KR20120058698A - 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 - Google Patents

타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 천연 고무 5 내지 50 중량부 및 부타디엔 고무 50 내지 95 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 아라미드 섬유 2.5 내지 5.0 중량부, 가류제, 그리고 가류촉진제를 포함하며, 상기 가류제와 가류촉진제의 중량비는 0.1:1 내지 1:1이다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 고경도 및 높은 모듈러스 특성을 가지면서도 내열성 및 내영구압축변형율 성능이 우수하여 특히, 트럭 및 버스 타이어 험프 스트립용 고무 조성물로 매우 유용하게 사용될 수 있다.

Description

타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE HUMP STRIP AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}
본 발명은 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트럭 및 버스의 타이어 험프 스트립용 고무 조성물로 매우 유용하게 사용될 수 있는 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.
일반적으로 트럭 또는 버스 타이어용 험프 스트립은 림과 접촉하여 가해진 차량 하중을 견디고 하중이나 지속적인 압축에 의한 변형이 적어야 하므로 강성을 높일 수 있도록 고경도 및 높은 모듈러스가 요구된다.
또한, 주행 중 브레이크 드럼에서 발생하는 고온의 열이 그대로 상기 험프 스트립에 전달되므로 열에 의한 고무의 인장강도 및 터프니스의 변화가 적도록 내열성이 우수해야 한다.
최근에는 환경 보호와 자원 절약의 측면에서 타이어의 재생성 향상 요구가 높아지고 있는 상황으로 내구성 향상을 위한 재료의 영구압축변형율의 중요성도 커지고 있다.
종래에 고경도 및 높은 모듈러스를 갖는 트럭 및 버스용 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 제조하는 방법으로는 다량의 카본블랙을 사용하거나 가류제의 함량을 늘려서 사용하는 방법이 있다. 그러나, 다량의 카본블랙을 사용한 고무 조성물은 반바리 혼합 가공 중에 과도하게 부하가 걸리고 분산성 및 발열 특성이 불리하며, 가공성 및 압출성이 안 좋아 이로 인한 생산성이 낮아지는 단점이 있다.
또한, 가류제와 가류촉진제의 함량을 늘리게 되면 현장 가공 중에 가류제 분산에 불리하며 이로 인해 균일한 물성의 확보가 어려우며 스코치 발생 가능성 등이 문제된다.
본 발명의 목적은 고경도 및 높은 모듈러스 특성을 가지면서도 내열성 및 내영구압축변형율 성능이 우수하여 특히, 트럭 및 버스 타이어 험프 스트립용 고무 조성물로 매우 유용하게 사용될 수 있는 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 천연 고무 5 내지 50 중량부 및 부타디엔 고무 50 내지 95 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 아라미드 섬유 2.5 내지 5.0 중량부, 가류제, 그리고 가류촉진제를 포함하며, 상기 가류제와 가류촉진제의 중량비는 0.1:1 내지 1:1이다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(N2SA)이 75 내지 85m2/g인 카본블랙 50 내지 80 중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 아라미드 섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 천연 고무 5 내지 50 중량부 및 부타디엔 고무 50 내지 95 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부, 아라미드 섬유 2.5 내지 5.0 중량부, 가류제, 그리고 가류촉진제를 포함한다.
상기 원료고무는 천연고무 5 내지 50 중량부 및 부타디엔 고무 50 내지 95 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 상기 천연고무의 함량이 5 중량부 미만인 경우 타이어의 제반 물성이 저하될 수 있고, 50 중량부를 초과하는 경우 후공정의 가공성에 문제가 있을 수 있다.
상기 아라미드(Aramid) 섬유는 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물의 보강성을 증가시킨다. 상기 아라미드 섬유는 방향족 고리 사이에 아미드 결합(-NHCO-)이 적어도 85% 이상 결합한 분자구조의 섬유이다. 상기 아라미드 섬유는 아미드 결합을 가진 나일론 섬유에 비해 높은 강도를 가지며, 고온에서도 견딜 수 있는 특성이 있다.
또한, 상기 아라미드 섬유는 분자 구조 내에 에테르 결합을 포함하여 분자 사슬에 유연성을 가지며, 메타 아라미드(Meta Aramid)와 파라 아라미드(Para Aramid)의 공중합체인 하기 화학식 1로 표시되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1로 표시되는 아라미드 섬유는 코폴리(p-페닐렌/3,4'-디페닐에테르 테레프탈아미드)(copoly(p-phenylene/3,4'-diphenylether terephthalamide))일 수 있다.
