KR102427757B1 - 고무 보강재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 타이어 - Google Patents

고무 보강재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 섬유 기재 및 상기 섬유 기재 상의 고무 코팅층을 포함하고, 상기 고무 코팅층은 고무 코팅액에 의해 형성된 것이며, 상기 고무 코팅액은, 상기 고무 코팅액 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 70 내지 95 중량%의 용매를 포함하는, 고무 보강재를 제공한다.

Description

고무 보강재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 타이어{RUBBER REINFORCING MATERIAL, METHOD OF PREPARING THE SAME AND TIRE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 타이어의 중량을 감소시킬 수 있는 고무 보강재와 그 제조방법 및 이러한 고무 보강재를 포함하는 타이어에 대한 것이다.
최근, 에너지 문제, 연료 효율 및 환경문제 등을 고려하여, 가벼우면서도 내구성이 우수한 타이어가 요구되고 있다.
타이어 코드는 사용되는 부위 및 역할에 따라 구분되며, 타이어를 전체적으로 지지하는 카카스, 고속주행에 따른 하중 지지 및 변형을 방지하는 벨트, 벨트의 변형을 방지하는 캡플라이로 크게 구분될 수 있다(도 1 참조). 특히, 최근 자동차의 경량화 및 타이어의 경량화를 위하여카카스의 경량화에 대한 연구들이 진행되고 있다.
벨트, 카카스 및 캡플라이의 소재로, 예를 들어, 나일론, 레이온, 아라미드 및 PET를 포함하는 폴리에스테르 등이 있다. 또한, 한 종류의 섬유가 갖는 단점을 보완하기 위하여, 서로 다른 2종의 섬유가 혼합되어 이루어진 하이브리드 구조의 합연사가 개발되어 왔다. 이러한 하이브리드 구조의 합연사로, 예를 들어, 나일론과 아라미드를 포함하는 하이브리드 구조의 합연사가 있다. 이러한 합연사가 이용하는 경우, 타이어 제조 중 팽창 문제와 피로 내구성 문제가 해결될 수 있다.
나일론, 레이온, 아라미드, PET, 폴리에스테르 또는 하이브리드 합연사와 같은 섬유로 이루어진 타이어 코드는 고무와의 접착을 위해, 일반적으로 고무 성분과 함께 압연된다. 즉, 타이어 제조 과정에서 압연 공정이 수반된다. 그런데, 타이어의 제조 과정에서 타이어 코드와 고무의 접착을 위한 압연 공정이 적용되는 경우, 공정 비용이 증가하며, 압연으로 인해 보강층의 두께가 필요 이상으로 증가하여 타이어의 무게가 불필요하게 증가할 수 있다.
타이어 코드에 고무를 압연하는 공정에서는 일반적으로 고체 상태의 고무가 사용된다. 이와 같은 고무의 압연에 의해 형성된 제품은 200㎛ 이하, 또는 100㎛ 이하, 특히 30㎛ 이하의 얇은 박막 형태로 만들어지기 어려우며, 이러한 제품이 보강재로 사용되는 경우 타이어의 두께 및 무게가 증가한다.
한편, 최근 타이어 제조사에서는 타이어의 초경량화 및 보강재 경량화를 위해 고무층의 두께를 감소시키고자 한다. 구름저항(Rolling Resistance, R/R)은 타이어의 무게와 관련이 있으며, 자동차의 연료 소비와 이산화탄소 배출에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 타이어의 무게가 증가하면 구름저항(R/R)이 증가하며, 자동차의 주행시 필요한 에너지가 증가하고, 자동차의 회전, 경사, 가속에 대한 저항이 증가할 수 있다. 따라서, 타이어 경량화를 통해 자동차를 경량화하고, 그 결과 에너지 소비가 감소되도록 하는 연구도 진행되고 있다.
그러나, 타이어를 경량화 하는 경우 타이어의 내구성에 문제가 생길 수 있으며, 타이어의 내구성은 자동차의 안전과 직결되기 때문에, 타이어를 경량화하는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 문제점들을 해소하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 두께가 얇으면서도 고무에 대해 우수한 접착성을 갖는 고무 보강재를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 얇은 두께를 가지더라도 타이어 보강재로 우수한 성능을 발현할 수 있으며, 타이어의 내구성이 유지되도록 할 수 있는 고무 보강재를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 타이어 경량화에 기여할 수 있는 고무 보강재를 제공하고자 한다. 본 발명의 또 다른 일 실시예는, 특히 타이어 경량화에 기여할 수 있는 카카스를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 타이어 제조 과정 중 압연 공정을 거치지 않고도 고무와 우수한 접착력을 가지며, 압연을 거쳐 제조된 타이어와 동일 수준의 내구성을 가질 수 있는 고무 보강재를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 이러한 고무 보강재의 제조방법 및 이러한 고무 보강재를 포함하는 타이어를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 경량화된 타이어를 제공하고자 한다.
위에서 언급된 본 발명의 관점 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는, 섬유 기재 및 상기 섬유 기재 상의 고무 코팅층을 포함하고, 상기 고무 코팅층은 고무 코팅액에 의해 형성된 것이며, 상기 고무 코팅액은, 상기 고무 코팅액 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 70 내지 95 중량%의 용매를 포함하는, 고무 보강재를 제공한다.
상기 고무 코팅층은 10 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다.
상기 고무 컴파운드 고형분은, 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 이소부틸렌 고무, 이소프렌 고무, 니트릴고무, 부틸고무 및 네오프렌 고무 중에서 선택된 적어도 하나의 고무 성분 및 카본블랙을 포함한다.
상기 고무 컴파운드 고형분은, 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 50 내지 78 중량부의 고무 성분 및 22 내지 50 중량부의 카본블랙을 포함한다.
상기 용매는 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 고무 코팅액은 200 내지 90,000 cP의 점도를 갖는다.
상기 섬유 기재는 섬유 얀(yarn), 텍스타일 기재 및 코오드 중 어느 하나이다.
상기 고무 보강재는 상기 섬유 기재 상의 접착층을 더 포함하며, 상기 고무 코팅층은 상기 접착층 상에 배치된다.
상기 접착층은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 섬유 기재를 준비하는 단계 및 상기 섬유 기재 상에 고무 코팅액을 도포하고 건조하여 고무 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 고무 코팅액은, 상기 고무 코팅액 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 70 내지 95 중량%의 용매를 포함하는, 고무 보강재의 제조방법을 제공한다.
상기 고무 코팅액은 200 내지 90,000 cP의 점도를 갖는다.
상기 고무 코팅층은 10 내지 100 ㎛의 두께를 갖는다.
