KR20110006512A - 자전거 타이어 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자전거 타이어 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 자전거 림에 장착된 타이어가 분리되지 않도록 림과 체결되는 타이어의 림체결부는 고경도 합성수지 발포재로 구성하고, 바닥 접지면은 저경도의 합성수지 발포재를 사용하여 발포 성형한 자전거 타이어 및 그 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 사출 발포 공법 또는 가압 프레스 발포 공법으로 자전거 타이어를 제조하되, 림과 체결되는 부위의 타이어 경도를 아스카(asker) C 경도 80 이상의 고경도로 구성하고, 상기 타이어의 바깥 접지면쪽 경도는 아스카 C 경도 50~80로 구성토록 한 것으로서,
상기 자전거 타이어는 에틸렌 옥텐 코폴리머 및 에틸렌 프로필렌 디엔 고무를 주성분으로 하는 바깥 타이어 조성물을 니더에서 혼련한 다음 압출기를 사용하여 펠릿 컴파운드를 제조하는 과정과, 자전거 림에 체결되도록 로우덴시티 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 자전거 타이어 인서트 조성물을 사출기 온도 130℃ 이하로 설정하여 금형 내부에 사출시켜 인서트를 만드는 공정과, 상기 성형된 인서트를 사출발포기에 장착된 자전거 타이어 전체 금형에 삽입시키고 타이어 바깥 부위를 구성하는 재료를 사출발포기에 사출하여 150-190℃, 200- 2000 sec의 조건으로 가온, 가압시킨 후 금형을 개방하여 이중 구조의 자전거 타이어를 제조토록 한 것을 특징으로 한다. 또한 상기 자전거 타이어는 연속식 사출발포 프레스 기계를 사용하지 않고 일반 사출기와 가압 프레스 발포기계를 따로 사용하여 제조될 수 있으 며 상기 인서트 재료 및 타이어 바깥부위를 구성하는 재료를 압출기로 펠렛 컴파운드를 제조하는 공정과 펠렛 컴파운드를 인서트 금형 및 타이어 바깥부위를 구성하는 형상을 가진 1차 금형에 발포가 일어나지 않도록 130℃ 이하의 온도에서 각각 사출하여 타이어 부위별 발포전구체를 제조하는 공정과 상기 발포전구체를 가압 프레스에 장착된 타이어 전체를 구성하는 2차 타이어 금형에 끼워 넣고 130-200℃, 200- 2000 sec의 조건으로 가온, 가압시킨 후 금형을 개방하여 이중 구조의 자전거 타이어를 제조토록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 자전거 타이어 전체가 균일하게 미세 발포되어 있으므로 펑크 우려가 전혀 없고 장기 사용시에도 가수분해 없이 사용할 수 있고, 가볍고 승차감 향상은 물론, 림 체결 부위의 자전거 타이어 경도를 고경도로 제작하여 림에서 이탈 우려가 없는 것이다.
자전거 타이어 및 그 제조방법, 타이어, 림, 아스카 C 경도
Description
본 발명은 자전거 타이어 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 자전거 림에 장착된 타이어가 분리되지 않도록 림과 체결되는 타이어의 림체결부는 고경도 합성수지 발포재로 구성하고, 바닥 접지면은 저경도의 합성수지 발포재를 사용하여 발포 성형한 자전거 타이어 및 그 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
근자에 들어 친환경, 저탄소 운동에 대한 인식이 확대되면서 도시형, 산악형 자전거 등의 보급이 널리 확산되고 있으며, 통상적으로 사용하고 있는 튜브 내장형 타이어는 펑크의 우려가 높고, 시간이 경과하게 되면 튜브에 주입된 공기가 누설되어 새로 공기를 주입하여야 하는 등 불편이 가중되었던 것이다.
그리고 산악용 자전거의 경우 도심에서 떨어진 산악지역에서 주행을 하므로 타이어에 펑크가 발생 시 마땅히 대처할 수 있는 방법이 없어 자전거 이용자들이 큰 불편을 겪고 있으며, 펑크를 방지할 수 있는 자전거용 타이어 개발이 절실히 요망되었던 것이다.
