KR20110073359A - 가변 경화 속도를 갖는 성층 고무 물품을 형성하는 방법 - Google Patents

가변 경화 속도를 갖는 성층 고무 물품을 형성하는 방법 Download PDF

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KR20110073359A
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extruder
tire
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리차드 마이클 디시도키
레베카 리 댄도
게리 로버트 버그
닐 필립 스터버
칼 트레버 로스 풀포드
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

둘 이상의 고무의 층을 포함하는 트레드를 형성하는 방법이 개시된다. 방법은 압출기 및 기어 펌프를 통해 고무 화합물을 압출하고, 촉진제와 혼합하며, 그 다음에 고무의 연속 스트립을 타이어 형성 기계 위에 직접 적용하여 제 1 경화 속도를 갖는 고무의 제 1 층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 경화 속도와는 다른 제 2 경화 속도를 얻도록 촉진제의 양을 조정하고, 그 다음에 제 2 경화 속도를 갖는 고무의 스트립을 상기 타이어 형성 기계 위에 적용하는 단계를 포함하고, 상기 경화 속도 중 하나는 나머지 하나의 경화 속도보다 빠르다.

Description

가변 경화 속도를 갖는 성층 고무 물품을 형성하는 방법{METHOD FOR FORMING STRATIFIED RUBBER ARTICLE WITH VARIABLE CURE RATE}
본 발명은 일반적으로 타이어 제조에 관한 것으로서, 더 구체적으로 맞춤 고무 혼합물의 연속 생산에 관한 것이다.
더 양호한 타이어 성능, 특히 더 낮은 롤링 저항을 얻는 것이 점점 더 요구되고 있다. 일반적으로, 더 낮은 롤링 저항의 특성은 경화 온도가 더 낮음에 따라서 나타난다는 것이 알려져 있다. 더 낮은 경화 온도에 대한 불리한 점은, 성형 시간이 증가되고, 이것은 더 낮은 생산성으로 귀착된다는 것이다. 하나의 해법은 더 낮은 경화 온도로부터 시간 불이익을 제거하기 위해 더 빠른 경화 패키지를 이용하는 것일 수 있다. 그러나, 고무에 더 빠른 경화 패키지를 사용하는 것은 어려운 것으로 판명되었고, 이것은 전형적으로 벤버리 혼합기(Banbury mixer) 내에서 처리되는 화합물이 타버리는 것으로 귀착된다.
따라서, 둘 이상의 화합물을 함께 혼합하고, 화합물과 다른 첨가제의 비(ratio)를 제어함으로써 타이어 형성 기계에서의 맞춤 혼합을 제공하는 장치 및 방법을 제공하면서, 벤버리 혼합기의 사용 필요성을 사실상 감소시키는 개선된 방법 및 장치가 요구된다. 비생산적인 화합물과 생산적인 화합물 둘 모두가 함께 혼합될 수 있다. 촉진제를 갖는 맞춤 가능한 화합물을 제조하는 능력을 제공하는 시스템을 타이어 형성 기계에 구비하는 것이 또한 요구된다. 또한 해결되어야 할 부가적인 문제는 타이어 형성 기계에서 화합물을 연속적으로 산출하는 것이다.
본 발명에 따르면, 제 1 화합물 및 제 2 화합물로 형성된 타이어용 트레드를 형성하는 방법으로서, 상기 트레드는 둘 이상의 고무의 층을 포함하는, 타이어용 트레드를 형성하는 방법에 있어서, 메인 압출기 및 제 1 기어 펌프를 통해 제 1 고무 화합물을 압출하는 단계와; 제 2 압출기 및 제 2 기어 펌프를 통해 그리고 상기 메인 압출기 안에 제 2 고무 화합물을 압출하는 단계와; 상기 메인 압출기 안에 촉진제를 펌핑하는 단계와; 상기 제 1 기어 펌프의 속도 및 상기 제 2 기어 펌프의 속도를 조정함으로써 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 혼합비를 변경하고, 그 다음에 상기 제 1 화합물 및 상기 제 2 화합물로 형성된 고무의 스트립을 타이어 형성 기계 위에 직접 적용하여 제 1 혼합비 및 제 1 경화 속도를 갖는 고무의 제 1 스트립을 형성하는 단계와; 상기 제 1 경화 속도와는 다른 제 2 경화 속도를 얻도록 촉진제의 양을 조정하면서, 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 제 2 혼합비를 얻도록 상기 제 1 기어 펌프 및 상기 제 2 기어 펌프의 속도를 조정하고, 그 다음에 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 상기 제 2 혼합비로 형성된 고무의 스트립을 상기 타이어 형성 기계에 적용하여 제 2 경화 속도를 갖는 고무의 제 2 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드를 형성하는 방법이 제공된다.
정의
"종횡비(aspect ratio)"는 타이어의 단면 폭에 대한 단면 높이의 비(ratio)를 의미한다.
"축방향" 및 "축방향으로"는 타이어의 회전축선에 평행한 선 또는 방향을 의미한다.
