.
첫째, 아로마틱 함량이 0.1wt% 미만이면 나프텐기와 파라피닉과의 반응이 원활히 이루어지지 못하고, 반대로 아로마틱 함량이 6wt%를 초과하면 원료고무와의 상용성이 떨어져 고무조성물의 물성에 악영향을 줄 수 있으므로, 아로마틱은 0.1~6wt%의 범위로 초함되도록 하는 것이 바람직하다.
둘째, 나프텐기가 24wt% 미만이면 아로마틱과 파라피닉과의 반응성에 좋지 못한 결과를 초래하고, 35wt%를 초과하면 아로마틱 및 파라피닉과 반응되지 못하고 남은 나프텐기가 많아져 물성 저하를 초래하기 때문에 나프텐기는 24~35wt%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
셋째, 파라피닉의 함량이 59wt% 미만이면 가공성을 만족하지 못할 정도의 양이고, 파라피닉의 함량이 75wt%를 초과하면 이 역시 가공성이 떨어져 생산성에 영향을 주게 되므로, 파라피닉은 59~75wt%의 범위로 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
아울러 연화제는 원료고무 100중량부에 대하여 2~15중량부의 범위로 포함되는 것이 좋은데, 2중량부 미만이면 원료고무에 가소성을 부여하기 어렵고, 15중량부를 초과하면 원료고무의 물성 및 내구성에 영향을 주게 되므로, 바람직하지 않다.
5. 수지가류제
수지가류제는 적절한 가류 효과를 부여하고 열에 덜 민감하고 화학적으로 안정하게 해주는 구성이다.
수지가류제로는 옥틸페놀레진을 포함하는 부틸고무 베이스의 마스터배치인 것이 좋으며, 즉 1차 가공된 옥틸포름알데히드 페놀레진 마스터배치를 사용하는 것이 바람직하다.
특히 본 발명에서의 수지가류제는 옥틸포름알데히드 페놀레진의 함량이 20~60wt%로 포함된 마스터배치인 것이 좋다. 만약 마스터배치 상에서 20wt% 미만으로 첨가되면 고무조성물의 가류에 영향을 주지 못할 정도로 미미한 양이고, 60wt%를 초과하여 첨가되면 옥틸포름알데히드 페놀레진의 양이 과도하게 많아져 마스터배치 물성을 해칠 우려가 있으므로, 옥틸포름알데히드 페놀레진의 함량이 20~60wt%로 포함된 마스터배치인 것이 바람직한 것이다.
더불어 최종 고무조성물 100wt% 중에서 옥틸포름알데히드 페놀레진의 함량이 2.5wt% 미만이면 가교밀도가 저하 및 지연되어 원료고무의 생산성이 저하될 수 있고, 5.0wt%를 초과하면 압출공정성이 저하됨과 동시에, 오히려 가류속도가 빨라져 조기 가류에 영향을 주게 되므로, 고무조성물 100wt% 중에서 옥틸포름알데히드 페놀레진은 반드시 2.5~5.0wt%의 범위로 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
이어서 수지가류제는 원료고무 100중량부에 대하여 0.5~20중량부로 포함되도록 하는 것이 좋은데, 우선 0.5중량부 미만이면 수지가류제가 가수분해되는 현상을 지연시켜주기에 부족하여 노화에 의한 성능 저하를 막아주기에 역부족하며, 반면 수지가류제가 20중량부를 초과하면 과가류를 초래할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
따라서 수지가류제가 원료고무 100중량부에 대하여 0.5~20중량부의 범위로 첨가되어 가수분해되는 현상을 지연시켜줌으로써, 노화에 의한 성능 저하를 막을 수 있는 효과가 도출된다.
6. 카본블랙 복합체
카본블랙 복합체는 퍼니스블랙(furnace black) 10~40중량부와 열전도성 카본블랙 10~40중량부가 혼합된 것으로, 열전도 특성을 향상시키기 위한 구성이다.
이때 카본블랙 복합체가 20중량부 미만이면 보강성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라 열전도특성을 만족시키지 못하고, 80중량부를 초과하면 카본블랙 복합체의 너무 많은 양으로 인하여 오히려 가공성이 저하되어 열전도 특성이 도출되지 못할 수 있으므로, 카본블랙 복합체는 20~80중량부의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.
