KR102291354B1 - 멀티-트레드 캡을 갖는 공기압 타이어 - Google Patents

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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

본 발명에 따른 공기압 타이어용 트레드는, 트레드 베이스 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있는 제 1 트레드 캡 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있고 제 1 트레드 캡 층의 반경방향 외측에서 상기 제 1 트레드 캡 층에 축방향으로 인접한 제 2 트레드 캡 층, 반경방향으로 상기 트레드 베이스 층과 제 1 및 제 2 트레드 캡 층 사이에 위치된 제 3 중간 층을 포함한다. 상기 제 1 트레드 캡 층은, 제 1 트레드 캡 층 및 제 2 트레드 캡 층의 바디보다 크게 반경방향으로 내측으로 상기 제 3 중간 층 내부로 연장되는 돌출부를 가져, 이로써, 제 1 트레드 캡 및 제 2 트레드 캡 층의 바디가 마모되어버린 후에, 제 1 트레드 캡 층이 전체 트레드에 개선된 성능 특성을 제공하도록 한다.

Description

멀티-트레드 캡을 갖는 공기압 타이어{PNEUMATIC TIRE WITH MULTI-TREAD CAP}
본 발명은 멀티 트레드 캡을 갖는 공기압 타이어에 관한 것이다.
종래의 공기압 타이어는 지지 카커스 구조체 상에 외부의 균일한 트레드 스톡을 적용하고 생성 복합 구조체를 황 경화함으로써 제조되어왔다. 이 균일한 트레드 스톡의 외측부에 홈의 외부 매트릭스가 몰딩되거나 또는 달리 제공되어 트랙션 뿐만 아니라 다른 바람직한 특성을 제공한다.
특정한 트레드 화합물은 다른 것들보다 우수한 트랙션을 제공한다. 또한, 특정한 트레드 화합물은 다른 것들보다 우수한 롤링 저항을 제공한다. 저 롤링 저항 및 최대량의 트랙션 둘 다를 갖는 타이어가 바람직하지만, 타이어에 우수한 롤링 저항을 제공하는 트레드 화합물은 일반적으로 최대량의 트랙션을 제공하지 못할 수 있고, 최대량의 트랙션을 제공하는 트레드 화합물은 원하는 만큼 저 롤링 저항을 제공하지 못할 수 있다.
실리카-풍부 고무 조성물로 이루어진 트레드/주행면을 갖는 공기압 타이어는, 종종 타이어 트레드에 예컨대 감소된 롤링 저항과 적당한 트랙션과 같은 다양한 물리적 성질을 부여하기에 바람직하지만, 보강 충전재 함유량에서 비교적 높은 실리카 대 카본 블랙의 비 때문에 불리할 수 있다. 이러한 높은 실리카/카본 블랙의 비는 증가된 재료 비용(실리카) 및 실리카-풍부 고무 조성물의 증가된 가공 비용 면에서 실리카-풍부 트레드의 비용의 현저한 증가를 나타낸다. 나아가, 최소한의 카본 블랙 함유량을 갖는 이러한 실리카-풍부 트레드 고무는 비교적 낮은 전기 전도도를 가질 수 있어서 타이어 트레드로부터 지면으로의 정전기 전하의 전도에 전기적 저항이 있을 수 있다.
실리카-풍부 트레드에서의 증가된 전기 전도도의 통로는, 예컨대, 카본 블랙-풍부 고무 조성물의 스트립을, 트레드의 주행면의 일부 상에 얇은 커버 스트립으로서 또는 트레드의 본체를 통해 트레드의 주행면까지 연장되는 얇은 넌-하중 지지(non-load bearing) 스트립으로서 위치시킴으로써 제공될 수 있다. 이러한 유형의 방법들은 타이어 자체 및 타이어의 제조 과정에 비용 및 복잡성 둘 다를 증가시킨다.
일부 타이어 트레드는, 러그(lug)/홈 구조로 지면과 접촉하도록 설계된 트레드 캡, 및 상기 트레드 캡 하부에서 트래드 캡을 지지하고 트레드 캡과 타이어 카커스/벨트 구조체 사이에 위치한 트레드 베이스를 갖는, 캡/베이스 구조를 가진다. 트레드 베이스는 지면과 접촉되지 않도록 하며, 따라서 일반적으로, 예컨대 트랙션 및 트레드 마모의 목적하는 트레드 캡 성질과 동일한 트레드 성질들을 갖지 않도록 한다.
트레드 캡/베이스 구조에서, 트레드 캡은 지면과 접촉하도록 설계되어 허용가능한 트레드 마모 및 롤링 저항과 함께 트랙션을 제공할 수 있는 데에 반하여, 하부의 트레드 베이스는 완전히 상이한 기능을 달성하도록 설계될 수 있고 지면과 전혀 접촉하지 않도록 설계될 수 있다. 특히, 트레드 베이스는 주로, 비교적 낮은 열 생성으로, 다축성 트레드 캡 힘을 타이어 카커스로 전달하는 기능을 달성할 수 있다. 이러한 힘은, 열을 생성하고 온도를 증가시키고 타이어 카커스 그 자체에 바람직하지 않게 힘이 가해지도록 야기할 수 있는 압축, 굽힘, 및/또는 전단과 같은 힘 하에서 작동하는 트레드 캡으로부터 생기는 힘을 포함할 수 있다. 이러한 힘은, 예컨대 타이어 트레드 내에서 열을 생성할 수 있는 타이어의 코너링, 브레이킹, 및/또는 다양한 핸들링 활동으로부터 생길 수 있다.
하나의 통상적인 공기압 타이어에서, 실리카-풍부 트레드의 물질과 제조 비용 둘 다를 줄이고 또한 타이어에서부터 타이어의 트레드를 통해 지면으로의 증가된 전기 전도도의 통로를 제공하기 위해서, 트레드 주행면은, 고무 조성물의 하나 이상의 실리카-풍부 하중 지지(load-bearing) 구역 및 하나 이상의 카본 블랙-풍부 하중 지지 구역을 포함할 수 있는 3개의 구별되는 하중 지지 구역으로 분할될 수 있다. 트레드 캡 구역을 하중 지지형으로 함으로써, 3개의 구별되는 주행면 트레드 캡 구역 각각을, 트레드의 외표면에서부터 하부의 별개의 카본 블랙-풍부 트레드 베이스 고무 층으로 연장시켜, 타이어에 걸리는 모든 하중이 3개의 트레드 캡 층 구역 각각에 의해, 타이어 카커스 자체로 바로 전달되는 대신에 트레스 베이스 층으로 바로 전달될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 공기압 타이어에 사용되는 트레드는, 트레드 베이스 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있는 제 1 트레드 캡 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있고 상기 제 1 트레드 캡 층의 반경방향 외측에서 상기 제 1 트레드 캡 층에 축방향으로 인접한 제 2 트레드 캡 층, 반경방향으로 상기 트레드 베이스 층과 제 1 및 제 2 트레드 캡 층 사이에 위치된 제 3 중간 층을 포함한다. 상기 제 1 트레드 캡 층은, 제 1 트레드 캡 층 및 제 2 트레드 캡 층의 바디보다 크게 반경방향으로 내측으로 상기 제 3 중간 층 내부로 연장되는 돌출부를 가져, 이로써, 제 1 트레드 캡 및 제 2 트레드 캡 층의 바디가 마모되어버린 후에, 제 1 트레드 캡 층이 전체 트레드에 개선된 성능 특성을 제공하도록 한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 상기 돌출부는, 4 리브(rib) 트레드의 리브로부터 반경방향으로 내측으로 연장되고, 4 리브 트레드의 또 다른 리브는 정전하를 접지시키기 위한 구조를 포함한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 2개의 돌출부는 각각, 5 리브 트레드의 2개의 리브로부터 반경방향으로 내측으로 연장된다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 2개의 돌출부는 각각, 5 리브 트레드의 2개의 리브로부터 반경방향으로 내측으로 연장되고, 5 리브 트레드의 중간 리브는 정전하를 접지시키기 위한 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 트레드 베이스 층은, 100 중량부의 탄성중합체 당 20 중량부 내지 150 중량부의 카본 블랙을 갖는 다이엔-계 탄성중합체를 포함하는 고무 조성물을 포함한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은, 100 중량부의 탄성중합체 당 20 중량부 내지 100 중량부의 실리카를 갖는 다이엔계 탄성중합체를 포함한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 트레드 베이스 층은 0.1 내지 0.2 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 13 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 45 내지 70 범위의 쇼어(shore) A 경도를 갖는다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은 0.05 내지 0.20 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 12 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 50 내지 75 범위의 쇼어 A 경도를 갖는다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은, 30 내지 80 phr의 카본 블랙 및 0 내지 40 phr의 침전된 실리카를 갖는 약 30 내지 약 70 phr의 고무 보강 충전제를 갖는 공액 다이엔-계 탄성중합체를 포함한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은, 50 내지 80 phr의 카본 블랙을 포함한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은 10 내지 25 phr의 침전된 실리카를 포함한다.
