KR20050096280A - 튜브리스 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이너라이너 내주면, 카카스 고무 내주면, 이너라이너와 기타 고무층 사이 및 카카스 고무와 기타 고무층 사이 중에서 선택된 고무층에, 폴리염화비닐리덴계 수지를 할로겐화 탄화수소류, 지방족 에스테르류, 케톤류 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 폴리염화비닐리덴계 수지를 녹이고 고무성분을 팽윤시킬 수 있는 공용매에 용해시킨 코팅액을 두께 0.001∼0.05mm 되도록 코팅하여 형성된 공기투과방지층을 구비한 튜브리스 타이어를 제공하는 바, 이는 별도의 부틸고무나 타이고무를 생략할 수 있어 타이어의 경량화에 도모할 수 있고 공기투과방지층과 고무와의 결합력이 향상되어 내구성을 증가시킬 수 있으며 재료 원가 측면에서도 절감되어 매우 경제적인 튜브리스 타이어이다.

Description

튜브리스 타이어{Tubeless tire}

본 발명은 튜브리스 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이너 라이너 내주면, 또는 카카스 내주면, 또는 이들 고무와 타고무층 사이에 폴리염화비닐리덴계 수지를 공용매에 용해시킨 코팅액을 코팅함으로써 공기투과방지성이 개선되고 내구성이 향상된 튜브리스 타이어에 관한 것이다.

현재, 자동차 산업에 있어서 가장 큰 과제는 연료소비율의 절감일 것이다. 이로 인해 타이어의 경량화 역시 그 요구가 점점 강해지고 있는 실정이다.

현재의 타이어 내면에는 할로겐화 부틸 고무 또는 낮은 공기투과성을 갖는 다른 고무로 구성된 이너라이너층 또는 다른 공기투과방지층이 구비되어 있다.

그러나 할로겐화 부틸 고무를 이너라이너나 공기투과방지층으로서 도입하는 경우 할로겐화 부틸 고무가 갖는 히스테리시스 손실이 큰 특성으로 인해 타이어의 가황 후 카카스층의 내면 고무와 공기투과방지층에 잔물결이 생겨 카카스층의 변형과 함께 공기투과방지층이 변형된다. 따라서 구름저항이 증가하는 문제가 있다.

그러므로 일반적으로 공기투과방지층(할로겐화 부틸고무)과 카카스층 사이에 히스테리시스 손실이 작은 "타이고무"라 불리는 고무시트를 삽입하여 양자를 접합하고 있다. 이로 인해 할로겐화 부틸 고무로 된 공기투과방지층의 두께에 더하여 타이고무의 두께가 가산되어 층 전체의 두께가 1mm(1,000㎛)를 넘게 된다. 그 결과 이것은 최종 타이어의 중량을 증가시키는 요인이 되어 왔다.

한편, 일본 특허공고 소47-31761호에는 가황된 타이어의 내면에 공기투과방지성이 뛰어난 폴리염화비닐리덴, 염화비닐리덴 공중합체(염화비닐리덴-염화비닐공중합체, 염화비닐리덴-아크릴에스테르공중합체, 염화비닐리덴-아크릴에스테르-염화비닐삼원공중합체) 등의 수지용액 또는 분산액을 도포하여 공기투과방지 피복층을 0.1mm 이하 두께로 형성시키는 것에 의한 튜브리스 타이어를 제안하고 있다.

미국특허 제6,244,317호에서는 공중합 폴리아미드 수지, 경화형 수지, 경화제 등으로 구성된 용액상태 조성물을 카카스 고무층 위에 코팅하고 경화시켜 튼튼한 공기투과방지층 피복을 만드는 것을 제안하였다.

일본특허공개 평6-40207호에는 폴리염화비닐리덴 필름 또는 에틸렌-비닐알코올 공중합체 필름으로 구성된 공기투과성이 낮은 층과 폴리올레핀계 필름, 지방족 폴리아미드계 필름 또는 폴리우레탄계 필름으로 구성된 접착층을 적층하여 박막을 형성하고, 이 박막을 미가황 고무로 구성된 그린 타이어의 내면에, 접착층이 카카스층과 접하도록 적층한 다음 이 그린 타이어를 가황 및 성형함으로써 타이어 내측에 공기투과방지층을 제공하는 것을 제안하고 있다.