"비드(bead)" 또는 "비드 코어(bead core)"는 일반적으로 환형 장력 부재를 포함하는 타이어의 부분을 의미하며, 반경방향 내측 비드는 플리퍼(flipper), 치퍼(chipper), 에이펙스(apex) 또는 필러(filler), 토 가드(toe guard) 및 체이퍼(chafer)와 같은 다른 보강 요소와 함께 또는 다른 보강 요소 없이 플라이 코드(ply cord)에 의해 둘러싸여 형성된 림에 타이어를 유지하는 것에 관련된다.
"벨트 구조체" 또는 "보강 벨트"는 직조 또는 비-직조되고, 트레드의 밑에 있으며, 비드에 고정되어 있지 않고, 좌측 코드각(cord angle)과 우측 코드각 둘 모두가 타이어의 적도 평면에 대해서 17° 내지 27° 범위인 평행 코드의 적어도 2개의 환형 층 또는 플라이를 의미한다.
"브레이커(breaker)" 또는 "타이어 브레이커"는 벨트 또는 벨트 구조체 또는 보강 벨트와 동일한 것을 의미한다.
"카커스(carcass)"는 꼬아 잇기에 적합한 길이로 절단되거나, 이미 원통형 또는 원환 형상으로 꼬아 이어진 타이어 플라이 재료 및 다른 타이어 구성요소의 라미네이트(laminate)를 의미한다. 가황 처리되어 성형된 타이어를 형성하기 전에 추가 구성요소가 카커스에 부가될 수 있다.
"원주방향"은 축선 방향에 수직한 환형 트레드의 표면의 주변을 따라서 연장하는 선 또는 방향을 의미하며, 원주방향은 또한 그것의 반지름들이 단면에서 볼 때 트레드의 축선 방향 만곡부를 규정하는 인접 원형 곡선들의 세트의 방향을 말할 수도 있다.
"코드"는 플라이를 보강하기 위해 사용되는 섬유를 비롯한 보강 스트랜드(strand) 중 하나를 의미한다.
"내측 라이너"는 튜브리스 타이어의 내측면을 형성하는 탄성 중합체 또는 다른 재료와, 타이어 안에 팽창 유체를 수용하는 탄성 중합체 또는 다른 재료의 층 또는 층들을 의미한다.
"인서트(insert)"는 전형적으로 런플랫(runflat) 유형의 타이어의 측벽을 보강하기 위해 사용되는 보강물을 의미하며, 인서트는 또한 타이어의 밑에 있는 탄성 중합체 인서트를 말한다.
"플라이(ply)"는 탄성 중합체로 코팅된 코드의 코드-보강된 층을 의미한다.
"반경방향" 및 "반경방향으로"는 반경방향으로 타이어의 회전 축선을 향하거나 그것으로부터 멀어지는 방향을 의미한다.
"래디얼 플라이 구조(radial ply structure)"는 하나 이상의 카커스 플라이를 의미하거나, 적어도 하나의 플라이가 타이어의 적도 평면에 대해서 65° 내지 90°의 각도로 배향된 보강 코드를 갖는 것을 의미한다.
"래디얼 플라이 타이어"는 비드로부터 비드로 연장하는 플라이 코드가 타이어의 적도 평면에 대해서 65° 내지 90°의 코드 각도에 있는 띠를 감은 또는 원주방향으로 제한된 공기식 타이어를 의미한다.
"측벽"은 트레드와 비드 사이의 타이어의 부분을 의미한다.
"라미네이트 구조체"는 타이어의 하나 이상의 층, 또는 이너라이너(innerliner), 측벽 및 선택적인 플라이 층과 같은 탄성 중합체 구성요소로 만들어진 비가황처리된 구조체를 의미한다.
"생산적인 화합물(productive compound)"은 촉진제, 황 및 고무를 경화시키기 위해 필요한 다른 물질을 포함하는 고무 화합물을 의미한다.
"비생산적인 화합물"은 다음의 항목 1) 촉진제, 2) 황 또는 3) 경화제(들) 중 하나 이상을 갖지 않는 고무 화합물을 의미한다.
도 1은 본 발명의 혼합 시스템의 개략도,
도 2 및 도 3은 혼합 시스템으로부터의 예시적인 생산물을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 트레드의 단면 프로파일을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 트레드의 단면 프로파일의 제 2 실시예를 도시하는 도면,
도 6은 격자 점으로 분해된 트레드를 개략적으로 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 연속 성층 트레드의 제 3 실시예를 도시하는 도면.
본 발명이 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 타이어 또는 타이어 구성요소용 고무 합성물을 제조하기 위한 용도에 적합한 연속 혼합 시스템을 위한 방법 및 장치(10)의 제 1 실시예를 도시한다. 연속 혼합 시스템은 타이어 적용으로 한정되지 않으며, 예를 들어 컨베이어, 호스, 벨트 등과 같이 타이어와 관련되지 않은 다른 고무 구성요소를 만들기 위해 사용될 수 있다. 혼합 시스템은 짧은 체류 시간의 이익과 함께 타이어 형성 드럼 또는 다른 타이어 형성 장치에 고무 합성물의 직접 적용을 위해 타이어 형성 기계에 직접 제공될 수 있다.
