KR20020037600A - Tire rubber composition for truck and bus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 트럭버스용 타이어의 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 새로운 가류제를 통상의 가류시스템에 도입함으로써 컨벤셔널 및 semi-EV 가류 시스템에 비해 내 리버젼 성능과 내열노화성능이 향상되어 트럭버스와 같은 대형 타이어에 적합한 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition of a tire for truck buses. More specifically, by introducing a new vulcanizing agent into a conventional vulcanization system, it is possible to improve the anti-reversion performance and the heat aging performance compared to the conventional and semi-EV vulcanization systems. A rubber composition suitable for large tires such as truck buses.
일반적으로 타이어에 사용되는 고무 조성물의 경우, 최종적인 제품 상태에서 원하는 물성을 얻기 위해서 유황과 여러 종류의 가황촉진제를 적정 비율로 첨가한 후, 고온 및 고압에서의 화학적인 가류과정을 거치게 된다. 이러한 가류 과정 후 고무내의 분자간 가교결합이 일어나고 네트워크를 형성하여 각각 원하는 물성 결과들을 나타내게 된다.In general, in the case of a rubber composition used in a tire, sulfur and various kinds of vulcanization accelerators are added at an appropriate ratio in order to obtain desired physical properties in the final product state, and then undergo chemical vulcanization at high temperature and high pressure. After this vulcanization process, intermolecular crosslinking occurs in the rubber and forms a network, each of which exhibits desired physical property results.
통상, 가류 시스템은 첨가하는 황과 가황촉진제의 비율에 따라 3가지로 나누어지게 되는데, 황과 가황촉진제의 비율이 2:1 이상, 즉 황의 함량이 많은 컨벤셔널 가류계, 약 1:1 비율의 세미이브이(semi-EV), 그리고 가황촉진제의 함량이 많고황의 함량이 적은 이브이(EV, Efficient Vulcanization) 가류계로 구분된다.Generally, the vulcanization system is divided into three types according to the ratio of sulfur and vulcanization accelerator to be added. The ratio of sulfur to vulcanization accelerator is 2: 1 or more, that is, conventional vulcanization system having a high sulfur content, of about 1: 1 ratio. Semi-EV and Efficient Vulcanization (EV) vulcanization system with high vulcanization accelerator and low sulfur content.
각각의 가류 시스템에 따라 가황물이 나타내는 특성은 다르게 되는데, 컨베셔널 및 semi-EV의 경우 인장강도, 반발특성, 동역학적 물성 및 내피로성이 우수한 반면 열적 안정성 및 내 리버젼성(Reversion Resistance)이 저하되고, 고온에서의 압축/영구 변형줄음율이 커지는 불리한 물성결과를 나타낸다. EV 가류계는 이와 반대의 물성경향을 나타내는 데, 이는 고무내 분자 주쇄간의 결합된 황의 수 차이에 기인된다. 컨벤셔널 및 semi-EV의 경우 분자 주쇄간 결합해 있는 황의 수가 4개 이상으로서, 황의 수가 1∼2개인 EV 가류계에 비해 분해에너지(Dissociation Energy)가 상대적으로 낮기 때문에 가교결합의 열적 안정성이 떨어져 상기와 같은 결과를 나타내게 된다.Vulcanizates have different characteristics according to each vulcanization system. Conventional and semi-EV have excellent tensile strength, repulsion characteristics, dynamic properties and fatigue resistance, while thermal stability and revision resistance are high. It is deteriorated and results in an adverse physical property that the compression / permanent strain rate at high temperature becomes large. The EV vulcanometer shows the opposite property trend due to the difference in the number of bound sulfur between molecular backbones in the rubber. Conventional and semi-EV have four or more sulfur bonds between the molecular main chains, and the thermal energy of crosslinking is inferior because the dissociation energy is relatively lower than that of the EV vulcanization system having one to two sulfur. The above result will be shown.