이와같이 두께가 얇은 공기투과방지층을 사용함으로써 공기압 유지성을 떨어뜨리지 않고 타이어의 중량을 감소시키는 것이 가능하다.

그러나 예를 들어 열가소성 다층 필름을 사용하여 이너 라이너 또는 다른 공기투과방지층을 형성하는 경우에는 사용시의 반복된 변형에 대하여 열가소성 필름의 신도가 불충분하기 때문에 필름이 이 변형을 따라갈 수 없어 필름에 다수의 균열이 발생한다. 그 결과 공기의 밀봉성이 저하될 위험이 있다.

또 통상의 타이어 제조법에 의하면 이너 라이너 역시 성형(shaping) 공정을 거쳐야 하는데, 이는 상온에서 공기압으로 200% 이상의 변형으로 타이어의 모양을 만드는 공정이다. 그러나 상용화된 대부분의 열가소성 필름의 경우 연신과 열처리 공정을 거친 후여서 이미 연신에 의한 배향결정화와 열 고정에 의한 열결정화가 일어나 있다. 이런 사실은 상온에서 200% 이상의 변형을 견딜만한 신도가 부족하며 이런 변형을 버티지 못하고 파단이 일어난다. 따라서 상용화된 열가소성 필름을 통상의 제조법으로는 타이어를 만들기 어렵다.

가황된 타이어의 내부 카카스 고무 표면 또는 이너 라이너 표면에 공기투과 방지성을 가지는 합성수지 용액 또는 분산액을 코팅하는 것은 고무와 합성수지 사이의 결합력에 문제가 있었고 더 나아가 결함(defect)이 발생되는 문제가 되었다. 다시말해, 이와같이 공기투과방지성이 뛰어난 폴리염화비닐리덴계 수지용액을 도포하는 것은 공기투과방지층과 타이어 고무층이 적층된 구조만을 갖는 것으로서, 공기투과방지층과 타이어 고무층과의 혼화성이 좋지 않은 문제가 있어 결합력이 떨어져 최종 타이어 제품에 결함요소로서 작용하게 된다.

이에, 본 발명자들은 공기투과방지성이 뛰어난 폴리염화비닐리덴계 수지를 사용하되 보다 고무와의 결합력을 향상시켜서 튜브리스 타이어의 공기투과방지성능을 개선하여 공기압을 오래 유지하면서 경량화된 튜브리스 타이어를 개발하기 위해 연구노력 하던 중, 폴리염화비닐리덴계 수지를 이너고무나 카카스 고무, 여타의 타이어 고무성분도 용해시킬 수 있는 공용매에 용해시켜 코팅시킨 결과, 폴리염화비닐리덴계 수지와 고무와의 결합력이 향상되어 궁극적으로 공기투과방지성능도 개선되면서 결함을 줄 일 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 공기투과방지성능 향상을 위한 폴리염화비닐리덴계 수지층과 이너라이너 고무, 카카스 고무 등과의 결합력을 향상시켜 공기의 밀봉성을 향상시킬 수 있는 튜브리스 타이어를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 튜브리스 타이어는 이너라이너 내주면, 카카스 고무 내주면, 이너라이너와 기타 고무층 사이 및 카카스 고무와 기타 고무층 중에서 선택된 고무층에, 폴리염화비닐리덴계 수지를 할로겐화 탄화수소류, 지방족 에스테르류, 케톤류 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 폴리염화비닐리덴계 수지를 녹이고 고무성분을 팽윤시킬 수 있는 공용매에 용해시킨 코팅액을 두께 0.05∼0.001mm 되도록 코팅하여 형성된 공기투과방지층이 구비된 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서 튜브리스 타이어의 구조는 천연고무 또는 합성고무로 되는 환상 카카스를 둘러싸고 있는 트레드부와 중첩된 복수의 플라이의 변부에서 심을 둘러싸고 있는 한쌍의 비드부로 구성되는 보통의 튜브리스타이어 구조를 기본으로 한다.

