KR20110139123A - 폼 노이즈 댐퍼를 갖는 공기입 타이어 제조 방법 - Google Patents

폼 노이즈 댐퍼를 갖는 공기입 타이어 제조 방법 Download PDF

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KR20110139123A
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폴 해리 샌드스트롬
라멘드라 나쓰 마줌다르
칼 에릭 선드크비스트
르네 루이스 보만
에디 동-롱 판
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

본 발명은 폼 노이즈 댐퍼를 갖는 타이어의 제조 방법으로서, 그린 타이어 내부라이너의 처녀면 상에 폼 노이즈 댐퍼를 배치하는 단계; 폼 노이즈 댐퍼 위에 배리어 층을 배치하는 단계로서, 폼 노이즈 댐퍼는 그린 타이어 내부라이너의 처녀면과 배리어 층 사이에 위치하는 단계; 그린 타이어 내부라이너를 그린 타이어에 합체시키는 단계; 그린 타이어를 경화시키는 단계; 및 배리어 층을 제거하여 폼 노이즈 댐퍼를 드러내는 단계를 포함하는 타이어 제조 방법에 관한 것이다.

Description

폼 노이즈 댐퍼를 갖는 공기입 타이어 제조 방법{METHOD FOR MAKING PNEUMATIC TIRE WITH FOAM NOISE DAMPER}
본 발명은 내부라이너 표면 상에 배치되는 폼 노이즈 댐퍼를 타이어의 경화 중에 보호하는 방법에 관한 것이다.
(정의)
"카카스(carcass)"는 플라이 위의 벨트 구조물, 트레드, 언더트레드, 및 사이드월 고무를 제외하지만 비드(bead)를 구비하는 타이어 구조물을 의미한다.
"내부라이너"는 타이어의 내표면을 형성하고 타이어 내에 팽창성 유체를 수용하는 탄성중합체 또는 기타 재료로 형성된 단수 또는 복수의 층을 의미한다. 튜브형 타이어의 "내부라이너"는 튜브리스(tubeless) 타이어의 내부라이너와의 구별을 위해 보통 "스퀴지(squeegee)"로 지칭된다.
"공기입(pneumatic) 타이어"는, 비드와 트레드를 갖고 고무, 화학물, 직물 및 스틸 또는 기타 재료로 만들어지는 대체로 도넛 형상의(대개 개방형 원환체) 적층된 기계적 장치를 의미한다. 자동차의 바퀴에 장착될 때, 타이어는 그 트레드를 통해서 견인력을 제공하며, 차량 하중을 지탱하는 유체를 수용한다.
"트레드"는 타이어가 정상 하중 하에서 정상적으로 팽창될 때 도로와 접촉되는 타이어 부분, 즉 접지면(footprint)을 타이어 케이싱에 접합될 때 구비하는 몰딩된 고무 부품을 의미한다.
용어 "경화" 및 "가황처리(vulcanize)"는 달리 언급되지 않는 한 서로 바꾸어 사용될 수 있도록 의도된다.
용어 "그린" 및 "비경화"는 달리 언급되지 않는 한 서로 바꾸어 사용될 수 있도록 의도된다.
"처녀면(virgin surface)"은 경화 여부에 관계없이, 세척 공정을 겪지 않고 이형제와 접촉하지 않은 표면을 의미한다.
정부 규제 및 소비자 선호도는 승용차의 타이어로부터 생성되는 허용가능한 노이즈 레벨의 감소를 계속 강요한다. 도로 소음의 한 가지 근원은 타이어의 최내측면과 림에 의해 둘러싸인 공기 챔버 내의 공진이다. 타이어 노이즈를 감소시키기 위한 노력의 한 가지 형태는 공기 챔버 내의 공기 진동으로부터의 사운드를 감쇠시키는 것인 바, 이 노력은 주로 타이어 카카스에 인접한 타이어의 최내측면을 변경시키는 것에 집중되어 있다. 한 가지 방법에서는, 발포체가 타이어의 내부라이너에 부착됨으로써 발포 재료가 내부 공동 내의 노이즈 댐퍼로서 배치되는 바, 이는 200 내지 300 Hz의 타이어 공동 공진으로 인한 노이즈를 감소시키는데 효과적이다. 그러나, 이러한 폼 노이즈 댐퍼를 타이어 내부라이너에 부착하는 것은 문제가 있다.
공기입 그린 타이어의 카카스는 저탄성 고무에 넣어진(encase) 가요성 고탄성 코드의 일련의 층으로 구축된다. 내부라이너는 타이어의 최내측면을 형성하도록 배치된다. 그린 타이어는 타이어의 팽창을 강요하는 경화 블래더를 사용하는 경화 프레스 내에서 경화된다. 경화 중에, 내부라이너는 타이어의 트레드를 형성하기 위해 경화 몰드 내의 만입부에 대해 저항하는 카카스와 함께 팽창하며, 모든 부품은 그 사이에 실질적으로 응집성 결합을 제공하기 위해 공동-경화된다.
