KR20020094224A - 타이어의 벨트 상층부에 부착되는 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스틸 벨트층의 상부에 부착되어 타이어의 고속주행 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 고무조성물에 관한 것으로서, 나일론 단섬유와 캐슈 변성 페놀수지 및 헥사메틸렌 테트라민을 포함하는 고무 조성물로, 이를 사용할 경우 종래와 같이 섬유코드층을 스틸 벨트층 위에 부착하여 보강하지 않고도 이를 쉬트 형태로 스틸 벨트층 상부에 부착하는 것만으로 동등 이상의 고속주행내구성을 얻을 수 있어 타이어 제조생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 섬유코드 부착에 따른 균일성 불량에 의한 주행시 타이어 떨림문제도 개선할 수 있다.

Description

타이어의 벨트 상층부에 부착되는 고무조성물{Rubber composition}

본 발명은 타이어의 벨트 상부층에 부착되는 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어의 스틸 벨트층의 상부에 쉬트상으로 부착되어 타이어의 고속주행내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 데 사용되는 고무조성물에 관한 것이다.

타이어는 그 종류 또는 사용조건에 따라 요구되는 성능이 매우 다양하다. 그중에서도 고속주행 내구성능은 타이어의 가장 기본이 되는 성능이며 안전과 관련된 성능으로서 가장 중요한 성능이라 할 수 있다.

이와같은 고속주행 내구성능을 개선하기 위한 종래의 방법으로는 벨트층 위에 벨트보강재로서 섬유코드층을 부착하여 고속주행시 벨트 말단부 분리(separation) 발생을 억제하는 방법이 사용되고 있다. 이때, 섬유코드층으로는 일반적으로 나일론 섬유코드 또는 아라미드 섬유코드에 고무를 일정두께로 입혀 사용하는 데, 이런 재료를 패브릭 풀 커버(fabric full cover) 또는 패브릭 에지 커버(fabric edge cover)라고 부른다.

패브릭 풀 커버는 벨트층 전체에 걸쳐 섬유코드층이 부착된 경우이고, 패브릭 에지 커버는 벨트층의 양 말단 부위에만 부착될 경우를 일컫는다.

이와같이 벨트층 전체 또는 양 말단 부위에 섬유코드층을 도입하는 기술의 문제점은 섬유코드에 고무를 입히는 압연공정이 별도로 필요하고, 섬유코드층을 벨트층 위에 부착하는 공정이 추가로 필요한 등 제조 생산성 측면에서 매우 불리하다. 또한, 섬유코드층을 부착하는 과정에서 타이어의 균일성(uniformity)이 불량하게 되어 타이어 주행시 타이어의 떨림문제가 발생할 수 있다.

타이어의 고속주행내구성을 향상시키기 위한 또 다른 방법으로는 섬유코드층을 부착하지 않고 경도수준이 매우 높은 고무를 벨트층 위에 부착함으로써 섬유코드층의 효과를 대신하는 경우를 들 수 있다. 그러나, 경도수준이 매우 높은 고무조성물은 일반적으로 보강재료인 카본블랙을 다량 사용하여야 하는 데, 이 경우 고무의 발열이 매우 높게 되어 고속주행시 오히려 벨트부위의 발열이 높아져 고속내구성이 저하될 수 있는 문제가 있다.