한편, 고하중 및 고속의 사용조건을 가지는 트럭버스용 대형 타이어의 경우 우수한 인장강도, 인열저항, 동적내피로성 및 저발열성이 요구되기 때문에 대부분 타이어의 각 부위의 고무 조성물에 천연고무 단독 또는 이의 함량이 높은 블렌드를 사용하고 있고, 가류 시스템도 통상 컨벤셔널 및 semi-EV를 사용하고 있다.On the other hand, large tires for truck buses with high load and high speed conditions require excellent tensile strength, tear resistance, dynamic fatigue resistance and low heat generation. High content blends are used, and vulcanization systems typically use conventional and semi-EVs.
천연고무 가황물의 경우, 사용 중 발열에 의한 온도 상승 혹은 공기와 접촉하지 않은 상태 즉, 고온에서의 장시간 가류에 의해 열화가 일어나고, 이는 타이어 산업에서 심각한 품질문제로 연결된다.In the case of natural rubber vulcanizates, deterioration occurs due to an increase in temperature due to heat generation during use or contact with air, that is, long time vulcanization at a high temperature, which leads to serious quality problems in the tire industry.
대형 타이어의 경우, 고온에서의 장시간 가류는 불가결하고, 또 트럭타이어의 경우 점점 더 속도와 하중이 증가하는 등 그 사용조건이 가혹해짐에 따라 고무 조성물의 열 및 리버젼에 대한 저항성은 갈수록 필수적으로 요구되는 물성 중의 하나이다.For large tires, long-term vulcanization at high temperatures is indispensable, and for truck tires, the resistance to heat and reversion of rubber compositions becomes increasingly essential as the conditions of use become more severe, such as increasing speed and load. It is one of the required physical properties.
그런데, 천연고무 가황물의 내 리버젼 성능을 향상시키기 위해 사용되는 전형적인 방법은 황의 함량을 적게 사용하는 것이다.However, the typical method used to improve the reversion performance of natural rubber vulcanizates is to use less sulfur.
이 경우, 주쇄간 가교구조는 모노설파이드(monosulfide, 결합하는 황의 수 1개) 내지 다이설파이드(disulfide, 결합하는 황의 수 2개)로서, 이는 폴리설파이드(polysulfide, 결합하는 황의 수 4개 이상)에 비해 보다 안정적이다. 그러나, 이 경우 보통 인열저항 및 동적 특성이 저하되기 때문에 트럭 타이어용 컴파운드에는 바람직하지 않게 된다.In this case, the cross-linking structure between the main chains is monosulfide (monosulfide 1) and disulfide (disulfide 2), which means polysulfide (4 or more sulfur). More stable than However, in this case, since the tear resistance and dynamic characteristics are usually lowered, it is not preferable for a compound for truck tires.
또 다른 방법으로 가황촉진제의 종류를 설펜아미드계에서 티아졸계 가황촉진제로 변경할 경우 열적 안정성은 다소 증가하게 되나, 스코치 안정성이 저하되어 현장 가공성이 불리하게 된다.In another method, when the type of vulcanization accelerator is changed from a sulfenamide-based thiazole vulcanization accelerator, the thermal stability is slightly increased, but the scorch stability is deteriorated, which impairs field processability.
따라서, 높은 인열저항성, 낮은 히스테리시스의 물성결과 및 스코치 안정성과 더불어 빠른 가류속도를 가지기 위해 트럭타이어용 고무 조성물에 사용되는 가류시스템은 아직까지도 대부분 컨벤셔널과 semi-EV 시스템을 일반적으로 사용하고 있다.Therefore, in order to have high tear resistance, low hysteresis property results and scorch stability and fast vulcanization speed, the vulcanization system used in the rubber composition for truck tires still uses most conventional and semi-EV systems.
이에, 본 발명자들은 종래의 컨벤셔널 및 semi-EV 가류계의 단점인 내열노화성 및 내 리버젼 성능을 향상시킴과 동시에 이러한 가류계가 가지고 있는 우수한 인장강도, 인열저항 및 동적 내피로성을 유지시킬 수 있는 방법을 연구하던 중, 새로운 가류제를 통상의 가류 시스템에서 사용하는 황 및 가황촉진제와 더불어 첨가한 결과 이를 만족시킴을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors can improve the heat aging resistance and the reversion performance, which are disadvantages of the conventional conventional and semi-EV vulcanization systems, and at the same time maintain the excellent tensile strength, tear resistance and dynamic fatigue resistance of the vulcanizers. While studying the present method, it was found that the new vulcanizing agent was added together with the sulfur and vulcanization accelerator used in the conventional vulcanizing system to satisfy the result, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 컨벤셔널 및 semi-EV 가류계가 가지고 있는 우수한 인장강도, 인열저항 및 동적 내피로성은 유지시키면서 내열노화성 및 내 리버젼 성능을 향상시켜 버스나 트럭과 같은 대형의 타이어에 적합한 고무 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to improve the heat aging resistance and the reversion performance while maintaining the excellent tensile strength, tear resistance, and dynamic fatigue resistance of conventional and semi-EV vulcanometers. It is to provide a suitable rubber composition.