공기입 튜브리스 타이어용 내부라이너는 통상, 그 양호한 배리어 특성으로 인해 할로부틸 고무를 높은 중량비로 함유하는 화합물로 형성된다. 타이어가 경화되기 전에, 내부라이너의 전체 내면 및/또는 경화 블래더의 외표면에는 이형제가 코팅된다. 이형제는 통상, 내부라이너의 표면에 사용될 때는 "라이닝 시멘트"로서 지칭되고, 경화 블래더에 사용될 때는 "블래더 루브(lube)" 또는 "블래더 스프레이"로서 지칭된다. 이형제는 경화 이후에 내부라이너로부터 경화 블래더를 내부라이너가 손상되지 않도록 제거하는 것을 촉진한다. 공기입 튜브형 타이어용 내부라이너(또는 스퀴지)는 통상, 튜브를 나일론과의 직접 접촉으로부터 보호하기 위한 플라이 코트 스톡(ply coat stock)의 얇은 층이다. 이들 내부라이너는 배리어 특성이 요구되지 않으므로 보통 할로부틸 고무를 함유하지 않는다.
따라서, 경화된 내부라이너에 폼 노이즈 댐퍼를 접착하기 전에, 종래 방법에서, 내부라이너는 몰딩 작업으로 인해 내부라이너 표면에 존재하는 오염물을 제거하기 위해 세정되어야 한다. 특히, 이형제는 내부라이너 표면으로부터 제거되어야 한다. 이 세정 작업을 위해 통상 솔벤트(solvent)가 사용되었다. 이형제를 제거하는데 효과적인 솔벤트는 해로운 공기 오염물질을 함유한다. 이들 솔벤트는 따라서 근년에 점점 더 엄격해지는 환경 규제를 받는다. 따라서 엄격한 환경 규제에 부합되도록 내부라이너 표면을 솔벤트로 세정할 필요가 없게 하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 솔벤트 세정은 그 유해한 속성으로 인해 노동 집약적이고 고비용적이며, 따라서 솔벤트 세정 공정이 제거되면 상당한 비용 절감이 실현될 수 있다. 대안적으로, 폼 노이즈 댐퍼의 적용을 위한 내부라이너의 준비는, 접착에 적합한 표면을 제공하기 위해 내부라이너를 완충(buff)시키는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 미국 특허 제7,669,628호 참조).
본 발명의 목적은 폼 노이즈 댐퍼를 갖는 타이어의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 폼 노이즈 댐퍼를 갖는 타이어의 제조 방법으로서, 그린 타이어 내부라이너의 처녀면 상에 폼 노이즈 댐퍼를 배치하는 단계; 폼 노이즈 댐퍼 위에 배리어 층을 배치하는 단계로서, 폼 노이즈 댐퍼는 그린 타이어 내부라이너의 처녀면과 배리어 층 사이에 위치하는 단계; 그린 타이어 내부라이너를 그린 타이어에 합체시키는 단계; 그린 타이어를 경화시키는 단계; 및 배리어 층을 제거하여 폼 노이즈 댐퍼를 드러내는 단계를 포함하는 타이어 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시하며, 상기 개괄적인 설명 및 하기 상세한 설명과 함께 본 발명을 설명하는 작용을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 내부라이너의 압연 시트(rolled sheet)의 전체 원주면과 폼 노이즈 댐퍼의 전체 원주면을 뒤덮고 견인-탭(pull-tab)을 제공하기에 충분히 긴 배리어 층의 스트립의 조립체의 비실척 평면도이다.
도 3은 타이어 구축 드럼 상에서의 준비된 내부라이너, 배리어 층 및 폼 노이즈 댐퍼(도 2에 도시)의 위치설정을 개략 도시하는 사시도이다.
도 4는 경화된 타이어의 폼 노이즈 댐퍼를 드러내기 위해 내부라이너로부터 박리된 배리어 층의 스트립의 조립체의 비실척 평면도이다.
도 5는 내부라이너 표면에 접착되는 폼 노이즈 댐퍼를 갖는 배리어 층(도 4에 도시)의 제거 이후의 경화된 타이어의 부분 단면도이다.
본 발명에 따르면, 그린 타이어의 내부라이너에 접착된 폼 노이즈 댐퍼는, 폼 노이즈 댐퍼 위에 보호 배리어 층을 배치하고 보호층을 그린 내부라이너 처녀면에 접착함으로써, 몰드 이형제의 오염으로부터 및 경화 공정의 엄혹한 압력과 온도로부터 보호된다. 일 실시예에서, 보호 배리어 층은 성형(shaping) 및 경화 공정 중에 타이어 재료와 함께 연신되도록 구성된 열성형(thermoformable) 필름이다. 일 실시예에서, 보호 배리어 층은 얇은 고무 시트이다. 일 실시예에서, 배리어 층은, 열성형 필름을 확실하게 또한 분리가능하게 접착하기 위해 그린 내부라이너 처녀면에 가압되는 감압 접착제(PSA: pressure-sensitive adhesive)로 코팅된다. 선택적 PSA는 내부라이너에 대한 라이닝 시멘트의 고압 분사 중에 배리어 층의 이동을 방지하는데 있어서 특히 효과적이다. 본 발명은 도면을 참조하여 더 이해될 수 있다.