트레드의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은, 50 내지 80 phr의 침전된 실리카 및 10 내지 40 phr의 카본 블랙을 갖는 보강 충전제 및 공액 다이엔-계 탄성중합체를 포함한다.
본 발명에 따른 공기압 타이어는 트레드, 카커스, 벨트 층, 이격된 비교적 비신장성 비드, 및 측벽을 포함한다. 상기 트레드는 트레드 베이스 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있는 제 1 트레드 캡 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있고 상기 제 1 트레드 캡 층의 반경방향으로 외측에서 상기 제 1 트레드 캡 층에 축방향으로 인접한 제 2 트레드 캡 층, 반경방향으로 상기 트레드 베이스 층과 제 1 및 제 2 트레드 캡 층 사이에 위치된 제 3 중간 층을 포함한다. 상기 제 1 트레드 캡 층은, 제 1 트레드 캡 층 및 제 2 트레드 캡 층의 바디보다 크게 반경방향으로 내측으로 상기 제 3 중간 층 내부로 연장되는 돌출부를 가져, 이로써, 제 1 트레드 캡 및 제 2 트레드 캡 층의 바디가 마모되어버린 후에, 제 1 트레드 캡 층이 전체 트레드에 개선된 성능 특성을 제공하도록 한다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 제 1 트레드 캡 층은 하나의 압출기에서 단일 고무 화합물의 단일 압출물로서 압출되고, 제 2 트레드 캡 층은 또 다른 압출기에 의해 압출된다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은, 30 내지 80 phr의 카본 블랙 및 0 내지 40 phr의 침전된 실리카를 갖는 약 30 내지 약 70 phr의 고무 보강 충전제를 갖는 공액 다이엔-계 탄성중합체를 포함한다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은 50 내지 80 phr의 카본 블랙을 포함한다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은 10 내지 25 phr의 침전된 실리카를 포함한다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은 4 내지 13 MPa 범위의 저장 모듈러스를 갖는다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은 50 내지 80 phr의 침전된 실리카 및 10 내지 40 phr의 카본 블랙을 갖는 보강 충전제 및 공액 다이엔-계 탄성중합체를 포함한다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 트레드 베이스 층은 0.1 내지 0.2 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 13 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 45 내지 70 범위의 쇼어 A 경도를 갖는다.
공기압 타이어의 또 다른 양태에 따르면, 제 2 트레드 캡 층은 0.05 내지 0.20 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 12 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 50 내지 75 범위의 쇼어 A 경도를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 공기압 타이어의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 또 하나의 예시적인 공기압 타이어의 개략적인 단면도이다.
정의
하기 정의가 본 발명에 사용된다.
"아펙스(apex)"는 비드 코어 상에 반경방향으로 그리고 플라이(ply)와 턴업(turnup) 플라이 사이에 위치된 탄성중합체 충전제를 의미한다.
"환형(annular)"은 고리처럼 형성된 것을 의미한다.
"종횡비(aspect ratio)"는 타이어의 단면 높이 대 단면 폭의 비를 의미한다.
"비대칭 트레드(asymmetric tread)"는 타이어의 중심면 또는 적도면(equatorial plane; EP)에 대해서 대칭이 아닌 트레드 패턴을 갖는 트레드를 의미한다.
"축방향(axial)" 및 "축방향으로(axially)"는 본원에서 타이어의 회전축에 평행한 선 또는 방향을 가리키는데 사용된다.
"비드(bead)"는, 즉 플리퍼(flippers), 치퍼(chippers), 아펙스, 토우 가드(toe guards) 및 체이퍼(chafers) 등과 같은 다른 보강 요소의 유무와 무관하게 플라이 코드(ply cords)에 의해 감겨져서 성형되어 설계 림에 끼워 맞추기 위한 환형 인장성 부재를 포함하는 타이어의 일부분을 의미한다.
"벨트 구조체(belt structure)"는, 직물 또는 부직물이고 트레드의 하부에 있으며 비드에 고정되지 않고 타이어의 적도면(equatorial plane)에 대해 경사진 코드를 갖는, 평행한 코드의 2개 이상의 환형 층 또는 플라이를 의미한다. 또한, 벨트 구조체는 비교적 작은 각도로 경사진 평행한 코드의 플라이를 포함할 수 있는데, 이는 제한층으로서 작용한다.
"바이어스 타이어(bias tire) (크로스 플라이; cross ply)"는 카커스 플라이 내의 보강 코드가 타이어의 적도면에 대해서 약 25°내지 65°각도로 비드로부터 비드까지 타이어를 가로질러 대각선으로 연장되는 타이어를 의미한다. 다중 플라이가 존재하는 경우, 플라이 코드는 교대 층에서 대각으로 연장된다.
"브레이커(breaker)"는 타이어의 적도면을 기준으로 카커스 플라이 내의 평행 보강 코드와 동일한 각도를 갖는 평행한 보강 코드의 2개 이상의 환형 층 또는 플라이를 의미한다. 브레이커는 통상 바이어스 타이어와 결합된다.
"케이블(cable)"은 2개 이상의 플라이된 얀을 함께 연사(twisting)시킴으로써 형성된 코드를 의미한다.
"카커스(carcass)"는, 벨트 구조체, 트레드, 언더트레드(undertread), 및 플라이 상의 측벽 고무를 제외한 비드를 포함하는 타이어 구조체를 의미한다.
"케이싱(casing)"은 트레드 및 언더트레드를 제외한 타이어의 카커스, 벨트 구조체, 비드, 측벽 및 모든 다른 구성요소(즉, 타이어 전체)를 의미한다.