이와같은 목적을 달성하기 위한 타이어 고무 조성물은 원료고무 100중량부에 대해 유황 0.5∼2.0중량부, 설펜아미드계 가황촉진제 1.0∼3.0중량부 및 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)-헥산(1,6-bis(N,N'-dibenzylthiocarbamoyldithio)-hexane) 1.0∼3.0중량부로 이루어진 가류시스템을 도입한 것을 그 특징으로 한다.The tire rubber composition for achieving the above object is 0.5 to 2.0 parts by weight of sulfur, 1.0 to 3.0 parts by weight of sulfenamide-based vulcanization accelerator, and 1,6-bis (N, N'-dibenzylthio) based on 100 parts by weight of raw rubber. Carbamoyldithio) -hexane (1,6-bis (N, N'-dibenzylthiocarbamoyldithio) -hexane) It is characterized by introducing the vulcanization system which consists of 1.0-3.0 weight part.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명의 가류 시스템은 통상의 황 및 가황촉진제로 이루어진 시스템에 새로운 가류제인 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)헥산을 첨가한 것이다.The vulcanization system of the present invention is the addition of a new vulcanizing agent, 1,6-bis (N, N'-dibenzylthiocarbamoyldithio) hexane, to a system consisting of conventional sulfur and vulcanization accelerators.
상기 가류제를 첨가하면 가류후 고무내 분자간 가교결합에 헥산이 중간에 가교된 구조를 가지게 되는데, 종래 분해에너지가 상대적으로 낮아 열적안정성이 떨어지는 폴리설파이드에 비해 헥산을 중간에 가지게 되어 가류 및 사용중 높은 온도로 인해 분해되지 않기 때문에 우수한 열적안정성과 내 리버젼 성능을 나타내게 된다. 또한, 헥산과 고무 분자 주쇄사이의 가교결합 내에 설파이드 결합(황의 개수 1∼3)을 가지기 때문에 어느 정도의 유연성을 확보하게 되므로 컨벤셔널 및 semi-EV 가류계의 특성인 인열저항 및 동적 내피로성도 유지시킬 수 있게 된다.The addition of the vulcanizing agent has a structure in which hexane is cross-linked in the intermolecular crosslinking in rubber after vulcanization, and has relatively high decomposition energy and has hexane in the middle compared to polysulfide having low thermal stability. It does not decompose due to temperature, resulting in excellent thermal stability and resistance to revision. In addition, since sulfide bonds (number of sulfur 1 to 3) are contained in the crosslink between hexane and the rubber molecule main chain, a certain degree of flexibility is secured, so that the tear resistance and the dynamic fatigue resistance of the conventional and semi-EV vulcanization systems are also high. It can be maintained.
이와 같은 작용을 하는 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)헥산 가류제는 원료고무 100중량부에 대해 1.0∼3.0중량부로 사용하는 것이 바람직하며, 이와 함께 첨가되는 유황의 함량은 원료고무 100중량부에 대해 0.5∼2.0중량부, 그리고 가황촉진제는 원료고무 100중량부에 대해 1.0∼3.0중량부인 것이 바람직하다.The 1,6-bis (N, N'-dibenzylthiocarbamoyldithio) hexane vulcanizing agent having such a function is preferably used in an amount of 1.0 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber. The sulfur content is preferably 0.5 to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber, and 1.0 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber.