한편, 근자에 들어 자전거 타이어를 탄성 및 내구성이 우수한 폴리우레탄 소재를 사출공법으로 미세 발포시켜 제작한 것이 안출된 바 있다. 이는 주행 중 타이어 펑크 발생 우려를 일소할 수 있으며, 가벼우면서도 경제적인 이점을 제공하게 된다.
그러나 이러한 타이어는 폴리우레탄으로 제작되어 소재의 가수분해 특성으로 인해 표면 크랙이 발생하고, 햇볕에 장기 노출시 황변이 발생하여 다양한 색상의 타이어 제작에는 문제점이 있었던 것이다.
이에 본 발명에서 제공하는 자전거 타이어 및 그 제조방법에서는 '사출 발포 공법' 또는 '가압 프레스 발포 공법'으로 제조되는 타이어를 자전거 림에 장착시 외부 충격 등이 가해지더라도 타이어가 분리되지 않도록 하며, 타이어가 접지되는 바닥면은 승차감이 우수한 자전거 타이어 및 그 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
이에 본 발명에서는 상기한 과제를 해결하기 위해 사출 발포 공법 또는 가압 프레스 발포 공법으로 자전거 타이어를 제조하되,
림과 체결되는 부위의 타이어 경도를 아스카(asker) C 경도 80 이상의 고경도로 구성하고, 상기 타이어의 바깥 접지면쪽 경도는 아스카 C 경도 50~80로 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자전거 타이어 및 그 제조방법은 타이어 전체가 균일하게 미세 발포되어 있으므로 펑크 우려가 전혀 없고 장기 사용 시에도 가수분해 없이 사용할 수 있고, 가볍고 승차감 향상은 물론, 림 체결 부위의 자전거 타이어 경도를 고경도로 제작하여 림에서 이탈 우려가 없는 등 그 기대되는 효과가 큰 발명이다.
본 발명은 자전거 타이어 및 그 제조방법에 대해 이하에 상세하게 설명키로 한다.
본 발명은 사출 발포 공법으로 자전거 타이어(1)를 제조토록 한 것으로서, 도 1에서 보는 바와 같이 자전거 타이어(1)를 림(4)에 장착하여 주행 시 림(4)으로부터 자전거가 이탈하는 것을 방지하기 위하여 림과 체결되는 부위(2)의 타이어 경도를 아스카(asker) C 경도 80 이상의 고경도로 구성하고, 노면과 접하는 바깥 부위(3) 타이어 경도는 승차감과 마모를 고려하여 아스카 C 경도 50~80로 구성한 것을 특징으로 한다.
자전거 타이어는 노면과 접지되는 바깥 부위의 재질을 폴리올레핀수지 및 고무를 블렌드하여 경도가 자전거를 타기에 적합한 아스카 C 경도 50~80 정도가 되도록 하고, 림과 장착되는 안쪽 부위의 재질을 폴리에틸렌 및 고경도 수지를 블랜드하여 경도가 아스카 C 경도 80 이상이 되도록 제조함으로서 큰 충격으로 인한 타이어가 자전거의 림으로부터 이탈하는 것을 방지토록 한 것이다.
2개의 다른 경도를 지닌 자전거 타이어를 제조하기 위해 타이어 안쪽 부위의 인서트 금형과 전체 타이어 금형을 따로 제작하고, 인서트 부위를 먼저 사출성 형하여 제작된 인서트를 전체 타이어 금형에 내입시킨 후 바깥 부위를 성형하기 위한 타이어 재료를 사출발포 기계 또는 가압 프레스 발포기계를 사용하여 일정 기간 가온, 가압하여 발포 성형하게 된다.
이때 인서트 재료와 바깥 타이어 재질은 동일 발포 배율을 가지게 하여 발포시 뒤틀어지거나 변형이 일어나지 않고 바깥과 안쪽이 경계면을 이루면서 균일하게 발포되어 링형의 타이어 형상으로 제작이 이루어지는 것이다.
안쪽 고경도 부위의 타이어 재질은 폴리에틸렌과 에틸렌 코폴리머 및 고경도 수지의 블렌드로 구성된다.