이에, 본 발명자는 종래에 타이어의 고속주행내구성능을 향상시키기 위해 벨트 상부층에 섬유코드층을 부착함에 따라 발생되는 생산성 저하와, 타이어의 균일성 저하문제를 해결함과 동시에 주행시 벨트층의 변형을 억제시키고 발열이 적어 고속주행내구성의 저하를 방지할 수 있는 방법을 모색하던 중, 나일론 단섬유와 캐슈 변성페놀수지 등을 포함하는 새로운 고무조성물을 벨트층 위에 부착한 결과 고속주행시 내구성을 향상시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 타이어의 스틸벨트층 상부에 부착되어 고속주행시 원심력에 위한 벨트층의 변형을 억제하고 주행시 발열에 의한 고무물성저하를 억제하여 고속주행 내구성을 개선하면서, 섬유코드층을 부착함에 따른 생산성 저하와 타이어의 균일성 저하문제를 해결할 수 있는 고무조성물을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 벨트상부층에 부착되는 고무조성물은 디엔계 고무 100중량부로 이루어진 순고무분 총중량 100중량부에 대해 에틸렌 비닐아세테이트에 마스터 배치 형태로 혼합된 나일론 단섬유 5∼30중량부, 다음 화학식 1로 표시되는 캐슈 변성페놀수지 5∼20중량부를 포함하고, 상기 캐슈 변성 페놀수지 100중량부에 대하여 헥사메틸렌 테트라민 5∼15중량부를 포함하는 것임을 그 특징으로 한다.

Cashew부 Phenol부 Cresol부

상기 식에서, R은 C₁₅H₂₅이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 스틸 벨트층에 부착되는, 나일론 단섬유와 케슈 변성페놀수지, 헥사메틸렌 테트라민이 함유된 고무조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 고무조성물에 첨가되는 나일론 단섬유는 에틸렌비닐아세테이트에 마스터배치 형태로 혼합되는 바, 구체적으로는 나일론 단섬유 표면을 통상의 딥용액으로 표면처리한 후 용융 온도가 100℃ 이하인 에틸렌 비닐아세테이트에 나일론 단섬유와 1:1로 혼합하여 얻어진 나일론 마스터 배치로서, 이는 고체상태의 작은 칩 형태로 되어진 것을 사용하며 고무의 강도와 분산을 향상시킬 수 있다.

나일론 마스터배치를 사용하는 이유는 일반적으로 미세한 나일론 단섬유는 고무내 분산이 어렵기 때문에 고무 내에 나일론의 분산성을 향상시키기 위한 것이다.

한편, 단섬유의 길이가 지나치게 길면 고무 내에서의 크랙성이 나빠지고 지나치게 작을 경우 고무 내에서의 보강성이 나빠진다. 따라서, 바람직하기로는 단섬유 평균길이가 500∼1000㎛, 직경은 0.1∼0.5㎛인 것이 적절하다.

나일론 단섬유는 반드시 딥용액으로 표면처리를 해야 하는데, 이는 나일론과 고무와의 접착성을 부여하기 위한 것이다. 그리고, 나일론 단섬유를 에틸렌비닐아세테이트에 혼합할 때의 온도는 100℃ 이하로 하는 것이 딥 처리된 단섬유 표면의 물성변화를 억제하는데 바람직하다. 따라서, 에틸렌비닐아세테이트의 용융온도는 70℃ 이하인 것이 바람직하다.

이같은 에틸렌비닐아세테이트에 마스터배치 형태로 혼합된 나일론 단섬유는원료고무의 순고무분 100중량부에 대하여 5∼30중량부로 첨가되는 바, 만일 그 함량이 5중량부 미만이면 경도 상승 효과가 적고 30중량부 초과면 지나친 경도 상승과 크랙성이 저하되는 문제가 있다.

한편, 상기와 같은 나일론 단섬유와 함께 포함되는 캐슈 변성페놀 수지는 고무의 경도를 크게 향상시켜 주는 역할을 하는 것으로서, 이는 캐슈넛 셀 오일을 기본으로 한 합성물로서 분자량이 400∼1500이며 상기 화학식 1로 표시되는 바와 같다.

이같은 캐슈 변성페놀 수지는 원료고무의 순고무분 100중량부에 대하여 5∼20중량부로 첨가하는 것이 바람직한 바, 만일 그 함량이 5중량부 미만이면 경도 상승 효과가 적고 20중량부 초과면 지나친 경도 상승과 고온에서의 경도 저하가 크다는 문제가 있다.