상기 아라미드 섬유는 높은 하중 및 열에서도 고무의 구조가 유지될 수 있도록 구조를 잡아주는 역할을 하기 때문에 그로 인해 고무 조성물의 경도와 모듈러스가 향상된다.
상기 아라미드 섬유는 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 2.5 내지 5.0 중량부로 사용될 수 있다. 상기 아라미드 섬유의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 5.0 중량부를 초과하면 고무가 너무 딱딱해져서 내영구압축변형율 등이 저하되는 문제가 있을 수 있으며, 2.5 중량부 미만이면 열 안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 열 안정성 개선하기 위하여 가류제의 함량을 감량하고 가류촉진제의 함량을 증량시킨 가류 시스템을 적용한다. 통상의 고무 조성물에서 가류제의 함량이 가류촉진제의 함량에 비하여 많게 되면 모노설파이드 가교 구조보다는 폴리설파이드 가교 구조가 많이 생성된다. 폴리설파이드 구조는 고무의 동적 피로에는 필요하나, 고무 자체의 발열이 많고 열에 의해 쉽게 끊어지면서 고무 물성을 저하시키는 단점이 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 폴리설파이드보다 열 안정성에서 유리한 모노설파이드 가교 구조를 만들어 주기 위해 가류제의 함량을 감량하고 가류촉진제의 함량을 증량하여 열 안정성을 향상시킨다. 상기 모노설파이드 가교 결합은 폴리설파이드 가교 결합과는 달리 열에 의한 가교 구조의 재배치로 발생되는 고무 미세 구조의 변화가 적기 때문에 궁극적으로 타이어 상의 변형 에너지 및 발열을 감소시켜 열 안정성 및 압축 변형에 유리한 특성을 보인다.
따라서, 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 상기 가류제와 가류촉진제의 중량비가 0.1:1 내지 1:1이고, 바람직하게는 0.5:1 내지 0.8:1일 수 있다. 즉, 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 종래에 비하여 가류제를 줄이고 가류 촉진제를 증량시킨 것으로, 상기 가류제와 가류촉진제의 중량비가 상기 범위 내인 경우 폴리설파이드 및 모노설파이드가 함께 존재하는 가교 구조를 형성할 수 있다.
상기 가류제의 중량비가 1을 초과하는 경우 가황 초기의 인장 강도 및 파단 에너지가 고온에서 지속적으로 유지되지 못하는 등 열 안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 상기 가류제의 중량비가 0.1 미만이면 가교 구조가 모노설파이드 위주로 형성됨으로써 모노설파이드 구조가 끊어지는 경우에 오히려 열 안정성이 불리해질 수 있다.
상기 가류제로는 분말 황(S) 또는 불용성 황(S)을 사용할 수 있으며, 상기 가류촉진제로는 술펜아미드(sulfenamide)계 가류촉진제 중에서 N-터트-부틸-2-벤조티아졸술펜아미드(N-tert-butyl-2-benzothiazole sulfenamide, TBBS) 또는 N-시클로헥실-2-벤조티아졸술펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulfenamide, CBS)를 사용할 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(N2SA)이 75 내지 85m2/g인 카본블랙 50 내지 80 중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 85m2/g을 초과하면 카본블랙의 분산에 불리하여 점착성이 저하될 수 있고, 75m2/g미만을 사용하는 경우는 모듈러스 물성이 저하될 수 있다.
상기 카본블랙의 함량이 상기 원료고무 100 중량부에 대하여 50 중량부 미만이면 모듈러스 물성이 저하될 수 있고, 80 중량부를 초과하면 카본블랙의 분산이 저하되어 고무 조성물의 가공성이 불리해질 수 있다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 선택적으로 추가적인 각종의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 각종의 첨가제는 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 그 함량 또한 특별히 한정되지 않는다.
상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 타이어 험프 스트립에 한정되지 않고, 타이어를 구성하는 다양한 고무 구성 요소에 포함될 수 있다. 상기 고무 구성 요소로는 트레드(트레드 캡 및 트레드 베이스), 사이드월, 사이드월 삽입물, 에이펙스(apex), 채퍼(chafer), 와이어 코트 또는 이너라이너 등을 들 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 타이어는 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 타이어를 제조하는 방법은 종래에 타이어의 제조에 이용되는 방법이면 어느 것이든 적용이 가능한 바, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
상기 타이어는 트럭 타이어 또는 버스 타이어, 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어 등일 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 고경도 및 높은 모듈러스 특성을 가지면서도 내열성 및 내영구압축변형율 성능이 우수하여 특히, 트럭 및 버스 타이어 험프 스트립용 고무 조성물로 매우 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예: 고무 조성물의 제조]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 하기의 실시예 및 비교예에 따른 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 제조하였다. 상기 조성을 배합한 다음 150℃에서 30분 동안 가류시켜 고무 시편을 제조하였다.
