KR20040008589A - 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어트레드용 고무 조성물 - Google Patents

저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어트레드용 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어 트레드 용 고무 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 원료고무에 보강 충진제로서 카본블랙과 실리카와 함께 타피오카와 글리세린 및 실란계 커플링제를 첨가하므로써, 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어 트레드용 고무 조성물{The tire tread rubber composition with improved low rolling resistance and brake force}
본 발명은 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어 트레드 용 고무 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 원료고무에 보강 충진제로서 카본블랙과 실리카와 함께 타피오카와 글리세린 및 실란계 커플링제를 첨가하므로써, 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.
타이어 트레드용 고무조성물에 충진제로서 카본블랙을 사용할 경우 내마모 특성은 향상되지만, 젖은 노면에서 제동력의 저하를 초래하며, 저연비 특성을 개선시키는데는 한계성을 보여주고 있다. 이에 대한 해결방법으로 부분적으로 카본블랙 대신 실리카를 대체하여 저연비 특성을 개선하고 트레드 고무의 찢겨짐 등을 방지하기도 하나, 이 역시 배합공정의 어려움 및 원재료 가격상승 때문에 실제적용에는 한계성을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 고무 조성물에 카본블랙과 실리카와 같은 보강 충진제와 함께 타피오카(Tapioca), 글리세린(Glycerine) 및 실란계 커플링제를 첨가하므로써 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선된 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무 100중량부에 대하여 보강 충진제로서 카본블랙과 실리카 35∼65 중량부와 타피오카 5∼20 중량부, 글리세린 0.5∼3 중량부 및 실란계 커플링제 1∼5 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 원료고무로는 천연고무, 합성고무 또는 천연고무와 합성고무의 혼합고무를 사용할 수 있으며, 그 종류에 특별한 제한은 없다.
본 발명에서 사용되는 카본블랙 및 실리카의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 통상적으로 시판되는 제품을 구입하여 사용할 수 있다. 예로서, 카본블랙으로는 N300, N200 또는 N100 계열의 카본블랙을 사용할 수 있다. 그리고, 카본블랙과 실리카의 합계 사용량이 35~65 중량부의 범위이내라면, 혼합비에는 특별한 제한이 없다.
본 발명에 사용되는 타피오카는 아밀로우스/아밀로팩틴 (Amylose/Amylopectine) =25/75∼50/50의 혼합물로서, 녹는점이 240℃ 이상이다. 본 발명에서는 충분한 보강성을 얻기 위하여 볼밀(ball-mill) 방식을 이용하여 입자크기가 10㎛ 이하로 분쇄된 타피오카를 사용하는 것이 바람직하다. 타피오카를 5중량부 미만 첨가시 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력 향상효과가 충분하지 않으며, 20 중량부를 초과할 경우 저연비 특성이나 젖은 노면에서의 제동력은 우수하지만, 내마모 특성이 현저히 하락하는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 글리세린은 타피오카의 연화점을 낮추기 위하여 사용되는 것으로, 글리세린의 함량이 0.5 중량부 미만이면 첨가에 따른 효과가 미흡하고, 타피오카의 최대 사용량이 20 중량부인 것을 고려하여 글리세린의 최대함량은 3 중량부가 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 실란계 커플링제는 그 종류에 특별한 제한이 없으며, 예로서 Si-69(비스(3-트리에톡시실릴)프로필테이트라설판), Si-264(3-티오시아노프로필트리에톡시 실란)가 바람직하다. 고무배합기술에서 일반적으로 실리카를 사용시 커플링제를 실리카 함량대비 6∼12% 범위내에서 사용하면 최적물성을 얻을 수 있기 때문에, 타이어 산업에서 실리카를 적용할 수 있는 범위를 고려하여 커플링제를 1∼5 중량부 범위로 한정하였다.
본 발명에서 글리세린이나 실란계 커플링제 없이 타피오카를 단독 첨가시 높은 연화점 때문에 고무배합물 내에서 충분한 물성을 얻을 수 없으나, 글리세린과 실란계 커플링제를 함께 첨가시 타피오카의 녹는점이 140∼165℃로 변하게 되어 배합시 충분한 분산이 이루어져 원하는 물성을 얻을 수 있다.
본 발명의 고무 조성물에는 활성제, 아연화, 가황제, 촉진제, 가소제, 공정유, 연화제 및 노방제 등의 통상적인 첨가제들을 첨가할 수 있으며, 이들 첨가제의 종류 및 적정사용량은 당 분야에서 공지이다.