도 1은 메인 압출기(20)를 포함하는 본 발명의 연속 혼합 장치(10)를 도시한다. 압출기(20)는 생산적인 또는 비생산적인 고무 합성물, 또는 플라스틱 합성물일 수 있는 제 1 화합물(A)을 수용하는 입구(22)를 갖는다. 압출기는 고무 또는 탄성 중합체 화합물의 처리에 적합한 임의의 시판용 압출기를 포함할 수 있다. 압출기는 핀 유형 압출기, 트윈 스크류 또는 단일 스크류 압출기 또는 링 유형의 압출기로서 당업자가 통상적으로 알고 있는 구매 가능한 압출기를 포함할 수 있다. 사용하기에 적합한 구매 가능한 하나의 압출기는 네덜란드 소재의 브이엠아이 홀랜드 비브이(VMI Holland BV)에 의해 판매되는 멀티컷 트랜스퍼믹스(multicut transfermix, MCT) 압출기이다. 바람직하게, 압출기는 L/D가 약 8이지만, 약 5 내지 약 25의 범위, 바람직하게는 10 내지 15일 수 있다. 링 유형, 핀 유형 또는 MCT 유형의 압출기가 바람직하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 압출기는 약 80℃ 내지 약 150℃, 바람직하게는 약 90℃ 내지 약 120℃ 범위의 온도까지 화합물(A)을 덥히고, 필요에 따라 고무 합성물을 저작하는 기능을 한다.
화합물(B)은 또한 생산적인 또는 비생산적인 고무 합성물 또는 플라스틱 합성물을 포함할 수 있다. 화합물(B) 합성물의 예는 이하에 더 상세하게 설명된다. 화합물(B)은 최초로 제 2 압출기(40) 및 제 2 기어 펌프(42)에 의해 압출된다. 압출기(40)는 종래의 핀 유형, 링 유형, 듀얼 스크류 또는 단일 스크류 유형의 압출기일 수 있다. 기어 펌프(42)는 계량 장치 및 펌프로서 기능을 하며, 유성 기어, 베벨 기어 또는 다른 기어와 같은 기어를 가질 수 있다. 압출기(40) 및 기어 펌프(40)는 또한 결합 유닛일 수 있다.
화합물(B)은 기어 펌프(42)로부터 제어된 양으로 출력되어 메인 압출기(20)의 핀 구멍 안에 공급된다. 화합물(A) 및 화합물(B)는 정밀 제어된 양으로 함께 혼합된다. 오일 펌프(60)에 의해 오일이 선택적으로 메인 압출기(22) 안에 주입될 수 있다. 오일은 화합물 혼합물의 점성을 제어한다.
장치(10)는 제 1 촉진제와 같은 하나 이상의 첨가제를 펌핑하기 위한 제 1 첨가제 펌프(70)를 더 포함할 수 있으며, 첨가제는 메인 압출기(22)에서 또는 기어 펌프(25)에서 혼합물에 선택적으로 첨가될 수 있다. 장치는 제 2 촉진제와 같은 하나 이상의 첨가제를 메인 압출기(20) 안으로 또는 메인 기어 펌프(25) 안에 펌핑하기 위한 제 2 첨가제 펌핑 장치(80)를 더 포함할 수 있다. 장치는 제 3 촉진제와 같은 하나 이상의 첨가제를 메인 압출기(20) 안으로 또는 기어 펌프(25) 안에 펌핑하기 위한 제 3 첨가제 펌프(90)를 더 포함할 수 있다. 첨가제 펌프(70, 80, 90)는 기어 펌프, 기어 펌프 압출기, 벤튜리 펌프 또는 당업자에게 알려진 다른 펌핑 장치일 수 있다.
만약 둘 이상의 촉진제가 사용된다면, 첨가제는 개별적으로 또는 함께 혼합물 안에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 제 1 촉진제와 제 2 촉진제 둘 모두가 첨가될 수 있다. 촉진제는 가황 처리를 위해 필요한 시간 및/또는 온도를 제어하기 위해 그리고 고무의 특성을 개선하기 위해 사용된다. 촉진제는 분말 형태, 또는 수지 또는 고무 기반의 캡슐화된 분말일 수 있다. 촉진제 합성물의 예는 이하에 더 상세하게 설명된다.
다른 첨가제는 경화제 또는 전구체를 포함하며, 경화제 및 전구체는 또한 첨가제 펌프(90)에 의해 혼합기에 첨가될 수 있다. 경화제의 일 예는 황이다. 황은 고체 형태로 첨가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 장치는 A 및 B 화합물의 정밀 혼합물인 화합물(C)의 생산 혼합물, 선택적인 오일 및 선택적인 촉진제 및 선택적인 첨가제를 생산한다. 화합물(C)의 생산 혼합물은 메인 압출기(20)를 떠나 메인 기어 펌프(25)로 들어간다. 메인 기어 펌프(25)는 바람직하게 도 1에 도시된 바와 같이 코어, 트레드 재생 타이어용 타이어 블랭크 버프 카커스, 또는 타이어 형성 드럼(95) 위에 직접 적용을 위해 타이어 형성 스테이션(95)에 인접하게 위치된다. 기어 펌프(25)는 바람직하게 기어 펌프(25)로부터의 화합물 제형 생산물을 타이어 형성 기계(95) 위에 직접 스트립으로 적용하는 노즐(95)을 구비하며, 스트립은 타이어 형성 드럼 또는 코어 위에 감긴다.