상기 고무 컴파운드 고형분은 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 이소부틸렌 고무, 이소프렌 고무, 니트릴고무, 부틸고무 및 네오프렌 고무 중 중에서 선택된 적어도 하나의 고무 성분 및 카본블랙을 포함한다.
상기 고무 컴파운드 고형분은, 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 50 내지 78 중량부의 고무 성분 및 22 내지 50 중량부의 카본블랙을 포함한다.
상기 용매는 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 고무 보강재의 제조방법은, 상기 고무 코팅층을 형성하는 단계 전에, 상기 섬유 기재 상의 접착층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 상기 고무 보강재를 포함하는 타이어를 제공한다.
위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고무 보강재는 고무에 대해 우수한 접착력을 가지기 때문에, 타이어 제조 과정에서 압연 공정을 거치지 않고도, 고무와 강력하게 접착될 수 있다. 본 발명에 따르면, 압연 공정을 거치지 않고 고무 보강재가 고무에 접착되기 때문에, 타이어 제조 비용이 감소되고, 아울러 압연으로 인해 타이어의 두께가 필요 이상으로 증가되는 것 및 타이어의 무게가 불필요하게 증가되는 것이 방지된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고무 보강재가 타이어에 적용되는 경우, 압연 공정이 생략될 수 있기 때문에 타이어의 제조 공정이 단순화될 수 있으며, 타이어의 두께 및 중량이 감소될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 타이어는, 압연 공정을 거치지 않고 제조되더라도, 압연 공정을 거쳐 제조된 타이어와 동일 수준의 내구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 타이어의 초경량화 및 보강재 경량화를 위해 고무층의 두께를 감소시키는 것이 가능하다. 본 발명에 따르면, 얇고 가벼운 고무 보강재가 사용됨에 따라, 타이어의 무게가 감소되어 구름저항(R/R)이 감소되고, 자동차의 연비가 개선되며, 이산화탄소 배출량이 낮아질 수 있다.
특히, 배터리를 사용하는 전기자동차의 경우, 주행거리 및 연비 개선을 위해 차체의 무게 감소가 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 타이어의 경량화가 이루어져, 전기자동차의 연비 및 경제성이 향상될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 부분 절개도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 합연사의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재에 대한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재에 대한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재에 대한 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 의해 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 구성 요소는 동일 참조 부호로 지칭될 수 있다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소가 단수로 표현된 경우, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함한다. 또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석된다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예는 고무 보강재(201, 301, 401, 501)를 포함하는 타이어(101)를 제공한다(도 1 및 도 2, 4, 5, 6 참조).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어(101)의 부분 절개도이다.
도 1을 참조하면, 타이어(101)는, 트레드(tread)(10), 숄더(shoulder)(20), 사이드 월(side wall)(30), 비드(bead)(40), 벨트(belt)(50), 이너 라이너(inner liner) (60), 카카스(cacass)(70) 및 캡플라이(capply)(90)를 포함한다.
트레드(10)는 직접 노면과 접촉하는 부분이다. 트레드(10)는 캡플라이(90)의 외측에 붙어있는 강력한 고무층으로, 내마모성이 우수한 고무로 이루어진다. 트레드(10)는 자동차의 구동력 및 제동력을 지면에 전달하는 직접적인 역할을 한다. 트레드(10) 영역에는 그루브(groove)(80)가 형성되어 있다.
숄더(20)는 트레드(10)의 모서리 부분으로 사이드 월(30)과 연결되는 부분이다. 숄더(20)는 사이드 월(30)과 함께 타이어의 가장 약한 부분 중 하나이다.
사이드 월(30)은 트레드(10)와 비드(40)를 연결하는 타이어(101)의 옆부분으로, 카카스(70)를 보호하고, 타이어에 측면 안정성을 제공한다.
비드(40)는 카카스(70)의 끝부분을 감아주는 철선이 들어있는 영역으로, 철선에 고무막을 입히고 코드지를 감싸는 구조로 되었다. 비드(40)는 타이어(101)를 휠 림(wheel rim)에 장착, 고정하는 역할을 한다.
벨트(50)는 트레드(10)와 카카스(70)의 중간에 위치한 코트층이다. 벨트(50)는 외부로부터의 충격이나 외적 조건에 의한 카카스(70) 등 내부 구성요소의 손상을 방지하는 역할을 하며, 트레드(10)의 형상을 편평하게 유지하여 타이어(101)와 노면의 접촉이 최상의 상태로 유지되도록 한다. 벨트(50)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201, 301, 401, 501)를 포함할 수 있다(도 2, 4, 5, 6 참조).
이너 라이너(60)는 튜브리스(tubeless) 타이어에서 튜브 대신 사용되는 것으로, 공기 투과성이 없거나 매우 적은 특수 고무로 만들어진다. 이너 라이너(60)는 타이어(101)에 충진된 공기가 새지 안도록 한다.
카카스(70)는 강도가 강한 합성섬유로 된 코드지가 여러 장 겹쳐져 만들어지며, 타이어(101)의 골격을 형성하는 중요한 부분이다. 카카스(70)는 타이어(101)가 받는 하중, 충격을 견디고 공기압을 유지하는 역할을 한다. 카카스(70)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201, 301, 401, 501)를 포함할 수 있다.
그루브(80)는 트레드 영역에 있는 굵은 홈(void)을 지칭한다. 그루브(80)는 젖은 노면 주행시 타이어의 배수성을 높이는 기능을 한다.
캡플라이(90)는 트레드(10) 아래의 보호층으로, 내부의 다른 구성 요소들을 보호한다. 캡플라이(90)는 고속 주행 차량에 필수적으로 적용된다. 특히, 자동차의 주행속도가 증가함에 따라 타이어의 벨트 부분이 변형되어 승차감이 저하되는 등의 문제가 발생하고 있어, 벨트 부분의 변형을 방지하는 캡플라이(90)의 중요성이 증가되고 있다. 캡플라이(90)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201, 301, 401, 501)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어(101)는 고무 보강재(201, 301, 401, 501)를 포함한다. 고무 보강재(201, 301)는 카카스(70) 에 적용될 수 있으며, 벨트(50) 및 캡플라이(90) 중 적어도 하나에 적용될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 고무 보강재(201, 301, 401, 501)를 제공한다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201)에 대한 개략적인 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고무 보강재(201)는 섬유 기재(210) 및 섬유 기재(210) 상의 고무 코팅층(220)을 포함한다.
