KR20140021360A - 보강 트레드를 구비하는 차량용 타이어 및 그의 제조방법 - Google Patents

보강 트레드를 구비하는 차량용 타이어 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 트레드부의 캡 트레드 또는 서브 트레드가 고무와 직물이 일체로 형성된 복합체로 구성되어 내구성 및 내마모성이 우수하고, 핸들링 성능 및 연비 성능이 개선된 보강 트레드를 구비하는 차량용 타이어 또는 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

보강 트레드를 구비하는 차량용 타이어 및 그의 제조방법{Vehicle Tire with Reinforced Tread and Preparation Method thereof}
본 발명은 보강된 트레드를 구비하는 차량용 타이어 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이어 트레드부가 고무와 섬유의 복합 구조체로 구성되어, 트레드의 내구성 및 내마모성뿐만 아니라 강성이 증가되고, 궁극적으로는 타이어의 핸들링 성능이 향상되는 보강된 트레드를 구비하는 차량용 타이어 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
타이어의 트레드는 노면과 접촉하는 부분으로 제동, 구동에 필요한 마찰력을 주고 내마모성이 양호하여야 하며 외부 충격에 견딜 수 있어야 하고 발열이 적어야 한다.
타이어의 트레드부는 타이어의 최외각 층에 해당되는 캡 트레드, 캡 트레드 바로 아래쪽에 위치하는 서브 트레드 및 트레드윙으로 구성되는데, 이러한 캡 트레드 또는 서브 트레드는 주로 천연 고무 또는 합성 고무만으로 제조하여 왔다.
타이어의 트레드부에 사용되고 있는 고무의 사용 조건이 매우 열악하므로, 이러한 점을 고려하여 타이어 트레드부가 제조되고 있지만, 고무의 한계를 극복해내지 못하고 있다. 특히, 고무의 파열이나 균열 발생 및 마모 등은 고무만으로 이들 성능을 유지하여 발휘하기가 쉽지 않다. 또한, 고무만으로 이루어진 중하중용 타이어의 경우, 트레드의 두께가 두껍기 때문에, 고무 자체의 발열이나 노면의 복사열 등에 매우 취약하며, 고무 자체의 강성 저하로 인해 핸들링 성능 등이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 타이어의 트레드부에 그물 구조로 짜여진 섬유층을 삽입하여 보강하는 기술이 알려져 있으나, 이러한 방법으로 섬유층을 삽입할 경우 제조 공정이 추가되어 생산성이 저하되고, 고무와 섬유층의 접착력이 불량하여 트레드부의 보강 효과가 제한적이며, 타이어의 커프(Curf) 또는 그루브 부분까지는 보강이 되지 않는 한계가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 차량용 타이어의 트레드부를 고무와 폴리에스테르계 직물이 일체화된 복합체로 구성하여 트레드부의 고무의 강성을 강화시킴으로써, 내구성/내마모성 및 코너링 성능 및 조종안정성이 우수한 보강된 트레드를 구비하는 차량용 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 트레드 블록 및 커프 등의 타이어 트레드의 모든 부분을 보강하여 그루브 크랙 등의 트레드 고무의 파열에 의한 내구성 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 개량된 트레드를 구비하는 차량용 타이어 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 트레드, 트레드 양측의 사이드월 및 양 사이드월 단부의 비드부로 구성되고, 상기 트레드는 캡 트레드, 서브 트레드 및 트레드윙으로 구성되는 타이어에 있어서, 상기 캡 트레드와 상기 서브 트레드 가운데 하나 이상이 고무와 폴리에스테르계 직물을 일체로 제작한 복합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 보강 트레드를 구비하는 자동차용 타이어에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양상은 트레드 성형용 몰드 속에 폴리에스테르계 직물을 배치하는 단계;
트레드용 고무를 용융시켜 준비하는 단계;
용융된 액상 고무를 고온 및 고압에서 폴리에스테르계 직물에 분사하는 단계; 및
상기 일체로 형성된 고무와 직물의 복합체를 실온에서 고화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 보강 트레드를 포함하는 차량용 타이어는 기존의 고무만으로 구성된 트레드 또는 별도의 섬유층에 의해서 보강된 트레드에 비해서 내구성 및 내마모성이 우수하고, 변형에 대한 상대적인 발열이 고무보다 작기 때문에 열에 의한 고무의 기능 저하에 따른 타이어 내구성 등의 성능 저하를 줄일 수 있다.
따라서 본 발명의 차량용 타이어는 트레드의 강성이 보강되어 코너링 성능 및 핸들링 성능이 우수한 이점을 제공한다.
또한 본 발명의 차량용 타이어는 고무가 폴리에스테르계 직물 또는 부직포에 의해서 보강되므로, 트레드의 두께를 줄 일 수 있어, 타이어를 경량화할 수 있고 그에 따라서 타이어의 연비성능을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 타이어는 폴리에스테르계 직물과 고무를 일체로 제작된 복합체를 타이어 성형의 반제품으로 사용하기 때문에 기존의 보강 심재 또는 섬유층에 의해서 보강될 수 없었던 트레드 블럭이나 커프까지도 모두 보강할 수 있어 타이어의 트레드부의 내구성이 현저하게 향상되는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 타이어의 개략단면도이다.
이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 타이어의 개략단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예의 보강 트레드를 구비하는 차량용 타이어는 트레드(1), 트레드 양측의 사이드월(2) 및 양 사이드월 단부의 비드부(3)로 구성되고, 상기 트레드(1)는 캡 트레드(11), 서브 트레드(12) 및 트레드윙(13)으로 구성되는 타이어로서, 상기 캡 트레드(11)와 상기 서브 트레드(12) 가운데 하나 이상이 고무와 폴리에스테르계 직물을 일체로 제작한 복합체로 형성된다.
본 발명에서 사용할 수 있는 폴리에스테르 직물은, 인렬 강도가 9N 이상인 것이 바람직하며, 11N 이상인 것이 보다 바람직하다. 인렬 강도가 9N 미만이면 충분한 강도를 보유하지 못할 우려가 있다. 인렬 강도는 JIS L 1096 8. 15. 5 D법(펜듈럼법)에 따라 측정한 것이다. 