(비교예 1)
천연고무 35 중량부 및 부타디엔 고무 65 중량부로 이루어진 원료고무 100 중량부에 대하여 HAF 그레이드의 카본블랙 75 중량부, 유황 1.8 중량부 및 가류촉진제 1.6 중량부의 배합비로 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.
(비교예 2)
상기 비교예 1에서 아라미드 섬유 1.5 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 고무 조성물을 제조하였다.
(비교예 3)
상기 비교예 1에서 아라미드 섬유 3 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하여 고무 조성물을 제조하였다.
(실시예 1)
상기 비교예 2에서 유황 1.5 중량부 및 가류촉진제 1.9 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 하여 시편을 제조하였다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
천연고무 35 35 35 35
부타디엔 고무 65 65 65 65
카본블랙1) 75 75 75 75
유황 1.8 1.8 1.8 1.5
가류촉진제2) 1.6 1.6 1.6 1.9
아라미드 섬유3) - 1.5 3 3
(단위: 중량부)
1) 카본블랙: 질소흡착 비표면적이 75 내지 85m2/g 인 카본블랙
2) 가류촉진제: N-터트-부틸-2-벤조티아졸 술펜아미드(TBBS)
3) 아라미드 섬유: 코폴리(p-페닐렌/3,4'-디페닐에테르 테레프탈아미드)(pcopoly(p-phenylene/3,4'-diphenylether terephthalamide))로 이루어진 테크노라®(Technora, 테이진사)
[실험예: 제조된 고무 조성물의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무 시편에 대하여 하기의 방법으로 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1) 인장 물성: 미가류 고무를 150℃ 온도에서 가류하여 덤벨 형태의 고무 시편을 제작하고, 경도 및 모듈러스를 측정함.
2) 내열성: 초기와 노화시(100℃, 24시간 경과)의 터프니스 변화율(%)을 비교예 1을 기준으로 지수화한 것으로 그 값이 클수록 유리함.
3) 내영구압축변형율: 원기둥 형태의 시편으로 가류하여 100℃에서 24시간 방치한 후 치수변화율(%)을 비교예 1을 기준으로 지수화한 것으로 그 값이 낮을수록 변형에 유리함.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
인장 물성 경도 73 77 79 79
10% 모듈러스 15 19 24 24
100% 모듈러스 46 55 62 58
내열성(지수) 100 96 98 107
내영구압축변형율(지수) 100 104 102 102
상기 표 2를 참조하면, 비교예 1 내지 3의 결과를 통하여, 아라미드 섬유를 적용할 경우 경도와 모듈러스가 상승하는 결과를 보임을 알 수 있다. 반면, 아라미드 섬유를 적용하는 경우 내열성은 불리하며 내영구압축변형율은 유리한 것을 알 수 있다.
한편, 아라미드 섬유를 증량 적용한 비교예 3은 비교예 2에 비하여 경도와 모듈러스는 상승하고 내영구압축변형율이 다소 불리하지만 비교예 1에 비해 유리한 수준임을 알 수 있다. 반면, 내열성은 비교예 2에 비해 약간 개선되는 효과를 보였으나, 비교예 1 대비하여 여전히 불리한 성능을 나타낸다.
이를 개선하기 위하여 유황을 감량하고 가류 촉진제를 증량한 실시예 1의 경우 비교예 3의 경우 보다 100% 모듈러스는 약간 감소하였으나, 내열성에 있어서 크게 유리해짐을 확인하였다. 또한, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 고경도와 높은 모듈러스 수준을 가지며 내열성과 내영구압축변형율이 유리한 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 천연 고무 5 내지 50 중량부 및 부타디엔 고무 50 내지 95 중량부를 포함하는 원료고무 100 중량부,
    아라미드 섬유 2.5 내지 5.0 중량부,
    가류제, 그리고
    가류촉진제를 포함하며,
    상기 가류제와 가류촉진제의 중량비는 0.1:1 내지 1:1인 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 험프 스트립용 고무 조성물은 질소흡착 비표면적(N2SA)이 75 내지 85m2/g인 카본블랙 50 내지 80 중량부를 더 포함하는 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 섬유는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 타이어 험프 스트립용 고무 조성물.
    [화학식1]
    Figure pat00003
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 타이어 험프 스트립용 고무 조성물을 이용하여 제조한 타이어.
KR1020100118649A 2010-11-26 2010-11-26 타이어 험프 스트립용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어 KR20120058698A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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