여러 도면에서 동일한 부품을 지칭하기 위해 동일한 도면 부호가 사용되며, 경화 상태 및 비경화(그린) 상태에 있는 부품을 지칭하기 위해 동일한 도면 부호가 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 타이어 구축 이후의 비경화 또는 "그린" 타이어 조립체(10)의 단면도이다. 그린 타이어 조립체(10)는 최외측면에 배치되는 트레드(13)를 갖는 카카스(12)를 구비하며, 트레드(13)는 타이어의 작동 중에 타이어 조립체(10)가 지면과 접촉하는 부분이다. 당업계에 공지되어 있듯이, 카카스(12)는 한 겹 이상의 코드를 가질 수 있으며, 카카스는 그린 타이어(10)의 비드부(14)를 둘러싼다. 카카스(12) 내부에는 내부라이너(16)가 공기 챔버(24)와 대면하도록 배치된다. 내부라이너(16)의 반경방향 내측 그린 처녀면(28)에는 압축된 폼 노이즈 댐퍼(22)가 배치된다. 본 발명에 따르면, 폼 노이즈 댐퍼(22)는 내부라이너(16)의 그린 처녀면(28)에 접착되는 착탈가능한 배리어 층(20)에 의해 압축 및 보호된다. 본 명세서에서 추가적으로 설명하듯이, 그린 타이어(10)의 경화 이후에, 배리어 층(20)은 폼 노이즈 댐퍼(22)의 이완 및 그 최대 체적으로의 팽창이 가능하도록 폼 노이즈 댐퍼(22) 및 내부라이너(16)로부터 제거된다.
타이어 조립체(10)의 형성은, 그린 타이어 카카스(12)에 인접하여 내부라이너(16)를 그린 상태, 즉 비경화 상태로 조립하는 단계, 내부라이너(16)의 그린 처녀면(28) 상에 폼 노이즈 댐퍼(22)를 배치하는 단계, 및 그 위에 배리어 층(20)을 위에 배치하여 폼 노이즈 댐퍼(22)를 압축하고 배리어 층(20)의 에지(27)를 그린 내부라이너(16)의 그린 처녀면(28)에 접착하는 단계를 포함한다. 타이어 카카스(12)의 최외측면에 인접하여 그린 트레드 스트립(13)이 조립된다. 이 그린 타이어 조립체(10)는 이후 그린 트레드 스트립(13)이 몰드면(도시되지 않음)에 접촉하여 배치되도록 경화 몰드(도시되지 않음)에 배치되며, 배리어 층(20)은 최내측 층을 형성하도록 몰드면으로부터 가장 멀리 위치하고, 폼 노이즈 댐퍼는 내부라이너(16)와 배리어 층(20) 사이에 배치된다.
통상적으로, 모든 부품이 몰드 내의 제 자리에 위치하기 전에, 배리어 층(20) 위의 그린 내부라이너(16)에는 이형제(도시되지 않음)가 도포된다. 라이닝 시멘트로도 지칭되는 이형제는 일반적으로 고압 분사에 의해 도포된다. 라이닝 시멘트형 이형제의 예로는, 분말상 운모(mica) 또는 결정성 실리카를 갖는 폴리디메틸실록산과 같은 유기폴리실록산-기초 또는 실리콘-기초 재료가 포함된다. 일 실시예에서는, 고압 라이닝 시멘트가 배리어 층(20) 및 폼 노이즈 댐퍼(22)를 변위시키지 않도록 배리어 층(20)과 내부라이너(16)의 그린 처녀면(28) 사이에 감압 접착제(도시되지 않음)가 도포된다.
보호된 폼 노이즈 댐퍼를 갖는 그린 타이어 조립체(10)가 몰드 내에 배치된 후, 팽창성 경화 블래더(도시되지 않음)가 내부라이너(16) 및 배리어 층(20)에 대해 팽창되어 그린 타이어 조립체(10)를 몰드면 내에 가압하여 그린 트레드 스트립(13)을 몰드면에 형성된 트레드 패턴에 압입한다. 타이어 조립체(10)를 경화하기에 충분한 시간 동안 타이어 조립체(10)가 팽창된 경화 블래더로부터의 압력을 받는 동안 몰드에는 가황처리 온도가 적용된다. 배리어 층(20)은 압축된 폼 노이즈 댐퍼(22)를 몰드 이형제에 의한 오염으로부터 및 그린 타이어(10)의 경화 도중의 타이어 몰드의 엄혹한 압력 및 온도 환경으로부터 보호한다. 경화가 완료된 후, 경화 블래더는 수축되어 내부라이너(16) 및 배리어 층(20)으로부터 벗겨진다.
본 발명의 방법의 일 실시예는 추가로 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 수 있다. 도 2에 도시하듯이, 내부라이너(16)가 구축 드럼(32) 상에 배치되기 전에, 폼 노이즈 댐퍼(22)가 그린 내부라이너(16)의 종방향 중심축에 대해 대칭적으로 배치된다. 폼 노이즈 댐퍼(22)의 폭보다 넓지만 그린 내부라이너(16)의 폭보다 좁은 폭을 갖는 배리어 층(20)이 그린 내부라이너(16)의 종방향 중심축에 대해 대칭적으로 배치되어, 그린 내부라이너(16)와 배리어 층(20) 사이에 폼 노이즈 댐퍼(22)가 위치한다. 배리어 층(20)의 에지(27)는 그린 내부라이너(16)의 그린 처녀면(28)에 가압되어 배리어 층(20)을 그린 내부라이너(16)에 확실하게 착탈식으로 접착되게 한다. 동시에, 폼 노이즈 댐퍼(22)는 배리어 층(20)에 의해 그 완전히 팽창된 상태로부터 압축 상태로 압축된다. 일 실시예에서는, 경화 이후 배리어 층(20)의 용이한 제거를 촉진하기 위해, 견인-탭을 제공하기에 충분한 오버핸드 또는 "중첩부(overlap)"(30)가 존재한다. 대안적으로, 중첩부가 전혀 제공되지 않는다.
