KR20160048406A

KR20160048406A - 제동 성능 및 연비 성능이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물

Info

Publication number: KR20160048406A
Application number: KR1020140144991A
Authority: KR
Inventors: 김형석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-05-04
Also published as: KR101683989B1

Abstract

본 발명은 제동 성능 및 연비 성능이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)가 일정 함량비를 이루고 있는 고무 성분에, 필러로서 실리카 및 수산화알루미늄을 소정의 함량비로 포함시켜, 내마모 특성은 물론이고 제동 성능과 연비 성능을 동시에 향상시키는 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것이다.

Description

제동 성능 및 연비 성능이 향상된 타이어 트레드 고무 조성물{Tire Tread Rubber Composition having Improved Fuel Efficiency and Braking Property}

최근 타이어 산업의 발전 경향을 보면 저연비, 저회전저항, 그리고 친환경소재의 제품 생산을 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 타이어의 저연비 성능과 제동 성능을 동시에 향상시키기 위한 노력이 활발하게 진행되고 있으나, 고무 조성물로 저연비 성능과 제동 성능을 동시에 향상시키는 것은 어려움이 있다. 이에, 두 성능 중 하나의 성능을 향상시키는 대신에 다른 성능은 동등하게 유지시키는 수준으로 연구가 이루어져 왔다. 통상의 방법으로서 회전저항 성능을 향상시키기 위하여 유화 중합법으로 합성된 고무를 적용하는 방법이 있고, 저연비 성능을 향상시키기 위하여 실리카 보강제를 사용하는 방법이 일반적으로 적용되고 있다.

한국등록특허 제10-578096호에는 연비와 젖은 노면에서의 제동 성능을 동시에 향상시키기 위하여, SBR 고무 100 중량부에 실리카 50 중량부와 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 30 중량부를 혼련시키는 기술이 개시되어 있으나, 고무 조성적 한계에 의해 내마모성 및 가공성이 열악하여 타이어 산업에 실질적으로 적용하기가 불가하였다.

현재까지 보고된 대부분의 실리카 배합된 고무 조성물은 타이어의 주요 특성중의 하나인 내마모 성능에 대해서는 고려하고 있지 않은 바, 이는 실리카 고무 배합물의 최대 약점이라 할 수 있다. 일반적으로 내마모 성능의 향상을 위해서는 부틸 고무(IIR)를 첨가하나, 이 경우에는 젖은 노면에서의 제동성이 악화되는 단점이 있다. 또한 실리카의 중량을 증가시키는 방법을 통해서도 내마모 성능을 개선할 수 있으나, 이 방법은 가공성이 열악하다는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)의 최적 배합을 통해 타이어에 적용될 수 있는 충분한 내마모성을 확보하고, 그리고 연비 성능과 제동 성능이 동시에 향상되도록 실리카와 수산화알루미늄의 최적 배합을 찾아냄으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

한국등록특허 제10-578096호

본 발명에서는 타이어에 적용될 수 있는 충분한 내마모성을 가지고 있으면서, 연비 성능과 제동 성능이 동시에 향상시키는 개선된 타이어 트레드 고무 조성물을 제공하는 것으로, 발명의 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 SBR 고무 60 ∼ 80 중량%, 부틸 고무(IIR) 5 ∼ 20 중량% 및 천연 고무(NR) 5 ∼ 20 중량%를 포함하는 고무 성분에, 상기 고무 성분 100 중량부를 기준으로 실리카 50 ∼ 60 중량부와 수산화알루미늄 10 ∼ 20 중량부가 포함되어 있는 타이어 트레드 고무 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기한 고무 조성물을 포함하는 타이어 트래드를 제공한다.

본 발명의 고무 조성물은 SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)의 최적 배합을 통해 타이어에 적용될 수 있는 충분한 내마모성을 확보하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 고무 조성물은 부틸 고무(IIR)의 함유로 인한 젖은 노면에서의 제동성이 약화되는 단점을 실리카와 수산화알루미늄의 필러를 적정 함량비로 포함시켜 해소시킨 효과가 있다.

따라서 본 발명의 고무 조성물은 내마모성, 제동 성능 및 연비 성능이 우수하므로 차량용 타이어 트레드 소재로 유용하다.

본 발명은 타이어 트레드 고무 조성물에 관한 것으로서, 고무 성분으로서 SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)를 포함하고 있고, 필러 성분으로서 실리카와 수산화알루미늄을 포함하고 있다.

본 발명에 따른 타이어 트레드 고무 조성물을 구성하는 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

본 발명에서는 고무 성분으로서 SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)를 포함한다.

