KR20030027970A - 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속경주 자동차용 타이어의 발열을 향상시킴과 동시에 고속주행하는 타이어의 발열에 의한 열노화를 억제시켜 연속주행에 따른 타이어 트레드 고무조성물의 물성변화를 감소시켜 실제 경주시 주행시간을 단축시킨 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로 원료고무로 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20-40 중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 60-80 중량부를 포함하고, 카본블랙 90-140 중량부, 공정유 80-130 중량부를 포함하며, 유황 0.3-1.2 중량부, 가류촉진제 2.5-4.5 중량부를 포함하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물을 제공한다.

Description

고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물{Tread compound for high speed racing car}
본 발명은 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속경주 자동차용 타이어의 발열을 향상시킴과 동시에 고속주행하는 타이어의 발열에 의한 열노화를 억제시켜 연속주행에 따른 타이어 트레드 고무조성물의 물성변화를 감소시켜 실제 경주시 주행시간을 단축시킨 타이어 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
일반적으로 고속경주 자동차용 타이어에 사용되는 트레드는 타이어의 특성상 트레드의 그립(grip)성능 및 구동(traction)성능을 향상시켜 주어야 하는데, 이를위해서 스티렌(styrene) 함량이 매우 높은 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, 이하 SBR 이라고 함)를 사용하면서 다량의 카본블랙(carbon black)과 공정유를 배합한 트레드 고무조성물을 사용하여 고속경주 자동차용 타이어를 제조하고 있다.
그러나, 발열을 목적으로 카본블랙과 공정유를 많이 사용할 경우 발열 상승속도가 빨라지면 최상의 그립력에 도달하는 시간이 빨라지게 되는데, 고속경주 자동차 타이어의 특성상 가혹한 고속, 급코너링이 많은 조건하에서는 주행중 고온발열에 의해 타이어 트레드 고무조성물의 열노화로 인한 경도상승 및 인장강도의 하락으로 연속주행시 타이어의 내마모성이 하락함과 동시에 후반의 그립성능의 급격한 하락으로 실제 경기 중 주행시간이 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행하던 중, 고속경주 자동차용 트레드 고무조성물에 일반적으로 사용하고 있는 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, 이하 E-SBR 이라고 함)와 노화특성이 우수하고 고온 내구력이 우수한 용액중합 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber, 이하 S-SBR 이라고 함)를 혼용함과 동시에 고무의 발열을 높이기 위하여 카본블랙과 공정유의 첨가량을 증가시킬 경우 다량의 공정유에 의한 물성의 하락을 방지하기 위하여 일반적인 가황 시스템이 아닌 유황/가류촉진제의 비를 아주 작게 적용한 트레드 고무조성물이 고온에서 내구성 및 그립성능의 하락현상이 개손될 수있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 통상의 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물 제조시 발생하는 고온발열에 의한 열노화 현상과 연속주행에 따른 타이어 트레드 고무조성물의 변형을 감소시켜 실제 경주시의 전반과 후반의 주행시간 격차를 단축시킨 새로운 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물을 제공함에 있다.
도 1은 통상의 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물의 연속주행시 발생하는 그립력의 하락을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 공지의 첨가제를 포함하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무로 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20-40 중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 60-80 중량부를 포함하고, 카본블랙 90-140 중량부, 공정유 80-130 중량부를 포함하며, 유황 0.3-1.2 중량부, 가류촉진제 2.5-4.5 중량부를 포함하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물임을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 용액중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 결합함량이 25-40% 이고, 사용되는 함량은 포함되어 있는 공정유의 양을 제외하고 순수 폴리머 만의 중량을 기준으로 하고, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 결합함량이 35-45% 이고, 사용되는 함량은 포함되어 있는 공정유의 양을 제외하고 순수 폴리머 만의 중량을 기준으로 한것이다.
본 발명에 사용되는 카본블랙은 DBP 흡수가가 110 ㎖/100g 이상이고, 요오드 흡수가가 90-220 ㎖/g 인 것을 사용하는데, DBP 흡수가와 요오드 흡수가는 카본블랙 또는 실리카의 구조, 즉 카본블랙 또는 실리카 각각의 입자간 상호결합도를 추정하는 값을 나타내는 것으로, 측정방법은 카본블랙 또는 실리카 100g에 흡착할 수 있는 디부틸프탈레이트 오일의 부피를 측정하는 것으로서 이 값이 높을수록 카본블랙 또는 실리카의 구조가 발달되어 있음을 의미한다.
본 발명에 사용되는 공정유는 방향족 오일로서, 40℃에서 점도(kinematic viscosity)가 약 1,200 m㎡/초 이며, 공정유의 함량은 폴리머에 포함되어 있는 공정유를 포함하는 것이다.
본 발명에 적용되는 유황과 가류촉진제의 비는 0.08-0.3 으로서, 0.08 미만인 경우 미가류 현상이 발생하며, 0.3 이상인 경우 노화물성의 저하현상이 일어나게 되고 0.6 이상이 되면 급격한 노화현상이 발생하게 된다.
본 발명에 사용되는 가류촉진제는 디티오카바메이트계 (dithiocarbamate)와 벤조티아졸계 (benzothiazole) 또는 벤조티아졸설펜아미드계 (benzothiazolesul fenamide)를 혼용하여 사용하는데, 디티오카바메이트계와 벤조티아졸계 또는 벤조티아졸설펜아미드계의 사용량을 1 : 1.5 - 1 : 2.5 정도로 하는 것이 바람직하다.
디티오카바메이트계 가류촉진제는 테트라메틸티우람 모노설파이드 (tetramethylthiuram monosulfide ; 이하 TMTM), 테트라메틸티우람 디설파이드 (tetramethylthiuram disulfide ; 이하 TMTD), 테트라벤질티우람 모노설파이드 (tetrabenzylthiuram monosulfide ; 이하 TBzTD, 테트라이소부틸티우람 모노설파이드 (tetraisothiuram monosulfide ; 이하 TibTD) 등이 사용될 수 있다.
벤조티아졸계 가류촉진제는 2-머캡토벤조티아졸 (2-mercaptobenzothiazole ;이하 MBT), 2,2'-디티오아비스벤조티아졸 (2,2'-dithioabisbenzothiazole ; 이하MBTS) 등이 사용될수 있다.