섬유 기재는 텍스타일 기재(210) 및 섬유 얀(yarn) 중 어느 하나일 수 있다. 섬유 얀은 합연사(110)를 포함한다. 도 2의 고무 보강재(201)는 섬유 기재로 텍스타일 기재(210)가 사용된 것을 예시하고 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 섬유 기재로 섬유 얀(yarn)이 사용될 수도 있다.
텍스타일 기재(210)로, 섬유 얀(yarn)을 이용하여 직조된 직물이 사용될 수 있다. 섬유 얀은 나일론, 레이온, 아라미드 및 PET를 포함하는 폴리에스테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 텍스타일 기재(210)는 필라멘트의 직조에 의하여 형성될 수도 있으며, 필라멘트들의 하연에 의하여 형성된 하연사를 이용한 직조에 의하여 형성될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려진 다양한 섬유에 의하여 직조된 텍스타일 기재(210)들이 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 섬유 기재로 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 나일론, 레이온, 아라미드 및 PET를 포함하는 폴리에스테르를 이용하여 제조된 직물이 텍스타일 기재(210)로 사용될 수 있다. 나일론, 레이온, 아라미드 및 PET를 포함하는 폴리에스테르 중에서 선택된 하연사들(111, 112)이 상연되어 이루어진 합연사(110)의 직조에 의하여 텍스타일 기재(210)가 만들어질 수도 있다(도 3 참조).
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 합연사(110)는 서로 동일하지 않은 2개 이상의 하연사가 상연되어 이루어진 하이브리드 합연사를 포함한다. 이러한 하이브리드 합연사는, 예를 들어, 나일론 하연사, 아라미드 하연사, 또는 PET 하연사를 포함할 수 있다.
고무 코팅층(220)은 섬유 기재 상에 배치된다. 도 2를 참조하면, 고무 코팅층(220)은 섬유 기재인 텍스타일 기재(210) 상에 배치된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 고무 코팅층(220)은 고무 코팅액에 의해 형성된다. 고무 코팅액은 고무 컴파운드 고형분 및 용매를 포함할 수 있다.
예를 들어, 고무 코팅액은, 고무 코팅액 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 70 내지 95 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 고무 코팅액에 포함된 고무 컴파운드 고형분이 고무 코팅층(220)을 구성한다.
고무 코팅액에서 고무 컴파운드 고형분의 농도가 5 중량% 미만이면 고무 코팅액의 점도가 과도하게 낮아지고, 고무 코팅층(220)의 두께가 얇아져 점착성 및 접착력이 제대로 발현되지 못한다. 그에 따라, 타이어의 제조 특성 저하 및 주행시 타이어 불량 문제가 발생할 수 있다.
반면, 고무 코팅액에서 고무 컴파운드 고형분의 농도가 30 중량%를 초과하면, 점도 상승으로 인해 교반성이 저하되어 고무 컴파운드 고형분의 분산성이 저하되며, 이로 인해 코팅성 저하, 코팅 두께 불균일 등의 문제가 초래된다.
보다 구체적으로, 고무 코팅액에 포함된 용매의 휘발을 고려할 때, 제조시 기준으로, 고무 코팅액은 3 내지 25 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 75 내지 97 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 이 경우, 고무 코팅액 제조 후 용매가 휘발하면, 고무 코팅액에 포함된 고무 컴파운드 고형분의 함량은 5 내지 30 중량%가 될 수 있다.
또한, 고무 코팅액은 200 내지 90,000 cP의 점도를 갖는다.
고무 코팅액의 점도가 200 cP 미만인 경우, 고무 코팅액의 낮은 점도로 인한 고도한 흐름성으로 인해, 고무 코팅액을 섬유 기재에 코팅하는 코팅 작업을 수행하기 어려워 질 수 있으며, 고무 코팅층(220)의 두께가 얇아져 타이어 보강재로 성능을 발현하기 어렵다.
반면, 고무 코팅액의 점도가 90,000 cP를 초과하는 경우, 고무 코팅액을 교반하기 어렵고, 균일한 고무 코팅액을 제조하기 어려우며, 또한, 높은 점도로 인하여 균일한 코팅이 어려우며, 코팅 두께에 편차가 발생될 수 있다. 그 결과, 고무 보강재(201) 제조 및 타이어 제조에 어려움이 발생될 수 있고, 고무 보강재(201)가 타이어 보강 기능을 발현하기가 어려워질 수 있다.
고무 컴파운드 고형분은 고무 성분 및 카본블랙을 포함할 수 있다.
고무 컴파운드 고형분은, 예를 들어, 천연고무(NR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR) 및 이소부틸렌 고무(IBR), 이소프렌 고무(IR), 니트릴고무(NBR), 부틸고무 및 네오프렌 고무 중에서 선택된 적어도 하나의 고무 성분 및 카본블랙을 포함한다.
또한, 고무 컴파운드 고형분은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 참가제로, 예를 들어, 파라오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 황, 가황촉진제, 활성제, 점착제, 접착제 등이 있다.
예를 들어, 고무 컴파운드 고형분은, 고무 컴파운드 고형분의 전체 중량에 대하여, 50 내지 70 중량%의 고무 성분, 15 내지 40 중량%의 카본블랙 및 5 내지 15 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다.
고무 컴파운드 고형분 중, 고무 성분의 함량이 50 중량% 미만인 경우 고무 코팅액의 점도가 200 cP 미만이 되어 코팅성이 저하될 우려가 있다. 반면, 고무 컴파운드 고형분 중, 고무 성분의 함량이 70 중량%를 초과하는 경우 고무 코팅액의 점도가 90,000 cP 를 초과할 우려가 있다.
고무 성분과 카본블랙이 고무 컴파운드 고형분의 주성분이다. 따라서, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물을 간단히 "주성분"이라고 할 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)은 전체 100 중량부를 기준으로 50 내지 78 중량부의 고무 성분 및 22 내지 50 중량부의 카본블랙을 포함할 수 있다.
고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)의 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 고무 성분의 함량이 50 중량부 미만이고 카본블랙의 함량이 50 중량부를 초과하는 경우, 고무 코팅액의 점도가 200 cP 미만으로 저하되어, 고무 코팅액이 섬유기재에 코팅되지 않고 흘러내릴 수 있다.
반면, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)의 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 고무 성분의 함량이 78 중량부를 초과하고, 카본블랙의 함량이 22 중량부 미만인 경우, 고무 컴파운드 고형분이 용매에 원활하게 용해되지 않고 덩어리가 생길 수 있다. 이는 과도한 고무 가교현상에 기인한 것으로, 고무 코팅액에서 고무 컴파운드 고형분의 함량(농도)를 낮추더라도 용매에 용해되지 않는 덩어리가 생기게 된다. 그 결과, 고무 코팅액의 점도가 90,000 cP 를 초과하여 과도하게 증가될 수 있으며, 고무 코팅액이 섬유기재에 원활하게 코팅되지 않을 뿐 아니라, 고무 코팅층(220)의 두께가 불균일해 질 수 있다.