그런데, 고무의 경도를 향상시키기 위해 캐슈 변성 페놀수지를 첨가할 경우 고온에서의 고무의 강도가 급격히 떨어지는 문제가 있는 바, 이를 보완하기 위한 가류제로서 헥사메틸렌 테트라민을 일정량으로 첨가해야 한다.

헥사메틸렌 테트라민의 첨가량은 캐슈 변성 페놀수지 100중량부에 대하여 5∼15중량부이다. 만일, 그 첨가량이 5중량부 미만이면 고온에서의 고무의 강도가 급격히 떨어지는 문제를 방지할 수 없고, 15중량부를 초과하여 과량으로 첨가하면 고무의 가공성, 즉 스코치 시간이 짧아지는 문제가 있다.

한편, 본 발명의 고무조성물의 원료고무는 통상의 디엔계 고무를 포함하는 바, 구체적으로는 천연고무와 스티렌-부타디엔 고무를 사용하는 것이다.

그리고, 카본블랙을 보강제로서 첨가할 수 있는 바, 카본블랙은 DBP 흡유량이 110∼140㎖/100G이고 요오드 흡착량이 85∼125mg/g인 것을 원료고무의 순고무분 100중량부에 대하여 50∼70중량부로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 카본블랙의 첨가량이 50중량부 미만이면 고무의 경도가 저하되고, 70중량부 초과면 고무의 발열이 상승하는 문제가 있다.

그밖에 본 발명의 고무조성물에는 통상의 타이어용 고무조성물에서 사용되는 첨가제, 즉 노화방지제, 가공유, 점착제, 유황 및 촉진제 등을 포함할 수 있음은 물론이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼2 및 비교예 1∼4

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 배합제로서 고무조성물을 제조하였다. 이에 대하여 고무경도, 고무 크랙시험 및 점탄성을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

여기서 고무 경도 측정은 ASTM 쇼어 A 경도계로 온도조절이 가능한 챔버 내에서 시편을 1시간 방치한 후 측정하였고, 고무 크랙시험은 고무의 굴곡 크랙 성장시험으로서 DEMATTIA 크랙시험기로 100Kcycle 굴곡피로시험시 성장된 길이로 측정하였다(초기 크랙 길이는 0.2mm로 고정하였다). 그리고, 점탄성의 동적손실계수(60℃ tanδ는 고무의 발열정도를 예측하는 특성치로 0.5% 스트레인으로 10Hz frequency로 측정한 값으로서, 수치가 작을수록 발열이 적음을 의미한다. 측정방법은 temperature sweep 방식으로 토션 타입의 점탄성 시험기를 사용하였다.

	실시예	비 교 예
	1	2	1	2	3	4
천연고무	80	80	80	80	80	80
스티렌-부타디엔 고무	20	20	20	20	20	20
카본블랙 a	-	-	-	50	-	-
카본블랙 b	60	60	80	-	60	60
나일론 단섬유 마스터배치	10	20	-	-	10	10
노화방지제 a	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
노화방지제 b	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
가공유	4	4	10	7	4	4
점착제	1	1	3	1	1	1
캐슈 변성페놀수지	10	10	-	-	-	10
ZnO/스테아린산	3/1.5	3/1.5	3/1.5	3/1.5	3/1.5	3/1.5
유황 및 가류촉진제	3.5	3.5	3.5	3.0	3.5	3.5
헥사메틸렌 테트라민	1.0	1.0	-	-	-	-
(주)스티렌-부타디엔 고무: 스티렌 결합량이 23.5중량%인 유화중합 스티렌-부타디엔 공중합고무카본블랙 a: DBP 흡유량이 80∼110㎖/100g이고 요오드 흡착량이 60∼90mg/g인 카본블랙카본블랙 b: DBP 흡유량이 110∼140㎖/100g이고 요오드 흡착량이 85∼125mg/g인 카본블랙나일론단섬유 마스터배치: 섬유길이 100∼5000㎛이고 직경이 0.05∼1.0㎛인 나일론 단섬유를 통상의 딥용액으로 표면처리한 후 용융온도가 약 100℃ 이하인 에틸렌비닐아세테이트에 혼합된 나일론 단섬유, 에틸렌비닐아세테이트와 딥 표면처리된 나일론 단섬유의 혼합비율은 1:1로서, 고체형태의 작은 칩 형태로 되어 있다.캐슈 변성페놀수지: 캐슈넛 셀 오일을 기본으로 한 합성물로서, 상기 화학식 1로 표시되며, 분자량이 400∼1500임.노화방지제 a: N-페닐-N'-(1,3-디메틸 부틸)-p-페닐렌디아민노화방지제 b: 폴리-(2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린)가공유: 아로마틱 오일점착제:p-tert-부틸-페놀과 아세틸렌 축합 수지

