KR102252893B1 - 비공기압 타이어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비공기압 타이어에 관한 것으로서, 상기 비공기압 타이어는 폴리우레탄을 포함하며, 상기 폴리우레탄은 경질 세그먼트(hard segment)와 연질 세그먼트(soft segment)로 이루어진 분자 구조를 가지고, 상기 폴리우레탄은 방향성 이황화물 분자 구조를 더 포함한다.
상기 비공기압 타이어는 폴리우레탄의 미세한 손상을 지속적으로 회복하며 내구를 향상시킬 수 있다.
상기 비공기압 타이어는 폴리우레탄의 미세한 손상을 지속적으로 회복하며 내구를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 비공기압 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리우레탄의 미세한 손상을 지속적으로 회복하며 내구를 향상시킬 수 있는 비공기압 타이어에 관한 것이다.
자동차 산업이 진화하면서 타이어도 안전과 친환경이 개선된 제품이 지속적으로 개발되고 있다. 대표적인 예로 비공기압 타이어(Non-pneumatic Tire)가 있는데, 이는 공기압으로 차량의 하중을 지탱하는 기존 타이어와 달리 타이어 자체의 형상만으로 차량의 하중을 지지한다.
상기 비공기압 타이어는 공기압을 사용하지 않기 때문에 타이어 펑크가 발생하지 않아 기존 타이어 대비 안전하고, 소재의 단일화로 재활용이 용이하여 친환경적이다.
상기 비공기압 타이어의 단일화된 소재로는 내마모성이 좋은 합성고무 폴리우레탄이 대표적으로 적용되고 있다. 이러한 비공기압 폴리우레탄 타이어는 공기압 대신 스포크의 형상으로 차량을 지지하고 충격을 흡수하기 때문에 조종안정성을 확보하기 위해 안정적인 내구 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 폴리우레탄의 미세한 손상을 지속적으로 회복하며 내구를 향상시킬 수 있는 비공기압 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리우레탄을 포함하며, 상기 폴리우레탄은 경질 세그먼트(hard segment)와 연질 세그먼트(soft segment)로 이루어진 분자 구조를 가지고, 상기 폴리우레탄은 방향성 이황화물 유래 분자 구조를 더 포함하는 것인 비공기압 타이어를 제공한다.
상기 폴리우레탄은 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여, 상기 경질 세그먼트(hard segment) 및 상기 방향성 이황화물을 70 중량% 내지 80 중량%, 및 상기 연질 세그먼트(soft segment)를 20 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여, 상기 경질 세그먼트(hard segment)를 60 중량% 내지 70 중량%, 및 상기 방향성 이황화물을 10 중량% 내지 15 중량%로 포함할 수 있다.
상기 방향성 이황화물 분자 구조는 디페닐 디설파이드(diphenyl disulfide)일 수 있다.
본 발명의 비공기압 타이어는 폴리우레탄의 미세한 손상을 지속적으로 회복하며 내구를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기압 타이어의 단면도이다.
도 2는 폴리우레탄의 경질 세그먼트와 연질 세그먼트로 이루어진 분자 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 폴리우레탄의 경질 세그먼트와 연질 세그먼트로 이루어진 분자 구조를 나타내는 화학식이다.
도 2는 폴리우레탄의 경질 세그먼트와 연질 세그먼트로 이루어진 분자 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 폴리우레탄의 경질 세그먼트와 연질 세그먼트로 이루어진 분자 구조를 나타내는 화학식이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기압 타이어의 단면도이다. 이하, 상기 도 1을 참조하여 상기 비공기압 타이어에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 비공기압 타이어(100)는 원주 방향에 따라 배치되는 외측 쉐어밴드(111)와 상기 외측 쉐어밴드(111)의 내측면에서 반경 방향으로 연결되어 상기 외측 쉐어밴드(111)를 지지하는 복수의 제1 스포크(121)를 포함한다.
또한, 상기 비공기압 타이어(100)는 상기 외측 쉐어밴드(111)와 동심이고, 상기 외측 쉐어밴드(111) 보다 직경이 작으며, 복수의 제2 스포크(121)들에 의하여 지지되는 적어도 하나의 내측 쉐어밴드(112)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 비공기압 타이어(100)는 상기 제1 스포크(121)들만 포함하고, 상기 제2 스포크(122)들은 포함하지 않을 수도 있다.
또한, 상기 비공기압 타이어(100)는 선택적으로 상기 외측 쉐어밴드(111)의 외측에 보강층(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 보강층(140)은 공기 타이어를 구성하는 벨트층과 유사하다.