보다 구체적으로, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)은, 전체 100 중량부를 기준으로, 60 내지 78 중량부의 고무 성분 및 22 내지 40 중량부의 카본블랙을 포함할 수 있다. 보다 균일한 고구 코팅층(220) 형성을 위해, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)은, 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 70 내지 75 중량부의 고무 성분 및 25 내지 30 중량부의 카본블랙을 포함할 수 있다.
용매는, 고무 성분을 용해할 수 있는 물질을 포함한다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 용매의 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 용매는 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란은 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
고무 코팅액에 의하여 형성된 고무 코팅층(220)은 천연고무(NR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR) 및 이소부틸렌 고무(IBR), 이소프렌 고무(IR), 니트릴고무(NBR), 부틸고무 및 네오프렌 고무 중에서 선택된 적어도 하나를 포함한다. 또한, 고무 코팅층(220)은 카본 블랙을 포함한다.
고무 코팅층(220)은 10 내지 100 ㎛의 두께(t1)를 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고무 코팅층(220)의 두께(t1)는 섬유 기재인 텍스타일 기재(210)와 접하는 고무 코팅층(220)의 일면에서부터 고무 코팅층(220)의 타면까지의 거리로 측정된다.
고무 코팅층(220)의 두께(t1)가 10 ㎛ 미만이면, 고무 코팅층(220)이 충분한 점착성 및 접착력을 가지지 못하여 타이어 제조 특성이 저하되고, 타이어의 내구성 발현이 어려워지고, 타이어에 불량이 발생할 수 있다.
고무 코팅층(220)의 두께(t1)가 100 ㎛를 초과하면, 고무 보강재(201)의 두께가 증가되어 타이어의 두께가 증가될 수 있다. 또한, 고무 코팅층(220)의 두께(t1)가 100 ㎛를 초과하면, 용매가 휘발하는 과정에서 고무 코팅층(220) 내에 기포가 발생하여 고무 보강재(201)가 균일한 두께를 가지기 어려울 수 있으며, 고무 보강재(201)를 타이어에 적용되었을 때 타이어 내에 에어 포켓(Air Pocket)이 발생할 수 있다. 포켓(Air Pocket)이 발생하면 타이어 품질이 저하되고 및 불량률이 높아진다. 또한, 두꺼운 고무 코팅층(220) 형성을 위해 코팅 작업을 여러 번 수행해야 하기 때문에 공정상 비효율적이며, 타이어의 품질 저하 및 불량률이 초래될 수 있다.
관련 기술에 따른 고무 보강재에 있어서, 섬유 기재, 예를 들어 텍스타일 기재(210) 상에 고무 기재가 압연되어, 고무층이 형성된다. 고무 기재는 소정의 두께를 가지기 때문에, 관련 기술의 방법에 따라 형성된 고무 보강재의 고무층은 일반적으로 1000㎛ 이상의 두께, 적어도 800㎛ 이상의 두께를 가진다.
반면, 본 발명의 다른 일 실시예 다른 고무 코팅층(220)은 고무 코팅액의 디핑 또는 코팅에 의하여 형성되기 때문에 10㎛ 내지 100 ㎛의 얇은 두께(t1)를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 고무 코팅층(220)이 100 ㎛ 이하의 얇은 두께(t1)를 가지기 때문에 고무 보강재(201)의 전체 두께가 얇아진다. 그에 따라, 이러한 고무 보강재(201)를 사용하는 타이어의 두께가 얇아질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201)는 타이어(101)의 카카스(70), 캡플라이(90) 또는 벨트(50)에 적용될 수 있다.
도 3은 합연사의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(301)에 대한 개략적인 단면도이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 섬유 얀이 고무 보강재(301)의 섬유 기재로 사용될 수 있다. 섬유 얀으로, 예를 들어, 꼬임을 하지 않은 원사 또는 하나의 하연사(111)가 사용될 수 있다. 또는, 2개 이상의 하연사(111, 112)가 상연되어 이루어진 합연사(110)가 섬유 얀으로 사용될 수 있다(도 3 참조).
도 4는 고무 보강재(301)의 섬유 기재로 합연사(110)가 사용된 것을 예시하고 있다. 합연사(110)는 이미 설명된 바와 같이, 2개 이상의 하연사(111, 112)가 상연되어 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려진 다른 합연사가 고무 보강재(301)의 제조에 사용될 수 있다. 제1 하연사(111)와 제2 하연사(112)는 서로 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들어, 제1 하연사(111)와 제2 하연사(112)는 각각 나일론, 레이온, 아라미드 및 PET를 포함하는 폴리에스테르 중에서 선택될 수 있다. 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 합연사(110)를 코오드라고 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(301)는 섬유 기재인 합연사(110) 및 합연사(110) 상의 고무 코팅층(220)을 포함한다.
고무 코팅층(220)은 이미 설명되었으므로, 중복을 피하기 위하여 이들에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(401)에 대한 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시된 고무 보강재(401)는 도 2에 도시된 고무 보강재(201)와 비교하여, 섬유 기재 상의 접착층(230)을 더 포함하며, 고무 코팅층(220)은 접착층(230) 상에 배치된다.
구체적으로, 도 5에 도시된 고무 보강재(401)는 섬유 기재인 텍스타일 기재(210), 텍스타일 기재(210) 상에 배치된 접착층(230) 및 접착층(230) 상에 배치된 고무 코팅층(220)을 포함한다.
접착층(230)은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스를 포함한다. 예를 들어, 접착층(230)은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL) 및 용제를 포함하는 접착 코팅액에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 접착층(230)은, 에폭시 화합물층 및 에폭시 화합물층 상에 배치된 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)층을 포함할 수 있다.
레조시놀-포름알데하이드-라텍스는 "RFL"이라고도 하며, 접착 성분으로 작용한다. 레조시놀-포름알데하이드-라텍스는, 특히, 섬유 기재인 텍스타일 기재(210)와 고무 성분 사이의 친화도 및 접착력을 향상시켜 텍스타일 기재(210)와 고무 코팅층(220)의 접착력을 향상시키고, 고무 보강재(201)와 고무 사이의 접착력을 향상시킨다. 그에 따라, 텍스타일 기재(210)와 고무 코팅층(220)이 서로 분리되지 않고 안정적으로 부착되며, 타이어(101)의 제조과정에서 불량의 발생이 방지된다.