화합물(B)의 체적 유량에 대한 화합물(A)의 체적 유량의 비는, 화합물(A)용 기어 펌프(25)의 속도와 화합물(B)용 기어 펌프(42)의 속도의 비를 제어하는 컴퓨터 제어기(100)에 의해 정밀하게 제어된다. 예를 들어, 시스템(10)으로부터의 화합물 생산물은 도 2에 도시된 바와 같이 20% 화합물(A) 및 80% 화합물(B)의 체적비를 포함할 수 있다. 대안적으로, 시스템으로부터의 화합물 생산물은 35% 화합물(B) 및 65% 화합물(A)의 체적비를 갖는 혼합물(D)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 시스템으로부터의 화합물 생산물은 10% 화합물(B) 및 90% 화합물(A)의 체적비를 갖는 혼합물(Z)을 포함할 수 있다. 따라서, 화합물(B)에 대한 화합물(A)의 비는 0:100% 내지 100%:0의 범위일 수 있다. 비는 기어 펌프(25, 42)의 속도를 변화시킴으로써 동시에 조정될 수 있다. 컴퓨터 제어기(100)는 작동 압력, 작동 온도, 펌프 또는 스크류 속도와 같은 압출기 및 기어 펌프 작동 파라미터를 추가로 제어할 수 있다.
컴퓨터 제어기는 또한 화합물의 경화 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 점가제 펌프(70)가 화합물(A) 및 화합물(B)의 혼합물과 제 1 촉진제를 혼합하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하기 바란다. 촉진제의 양은 컴퓨터 제어기에 의해 제어될 수 있다. 제 2 촉진제가 또한 첨가제 펌프(80)를 통해 화합물(A) 및 화합물(B)의 혼합물에 첨가될 수 있다. 제 1 및 제 2 촉진제의 양은 제어기를 통해 펌프의 속도를 제어함으로써 동시에 조정될 수 있다.
바람직하게, 컴퓨터 제어기(100)는 각 압출기의 출구 압력에 대한 압력 목표값을 설정한다. 압출기 속도는 제어기에 의해 제어되며, 압력 목표값이 충족될 때까지 변화된다. 압력 목표값은 압출기 내의 재료의 역류를 야기함으로써 혼합 품질에 영향을 미친다.
본 발명의 제 1 예에서, 도 4에 도시된 바와 같은 단면 프로파일을 갖는 성층 트레드(200)가 형성된다. 성층 트레드는 3개 이상의 층으로 구성되며, 각 층은 상이한 경화 속도를 갖는다. 반경방향 최외측 층(210)은 바람직하게 제 1 경화 속도를 갖도록 충분한 양으로 첨가제 펌프(70)를 통해 촉진제와 혼합된 트레드 화합물로 형성된다.
반경방향 최내측 층(220)은 최외측 층(210)의 화합물과 동일하거나 상이할 수 있는 트레드 화합물로 형성된다. 제 1 촉진제는 반경방향 최외측 층(210)의 경화 속도에 비해 더 빠른 경화 속도를 갖도록 충분한 양으로 기어 펌프/압출기(70)를 통해 혼합물에 첨가된다. 반경방향 최내측 층(220)의 경화 속도는 바람직하게 반경방향 최외측 층(210)의 경화 속도보다 30 내지 40% 빠르다. 제 2 촉진제는 또한 원하는 경화 속도를 만들기 위해 제 1 촉진제와 함께 사용될 수 있다.
선택적인 중간 층(230)이 반경방향 외측 층과 반경방향 내측 층의 사이에 형성된다. 중간 층은 반경방향 최외측 층(210)의 경화 속도에 비해 빠르지만, 반경방향 최내측 층(220)의 경화 속도보다 느린 경화 속도를 갖는 소정의 화합물로 형성된다. 중간 층(230)의 경화 속도는 바람직하게 반경방향 최외측 층(210)의 경화 속도보다 10 내지 30% 빠르다. 제 2 촉진제는 또한 원하는 경화 속도를 만들기 위해 제 1 촉진제와 함께 사용될 수 있다.
따라서, 도 4의 예시적인 트레드는 동일 화합물로 형성되며 반경방향에서 변하는 경화 속도를 갖는다. 트레드는 이것으로 한정되지 않으며, 축방향에서 변하는 경화 속도를 갖는 하나 이상의 트레드 화합물을 포함할 수 있다. 트레드는 또한 반경방향과 축방향 둘 모두에서 변하는 경화 속도를 갖는 형태를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 예에서, 도 5에 도시된 바와 같은 단면 프로파일을 갖는 성층 트레드(300)가 형성된다. 성층 트레드는 3개 이상의 층으로 구성된다. 반경방향 최외측 층(310)은 바람직하게 내마모성이 높은 트레드 화합물(화합물 A)로 형성된다. 내마모성이 높은 트레드 화합물은 높은 충전재와 함께 뻣뻣한 화합물인 경향이 있다. 원하는 경화 속도를 갖도록 충분한 양으로 촉진제가 기어 펌프/압출기(70)를 통해 혼합물에 첨가된다.