도 3에 도시하듯이, 드럼(32) 상에 배치될 때 배리어 층(20)의 일 단부는 그린 내부라이너(16)의 일 단부를 지나서 약 2cm 내지 20cm 연장되어 중첩부(30)를 형성한다. 경화 이후 시각적 검출을 용이하게 하기 위해, 중첩부(30)는 내부라이너(16)의 블랙과 대조되도록 착색될 수 있다.
그린 타이어 조립체(10)는 드럼(32)으로부터 제거되며, 폼 노이즈 댐퍼(22)를 보호하는 배리어 층(20)과 함께 수납될 수 있다. 최내측면(26)에는 이후 배리어 층(20)을 완전히 또는 부분적으로 커버하는 라이닝 시멘트가 분사되며, 그린 조립체(10)는 종래 방식으로 경화되도록 경화 프레스 내에 배치된다. 도 4는 경화 프레스로부터의 제거 이후의 경화된 타이어 조립체(110)를 도시한다. 경화된 타이어 조립체(110)가 프레스로부터 제거된 후, 타이어의 내부는 배리어 층(20)에 대체로 느슨하게 부착되는 라이닝 시멘트를 제거하도록 진공 청소될 수 있다. 도 4에 도시하듯이, 배리어 층(120)은 예를 들어 배리어 층(120)의 돌출 단부(130)를 견인함으로써 단일 피스로 수동 제거된다. 폼 노이즈 댐퍼(122)가 노출되며, 라이닝 시멘트가 없다. 배리어 층(120)의 제거 이후, 폼 노이즈 댐퍼(122)는 이완되어 그 최대 체적으로 팽창한다.
드럼(32)에 대한 폼 노이즈 댐퍼(22)의 적용은 폼에 과도한 응력을 초래하여 바람직하지 않은 파열(tear)을 유발할 수 있다. 드럼(32) 상의 폼의 파열을 방지하기 위해, 드럼의 원주 방향에 수직한 폼 노이즈 댐퍼의 단면에 적어도 하나의 슬릿 또는 노치가 형성될 수 있다. 하나 이상의 슬릿 또는 노치는 드럼(32)에 폼 노이즈 댐퍼(22)를 적용할 때 파열을 방지하기에 충분한 깊이로 폼 내에 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 배리어 층(20)의 적용은 타이어 구축 과정 중에 연신되어 적용 응력을 견뎌낼 재료로 만들어진 배리어 층의 경우에 사용될 수 있다. 타이어 구축 과정을 견디기에 충분히 연신되지 않는 재료로 만들어진 배리어 층의 경우에는, 타이어 구축 과정 중에 배리어 층을 적용하는 대신에, 배리어 층(20)이, 타이어 구축 과정 이후에 완성되었지만 경화되지 않은 그린 타이어의 내부라이너의 그린 처녀면에 대해서 및 폼 노이즈 댐퍼(22) 위에 적용될 수도 있다. 폼 노이즈 댐퍼(22)는 마찬가지로, 폼이 연신되어 타이어 구축 과정의 응력에 견디는 능력에 따라서 및 필요에 따라 타이어 구축 과정 중에 또는 나중에 그린 타이어에 적용될 수도 있다. 타이어 구축 과정 이후에 적용되는 배리어 층을 갖는 이러한 그린 타이어는 이후 전술한 바와 같이 보호된 내부 라이너 표면을 갖는 타이어 몰드 내에서 경화될 것이다.
일 실시예에서, 배리어 층은 열성형 필름이다. 그린 타이어 구축 및 경화 중에 내부라이너와 함께 팽창하기 위해, 열성형 필름은 재료가 그 본래 형상으로 되돌아가지 않고 연신하는 능력인 네킹(necking) 특성을 나타내야 한다. 필름은 적어도 한 방향으로, 바람직하게는 대개 세로 방향(MD: machine direction) 및 가로 방향(CD: cross direction)으로 지칭되는 양 방향으로 네킹을 나타내는 것이 유리하다. 20 in./㎜(50.6 ㎝/㎜)의 크로스-헤드 속도에서의 실온 테스트에 따르면, 네킹력은 1인치(2.54cm) 폭 스트립에 대해서 적어도 한 방향으로, 바람직하게 양 방향으로, 약 25 lbf(111.2 N) 미만인 것이 유리하고, 약 20 lbf(89 N) 미만인 것이 보다 유리하다. 비연신(non-oriented) 필름이 바람직하지만, 부분 연신 필름도 사용될 수 있다. 비연신 필름은 세로 방향 및 가로 방향으로 반드시 동일한 네킹력을 특징으로 할 수 있다.
