KR20060100554A

KR20060100554A - 타이어의 제조방법

Info

Publication number: KR20060100554A
Application number: KR1020050022156A
Authority: KR
Inventors: 박동명; 김학주; 김휘중
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-21

Abstract

본 발명은 타이어의 원료고무를 배합하는 정련공정을 수행하는 혼합믹싱 과정에서 내열노화의 원인인 공기 중의 산소를 제거하고, 질소분위기를 만들어 줌으로써 고무 주쇄의 절단을 최소화해서 믹싱 중 발생하는 물성 저하를 막을 수 있는 타이어의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

믹서, 질소, 타이어, 천연고무, 산화반응, 고온

Description

타이어의 제조방법{Process for preparing a tire}

도 1은 본 발명에 따른 타이어 제조과정 중 원료고무와 기타 고무용 배합제 약품을 혼합하는데 사용하는 혼합믹서의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 ---- 오일 투입구, 12 ---- 불활성가스 투입구

13 ---- 밸브, 14 ---- 유량측정장치

15 ---- 제어기, 16 ---- 챔버부

17 ---- 로터부, 18 ---- 믹서 램

19 ---- 트롭 도어부, 20 ---- 오일탱크

21 ---- 불활성 가스 저장조

본 발명은 타이어의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 타이어의 원료고무를 배합하는 정련공정을 수행하는 혼합믹싱 과정에서 내열노화의 원인인 공기 중의 산소를 제거하고, 질소분위기를 만들어 줌으로써 고무 주쇄의 절단을 최소화해서 믹싱 중 발생하는 물성 저하를 막을 수 있는 타이어의 제조방법에 관한 것 이다.

일반적으로 타이어는 고무 및 기타 고무용 배합제로 사용되는 충진제, 연화제, 가황제, 가황촉진제 등을 적절하게 혼합한 배합고무를 이용하여 압출, 압연, 성형, 및 가류 공정을 거쳐 제조된다.

이러한 공정 중 원료고무 및 기타 약품을 혼합하는 첫 공정을 정련공정이라 하는데, 이 정련공정에서 주로 혼합믹서를 사용하여 원료들을 혼합한다.

이러한 혼합믹서에서 믹싱 작업시 믹서 내부는 고무의 점탄성 성질 때문에 심한 발열 현상이 발생하고 그에 따른 온도 상승이 동반한다. 즉, 천연고무 같이 주쇄 절단이 발생하는 고무를 고온 하에서 믹싱하게 되면 고무의 열화현상으로 인해 물성 저하가 발생하게 된다.

이때 이뤄지는 믹싱 작업은 주로 작게는 140도 정도에서 190도 구간에서 이루어지며 국부적으로는 200도를 넘는 부위도 발생할 수 있다.

이 때문에 고무 주쇄 절단이 가능한 천연고무 등을 포함하는 배합 중에는 강한 전단력과 높은 고열로 인하여 공기 중에 산소와 반응하여 열노화 현상을 야기시켜 물성을 떨어뜨리게 된다.

이 문제를 해결하기 위하여 140도 이하의 저온가공방법을 사용하거나 산화방지제를 과량 투입하기도 하지만, 가공시간의 증가나 원가상승으로 인한 문제점을 수반하여 궁극적으로 문제를 해결하기는 어려웠다.

이에 본 발명자는 상기의 문제를 해결하기 위하여 타이어의 원료고무를 배합 하는 정련공정을 수행하는 혼합믹싱 과정에서 내열노화의 원인인 공기 중의 산소를 제거하고, 질소분위기를 만들어 줌으로써 고무 주쇄의 절단을 최소화해서 믹싱 중 발생하는 물성 저하를 막을 수 있는 타이어의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 원료고무에 기타 고무용 배합제 약품으로서 충진제, 연화제, 가황제, 가황촉진제를 적절하게 혼합한 배합고무를 이용하여 압출, 압연, 성형 및 가류공정에 의해 제조되는 타이어의 제조방법으로서, 상기 배합고무를 제조하는 정련공정에서 상기 원료고무에 상기 고무용 배합제 약품을 투입하기 전과 상기 배합제 약품과 오일을 투입한 후 혼합믹서에서 믹싱을 수행할 때 불활성 가스를 원료고무 100중량부에 대해 약 3 내지 10중량부를 주입하여 혼합믹서 내부를 불활성 가스 분위기로 유지시켜 배합고무가 산소와 반응하는 것을 원천적으로 차단하여서 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어 제조과정 중 원료고무와 기타 고무용 배합제 약품을 혼합하는데 사용하는 혼합믹서(10)의 단면도이다. 도 1에서 부호 11은 오일 투입구, 12는 불활성가스 투입구, 13은 밸브, 14는 유량측정장치, 15는 제어기, 16은 챔버부, 17은 로터부, 18은 믹서 램, 19는 트롭 도어부, 20은 오일탱크, 21은 불활성 가스 저장조이다.

