KR20190115245A - 공명음 저감 타이어 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이너라이너, 상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및 상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함하고, 상기 접착제층은 에폭시계 접착제를 포함하는 것인 공명음 저감 타이어에 관한 것으로, 주행 시 발열 및 변형에도 흡음재의 탈리가 없는 안정적인 공명음 저감 타이어를 제공한다.

Description

공명음 저감 타이어 및 이의 제조방법{CAVITY NOISE REDUCTION TIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 탄성 및 접착 강도가 향상된 접착제 조성물을 포함함으로써, 주행 시 발열 및 변형에도 흡음재의 탈리가 없는 안정적인 공명음 저감 타이어에 관한 것이다.

자동차 소음과 관련하여 정부 규제의 강화 및 전기차의 수요가 확대됨에 따라 타이어로부터 발생되는 소음 저감 요구가 점차 적으로 증가하는 추세이다. 하지만 최근 개발 동향은 타이어 노면에 접촉하는 트레드부가 광폭으로 이루어져 있고 타이어 측면에 해당하는 사이드월 (Side wall)의 편평비가 낮은 UHP (Ultra high performance) 타이어가 각광을 받고 있다. 이러한 타이어는 구조적인 특성에 기인하여 사이드 월의 강성이 증가하여 노면에서 전달된 충격을 타이어 자체 구조에서 적절한 댐핑 (Damping) 역할을 수행하지 못함에 따라 소음 유발에 관련된 음압을 상승 시키는 결과를 초래한다. 이는 타이어 내부(Cavity)에서 공기 진동을 발생시켜 차량 내부까지 소음이 전달되어 운전자가 이를 감지하게 되어 주행 시 승차감을 감소시키는 원인이 된다(이하 공기 진동에 따른 소음은 공명음으로 통칭함.).

공명음을 저감시키기 위한 종래의 기술로는, 개방형 셀을 가지고 있는 폴리우레탄 재질의 발포체를 활용하는 기술이 있다. 그러나 이러한 폴리우레탄 재질의 발포체를 타이어 내측의 이너라이너에 부착하기 위하여 일반적인 액상 접착제를 사용할 경우, 접착제가 흡음재층으로 흡수되어 흡음력 및 접착력을 현저하게 떨어뜨리는 문제가 있어왔다.

액상 접착제 대신 광 또는 열로 경화시키는 접착제의 경우(JP 2015-166134 A)에도, 초기 접착력은 우수할 수 있으나, 탄성과 같은 변형력이 낮아, 차량의 하중에 의해 타이어에 변형이 가해진 상태에서 추가적으로 가해지는 반복적인 변형과 진동을 견디지 못하고 파괴됨으로써 흡음재의 박리 또는 이탈이 발생하는 문제가 있다.

부틸계 핫멜트 접착제를 적용하는 경우, 타이어의 변형에도 충분히 신장되어 외부 충격을 완화할 수 있으나, 핫멜트계 접착제의 특성상 온도가 증가할수록 점도가 낮아져 유동성이 증가하여 주행 시 타이어 내 부착된 흡음재의 위치가 변형될 수 있어 타이어 발란스 또는 유니포미티에 악영향을 초래할 수 있다.

실리콘 계열이나 실란 변성 폴리에스터 접착제를 사용한 특허가 있으나 타이어 내부 이너라이너 표면의 오염원이나 브라더(Bladder) 이형제의 전이에 따른 표면 접착력이 감소되어 주행 시 타이어에 발생되는 고열 및 고 변형에 의해 접착 특성이 취약해지는 문제가 있다.

이에 상기와 같은 접착제의 문제점을 해결하고, 타이어의 공명음을 저감시키기 위한 흡음재를 이너라이너에 접착시키기 위하여, 타이어의 변형과 발열에 견딜 수 있는 특수한 표면 구성 및 접착제의 사용이 필요하다.

일본 공개특허 제2015-166134호

본 발명의 목적은 지속력이 강한 접착제로 흡음재를 부착하여 타이어의 소음 중 타이어 내부의 공기 진동으로 발생되는 공명음을 저감시킨 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 지속력이 강한 접착제 조성물로 흡음재를 부착하여 주행 시 타이어의 온도변화, 자동차 하중과 외부 충격으로 인한 변형에도 흡음재의 박리나 이탈이 없이 타이어 마모수명까지 공명음 저감 성능이 유지되는 타이어를 제공하는 것이다.

상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 이너라이너, 상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및 상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함하고, 상기 접착제층은 에폭시계 접착제를 포함하는 것인 공명음 저감 타이어를 제공한다.

상기 에폭시계 접착제는 하기 화학식 1로 표시되는 에폭사이드 링을 포함하는 에폭시계 화합물을 포함하는 것일 수 있다.