또한, 열성형 필름은, 일반적으로 약 121℃(250℉) 내지 약 200℃(392℉)의 범위에 있는 타이어 조립체의 경화 온도보다 큰 융점을 가져야 한다. 열성형 필름은 또한 제작의 용이함을 위해 단일 피스로 내부라이너로부터 제거되기에 충분한 강도를 가져야 한다. 예시적 실시예에서, 열성형 필름은 필름의 용이한 제거를 촉진하기 위해 견인-탭을 형성하도록 중첩될 수 있으며, 필름의 중첩부는 함께 융착되지 않아야 한다. 일 실시예에서, 열성형 필름은 약 5 mil(127㎛) 미만, 예를 들면 약 3 mil(76.2㎛) 미만의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 열성형 필름은 약 0.6 mil(15㎛) 초과, 예를 들면 0.75 mil(19㎛) 초과의 두께를 갖는다. 0.75 mil(19㎛) 내지 2 mil(5.08㎛) 두께의 나일론 6 및 나일론 6,6 필름이 본 발명에서의 예시적인 열성형 필름으로서 작용할 수 있다. 예시적인 필름으로는 이하의 것이 포함된다: Pottsville, Pennsylvania 소재의 Honeywell, International로부터 시판되는 다목적 나일론 6 필름인 CAPRAN® Nylon; DuPont Films로부터의 TEFLON® FEP 플루오로카본 필름 또는 Airtech International, Inc.로부터의 A4000과 같은 플루오르화 에틸렌프로필렌(FEP) 필름; Honeywell로부터의 PMP 릴리스 필름과 같은 1-phenyl-3-methyl-5-pryrazolone (PMP) 필름; 및 DuPont, Canada로부터 시판되는 나일론 6,6 필름인 C917 DARTEK®. 이들 예시적 필름(1인치 폭)에서의 네킹력, 최대 인장 강도, 연신율(%) 및 두께가 하기 표 1에 제공되어 있다. 예시적인 열성형 필름은, 연신되지 않거나 부분적으로만 연신되고 세로 방향 및 가로 방향으로 20 lbf(89 N) 미만의 네킹력을 나타내는 것이다.
샘플 Mil ㎛ 최대 인장강도
(MPa)		 네킹력
(lbf)		 연신율
(%)
TEFLON® FEP(MD) 1 25.4 22 2.25 393
TEFLON® FEP(CD) 1 25.4 23.5 2.6 272
PMP(MD) 1 25.4 28 3.5 107
PMP(CD) 1 25.4 28 2.5 90
C917 DARTEK®,(MD) 2.0 50.8 173 11.5 202
C917 DARTEK®,(CD) 2.0 50.8 118 11.25 128
C917 DARTEK®,(MD) 0.75 19 48.9 4.5 90
C917 DARTEK®,(CD) 0.75 19 47.7 4.25 59
CAPRAN® Nylon(MD) 1 25.4 61 7 118
CAPRAN® Nylon(CD) 1 25.4 63 6 60
추가 예에 의하면, 본 발명의 방법에는 나일론 필름이 특히 유용하다. 필름으로 형성될 수 있는 나일론의 예는 6 내지 12 탄소 원자의 락탐의 선형 중축합물 및 디아민과 디카르복실산의 정형 중축합물, 예를 들면 나일론 6,6; 나일론 6,8; 나일론 6,9; 나일론 6,10; 나일론 6,12; 나일론 8,8; 및 나일론 12,12이다. 언급될 추가 예는 대응 락탐으로부터 제조되는 나일론 6, 나일론 11 및 나일론 12이다. 또한, 예를 들어 이소프탈산 또는 테레프탈산과 같은 방향족 디카르복실산과 예를 들어 헥사메틸렌디아민 또는 옥타메틸렌디아민과 같은 디아민의 중축합물, 예를 들어 m- 및 p-크실렌디아민과 같은 지방족 출발 물질과 아디프산, 수베르산 및 세바식산의 중축합물, 및 예를 들어 시클로헥산디카르복실산, 시클로헥산디아세트산, 4,4'-디아미노디시클로헥실메탄 및 4,4'-디아미노디시클로헥실프로판과 같은 지환식(alicyclic) 출발 물질에 기초한 중축합물을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 배리어 층은 타이어의 내부라이너에 접착되는 접착성 착탈 가능한 내부 고무 스트립이다.
이 실시예에서, 착탈 가능한 고무 스트립으로서의 배리어 층은 (A) 약 50 내지 약 100, 바람직하게는 약 60 내지 약 90 중량부의 부틸 고무, 및 대응적으로 (B) 약 50 내지 약 0, 바람직하게는 약 40 내지 약 10 중량부의 에틸렌/프로필렌/비공액 디엔 테르폴리머 고무의 고무 혼합물로 구성된다.
고무 스트립은 또한 처리 오일, 가속제, 통상의 황 경화제, 안료, 카본 블랙, 아연 산화물, 스테아르산, 점착부여(tackifying) 수지, 및 가소제를 포함하는 통상의 고무 배합 성분을 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 고무 스트립은 비경화 고무 스트립이 그린 또는 비경화 타이어 구조의 일부로서 내부라이너 상에 구축된다는 점에서 타이어와 동시-가황처리될 필요가 있다. 따라서, 타이어를 제조하기 위한 몰딩 및 경화 작업에 있어서, 스트립과 그린 타이어는 거의 동시에 경화된다.
일 실시예에서, 동시 경화되는 고무 스트립 배리어 층은 타이어의 내표면에 대해 약 10 lb/선형 inch(1.8 Kg/선형 cm) 미만의 상대적으로 낮은 접착성을 가지므로 손이나 기계에 의해 편리하게 인출될 수 있으며, 약 10 내지 약 30 N의 점착성을 가지므로 그린 타이어의 내표면에 적절하게 접착될 것이다.