첫째, 카본블랙 복합체를 이루는 퍼니스블랙은 퍼니스블랙 계통의 카본블랙으로써, 열전도성 카본블랙과 혼합되어 열전도성 카본블랙의 물성적인 측면을 보완하여 카본블랙의 표면 특성을 결정하는 구성이다.
이러한 퍼니스블랙은 10~40중량부의 범위로 포함되는 것이 좋은데, 이는 10중량부 미만이면 열전도성 카본블랙과의 상용성이 좋지 못해 열전도 특성 향상에 기여하는데 도움을 주지 못하고, 40중량부를 초과하면 퍼니스블랙이 너무 많은 양으로 첨가하게 되어 물성 만족에 도움을 주지 못하기 때문이다.
그리고 퍼니스블랙의 경우 질소흡착 비표면적이 60~120m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100~150cc/100g인 것이 바람직하다.
퍼니스블랙의 질소흡착 비표면적은 카본블랙 복합체의 표면특성을 결정함과 더불어, 기계적 물성과 관련이 있는데, 60m2/g 미만이면 퍼니스블랙에 대한 보강성이 저하될 뿐만 아니라 카본블랙 복합체의 표면특성이 나빠질 우려가 있다. 이와 달리, 120m2/g을 초과하면 표면특성 향상에 따른 내마모성은 향상될 수는 있으나, 오히려 고무조성물의 가공성이 저하되기 때문에 질소흡착 비표면적이 60~120m2/g의 범위로 이루어지는 것은 중요한 의미가 있다.
그리고 퍼니스블랙의 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100cc/100g 미만이면 퍼니스블랙에 대한 보강성이 미미하며, 150cc/100g을 초과하면 고무조성물의 가공성 개선에 기여를 하지 못한다.
참고로, 퍼니스블랙으로 HAF(High Abrasion Furnace)인 것이 바람직하다.
둘째, 카본블랙 복합체를 이루는 열전도성 카본블랙은 퍼니스블랙과 혼합되어 우수한 열전도 특성을 발휘하는 구성이다.
여기서 카본블랙 복합체가 10중량부 미만으로 첨가되면 고온고압 하에서 장시간 가류될 때 열적 특성을 안정적으로 유지시켜줄 수 없고, 40중량부를 초과하여 첨가되면 고온고압 하에서 장시간 가류될 때 열적 특성을 안정적으로 유지시켜주기에는 유리할 수는 있으나, 퍼니스블랙과의 혼화력이 좋지 못할 우려가 있으므로, 10~40중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
열전도성 카본블랙의 경우 질소흡착 비표면적이 30~80m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 120~190cc/100g이며, 열전도도가 0.10~0.25Ω·cm인 것이 바람직하다.
열전도성 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 30m2/g 미만이면 보강성이 저하되고, 80m2/g을 초과하면 고무조성물의 가공성 및 분산성이 좋지 못해 오히려 비효율적이라 할 수 있다.
그리고 열전도성 카본블랙의 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 120cc/100g 미만이면 보강성과 열전도성 향상에 그 역할을 다하지 못하고, 190cc/100g을 초과하면 고무조성물의 가공성 및 열정도성이 저하될 수 있으므로, 열전도성 카본블랙의 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 120~190cc/100g의 범위로 이루어지도록 하는 것이 좋다.
또한 열전도성 카본블랙의 열전도도가 0.10Ω·cm 미만이면 타이어 가류시의 공가류에 적합하지 않고, 0.25Ω·cm을 초과하면 열전도율이 낮아져 오히려 타이어 가류시 생산성이 저하될 수 있으므로, 열전도성 카본블랙의 열전도도는 0.10~0.25Ω·cm의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.
부가적으로 열전도성 카본블랙으로는 아세틸렌 블랙인 것이 바람직하다.
셋째, 퍼니스블랙과 열전도성 카본블랙의 조합으로 이루어진 카본블랙 복합체는 질소흡착 비표면적이 30~120m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100~190cc/100g이며, 열전도성이 0.10~0.25Ω·cm인 것이 바람직하다.