[화학식 1]

(R₁ 내지 R₄는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 페닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.)

상기 에폭시계 화합물은 비스페놀A 구조(Bis-phenol- A), 비스페놀B(Bis-phenol-B) 구조, 노볼락 구조 및 글리시딜 아민 구조로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 반복단위를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 에폭시계 접착제는 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 에폭시계 화합물을 포함하는 것일 수 있다.

[화학식 2]

(상기 m은 1 내지 1,000의 정수이다.)

상기 흡음재층은 폴리우레탄 폼을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 타이어는 지속력이 강한 접착제로 흡음재를 부착하여 타이어의 소음 중 타이어 내부의 공기 진동으로 발생되는 공명음을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 타이어는 경화제를 더 포함하는 접착제를 사용하여 접착제의 수축율을 개선하고 제품의 균일성(Uniformity)을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기압 타이어의 측단면도이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공명음 저감 타이어는 타이어 이너라이너, 상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및 상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함한다.

사일런트 타이어의 제조에 있어서, 상기 흡음재층의 위치를 고정시켜주는 접착제층의 접착성은 매우 중요하다. 흡음재가 제대로 부착되지 않았을 경우, 주행 중 타이어 변형에 따라 흡음재가 탈착되어 타이어 내부에서 움직이면서 또 다른 진동이나 소음을 유발시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 공기압 타이어의 측단면도를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기압 타이어(1)는, 이너라이너 내측 면에 도포된 접착제층(2)을 포함하고, 상기 접착제층(2)에 부착된 흡음재층(3)을 포함한다.

상기 접착제층(2)은 에폭시계 접착제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 에폭시계 접착제는 하기 화학식 1로 표시되는 에폭사이드 링을 포함하는 에폭시계 화합물을 포함하는 것일 수 있다.

[화학식 1]

상기 R₁ 내지 R₄는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 페닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.

상기 에폭시계 접착제는 상기 에폭사이드 링을 하나 이상 포함하는 것일 수 있고, 망목상 구조를 형성하기 위해서는 2 개 이상의 에폭사이드 링을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 에폭사이드 링을 포함하는 에폭시계 화합물은 25℃에서 점도가 10,000 내지 50,000 mPas인 것일 수 있다. 점도가 10,000 mPas 미만인 경우 접착력이 저하될 수 있고, 50,000 mPas를 초과하는 경우 가공성에 문제가 발생할 수 있다.

상기 에폭시계 화합물은 비스페놀A 구조(Bis-phenol- A), 비스페놀B(Bis-phenol-B) 구조, 노볼락 구조, 글리시딜 아민 구조 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 반복단위를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 반복단위는 하기 화학식 2로 표시되는 비스페놀A 구조의 반복단위인 것일 수 있다.

[화학식 2]

상기 m은 1 이상이고, 더욱 구체적으로 1 내지 1,000의 정수인 것일 수 있다.

상기 반복구조를 포함하는 에폭시계 화합물은 일반적으로 사용되는 부틸 핫 멜트 접착제에 비하여 안정적인 화학적 결합을 토대로 높은 접착력을 얻을 수 있다. 또한 상기 에폭시계 화합물은 기후 및 기온 변화에 크게 영향을 받지 않기 때문에 넓은 온도 범위에서 접착력 및 탄성을 유지하며, 내후성, 내구성이 우수한 것이 특징이다.

상기 접착제층(2)은 공지된 첨가제, 예를들어 접착부여제(Tackifier), 경화제, 평활제, 습윤제, 흐름 조절제, 피막 방지제, 소포제, 충전제 (예컨대 쵸크, 라임, 분, 침강 및(또는) 발열성 실리카, 알루미늄 실리케이트 및 고-비점 왁스), 점도 조절제, 가소제, 안료, 염료, 자외선 흡수제 열분해에 대한 안정화제 또는 산화 분해에 대한 안정화제를 더 포함할 수 있다.

상기 접착제층(2)은 자동차 하중과 외부의 충격 등에 의한 변성이나 고온뿐만 아니라 저온환경에서도 흡음재의 탈착, 박리 또는 이탈 없이 타이어 마모수명까지 공명음 저감 성능이 유지될 수 있다.

상기 에폭시계 화합물은 첨가되는 반복단위, 첨가물 또는 개질 방법에 따라 비스페놀A형 에폭시 화합물, 비스페놀F형 에폭시 화합물, 노볼락형 에폭시 화합물, 글락시딜 아민형 에폭시 화합물, 고무 변성형 에폭시 화합물, 고분자형 에폭시 화합물, 저온 속경화형 에폭시 화합물, 또는 이소시아네이트 경화형 에폭시 화합물로 분류할 수 있다.