폴리에틸렌은 로우 덴시티 폴리에틸렌, 미디엄 덴시티 폴리에틸렌, 하이 덴시티 폴리에틸렌이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌 코폴리머는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 알파올레핀 코폴리머, 에틸렌 아크릴레이트 코폴리머, 클로리네이트 폴리에틸렌 등이 사용될 수 있으며,
고경도 수지로 아크리로나이트릴 부타디엔 스티렌 수지, 스티렌 부타디엔 스티렌 수지, 스티렌 부타디엔 코폴리머 등이 사용될 수 있다.
바깥쪽 부위 타이어 재질은 폴리올레핀과 고무의 혼합물로 이루어지며, 폴리올레핀 수지로는 폴리에틸렌 및 폴리오레핀 코폴리머가 사용되고, 고무는 천연고무 및 아크릴로 니트릴 부타디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무, 부틸 고무 등의 합성고무가 사용될 수 있다.
본 발명의 사출발포 이중구조 경도의 자전거 타이어는 가교발포공정을 거쳐야 하므로, 배합에 퍼옥시드 가교제 및 발포제가 포함된다.
가교제는 퍼옥시드 가교제가 일반적으로 사용되며, 발포제로는 아조디 카본 아미드 및 그 유도체가 사용될 수 있다.
본 발명의 타이어 재료는 니더(kneader), 반버리 믹서(banbury mixer), 싱글 또는 트윈 익스트루더(single or twin extruder) 압출기를 사용하여 배합물을 균일하게 분산시키며 사출발포기에서 사용될 수 있도록 펠렛칩 형태로 만들어 진다.
본 발명으로 제조된 재료는 사출발포기계 또는 가압 프레스 발포기계에 장착된 금형에 사출하여 일정시간 가온, 가압시켜 발포시킴으로서 원하는 형태의 발포제품을 제조할 수 있다.
사출 발포 공법으로 자전거 타이어 제작시 인서트용 안쪽 타이어 구조물은 발포사출기에서 프레스의 온도를 상온으로 유지하고, 인젝터의 온도를 150℃ 이하로 설정하여 가온, 가압하여 가교 및 발포반응이 일어나도록 설정한다.
사출발포 작업조건은 제품의 두께나 형상에 따라서 달라질 수 있지만, 일반적인 조건은 다음과 같다.
-인젝터 온도: 80~110℃
-프레스 플레이트 온도: 150~190℃
-큐어링 타임: 150~ 2,000sec
가압 프레스 발포 공법을 이용하여 본 발명의 자전거 타이어를 제작할 경우에는 일반 사출기와 가압 프레스 발포기계를 따로 사용하여 사출기에서 타이어 부위별 발포전구체를 제작하고 각 발포전구체를 가압 프레스 발포기에 장착된 전체 형상의 자전거 타이어 금형에 위치에 맞게 끼워 넣고 가온, 가압하여 자전거 타이어를 제작할 수 있다.
상기 가압 프레스 방법을 사용할 경우에는 사출 발포 공법 보다 중 가온 가압 시간이 더 필요로 한다. 가압 프레스 발포 방법으로 자전거 타이어 제작시 작업조건은 제품의 두께나 형상에 따라서 달라질 수 있지만, 일반적인 조건은 다음과 같다.
- 일반 사출기 인젝터 온도: 80~110℃
- 가압 프레스 열판 온도: 140~ 200℃
- 큐어링 타임: 150~ 2,000sec
본 발명의 조성물로 제조된 자전거 타이어는 일반 도로용 및 산악용 자전거에 겸용하여 사용할 수 있으며, 펑크 걱정없이 자전거를 탈 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에서 제공하는 타이어는 림 이탈 강도가 일반 공기를 주입한 타이어와 비교하여 보다 우수하며, 일체형 구조로 된 사출발포 혹은 프레스 발포 타이어에 비해 우수한 림 이탈 강도를 지니므로 펑크 걱정없이 장기간 사용 시에도 자전거 타이어가 림에서 이탈하는 문제가 방지될 수 있는 것이다.
자전거 타이어의 림 이탈 강도 시험은 다음과 같은 방법으로 이행하였다.
먼저 자전거 타이어를 림에 장착시키고, 수평으로 설치된 목재판 위에 두고 바퀴의 한 부분을 위로 세워진 목재틀에 걸쳐 놓고 반대편쪽 바퀴의 중앙에서 클램프로 양 옆부위를 바퀴 바깥에서 안쪽으로 조이는 방법으로 자전거 바퀴를 목재판에 단단히 고정시킨다.
