KR20020089890A - 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리부타디엔 고무 20중량부 이상 및 3,4-이소프렌 고무 10중량부 이상을 포함하는 디엔계 고무 100중량부에 보강제로서 실리카 5∼80중량부와 카본블랙 5∼80중량부를 첨가하고, 가소제로서 폴리노보넨 1∼10중량부를 첨가하여 이루어진 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것으로서, 이는 폴리부타디엔을 증량하고 적정량의 3,4-이소프렌 고무를 첨가하고, 여기에 가소제로서 폴리노보넨을 사용함으로써 아이스/스노우 제동성 뿐만 아니라 마이크로 셀의 형성으로 젖은 노면에서의 제동성도 탁월한 성능을 발휘하며, 내마모 성능도 보다 개선된 효과를 보인다.

Description

스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물{Rubber composition for tire tread}
본 발명은 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아이스/스노우 노면에서의 제동성 및 구동성은 개선되고, 젖은 노면에서의 제동성능이 우수하면서 마모성 및 가공성을 향상시킨 스노우 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
공기압 타이어에서 요구되는 성능은 매우 다양하다. 젖음 주행성, 저연비 성능과 밀접한 관계가 있는 저회전 저항, 그리고 소음, 마모, 그리고 승차감 및 조종성능 등을 들 수 있다.
특히 스노우 또는 아이스 노면에서의 조종 안정성 및 제동성이 요구되는 동계(winter) 타이어는 보통 스파이크 핀이 타이어 트레드에 박혀 있는 스터드 타이어와 스파이크 핀을 사용하지 않는 스터드리스 타이어가 있다. 근래에는 환경문제에 따른 스터드 타이어의 규제에 따라 스터드리스 타이어에 대한 사회적 필요성이 제기되면서 스노우/아이스 제동성이 우수한 트레드 고무조성물에 대한 폭넓은 검토가 이루어지고 있다.
타이어 트레드 고무조성물로 아이스/스노우 제동성을 향상시키기 위한 기존의 방법으로는 트레드의 유리전이온도를 조절하여 상온에서 마이크로 스파이크를 생성하는 제품과, 트레드 표면에 발포고무를 사용하고 여기에 천연고무/폴리부타디엔 고무와 카본블랙을 주로 배합한 고무 조성물을 사용하는 발포고무가 있다.
그러나, 발포고무는 내마모성이 악화되는 문제가 있는 바, 이를 개선하기 위해서는 통상 폴리부타디엔 고무의 사용량을 증가시키나 폴리부타디엔 고무는 젖은 노면에서의 제동성능을 감소시키는 문제가 있다.
최근에는 이러한 문제들을 해결하기 위하여 실리카를 충진제로 사용하는 방법이 제시되어 부분적으로 적용되고 있으나, 실리카 사용시 실리카 표면의 관능기인 실라놀기의 수소 결합에 의하여 입자의 분산성이 크게 떨어져 혼합 작업성이 떨어지게 되므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 실리카 분산이 나쁠 경우 고무 조성물의 무늬 점도가 높아지게 되고 압출 가공성이 크게 저하될 뿐만 아니라, 압출후 시간이 경과함에 따라서 압출물의 전장 길이가 줄어들어 타이어 성형에도 문제를 일으킨다.
이에, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 연구, 노력하던 중, 폴리부타디덴 고무, 3,4-이소프렌 고무를 포함하는 디엔계 고무에 최적량의 실리카와 카본을 적정 비율로 포함하고 여기에 폴리노보넨 고분자를 첨가한 결과,아이스/스노우 제동성능을 크게 개선하고 뿐만 아니라 젖은 노면에서의 제동성도 향상시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 아이스/스노우 제동성능 뿐만 아니라 젖은 노면에서의 제동성도 향상된 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무조성물은 폴리부타디엔 고무 20중량부 이상 및 3,4-이소프렌 고무 10중량부 이상을 포함하는 디엔계 고무 100중량부에 보강제로서 실리카 5∼80중량부와 카본블랙 5∼80중량부를 첨가하고, 가소제로서 폴리노보넨 1∼10중량부를 첨가하여 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고무 조성물에서 사용하는 고무 성분 중에서 폴리부타디엔 고무는 구체적으로 가공유가 37.5% 함유된 것이 바람직한 바, 이는 트레드의 아이스/스노우 제동성 및 구동성을 향상시키고, 특히 내마모성을 크게 개선시키는 특징이 있다. 이같은 폴리부타디엔 고무는 전체 원료고무 중 20중량부 이상인 것이 바람직하다. 폴리부타디엔 고무가 전체 원료고무 중 20중량부 미만으로 첨가되면 스노우/아이스 제동성능에 효과가 없고 또한 내마모 성능도 저하되는 문제가 있을 수 있다.