반경방향 최내측 층(320)은 바람직하게 낮은 또는 극히 낮은 롤링 저항을 갖는 화합물(화합물 B)로 형성된다. 반경방향 최내측 층(320)은 100% 화합물 B로 형성될 수 있다. 낮은 롤링 저항을 갖는 화합물은 낮은 충전재와 함께 대체로 연한 화합물이다. 롤링 저항이 낮은 화합물은 마모율이 높은 경향이 있다. 반경방향 최외측 층(310)의 경화 속도에 비해 더 빠른 경화 속도를 갖도록 충분한 양으로 제 1 촉진제가 기어 펌프/압출기(70)를 통해 혼합물에 첨가된다. 반경방향 최내측 층(320)의 경화 속도는 바람직하게 반경방향 최외측 층(310)의 경화 속도보다 30 내지 40% 빠르다. 제 2 촉진제는 또한 원하는 경화 속도를 만들기 위해 제 1 촉진제와 함께 사용될 수 있다.
선택적인 중간 층(330)이 반경방향 외측 층과 반경방향 내측 층의 사이에 형성된다. 중간 층(330)은 바람직하게 반경방향 최외측 층(310)을 위해 선택된 화합물(화합물 A)과 반경방향 최내측 층(320)을 위해 선택된 화합물(화합물 B)의 혼합물로 형성된다. 혼합비는 원하는 대로 10% 내지 90% 화합물 A, 90% 내지 10% 화합물 B의 범위에서 변할 수 있다. 반경방향 최외측 층(310)의 경화 속도에 비해 더 빠르지만, 반경방향 최내측 층(320)의 경화 속도보다 느린 경화 속도를 갖도록 충분한 양으로 제 1 촉진제가 첨가제 펌프(70)를 통해 혼합물에 첨가된다. 중간 층(330)의 경화 속도는 바람직하게 반경방향 최외측 층(310)의 경화 속도보다 10 내지 30% 빠르다. 제 2 촉진제는 또한 원하는 경화 속도를 만들기 위해 제 1 촉진제와 함께 사용될 수 있다.
각 층의 경화 속도는 촉진제의 양을 변경함으로써, 또는 제 1 및 제 2 촉진제를 결합하여 사용함으로써 변화될 수 있다. 경화 속도는 또한 각 층마다 사용된 촉진제의 조성 또는 유형을 변경함으로써 변화될 수 있다.
트레드를 형성하기 위해, 화합물(A)의 제 1 층이 형(form) 또는 타이어 형성 기계 위에 압출된다. 트레드는 타이어 형성 기계 위에 스트립으로 압출될 수 있다. 도 1의 혼합 시스템이 사용될 수 있으며, 선택된 원하는 화합물(A) 및 원하는 촉진제의 양이 압출기(20) 안에 공급된다. 화합물(A)은 기어 펌프(25)를 떠나 노즐(92)을 통해 타이어 형성 드럼(95) 위에 공급된다. 화합물(A)은 타이어 드럼 위에 원하는 프로파일로 압출된다.
중간 층(230)을 형성하기 위해, 화합물(A)은 원하는 양의 제 1 및/또는 제 2 촉진제와 함께 원하는 양으로 화합물(B)과 혼합된다. 원하는 혼합비가 선택된 후에, 정밀한 혼합비를 얻도록 기어 펌프의 속도비를 이용하여 화합물(A)이 화합물(B)과 혼합된다. 혼합물은 그 다음에 타이어 형성 드럼 위에 원하는 프로파일로 압출된다.
다음, 화합물(B)을 중간 층 위의 타이어 형성 드럼 위에 원하는 프로파일로 압출함으로써 외측 층이 형성된다. 외측 층은 또한 원하는 특성에 도달하기 위해 화합물(A) 및 화합물(B)의 혼합물일 수 있다.
도 7은 성층 트레드 프로파일(400)의 제 3 실시예를 도시한다. 트레드는 화합물 조성과 반경방향에서의 경화 속도 둘 모두의 면에서 변한다. 반경방향 외측 표면(405)은 100% 화합물(A)로 형성되고 빠른 경화 속도를 갖는다. 이 예에서, 화합물(A)은 높은 내마모성을 갖도록 선택된다. 내마모성이 높은 트레드 화합물은 높은 충전재와 함께 뻣뻣한 화합물인 경향이 있다. 반경방향 최내측 층(410)은 화합물(B)로 형성된다. 비록 다른 화합물 특성이 선택될 수 있지만, 화합물(B)은 낮은 롤링 저항 특성을 갖도록 선택된다. 반경방향 최내측 층은 또한 가장 빠른 경화 속도를 갖는다. 트레드는 층이 반경방향 외측으로 진행함에 따라 화합물(A)의 양이 증가하고 화합물(B)의 양이 감소되어, 화합물(B)에 대한 화합물(A)의 조성의 면에서 점진적으로 변하는 다수의 중간 층을 더 포함한다. 다수의 중간 층은 또한 반경방향 최내측 층에서 가장 빠른 경화 속도로부터 층이 반경방향 외측으로 진행함에 따라서 점진적으로 경화 속도가 느려져, 경화 속도의 면에서 점진적으로 변한다.