이하 본 발명을 하기의 실시예를 통하여 더욱 자세히 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 나타낸 조성비대로 각 성분을 혼련하여 제조된 고무조성물로 시편을 제조한 후, 그 물성을 측정하였다.
물성 측정결과는 하기 표 1과 같다.
(단위:중량부)
조성비 기준예 1 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 비교예 3
천연고무(SMR-5CV)카본블랙(N220)실리카(Cupsil)타피오카오일ZnO스테아린산Si-69글리세린기타 첨가제유리황(Free Sulfur)촉진제(NS)DPG 1005000541004.52.00.60 100302005411.21.24.52.01.00.3 100203035412.42.44.52.01.00.3 100301555411.61.64.52.01.00.3 100305155411.61.64.52.01.00.3 100300255411.61.64.52.01.00.3
점도(125℃)경도(Shore-A)300%모듈러스(Kgf/cm2)초기특성-인장강도(Kgf/cm2)-파단 연신율(%)내마모도(PICO), gHeat-Build-up, ℃BFG 컷 & 칩DMFC 가로세로탄델타 (60℃)찢김에너지(Kg/cm2) 6862100 238 6010.075381.5765.44.30.10290 686285 233 6320.080341.4875.24.80.098100 726080 221 6120.095331.4894.83.60.097102 676282 231 6240.082351.4594.94.00.089100 666177 228 6140.087321.5484.83.80.088198 645965 200 5580.125331.7482.12.10.09097
※ 점도 : 무니(Mooney) 시험기를 이용하여 측정하였으며, 125℃에서 실시함.
※ 300% 모듈러스 : 300% 신장시 응력값.
※ 내마모도 : PICO 시험기기를 이용하여 내마모 정도를 평가한 것으로 80회 회전후 손실된 분량을 나타냄.
※ DMFC(De-Matia Flexing Cracking) : 초기 시편의 중심부에 초기 균열을 가한 후 6000회 주행 후 가로/세로의 균열성장크기를 나타냄.
※ 기타 첨가제 : GPPD와 Wax.
※ DPG : Diphenylguanidine
※ 찢김에너지 : Trouser Test 방법을 이용하여 측정함.
※ 탄델타(60℃) : 타이어의 성능중 저연비 특성을 예측할 수 있는 값으로 Elastomerics(Model 1332) 기기를 이용하여 측정함(주파수:11Hz, Mean Level:10%, 진폭:5%).
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 기준예 1과 같이 보강충진제로서 카본블랙만 사용한 고무 배합물에 비하여 실리카를 함께 적용한 비교예 1, 2 및 실시예 1, 2는 내마모 특성을 나타내는 PICO값은 미소하게 하락하나, 저연비 특성을 나타내는 60℃ 탄델타값과 저발열 특성(Heat-Build-up)을 개선시킬 수 있음을 알 수 있다. 그리고 특히 주목되는 것은 타피오카를 사용한 실시예 1, 2의 경우, 점도를 하락시킬 수 있다는 것이다. 또한 타피오카 사용량이 증가함에 따라 저발열특성과 60℃ 탄델타값은 현저히 낮아짐을 확인할 수 있었다. 하지만 타피오카를 20 중량부 이상 첨가한 비교예 3의 경우 인장물성 하락, 내마모 특성과 기타 찢김에너지 하락 등이 관찰되어진다. 또 타피오카를 5 중량부 미만 사용한 비교예 2의 경우, 개선효과가 상대적으로 미미함을 보여 주었다.
타이어 트레드 부위의 변경에 의한 기준예 1과 비교예 1 및 실시예 1을 선택하여 승용차용 타이어(215-65R22.5 777 패턴)에 적용하여 내마모 특성, 저연비 특성, 젖은 노면에서 제동력(Wet traction) 시험결과를 비교하여 표 2에 나타냈다.
시험결과는 기준 타이어 100에 대한 상대적인 결과로 값이 클수록 성능이 개선됨을 의미한다. 시험결과에서 알 수 있듯이, 타피오카를 적용한 고무 조성물로 제조된 타이어가 내마모 특성에서는 큰 차이를 보이지 않으면서 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력을 현저히 개선시킴을 확인할 수 있었다.
주행시험결과(상대비)
기준예 1 비교예 1 실시예 1
저연비 특성Wet traction내마모 특성 100100100 10310797 10611096
이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 고무 조성물은 보강충진제와 함께 타피오카와 글리세린 및 실란계 커플링제를 사용하므로써, 저연비 특성 및 젖은 노면에서의 제동력이 개선되는 효과를 갖는다.

Claims (2)

  1. 원료고무 100 중량부에 대하여 카본블랙과 실리카 35∼65 중량부, 타피오카 5∼20 중량부, 글리세린 0.5∼3 중량부 및 실란계 커플링제 1∼5 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 타피오카는 입자크기가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
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