또한, 상기 비공기압 타이어(100)는 선택적으로 상기 외측 쉐어밴드(111)의 외측에 트레드(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 비공기압 타이어(100)가 상기 보강층(140)을 포함하는 경우에는 상기 트레드(130)는 상기 보강층(140) 외측에 위치할 수 있다. 상기 트레드(130)에는 트레드 패턴이 형성될 수 있다.
한편, 상기 비공기압 타이어(100)는 폴리우레탄을 포함한다. 구체적으로, 상기 외측 쉐어밴드(111), 상기 내측 쉐어밴드(112), 상기 제1 스포크(121) 또는 상기 제2 스포크(122)는 각각 독립적으로 상기 폴리우레탄으로 이루어질 수 있다.
상기 폴리우레탄은 폴리올과 폴리이소시아네이트의 중합을 통해 제조되며, 도 2와 같이 경질 세그먼트(hard segment)와 연질 세그먼트(soft segment)로 이루어진 분자 구조를 가진다. 구체적으로, 도 3과 같은 화학식을 가지는 폴리우레탄의 경우 방향족기를 포함하는 모이어티(moiety)는 경질 세그먼트를 이루고, 알킬 체인(alkyl chain)을 포함하는 모이어티는 연질 세그먼트를 이룬다.
상기 폴리올은 분자 중에 적어도 ２ 개의 하이드록시기를 포함한다. 상기 폴리이소시아네이트는 분자 중에 적어도 ２ 개의 이소시아네이트기를 포함한다.
상기 폴리올은 폴리에스테르폴리올일 수 있다. 상기 폴리에스테르폴리올은 상기 폴리우레탄의 연질 세그먼트를 구성할 수 있다. 상기 폴리에스테르폴리올은 폴리에테르폴리올과 비교해 응집하기 쉽기 때문에 연질 세그먼트의 단독 응집을 촉진시키는 것이 가능하고, 이에 의해 수반된 경질 세그먼트의 단독 응집도 촉진시킬 수 있어, 경질 세그먼트와 연질 세그먼트의 마이크로상 분리 구조를 발달시킬 수 있다.
상기 폴리에스테르폴리올은, 예를 들어 폴리아디핀산글리콜(polyadipate glycol), 폴리프탈산글리콜(polyphthalate glycol), 폴리카보네이트디올(이하, PCD라 한다), 폴리카프로락톤 폴리올 등일 수 있다. 이 중, PCD는 응집력이 뛰어나 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 폴리에스테르폴리올의 수평균 분자량은 200 이상일 수 있고, 상기 폴리에스테르폴리올의 수평균 분자량은 8000 이하, 또는 7000 이하일 수 있다.
또한, 상기 폴리올은 폴리에테르 폴리올일 수 있다. 상기 폴리에테르 폴리올은 상기 폴리우레탄의 연질 세그먼트를 구성할 수 있다. 상기 폴리에테르 폴리올은 상기 폴리에스테르폴리올과 함께 사용됨으로써, 연질 세그먼트의 운동성을 확보하고, 마이크로상 분리 구조를 더욱 효과적으로 발달시킬 수 있다.
상기 폴리에테르 폴리올은, 예를 들어 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(이하, PTMG라 한다), 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등일 수 있다. 이 중, PTGM은 프리폴리머 방법으로 폴리우레탄을 제조하는 경우, 상기 폴리이소시아네이트와의 혼합이 용이하다.
상기 폴리에테르 폴리올의 수평균 분자량은 200 이상일 수 있고, 상기 폴리에테르 폴리올의 수평균 분자량은 3000 이하, 또는 2000 이하일 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트는, 예를 들어 파라페닐렌 다이이소시아네이트(이하, PPDI라 한다), 톨루엔 디이소시아네이트(이하, TDI라 한다), 디페닐메탄 다이이소시아네이트(이하, MDI라 한다), 이소포론 다이이소시아네이트(IPDI) 등일 수 있다. 상기 폴리이소시아네이트로는 강직하고, 생성된 경질 세그먼트의 응집력을 강하게 하는 방향족 다이이소시아네이트를 바람직하게 사용할 수 있고, 이 중 PPDI를 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
한편, 상기 경질 세그먼트는 폴리우레탄 고무에서 글래시(glassy)한 특징을 가지고 있으며 고분자 라텍스(Latex) 내 결정을 형성하여 높은 경도와 모듈러스를 가진다. 이와 반대로, 연질 세그먼트는 러버리(rubbery)한 특징을 가지고 있고 꼬인 비정형 상태로 낮은 경도 및 모듈러스를 가진다. 따라서, 상기 비공기압 타이어(100)에서 원하는 물성의 제품을 개발하기 위해서는 적정한 비율의 경질 세그먼트(hard segment)와 연질 세그먼트(soft segment)를 구성한 폴리우레탄 설계가 필요하다.