3,4-이소프렌 고무는 폴리부타디엔 고무를 사용함으로 인해 생기는 젖은 노면에서의 제동성 저하를 방지하기 위해 사용하는 것으로서, 그 사용량은 원료고무 중 10중량부 이상인 것이 바람직하다. 일반적으로 폴리부타디엔 고무는 아이스 그립은 향상시키나, 젖은 노면에서의 제동성은 저하시킨다. 3,4-이소프렌 고무의 함량이 전체 원료고무 중 10중량부 미만이면 젖은 노면에서의 제동성 향상을 기대할 수 없다.
디엔계 고무로는 스티렌-부타디엔 공중합체 고무, 부틸 고무, 할로겐화 부틸고무 또는 천연고무 등을 사용할 수 있다.
한편, 보강제로 사용되는 실리카는 상기 원료고무 100중량부에 대해 5∼80중량부 되도록 사용하는 데, 이는 침강법에 의해 제조된 합성품을 사용할 수 있다. 구체적으로 특별히 한정되는 것은 아니나, BET 표면적이 130∼250㎡/g이며, CATB 표면적이 130∼190㎡/g이고, DBP 흡유량이 180∼280㎖/100g인 것이 바람직하다. 이같은 실리카의 함량이 원료고무 100중량부에 대해 5중량부 미만이면 젖은 노면에서의 제동 성능이 저하되고, 80중량부 초과면 경도가 너무 높아져 스노우/아이스 제동 성능이 저하되는 문제가 있다.
카본블랙은 원료고무 100중량부에 대하여 5∼80중량부로 사용하는 데, 이는 DBP 흡유량이 110∼150㎖/100g, BET 표면적이 110∼140㎡/g인 것이 바람직하다. 이같은 카본블랙의 함량이 원료고무 100중량부에 대하여 5중량부 미만이면 가공성이 나빠져 생산성이 저하되고, 80중량부 초과면 경도가 너무 높아져 스노우/아이스 제동 성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에서 가소제로 사용되는 폴리노보넨은 유리전이온도가 매우 낮아(-40℃ 미만) 저온에서의 유연성이 향상되고, 주행시 고무 표면에서 입자가 떨어져 나가 일종의 마이크로 셀을 형성하여 아이스/스노우 제동성 뿐만 아니라 젖은 노면에서의 제동성도 향상시킬 수 있다. 일반적으로 아이스 노면에서의 제동성은 저온에서 고무가 유연할수록 유리한 것으로 알려져 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에서 가소제로 사용되는 폴리노보넨은 유리전이온도가 -40℃ 미만이고 비중이 0.8∼1.0이며, 경도(JIS type)는 상온에서 3∼10, 인장강도는 50∼90kgf/㎠이며, 상온에서 신율(%)는 400∼800인 특징을 갖는 가류 고무로서, 상품명 SRS-40VP로 Shinko Co.에서 생산한 제품을 사용할 수 있다.
폴리노보넨의 첨가는 저온에서 조성물의 경도를 크게 저하시켜서, 아이스/스노우 제동성에 탁월한 효과를 발휘하도록 한다. 분만 아니라 폴리노보넨은 분말상태의 가류고무이기 때문에 이를 사용한 스터드리스 타이어는 주행 중에 폴리노보넨 입자가 이탈되어 일종의 마이크로 셀을 형성하게 되며, 이 마이크로 셀이 노면의 수분을 흡수하게 되어 아이스 또는 젖은 노면에서의 제동력을 크게 개선시키는 효과를 가져오게 된다.
이같은 역할을 하는 폴리노보넨의 함량은 원료고무에 대하여 1∼10중량부로서, 그 함량이 1중량부 미만이면 그 첨가효과가 미미하고 10중량부 초과면 내마모 성능이 크게 나빠질 뿐만 아니라 그 이상에서는 폴리노보넨의 함량 증가에 따른 효과 증가가 별로 없기 때문이다.
그밖에 본 발명의 고무 조성물에는 통상의 트레드용 고무조성물에서 첨가되는 기타의 배합제들, 예를들어 오일, 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제, 가류제 등을 포함할 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 및 비교예 1∼4
다음 표 1에 나타낸 배합제 성분들을 이용하여 배합한 트레드 고무조성물을 사용하여 스터드리스 타이어를 제조하였다. 준비된 고무조성물을 이용하여 각종 시편을 제작하여 본 발명과 관련된 주요물성, 즉 저온경도, 아이스 마찰계수, 마모지수, 그리고 가공성을 평가하는 척도가 되는 ML1+4를 측정하였다. 그 측정방법은 다음과 같다.