그리고 클램프로 조인 두 지점의 중앙 부분에 리프트를 설치하고 리프트는 계기판을 달아 리프트가 타이어를 떠올릴 때 힘이 전달되도록 한다.
리프트로 림에 장착된 타이어를 위로 들어 올리면 힘이 증가하기 시작하고, 최대점까지 증가하다가 자전거 타이어가 림에서 이탈하면서 힘이 급격히 떨어지기 시작한다. 이때 최대점의 힘을 림 이탈 강도로 기록한다.
공기주입식 타이어는 공기압이 높을수록 림 이탈 강도가 높기 때문에 공기압을 80psi에서 림 이탈 강도를 측정하고, 미세 발포 타이어는 타이어의 압축변형강도(25% compression deflection)가 60psi가 되도록 타이어 강도 및 경도를 조절하여 시험한다.
25% 압축변형 강도는 지름 1인치, 두께 25mm로 기준 시편을 만들어 두께의 25% 압축시 걸리는 힘을 측정하고 단위 면적으로 보정한 값으로 나타낸다.
(실시예 1)
로우덴시티 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 자전거 타이어 인서트 조성물(표 1)과 에틸렌 옥텐 코폴리머 및 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(일명 EPDM)를 주성분으로 하는 바깥 타이어 조성물(표 1)을 각각 니더에서 혼련한 다음 압출기를 사용하여 펠릿 컴파운드(pellet compound)를 제조한다.
자전거 림에 체결되는 부위의 인서트 재료를 사출기 온도 130℃로 설정하 여 사출시켜 인서트를 만들었다.
상기 인서트를 사출발포기에 장착된 자전거 타이어 전체 금형에 삽입시키고 타이어 바깥 부위를 구성하는 재료를 사출발포기에 사출하여 170℃, 800sec의 조건으로 가온, 가압시킨 후 금형을 개방하여 이중 구조의 자전거 타이어를 제조하였다.
제조된 타이어는 25% 압축 변형 강도가 60psi 로 나타났고, 무게가 가볍고, 바깥면이 탄성과 부드러움을 가졌으며, 안쪽은 딱딱하면서도 굴곡이 가능한 구조로 제작되었다.
림에 타이어를 장착하여 본 발명의 시험법으로 림 이탈 강도를 측정 시 강도가 56lbs로 나타났으며, 주행 내구성이 공기 주입식 타이어 보다 우수했다.
비교실험으로 공기 주입 타이어는 60psi 공기압에서 림 이탈 강도가 50lbs 로 나타났다.
(실시예 2)
로우덴시티 폴리에틸렌과 스티렌 부타디엔 스티렌 코폴리머(일명 SBS)를 60:40으로 혼합한 자전거 타이어 인서트 조성물(표 1)과 에틸렌 비닐아세테이트(VA 19%) 및 아크리로니트릴 부타디엔 고무(일명 NBR)를 주성분으로 하는 바깥 타이어 조성물(표 1)을 각각 니더에서 혼련한 다음 압출기를 사용하여 펠릿 컴파운드(pellet compound)를 제조한다.
자전거 림에 체결되는 부위의 인서트 재료를 사출기 온도 130℃로 설정하 여 사출시켜 인서트를 만들었다.
상기 인서트를 사출발포기에 장착된 자전거 타이어 전체 금형에 삽입시키고 타이어 바깥 부위를 구성하는 재료를 사출발포기에 사출하여 170℃, 1000sec의 조건으로 가온, 가압시킨 후 금형을 개방하여 이중 구조의 자전거 타이어를 제조하였다.
제조된 타이어는 25% 압축 변형 강도가 60psi 로 나타났고, 무게가 가볍고, 바깥면이 탄성과 부드러움을 가졌으며, 안쪽은 딱딱하면서도 굴곡이 가능한 구조로 제작되었다.
림에 타이어를 장착하여 본 발명의 시험법으로 림 이탈 강도를 측정 시 강도가 54lbs로 나타났으며, 주행 내구성이 공기 주입식 타이어 보다 우수하며 림 이탈 강도 역시 공기 주입식 타이어 보다 양호한 타이어가 제조되었다.