본 발명에서, 타이어는 원료고무 및 기타 고무용 배합제 약품으로 사용되는 충진제, 연화제, 가황제, 가황촉진제 등을 적절하게 혼합한 배합고무를 이용하여 압출, 압연, 성형, 및 가류 공정을 거쳐 제조되며, 이러한 공정 중에서 원료 고무와 기타 배합제 약품을 혼합하는 첫 공정을 정련 공정이라고 하는데, 이 정련 공정은 주로 도 1에 도시한 바와 같은 혼합 믹서의 챔버부(16) 내에서 믹싱에 의해서 배합되어지게 된다.

본 발명에 의하면, 이러한 혼합믹싱 과정에서, 혼합믹서(10)의 하부에 설치되어 있는 양쪽의 오일투입구(11)와 믹서 램(13)의 양측에 설치된 불활성 가스 분사구(12)를 통해서 불활성 가스, 예를 들면, 질소, 헬륨, 아르곤을 분사되도록 하여 챔버부(16) 내부가 불활성 가스 분위기를 유지하게 된다.

본 발명에서, 불활성 가스의 챔버부(16) 내부로의 주입은 먼저 원료고무와 기타 배합제 약품을 투입하기 전에 불활성 가스를 주입하여 챔버부(16) 내부를 불활성 가스 분위기로 유지되도록 하고, 원료고무와 기타 배합제 약품을 투입하고 오일을 투입할 때까지는 대기하다가 오일 투입이 완료된 후부터는 혼합믹싱이 완료되는 시점까지 지속적으로 불활성 가스를 투입하여 원료고무의 배합시 산소와의 반응 또는 접촉을 차단한다.

이때 불활성 가스의 투입량은 원료고무 3 내지 10바(bar)의 양으로 투입하는 것이 바람직하다. 만일 3바 이하면 믹서 내부를 충분하게 불활성 가스 분위기로 만들지 못하여 효과가 미미하고, 10바를 넘게 되면 고압으로 인하여 강한 소음과 내부 재료가 밖으로 분출될 위험이 있다. 또한 배합물들이 작업장에 비산하여 작업장 오염을 유발시킨다. 여기서, 밸브(13), 유량측정장치(14), 제어기(15)를 이용하여 불활성 가스의 유량을 조절할 수 있다.

본 발명의 방법은 상기한 바와 같이 혼합믹싱 중에 내열노화의 원인인 공기 중 산소를 제거하여 불활성 가스 분위기를 만들어 줌으로써 고무 주쇄의 절단을 최소화해서 믹싱 중에 발생하는 물성 저하를 방지할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 대해 다음의 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

실시예 1 내지 실시예 4

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조건에 따라 타이어를 제조하기 위한 원료고무와 기타 배합제 약품을 선정하고, 각각의 조성비율에 따라 혼합믹서에서 배합하여 타이어 트레드용 고무 조성물을 제조하였다. 이에 대한 물성 측정 결과는 다음 표 2와 같다.