경도는 온도조절용 챔버에 일정시간 보관한 후 ASTM 쇼어 A 경도계로 경도를 측정하였으며, 아이스 마찰계수는 Sunny koken 사의 동적 마찰 시험기를 이용하여 24시간 얼린 아이스 노면에서 30km/h의 속도로 측정한 결과이다. 그리고 내마모 성능을 평가하기 위하여 실온에서 람본 마모시험기를 이용하여 측정하였다. 여기에 나타난 마모지수는 마모성능을 의미하며, 수치가 높을수록 성능이 우수함을 의미한다.
실시예 1 비 교 예
1 2 3 4
고무 조성(중량부) NR/BR(KBR31) 40/50 64/40 60/40 50/50 40/50
3,4-이소프렌(1) 10 - - - 10
N2234/실리카 25/30 55/- 25/30 25/30 25/30
오일/커플링제(2) 29/2.4 29/- 29/2.4 29/2.4 29/2.4
ZnO/스테아린산 4/2 4/2 4/2 4/2 4/2
노화방지제(6C) 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5
폴리노보넨(3) 5 - - - -
황/CBS/DPG 1.2/1/0.4 1.2/1.3/- 1.2/1/0.4 1.2/1/0.4 1.2/1/0.4
물성 경도(-20℃) 51 59 54 53 53
아이스 마찰계수 0.213 0.120 0.137 0.158 0.170
람본 마모지수 135 100 95 124 120
ML1+4 43 47 57 62 49
타이어 성능(195/65R15T) 젖은 제동성능 128 100 105 99 118
아이스/스노우 제동성 135/145 100/100 119/127 123/130 125/135
내마모 성능 132 100 98 119 117
(주)(1)3,4-이소프렌: 3,4-이소프렌 고무로서 상품명 Isogrip(Karbochem 제품)(2)커플링제: 비스9트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드(데구사 제품)(3)폴리노보넨: 폴리노보넨 고무로서, 유리전이온도가 -40℃ 미만이며, 비중이 0.8∼1.0이고, 경도(JIS type)는 상온에서 3∼10, 인장강도 50∼90kgf/㎠이며, 상온에서 신율(%)는 400∼800인 가류고무, 상품명 SRS 40VP(Shinko 제품)
상기 표 1의 결과로부터, 실시예의 경우 각종 물성 및 성능이 우수함을 알 수 있다. 즉, 실내에서 평가한 마모지수, 아이스 노면에서 제동성, 뿐만 아니라 가공성 척도가 되는 Ml1+4데이터에서도 실시예의 수치가 가장 낮아 가공성이 우수함을 알 수 있다. 그리고, 195/65R15T 규격으로 제조한 타이어 성능에 있어서도 실시예의 조성물을 사용한 타이어가 여러 성능에서 우수한 결과를 보이고 있다. 구체적으로, 젖은 노면에서의 제동성은 다른 비교예보다 훨씬 우수한 성능을 보이고 아이스/스노우 제동성도 실시예의 조성물을 사용한 타이어가 가장 우수하다. 뿐만 아니라 실내에서 평가한 람본 마모지수와 마찬가지로 타이어 상에서의 마모성능도 가장 우수한 것으로 나타났다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 폴리부타디엔을 증량하고 적정량의 3,4-이소프렌 고무를 첨가하고, 여기에 가소제로서 폴리노보넨을 사용한 고무 조성물은 아이스/스노우 제동성 뿐만 아니라 마이크로 셀의 형성으로 젖은 노면에서의 제동성도 탁월한 성능을 발휘하며, 내마모 성능도 보다 개선된 효과를 보인다.

Claims (3)

  1. 폴리부타디엔 고무 20중량부 이상 및 3,4-이소프렌 고무 10중량부 이상을 포함하는 디엔계 고무 100중량부에 보강제로서 실리카 5∼80중량부와 카본블랙 5∼80중량부를 첨가하고, 가소제로서 폴리노보넨 1∼10중량부를 첨가하여 이루어진 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 폴리노보넨은 비중이 0.8∼1.0이며, 유리전이온도가 -40∼ 미만이며, 경도(JIS type)는 상온에서 3∼10이고, 인장강도는 50∼90kgf/㎠이며, 상온에서 신율(%)은 400∼800인 것임을 특징으로 하는 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 실리카는 BET 표면적이 130∼250㎡/g이고 CTAB 표면적이 130∼190㎡/g이며 DBP 흡유량이 110∼150㎖/100g인 합성 실리카이고, 카본블랙은 BET 표면적 110∼150㎡/g이고 DBP 흡유량 110∼150㎖/100g인 카본블랙인 것임을 특징으로 하는 스터드리스 스노우 타이어 트레드용 고무조성물.
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