상기 비스페놀A형 에폭시 화합물은 비스페놀A와 에피클로로히드린을 알칼리 존재하에서 반응시켜 얻어진다. 상기 비스페놀A형 에폭시 화합물은 다른 열경화성 수지에 비해 경화수축이 적고, 강인성 및 고온특성이 우수하며 내약품성 및 내수성이 우수하다. 상기 비스페놀A 구조의 에테르 결합은 회전이 가능하여 가소성을 가진다. 또한 상기 비스페놀A형 에폭시 화합물은 수산기와 탄화수소의 규칙성으로 접착성이 크다. 일례로 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.

[화학식 3]

(상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.)

상기 비스페놀F형 에폭시 화합물은 상기 비스페놀A형에 비해 점도가 매우 낮으나 경화물성은 거의 유사하다. 일례로 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.

[화학식 4]

(상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.)

상기 노볼락형 에폭시 화합물은 높은 내열성과 우수한 내약품성을 가지는 고기능성 수지로, 출발원료에 따라 페놀 노볼락형과 o-크레졸 노볼락형이 있다. 일례로 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.

[화학식 5]

(상기 R이 H인 경우 페놀 노볼락형이라 하고, R이 CH₃인 경우 o-크레졸 노볼락형이라 한다. 상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.)

상기 글락시딜 아민형 에폭시 화합물은 다관능성 에폭시로서 내열성이 우수하여 첨단복합재료, 필라멘트 와인딩 등으로 이용된다. 일례로 하기 화학식 6으로 표시될 수 있다.

[화학식 6]

(상기 n은 1 내지 1,000의 정수이다.)

상기 고무 변성형 에폭시 화합물은 일반 에폭시에 강인성, 박리강도, 유연성 및 접착성 등을 보강한 것으로 내한성이 뛰어나, 냉열 사이클에서도 내크렉성이 우수하다. 일례로 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.

[화학식 7]

상기 고분자형 에폭시 화합물은 중합도 100 이상, 분자량 30,000 g/mol이상의 고분자량을 가지는 에폭시 화합물로 유연성, 내열성, 접착성이 우수하며, 수산기가 많아 이소시아네이트 경화 및 멜라닌 경화가 가능하다. 일례로 하기 화학식 8로 표시될 수 있다.

[화학식 8]

(상기 n은 100 내지 1,000의 정수이다.)

상기 저온 속경화형 에폭시 화합물은 비스페놀A형에 비해 경화속도가 매우 빠르고, 5℃ 이하의 저온에서도 경화가 가능하다는 특징이 있다. 상기 저온 속경화형 에폭시 화합물은 내수성, 내화학성이 탁월하고, 경화물성이 우수하며 백화 분말 현상(Chalking)을 방지할 수 있다. 또한 저온, 고습 조건에서 프리 아민이 공기중의 수분과 반응하여 도막 표면에 염을 형성하는 아민 블러싱 현상을 예방할 수 있고, 다른 수지와의 상용성이 우수하다.

상기 이소시아네이트 경화형 에폭시 화합물은 수산기와의 이소시아네이트 경화 시스템에 적합하도록 설계된 것으로 중량평균 분자량이 1,000 내지 10,000 g/mol 정도이다. 저온의 동절기 도료에 많이 이용되며 강인성, 내충격성 및 내부식성이 우수하다. 일례로 하기 화학식 9로 표시될 수 있다.

[화학식 9]

(상기 R은 제한되지 않으며, 상기 n은 1 내지 100의 정수이다.)

상기 공명음 저감 타이어에 있어서, 상기 흡음재층(3)은 폴리우레탄 폼을 포함하는 것일 수 있다.

상기 폴리우레탄 폼은 기본적으로 폴리이소시아네이트 화합물(polyisocyanate compound)과 폴리올(polyhydroxycompound)을 우레탄 반응시켜 제조하는 것일 수 있다.

상기 폴리우레탄 폼은 개방셀을 가지는 폴리우레탄 계열의 흡음재를 말하며 밀도가 25 내지 35 kg/㎥인 것일 수 있다.

개방셀을 가지는 폴리우레탄 폼은 점성이 낮은 접착제가 폴리우레탄 폼에 너무 많이 흡수되어 이너라이너와의 접착이 어렵다는 문제가 있었다. 그러나 에폭시계 접착제는 접착제 구조 내에 극성의 -OH기를 포함하여 다른 계면과 결합시 상기 극성기가 화학적 결합을 이룰 수 있고, 이를 바탕으로 물리적 결합에 비해 더 안정된 접착을 이룰 수 있다.