또한, 본 발명에서는 폴리에스테르 직물뿐만 아니라 폴리에스테르계 섬유로 이루어진 부직포도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용 가능한 폴리에스테르 직물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 직물이 바람직하며, 단위 면적당 무게가 80g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 폴리에스테르 직물의 단위 면적당 무게가 80g/㎡ 미만인 경우에는, 트레드에 대한 보강 효과가 미흡할 수 있고, 폴리에스테르 직물의 단위 면적당 무게가 120g/㎡를 초과하면, 액상 고무가 용이하게 침투하지 못하게 되어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서 사용 가능한 폴리에스테르 직물은, 두께가 2mm 이상 5mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 두께가 2mm 미만인 경우에는 너무 얇아서 트레드에 대한 보강 효과가 미흡하게 되고, 두께가 5mm를 초과하는 경우에는 트레드의 두께 대비 비율이 높아져서 트레드의 강성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 있어서, 원료 고무는 천연 고무 및 합성 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 원료 고무의 성분으로 사용할 수 있는 합성 고무는 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 변성 스티렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무(BR), 변성 부타디엔 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무, 에피클로로하이드린 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 수소화된 니트릴 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 변성 니트릴 부타디엔 고무, 염소화 폴리에틸렌 고무, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS) 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔(EPDM) 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트 고무, 아크릴 고무, 말레인산 스티렌 부타디엔 고무, 카르복실산 스티렌 부타디엔 고무, 에폭시 이소프렌 고무, 말레인산 에틸렌 프로필렌 고무, 카르복실산 니트릴 부타디엔 고무 및 브롬화 폴리이소부틸 이소프렌-코-파라메틸 스티렌[BIMS(brominated polyisobutyl isoprene-co-paramethyl styrene)] 고무로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 폴리에스테르계 직물을 함침시켜 트레드를 형성하기에 적합한 고무는 합성 고무를 단독으로 사용하는 것이 바람직한데, 천연 고무와 합성 고무가 혼합된 혼합 고무를 원료 고무로서 사용하는 경우, 천연 고무와 합성 고무가 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합된 혼합 고무를 사용할 수 있다.
본 발명의 트레드용 고무에는 상기한 성분들 이외에, 통상적으로 타이어 트레드용 고무에 사용되는 보강제, 예를 들면 실리카와 카본 블랙, 그 외의 첨가제, 예를 들면, 아로마틱 오일, 실란 커플링제, 산화아연, 스테아린산, 노화 방지제, 가류 촉진제 및 가류제 등의 보강제 및 첨가제를 통상적인 용량 범위로 배합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 보강 트레드를 구비하는 차량용 타이어의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에서는 트레드 성형용 몰드 속에 폴리에스테르계 직물 또는 부직포를 배치하고, 트레드용 고무를 용융시켜 준비한다. 이어서 용융된 액상 고무를 고온 및 고압에서 폴리에스테르계 직물 또는 부직포에 분사하고, 상기 일체로 형성된 고무와 직물의 복합체를 실온에서 고화시킨다. 고화된 제품은 원하는 형태로 절단하여 반제품으로 만든 후, 타이어의 성형의 반제품으로 사용할 수 있다.
상기 폴리에스테르계 직물 또는 부직포는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 직물 또는 부직포이다.
본 발명에서는 액상 고무를 1.5kgf/㎠ 내지 2.5kgf/㎠의 압력 및 130℃ 내지 150℃의 온도에서 80m/sec 내지 120m/sec의 분사 속도로 폴리에스테르계 직물에 분사하여 액체 형태의 고무가 폴리에스테르계 직물에 스며들도록 함으로써, 고무와 폴리에스테르계 직물을 일체형으로 제조한다. 액상 고무의 분사 속도가 80m/sec 미만이면 액상 고무가 폴리에스테르계 직물에 골고루 침투하지 않는 결과를 낳으며, 분사 속도가 120m/sec를 초과하면, 폴리에스테르계 직물에 가해지는 충격이 지나치게 커져서 직물 조직이 손상되므로, 바람직한 보강 효과를 얻을 수 없다.
본 발명에 따르는 새로운 형태의 보강 구조인 트레드는 고무와 폴리에스테르계 직물을 일체형으로 제조한 반제품으로 타이어의 트레드가 제작되기 때문에, 종래의 보강재에 의해서 보강될 수 없었던 타이어의 트레드 블록 또는 커프 등을 포함하는 트레드의 모든 부분이 보강되어 내마모성 및 내구성이 현저하게 향상되고, 그로 인해 핸들링 성능 등의 2차적인 성능도 향상된다.
이하에서는 구체적인 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 보다 더 구체적으로 설명한다. 이는 본 발명을 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
단위 면적당 무게가 92g/㎡이고 두께가 5mm인 PET 직물을 트레드 형성용 몰드 속에 넣고, 원료 고무로서 사용하는 스티렌 부타디엔 고무를 액상으로 용융시키고, 액상 고무를 150℃의 온도에서 110m/sec의 분사 속도로 PET 직물에 분사했다. 생성된 고무-PET 직물 복합재료를 주위온도에서 고화시키고, 소정의 크기로 절단하여 타이어 트레드용 반제품으로 수득한 후, 타이어의 캡 트레드 및 서브 트레드로 성형하여 타이어용 트레드를 제조하였다.
실시예 2
원료 고무로서 니트릴 부타디엔 고무를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하여 트레드를 제조하였다.
비교예 1
PET 직물은 사용하지 않고, 스티렌 부타디엔 고무만을 단독으로 사용하여 트레드를 제조하였다.
비교예 2
망상 PET 직물을 트레드의 외부 표면에 접착시킨 것을 트레드로서 사용하였다.
시험예
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 제조한 고무 시편(트레드 시편)에 대하여 ASTM 관련 규정에 따라 경도, 300％ 모듈러스, 인장강도(Tensile strength)와, 내마모성 및 내인렬성(Tear resistance) 등의 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 정리하여 나타내었다.
항목 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
경도(Shore A) 70 68 70 70
300％ 모듈러스
(kg/㎠) 		165 160 160 158
인장강도(kg/㎠) 311 288 308 302
마모량(g) 0.042 0.048 0.058 0.076
내인렬성 119 122 128 135
[물성 평가 방법]
1) 내마모성을 나타내는 마모량은 피코 어브레이젼 테스트(Pico Abrasion Test)인 비.에프.굿리치 어브레이젼 테스트(B.F goodrich Abrasion Test)를 이용하여 각각의 고무 시편에 대한 마모된 값을 나타낸 것으로, 수치가 적을수록 내마모성이 우수함을 의미한다.
2) 내인렬성은 수치가 적을수록 내인렬성이 우수함을 의미한다.
위의 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 트레드는 비교예의 트레드에 비해서 내마모성과 내인렬성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 수정 및 변경 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
1: 트레드 11: 캡 트레드
12: 서브 트레드 13: 트레드윙
2: 사이드월 3. 비드부