카본블랙 복합체의 질소흡착 비표면적이 30m2/g 미만이면 카본블랙의 입자크기가 커져 기계적 물성이 저하될 수 있다. 반면 카본블랙 복합체의 질소흡착 비표면적이 120m2/g을 초과하면 카본블랙의 입자크기가 줄어 카본블랙 간에 뭉침 현상이 발생함에 따라 다른 구성들과의 혼합공정을 하기 위한 시간이 많이 소요되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 분산이 저하되는 단점이 있다. 따라서 카본블랙 복합체의 질소흡착 비표면적은 30~120m2/g의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.
카본블랙 복합체의 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100cc/100g 미만이면 그 구조 발달이 덜되어 기존의 카본블랙과 유사할 뿐이고, 190cc/100g을 초과하면 구조가 고도로 발달됨으로 인해 입체 방해로 오히려 다른 구성들과의 결합이 제대로 이루어지지 않기 때문에, 카본블랙 복합체의 DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량은 100~190cc/100g의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.
카본블랙 복합체의 열전도성은 0.10~0.25Ω·cm 범위로 이루어지는데, 0.10Ω·cm 미만이면 본 발명의 목적 달성을 하기에 부족하고, 0.25Ω·cm을 초과하면 열전도도 특성은 좋아지나, 기계적 물성이 저하될 수 있기 때문에 카본블랙 복합체의 열전도성이 0.10~0.25Ω·cm의 범위로 이루어지는 것은 중요한 의미가 있는 것이라 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
표 1은 원료고무, 클로로프렌, 퍼니스블랙, 열전도성 카본블랙, 산화아연, 스테아린산, 지방산 에스테르, 연화제 및 수지가류제의 양을 변화시켜 실험한 실시예 1~6, 비교예 1을 나타낸 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1
부틸고무 100 100 100 95 100 95 100
클로로프렌 5 5 5 5 5 5 5
카본블랙(1) 25 25 25 50
카본블랙(2) 25 25 25
열전도성 카본블랙(3) 25 25 30 30 30 30
산화아연 5 5 5 1 5 5 5
스테아린산 1 1 1 1 1 1 1
지방산 에스테르 2 2 2 2 2 2
연화제 6 6 6 6 6 6 6
수지가류제 7 7 7 7 7
수지가류제 마스터배치 16 16
카본블랙(1): N220
카본블랙(2): N351
<실시예 1>
원료고무인 부틸고무에 카본블랙(1)과 열전도성 카본블랙(3)의 조합으로 이루어진 카본블랙 복합체 50중량부, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 지방산 에스테르 2중량부, 연화제 6중량부, 수지가류제 7중량부를 첨가하여 최종적인 고무조성물을 얻었다.
<실시예 2>
카본블랙(2)과 열전도성 카본블랙(3)의 조합으로 이루어진 카본블랙 복합체 50중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
카본블랙(1)과 열전도성 카본블랙(3)의 조합으로 이루어진 카본블랙 복합체 55중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
부틸고무 95중량부 및 클로로프렌 5중량부로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여, 카본블랙(1)과 열전도성 카본블랙(3)의 조합으로 이루어진 카본블랙 복합체 55중량부, 산화아연 1중량부, 스테아린산 1중량부, 지방산 에스테르 2중량부, 연화제 6중량부, 가류 마스터배치 16중량부를 첨가하여 최종 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
카본블랙(2)과 열전도성 카본블랙(3)의 조합으로 이루어진 카본블랙 복합체 55중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하여 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
카본블랙(2)과 열전도성 카본블랙(3)의 조합으로 이루어진 카본블랙 복합체55중량부를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일하게 실시하여 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
비교예 1은 열전도성 카본블랙과 지방산 에스테르가 첨가되는 않은 것으로, 부틸고무 100중량부로 이루어진 원료고무에 클로로프렌 5중량부, 퍼니스블랙인 카본블랙(1) 50중량부, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 연화제 6중량부를 첨가하여 브래더 고무조성물을 얻었다. 이러한 고무조성물에 수지가류제 7중량부를 첨가하고 최종 고무조성물을 얻었다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예에 따른 물성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예 1~6, 비교예 1에 따른 고무조성물의 인장물성, 내구성, 열전도성을 ASTM 관련 규정에 의해 측정하였고, 이와 함께 본 발명에서 제시한 실시예 1~6, 비교예 1에 따라 브래더 고무조성물을 제조하여 수명을 측정하고, 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1
기본
물성		 경도
(JIS-A)		 60 61 63 63 65 65 61
300%모듈러스
(kgf/㎠)		 57 64 75 77 72 76 68
인장강도
(kgf/㎠)		 162 160 166 167 163 163 162
신장률
(%)		 660 650 670 690 680 700 600
열
전도도
특성		 열전도도(1)
(W/mK)		 0.287 0.291 0.312 0.315 0.330 0.333 0.235
내구
특성
(3)		 피로시험
(횟수)		 1,365,223 1,412,345 1,903,156 2,013,454 1,894,581 2,185,412 1,423,645
고온피로시험
(횟수)		 792,351 802,114 1,083,145 1,154,682 1,126,751 1,212,345 801,540
제품
수명
평가
(2)		 AFV type 101 100 122 124 139 144 100
BOM type 100 101 114 119 125 131 100
열전도도(1): 본 평가는 실시예 1~6, 비교예 1에 명시된대로 고무조성물을 제조하였으며, NETZSCH사 LFA 457을 이용하여 ASTM E 1461 시험법에 따라 측정하였다.