접착층(230)은 에폭시 화합물을 포함할 수도 있다. 접착층(230)은, 예를 들어, 에폭시 화합물층 및 에폭시 화합물층 상에 배치된 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)층을 포함할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재에 대한 개략적인 단면도이다.
도 6에 도시된 고무 보강재(501)는 도 4에 도시된 고무 보강재(301)와 비교하여, 섬유 기재 상의 접착층(230)을 더 포함하며, 고무 코팅층(220)은 접착층(230) 상에 배치된다.
구체적으로, 도 6에 도시된 고무 보강재(501)는 섬유 기재인 합연사(110), 합연사(110) 상에 배치된 접착층(230) 및 접착층(230) 상에 배치된 고무 코팅층(220)을 포함한다.
이하, 상기 설명한 고무 보강재(201, 301)의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201, 301)의 제조방법은, 섬유 기재(210, 110)를 준비하는 단계, 섬유 기재(210, 110) 상에 접착층(230)을 형성하는 단계 및 접착층 상(220)에 고무 코팅액을 도포하고 열처리하여 접착층(230) 상에 고무 코팅층(220)을 형성하는 단계를 포함한다.
섬유 기재(210, 110)는 섬유 얀(yarn) 및 텍스타일 기재(210) 중 어느 하나일 수 있다. 텍스타일 기재(210)는 섬유 얀(yarn)이 직조되어 형성된다. 섬유 얀으로, 원사, 하연사 또는 합연사(110)가 사용될 수 있다. 합연사(110)로 서로 동일하지 않은 2개 이상의 하연사가 상연되어 이루어진 하이브리드 합연사가 사용될 수 있다. 합연사(110)는 코오드로 사용될 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 합연사는 나일론 하연사 및 아라미드 하연사를 포함할 수 있다. 나일론 하연사는 300 내지 2000 de의 섬도를 가질 수 있고, 아라미드 하연사는 500 내지 3000 de의 섬도를 가질 수 있다.
구체적으로, 300 내지 2000 de의 나일론 필라멘트를 제1 하연사(111)로, 500 내지 3000 de의 아라미드 필라멘트를 제2 하연사(112)로 하여, 케이블 코더(Cable Corder) 연사기를 이용하여 하연을 반시계 방향, 상연을 시계방향으로 하연과 상연을 동시에 각각 수행하여 합연사(110)를 제조할 수 있다. 합연사(110)는 150 내지 500 TPM의 꼬임수를 가질 수 있다.
이와 같이 형성된, 섬유 기재(210, 110) 상에 고무 코팅액을 도포하고 건조하여 고무 코팅층(220)을 형성한다.
고무 코팅액은 고무 컴파운드 고형분 및 용매를 포함한다. 구체적으로, 고무 코팅액은 5 내지 30 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 70 내지 95 중량%의 용매를 포함한다.
고무 코팅액에서 고무 컴파운드 고형분의 농도가 5 중량% 미만이면 고무 코팅층(220)의 두께(t1)가 얇아져 점착성 및 접착력이 제대로 발현되지 못한다. 그에 따라, 타이어의 제조 특성 저하 및 주행시 타이어 불량 문제가 발생할 수 있다. 반면, 고무 코팅액에서 고무 컴파운드 고형분의 농도가 30 중량%를 초과하면, 점도 상승으로 인해 접착액의 교반성이 저하되어 고무 코팅액의 분산성이 낮아지고, 이로 인해 코팅성 저하, 코팅 두께 불균일 등의 문제가 초래된다.
따라서, 고무 코팅액에 있어서, 고무 컴파운드 고형분의 농도는 5 내지 30중량%의 범위로 조정된다.
고무 코팅액에 포함된 용매의 휘발을 고려할 때, 제조시 기준으로, 고무 코팅액은 3 내지 25 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 75 내지 97 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 이 경우, 고무 코팅액 제조 후 용매가 휘발하면, 고무 코팅액에 포함된 고무 컴파운드 고형분의 함량은 5 내지 30 중량%가 될 수 있다.
또한, 고무 코팅액은 200 내지 90,000 cP의 점도를 갖는다.
고무 코팅액의 점도가 200 cP 미만인 경우, 고무 코팅액의 낮은 점도로 인한 고도한 흐름성으로 인해, 고무 코팅액을 섬유 기재에 코팅하는 코팅 작업을 수행하기 어려워 질 수 있으며, 고무 코팅층(220)의 두께가 얇아져 타이어 보강재로 성능을 발현하기 어렵다.
반면, 고무 코팅액의 점도가 90,000 cP를 초과하는 경우, 고무 코팅액을 교반하기 어렵고, 균일한 고무 코팅액을 제조하기 어려우며, 또한, 높은 점도로 인하여 균일한 코팅이 어려우며, 코팅 두께에 편차가 발생될 수 있다. 그 결과, 고무 보강재(201) 제조 및 타이어 제조에 어려움이 발생될 수 있고, 고무 보강재(201)가 타이어 보강 기능을 발현하기가 어려워질 수 있다.
고무 컴파운드 고형분은 고무 성분 및 카본블랙을 포함한다.
고무 컴파운드 고형분은, 예를 들어, 천연고무(NR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR) 및 이소부틸렌 고무(IBR), 이소프렌 고무(IR), 니트릴고무(NBR), 부틸고무 및 네오프렌 고무 중에서 선택된 적어도 하나의 고무 성분 및 카본블랙을 포함한다.
또한, 고무 컴파운드 고형분은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 참가제로, 예를 들어, 파라오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 황, 가황촉진제, 활성제, 점착제, 접착제 등이 있다.
예를 들어, 고무 컴파운드 고형분은, 고무 컴파운드 고형분의 전체 중량에 대하여, 50 내지 70 중량%의 고무 성분, 15 내지 40 중량%의 카본블랙 및 5 내지 15 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다.
고무 컴파운드 고형분 중, 고무 성분의 함량이 50 중량% 미만인 경우 고무 코팅액의 점도가 200 cP 미만이 되어 코팅성이 저하될 우려가 있으며, 고무 성분의 함량이 70 중량%를 초과하는 경우 고무 코팅액의 점도가 90,000 cP 를 초과할 우려가 있다.
고무 성분과 카본블랙이 고무 컴파운드 고형분의 주성분이다. 따라서, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물을 간단히 "주성분"이라고 할 수도 있다.고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)은, 전체 중량 100 중량부를 기준으로 50 내지 78 중량부의 고무 성분 및 22 내지 50 중량부의 카본블랙을 포함할 수 있다.