"치퍼(chipper)"는 비드 영역 내에 위치된 직물 또는 스틸 코드의 좁은 밴드를 지칭하며, 치퍼의 기능은 비드 영역을 보강하고 측벽의 반경방향 최내측 부분을 안정화시키는 것이다.
"원주방향(circumferential)"은 적도면(EP)에 평행하고 축방향에 수직한 환형 타이어의 표면의 외주를 따라 연장되는 라인 또는 방향을 의미한다. 또한 원주방향은 단면으로 본 경우, 그 반경이 트레드의 축방향 곡률을 규정하는 인접한 원형 커브 세트의 방향을 지칭한다.
"코드(cord)"는 타이어의 보강 구조체를 구성하는 보강 스트랜드들 중 하나를 의미한다.
"코드 각도(cord angle)"는 적도면에 대해서 코드에 의해 형성된, 타이어의 평면도에서 좌측 또는 우측으로의 예각을 의미한다. 이러한 "코드 각도"는 경화되었지만 비팽창된 타이어에서 측정된다.
"크라운(crown)"은 타이어 트레드의 폭의 허용치 내의 타이어 부분을 의미한다.
"데니어(denier)"는 9,000미터당 그램 중량을 의미한다(선형 밀도를 표현하기 위한 단위). "dtex"는 10,000미터당 그램 중량을 의미한다.
"밀도(density)"는 단위 길이당 중량을 의미한다.
"탄성중합체(elastomer)"는 변형후에 사이즈 및 형상을 회복할 수 있는 탄성 물질을 의미한다.
"적도면(equatorial plane; EP)"은 타이어의 회전축에 수직하며 타이어 트레드의 중심을 통과하는 평면, 또는 트레드의 원주방향 중심선을 포함하는 평면을 의미한다.
"직물(fabric)"은 연사될 수 있고 또한 고 모듈러스 물질의 (연사될 수 있는) 복수의 다양한 필라멘트로 구성된, 본질적으로 일방향으로 연장된 코드의 네트워크를 의미한다.
"파이버(fiber)"는 필라멘트의 기본 요소를 형성하는 천연 또는 수제 물질의 단위이다. 그 직경 또는 폭의 100배 이상의 길이를 갖는 것이 특징이다.
"필라멘트 카운트(filament count)"는 얀을 형성하는 필라멘트의 개수를 의미한다. 예를 들면, 1,000 데니어 폴리에스터는 대략 190 필라멘트를 갖는다.
"플립퍼(flipper)"는 강화용으로 타이어 본체 내에 비드 와이어를 묶기 위한 비드 와이어 주위의 보강 직물을 지칭한다.
"풋프린트(footprint)"는 0의 속도 및 통상의 하중 및 압력 하에서 평평한 표면과의 타이어 트레드의 접촉 영역 또는 접지 패치를 의미한다.
"게이지(gauge)"는 일반적으로 측정값, 구체적으로 두께 측정값을 지칭한다.
"홈(groove)"은 트레드에 대해 원주방향으로 또는 측방향으로 스트레이트(straight), 커브(curved), 또는 지그재그(zigzag) 방식으로 연장될 수 있는 트레드 내의 기다란 공극 영역을 의미한다. 원주방향으로 또는 측방향으로 연장된 홈은 종종 공통된 부분을 갖는다. "홈 폭(groove width)"은 이러한 홈 또는 홈 부분의 길이에 의해 분할된 홈 또는 홈 부분으로 채워진 트레드 표면일 수 있다. 이와 같이, 홈 폭은 홈의 길이에 걸친 홈의 평균 폭일 수 있다. 홈은 타이어에서 깊이가 달라질 수 있다. 홈의 깊이는 트레드의 원주 주위에서 달라질 수 있거나, 홈 하나의 깊이는 일정할 수 있지만 타이어에서 또 다른 홈의 깊이와 다를 수 있다. 만약 이러한 좁거나 넓은 홈이, 서로 연결되는 넓은 원주방향의 홈에 비해 상당히 감소된 깊이이면, 관련된 트레드 영역에서 리브(rib)와 같은 특성을 유지하는 경향이 있는 "타이 바(tie bar)"를 형성하는 것으로 여겨질 수 있다. 본원에 사용된 홈은 타이어 접촉 패치 또는 풋프린트 내에서 열린 상태로 있기에 충분히 넓은 폭을 갖도록 의도된다.
"고 인장 강(high tensile steel; HT)"은 0.20 mm의 필라멘트 직경에서 3400 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"내부(inner)"는 타이어 및 차량의 내측을 향하는 것을 의미하고, "외부(outer)"는 타이어 및 차량의 외측을 향하는 것을 의미한다.
"이너라이너(innerliner)"는 튜브리스(tubeless) 타이어의 내부면을 형성하고 타이어 내에 팽창 유체를 포함하는 탄성 중합체 또는 다른 물질의 층 또는 층들을 의미한다.
"인보드 사이드(inboard side)"는 타이어가 휠에 장착되고 휠이 차량에 장착된 경우 차량으로부터 가장 가까이 있는 타이어의 측면을 의미한다.
"LASE"는 특정 연신률에서의 하중이다.
"측방향(lateral)"은 축방향을 의미한다.
"레이 길이(lay length)"는 다른 필라멘트 또는 스트랜드에 대해 360°회전된 연사된 필라멘트 또는 스트랜드가 이동한 거리를 의미한다.
"하중 범위(load range)"는 타이어 앤드 림 어소시에이션 인코포레이티드(The Tire and Rim Association, Inc)의 표에 정의된 특정 유형의 서비스에 사용되는 지정된 타이어의 하중 및 팽창 한계치를 의미한다.
"메가 인장 강(mega tensile steel; MT)"은 0.20 mm의 필라멘트 직경에서 4500 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"순 접촉 면적(net contact area)"은, 트레드의 전체 원주 둘레에서 측정된 한정된 경계 엣지들 사이의 접지된 요소들의 전체 면적을 상기 경계 엣지들 사이의 총 면적으로 나눈 것을 의미한다.
"넷-투-그로스 비(net-to-gross ratio)"는 트레드의 전체 원주 둘레의 트레드의 측면 엣지들 사이의 접지된 트레드 요소들의 총 면적을 상기 측면 엣지들 사이의 트레드의 전체 원주의 총 면적으로 나눈 것을 의미한다.
"비-방향성 트레드(non-directional tread)"는 우선적인 전진 방향을 갖지 않으며, 트레드 패턴이 바람직한 주행 방향으로 정렬되도록 특정한 휠 위치 또는 위치들에서 차량에 위치될 필요가 없는 트레드를 의미한다. 반대로, 방향성 트레드 패턴은 특정한 휠 위치설정을 필요로 하는 우선적인 주행 방향을 갖는다.
"정상 하중(normal load)"은 타이어의 서비스 조건을 위한 적절한 표준 기구에 의해 정해진 특정 설계 팽창 압력 및 하중을 의미한다.
"정상 인장 강(normal tensile steel; NT)"은 0.20 mm의 필라멘트 직경에서 2800 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"아웃보드 사이드(outboard side)"는 타이어가 휠에 장착되고 휠이 차량에 장착된 경우, 타이어로부터 가장 멀리 있는 타이어의 측면을 의미한다.
"phr"는 100 중량부의 고무 또는 탄성중합체 당 개별 물질의 중량부를 의미한다.