접착성 착탈가능한 고무 스트립은 통상 약 0.01 내지 약 0.1인치(0.025-0.25cm), 바람직하게는 약 0.02 내지 약 0.08인치(0.05-0.2cm)의 두께를 갖는다. 그 내부라이너 상에 고무 스트립을 포함하는 타이어가 성형 및 경화된 후, 동시-경화되는 배리어 층으로서의 고무 스트립은 손으로 또는 수동 또는 자동 장치에 의해 간단히 제거될 수 있다. 고무 시트는 타이어 자체의 색상과 대조되도록 안료로 색칠-구분(color-coding)될 수 있으며, 따라서 타이어의 추가 처리 이전에 실제로 제거되었는지를 쉽게 알 수 있다.
고무 스트립용 부틸 고무는 일반적으로, 이소부티렌과 이소프렌의 혼합물(대부분은 이소부틸렌)을 중합함으로써 제조되는 형태의 것이다. 부틸 고무는 통상적으로 200,000을 초과하는, 바람직하게는 약 200,000 내지 약 600,000 범위, 보다 바람직하게는 약 200,000 내지 약 400,000 범위의 평균 분자량을 갖는다.
가황처리된 고무 타이어 자체는 천연 고무와 합성 고무 및 그 혼합물과 같은 다양한 황 경화성 고무일 수 있다. 예를 들어, 이는 고무상 부타디엔/스티렌 코폴리머, 부타디엔/아크릴로니트릴 코폴리머, 시스-1,4 폴리이소프렌(천연 또는 합성), 폴리부타디엔, 이소프렌/부타디엔 코폴리머, 부틸 고무, 클로로 또는 브로모부틸 고무와 같은 할로겐화 부틸 고무, 에틸렌/프로필렌 코폴리머 또는 에틸렌/프로필렌 테르폴리머(EPDM) 중 적어도 하나일 수 있다. 통상적으로, 다양한 폴리머는 표준 황 경화 방법 및 방책에 의해 경화 또는 가황처리된다.
특히, 타이어의 다른 부분은 이러한 고무일 수 있지만, 고무 스트립이 동시 가황처리되는 타이어의 내표면은 통상 부틸-타입 고무, 천연 고무 또는 그 혼합물로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 부틸-타입 고무는 클로로부틸 또는 브로모부틸 고무와 같은 부틸 고무 또는 할로부틸 고무 중 적어도 하나로부터 편리하게 선택될 수 있다.
가황처리된 고무 타이어 자체는 천연 고무와 합성 고무 및 그 혼합물과 같은 다양한 황 경화성 고무일 수 있다. 예를 들어, 이는 고무상 부타디엔/스티렌 코폴리머, 부타디엔/아크릴로니트릴 코폴리머, 시스-1,4 폴리이소프렌(천연 또는 합성), 폴리부타디엔, 이소프렌/부타디엔 코폴리머, 부틸 고무, 클로로 또는 브로모부틸 고무와 같은 할로겐화 부틸 고무, 에틸렌/프로필렌 코폴리머 또는 에틸렌/프로필렌 테르폴리머(EPDM) 중 적어도 하나일 수 있다. 통상적으로, 다양한 폴리머는 표준 황 경화 방법 및 방책에 의해 경화 또는 가황처리된다.
배리어 층으로 사용된 고무 스트립에 대한 예시적 방책이 표 2 및 3에 도시되어 있다. 이 예에서 고무 스트립은, 표 2의 성분들이 Banbury 혼합기에서 혼합되고 결과적인 혼합물이 밀(mill)에서 표 3의 성분들과 혼합되는 하기 방책에 따라 제조될 수 있다.
화합물 부(Parts)
부틸 고무 70.0
EPDM1 30
카본 블랙(FEP) 50
스테아르산 1.5
아연 산화물 2.0
점착부여 수지2 8.0
1: Nordel 1320으로서 얻어진 에틸렌/프로필렌/디엔 고무, Nordel은 DuPont de Nemours, E.I. Co.의 상표명임
2: 약 94℃ 내지 약 98℃ 범위의 연화점을 갖는 디올레핀/올레핀 코폴리머 타입의 탄화수소 유도된 점착부여 수지
화합물 부(Parts)
메르캅토벤조티아졸 1.0
테트라메틸티우람 디설파이드 1.25
황 2.0
일 실시예에서는, 그린 타이어 자체의 구축 중에 구축 보조물로서 고무 복합 스트립을 위한 방책에 점착부여제를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다. 이에 관하여, 상기 EPDM 및 부틸 고무에 대해서는 일반적으로 약 2 내지 약 10중량부의 수지 점착부여제가 사용된다. 적합한 점착부여제는 약 50℃ 내지 약 110℃ 범위의 연화점을 갖는 테르펜 수지 및 합성 탄화수소-유도 수지를 포함한다.
예를 들어, 이러한 수지는 염화 알루미늄 또는 3불화 붕소 또는 3불화 붕소 에테르와 같은 촉매의 존재 하에 탄화수소 모노머(monomer)를 중합시킴으로써 제조될 수 있다. 이러한 모노머는 예를 들어, 4 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 디올레핀과 모노올레핀 탄화수소의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 피페릴렌은 5 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 메틸 분기 α-올레핀과 공중합될 수 있다.