고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)의 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 고무 성분의 중량의 함량이 50 중량부 미만이고 카본블랙의 함량이 50 중량부를 초과하는 경우, 고무 코팅액의 점도가 200 cP 미만으로 저하되어, 고무 코팅액이 섬유기재에 코팅되지 않고 흘러내릴 수 있다.
반면, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)의 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 고무 성분의 함량이 78 중량부를 초과하고, 카본블랙의 함량이 22 중량부 미만인 경우, 고무 컴파운드 고형분이 용매에 원활하게 용해되지 않고 덩어리가 생기며, 고무 코팅액의 점도가 90,000 cP 를 초과하여 과도하게 증가되며 때문에, 고무 코팅액이 섬유기재에 원활하게 코팅되지 않을 뿐 아니라, 고무 코팅층(220)의 두께가 불균일해 질 수 있다.
보다 구체적으로, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)은, 전체 100 중량부를 기준으로, 60 내지 78 중량부의 고무 성분 및 22 내지 40 중량부의 카본블랙을 포함할 수 있다. 보다 균일한 고구 코팅층(220) 형성을 위해, 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분)은, 전체 중량 100 중량부를 기준으로, 70 내지 75 중량부의 고무 성분 및 25 내지 30 중량부의 카본블랙을 포함할 수 있다.
용매는 고무 성분을 용해할 수 있는 물질을 포함한다. 예를 들어, 용매는 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란은 단독으로 사용될 수도 있고, 서로 혼합되어 사용될 수 있다.
고무 코팅액을 접착층(230) 상에 도포하는 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 공지의 코팅 방법이 적용될 수 있다.
예를 들어, 고무 코팅층(220) 형성을 위해, 섬유 기재(210, 110)가 고무 코팅액에 침지될 수 있다. 이러한 침지에 의해, 섬유 기재(210, 110) 상에 고무 코팅액이 도포된다.
또한, 콤마 코터(comma coater)를 이용한 콤마 코팅(comma coating)에 의해 고무 코팅액이 섬유 기재(210, 110) 상에 도포될 수 있다. 이 때, 코팅은 15 내지 50℃의 온도 조건에서 이루어질 수 있다. 이러한 온도는 용매가 휘발될 수 있는 최저 온도에 해당된다.
그러나, 본 발명의 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 그라비어(Gravure) 코팅 방법, 마이크로 그라비어(Micro gravure) 코팅 방법 등에 의해 고무 코팅액의 코팅이 이루어질 수 있다.
고무 코팅액의 코팅 후, 코팅된 고무 코팅액이 건조된다. 건조를 위해 열처리가 진행될 수도 있다. 예를 들어, 고무 코팅층(220)을 형성하는 단계는, 섬유 기재(210, 110) 상에 고무 코팅액을 도포한 후, 열처리 하는 단계를 포함할 수 있다.
열처리는 열처리 장치에서 이루어질 수 있다. 열처리를 위해, 70 내지 150℃의 온도에서 30 내지 150초간 열이 인가될 수 있다. 그에 따라, 섬유 기재(210, 110) 상에 고무 코팅층(220)이 형성된다.
이러한 공정을 거쳐 고무 보강재(201, 301)가 제조되며, 제조된 고무 보강재(201, 301)는 와인더에 권취된다.
이와 같이 제조된 고무 코팅층(220)은 10㎛ 내지 100 ㎛의 두께(t1)를 가질 수 있다. 고무 코팅층(220)의 두께(t1)가 10㎛ 미만이며, 고무 코팅층(220)이 충분한 점착성 및 접착력을 가지지 못하여 타이어 제조 특성이 저하되고, 타이어에 불량이 발생할 수 있다. 고무 코팅층(220)의 두께(t1)가 100 ㎛를 초과하면, 고무 보강재(201)의 두께가 증가되어 타이어의 두께가 증가될 수 있다.
다음, 선택적으로 슬리팅(slitting) 단계가 실시될 수 있다.
판상으로 제작된 고무 보강재(201)는, 필요에 따라, 또는 사용 목적에 따라 재단될 수 있는데, 이러한 재단을 슬리팅(Slitting)이라고 한다. 슬리팅 단계는 생략될 수도 있다. 재단, 또는 슬리팅 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
이러한 과정을 거쳐, 본 발명의 실시예들에 따른 고무 보강재(201, 301)가 완성된다.
이와 같이 제조된 고무 보강재(201, 301)는, 예를 들어, 타이어(101)의 캡플라이(90), 벨트(50) 또는 카카스(70) 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고무 보강재(201)는 고무에 대해 우수한 접착력을 가지며, 기존의 압연 공정을 없이도 고무와 용이하게 부착될 수 있다. 이러한 고무 보강재(201)가, 예를 들어, 카카스(70)로 사용되는 경우, 압연 공정이 생략될 수 있기 때문에 타이어의 제조 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 카카스(70)의 점착성이 크게 증대되어, 그린타이어 제조시 에어 포켓(Air pocket)이 감소되어 타이어 불량률이 감소된다. 아울러, 압연 공정을 거치지 않기 때문에 얇고 가벼운 타이어(101)가 만들어질 수 있다. 이러한 고무 보강재(201, 301)는 벨트(50) 또는 캡플라이(90)에도 적용될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(401, 501)의 제조방법은, 고무 코팅층(220)을 형성하는 단계 전에, 섬유 기재(210, 110) 상의 접착층(230)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(401, 501)의 제조방법은, 섬유 기재(210, 110)를 준비하는 단계, 섬유 기재(210, 110) 상에 접착층(230)을 형성하는 단계 및 접착층 상(220)에 고무 코팅액을 도포하고 건조하여 접착층(230) 상에 고무 코팅층(220)을 형성하는 단계를 포함한다.
접착층(230)은 섬유 기재(210, 110) 상에 형성된다.
접착층(230)은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL) 및 용제를 포함하는 접착 코팅액에 의해 형성될 수 있다. 접착층(230)을 형성하는 단계는, 섬유 기재(210, 110) 상에 접착 코팅액을 도포하고 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
섬유 기재(210, 110) 상에 접착 코팅액을 도포하는 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 섬유 기재(210, 110)를 접착 코팅액에 침지(dipping)함으로써 섬유 기재(210, 110)상에 접착 코팅액이 도포되도록 할 수 있다. 예를 들어, 섬유 기재(210, 110)가 접착 코팅액을 통과함으로써 침지 공정이 이루어질 수 있다. 침지 공정은, 장력, 침지 시간 및 온도가 조절될 수 있는 침지 장치(Dipping Machine)에서 이루어 질 수 있다.