(비교예 1)
타이어 배합이 실시예 1의 바깥 부분 타이어 재료와 동일한 재료를 사용하고, 인서트 없이 전체를 동일한 재료를 사용하여 사출발포시켜 자전거 타이어를 제조하였다.
제조된 타이어는 무게가 가볍고, 타이어 전체가 탄성과 부드러움을 가졌으며, 타이어 압력이 60psi가 되었다.
상기 타이어를 림에 장착하여 림 이탈 강도를 측정 시 32lbs 로 낮게 나왔으며, 쉽게 림에서 이탈하는 문제점이 나타났다.
이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명의 자전거 타이어 및 그 제조방법은 도시형 자전거, 레져용 자전거, 산악용 자전거 등의 타이어에 사용이 가능하고, 소형 차량의 타이어에도 사용이 가능하여 관련산업 발전에 일익을 할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 자전거 타이어의 구성을 보인 단면도
■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■
1: 타이어 2: 림과 체결되는 부위(=인서트)
3: 바깥 부위 4: 림
Claims (4)
- 사출 발포 공법으로 제조하는 미세 발포 자전거 타이어에 있어서;상기 자전거 타이어는 림과 체결되는 부위와 타이어 바깥 접지면 부위의 경도를 달리하여 이중구조의 자전거 타이어를 구성하는 것으로서 림과 체결되는 부위의 타이어 경도를 아스카(asker) C 경도 80 이상의 고경도로 구성하고,상기 타이어의 바깥 접지면쪽 경도는 아스카 C 경도 50~80로 구성한 것을 특징으로 하는 자전거 타이어.
- 가압 프레스 발포 공법으로 제조하는 미세 발포 자전거 타이어에 있어서;상기 자전거 타이어는 림과 체결되는 부위와 타이어 바깥 접지면 부위의 경도를 달리하여 이중구조의 자전거 타이어를 구성하는 것으로서 림과 체결되는 부위의 타이어 경도를 아스카(asker) C 경도 80 이상의 고경도로 구성하고,상기 타이어의 바깥 접지면쪽 경도는 아스카 C 경도 50~80로 구성한 것을 특징으로 하는 자전거 타이어.
- 사출 발포 공법으로 자전거 타이어를 제조함에 있어서;에틸렌 코폴리머 및 합성고무를 주성분으로 하는 바깥 타이어 조성물과 폴 리에틸렌 및 에틸렌 코폴리머를 주성분으로 하는 자전거 림에 체결되는 타이어 부위의 조성물을 니더에서 혼련한 다음 압출기를 사용하여 펠릿 컴파운드를 제조하는 과정과,자전거 림에 체결되는 부위를 구성하는 펠렛 컴파운드 재료를 사출기 온도 150℃ 이하로 설정하여 금형 내부에 사출시켜 인서트를 만드는 공정과,상기 성형된 인서트를 사출발포기에 장착된 자전거 타이어 전체 금형에 삽입시키고 타이어 바깥 부위를 구성하는 재료를 사출발포기에 사출하여 140-200℃, 150 - 2,000 sec의 조건으로 가온, 가압시킨 후 금형을 개방하여 이중 구조의 자전거 타이어를 제조토록 한 것을 특징으로 하는 자전거 타이어 제조방법.
- 가압 프레스 발포 공법으로 자전거 타이어를 제조함에 있어서;에틸렌 코폴리머 및 합성고무를 주성분으로 하는 바깥 타이어 조성물과 폴리에틸렌 단독 혹은 에틸렌 코폴리머와 혼합하여 이루어진 림과 체결되는 부위의 자전거 타이어 조성물을 니더에서 혼련한 다음 압출기를 사용하여 펠릿 컴파운드를 제조하는 과정과,각 펠렛 컴파운드를 사출기 온도 150℃로 설정하여 금형 내부에 사출시켜 자전거 타이어 바깥부위 인서트 및 림 체결부위 인서트를 만드는 공정과,상기 성형된 인서트를 가압 프레스 발포기에 장착된 자전거 타이어 전체 금형에 삽입시키고 프레스 온도 140 - 200℃, 프레스 성형시간 150- 2,000sec의 조 건으로 가온, 가압시킨 후 금형을 개방하여 이중 구조의 자전거 타이어를 제조토록 한 것을 특징으로 하는 자전거 타이어 제조방법.
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