"플라이(ply)"는 고무 코팅되고 반경방향으로 배치되거나 또는 다르게는 평행한 코드의 코드 보강층을 의미한다.
"반경방향(radial)" 및 "반경방향으로(radially)"는 타이어의 회전축에 대해 반경방향으로 안쪽으로 향하거나 그로부터 멀어지는 방향을 의미하는데 사용된다.
"반경방향 플라이 구조(radial ply structure)"는 하나 이상의 카커스 플라이를 의미하거나, 적어도 1개의 플라이가 타이어의 적도면에 대해서 65°와 90° 사이의 각도로 배향된 보강 코드를 갖는 하나 이상의 카커스 플라이를 의미한다.
"반경방향 플라이 타이어(radial ply tire)"는 하나 이상의 플라이가 비드로부터 비드까지 연장되고 타이어의 적도면에 대해서 65°와 90° 사이의 코드 각도로 놓여 있는 코드를 갖는 벨트식 또는 원주방향으로 제한된 공기압 타이어를 의미한다.
"리브(rib)"는 하나 이상의 원주방향 홈 및 이러한 제 2의 홈 또는 측방향 엣지에 의해 한정된, 트레드 상의 고무로 된 원주방향으로 연장되는 스트립을 의미하며, 이 스트립은 전체-깊이 홈에 의해 측방향으로 분할되지 않는다.
"리벳(rivet)"은 하나의 층 내 코드들 사이의 개방 공간을 의미한다.
"단면 높이(section height)"는 타이어의 적도면에서 타이어의 공칭 림 직경으로부터 외경까지의 반경방향 거리를 의미한다.
"단면 폭(section width)"은 하중을 받지 않은 상태에서 24시간 동안 정상 압력에서 팽창되었을 때 또는 그 후에, 라벨링, 장식 또는 보호 밴드로 인한 측벽의 상승을 배제한, 타이어의 측벽들의 외측부 사이에서 타이어의 축에 평행한 최대 직선 거리를 의미한다.
"자립형 런-플랫(self-supporting run-flat)"은 타이어가 제한된 시간동안 제한된 속력 하에 비팽창된 조건에서 작동하는 경우, 타이어 자체만으로 차량의 하중을 지지하기에 충분히 강한 타이어 구조를 갖는 타이어의 유형을 의미한다. 타이어의 측벽 및 내부 표면은 단지 타이어 구조만으로 (예컨대, 내부 구조가 전혀 없음) 자체적으로 붕괴되거나 비틀어지지 않을 수 있다.
"측벽 인서트(sidewall insert)"는 타이어의 측벽 영역에 위치한 탄성 중합체 또는 코드 보강재를 의미한다. 인서트는 타이어의 외표면을 형성하는 외측벽 고무 및 카커스 보강 플라이에 대한 부가물일 수 있다.
"측벽(sidewall)"은 트레드와 비드 사이의 타이어 부분을 의미한다.
"사이프(sipe)" 또는 "인시션(incision)"은 트레드 표면을 세분하고 트랙션을 개선시키는 타이어의 트레드 요소 내로 성형된 작은 슬롯을 의미하며, 사이프들은 홈과는 대조적으로 접촉 패치 또는 풋프린트 내에 밀접하도록 설계될 수 있다.
"스프링 레이트(spring rate)"는 주어진 압력에서 하중 편향 곡선의 기울기로서 표현되는 타이어의 강성을 의미한다.
"강성비(stiffness ratio)"는 고정된 말단 사이의 중앙에 있는 하중에 의해 구부러지고 지지되는 코드의 양 말단을 갖는 고정된 3개 지점 굽힘 테스트에 의해 결정되는, 컨트롤 벨트 구조체의 강성 값을 또 다른 벨트 구조체의 강성 값으로 나눈 값을 의미한다.
"수퍼 인장 강(super tensile steel; ST)"은 0.20 mm의 필라멘트 직경에서 3650 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"강인력(tenacity)"은 비변형된 시편의 단위 선 밀도당 힘(gm/tex 또는 gm/denier)으로서 표현된 응력이다. 텍스타일에서 사용된다.
"인장력(tensile)"은 힘/단면적으로 표현된 응력이다. psi 단위의 강도는 gm/denier 단위의 강인력×비중의 12,800배이다.
"토우 가드(toe guard)"는 각 비드의 축방향 내측으로 타이어의 원주방향으로 배치된 탄성중합체 림-접촉 부분을 지칭한다.
"트레드(tread)"는 타이어 케이싱에 접착될 때, 타이어가 통상적으로 비팽창되고 정상 하중 하에 있을 경우 도로와 접촉되는 타이어의 부분을 포함하는 성형된 고무 구성요소를 의미한다.
"트레드 요소(tread element)" 또는 "트랙션 요소(traction element)"는 리브 또는 블록 요소를 의미한다.
"트레드 폭(tread width)"은 타이어의 회전축을 포함하는 평면에서의 트레드 표면의 아크 길이를 의미한다.
"턴업 단부(turnup end)"는, 플라이로 랩핑된 비드로부터 상방(즉, 반경방향 외측)으로 향하는 카커스 플라이 부분을 의미한다.
"울트라 인장 강(ultra tensile steel; UT)"은 0.20 mm의 필라멘트 직경에서 4000 MPa 이상의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"수직 편향(vertical deflection)"은 하중 하에서 타이어가 편향되는 양을 의미한다.
"얀(yarn)"은 텍스타일 파이버 또는 필라멘트의 연속적인 스트랜드에 대한 일반적인 용어이다. 얀은 1) 함께 연사된 다수의 섬유; 2) 연사없이 함께 놓인 다수의 필라멘트; 3) 어느 정도 연사 상태로 함께 놓인 다수의 필라멘트; 4) 연사된 또는 무연사된 단일 필라멘트(모노필라멘트); 5) 연사된 또는 무연사된 재료의 협착 스트립 형태로 형성된다.
공기압 타이어에서 높은 롤링 저항 트레드 물질과 높은 트랙션 트레드 물질 사이에 성능 차가 존재할 수 있다. 본 발명에 따른 트레드는 이 차이를 해결하고, 습윤 트랙션, 롤링 저항, 및 트레드 마모의 균형을 맞출 수 있다. 이러한 트레드는 수직 및 수평 단면 분할을 이용하여, 사용가능한 수명 전체에 걸쳐 타이어의 습윤 트랙션(습윤 노면 지수(WGI), 브레이크, 물, 핸들링), 롤링 저항, 및 트레드 마모를 최적화할 수 있다. 이러한 트레드는 동형 형태(contoured shape)를 제공하여, 상부 습윤 트레드 화합물이, 심지어 마모된 후에도, 도로에 접촉되어 있도록 한다. BOT RR 화합물은 롤링 저항 성능(Rolling Resistance performance)을 개선하는데 기여한다.