침지 공정뿐만 아니라, 블레이드 또는 코터를 이용한 코팅 또는 분사기를 이용한 분사에 의하여 섬유 기재(210, 110) 상에 접착 코팅액이 도포될 수도 있다.
접착층(230)을 형성하는 단계는, 섬유 기재(210, 110) 상에 접착 코팅액을 도포하고, 100 내지 170℃에서 80 내지 120초간 건조하고, 200 내지 250℃에서 열처리하는 공정을 더 포함할 수 있다. 열처리는 열처리 장치에서 이루어질 수 있다. 열처리에 의하여 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)층(222)이 경화 및 고정되어 접착층(230)이 완성된다. 이러한 열처리에 의하여 접착층(230)이 보다 안정적으로 형성될 수 있다.
접착층(230)은 에폭시 화합물을 포함할 수도 있다. 접착층(230)은, 예를 들어, 에폭시 화합물층 상에 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)층이 배치된 구조를 가질 수도 있다.
첩착층(220) 형성 후, 접착층(230) 상에 고무 코팅액을 도포하고 건조하여 접착층(230) 상에 고무 코팅층(220)을 형성한다.
이하, 발명의 구체적인 제조예 및 비교예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 제조예 및 비교예는 예시적으로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1-5 및 비교예 1-4> 고무 보강재의 제조
(1) 텍스타일 기재의 제조: PET 타이어 코드 제직물 제조
1000de의 총섬도를 갖는 PET 필라멘트를, 케이블 코더를 이용하여 상하연 470TPM으로 합연사 후 32 EPI 밀도로 제직하여 텍스타일 기재(210)을 제조하였다. 이와 같이 제조된 텍스타일 기재(210)가 섬유 기재로 사용되었다.
이와 같이 제조된 텍스타일 기재(210)를 통상의 에폭시 화합물과 레소시놀-포름알데히드-라텍스 화합물에 침지하고, 건조 및 열처리하여 텍스타일 기재(210) 상에 접착층을 형성하였다.
(2) 고무 코팅층 형성
표 1의 조성에 따라 고무 코팅층(220) 형성용 고무 코팅액을 제조하였다.
고무 컴파운드 고형분은 고무 성분, 카본블랙 및 첨가제를 포함한다.
고무 성분으로, 천연 고무(NR) 및 스티렌 부타디엔 고무(SBR)가 사용되었다.
표 1에 천연 고무(NR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 및 카본블랙의 중량비가 개시되어 있다. 표 1에서 성분의 중량비는 고무 성분과 카본블랙의 혼합물(주성분) 100 중량부에 대한 상대적인 중량을 나타낸다.
구체적으로, 고무 컴파운드 고형분은 94 중량%의 주성분(고무 성분과 카본블랙의 혼합물) 및 6 중량%의 첨가제를 포함한다. 첨가제의 함량은 실시예 1-5 및 비교예 1-4에서 모두 동일하기 때문에, 첨가제의 함량은 표 1에 개시되지 않았다.
첨가제로 파라오일, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 황 및 가황촉진제가 사용되었다. 고무 컴파운드 고형분 전체 중량에 대하여, 파라오일 5 중량%, 산화아연 0.3 중량%, 스테아린산 0.2 중량%, 노화방지제(RUBBER ANTIOXIDANTS, BHT) 0.2 중량%, 황 0.2 중량% 및 가황촉진제(vulcanization accelerators, ZnBX) 0.1 중량%가 사용되었다.
고무 코팅액 전체 중량에 대하여 15 중량%의 고무 컴파운드 조성물이 사용되었다.
용매는 톨루엔과 테트라하이드로퓨란을 포함한다. 톨루엔과 테트라하이드로퓨란은 20:80의 중량비로 혼합되어 사용되었다. 고무 코팅액 전체 중량에 대하여 85 중량%의 용매가 사용되었다.
상기와 같이 제조된 용매에 고무 컴파운드 고형분을 표 1의 중량비로 분산 및 용해시켜 고무 코팅액을 제조하였다. 표 1에서 고무 컴파운드 고형분과 용매의 함량은 중량%(wt %)로 표시되었다.
콤마 코터(comma coater)를 이용하여, 텍스타일 기재(210)에 고무 코팅액을 도포하고 80℃의 온도에서 건조하여 용매를 휘발시킴으로써 고무 코팅층(220)을 형성하였다. 그 결과, 실시예 1-5 및 비교예 1-4에 따른 고무 보강재가 제조되었다.
구분 고무 컴파운드 고형분 용매
(wt %)
중량비(NR : SBR : 카본블랙) 함량 (wt %)
실시예 1 35 : 35 : 30 15 85
실시예 2 62 : 10 : 28 15 85
실시예 3 73 : 0 : 27 15 85
실시예 4 60 : 15 : 25 15 85
실시예 5 70 : 5 : 25 15 85
비교예 1 20 : 20 : 60 15 85
비교예 2 30 : 0 : 70 15 85
비교예 3 65 : 20 : 15 15 85
<평가 1> 용해성 평가
혼합 용매에 고무 컴파운드 고형분이 원활하게 분산되는지 여부 및 미분산 덩어리가 존재하는지 여부를 육안으로 평가하여 다음과 같이 판정하였다.
○: 원활하게 분산이 이루어짐
X: 분산이 원활하지 않고, 미분산 덩어리가 존재함.
<평가 2> 점도(Viscosity) 측정
표준상태(온도 20℃, 상대 습도 65%)에서 Brookfield DV2TLV viscometer(Tk: 0.09373)를 이용하여 고무 코팅액의 점도를 측정하였다. STP하에서 3분간 30초 단위로, 총 6회 점도가 측정되었다. 해당 기기로 측정 가능한 점도의 범위(viscosity range)(cP)는 15~6000000 이며, 평가에 사용한 spindle은 VL-01, VL-02, VL-03, VL-04이다.
<평가 3> 코팅성 평가
고무 코팅액이 텍스타일 기재(나일론 평직 제직물)에 코팅될 때의 코팅성을 평가하였다. 코팅성 평가를 위해, ChemInstruments社의 Hot Melt Coater HLC-101가 사용하였다. 해당 기기의 Roll에 80℃의 온도를 인가한 후, 고무 코팅액을 텍스타일 기재에 코팅하면서 코팅성을 평가하였다.
<평가 4> 두께 측정
Mitutoyo社의 Vernier Calipers를 이용하여 실시예 1-5 및 비교예 1-4에서 제조된 고무 보강재에 형성되어 있는 고무 코팅층(220)의 두께를 측정하였다
상기 측정 결과는 표 2에 개시되어 있다.