상기 종래기술에서 언급한 바대로 SBR 고무에 필러로서 실리카와 수산화알루미늄을 포함시켜 연비 성능과 제동 성능을 동시에 향상시키고자 하는 노력은 있었지만, 고무 소재 본연의 특성상 내마모성 및 가공성이 열악하여 타이어 산업에 실질적으로 적용하는 것이 불가하였다.

이에 본 발명에서는 실리카 배합된 고무 조성물의 최대 약점인 내마모 성능을 개선하기 위하여, 고무 성분으로서 SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)를 배합하여 사용한데 그 특징이 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 타이어 트레드 고무 조성물에는 고무 성분으로서 SBR 고무 60 ∼ 80 중량%, 부틸 고무(IIR) 5 ∼ 20 중량% 및 천연 고무(NR) 5 ∼ 20 중량%를 포함한다.

본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물을 구성하는 고무 성분으로서 SBR 고무의 함량이 60 중량% 미만이면 마모 성능이 저하된다. 그리고 부틸 고무(IIR)의 함량이 5 중량% 미만이면 타이어 우수한 제동 특성을 기대할 수 없고, 20 중량%를 초과하면 마모 성능 및 기계적 물성이 저하될 수 있다. 그리고 천연 고무(NR)의 함량이 20 중량%를 초과하면 제동 성능이 저하 될 수 있다.

본 발명에서는 필러(Filler) 성분으로서 실리카와 수산화알루미늄을 포함한다.

상기 종래기술에서 언급한 바대로 SBR 고무에 필러로서 실리카와 수산화알루미늄을 혼련하여 연비 성능과 제동 성능을 향상시키고자 하는 노력은 있었지만, 본 발명에서와 같이 SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)로 이루어진 고무 성분에 실리카와 수산화알루미늄을 혼련시킨 타이어 트래드 고무 조성물은 현재까지 보고된 바가 없다. 다시 말하면, 본 발명의 고무 성분에는 SBR 고무 이외에도 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)가 더 포함되어 있으므로, 고무 조성에 최적합한 필러의 선택 및 함량 조절이 매우 중요하다.

본 발명에서는 SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)가 특정의 함량비를 이루는 고무 성분 100 중량부를 기준으로, 실리카 50 ∼ 60 중량부와 수산화알루미늄 10 ∼ 20 중량부를 혼련시킨데 그 특징이 있다.

본 발명의 타이어 트레드 고무 조성물을 구성하는 필러 성분으로서 실리카의 함량이 60 중량부 미만이면 습윤 제동 성능과 마모성능의 저하가 발생할 수 있다. 그리고, 수산화알루미늄의 함량이 10 중량부 미만이면 습윤 제동 성능 향상 효과가 적으며, 20 중량부를 초과하면 연비성능이 크게 저하된다.

본 발명에 따른 타이어 트레드 고무 조성물은 상기에서 언급한 고무 성분과 필러 이외에도 타이어 트레드 고무 제조를 위하여 통상적으로 사용되는 성분 예를 들면 활성제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제 등과 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 이들 첨가제는 종래 타이어 트레드 고무 조성물 제조 시에 사용되는 일반적인 성분으로서 본 발명은 이들 성분과 함량비에 대해 특별히 한정하는 것은 아니다.

이상에서 설명한 바와 같이 특정 조성의 고무 성분과 필러 성분을 포함하는 본 발명의 고무 조성물은 타이어 트래드로서 요구되는 내마모성이 확보되어 있으면서 저 성능과 제동 성능이 모두 우수하므로, 본 발명의 고무 조성물로 이루어진 트래드를 가지는 타이어도 본 발명의 권리범위에 포함된다. 즉, 본 발명은 상기한 고무 조성물을 이용하여 제조된 승용차용 타이어, 트럭용 타이어 및 버스용 타이어를 포함한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는바, 하기의 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 7. 타이어 트래드 고무 조성물 제조

하기 표 1에 나타낸 구성성분 및 사용량으로 고무 성분, 필러 성분 그리고 타이어 고무 제조시에 통상적으로 사용되는 가공조제 등을 믹서에서 혼련하였다. 이 후 가황제, 가황조제 등을 넣어 통상의 방법으로 가류시켜 타이어 트래드 고무를 제조하였다.

구 분		타이어 트래드 고무 조성물(중량부)
		실시예		비교예
		1	2	1	2	3	4	5	6	7
고무	SBR	70	70	100	100	100	100	70	70	70
	IIR	15	15	0	0	0	0	30	0	15
	NR	15	15	0	0	0	0	0	30	15
필러	실리카	60	50	70	60	50	40	70	70	70
필러	수산화 알루미늄	10	20	0	10	20	30	0	0	0

실험예 : 고무 시편의 물성 측정

상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 7에서 제조된 고무에 대해서는 하기의 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

[물성 측정 방법]

(1) 경도(Hardness): 쇼오-A(shore-A) 경도계를 사용하여 측정한 후 경도값을 인덱스로 표시하였으며, 수치가 적을수록 경도가 낮음을 의미한다.