트레드의 상이한 면적은 다양한 타이어 성능 특성에 동등하게 기여하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 트레드는, 화합물이 최대의 그의 주요 장점을 기여할 수 있는 곳으로 화합물을 위치시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4 리브 트레드(100)는, 제 1 습윤 트랙션 화합물(110), 제 2 저 롤링 저항 화합물(120), 제 3 중간 초저 롤링 저항 화합물(130), 및 침니(chimney) 구조/트레드 베이스(140)(이는 정전하를 접지시키기 위해 통합되거나 통합되지 않을 수 있음)를 조합할 수 있다. 제 1 화합물(110)은 트레드(100)의 왼쪽 측부에서(도 1) 도로와 접촉될 수 있다. 리브(149) 하의 제 1 화합물(110)과 제 3 화합물(130) 사이의 계면은 트레드(100)가 마모될 때 제 1 화합물(110)이 도로에 연속적으로 접촉되도록 하는 형태 또는 콘투어(150)를 한정할 수 있고, 제 1 화합물(110) 및 제 2 화합물(120) 대부분이 마모될 때까지 제 3 화합물이 도로와 접촉하지 않기 때문에 제 3 화합물은 덜 마모되는 저 롤링 저항에 기여한다. 제 2 화합물(120)은 저 롤링 저항을 가지면서, 도로에 먼저 접촉되고 제 3 화합물(130) 보다 더 우수한 습윤 특성을 제공한다. 달리, 제 2 및 제 3 화합물(120, 130)은 동일한 화합물일 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 콘투어(150)는, 제 1 화합물(110) 및 제 2 화합물(120)의 바디보다 크게 제 3 화합물(130) 내부로 연장되는 돌출부(152)를 가질 수 있다. 이 돌출부(152)는, 제 1 화합물(110) 및 제 2 화합물(120)의 바디가 마모되어버린 후에, 제 1 화합물이 전체 트레드(100)에 개선된 습윤 트랙션 특성을 제공하도록 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 5 리브 트레드(200)는, 제 1 습윤 트랙션 화합물(210), 제 2 저 롤링 저항 화합물(220), 제 3 중간 초저 롤링 저항 화합물(230), 및 침니 구조/트레드 베이스(240)(이는 정전하를 접지시키기 위해 통합되거나 통합되지 않을 수 있음)를 조합할 수 있다. 제 1 화합물(210)은 트레드(200)의 트레드 중간 영역(도 2)에서 도로와 접촉될 수 있다. 리브(249) 하의 제 1 화합물(210) 및 제 3 화합물(230) 사이의 계면은, 트레드(200)가 마모될 때 제 1 화합물이 도로에 연속적으로 접촉되도록 하는 형태 또는 콘투어(250)를 한정할 수 있고, 제 1 화합물(210) 및 제 2 화합물(220) 대부분이 마모될 때까지 제 3 화합물이 도로와 접촉하지 않기 때문에 제 3 화합물은 덜 마모되는 저 롤링 저항에 기여한다. 제 2 화합물(220)은 저 롤링 저항을 가지면서, 도로에 먼저 접촉되고 제 3 화합물(230) 보다 더 우수한 습윤 특성을 제공한다. 달리, 제 2 및 제 3 화합물(220, 230)은 동일한 화합물일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 콘투어(250)는, 제 1 화합물(210) 및 제 2 화합물(220)의 바디보다 크게 반경방향 내부로 연장되는 돌출부(252)를 가질 수 있다. 이 돌출부(252)는, 제 1 화합물(210) 및 제 2 화합물(220)의 바디가 마모되어버린 후에, 제 1 화합물(210)이 전체 트레드(200)에 개선된 습윤 트랙션 특성을 제공하도록 할 수 있다.
에르세그 등(Erceg et al.)의 US 2013/0048169에 기술된 바와 같은 다른 타이어 구조 예를 하기에 기술하며, 이 특허를 본원에 참조로 인용한다. 이러한 트레드(100, 200)와 함께 사용되는 공기압 타이어는 카커스 및 이격된 비교적 비신장성 비드와 측벽 사이의 고무 캡슐화된 벨트 층뿐만 아니라 이너라이너 층을 포함할 수 있다. 공기압 타이어의 이러한 트레드 예는 2개의 트레드 캡 화합물을 수평 또는 수직 방향 뿐만 아니라 둘 다의 방향으로 분할하여 롤링 저항과 습윤 및 건조 트랙션을 최적화할 수 있다. 공기압 타이어는, 트레드 베이스 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있는 접지된 제 1 트레드 캡 층, 상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있는 접지된 제 2 트레드 캡 층(이는 상기 제 1 트레드 캡 층의 반경방향 외측에서 축방향으로 인접해 있음), 공기압 타이어의 내측 트레드 엣지에 배치되고 상기 트레드 베이스 층 및 제 1 트레드 캡 층에 축방향으로 인접한 제 1 트레드 스커트(skirt), 및 공기압 타이어의 외측 트레드 엣지에 배치되고 상기 트레드 베이스 층 및 상기 제 2 트레드 캡 층에 축방향으로 인접한 제 2 트레드 스커트를 포함하는 접지된 복합 트레드를 가질 수 있다. 또한, 상기 제 2 트레드 캡 층의 축방향 외측 말단 부분은 상기 트레드 베이스 층, 상기 제 1 트레드 캡 층 및 상기 제 2 트레드 스커트의 연결 부위(junction)를 향해 반경방향으로 안쪽으로 연장될 수도 있다.
트레드는 공-압출된 다-성분 고무 압출물일 수 있고, 압출된 고무 조성물이 개별적으로 적당한 다이 부재로 유동하도록 하여 결국 개개의 고무 조성물이 제어 가능하게 유동되고 다이 부재 내에서 합쳐져서 프로파일된 다-성분 고무 압출물로 나갈 수 있도록 각각의 고무 조성물에 대해 개별적인 압출기를 사용하여 2종 이상의 상이한 고무 조성물을 공-압출함으로써 제조될 수 있다. 따라서, 제 1 캡 층은 하나의 압출기에 의해서 단일 고무 화합물의 단일 압출물로서 압출될 수 있고 제 2 캡 층은 다른 압출기에 의해서 압출될 수 있다.
트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 하나 이상의 공액 다이엔-계 탄성 중합체, 및 카본 블랙 및 침전된 실리카로부터 선택된 약 30 내지 약 70 phr의 고무 보강 충전제를 포함할 수 있고, 이때 상기 충전제는 약 30 내지 약 80 phr의 상기 카본 블랙 및 0 내지 40 phr의 침전된 실리카를 포함한다. 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 약 50 내지 약 80 phr의 카본 블랙을 추가로 포함할 수 있다. 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 약 10 내지 약 25 phr의 침전된 실리카를 추가로 포함할 수 있다. 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 완전히 고무 보강된 카본 블랙을 추가로 포함할 수 있다. 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 첨가제, 예컨대 경화제, 가공 보조제, 노화방지제 등을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 공기압 타이어에 사용하기에 적합하게 만드는 특정한 물리적 성질을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 0.1 내지 0.2 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 13 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 45 내지 70 범위의 쇼어 A 경도를 가질 수 있다. 탄젠트 델타 및 저장 모듈러스 E*는 70℃에서 점탄성 분광계로 측정될 수 있다. 쇼어 A 경도는 실온에서 DIN 53505에 따라 측정될 수 있다.
트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 하나 이상의 공액 다이엔-계 탄성중합체 및 약 50 내지 약 80 phr의 침전된 실리카와 약 10 내지 약 40 phr의 카본 블랙을 포함하는 보강 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 상기에 명시된 바와 같이, 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 첨가제, 예컨대 경화제, 가공 보조제, 노화방지제 등을 추가로 포함할 수 있다.
다르게는, 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 추가로 공기압 타이어에 사용하기에 적합하게 만드는 특정한 물리적 성질을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어 0.05 내지 0.20 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 12 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 50 내지 75 범위의 쇼어 A 경도를 추가로 가질 수 있다.