본 발명에서 특징적인 점은 가황 공정 후의 튜브리스 타이어의 카카스 고무 내주면, 이너라이너 내주면 또는 이들과 고무층 사이에, 공기투과방지성능이 우수한 폴리염화비닐리덴계 수지를 주성분으로 하는 코팅액을 코팅하여 두께 0.1mm 이하의 얇은 폴리염화비닐리덴계 합성수지 피복층을 형성하는 것이다. 여기서의 폴리염화비닐리덴계 수지는 폴리염화비닐리덴, 염화비닐리덴 공중합체, 즉 염화비닐리덴-염화비닐 공중합체, 염화비닐리덴-아크릴에스테르 공중합체, 염화비닐리덴-아크릴에스테르-염화비닐 삼원공중합체 등을 포함한다.

카카스층과 공기투과방지성능이 우수한 폴리염화비닐리덴계 피복층 사이에는 종래와 같이 부틸고무, 타이고무 등의 또 다른 고무층을 삽입할 수 있음은 물론이다. 다만 부틸고무나 타이고무의 사용량을 줄이거나 그 두께가 얇아지더라도 폴리염화비닐리덴계 피복층으로 인해 오히려 그 성능을 개선할 수 있다.

본 발명에서는 특징적으로, 폴리염화비닐리덴계 수지 코팅액을 조성함에 있어서 용매로서, 폴리염화비닐리덴계 수지를 녹이면서 코팅되는 고무 성분을 팽윤시키거나 녹일 수 있는 공용매를 사용한다.

폴리염화비닐리덴계 수지는 현재 상업적으로 매우 우수한 가스배리어성을 나타내는 가장 안정한 합성수지로 알려져 있기에 공기투과방지성능 향상을 위한 가스배리어 코팅재료로서 매우 적합하다. 그런데, 폴리염화비닐리덴계 수지를 그대로 도포하게 되면 상기한 바와 같이 고무층과의 결합력이 약한 문제가 있으므로, 본 발명에서는 폴리염화비닐리덴계 수지를 녹이고 고무성분을 팽윤시키거나 녹일 수 있는 공용매에 폴리염화비닐리덴계 수지를 용해시켜 코팅액을 조성하고 이것을 해당 고무층에 코팅한 것이다.

공용매로는 트리클로로에탄같은 할로겐화 탄화수소류, 부틸아세테이트같은 지방족 에스테르류, 사이클로헥사논과 같은 케톤류, 그리고 테트라하이드로퓨란 등을 들 수 있다.

폴리염화비닐리덴계 수지코팅액의 조성시 폴리염화비닐리덴계 수지의 함량은 3~30% 되도록 조성하는 것이 바람직하다.

이러한 공용매를 사용함으로써 코팅시에 고무와 폴리염화비닐리덴계 수지의 경계층(고무의 표면층)이 용해되어 폴리염화비닐리덴계 수지와 고무가 블렌딩된 유사 경계층이 형성되어 그 결과 고무층과 합성수지층 사이의 접착력이 극대화되며 고무와 합성수지층이 일체화를 이루게 된다. 이로써 층박리에 의한 불량 발생의 문제를 해결할 수 있다.

조성된 코팅액을 해당 고무층에 코팅하는 방법은 스프레이(분무)방식 또는 붓(귀얄) 및 접촉식 도포 기구를 사용하여 도포하는 방식을 사용할 수 있다.

폴리염화비닐리덴계 수지피복층의 두께가 0.05mm 보다 두꺼워지면 고무층과의 큰 모듈러스 차이에 의하여 타이어 주행시에 받는 변형에 추종하는 것이 불가능하고, 피복층이 고무층으로부터 박리 혹은 피복층 자체의 파괴에 이르는 경향이 커지게 된다. 따라서, 폴리염화비닐리덴계 수지피복층의 두께를 0.05mm 이하로 하며, 더욱 좋기로는 0.03mm 이하로 하여 코팅한다. 이같은 두께로 폴리염화비닐리덴계 수지피복층을 형성시킨 고무시트의 경우, 동적 점탄성을 측정하면 코팅 전 고무와 거의 동일한 동적점탄성 거동을 나타내므로 변형-회복에 있어서 고무와 유의차가 없다. 그러나, 폴리염화비닐리덴계 수지 피복층의 두께가 너무 얇아지면 공기투과방지성능의 지표인 산소투과도가 지나치게 높아져서 의미가 없으므로 최소한 0.001mm 이상의 코팅 두께를 유지하는 것이 좋다. 더욱 좋기로는 0.005mm 이상의 코팅 두께를 유지하는 것이 좋다.

