KR20130118544A - 내마모성이 향상된 트럭 및 버스 타이어 트레드용 고무 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트럭 및 버스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포장 및 비포장을 주행하는 트럭 및 버스용 타이어의 내마모 특성(abrasion properties) 및 찢김 현상(cutting and chipping)을 개선한 트럭 및 버스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

내마모성이 향상된 트럭 및 버스 타이어 트레드용 고무 조성물{Tire tread rubber composition having improved wear resistance}

본 발명은 트럭 및 버스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포장 및 비포장을 주행하는 트럭 및 버스용 타이어의 내마모 특성 (Abrasion properties) 및 찢김 현상(cutting & chipping)을 개선한 트럭 및 버스 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것이다.

종래에는 포장 및 비포장 도로를 주행하는 트럭 및 버스 타이어의 내마모 특성 및 찢김 현상을 향상시키기 위해 천연고무 또는 부타디엔 고무와 함께 등방성 고무인 스티렌 함량이 12~24중량%인 유화중합 스티렌부타디엔 고무(E-SBR)를 천연고무와 혼용하여 사용하고 있다. 일반적인 고무 조성 비율의 경우, 마모 성능을 개선하기 위하여 유화중합 스티렌부타디엔 고무를 천연고무 또는 부타디엔 고무 100중량부에 대하여 30~100중량부 또는 0~70 중량부를 혼용 사용하는 것이 일반적인 현상이다. 스티렌부타디엔 고무 사용시 천연고무 대비 상대적으로 내열 노화 특성이 우수하고, 변형량이 낮은 범위에서 높은 경도를 보이기 때문에 커팅(Cutting) 저항성이 크고, 등방형 특성 때문에 찢김 등에서 장점이 있다.

그러나 스티렌부타디엔 고무의 사용량이 증가함에 따라 인장 물성뿐 아니라 인열 강도 및 발열 특성이 높아지기 때문에 트럭 및 버스 타이어용 트레드 고무에 적용하는데에는 많은 어려움이 있다. 또한 유화중합 스티렌부타디엔 고무는 상대적으로 용액(solution) 중합 스티렌부타다엔 고무 대비 분자량이 커서 높은 인장 강도를 보이나, 상대적으로 인열강도는 낮다. 인열 에너지값을 높이기 위해 실리카를 5~15 중량부 사용하기도 하나, 그 효과는 상대적으로 제한적이다. 또한 포장 및 비포장을 겸용으로 주행하는 트럭 및 버스용 타이어 마모 현상은 노면상 컷팅 및 찢김의 현상이 복합적인 원인에 의한 현상임을 고려하여 조성물뿐 아니라 물성를 반영해야만 하나 이에 대한 정확한 기준이 존재하지 않았다.

미국특허 공개번호 제2006-026645호에는 스티렌 함량이 12~16%이며, 유리 전이 온도가 -70~60℃인 유화중합 스티렌부타디엔 고무를 천연고무와 함께 혼용한 것이 기재되어 있고, 미국특허 공개번호 제2004-0177907호에는 천연고무 및 부타디엔 고무에 높은 트랜스(high trans) 유화중합 스티렌부타디엔 고무를 5~30중량부, 실리카 15~30중량부 및 카본블랙 20~40중량부를 사용한 것이 개시되어 있어, 양 발명은 트럭 및 버스 타이어의 마모 성능을 개선시켰으나, 찢김 현상 등은 개선된 예가 없다.

따라서, 타이어의 내마모 성능 및 찢김 현상을 향상시키기 위한 기술의 개발이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 천연고무 및 용액중합 스티렌부타디엔 고무로 이루어진 원료고무에 대하여 지방족 수지와 방향족 수지의 혼합물 및 카본블랙을 포함하므로써 포장 및 비포장 도로에 주행하는 버스 및 트럭의 타이어 트레드 고무의 물성을 향상시켜, 커팅 및 찢김에 대한 저항성이 큰 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공하는데에 있다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 천연고무 및 용액중합 스티렌부타디엔 고무로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여 지방족 수지와 방향족 수지의 혼합물 2~10중량부 및 카본블랙 40~60중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 원료고무를 이루는 천연고무 및 용액중합 스티렌부타디엔 고무의 혼합비율은 특별히 한정이 없고, 예를 들면 1:99~99:1인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 용액중합 스티렌 부타디엔 고무(S-SBR)는 스티렌 함량이 30~50중량%이고, 비닐 함량이 15~25중량%이며, 유리 전이 온도가 -60~-25℃인 것이 바람직한데, 스티렌 함량이 30% 중량% 미만이거나 비닐 함량이 15중량% 미만이면 내 커팅성의 저항 특성이 하락하여 바람직하지 않고, 스티렌 함량이 50중량%를 초과하거나 비닐 함량이 25중량%를 초과하면 다른 고무와의 혼용성에 문제를 야기시킬 수 있어 바람직하지 않다. 마모특성에 중요한 인자는 유리전이온도(Tg)인데, 상기 유리전이온도는 스티렌 함량과 비닐함량에 의존하기 때문에, 유리 전이 온도를 -60℃~-25℃로 유지하기 위해서도 스티렌 함량과 비닐 함량을 상기 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 지방족 수지와 방향족 수지의 혼합물(mixture of aliphatic and aromatic resins: AAHR)은 원료고무의 혼용성을 증가시키기 위하여 사용하는 것으로서, 지방족 수지:방향족 수지의 혼합 중량비는 2:1~1:2인 것이 바람직한데, 이는 상기 범위에서 혼용특성이 가장 우수하기 때문이다.