선택적 PSA(감압 접착제)는 내부라이너의 고무와 친화적인 고무계 접착제이다. 접착제 분야에서 공지되어 있듯이, PSA는 통상적으로 폴리머 시스템, 하나 이상의 점착부여제, 및 하나 이상의 가소제를 주로 포함한다. 본 발명에서, PSA용 폴리머 시스템은 내부라이너의 고무와 친화적이도록 고무계의 것이다. 이론에 얽매이지 않으면, 타이어 조립체의 경화 중에, PSA는 고온에서 점착부여제 및/또는 기타 재료의 이동 및/또는 PSA의 분해로 인해 PSA로서의 그 상태가 손실되는 것으로 믿어진다. 열성형 필름이 제거될 때, PSA 또는 이전 PSA의 전부 또는 일부가 필름과 함께 제거될 수 있거나 및/또는 일부 또는 전부가 내부라이너 상에 잔류하거나 내부라이너의 일부로서 잔류할 수 있다. 다시, 이론에 얽매이지 않으면, PSA 조성이 내부라이너의 고무와 친화적인 고무에 기초할 경우, 경화 중에, 분해되는 PSA는 전체적으로 또는 부분적으로 내부라이너 표면 내로 이동할 수 있으며, 따라서 경화된 내부라이너 처녀면의 일부가 될 수 있다. 대안적으로, 이는 응집-접합된 표면 코팅을 남길 수 있지만, 이 코팅 자체는 내부라이너-타입 고무이고 이형제가 없으며, 따라서 본질적으로 곡선형 내부라이너 처녀면과 동일하다. 따라서, 예시적 실시예에서, PSA는 타이어 내부라이너와 응집 접합되거나 그 일부가 되기 위해 타이어 가황처리 중에 경화될 수 있다.
일 실시예에서, PSA는 천연 고무계, 부틸 고무계, 할로부틸 고무계 또는 폴리부타디엔 고무계 접착제 또는 그 조합체일 수 있는 바, 이들 고무가 보통 사용되는 타이어 재료이기 때문이다. "고무계(rubber-based)"란 것은 고무가 PSA의 주성분, 즉 가장 많이 존재하는 성분임을 의미한다. 추가 예시적 실시예에서, PSA는 영구 등급 핫-멜트 PSA이다. 예시적인 PSA는 Vadnais Heights, MN 소재의 H.B. Fuller Company로부터 제품 번호 HL2201X의 영구 등급 핫-멜트 PSA로서 시판되는 것이다. 다른 PSA는 3M(예전의 Emtech)의 제품 번호 G1110이다. PSA는 열성형 필름을 내부라이너 표면에 확실하게 접착시키지만, 타이어 조립체의 경화 이후 열성형 필름이 내부라이너 표면으로부터 제거될 수 있게 한다.
PSA는 솔벤트 코팅 또는 핫멜트 압출 코팅과 같은 임의의 바람직한 방법에 의해 열성형 필름 상에 코팅될 수 있다. 필름은 또한 사전 코팅된 상태로 구매될 수 있다. PSA-코팅된 필름은 특정 형태의 접착제에 적합한 임의의 압력으로 접착될 수 있다. 예를 들어, PSA를 내부라이너에 접착하기 위해 손 압력이 사용될 수 있거나, 또는 PSA를 접착하기 위해 1인치 롤러와 같은 롤러가 PSA-코팅된 필름의 표면을 따라서 롤링될 수 있다.
폼 노이즈 댐퍼(122)는 도 5에 도시하듯이 트레드(113)의 반경방향 내측으로 내부라이너(116)의 내부에 고정된다. 따라서, 주행 중에 쉽게 변형하기 위해서 또한 조향 안정성과 같은 주행 성능에 영향을 주지 않기 위해, 댐퍼의 재료는 경량 저밀도 가요성 재료, 예를 들면 발포 고무, 발포 합성 수지, 셀룰러 플라스틱 등인 것이 바람직하다. 발포 재료(또는 스폰지 재료)의 경우에는, 개방-셀(open-cell) 타입 및 폐쇄-셀 타입이 사용될 수 있지만, 개방-셀 타입이 바람직하다. 예를 들어, 에테르계 폴리우레탄 폼(foam), 에스테르계 폴리우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등과 같은 합성 수지 폼; 클로로프렌 고무 폼, 에틸렌-프로필렌 고무 폼, 니트릴 고무 폼, 실리콘 고무 폼 등과 같은 고무 폼이 사용될 수 있다. 특히, 적합한 폼은 타이어 몰딩 과정 중에 존재하는 고온 및 고압 환경을 견딜 수 있어야 한다. 일 실시예에서는, 개방-셀 타입 발포 재료, 보다 구체적으로 폴리우레탄 폼이 사용된다. 일 실시예에서는, 실리콘 고무 폼이 사용된다.
타이어가 사용되는 환경에 따라, 타이어를 팽창시키기 위해 타이어 공동을 채우는 공기가 습하여 물이 폐쇄 공동 내에서 응축될 가능성이 있다. 따라서, 에테르계 폴리우레탄과 같이 수화되기 어려운 발포 재료가 적절히 사용된다.
추가로, 노이즈 댐퍼에 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해, 발포 재료에 대해 방수 처리가 바람직하게 이루어질 수 있다. 또한, 항균 처리가 바람직하게 이루어질 수 있다.
또한, 폐타이어를 소각할 때 발생하는 배출 가스 중의 유독 물질을 없애기 위해, 할로겐을 포함하지 않는 원료가 발포 재료 제조에 사용되는 것이 바람직하다.
타이어 공동 내에 특정 체적의 발포 재료를 배치함으로써, 공동 내에서의 공기의 공진이 제어될 수 있고 트레드 부분의 진동이 감소된다. 따라서, 주행 중에 타이어로부터 발생되는 노이즈가 감소될 수 있다. 특히, 200 내지 300 Hz의 주파수에서 측정되는 타이어 공동 공진으로 인한 노이즈의 감소가 바람직하다.