1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)헥산 가류제를 단독으로 사용하는 것보다, 황 및 가황촉진제와 함께 사용하는 것이 바람직한 바, 그 이유는 단독으로 사용하게 되면 가류속도가 느려지기 때문에 기존 컨벤셔널 및 semi-EV 가류 시스템에서 나타나는 인장물성 결과를 나타낼 수 있도록 하기 위해서는 가류시간을 연장시켜야 하므로 바람직하지 않다. 또한, 가황촉진제 및 1,6-비스(N,N'-디벤질티오카바모일디티오)헥산 가류제 함량이 많을 경우 스코치 안정성이 감소되어 현장 가공성이 저하되므로 바람직하지 않다.Rather than using 1,6-bis (N, N'-dibenzylthiocarbamoyldithio) hexane vulcanizing agents alone, it is preferable to use them with sulfur and vulcanization accelerators. Due to the slowing of the vulcanization rate, it is not desirable to extend the vulcanization time in order to be able to obtain the tensile property results of conventional conventional and semi-EV vulcanization systems. In addition, when the vulcanization accelerator and the 1,6-bis (N, N'-dibenzylthiocarbamoyldithio) hexane vulcanizing agent content is high, scorch stability is reduced and field processability is not preferable.
한편, 가황촉진제는 설펜아미드계 가황촉진제로서, 구체적인 화합물로는 N-사이클로헥실벤조티아졸, N-tert-부틸-2-벤조티아졸릴 설펜아미드, 2-(몰포니로티오)벤조티아졸 등을 들 수 있다.On the other hand, the vulcanization accelerator is a sulfenamide-based vulcanization accelerator, and specific compounds include N-cyclohexylbenzothiazole, N-tert-butyl-2-benzothiazolyl sulfenamide, 2- (morphonyrothio) benzothiazole, and the like. Can be mentioned.
그리고, 원료고무로는 천연고무를 단독으로 사용하거나, 디엔계 고무를 30중량부 이내로 혼합사용할 수 있다.As the raw material rubber, natural rubber may be used alone, or a diene rubber may be mixed and used within 30 parts by weight.
그리고, 보강제로서 카본블랙을 포함할 수 있는 바, 카본블랙은 질소흡착 비표면적이 70∼130㎡/g인 것이 바람직하고, 그 외 통상 고무용 배합제로 사용되는 연화제, 노화방지제, 점착부여제 등을 적정하게 배합할 수 있음은 물론이다.In addition, the carbon black may include carbon black as a reinforcing agent, and the carbon black preferably has a nitrogen adsorption specific surface area of 70 to 130 m 2 / g, and other softeners, anti-aging agents, tackifiers, etc., which are commonly used as rubber compounding agents. Of course it can be suitably blended.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the Examples.
실시예 1∼2 및 비교예 1∼2Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성비로 혼합하여 통상의 과정에 의해 가류전 고무를 준비하였다. 이러한 고무를 150℃에서의 가류시간(t95)만큼 가류하였으며, 제조된 고무에 대하여 경도, 인장강도 및 연신율, 노화후의 경도, 인장강도 및 연신율을 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.Next, the rubber was mixed by a composition ratio as shown in Table 1 to prepare rubber before vulcanization by a conventional procedure. These rubbers were vulcanized by a vulcanization time (t 95 ) at 150 ° C., and hardness, tensile strength and elongation, hardness after aging, tensile strength and elongation were measured for the manufactured rubbers, and the results are shown in Table 2 below.
여기서, 경도, 인장강도 및 연신율의측정은 KS M 6518 규정에 의거 실시하였으며, 또한 100℃, 7일동안 공기에 노화시킨 후의 경도, 인장강도 및 연신율을 측정하여, 각 물성항목의 노화율을 백분율로 나타내었는 바, 노화율이 낮을수록 내열노화성이 유리함을 나타낸다.Here, the measurement of hardness, tensile strength and elongation was carried out according to KS M 6518, and the hardness, tensile strength and elongation after aging in air at 100 ° C. for 7 days were measured, and the percentage of aging of each property item was determined as a percentage. The lower the aging rate, the better the heat aging resistance.