트레드를 형성하기 위해, 도 1의 혼합 시스템이 사용될 수 있으며, 원하는 화합물(A)이 압출기(20) 안에 공급된다. 컴퓨터 제어기(100)는 또한 제 1 경화 속도를 만들기 위해 기어 펌프(70)를 통해 혼합물에 첨가된 제 1 촉진제의 양을 제어한다. 생산 혼합물은 기어 펌프(25)를 떠나 노즐(92)을 통해 타이어 형성 드럼(95) 위에 공급되며, 타이어 드럼 위에 제 1 층으로 압출된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 그 다음에 제 2 층이 제 1 층의 위에 압출된다. 제 2 층은 화합물(A) 및 화합물(B)의 혼합물로 형성된다. 일 예에서, 제 2 층은 10% 혼합물(A)과 90%의 혼합물(B)로 형성될 수 있다. 혼합 시스템의 컴퓨터 제어기는 10% 혼합물(A)과 90%의 혼합물(B)을 갖도록 생산 혼합물을 제어하기 위해 각 기어 펌프(25, 42)의 속도를 조정한다. 컴퓨터 제어기는 또한 상기 제 1 속도와는 다른, 그리고 바람직하게는 더 빠른 제 2 경화 속도를 만들기 위해 기어 펌프(70)를 통해 혼합물에 첨가된 제 1 촉진제의 양을 제어한다. 그 다음에 제 3 층이 제 1 층의 위에 압출된다. 제 3 층은 20% 화합물(A)과 80% 화합물(B)을 포함하고, 상기 제 1 또는 제 2 속도와는 상이한, 그리고 바람직하게는 더욱더 빠른 제 3 경화 속도를 가질 수 있다. 그 다음에 30 대 70의 비를 갖고, 상기 제 1 또는 제 2 속도와는 상이한, 그리고 바람직하게는 더욱더 빠른 제 4 경화 속도를 갖는 제 4 층이 제 3 층의 위에 압출될 수 있다. 외측 층이 100% 화합물(A)로 형성될 때까지 과정이 반복될 수 있다.
위의 예의 혼합비는 원하는 바에 따라 변할 수 있으며, 위의 예로 한정되지 않는다. 비록 예는 고무의 조성과 반경방향에서의 경화 속도를 다르게 하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 고무의 조성은 축방향에서, 그리고 또한 반경방향과 결합하여 달라질 수 있다. 고무 화합물의 경화 속도도 축방향에서, 그리고 또한 반경방향과 결합하여 달라질 수 있다. 트레드는 또한 축방향에서 고무 혼합물의 조성 또는 혼합비를 변경함으로써 형성될 수 있다. 트레드는 또한 원하는 바에 따라 축방향과 반경방향 둘 모두에서 고무 혼합물의 조성 또는 혼합비를 변경함으로써 형성될 수 있다. 도 5는 작은 증분으로 분해된 트레드 프로파일의 일부분을 예시한다. 일단 이상적인 트레드 프로파일이 설계되면, 트레드 프로파일은 작은 증분형 블록(A, B, C)으로 분해되고, 각 증분형 블록에 대해 원하는 혼합비 및 경화 속도가 선택된다. 컴퓨터 제어를 이용하여, 원하는 혼합비 및 경화 속도를 갖는 하나 이상의 스트립이 타이어 형성 드럼에 적용될 수 있다. 혼합비는 원하는 바에 따라 반경방향, 축방향, 또는 두 방향 모두에서 변할 수 있다.
다음은 본 발명과 함께 사용될 수 있는 예시적인 합성물이다.
Ⅰ. 촉진제 합성물
일 실시예에서, 단일 촉진제 시스템, 즉 제 1 촉진제가 사용될 수 있다. 제 1 촉진제(들)는 약 0.5 내지 약 4, 대안적으로 약 0.8 내지 약 1.5phr 범위의 전체량으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 가황 처리된 고무의 특성을 활성 및 개선하기 위해, 제 2 촉진제가 약 0.05 내지 약 3phr과 같이 더 적은 양이 사용되어, 제 1 및 제 2 촉진제의 결합물이 사용될 수 있다. 이들 촉진제의 결합물은 최종 특성에 상승 효과를 나타내는 것으로 예측될 수 있으며, 어느 하나의 촉진제만의 사용에 의해 생산된 것보다 약간 더 낫다. 추가로, 표준 처리 온도에 의해 영향을 받지 않지만 통상의 가황 처리 온도에서 만족스러운 경화물을 생산하는 지연 작용 촉진제가 사용될 수 있다. 경화 지연제가 또한 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 유형의 촉진제는 아민, 이황화물, 구아니딘, 티오 요소, 티아졸, 티우람, 술펜아미드, 디티오카바메이트 및 크산틴산염이다. 일 실시예에서, 제 1 촉진제는 술펜아미드이다. 만약 제 2 촉진제가 사용된다면, 제 2 촉진제는 구아니딘, 디티오카바메이트 또는 티우람 화합물일 수 있다. 적합한 구아니딘은 디페닐구아니딘 등을 포함한다. 적합한 티우람은 테트라메틸티우람 디설파이드, 테트라에틸티우람 설파이드 및 테트라벤질티우람 설파이드를 포함한다.