또한, 상기 경질 세그먼트와 연질 세그먼트로 구성된 폴리우레탄은 고분자 단일 사슬로만 이루어져 내구성이 약하다는 단점이 있다.
이에, 상기 폴리우레탄은 경질 세그먼트(hard segment)와 연질 세그먼트(soft segment)로 이루어진 분자 구조를 가지고, 상기 폴리우레탄은 방향성 이황화물에서 유래한 방향성 이황화물 유래 분자 구조를 더 포함한다.
상기 방향성 이황화물은 상온에서 하기 반응식 1과 같은 메타테시스 반응(Metathesis Reaction)에 의해, 폴리우레탄 고무에 손상이 가해졌을 때, 이황화물이 새로운 단일 결합을 형성하며 폴리우레탄 고무의 내구성을 향상시킬 수 있다.
[반응식 1]
상기 방향성 이황화물은 일 예로, 하기 화학식 1로 표시되는 디페닐 디설파이드(diphenyl disulfide)일 수 있다. 하기 화학식 1에서 R은 각각 독립적으로 수소기, 탄소수 1 내지 3의 알킬기, 하이드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 상기 디페닐 디설파이드가 상기 폴리우레탄 구조 내에 포함된 경우 상기 R은 이탈되고 페닐기는 우레탄기와 연결될 수 있다.
[화학식 1]
상기 폴리우레탄은 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여, 상기 경질 세그먼트 및 상기 방향성 이황화물을 70 중량% 내지 80 중량%, 및 상기 연질 세그먼트(soft segment)를 20 중량% 내지 30 중량%로 포함할 수 있다.
상기 경질 세그먼트 및 상기 방향성 이황화물의 함량이 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여 70 중량% 미만인 경우 폴리우레탄의 강성이 저하될 수 있고, 80 중량%를 초과하는 경우 방향성 이황화물의 부족으로 회복 성능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄은 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여, 상기 경질 세그먼트를 60 중량% 내지 70 중량%, 및 상기 방향성 이황화물을 10 중량% 내지 15 중량%로 포함할 수 있다.
상기 방향성 이황화물의 함량이 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여 10 중량% 미만인 경우 회복 성능이 저하될 수 있고, 15 중량%를 초과하는 경우 우레탄의 비율이 줄어들어 강성이 저하될 수 있다.
상기 폴리우레탄은 예를 들어, 원샷법, 프리폴리머법을 이용하여 제조될 수 있다. 상기 원샷법에서는, 예를 들어, 폴리에스테르폴리올, 방향성 이황화물 분자 구조, 폴리이소시아네이트와, 쇠사슬 연장제와, 필요에 따라서 폴리에테르 폴리올을 동시에 중합할 수 있다. 상기 프리폴리머 법에서는, 예를 들어, 폴리에스테르폴리올, 방향성 이황화물 분자 구조, 폴리이소시아네이트 및 필요에 따라서 폴리에테르 폴리올로 이소시아네이트기 말단 프리폴리머를 합성하고, 이소시아네이트기 말단 프리폴리머로, 쇠사슬 연장제, 필요에 따라서 폴리에스테르폴리올 및 필요에 따라서 폴리에테르 폴리올을 첨가하고, 중합할 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄 제조시 쇠사슬 연장제를 사용할 수도 있다. 상기 쇠사슬 연장제는, 예를 들어 단쇄 폴리올을 사용할 수 있고, 구체적으로는, 탄소수 10 이하의 폴리올, 바람직하게는 탄소수 10 이하의 디올을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올 등을 사용할 수 있다.
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: 폴리우레탄에 제조]
(실시예)
폴리올 30 중량%, 방향성 이황화물 10 중량%, 및 폴리이소시아네이트 60 중량%를 70 ℃ 진공 조건에서 반응시켜 폴리우레탄 고무를 제조하였다.