노화율(%)=[(노화후 물성값 - 노화전 물성값)/노화전 물성값]×100Aging rate (%) = [(Physical value after aging-Physical property value before aging) / Physical property value before aging] × 100
고무 조성물을 160℃, 120분 가류하여 각 물성값을 측정한 후, 이를 실온 측정값과 비교하여 물성 변화율을 노화율과 동일한 방법으로 표시하였다. 이 변화율은 고무 조성물의 고온, 장시간 가류 후의 물성 저하율을 나타내는 것으로서, 이 변화율이 적을수록 내 리버젼 성능이 향상됨을 나타낸다.After vulcanizing the rubber composition at 160 ° C. for 120 minutes and measuring the respective physical property values, the rubber composition was compared with the room temperature measurement values to express the rate of change of physical properties in the same manner as the aging rate. This rate of change represents the rate of decrease in physical properties of the rubber composition after high temperature and prolonged vulcanization, and indicates that the lower the rate of change, the better the reversion performance.
상기 표 2의 결과로부터,본 발명에서와 같이 신규 가류제를 사용한 경우 비교예 1∼2에 비하여 인장강도와 연신율의 노화율이 20% 이상 감소하여 내열노화성이 유리함을 나타내고 있다. 또한, 고무 조성물은 고온, 장시간 가류 후에 측정한물성 저하율의 결과를 보면, 비교예에 비하여 현저히 저하율이 감소하여 내 리버젼 성능이 향상되었음도 알 수 있다. 실시예 2의 경우는 천연고무와 디엔계고무를 혼합한 경우인데, 실온, 노화 후 및 각 물성값의 절대값이 차이가 있지만, 실시예 1과 마찬가지로 노화율과 저하율이 감소된 결과를 나타내어 내열노화성 및 내 리버젼성이 향상되었음을 알 수 있다.From the results in Table 2 above, as in the present invention In the case of using a vulcanizing agent, the aging rate of tensile strength and elongation is reduced by 20% or more as compared with Comparative Examples 1 to 2, indicating that the heat aging resistance is advantageous. In addition, when the rubber composition shows the results of the physical property reduction rate measured after high temperature and prolonged vulcanization, it can be seen that the reduction rate is remarkably reduced as compared with the comparative example, and the reversion performance is improved. Example 2 is a case where natural rubber and diene rubber are mixed, but there is a difference in the absolute value of the physical property values at room temperature, after aging, and as in Example 1, the aging rate and the reduction rate are decreased, and thus the heat resistant furnace It can be seen that mars and reversion resistance have been improved.
결국, 새로운 가류제를 사용한 실시예 1∼2는 100℃, 7일간 노화후 물성 노화율 및 160℃, 120분 가류후 물성 저하율에 있어서 모두 비교예1∼2에 비하여 감소되어, 내열노화성과 내 리버젼성 향상에 효과가 있음을 알 수 있는데,노화율 감소 정도보다 저하율 감소 정도가 큰 결과를 나타내어 내 리버젼 향상에 좀더 효과가 있음을 알 수 있다.As a result, Examples 1 and 2 using the new vulcanizing agent were all reduced in comparison with Comparative Examples 1 and 2 in the physical property aging rate after aging at 100 ° C. for 7 days and the physical property deterioration rate after 160 ° C. for 120 minutes of vulcanization. It can be seen that it is effective in improving the reversion property, and the reduction rate decrease is greater than the decrease in aging rate, indicating that the effect is more effective in improving the reversion.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 1,6-비스(N,N'-디벤질디티오카바모일디티오)헥산 가류제를 유황 및 가황촉진제와 함께 사용한 가류시스템을 도입한 고무 조성물을 트럭버스용 대형 타이어에 사용시 내열노화성이 향상되어 제품 사용 수명을 연장할 수 있고, 또한 대형 타이어의 고온, 장시간 가류에 의한 물성저하를 방지할 수 있게 되어 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.As described in detail above, according to the present invention, a rubber composition using a 1,6-bis (N, N'-dibenzyldithiocarbamoyldithio) hexane vulcanizing agent in combination with a sulfur and a vulcanization accelerator is introduced. When used in a large tire for truck buses, the heat aging resistance is improved, and thus the service life of the large tire can be extended, and the physical properties of the large tire can be prevented from being deteriorated due to high temperature and prolonged vulcanization, thereby improving product quality.
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