트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 또한 예를 들어 고무 또는 올레핀형 불포화 기를 함유하는 탄성중합체와 함께 사용될 수 있다. "고무" 또는 "올레핀형 불포화 기를 함유하는 탄성중합체" 또는 "공액 다이엔계 탄성중합체"라는 표현은 천연 고무 및 이의 다양한 원료 형태 및 변형 형태 뿐만 아니라 다양한 합성 고무 모두를 포괄하는 것으로 의도된다. 용어 "고무" 및 "탄성중합체"는 달리 기재되지 않는 한 상호교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "고무 조성물", "혼련된 고무", 및 "고무 화합물"은 고무 혼합 및 고무 혼련에서 사용되는 다양한 성분 및 물질과 블렌딩되거나 혼합된 고무를 의미하는 것으로, 상호교환적으로 사용될 수 있다. 대표적 합성 중합체는, 부타다이엔 및 그의 동족체(homologue) 및 유도체, 예컨대 메틸부타다이엔, 다이메틸부타다이엔 및 펜타다이엔의 단독중합 생성물뿐만 아니라, 부타다이엔 또는 그의 동족체 또는 유도체와 다른 불포화 단량체로부터 형성된 것들과 같은 공중합체이다. 상술된 다른 불포화 단량체는 아세틸렌, 예컨대 비닐 아세틸렌; 올레핀, 예컨대 이소부틸렌(이는 이소프렌과 공중합하여 부틸 고무를 형성함); 비닐 화합물, 예컨대 아크릴산, 아크릴로나이트릴(이는 부타다이엔과 중합하여 NBR을 형성함), 메타크릴산, 및 스티렌일 수 있다. 후자의 화합물은 부타다이엔과 중합하여 SBR을 형성할 뿐만 아니라, 비닐 에스터 및 다양한 불포화 알데히드, 케톤 및 에터, 예컨대 아크롤레인, 메틸 이소프로페닐 케톤, 및 비닐에틸 에터를 형성할 수 있다. 합성 고무의 구체적 예는 네오프렌(폴리클로로프렌), 폴리부타다이엔(시스-1,4-폴리부타다이엔 포함), 폴리이소프렌(시스-1,4-폴리이소프렌 포함), 부틸 고무, 할로부틸 고무, 예컨대 클로로부틸 고무 또는 브로모부틸 고무, 스티렌/이소프렌/부타다이엔 고무, 1,3-부타다이엔 또는 이소프렌과 단량체, 예컨대 스티렌, 아크릴로나이트릴 및 메틸 메타크릴레이트와의 공중합체 뿐만 아니라 에틸렌/프로필렌/다이엔 단량체(EPDM)로 공지된 에틸렌/프로필렌 삼원공중합체, 및 에틸렌/프로필렌/다이사이클로펜타다이엔 삼원공중합체를 포함할 수 있다. 고무의 추가적인 예는 규소-커플링된 및 주석-커플링된 별형(star)-분지된 중합체를 포함할 수 있다.
트레드 베이스 층, 제 1 트레드 캡 층, 제 2 트레드 캡 층, 제 1 트레드 스커트, 및/또는 제 2 트레드 스커트는 예를 들어, 2개 이상의 다이엔계 고무, 예컨대 시스 1,4-폴리이소프렌 고무(천연 또는 합성), 3,4-폴리이소프렌 고무, 스티렌/이소프렌/부타다이엔 고무, 에멀젼 및 용액 중합 유도된 스티렌/부타다이엔 고무, 시스 1,4-폴리부타다이엔 고무 및 에멀젼 중합 제조된 부타다이엔/아크릴로나이트릴 공중합체와 같은 2종 이상의 고무의 조합을 더 포함할 수 있다.
에멀젼 중합은 약 20 내지 약 28% 결합(bound) 스티렌의 스티렌 함량을 갖는 유도된 스티렌/부타다이엔(E-SBR) 또는 중간 내지 비교적 높은 결합 스티렌 함량, 예컨대 약 30 내지 약 45%의 결합 스티렌 함량을 갖는 E-SBR일 수 있다. E-SBR에서 약 30 내지 약 45%의 스티렌 함량은 트레드의 트랙션 또는 스키드 저항을 향상하는 데에 유익할 수 있다. E-SBR 자체의 존재는, 특히 용액 중합 제조된 SBR(S-SBR)을 이용하였을 때보다, 경화되지 않은 탄성중합체 조성물 혼합물의 가공성을 향상하는 데에 유익할 수 있다.
에멀젼 중합 제조된 E-SBR은 수성 에멀젼으로서 스티렌 및 1,3-부타다이엔 공중합된 것일 수 있다. 결합 스티렌 함량은, 예컨대 약 5 내지 약 50% 범위로 변할 수 있다. 또한, E-SBR은, 예컨대 삼원공중합체 내에 결합 아크릴로나이트릴의 양이 약 2 내지 약 30 중량%인 삼원공중합체 고무, 예컨대 E-SBAR을 형성하도록 아크릴로나이트릴을 함유할 수 있다. 공기압 타이어에 사용하기 위한 다이엔계 고무는 공중합체 내에 약 2 내지 약 40 중량%의 결합 아크릴로나이트릴을 함유한 에멀젼 중합 제조된 스티렌/부타다이엔/아크릴로나이트릴 공중합체 고무일 수 있다.
용액 중합 제조된 SBR(S-SBR)은 약 5 내지 약 50% 또는 약 9 내지 약 36% 범위의 결합 스티렌 함량을 가질 수 있다. S-SBR은, 예컨대 유기 탄화수소 용매의 존재 하에서 유기 리튬 촉매반응에 의해 제조될 수 있다. S-SBR은 트레드 내에 사용할 경우 더 낮은 이력(hysteresis) 현상으로 인해 타이어의 롤링 저항을 개선할 수 있다.
트레드 내의 3,4-폴리이소프렌 고무(3,4-PI)는 트랙션을 향상시킬 수 있다. 3,4-PI 및 이의 용도는 본원에 참고로 인용되는 미국 특허 제 5,087,668호에 더욱 상세히 기재되어 있다. Tg는 10℃/분의 가열 속도로 시차 주사 열량계에 의해 측정될 수 있는 유리 전이 온도이다.
트레드 내의 시스 1,4-폴리부타다이엔 고무(BR)는 타이어의 트레드 마모 및 롤링 저항을 개선할 수 있다. BR은 예컨대 1,3-부타다이엔의 유기 용액 중합에 의해 제조될 수 있다. 또한, BR은 90% 이상의 시스 1,4 함량을 가질 수 있다. 상기 고무 조성물은 하기 화학식과 같은 황 함유 유기규소 화합물을 추가적으로 함유할 수 있다:
Z-Alk-Sn-Alk-Z
상기 식에서,
Z는
Figure 112014100268646-pat00001
로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이때 R3은 1 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 사이클로헥실 또는 페닐이고; R4는 1 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 또는 5 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 사이클로알콕시이고;
Alk는 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 2가 탄화수소이고;
n은 2 내지 8의 정수이다.