이와같이 공기투과방지성능을 가지는 합성수지층과 타이어 고무의 접착력이 극대이고 그 두께의 상대적 차이를 극대(즉, 고무두께>> 합성수지층 두께)로 하게 되면 공기투과방지성능을 가지는 합성수지층은 그 독립적 거동을 하지 않고 타이어 고무와 동일한 거동을 보이게 된다.

즉, 가스배리어성이 높은 폴리염화비닐리덴계 수지를 공용매에 용해시켜 코팅함으로써 고무와의 접착력을 극대화시키고, 그 코팅 두께를 일정 범위로 조절함으로써 타이어 사용중의 반복된 변형을 충분히 뒤쫓아 5∼10% 이상의 영구변형율 및 저온에서의 내한크랙 특성도 충분히 만족시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 2 및 비교예

본 발명에서는 튜브리스 타이어를 제조하기 위하여 구조는 천연고무 또는 합성고무로 된 환상 카카스를 둘러싸고 있는 트레드부와 중첩된 복수의 플라이의 변부에서 심을 둘러싸고 있는 한쌍의 비드부로 구성되는 구조로서 보통의 튜브리스타이어 구조를 따르되, 다만 공기투과방지성능을 가지는 부틸 고무층을 없애고 카카스고무 내주면에 균일하고 얇은 두께의 공기투과방지성능이 우수한 합성수지의 피복층을 설치하였다.

본 실시예들서는 튜브리스 타이어 제조 이전에 타이어 제조의 원료인 카카스 고무에 코팅하여 공기투과방지 성능을 평가하기로 하였다. 이를 위해 우선적으로 일정 두께(1mm)의 카카스 고무를 가황시켜 가황공정 이후의 튜브리스 타이어를 의미하는 고무시트를 제조하고, 이의 공기투과방지성능 지표로서 산소투과도를 측정하였다.

이어서 이 고무 시트의 표면에 분무기를 사용하여 폴리염화비닐리덴(PVDC) 수지 용액을 고무시트 위에 코팅하고 건조하였다.

실시예 1에서는, 가황된 카카스 고무 시트 위에 폴리염화비닐리덴 수지 10%/THF 용액을 분무기로 스프레이하여 코팅하였다. 이때 코팅된 도포량은 건조 고형분 20g/㎡ 되도록 도포하였다. 건조 피복층 두께는 12㎛이었다.

실시예 2에서는, 가황된 카카스 고무 시트 위에 폴리염화비닐리덴 수지 5%/THF 용액을 분무기로 스프레이하여 코팅하였다. 건조 피복층 두께는 9㎛이었다.

비교예에서는, 가황된 카카스 고무 시트 위에 폴리염화비닐리덴 수분산 에멀젼 용액(수지 고형분 10%)을 분무기로 스프레이하는 방법으로 도포하였다. 건조 피복층 두께는 15㎛이었다.

상기 실시예 및 비교예에서 코팅 제조한 고무시트의 산소 투과도 측정에 대한 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

한편, 타이어 제작 후 실제 운행시 견뎌야 하는 최저온으로 알려져 있는 -35℃에서, 그리고 실제 10% 이내의 변형에서 폴리염화비닐리덴계 수지 피복층을 가지는 카카스 고무가 완전 탄성회복을 하고 피복층의 균열 및 기타 파괴적인 변화가 없이 공기투과방지 성능의 내구성 등의 물성에 전혀 영향을 미치지 않아야 한다.

이를 확인하기 위하여 실시예에서 코팅한 고무시트 시료에 대해 아래의 측정방법에 나타낸 저온 인스트론기기에서 -35℃에서, 그리고 10% 반복 100회 변형시킨 후 공기투과방지 성능을 대표하는 산소투과도를 평가하여 확인하였다.