(비교예)
폴리올 30 중량% 및 폴리이소시아네이트 70 중량%를 70 ℃ 진공 조건에서 반응시켜 폴리우레탄 고무를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄의 경질 세그먼트와 연질 세그먼트, 및 방향성 이황화물의 함량을 하기 표 1에 정리하였다.
| 비교예 | 실시예 | |
| 경질 세그먼트(중량%) | 70 | 60 |
| 연질 세그먼트(중량%) | 30 | 30 |
| 방향성 이황화물(중량%) | - | 10 |
상기 표 1을 참조하면, 상기 비교예에서 제조된 폴리우레탄은 경질 세그먼트와 연질 세그먼트가 70:30의 중량비로 구성된 폴리우레탄 고무이며, 상기 실시예에서 제조된 폴리우레판은 경질 세그먼트의 10 중량부를 방향성 이황화물로 대체한 폴리우레탄 고무임을 알 수 있다.
[제조예: 제조된 폴리우레탄의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄을 몰드(mold)에 캐스팅한 후, 60 ℃에서 약 16 시간 가류하였다.
상기 방향성 이황화물의 도입 효과를 인장물성의 평가를 통해 분석하였다. 상기 인장물성은 초기, 절단 후 재접합 후 1 시간, 12 시간, 24 시간 후에 ASTM D412 기준으로 측정하였고, 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
| 초기 | 절단 및 재접합 후 | ||||
| 1 시간 | 12 시간 | 24 시간 | |||
| 연신율(elongation) | 비교예 | 100 | 74 | 75 | 75 |
| 실시예 | 100 | 67 | 91 | 97 | |
| 인장강도(tensile strength | 비교예 | 100 | 49 | 53 | 53 |
| 실시예 | 100 | 63 | 89 | 98 | |
상기 표 2를 참조하면, 상기 비교예에서 제조된 폴리우레탄의 연신율과 인장강도는 절단 후 현저히 저하되었으나, 상기 실시예에서 제조된 폴리우레탄의 경우 연신율과 인장강도는 재접합 후 초기와 동등 수준으로 회복되었다.
따라서, 본 발명에 따른 폴리우레탄 고무는 미세만 손상을 지속적으로 회복하며 내구를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
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: 비공기압 타이어
111: 외측 쉐어밴드
112: 내측 쉐어밴드
121: 제1 스포크
122: 제2 스포크
130: 트레드
140: 보강층
111: 외측 쉐어밴드
112: 내측 쉐어밴드
121: 제1 스포크
122: 제2 스포크
130: 트레드
140: 보강층
Claims (4)
- 쉐어밴드와 상기 쉐어밴드를 지지하는 스포크를 포함하는 비공기압 타이어로,
상기 쉐어밴드 및 상기 스포크는,
폴리우레탄을 포함하며,
상기 폴리우레탄은 경질 세그먼트(hard segment)와 연질 세그먼트(soft segment)로 이루어진 분자 구조를 가지고,
상기 폴리우레탄은, 방향성 이황화물에서 유래한 방향성 이황화물 유래 분자 구조를 더 포함하고,
상기 방향성 이황화물 유래 분자 구조는, 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여, 상기 방향성 이황화물 10 중량% 내지 15 중량%로 유래되는 것인 비공기압 타이어. - 제 1 항에 있어서,
상기 폴리우레탄은 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여,
상기 경질 세그먼트(hard segment) 및 상기 방향성 이황화물을 70중량% 내지 80 중량%, 및
상기 연질 세그먼트(soft segment)를 20 중량% 내지 30 중량%로 포함하는 것인
비공기압 타이어. - 제 1 항에 있어서,
상기 폴리우레탄은 상기 폴리우레탄 전체 중량에 대하여,
상기 경질 세그먼트(hard segment)를 60 중량% 내지 70 중량%로 포함하는 것인
비공기압 타이어. - 제 1 항에 있어서,
상기 방향성 이황화물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 비공기압 타이어.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
R은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수 1 내지 3의 알킬기, 하이드록시기 및 할로겐기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 해당한다)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190116087A KR102252893B1 (ko) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 비공기압 타이어 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190116087A KR102252893B1 (ko) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 비공기압 타이어 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210034307A KR20210034307A (ko) | 2021-03-30 |
| KR102252893B1 true KR102252893B1 (ko) | 2021-05-18 |
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ID=75264944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190116087A KR102252893B1 (ko) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 비공기압 타이어 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102252893B1 (ko) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101682505B1 (ko) * | 2011-02-22 | 2016-12-06 | 금호석유화학 주식회사 | 비공기압식 타이어 부재용 폴리우레탄 주조 엘라스토머 및 그 제조 방법 |
| KR102012761B1 (ko) * | 2018-01-04 | 2019-10-21 | 한국과학기술연구원 | 자가치유 탄성체, 자가치유 복합체 및 자가치유 필름 |
-
2019
- 2019-09-20 KR KR1020190116087A patent/KR102252893B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
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| KR20210034307A (ko) | 2021-03-30 |
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