그러나, 상기 접착제를 이너라이너에 적용하는 경우 타이어 가류시 통상적으로 사용되는 이형제로 인하여 이너라이너가 오염되고 타이어 검사 공정에서 들어가는 림 이형제가 타이어에 도포 및 림 장, 탈착 과정에서 유입되어 이너라이너 내부를 오염시키기 때문에 접착력이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 이너라이너에 이형제를 처리하는 공정을 프라이머 공정이라 하고, 상기 공정은 유독성 물질 사용에 대한 위험성이 있다.

그러나 본 발명에 다른 타이어 제조방법에서는 상기 이형제 처리 단계를 생략할 수 있다. 이에 따라 유독성 물질이 발생하는 프라이머 공정이 필요하지 않기 때문에 제조 공정 상에서 유독성 물질 사용에 대한 위험성이 없다.

본 발명에 따른 공명음 저감 타이어는 정련, 압출, 압연, 재단, 성형, 가류 및 검사 공정 단계를 거쳐 제조된다.

구체적으로 상기 공명음 저감 타이어의 제조방법은 이너라이너를 포함하는 그린 타이어(Green tire) 성형 단계, 상기 그린 타이어 내부의 이너라이너와 브라더(Bladder)가 직접 맞닿도록 상기 그린 타이어를 브라더(Bladder)에 위치시키고, 상기 브라더를 이용하여 상기 그린 타이어의 내부를 팽창시켜 가류 타이어(Cured tire)를 제조하는 단계, 상기 이너라이너 표면에 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계, 및 상기 접착제층에 흡음재를 부착하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

상기 이너라이너의 표면에 브라더를 위치시키기 이전에 그린 타이어 내부의 이너라이너에 이형제를 도포하거나 생략할 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 1: 에폭시계 접착제]

주쇄에 에폭사이드 링을 2개 포함하고, 비스페놀A구조를 더 포함하는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 이용하여 에폭시계 접착제를 제조하였다.

[화학식 3]

(상기 n은 1 내지 1,000이다.)

[제조예 2: 공명음 저감 타이어 제조]

<실시예 1>

그린 타이어(Green tire)를 성형하였다. 상기 그린 타이어 내부의 이너라이너와 브라더(Bladder)가 직접 맞닿도록 상기 그린 타이어를 브라더에 위치시키고, 상기 브라더를 이용하여 상기 그린 타이어의 내부를 팽창시켜 가류 타이어(Cured tire)를 제조하였다. 상기 가류 타이어의 이너라이너에 상기 제조예 1에서 제조한 에폭시계 접착제를 도포한 후 폴리우레탄 흡음재를 부착시켰다.

<비교예 1>

상기 실시예 1과 동일하나, 에폭시계 접착제 대신 기존 실리콘계 접착제를 구입하여 도포한 후 폴리우레탄 흡음재를 부착시켰다.

[시험예 1: 접착력 평가]

상기 실시예 1 및 2에서 제조한 공명음 저감 타이어의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

	조건	비교예1	실시예1	대비
접착특성	상온	120 시간	120 시간	100%
	고온(80℃)	8 시간	120 시간	1500%
	저온(-15℃)	72 시간	120 시간	167%

접착특성은 1kg의 추를 타이어 패브릭 코드(fabric cord)로 묶어, 부착된 흡음재의 사이드에 구멍을 통과시켜 매달아놓고 부착 상태를 확인하는 방법으로 측정하였다.

상기 표 1을 살펴보면, 에폭시계 접착제를 사용한 실시예 1의 경우 고온과 저온에서의 접착특성의 저하가 발생하지 않았고, 특히 비교예 1과 비교하여 고온에서의 접착특성이 1500% 향상된 것을 확인할 수 있었다.

고온 및 저온에서의 접착 특성 저하가 없으므로 고속 주행시에도 발열이나 변형에 의한 흡음재의 이탈을 방지할 수 있을 것으로 예상된다.

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.

1: 공기압 타이어
2: 접착제층
3: 흡음재층

Claims (5)

1. 이너라이너,
   상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및
   상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함하고,
   상기 접착제층은 에폭시계 접착제를 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에폭시계 접착제는 하기 화학식 1로 표시되는 에폭사이드 링을 포함하는 에폭시계 화합물을 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.
   [화학식 1]
   

   

   
   (R₁ 내지 R₄는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 페닐기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.)
3. 제2항에 있어서,
   상기 에폭시계 화합물은 비스페놀A 구조(Bis-phenol- A), 비스페놀B(Bis-phenol-B) 구조, 노볼락 구조 및 글리시딜 아민 구조로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 반복단위를 더 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.
4. 제1항에 있어서,
   상기 에폭시계 접착제는 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 에폭시계 화합물을 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.
   [화학식 2]
   

   

   
   (상기 m은 1 내지 1,000의 정수이다.)
5. 제1항에 있어서,
   상기 흡음재층은 폴리우레탄 폼을 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.

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