제품수명평가(2): 본 평가는 실시예 1~6, 비교예 1에 명시된대로 고무조성물을 제조하였고, 가류 온도는 180~200℃ 범위, 가류 시간을 45~360min 범위로 하여 브래더의 규격에 따라 각각 다른 가류 시간을 적용하였다. 또한 제조된 브래더를 이용하여 AFV, BOM type으로 나누어 타이어를 제조해 브래더 수명 평가를 진행하였으며, 그 수치를 인덱스로 표기하였고 값이 클수록 수명 및 내열성능이 우수함을 의미한다.
* tire 가류 조건
- AFV type: 12-16.5 12PR, 12.4-24 06PR 평가
tire 가류조건(외온 150~160℃ / 내온 170~180℃)
- BOM type: 29.5-25 28PR, 26.5-25 30PR 수평 test
tire 가류조건(외온 130~160℃ / 내온 170~180℃)
(3) 피로시험/고온피로시험
본 평가는 실시예 1~6, 비교예 1에 명시된대로 제조된 고무조성물을 이용하여 시험을 진행하였다. 시편을 190℃ 하에서 45min 동안 가류하였으며, FT-1250(Demattia Flexometer-Ueshima社)로 평가를 진행하였다. 피로시험은 100℃에서 진행하였으며, 고온 피로시험은 170℃에서 진행하였다. cycle 횟수가 많을수록 브래더 수명이 우수함을 의미한다.
정리하자면, 실시예 1~6을 참조하면, 열전도성 카본블랙의 함량이 증가할수록 열전도도가 증가하는 경향을 나타내고, 카본블랙(1)을 포함하는 실시예 3, 4에 비하여 카본블랙(2)을 포함하는 실시예 5, 6의 열전도도가 더 우수함을 알 수 있다.
그리고 표 2에서 열전도도 특성을 살펴보면, 퍼니스블랙 및 열전도성 카본블랙이 조합된 카본블랙 복합체를 사용한 실시예 1~6이 종래의 퍼니스블랙만 사용한 비교예 1에 비하여 전반적으로 향상되는 경향을 보인다.
이어서 표 2에서 피로시험과 제품수명을 살펴보았을 때, 수지가류제로 부틸고무 및 아연화와 함께 마스터배치를 사용한 실시예 4, 6이 수지가류제 단독으로 사용한 실시예 3, 5보다 피로시험 및 제품수명이 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한 블래더의 제품수명은 비교예 1에 비하여 실시예 3~6의 경우가 유리하게 나타나고 있다.
이처럼 카본블랙(2)과 열전도성 카본블랙이 조합된 카본블랙 복합체를 사용하고, 부틸고무 및 아연화를 포함한 수지가류제 마스터배치를 사용한 실시예 6이 종래의 제품인 비교예 1에 비해 브래더 박리 및 클램프의 응력 집중에 의한 갈라짐이 줄어들고, 수명은 AFV type 40% 이상, BOM type 30% 이상 연장됨이 확인되었다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퍼니스블랙과 열전도성 카본블랙의 비교를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전도성 비교 그래프이다. 도 1을 참조하면, 퍼니스블랙과 열전도성 카본블랙의 열전도성을 비교하여 그래프로 나타낸 것임을 알 수 있다.