<물성측정 방법>

1)산소투과도: 공기투과방지성능 평가의 지표로 측정

측정규격 - ASTM D-3895

사용기기 - 산소 투과도 분석기(Model 8000, Illinois Instruments사)

2)저온 인장 강신도 및 저온 변형 - 회복후 공기투과방지성능 평가를 위한 시료 준비

사용기기 - 만능 재료 시험기(Model 4204, Instron사)

Head Speed - 300mm/min

Grip Distance - 35mm

Sample Width - 50.8mm

Temperature - -35℃

	PVDC 코팅두께(mm)	산소투과도(cc/㎡·24hr·atm)
		코팅 직후	저온 변형 후
실시예 1	0.012	62	85
실시예 2	0.009	72	105
비교예	0.015	100	250
비고	부틸고무 1mm 고무시트: 산소투과도 100∼200, 가황된 카카스 고무 1mm 시트: 산소투과도 1200이상

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리염화비닐리덴계 수지를 공용매에 용해시킨 코팅액을 코팅하여 얻어진 공기투과방지층을 갖는 카카스 고무는 일반 카카스 고무에 비하여 비교할 수 없이 낮아진 산소투과율을 보이는 바, 이는 향상된 공기투과방지성능을 나타냄을 보여주는 것이며, 이러한 경향은 저온 반복 변형 후에도 변함없음을 확인하였다. 이때 나타나는 공기투과방지성능은 부틸러버를 사용하는 것에 비교하여도 우수한 수준이다. 그러나, 비교예와 같이 폴리염화비닐리덴계 수지를 공용매에 용해시키지 않고 도포한 경우에는 저온변형 후에 공기투과 방지 성능이 떨어짐을 알 수 있다.

이러한 결과로부터, 튜브리스 타이어에 부틸러버와 같은 별도의 공기투과방지층을 설치하지 않아도 가황공정 후 카카스 고무 내주면에 폴리염화비닐리덴계 수지를 공용매에 녹여 코팅함으로써 보다 공기투과 방지성이 향상되고, 경량화, 원가절감된 개량된 튜브리스 타이어를 제조할 수 있음을 확인하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 폴리염화비닐리덴계 수지를 테트라하이드로퓨란과 같이 폴리염화비닐리덴계 수지를 녹이면서 카카스 고무 등의 고무성분을 팽윤시킬 수 있는 공용매에 용해시켜 이를 이너라이너, 카카스 고무, 이들 고무와 기타 고무층 사이 등에 코팅하여 공기투과방지층을 형성하는 경우 별도의 부틸고무나 타이고무를 생략할 수 있어 타이어의 경량화에 도모할 수 있고 공기투과방지층과 고무와의 결합력이 향상되어 내구성을 증가시킬 수 있으며 재료 원가 측면에서도 절감되어 매우 경제적인 튜브리스 타이어를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 이너라이너 내주면, 카카스 고무 내주면, 이너라이너와 기타 고무층 사이 및 카카스 고무와 기타 고무층 사이 중에서 선택된 고무층에, 폴리염화비닐리덴계 수지를 할로겐화 탄화수소류, 지방족 에스테르류, 케톤류 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 폴리염화비닐리덴계 수지를 녹이고 고무성분을 팽윤시킬 수 있는 공용매에 용해시킨 코팅액을 두께 0.001∼0.05mm 되도록 코팅하여 형성된 공기투과방지층을 구비한 튜브리스 타이어.
2. 제 1 항에 있어서, 공기투과방지층은 코팅액을 스프레이 방식 또는 붓 및 접촉 도포 기구를 사용하여 도포하는 방식을 통해 형성된 것임을 특징으로 하는 튜브리스 타이어.
3. 제 1 항에 있어서, 공용매는 트리클로로에탄, 부틸아세테이트, 사이클로헥사논 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 튜브리스 타이어.
4. 제 1 항에 있어서, 기타 고무는 부틸고무 또는 타이고무인 것임을 특징으로 하는 튜브리스 타이어.
5. 제 1 항에 있어서, 코팅액은 3∼30% 되도록 조성된 것임을 특징으로 하는 튜브리스 타이어.