KR20030024025A - 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물 - Google Patents

Abstract

50중량% 이상의 천연고무와 50중량% 이하의 부타디엔고무를 포함하여 이루어진 배합원료고무 100중량부에 대하여, 나노클레이가 2~10중량부 포함된 것을 특징으로 하는 본 발명의 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물은, 인장 물성 등을 종래의 림 플랜지용 고무조성물에서와 동일한 수준으로 유지하면서, 경도, 내마모특성, 내체이핑특성 등이 개선된 효과를 제공한다.

Description

승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물{Rim flange composition for PCR tire}

본 발명은 승용차 타이어용의 림 플랜지 고무조성물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 내마모성능 및 내체이핑성능이 향상된 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 관한 것이다.

승용차 타이어의 구성 성분 중 림 플랜지는 타이어의 비드부를 보강하여 조종안정성을 비롯한 제반 특성을 발현하는 중요한 부분이며, 주행 중 이물질로부터 카카스층을 보호하고, 노면에서 오는 타이어 트레드부위에 대한 충격을 완화하여 스트레스를 해소시켜 주고 승차감을 부여하는 역할을 하기도 한다.

이러한 림 플랜지에 있어서는, 특히 내마모성능 및 림으로부터 체이핑하는 현상에 대한 내성이 중요하기 때문에, 이들 성능을 향상시킬 수 있는 방법이 다각도로 검토되고 있다.

예컨대, 림 프로파일의 조정에 의한 형상의 변경으로 비드부를 보강하는 방법에 의해 이러한 체이핑현상을 어느 정도는 방지할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이 방법에 의할 경우에도, 게이지가 두꺼울 경우에는 백테 제품의 가류시의 부피 과다로 인한 폴딩성 에어입 불량의 발생으로 제품 사용시 세퍼레이션 (separation) 사고의 원인이 될 수 있으며, 게이지가 얇을 경우에는 제품 사용 중의 림라인과의 마찰로 림라인부위의 크랙을 발생시킬 수 있다는 문제가 있다.

한편, 내마모성이 개선된 고무조성물을 제공함으로써, 타이어의 림 플랜지에 있어서의 마모와 체이핑현상을 방지하는 방법도 시도되고 있다.

이러한 시도에 있어서는, 우선 림플랜지 고무조성물의 원료고무로서 2 ~ 3종의 고무성분, 즉 천연고무, 부타디엔고무, 스티렌-부타디엔고무 등을 적정량 혼합 사용하여, 인장물성 등 제반 특성을 유지하면서 내마모성능을 향상시키고 있다.

또, 여기에 보강성 충진재로서 첨가되는 카본블랙도, 타이어 사이드월부의 림 플랜지와 같이 가혹한 주행 조건하에서 사용되는 조성물에는 특히 고도의 내마모성을 부여하는 하드계 카본블랙을 사용함으로써 내마모성을 향상시키고 있다.

그런데, 최근 타이어 주행조건이 점차 가혹해짐에 따라 요구되는 성능도 더욱 고도화되어, 고내마모성과 더불어 저발열성을 겸비하는 것이 무엇보다 중요하게 되었다. 그런데, 일반적으로 고도의 내마모성을 부여하는 비표면적과 구조가 큰 카본블랙을 사용할 경우에는, 발열성이 높아지는 문제가 있어서, 고무조성물에 고내마모성과 저발열성을 동시에 부여하는 것은 극히 곤란한 것으로 생각되고 있다.

따라서, 상기와 같은 제반 특성, 즉 내구력, 승차감, 조종안정성, 내마모, 내체이핑성의 트레이드-오프(trade-off)적인 특성을 조절하기 위해서, 충진재를 병용하는 방법도 제안되고 있다. 그런데, 이러한 경우에는 보강재의 분산성이 어느 수준 이하가 되면 도리어 제반 특성이 떨어질 뿐만 아니라, 내체이핑성능도 저하된다는 문제가 있다. 그 때문에, 2종의 카본블랙을 단독 고무성분에 배합, 혼련하여 얻어진 일차 혼련물과, 제3의 충진재인 실리카를 단독 고무성분에 배합, 혼련하여 얻어진 혼련물을 일정 비율로 혼합, 혼련함으로써 혼련물을 얻는 방법도 제안되고 있는데, 이러한 방법은 공정이 복잡하며 생산성이 저하되고 원가가 상승하게 된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 있어서의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인장 물성 등과 같은 다른 물성의 저하없이 경도와 내마모성 및 내체이핑특성이 개선된 승용차 타이어용의 림 플랜지 고무조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 타이어의 사용조건 및 다양한 요구 특성을 만족시키기 위한 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물에 관한 것으로서, 50중량% 이상의 천연고무와 50중량% 이하의 부타디엔고무를 포함하여 이루어진 배합원료고무 100중량부에 대하여, 나노클레이가 2~10중량부 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 구성과 같이, 고무성분에 분자단위 크기의 나노복합재료 (nanocomposite)인 나노클레이(nanoclay)를 일정량 사용함으로써, 인장물성, 연비성능, 웨트(wet)성능, 조종안정성 등은 종래의 림 플랜지용 고무조성물에서와 동등 수준으로 유지하면서도 내마모, 내체이핑성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이는, 실리케이트 층상구조의 점토광물을 그 물질의 고유 물성을 잃지 않는최소 단위인 분자단위의 크기에 해당하는 나노미터단위의 크기의 시트상 기본단위로 박리하여 고분자수지와 복합시킨 나노복합재료인 나노클레이의 첨가에 의해, 고무조성물의 낮은 기계적 물성을 개선하여 인장강도나 모듈러스 등을 획기적을 향상시켜 주기 때문이다.