도 1에 도시된 그래프의 가로축은 카본블랙 함량(phr: parts per hundred rubber)을 나타낸 것이고, 세로축은 전기저항값을 나타낸 것이다. 즉 전기저항이 낮아야 열전도율이 좋은데, 열전도성 카본블랙인 아세틸렌 블랙이 퍼니스블랙인 HAF보다 열전도성이 우수함을 알 수 있다.
한 예로, 카본블랙이 20phr일 때 HAF가 1011(A1)이고, 아세틸렌 블랙이 105(A2)로 열전도성 카본블랙의 전기저항값이 낮음을 알 수 있음에 따라, 열전도성 카본블랙의 열전도성의 우수함이 확인된다.
다른 예로, 카본블랙이 30phr일 때 HAF가 109(B1)이고, 아세틸렌 블랙이 103(B2)로 열전도성 카본블랙의 열전도성의 우수함이 확인된다.
이때 퍼니스블랙인 HAF는 N300~N399의 범위를 가지는 것으로, 본 발명에서는 N351을 사용하였다. 퍼니스블랙인 SAF는 N200~N299의 범위를 가지는 것으로, 본 발명에서는 N220을 사용하였다.
원료고무 종류 카본블랙 열전도도
(Kcal/m·hr·℃)
종류 양(phr)
부타디엔고무
(NR)		 Blank 0 0.12
부타디엔고무
(NR)		 Acetylene Black 15 0.17
부타디엔고무
(NR)		 Acetylene Black 30 0.21
부타디엔고무
(NR)		 Acetylene Black 50 0.29
부타디엔고무
(NR)		 SRF 50 0.16
부타디엔고무
(NR)		 HAF 50 0.20
스티렌 부타디엔 고무
(SBR)		 Acetylene Black 50 0.33
부틸고무
(IIR)		 Acetylene Black 50 0.26
클로로프렌고무
(CR)		 Acetylene Black 50 0.31
표 3은 원료고무의 종류에 따라 카본블랙이 어느 정도의 양으로 함유되었을 때 열전도도가 좋은지 살펴본 것으로, 부타디엔고무의 경우로 살펴보기로 한다.
즉 카본블랙이 동일한 50phr일 때 아세틸렌 블랙의 열전도도가 0.29Kcal/m·hr·℃이고, HAF의 열전도도가 0.20Kcal/m·hr·℃로써, SRF와 HAF에 비하여 아세틸렌 블랙의 열전도성이 높음이 확인된다. 따라서 본 발명에 적용된 아세틸렌 블랙의 열전도도 특성이 증명되는 바이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다.
본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 원료고무로서 0.5~2wt% 범위의 이소프렌과 98~99.5wt% 범위의 이소부틸렌으로 이루어지는 부틸고무 100중량부에 대하여,
    무늬점도(Mooney Viscosity)가 34~60인 클로로프렌 0.1~20중량부,
    지방산 함량이 50~95wt%인 지방산 에스테르 1~6중량부,
    연화제로서, 아로마틱 함량이 0.1~6wt%, 나프텐기 함량이 24~35wt%, 파라피닉 함량이 59~75wt%로 이루어진 석유계 오일 2~15중량부, 및
    옥틸포름알데히드 페놀레진의 함량이 20~60wt%로 포함된 부틸고무 베이스의 마스터배치로 이루어진 수지가류제 0.5~20중량부를 포함하여 형성되되,
    HAF(High Abrasion Furnace)인 퍼니스블랙 10~40중량부와 열전도성 카본블랙 10~40중량부가 혼합된 카본블랙 복합체 20~80중량부를 더 포함하여 형성되고,
    상기 카본블랙 복합체는 질소흡착 비표면적이 30~120m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100~190cc/100g이며, 열전도성이 0.10~0.25Ω·cm인 것을 특징으로 하는,
    열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퍼니스블랙은,
    질소흡착 비표면적이 60~120m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 100~150cc/100g인 것을 특징으로 하는 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 카본블랙은,
    질소흡착 비표면적이 30~80m2/g이고, DBP(n-dibutyl phthalate) 흡유량이 120~190cc/100g인 것을 특징으로 하는 열전도성 및 내피로성이 향상된 바이어스 타이어 가류용 브래더 고무조성물.
  5. 삭제
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