Ⅱ. 고무 합성물
고무 합성물에 사용될 수 있는 대표적인 고무는 아크릴로니트릴/디엔 공중합체, 천연 고무, 할로겐화 부틸 고무, 부틸 고무, 시스-1,4-폴리이소프렌, 스티렌-부타디엔 공중합체, 시스-1,4-폴리부타디엔, 스티렌-이소프렌-부타디엔 삼원 공중합체, 에틸렌/프로필렌/디엔 단량체(ethylene/propylene/diene monomer, EPDM)로도 알려진 에틸렌-프로필렌 삼원 공중합체, 그리고 특히 에틸렌/프로필렌/디시클로펜타디엔 삼원 공중합체를 포함한다. 상기 고무의 혼합물이 사용될 수 있다. 각 고무 층은 동일 고무 합성물로 구성될 수 있거나, 또는 교대 층이 상이한 고무 합성물일 수 있다.
고무 화합물은 판상 필러(filler)를 포함할 수 있다. 판상 필러의 대표적인 예는 활석, 점토, 운모 및 이것의 혼합물을 포함한다. 사용될 때, 판상 필러의 양은 고무의 100 중량부당 약 25 내지 150 중량부의 범위이다(이하, phr로 언급됨). 바람직하게, 고무 화합물 내의 판상 필러의 수준은 약 30 내지 약 75phr의 범위이다.
다양한 고무 합성물이 종래의 고무 합성 성분과 함께 합성될 수 있다. 통상적으로 사용되는 종래의 성분은 카본 블랙, 실리카, 결합제, 점착 강화제 수지, 처리 보조제, 산화 방지제, 오존화 방지제, 스테아린산, 활성제, 왁스, 오일, 가황 처리제 및 해교제를 포함한다. 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 원하는 마멸 저항 및 다른 특성의 정도에 따라서, 전술한 소정의 첨가제가 종래의 양으로 통상적으로 사용된다. 카본 블랙의 전형적인 첨가량은 고무의 약 10 내지 150 중량부, 바람직하게 50 내지 100phr을 포함한다. 실리카의 전형적인 양은 10 내지 250 중량부, 바람직하게 30 내지 80 중량부를 포함하며, 실리카 및 카본 블랙의 혼합물이 또한 포함된다. 점착 강화제 수지의 전형적인 양은 약 2 내지 10phr을 포함한다. 처리 보조제의 전형적인 양은 1 내지 5phr을 포함한다. 산화 방지제의 전형적인 양은 1 내지 10phr을 포함한다. 오존화 방지제의 전형적인 양은 1 내지 10phr을 포함한다. 스테아린산의 전형적인 양은 0.5 내지 약 3phr을 포함한다. 촉진제의 전형적인 양은 1 내지 5phr을 포함한다. 왁스의 전형적인 양은 1 내지 5phr을 포함한다. 오일의 전형적인 양은 2 내지 30phr을 포함한다. 원소 황, 아민 디설파이드, 중합체 폴리설파이드, 설퍼 올레핀 부가물 및 이것의 혼합물과 같은 가황 처리제는 약 0.2 내지 8phr의 범위로 사용된다. 해교제의 전형적인 양은 약 0.1 내지 1phr을 포함한다.
Ⅲ. 오일
고무 합성물은 또한 최대 70phr의 처리 오일을 포함할 수 있다. 처리 오일은 탄성 중합체를 확대하기 위해 전형적으로 사용되는 확대 오일로서 고무 합성물에 포함될 수 있다. 처리 오일은 또한 고무 합성 동안 직접 오일을 첨가함으로써 고무 합성물에 포함될 수 있다. 적합한 처리 오일은 방향족, 파라핀, 나프탄계, 식물유, 및 MES, TDAE, SRAE 및 중 나프탄계 중유와 같은 저 PCA 오일을 비롯하여 당업계에 알려진 다양한 오일을 포함한다. 적합한 저 PCA 오일은 IP346 방법에 의해 결정될 때 3중량% 미만의 다환식 방향족 함량을 갖는 것을 포함한다. IP346 방법에 관한 절차는 영국 석유 협회에 의해 발행된 석유 및 관련 제품의 분석 및 시험을 위한 표준 방법 및 영국 표준 2000 파트, 2003년 62판에서 찾아볼 수 있다.