비교예 1

표 1: 실시예 고무 배합제 및 질소 주입 조건

	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
천연고무 카본블랙 가공유 산화아연 스테아린산 6PPD Co-Naph 유황 촉진제 지연제 질소	100 40 5 8 2 2 1 2.5 1 0.5 -	100 40 5 8 2 2 1 2.5 1 0.5 3	100 40 5 8 2 2 1 2.5 1 0.5 5	100 40 5 8 2 2 1 2.5 1 0.5 7	100 40 5 8 2 2 1 2.5 1 0.5 10

* 6-PPD : N-(1, 3-디메틸부틸)-N'-페닐렌 디아민

* Co-Naph : 나프탄산 코발트

* 촉진제 : 머르캅토 벤조 티아졸계 또는 술펜아미드계계　　　　　　　　 *

* 지연제 : PVI

* 카본블랙 : 질소흡착표면적(N2SA)이 70 ~ 100 m²/g 이고 DBP 흡유량이 60~100ml/100g

상기 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 타이어 트레드용 고무조성물에 대해 다음과 같이 물리시험한 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

인장물성

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편을 150℃ 가류 프레스에서 30분동안 가류하여 두께 3mm의 가류시편을 준비하였고 이를 덤벨(dumbbell) 형태로 잘라 인스트론(Instron) 사에서 제작한 인장시험기(Model 4204)에서 강도 등을 비교하여 인장물성을 판단하였다.

접착력

고무 시편과 스틸코드 사이의 접착력 평가는 ASTM D 2229-80 방식에 의거하여 실시하였다.

피로성능

피로성능은 F-F 피로시험기에서 측정한 반복 사이클 수를 지수화(큰 수가 피로성능이 우수)하여 상대 비교하였다.

고무 주쇄 절단 정도

고무 주쇄 절단 정도 비교를 위하여 덤벨(dumbbell) 형태의 시편을 100℃ 에서 100% 신장을 가하여 시간에 따른 고무의 응력(stress) 변화를 관찰하였다. 시간이 지남에 따라 고무의 응력값은 감소하는데 초기값과 일정 시간(360시간) 후 응력값 감소 정도를 측정하여 그 비율을 주쇄 절단율로 표현하였다(degree of chain scission). 이 값이 크면 고무의 주쇄 절단율이 크므로 내열 노화에 불리하다는 것을 알 수 있다.

인장 물성의 경우 질소 분위기에서 전체적으로 모듈러스가 증가하였고 파괴신장율 역시 증가하여 주쇄 절단 감소 효과가 나타났다. 접착력 시험결과도 동등 이상의 성능을 나타내었으며 피로 성능에서 모듈러스 증가에도 불구하고 10% 이상 향상된 결과를 보였다. 고무주쇄 절단률도 기존고무에 비하여 5% 이상 향상된 결과를 보인다. 실시예 4의 경우는 물성의 향상은 가져오나 기체 유량의 과도한 증가로 인하여 투입약품들이 외부로 유출되거나 혼련 작업에 영향을 줄 정도의 고압이 걸리는 현상이 발생하였다.

표 2: 물성 시험 결과

	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
인장물성 100%M 200%M 300%M Eb(%) Ts(kgf/㎠)	48 108 165 320 185	50 111 172 320 190	53 115 178 350 195	54 115 177 345 195	52 113 175 330 192
피로성능	100	110	120	121	117
접착력(kfg/0.5in)	52	52	55	56	56
고무주쇄 절단률(%)	38	35	30	30	31

* 접착력 시험에 사용된 스틸코드 구조 : 황동이 도금된 2+2(0.25) High tensile cord　

* 100(200, 300)%M : 100(200, 300)% 인장시 시편에 작용하는 스트레스 값

* Eb : 파괴신장률(%)　　　　　　　　　　　　　 * Ts : 파괴강도(kgf/cm²)

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 혼합믹서 내부를 불활성 가스분위기로 유지하여 고온에서 믹싱 중 고온에서 산소로 인한 고무의 산화반응을 방지하여 고무의 주쇄 절단율이 감소하고 인장물성, 접착물성, 피로물성 등이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

원료고무에 기타 고무용 배합제 약품으로서 충진제, 연화제, 가황제, 가황촉진제를 적절하게 혼합한 배합고무를 이용하여 압출, 압연, 성형 및 가류공정에 의해 제조되는 타이어의 제조방법에 있어서, 상기 배합고무를 제조하는 정련공정에서 상기 원료고무에 상기 고무용 배합제 약품을 투입하기 전과 상기 배합제 약품과 오일을 투입한 후 혼합믹서에서 믹싱을 수행할 때 불활성 가스를 3 내지 10바를 주입하여 혼합믹서 내부를 불활성 가스 분위기로 유지시켜 배합고무가 산소와 반응하는 것을 원천적으로 차단하여서 되는 것을 특징으로 하는 타이어의 제조방법.