황 함유 유기규소 화합물의 예는, 3,3'-비스(트라이메톡시실일프로필) 다이설파이드, 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 다이설파이드, 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 테트라설파이드, 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 옥타설파이드, 3,3'-비스(트라이메톡시실일프로필) 테트라설파이드, 2,2'-비스(트라이에톡시실일에틸) 테트라설파이드, 3,3'-비스(트라이메톡시실일프로필) 트라이설파이드, 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 트라이설파이드, 3,3'-비스(트라이부톡시실일프로필) 다이설파이드, 3,3'-비스(트라이메톡시실일프로필) 헥사설파이드, 3,3'-비스(트라이메톡시실일프로필) 옥타설파이드, 3,3'-비스(트라이옥톡시실일프로필) 테트라설파이드, 3,3'-비스(트라이헥속시실일프로필) 다이설파이드, 3,3'-비스(트라이-2"-에틸헥속시실일프로필) 트라이설파이드, 3,3'-비스(트라이이소옥톡시실일프로필) 테트라설파이드, 3,3'-비스(트라이-t-부톡시실일프로필) 다이설파이드, 2,2'-비스(메톡시 다이에톡시 실일 에틸) 테트라설파이드, 2,2'-비스(트라이프로폭시실일에틸) 펜타설파이드, 3,3'-비스(트라이사이클로에톡시실일프로필) 테트라설파이드, 3,3'-비스(트라이사이클로펜톡시실일프로필) 트라이설파이드, 2,2'-비스(트라이-2"-메틸사이클로헥속시실일에틸) 테트라설파이드, 비스(트라이메톡시실일메틸) 테트라설파이드, 3-메톡시 에톡시 프로폭시실일 3'-다이에톡시부톡시-실일프로필테트라설파이드, 2,2'-비스(다이메틸 메톡시실일에틸) 다이설파이드, 2,2'-비스(다이메틸 2급-부톡시실일에틸) 트라이설파이드, 3,3'-비스(메틸 부틸에톡시실일프로필) 테트라설파이드, 3,3'-비스(다이　t-부틸메톡시실일프로필) 테트라설파이드, 2,2'-비스(페닐 메틸 메톡시실일에틸) 트라이설파이드, 3,3'-비스(다이페닐 이소프로폭시실일프로필) 테트라설파이드, 3,3'-비스(다이페닐 사이클로헥속시실일프로필) 다이설파이드, 3,3'-비스(다이메틸 에틸머캅토실일프로필) 테트라설파이드, 2,2'-비스(메틸 다이메톡시실일에틸) 트라이설파이드, 2,2'-비스(메틸 에톡시프로폭시실일에틸) 테트라설파이드, 3,3'-비스(다이에틸 메톡시실일프로필) 테트라설파이드, 3,3'-비스(에틸 다이-2급-부톡시실일프로필) 다이설파이드, 3,3'-비스(프로필 다이에톡시실일프로필) 다이설파이드, 3,3'-비스(부틸 다이메톡시실일프로필) 트라이설파이드, 3,3'-비스(페닐 다이메톡시실일프로필) 테트라설파이드, 3-페닐 에톡시부톡시실일 3'-트라이메톡시실일프로필 테트라설파이드, 4,4'-비스(트라이메톡시실일부틸) 테트라설파이드, 6,6'-비스(트라이에톡시실일헥실) 테트라설파이드, 12,12'-비스(트라이이소프로폭시실일 도데실) 다이설파이드, 18,18'-비스(트라이메톡시실일옥타데실) 테트라설파이드, 18,18'-비스(트라이프로폭시실일옥타데센일) 테트라설파이드, 4,4'-비스(트라이메톡시실일-부텐-2-일) 테트라설파이드, 4,4'-비스(트라이메톡시실일사이클로헥실렌) 테트라설파이드, 5,5'-비스(다이메톡시메틸실일펜틸) 트라이설파이드, 3,3'-비스(트라이메톡시실일-2-메틸프로필) 테트라설파이드 및 3,3'-비스(다이메톡시페닐실일-2-메틸프로필) 다이설파이드를 포함할 수 있다.
황 함유 유기규소 화합물은 3,3'-비스(트라이메톡시 또는 트라이에톡시 실일프로필) 설파이드, 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 다이설파이드 및 3,3'-비스(트라이에톡시실일프로필) 테트라설파이드를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 화학식의 경우, Z는
Figure 112014100268646-pat00002
이며, 이때 R4는 2 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 알콕시이고; alk는 2 내지 4 개의 탄소 원자를 갖는 2가 탄화수소이고; n은 2 내지 5의 정수이다.
고무 조성물 중의 상기 화학식의 황 함유 유기규소 화합물의 양은 다른 첨가제의 수준에 따라 변할 수 있다. 상기 화학식의 화합물의 양은 0.5 내지 20.0 phr 또는 1.0 내지 10.0 phr의 범위일 수 있다. 실리카 및 카본 블랙과 같은 충전제가 또한 존재할 수 있다.
고무 화합물 중의 규산질 안료는 발열성 침전형 규산질 안료(실리카) 및 침전형 실리카, 예컨대 용해성 실리케이트, 예컨대 나트륨 실리케이트의 산성화에 의해 수득된 것들을 포함할 수 있다. 이러한 실리카는, 예컨대, 질소 가스를 사용하여 측정시 약 40 내지 약 600 m2/g 또는 약 50 내지 약 300 m2/g 범위의 BET 표면적을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
실리카는 또한, 약 100 내지 약 400 범위, 또는 약 150 내지 약 300 범위의 다이부틸프탈레이트(DBP) 흡수값을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 실리카는 전자 현미경으로 결정시, 예컨대 0.01 내지 0.05 마이크론 범위의 평균 극한(ultimate) 입자 크기를 가질 수 있다.
다양한 상업적으로 입수가능한 실리카, 예를 들어 비-제한적으로 PPG 인더스트리즈로부터 하이-실(Hi-Sil) 210, 243 등의 상품명으로 상업적으로 입수가능한 실리카; 롱-플랭(Rhone-Poulenc)으로부터 예컨대 Z1165MP 및 Z165GR의 상품명으로 입수가능한 실리카; 및 데구싸 아게(Degussa AG)로부터 예컨대 VN2 및 VN3 등의 상품명으로 입수가능한 실리카가 사용될 수 있다.
카본 블랙의 대표적 예는 N110, N121, N220, N231, N234, N242, N293, N299, S315, N326, N330, M332, N339, N343, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N582, N630, N642, N650, N683, N754, N762, N765, N774, N787, N907, N908, N990, 및 N991을 포함할 수 있다. 이들 카본 블랙은 9 내지 145 g/kg 범위의 요오드 흡수값 및 34 내지 150 cm3/100g 범위의 DBP 값을 가질 수 있다.
상기 고무 조성물은 다양한 방법에 의해, 예컨대 다양한 황-경화가능한 구성성분 고무를 다양한 첨가제 물질, 예컨대 황 공여제(donor), 경화 보조제(curing aids), 예컨대 활성화제 및 지연제, 및 가공 첨가제, 예컨대 오일, 점착화(tackifying) 수지 및 가소제를 비롯한 수지, 충전제, 안료, 지방산, 아연 옥사이드, 왁스, 항산화제 및 항오존제(antiozonant), 및 해교제와 혼합시킴으로써 혼련될 수 있다. 황 공여제의 예는 원소 황(유리 황), 아민 다이설파이드, 중합체성 폴리설파이드 및 황 올레핀 부가물을 포함할 수 있다. 황 경화제는 원소 황일 수 있다. 황 경화제는 0.5 내지 8.0 phr, 또는 1.5 내지 6.0 phr 범위의 양일 수 있다. 점착화 수지는 약 0.5 내지 약 10.0 phr, 또는 약 1.0 내지 약 5.0 phr을 포함할 수 있다. 가공 보조제는 약 1 내지 약 50 phr을 포함할 수 있다. 이러한 가공 보조제는, 예를 들면 방향족, 나프텐계, 파라핀계 공정유, 및/또는 저 PCA 오일(이는 3% 미만의 다환형 방향족 함량(IP 346 방법으로 측정)을 갖는 것을 특징으로 하고 MES, TDAE, 및 중질 나프텐계 오일을 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다.