벤조티아졸설펜아미드계 가류촉진제로는 N-싸이클로헥실벤조티아졸-2설펜아미드 (N-cyclohexylbenzothiazole-2-sulfenamide ;이하 CBS), N-t-부틸벤조티아졸-2-설펜아미드 (N-t-butylbenzothiazole-2-sulfenamide ; 이하 TBBS) 등이 사용될 수 있다.
기타 본 발명에 의한 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물에 포함되는 기타 성분 예를 들면, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제 등은 공지의 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예를 통하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.
<실시예 1>
하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20 중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 80 중량부로 구성되는 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 120 중량부, 공정유 90 중량부, 산화아연 4 중량부, 스테아린산 2 중량부, 노화방지제 5 중량부, 유황 0.3 중량부, 가류촉진제로 테트라메틸티우람 디설파이드 (TMTD) 1.0 중량부와 2,2'-디티오아비스벤조티아졸 (MBTS) 2.0 중량부를 첨가하여 반바리믹서에 배합하고 125℃의 온도에서 방출시켜 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
용액중합 스티렌-부타디엔 고무 25 중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 75 중량부와 유황 1.0 중량부, 가류촉진제로 테트라벤질티우람 모노설파이드( TBzTD) 1.5 중량부와 2,2'-디티오아비스벤조티아졸 (MBTS) 2.5 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
용액중합 스티렌-부타디엔 고무 35 중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 65 중량부와 유황 0.5 중량부, 가류촉진제로 테트라메틸티우람 디설파이드 (TMTD) 1.0 중량부와 N-싸이클로헥실벤조티아졸-2설펜아미드(CBS) 1.5 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물을 제조하였다.
<비교예>
용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 첨가하지 않고, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 100 중량부와 유황 2.0 중량부, 가류촉진제로 테트라메틸티우람 디설파이드(TMTD) 0.5 중량부와 N-싸이클로헥실벤조티아졸-2설펜아미드(CBS) 1.0 중량부를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물을 제조하였다.
<표 1> 배합비 (단위 : 중량부)
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
S-SBR 20 25 35 -
E-SBR 80 75 65 100
카본블랙 120 120 120 120
공정유 90 90 90 90
산화아연 4 4 4 4
스테아린산 2 2 2 2
노화방지제 5 5 5 5
유황 0.3 1.0 0.5 2.0
TMTD 1.0 - 1.0 0.5
TBzTD - 1.5 - -
MBTS 2.0 2.5 - -
CBS - - 1.5 1.0
<시험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무조성물을 160℃에서 15분 동안 가류시켜 인장시편을 제조한 다음, 25 ℃에서 각 고무조성물의 경도 및 인장강도를 측정하였으며, 각각의 고무조성물을 24 시간, 72 시간 및 120 시간 동안 105℃의 오븐에서 노화시켜 25℃에서의 고무조성물의 경도 및 인장강도를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.
<표 2> 물성측정 결과
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
비노화 경도 60 60 60 61
300% 모듈러스 38 36 38 40
인장강도 137 135 138 125
105℃x24h 노화 경도 62 62 63 65
300%모듈러스 41 40 42 44
인장강도 127 124 125 114
105℃x72h 노화 경도 65 66 66 71
300%모듈러스 45 45 46 49
인장강도 119 115 116 108
105℃x120h 노화 경도 67 68 69 76
300%모듈러스 49 50 51 57
인장강도 110 108 108 96
상기 결과에 의하면 본 발명에 의한 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물은 실시예1 과 실시예 2 및 실시예 3이 비교예 보다 노화시간에 따른 경도 상승률이 낮았으며, 인장강도의 하락률이 낮아 양호한 열노화 물성을 갖는 것으로 나타났다.
본 발명에 의한 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물은 고속주행 도중 고온발열에 의한 열노화 현상을 억제하고, 연속주행에 따른 타이어 트레드 고무조성물의 물성의 변화를 감소시켜 실제 경주시 주행시간을 단축시키는 효과를 지니다.

Claims (7)

  1. 공지의 첨가제를 포함하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무로, 포함되어 있는 공정유를 제외한 순수 폴리머의 중량을 기준으로 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 20-40 중량부와 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 60-80 중량부를 포함하고, 카본블랙 90-140 중량부, 공정유 80-130 중량부, 유황 0.3-1.2 중량부, 가류촉진제 2.5-4.5 중량부를 포함함을 특징으로 하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 용액중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 결합함량이 25-40% 임을 특징으로 하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌 결합함량이 35-45% 임을 특징으로 하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 카본블랙은 DBP 흡수가가 110 ㎖/100g 이상이고, 요오드 흡수가가 90-220 ㎖/g 임을 특징으로 하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 유황과 가류촉진제의 비는 0.08-0.3 임을 특징으로 하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 가류촉진제는 디티오카바메이트계, 벤조티아졸계 또는 벤조티아졸설펜아미드계 임을 특징으로 하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물.
  7. 제 6항에 있어서, 디티오카바메이트계 가류촉진제와 벤조티아졸계 또는 벤조티아졸설펜아미드계 가류촉진제의 사용량은 1 : 1.5 - 1 : 2.5 임을 특징으로 하는 고속경주 자동차용 타이어 트레드 고무조성물.
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