폼 노이즈 댐퍼는 200 내지 300 Hz에서의 타이어 공동 공진으로 인해 노이즈 레벨을 저감하기에 적합한 비중과 치수를 갖는다. 일 실시예에서, 폼은 0.005 내지 0.06(5 내지 60 kg/㎥) 범위의 더 큰 비중을 갖는다. 일 실시예에서, 폼 노이즈 댐퍼는 타이어 반경방향으로 10 내지 50 mm 범위의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 폼 노이즈 댐퍼는 축방향 타이어 방향으로 30 내지 150 mm 범위의 폭을 갖는다. 일 실시예에서, 폼 노이즈 댐퍼는 타이어 주위에 원주방향으로 배치된다.
폼 노이즈 댐퍼(22)는 트레드의 반경방향 내측으로 내부라이너에 고정되며, 내부라이너(16)의 그린 고무에 접착 고정된다. 타이어가 경화되면, 폼 노이즈 댐퍼(122)와 내부라이너(16)의 경화된 고무가 접착식으로 부착된다. 대안적으로, 폼 노이즈 댐퍼(122)는 폼에 직접 도포되는 접착제를 사용하여 또는 양면 접착 테이프를 사용하여 고정될 수도 있다.
접착제에 관하여, 일 실시예에서는 한쪽 면에 접착 재료의 코트 또는 층을 갖고 다른쪽 면에 접착 재료의 코트 또는 층을 갖는 베이스 테이프를 갖는 접착 테이프가 사용될 수도 있다. 일 실시예에서는, 베이스 테이프를 갖지 않고 상이한 접착 재료의 이중 층으로만 구성되는 접착 테이프가 사용될 수 있다. 일 실시예에서는, 단일 층의 접착 재료 만으로 구성된 접착제가 사용될 수 있다.
접착 테이프의 경우에, 베이스 테이프는 예를 들어, 폴리에스테르와 같은 플라스틱 필름; 아크릴 폼과 같은 플라스틱 폼의 시트; 부직포 또는 접합 재료; 직물 등일 수 있다.
접착 재료에 관하여, 예를 들어, 천연 고무 및/또는 합성 고무와 첨가제, 예를 들면 점착부여제, 연화제, 노화방지제 등을 포함하는 고무계 접착제; 상이한 유리-전이 온도를 갖는 다관능기 모노머와 아크릴 에스테르의 복수의 코폴리머를 포함하는 아크릴 감압 접착제(고내열성 타입, 방염 타입 및 저온 접착 타입의 감압 접착제를 포함); 실리콘 고무와 수지를 포함하는 실리콘 감압 접착제; 폴리에테르 접착제; 폴리우레탄 접착제 등이 적절히 사용될 수 있다.
예를 들어 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 포함하는 열경화성 접착제의 사용은 이 접착제가 약 30분 동안 약 130℃까지 가열될 필요가 있으므로 생산 효율 측면에서 바람직하지 않다.
접착 재료에 관하여, 동일한 접착 재료를 사용할 수 있지만, 상이한 형태의 접착 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 타이어 고무에 강력히 접착되는 고무 접착제, 및 노이즈 댐퍼에 강력히 접착되는 아크릴 감압 접착제는 접착 테이프의 각 측면에 또는 인접하여 사용된다.
본 발명을 그 하나 이상의 실시예에 의해 설명하고 이들 실시예를 상당히 상세하게 설명했지만, 이들 실시예는 청구범위를 한정하거나 어떤 식으로도 이러한 상세로 제한하기 위한 것이 전혀 아니다. 당업자에게는 추가 장점 및 수정이 쉽게 자명해질 것이다. 따라서 본 발명은 그 넓은 의미에서 특정 상세, 대표적인 장치와 방법, 도시 및 설명된 예시적인 예에 한정되지 않는다. 따라서, 전체적인 발명 착상의 범위를 벗어나지 않는 변형이 이러한 상세로부터 이루어질 수 있다.
10, 110: 타이어 조립체
12: 카카스
13, 113: 트레드
14: 비드부
16: 내부라이너
20, 120: 배리어 층
22, 122: 폼 노이즈 댐퍼
24: 공기 챔버
28: 처녀면
30: 중첩부
32: 드럼

Claims (5)

  1. 폼 노이즈 댐퍼를 갖는 타이어의 제조 방법에 있어서,
    그린 타이어 내부라이너의 노출된 처녀면 상에 폼 노이즈 댐퍼를 배치하는 단계;
    상기 폼 노이즈 댐퍼 위에 배리어 층을 배치하는 단계로서, 상기 폼 노이즈 댐퍼는 상기 그린 타이어 내부라이너의 상기 처녀면과 배리어 층 사이에 위치하는, 상기 배치 단계;
    그린 타이어 내부라이너를 그린 타이어에 합체시키는 단계;
    그린 타이어를 경화시키는 단계; 및
    상기 배리어 층을 제거하여 상기 폼 노이즈 댐퍼를 드러내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    타이어 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 층의 적어도 하나의 에지를 상기 그린 타이어 내부라이너의 상기 처녀면에 부착하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
    타이어 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 층은 열성형 필름인 것을 특징으로 하는
    타이어 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 층은 나일론 필름인 것을 특징으로 하는
    타이어 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 층은 고무 스트립인 것을 특징으로 하는
    타이어 제조 방법.
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