상기 표 1의 조성 중 비교예 2는 통상적으로 벨트의 상부에 섬유코드층을 형성할 때 섬유코드에 입혀지는 고무조성물이다.

	실시예	비 교 예
	1	2	1	2	3	4
경도	20℃	82	88	74	60	72	76
	40℃	80	87	72	58	71	72
	60℃	79	85	71	56	67	69
	80℃	77	82	68	53	65	66
	100℃	76	80	65	52	62	62
고무의 크랙성(mm)	10.5	13.8	20.5	6.6	8.9	9.7
점탄성	60℃ tanδ	0.118	0.112	0.195	0.129	0.138	0.126

상기 표 2의 결과로부터, 비교예 1의 경우 카본블랙을 다량 함유하고 경도가 높아 발열이 높고 내크랙성이 나쁘며, 비교예 2와 같은 통상의 섬유코드의 코팅 고무는 발열이 매우 낮고 내크랙성이 우수한 특성을 보인다.

비교예 3의 경우는 비교예 1에 비하여 카본블랙을 적게 함유함에도 불구하고 나일론 단섬유를 함유함으로써 경도를 유사수준으로 얻을 수 있으며, 또한 발열 및 내크랙성도 비교예 1보다 우수함을 알 수 있다.

비교예 4의 경우는 비교예 3에 비해 캐슈 변성페놀 수지를 함유함으로써 경도상승과 발열이 낮아지는 결과를 보여주고 있다. 그러나, 온도가 상승함에 따른 경도저하가 크다는 단점을 보이고 있다.

이들에 비하여, 실시예 1의 경우 비교예 1에 비해 경도가 높으며 발열도 매우 낮으며, 내크랙성능이 매우 우수함을 보여주고 있다. 특히, 헥사메틸렌 테트라민을 함유함으로써 비교예 4에 비하여 경도상승이 이루어지고 발열이 낮아지는 결과를 보이며, 비교예 4의 단점인 온도변화에 따른 경도변화가 매우 적어지는 효과를 보이고 있다. 이는 캐슈 변성 페놀수지가 가류 중 가류촉진제인 헥사메틸렌 테트라민과 반응이 일어나 가교결합이 증가되어 나타난 효과로 볼 수 있다.

실시예 2는 나일론 단섬유를 실시예 1에 비하여 증량시킨 것으로서, 경도가 매우 높고 내크랙성능이 실시예 1보다는 다소 저하되나 비교예 1에 비해서는 양호한 결과를 보이고 있다.

실험예

상기 실시예 1∼2 및 비교예 1, 및 4에 따라 얻어진 고무 조성물을 사용하여섬유 코드층을 부착하지 않고 고무 쉬트 상태(두께 0.9mm)로 스틸 벨트층 위에 벨트층과 동일한 폭으로 부착하여 타이어를 제조하였다. 한편, 비교예 2의 조성물을 사용하여 나일론 6.6 840 D/2 코드에 입혀서 만들어진 섬유코드층(0.9mm 두께)을 타이어의 스틸 벨트층 위에 벨트와 같은 폭으로 부착하여 타이어를 제조하였다.