이러한 나노클레이에 있어서, 그 특성과 관련하여 중요한 기술 중의 하나는 클레이의 분산에 관한 것이며, 따라서 사용하는 나노클레이의 선정에 있어서는 나노클레이 입자의 분산된 정도, 클레이의 구조, 유기화제로 사용되는 양이온의 구조, 클레이층 사이로의 삽입과정 등을 고려할 필요가 있다.

상기의 관점에서, 본 발명에서는 예컨대 하기 표 1에 정리된 것과 같은 클레이 특성을 갖는 나노클레이를 사용할 수 있다.

[클레이의 특성표]

구분	특성
비중	2.3±0.5
층간 높이	0.5 ~ 5.0㎚
평균 입자경	1.0 ~ 8.0㎛

또한, 본 발명의 나노클레이는 클레이(clay)함량이 10~30중량%이고, 수지함량이 90~70중량%로 구성되며, 비중이 1.5±0.2인 것이다. 또 함유된 수지는 합성수지계 중의 하나인 알킬페놀수지이다.

한편, 본 발명에 사용되는 배합고무원료는 천연고무(Natural Rubber, NR), 부타디엔고무(butadiene rubber, BR)의 혼합물로 이루어진 고무면 사용이 가능하지만, 50중량% 이상의 천연고무와 50중량% 이하의 부타디엔고무를 포함하여 이루어진것이 바람직하다.

그리고 나노클레이는 상기 천연고무와 부타디엔고무의 배합고무원료 100중량부에 대해 2~10중량부가 포함되는 것이 바람직하다.

상기 나노클레이의 함량이 2중량부 미만이면 물성유지가 어렵고, 내마모성능의 개선 효과가 나타나지 않으며, 10중량부를 초과할 경우에는 배합시의 분산성이 불량하여, 제반 물성이 떨어지고 내마모성능도 오히려 저하될 염려가 있어, 모두 바람직하지 않다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 설명한다.

실시예

1) 비교예 및 실시예 1 ~ 3 (고무조성물의 제조)

하기 표 2에 나타낸 조성의 비교예 및 실시예 1 ~ 3의 승용차용 타이어의 림 플랜지용 고무조성물을 각각 제조하여 시험에 제공하였다.

구분	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
천연고무부타디엔고무카본블랙점착제공정유스테아린산노화방지제아연화나노클레이*가류제가류촉진제	5050308523404.02.0	5050308523424.02.0	5050308523454.02.0	5050308523484.02.0

(주)* 나노클레이 : 클레이함량이 15중량% 이고, 수지 함량이 85중량%로 구성되며, 비중이 1.5±0.2이고, 이에 함유된 클레이는 비중이 2.3±0.05, 평균 입경이 6.5㎛인 특수 클레이이며, 수지는 알킬페놀포름알데히드계 수지이다.

2) 물성시험

비교예 및 실시예 1 ~ 3의 배합고무조성물을 사용하여, 물성시험을 실시하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

한편, 가황조건 및 물성시험은 ASTM규격에 준하여 수행하였다.

구분	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
경도300% 모듈러스(㎏f/㎠)인장강도(㎏f/㎠)신장율(%)PICO 마모(㎎)	7513517035018	7714018035016	7914018535015	8014019035014

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 나노클레이의 첨가량이 증가함에 따라 경도와 내마모성이 향상되었고, 인장물성을 비롯한 물성들도 비교예와 동일하거나, 오히려 향상되는 결과가 나타났다.

따라서, NR/BR의 혼합물로 된 고무조성물에 나노클레이를 2~10중량부 사용할 경우, 제반 물성이 유지되면서도 내마모, 내체이핑성이 개선된 타이어용 림 플랜지 고무조성물을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

이상 살펴본 바와 같이, 나노클레이 2~10중량부를 보강재로서 사용할 경우, 다른 물성이 저하되는 일 없이, 내마모성과 내체이핑성이 개선된 효과를 얻을 수 있어, 본 발명의 고무조성물은 승용차용의 고성능 타이어의 림 플랜지용 고무조성물로서 적합하다.

Claims (3)

1. 50중량% 이상의 천연고무와 50중량% 이하의 부타디엔고무를 포함하여 이루어진 배합 원료고무 100중량부에 대하여, 나노클레이가 2~10중량부 포함된 것을 특징으로 하는 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 나노클레이는 클레이 10~30중량%와 알킬페놀수지 90~70중량%로 구성되며, 비중이 1.5±0.2인 것임을 특징으로 하는 승용차 타이어용 림플랜지 고무조성물.
3. 제2항에 있어서, 상기 클레이는 비중 2.3±0.5이고, 층간 높이가 0.5~5.0㎚이며, 평균 입경이 1.0~8.0㎛인 것임을 특징으로 하는 승용차 타이어용 림 플랜지 고무조성물.