본 발명에 사용되는 지방족 수지는 C5계 지방족 탄화 수소 수지로서 연화점이 98~120℃일 수 있다.

본 발명에 사용되는 방향족 수지는 C9계의 방향족 탄화 수소 수지 또는 석유계 수지로 연화점이 90~130℃일 수 있다.

상기 지방족 수지와 방향족 수지의 혼합물의 함량은 상기 원료고무 100중량부에 대하여 2~10중량부인 것이 바람직한데, 2중량부 미만이면 고무 혼용성이 하락할 수 있어 바람직하지 않고, 10중량부를 초과하면 저분자량 마모 및 물성 하락을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물에 있어서, 상기 카본블랙은 요오드 흡착가가 100~130mg/g, 디부틸프탈레이트 흡착가가 80~120ml/100g이고, 상기 카본블랙의 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 40~60 중량부인 것이 바람직한데, 40중량부 미만이면 내마모 특성이 저하되어 바람직하지 않고, 60중량부를 초과하면 경도 및 신장율 등의 하락으로 찢김 등의 현상이 증가할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 고무 조성물에는 일반적인 트레드 고무 조성물에 첨가되는 통상의 첨가제들, 예로서 일반적인 신화아연, 스테아린산, 황, 및 촉진제를 더 배합할 수 있으며, 상기 산화아연의 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 1~3중량부, 상기 촉진제의 함량은 원료고무 100중량부에 대하여 0.8~2.5중량부 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물은 300% 인장 물성값이 95~130kgf/㎠이고, 쇼어 A(shore-A) 경도가 62~65이며, 신장율이 550% 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 타이어는 본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무 조성물로 이루어진 트레드부를 갖는다.

본 발명에 의하면, 스티렌 함량 및 비닐 함량이 높은 S-SBR과 천연고무의 혼용성을 높이기 위하여 가공조제인 지방족 수지와 방향족 수지의 혼합물(AAHR)을 사용하므로써 가공성 문제를 해결할 수 있고, 고무 배합물의 분산성 개선 및 인열강도를 높여 포장 및 비포장을 주행하는 트럭 및 버스 타이어의 내마모 특성 및 찢김 현상을 향상시키는 효과가 있다.

이하 본 발명을 하기의 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

하기 표 1의 조성대로 실시예 및 비교예의 타이어 트레드 고무 조성물을 제조한 후 각 고무 조성물로 고무 시편을 제조하여, 160℃에서 가류시킨 후 그 물성을 ASTM 규격에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

(단위: 중량부)

	원료고무	스티렌 함량 (중량%)	비닐 함량 (중량%)	유리 전이 온도 (℃)	AAHR1 ) 함량
비교예 1	천연고무/S-SBR의 중량비=60:40	23.5	30	-52	-
비교예 2	천연고무/S-SBR의 중량비=60:40	23.5	50	-36	5
실시예 1	천연고무/S-SBR의 중량비=60:40	30	15	-60	5
실시예 2	천연고무/S-SBR의 중량비=60:40	30	15	-60	3
실시예 3	천연고무/S-SBR의 중량비=60:40	40	25	-25	5
실시예 4	천연고무/S-SBR의 중량비=60:40	40	15	-50	3

주) 1) 지방족 수지:방향족 수지=1:1의 혼합물(BASF사 제)

주) 1) 인스트론을 이용한 스트레스-스트레인 커브로부터의 모듈러스.

2) 및 3) 250 mm/min의 속도로 인장강도 및 신장율을 구함.

4) 및 5) T1을 기준으로 상대적인 값을 나타낸 것으로, 값이 높을수록 내마모 및 컷/칩(cutting and chipping) 특성 우수함.

6) ASTM D2663 방법에 의거함.

7) 다이 C 표본(Die C specimen)을 사용한 ASTM D624 방법에 의거함.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, S-SBR의 스티렌 함량이 본 발명의 범위를 벗어나고, AAHR을 사용하지 않은 비교예 1과, 비닐 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 S-SBR을 사용한 비교예 2보다 본 발명의 실시예 1~4가 내마모 특성은 향상되고, 컷/칩 내성지수가 증가하며, 또한 인열강도(tear resistance)가 높아짐을 알 수 있다. 이는 분산도 개선 및 천연고무와 합성고무인 S-SBR의 혼용성 증가에 의한 효과이며, 특히 S-SBR의 스티렌 함량 증가로 인해 인열 강도를 증가시켜 찢김 저항성이 향상됨을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 천연고무 및 용액중합 스티렌부타디엔 고무로 이루어진 원료고무 100중량부에 대하여, 지방족 수지와 방향족 수지의 혼합물 2~10중량부 및 카본블랙 40~60중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용액중합 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌 함량이 30~50중량%이고, 비닐 함량이 15~25중량%이며, 유리 전이 온도가 -60~-25℃인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 지방족 수지:방향족 수지의 혼합 중량비는 2:1~1:2인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 카본블랙은 요오드 흡착가가 100~130mg/g, 디부틸프탈레이트 흡착가가 80~120ml/100g인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 타이어 트레드용 고무 조성물은 300% 인장 물성값이 95~130kgf/㎠이고, 쇼어 A 경도가 62~65이며, 신장율이 550% 이상인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드용 고무 조성물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 타이어 트레드용 고무 조성물로 이루어지는 트레드부를 갖는 타이어.