제조한 타이어는 195/65R15 규격을 이용하였다.

이와같이 얻어진 타이어에 대하여 실내주행시험기에서 고속주행내구성능을 평가하였으며, 구체적으로는 실내주행시험기를 이용하여 분리(separation)가 발생되기까지의 시간을 측정하였으며, 이를 지수로 나타내었다. 실내 고속주행시험조건은 FMVSS No.109 조건을 이용하였다.

그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.

	실 시 예	비 교 예
	1	2	1	2	4
고속주행내구성	103	98	84	100	93

상기 표 3의 결과로부터, 섬유코드층을 부착한 비교예 2가 통상의 고무조성물로 부착한 비교예 1의 타이어보다 고속내구성이 우수함을 알 수 있다. 즉, 종래 섬유코드층이 고속내구성 향상에 효과가 있음을 알 수 있다.

비교예 4의 경우는 비교예 1보다 내구성이 개선됨을 보이고 있으나, 비교예 2에 비하여 다소 저조한 결과를 보이는 반면, 실시예 1은 비교예 1보다 크게 개선되며, 섬유코드층을 부착한 타이어(비교예 2)와 동등수준의 고속내구성을 나타내고 있다. 실시예 2의 경우 비교예 1보다 우수한 성능을 보이지만, 실시예 1보다는 다소 저하되는 결과를 보이고 있는데, 이는 고무조성물의 경도가 너무 높아서 오히려 고속내구성이 다소 불리해지는 것으로 보여진다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 나일론 단섬유와 캐슈 변성 페놀수지 및 헥사메틸렌 테트라민을 포함하는 고무 조성물을 사용할 경우 종래와 같이 섬유코드층을 스틸 벨트층 위에 부착하여 보강하지 않고도 이를 쉬트 형태로 스틸 벨트층 상부에 부착하는 것만으로 동등 이상의 고속주행내구성을 얻을 수 있어 타이어 제조생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 섬유코드 부착에 따른 균일성 불량에 의한 주행시 타이어 떨림문제도 개선할 수 있다.

Claims (5)

1. 디엔계 고무 100중량부로 이루어진 순고무분 총중량 100중량부에 대해 에틸렌 비닐아세테이트에 마스터 배치 형태로 혼합된 나일론 단섬유 5∼30중량부, 다음 화학식 1로 표시되는 캐슈 변성페놀수지 5∼20중량부를 포함하고, 상기 캐슈 변성 페놀수지 100중량부에 대하여 헥사메틸렌 테트라민 5∼15중량부를 포함하는 타이어 벨트상부층에 부착되는 고무조성물.

   (화학식 1)

   Cashew부 Phenol부 Cresol부

   상기 식에서, R은 C₁₅H₂₅이다
2. 제 1 항에 있어서, 나일론 단섬유는 평균길이가 100∼5000㎛이고, 직경이 0.05∼1.0㎛이며, 용융 온도가 100℃ 이하인 에틸렌비닐아세테이트에 1:1 비율로 혼합되어 있는 고체상의 작은 칩 형태인 것임을 특징으로 하는 타이어 벨트상부층에 부착되는 고무조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 캐슈 변성 페놀수지는 캐슈넛 셀 오일을 기본으로 한 합성물로서, 분자량이 400∼1500인 것임을 특징으로 하는 타이어 벨트상부층에 부착되는 고무조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 고무조성물은 DBP 흡유량이 110∼140㎖/100g이고 요오드 흡착량이 85∼125mg/g인 카본블랙을 순고무분 총중량 100중량부에 대하여 50∼70중량부로 포함하는 것임을 특징으로 하는 타이어 벨트상부층에 부착되는 고무조성물.
5. 제 1 항의 고무조성물로 된 쉬트를 스틸 벨트 상부층의 전체 또는 양말단에 부착시켜 얻어진 공기압 타이어.