항산화제의 양은 약 1 내지 약 5 phr을 포함할 수 있다. 항산화제는 예컨대 다이페닐-p-페닐렌다이아민일 수 있다. 항오존제의 양은 약 1 내지 약 5 phr을 포함할 수 있다. 지방산의 양은 약 0.5 내지 약 3.0 phr의 스테아르 산을 포함할 수 있다. 아연 옥사이드의 양은 약 2 내지 약 5 phr을 포함할 수 있다. 왁스의 양은 약 1 내지 약 5 phr을 포함할 수 있다. 미세결정질 왁스가 사용될 수 있다. 해교제의 양은 약 0.1 내지 약 1 phr을 포함할 수 있다. 해교제는, 예컨대 펜타클로로티오페놀 및 다이벤즈아미도다이페닐 다이설파이드일 수 있다. 그 다음에, 가황 경화가능한 고무 조성물은 가황-경화될 수 있다.
가속화제는 가황 경화 및 가황 경화체(vulcanizate)의 성질을 개선하는데 필요한 시간 및/또는 온도를 제어할 수 있다. 단일 가속화제 시스템(예컨대, 1차 가속화제)이 사용될 수 있다. 상기 1차 가속화제는 약 0.5 내지 약 4 phr, 또는 약 0.8 내지 약 1.5 phr 범위의 양을 가질 수 있다. 가황 경화체의 성질을 활성화시키고 개선하기 위해 1차 및 2차 가속화제의 조합이 사용될 수 있으며, 이때 상기 2차 가속화제는 약 0.05 내지 약 3.00 phr로 사용될 수 있다. 이들 가속화제의 조합은 단독 가속화제의 사용에 의해 생성된 성질보다 더 우수한 최종 성질에서의 상승 효과를 낳을 수 있다. 또한, 보통의 가공 온도에 의해서는 영향을 받지 않으나 통상의 가황 경화 온도에서는 만족스러운 경화를 제공하는 지효성(delayed action) 가속화제가 사용될 수 있다. 가황 경화 지연제가 또한 사용될 수 있다. 적합한 가속화제는 아민, 다이설파이드, 구아니딘, 티오우레아, 티아졸, 티우람, 설펜아마이드, 다이티오카바메이트 또는 잔테이트일 수 있다. 상기 1차 가속화제는 설펜아마이드일 수 있다. 상기 2차 가속화제는 구아니딘, 다이티오카바메이트 또는 티우람 화합물일 수 있다.
상기 고무 조성물의 성분들은 2 단계(하나 이상의 비-생산적 단계에 이어서 생산적 혼합 단계)로 혼합될 수 있다. 최종 경화제는 최종 단계(예컨대, "생산적" 혼합 단계, 여기서 혼합은 선행하는 비-생산적 혼합 단계(들)에서의 혼합 온도(들)보다 더 낮은 온도, 또는 극한 온도에서 일어난다)에서 혼합되는 황 경화제를 포함할 수 있다. 상기 고무는 하나 이상의 비-생산적 혼합 단계에서 혼합될 수 있다.
황-함유 유기규소 화합물을 함유한 고무 조성물은 열기계적(thermomechanical) 혼합 단계로 처리될 수 있다. 상기 열기계적 혼합 단계는 140 내지 190℃의 고무 온도를 생성하기에 적합한 시간 동안 혼합기 또는 압출기에서의 기계적 작업을 포함할 수 있다. 적합한 열기계적 작업 기간은 작업 조건 및 구성 성분의 부피 및 성질의 함수로서 변할 수 있다. 예컨대, 상기 열기계적 작업 기간은 1 내지 20분일 수 있다.
상기 고무 조성물의 가황 경화는 일반적으로 약 100℃ 내지 약 200℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 가황 경화는 약 110 내지 약 180℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 다른 가황 경화 공정, 예컨대 프레스 또는 몰드 내에서의 가열, 과열된 스팀 또는 고온 공기를 사용한 가열, 또는 염욕에서 과열된 스팀을 사용한 가열이 이용될 수 있다.
공기압 타이어는 다양한 방법으로 제작, 성형, 몰딩 및 경화될 수 있다. 공기압 타이어는 승용차용(passenger) 타이어, 항공기용 타이어, 트럭용 타이어 등일 수 있다. 공기압 타이어는 또한 래디얼 타이어 또는 바이어스 타이어일 수 있다.
특정한 대표적 실시양태 및 세부사항이 본 발명의 예시를 목적으로 제시되었지만, 다양한 변화 및 변형이 본 발명의 진의 또는 범주로부터 벗어남이 없이 가해질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (5)

  1. 트레드 베이스 층;
    상기 트레드 베이스 층의 반경방향(radially) 외측에 있는 제 1 트레드 캡 층;
    상기 트레드 베이스 층의 반경방향 외측에 있고, 상기 제 1 트레드 캡 층의 반경방향 외측에서 상기 제 1 트레드 캡 층에 축방향으로 인접한, 제 2 트레드 캡 층; 및
    반경방향으로 상기 트레드 베이스 층과 제 1 및 제 2 트레드 캡 층 사이에 위치된 제 3 중간 층
    을 포함하는 공기압 타이어용 5 리브 트레드로서, 이때
    상기 제 1 트레드 캡 층은, 제 1 트레드 캡 층 및 제 2 트레드 캡 층의 주된 바디(main body)를 넘어 상기 제 3 중간 층 내부로 반경방향 내측으로 각각 연장되는 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부를 가짐에 따라, 제 1 트레드 캡 층 및 제 2 트레드 캡 층의 주된 바디가 마모된 후에, 제 1 트레드 캡 층이 전체 트레드에 개선된 성능 특성을 제공하고,
    상기 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부가 각각 5 리브 트레드의 2개의 리브로부터 반경방향 내측으로 연장되는, 5 리브 트레드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트레드 베이스 층이, 100 중량부의 탄성중합체 당 20 중량부 내지 150 중량부의 카본 블랙을 갖는 다이엔계 탄성중합체를 포함하는 고무 조성물을 포함하는, 5 리브 트레드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 트레드 캡 층이, 100 중량부의 탄성중합체 당 20 중량부 내지 100 중량부의 실리카를 갖는 다이엔계 탄성중합체를 포함하는, 5 리브 트레드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 트레드 베이스 층이, 0.1 내지 0.2 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 13 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 45 내지 70 범위의 쇼어(shore) A 경도를 갖는, 5 리브 트레드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 트레드 캡 층이, 0.05 내지 0.20 범위의 탄젠트 델타, 4 내지 12 MPa 범위의 저장 모듈러스, 및 50 내지 75 범위의 쇼어 A 경도를 갖는, 5 리브 트레드.
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