본 명세서에 제공된 설명에 비추어 본 발명의 변형이 가능하다. 본 발명을 예시할 목적으로 소정의 대표적인 실시예 및 상세가 기술되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나는 일 없이 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 다음의 청구의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 의도된 전체 범위 내에 있을 변형이 기술된 구체적인 실시예에서 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
10 : 연속 혼합 장치 20 : 메인 압출기
22 : 입구 25 : 기어 펌프
40 : 제 2 압출기 42 : 제 2 기어 펌프
60 : 오일 펌프 70 : 첨가제 펌프

Claims (6)

  1. 제 1 화합물 및 제 2 화합물로 형성된 타이어용 트레드를 형성하는 방법으로서, 상기 트레드는 둘 이상의 고무의 층을 포함하는, 타이어용 트레드를 형성하는 방법에 있어서,
    메인 압출기 및 제 1 기어 펌프를 통해 제 1 고무 화합물을 압출하는 단계와;
    제 2 압출기 및 제 2 기어 펌프를 통해 그리고 상기 메인 압출기 안에 제 2 고무 화합물을 압출하는 단계와;
    상기 메인 압출기 안에 촉진제를 펌핑하는 단계와;
    상기 제 1 기어 펌프의 속도 및 상기 제 2 기어 펌프의 속도를 조정함으로써 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 혼합비를 변경하고, 그 다음에 상기 제 1 화합물 및 상기 제 2 화합물로 형성된 고무의 스트립을 타이어 형성 기계 위에 직접 적용하여 제 1 혼합비 및 제 1 경화 속도를 갖는 고무의 제 1 스트립을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 경화 속도와는 다른 제 2 경화 속도를 얻도록 촉진제의 양을 조정하면서, 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 제 2 혼합비를 얻도록 상기 제 1 기어 펌프 및 상기 제 2 기어 펌프의 속도를 조정하고, 그 다음에 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 상기 제 2 혼합비로 형성된 고무의 스트립을 상기 타이어 형성 기계에 적용하여 제 2 경화 속도를 갖는 고무의 제 2 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    타이어용 트레드를 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 3 경화 속도를 형성하도록 촉진제의 양을 조정하고 제 2 촉진제를 첨가하면서, 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 제 3 혼합비를 제공하도록 상기 제 1 기어 펌프의 속도 및 상기 제 2 기어 펌프의 속도를 조정하고, 그 다음에 상기 제 1 화합물의 상기 제 3 혼합비로 형성된 고무의 스트립을 상기 타이어 형성 기계에 적용함으로써, 상기 제 2 층의 위에 고무의 제 3 층이 형성되는 것을 특징으로 하는
    타이어용 트레드를 형성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물은 롤링 저항 특성이 낮은 것을 특징으로 하는
    타이어용 트레드를 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 화합물은 내마모성 특성이 높은 것을 특징으로 하는
    타이어용 트레드를 형성하는 방법.
  5. 둘 이상의 고무의 층을 포함하는 트레드를 형성하는 방법에 있어서,
    압출기 및 기어 펌프를 통해 고무 화합물을 압출하고, 촉진제와 혼합하며, 그 다음에 제 1 경화 속도를 갖는 고무의 하나 이상의 제 1 스트립을 타이어 형성 기계 위에 직접 적용하는 단계와;
    상기 제 1 경화 속도와는 다른 제 2 경화 속도를 얻도록 촉진제의 양을 조정하고, 그 다음에 제 2 경화 속도를 갖는 고무의 하나 이상의 제 2 스트립을 상기 타이어 형성 기계 위에 직접 적용하는 단계를 포함하고,
    상기 경화 속도 중 하나는 나머지 하나의 경화 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는
    둘 이상의 고무의 층을 포함하는 트레드를 형성하는 방법.
  6. 제 1 화합물 및 제 2 화합물로 형성된 타이어 구성요소를 형성하는 방법에 있어서,
    제 1 압출기 및 제 1 기어 펌프를 통해 제 1 고무 화합물을 압출하는 단계와;
    제 2 압출기 및 제 2 기어 펌프를 통해 그리고 그 다음에 상기 제 1 압출기 안에 제 2 고무 화합물을 압출하는 단계와;
    상기 제 1 압출기 안에 촉진제를 펌핑하고, 상기 촉진제와 상기 제 1 및 제 2 화합물을 혼합하여, 제 1 혼합비 및 제 1 경화 속도를 갖는 제 1 고무 혼합물을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 고무 혼합물로 형성된 고무의 스트립을 타이어 맨드릴 위에 직접 적용하는 단계와;
    상기 제 1 경화 속도와는 다른 제 2 경화 속도를 얻도록 촉진제의 양을 조정하면서, 상기 제 2 화합물에 대한 상기 제 1 화합물의 제 2 혼합비를 얻도록 상기 제 1 기어 펌프 및 상기 제 2 기어 펌프의 속도를 조정함으로써 제 2 고무 혼합물을 형성하고, 그 다음에 상기 제 2 고무 혼합물로 형성된 고무의 하나 이상의 스트립을 상기 타이어 맨드릴에 직접 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    제 1 화합물 및 제 2 화합물로 형성된 타이어 구성요소를 형성하는 방법.
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