(2) 마모지수: 내마모성 평가는 람본마모시험기 (우에시마社, 일본)를 활용하였는데, 슬립율 5 %, 하중 20 N, 23 ℃ 온도 조건에서 2시간 동안 마모 평가한 결과를 최초 중량 대비 감소된 체적 및 상대 비교를 위해 환산된 마모지수로 나타내었다.

(3) 인장강도(Tensile strength) 및 신율: 덤벨 형태의 시편으로 제조하여 인장강도를 평가하였으며, 응력-변형 곡선은 인장시험기를 이용하여 25℃에서 인장속도 500 mm/min, Load cell 500 kgf 조건에서 측정하였다.

(4) 동적특성: 고무동특성시험기 DMTA(Dynamic Mechanical Thermal Analysis)를 사용하여 온도, 주파수, 진동에 따른 재료의 기계적 모듈러스를 측정하였으며, 저장탄성율과 손실탄성율의 비를 수치화하였다. 2(T)*5(W)*40(L)mm 크기의 시편을 만들고 -80∼100℃(승온속도 2℃/min), static strain 3%, dynamic strain 0.25%, frequency 11 Hz로 평가하였다.

(5) 마찰계수: 동적 마찰 시험기(Roataing Traction Measurement Machine)를을 이용하여 30 Km/h, 70 N 조건에서 측정하였다.

구 분		목표 물성값	실시예		비교예
구 분		목표 물성값	1	2	1	2	3	4	5	6	7
경도		60 이상	68	66	70	68	66	64	70	70	70
마모지수 (index)		90 이상	94	90	100	95	84	79	95	95	95
인장강도 (kg/㎠)		180 이상	188	185	190	185	181	168	183	204	193
신율(%)		400 이상	410	403	413	400	395	363	380	428	405
tanδ@0℃ (Wet제동)		0.51 이상	0.552	0.567	0.465	0.487	0.492	0.508	0.574	0.512	0.535
tanδ@25℃ (Dry제동)		0.23 이상	0.265	0.273	0.212	0.231	0.238	0.244	0.278	0.241	0.253
tanδ@60℃ (연비성능)		0.10 이하	0.125	0.120	0.119	0.115	0.110	0.105	0.152	0.135	0.145
마찰 계수	습윤	1.40 이상	1.408	1.405	1.382	1.374	1.366	1.348	1.401	1.394	1.409
마찰 계수	건조	1.53 이상	1.550	1.547	1.539	1.521	1.511	1.496	1.552	1.540	1.555

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, SBR 고무, 부틸 고무(IIR) 및 천연 고무(NR)가 포함된 고무 성분에 실리카와 수산화알루미늄이 필러로서 혼련된 고무 시편(실시예 1, 2)은 내마모성, 저연비 성능, 제동 성능이 모두 우수함을 확인할 수 있다.

이에 반하여, 비교예 1 ∼ 4는 고무성분으로서 SBR 단독 사용하고, 필러로서 실리카 단독 또는 실리카와 수산화알루미늄을 혼련시킨 고무 조성물로서, 내마모성이 낮음을 확인할 수 있다. 또한, 종래 발명이 SBR 고무에 실리카와 수산화알루미늄을 첨가하여 제동 성능과 연비 성능을 동시에 개선하고자 하였지만, 비교예 1 ∼ 4에 대한 실험 결과에 의하면 아직도 제동 성능과 연비 성능은 개선의 여지가 있음을 확인할 수 있다.

또한, 비교예 5 ∼ 7은 SBR 고무와 부틸 고무(IIR) 및/또는 천연 고무(NR)를 배합한 고무 성분에 필러로서 실리카 단독으로 혼련시킨 고무 조성물로서, 내마모성은 어느 정도 향상되었지만 연비 성능이 저조함을 확인할 수 있다.

Claims

SBR 고무 60 ∼ 80 중량%, 부틸 고무(IIR) 5 ∼ 20 중량% 및 천연 고무(NR) 5 ∼ 20 중량%를 포함하는 고무 성분에,
상기 고무 성분 100 중량부를 기준으로 실리카 50 ∼ 60 중량부와 수산화알루미늄 10 ∼ 20 중량부를 포함시킨 타이어 트레드 고무 조성물.
제 1 항의 고무 조성물을 포함하는 타이어 트래드.
제 2 항의 타이어 트래드가 포함된 타이어.
제 3 항에 있어서,
승용차, 트럭 및 버스로 이루어진 군으로부터 선택된 차량에 적용되는 타이어.