구분 용해성 점도 (cP) 코팅성 두께 (㎛)
실시예 1 ○ 463 ○ 15
실시예 2 ○ 2616 ○ 35
실시예 3 ○ 18038 ○ 42
실시예 4 ○ 53400 ○ 100
실시예 5 ○ 828750 ○ 180
비교예 1 ○ 102 고무 코팅액이 흘러내려 공정성 불량 5 미만
비교예 2 ○ 39 고무 코팅액이 흘러내려 공정성 불량 5 미만
비교예 3 x 10만 이상
(측정 불가)		 코팅두께 불균일 150~350
비교예 4 x 10만이상
(측정 불가)		 코팅두께 불균일 230~500
<실시예 6-8 및 비교예 5-7> 타이어 제조
실시예 2, 3, 5 및 비교예 1, 3의 고무 보강재를 이용하여 205/55R16 규격의 타이어를 제조하고, 이들을 각각 실시예 6, 7, 8 및 비교예 5, 6이라 하였다.
또한, 고무 압엽 공정을 거쳐 타이어를 제조하고, 이를 비교예 7이라 하였다.
구체적으로, 타이어 제조를 위해, 1300De/2ply HMLS 타이어 코드를 포함하는 바디플라이 및 스틸 코드(Steel Cord) 벨트가 사용되었다. 이너라이너 고무 상에 바디플라이용 고무 보강재를 적층하고, 비드 와이어 및 벨트부를 적층한 후, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 고무 보강재를 투입하고(카카스), 트레드부, 숄더부 및 사이드월부 형성을 위한 고무층을 순차적으로 형성하여 그린 타이어를 제조하였다. 이렇게 제조된 그린 타이어를 가류 틀에 넣고 170℃에서 15분 동안 가류하여 타이어를 제조하였다. 제조된 타이어의 규격은 205/55R16 이다.
<평가 5> 내구성 평가
드럼타입의 주행 내구 시험기를 이용하여 실시예 6-8 및 비교예 5-7에서 제조된 타이어의 내구성을 평가하였다.
구체적으로, 실시예 6-8 및 비교예 5-7에서 제조된 타이어를 드럼타입의 주행 내구 시험기에서 적용한 후, 주행 시작 후 10분 단위로 속도를 20 내지 30km/h로 증가시키면서 고속 주행 내구성을 평가하였다. 내구성은, 주행 내구 시험기에 타이어가 주행하기 시작한 후, 타이어가 터지기(폭발 또는 펑크)까지의 시간으로 표시되었다.
결과는 표 3에 개시되어 있다.
구분 규격 적용부위 타이어 중량(Kg) 내구성(시간:분)
실시예 6 205/55R16 카카스 10.2 1:50
실시예 7 205/55R16 카카스 10.2 1:52
실시예 8 205/55R16 카카스 10.3 1:49
비교예 5 205/55R16 카카스 10.2 0:48
비교예 6 205/55R16 카카스 10.3 1:28
비교예 7 205/55R16 카카스 10.6 1:48
표 3을 참조하면, 압연 공정을 생략하고 제조된 타이어인 실시예 6-8의 타이어는, 관련 분야의 통상의 타이어 코드를 사용하여 압연 공정을 거쳐 제조된 비교예 7의 타이어와 동일 수준의 내구성을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 6-8의 타이어는 비교예 7의 타이어 보다 0.3 내지 0.4kg 더 가벼운 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따라 제조된 실시예 6-8의 타이어는, 무게는 가벼우면서도 관련 분야의 통상의 타이어와 동일한 정도의 내구성을 가진다는 것을 확인할 수 있다.
10: 트레드 20: 숄더
30: 사이드 월 40: 비드
50: 벨트 60: 이너 라이너
70: 카카스 80: 그루브
90: 캡플라이 101: 타이어
110: 합연사 111: 제1 하연사
112: 제2 하연사 201: 고무 보강재
210: 텍스타일 기재 220: 고무 코팅층
230: 접착층

Claims (17)

  1. 섬유 기재; 및
    상기 섬유 기재 상의 고무 코팅층;을 포함하고,
    상기 고무 코팅층은 고무 코팅액에 의해 형성된 것이며,
    상기 고무 코팅액은, 상기 고무 코팅액 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 70 내지 95 중량%의 용매를 포함하고,
    상기 고무 컴파운드 고형분은, 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 이소부틸렌 고무, 이소프렌 고무, 니트릴고무, 부틸고무 및 네오프렌 고무 중에서 선택된 적어도 하나의 고무 성분; 및 카본블랙;을 포함하고,
    상기 고무 컴파운드 고형분은, 상기 고무 성분과 상기 카본블랙의 혼합물 중량 100 중량부를 기준으로, 50 내지 78 중량부의 고무 성분; 및 22 내지 50 중량부의 카본블랙;을 포함하며,
    상기 고무 코팅액은 200 내지 90,000 cP의 점도를 갖는,
    고무 보강재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고무 코팅층은 10 내지 100 ㎛의 두께를 갖는, 고무 보강재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 고무 보강재.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 기재는 섬유 얀(yarn), 텍스타일 기재 및 코오드 중 어느 하나인, 고무 보강재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 섬유 기재 상의 접착층을 더 포함하며,
    상기 고무 코팅층은 상기 접착층 상에 배치된, 고무 보강재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접착층은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)를 포함하는, 고무 보강재.
  10. 섬유 기재를 준비하는 단계; 및
    상기 섬유 기재 상에 고무 코팅액을 도포하고 건조하여 고무 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 고무 코팅액은, 상기 고무 코팅액 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%의 고무 컴파운드 고형분 및 70 내지 95 중량%의 용매를 포함하고,
    상기 고무 컴파운드 고형분은, 천연고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 이소부틸렌 고무, 이소프렌 고무, 니트릴고무, 부틸고무 및 네오프렌 고무 중 중에서 선택된 적어도 하나의 고무 성분; 및 카본블랙;을 포함하고,
    상기 고무 컴파운드 고형분은, 상기 고무 성분과 상기 카본블랙의 혼합물의 중량 100 중량부를 기준으로, 50 내지 78 중량부의 고무 성분; 및 22 내지 50 중량부의 카본블랙; 을 포함하며,
    상기 고무 코팅액은 200 내지 90,000 cP의 점도를 갖는, 고무 보강재의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 고무 코팅층은 10㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는, 고무 보강재의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 용매는 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 고무 보강재의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 고무 코팅층을 형성하는 단계 전에, 상기 섬유 기재 상의 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 고무 보강재의 제조방법.
  17. 제1항, 제2항, 제5항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 고무 보강재를 포함하는 타이어.
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