Claims (7)

  1. 트레드, 트레드 양측의 사이드월 및 양 사이드월 단부의 비드부로 구성되고, 상기 트레드는 캡 트레드, 서브 트레드 및 트레드윙으로 구성되는 타이어에 있어서, 상기 캡 트레드와 상기 서브 트레드 가운데 하나 이상이 고무와 폴리에스테르계 직물 또는 부직포를 일체로 제작한 복합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 보강 트레드를 구비하는 자동차용 타이어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 직물은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)인 것을 특징으로 하는 보강 트레드를 구비하는 자동차용 타이어.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 직물은 단위 면적당 무게가 80g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하이고, 두께가 2mm 이상 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 보강 트레드를 구비하는 자동차용 타이어.
  4. 트레드 성형용 몰드 속에 폴리에스테르계 직물 또는 부직포를 배치하는 단계;
    트레드용 고무를 용융시켜 준비하는 단계;
    용융된 액상 고무를 고온 및 고압에서 폴리에스테르계 직물 또는 부직포에 분사하는 단계; 및
    상기 일체로 형성된 고무와 직물의 복합체를 실온에서 고화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 직물 또는 부직포는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 직물 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 직물은 단위 면적당 무게가 80g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하이고, 두께가 2mm 이상 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 용융 고무의 분사는 압력이 1.5kgf/㎠ 내지 2.5kgf/㎠이고, 온도가 130℃ 내지 150℃이며, 분사 속도가 80m/sec 내지 120m/sec인 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 타이어용 트레드의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102254051B1 (ko) * 2020-11-11 2021-05-20 대동이브이 주식회사 트레드부와 스포크부 결합력이 향상된 비공기압 타이어와 이의 제조방법

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