KR20210012864A

KR20210012864A - 타이어 조성물

Info

Publication number: KR20210012864A
Application number: KR1020190146603A
Authority: KR
Inventors: 이현창
Original assignee: 이현창
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-02-03
Also published as: KR102337448B1

Abstract

본 개시는 전기 전도성이 높고 내마모성이 우수한 흡수 특성을 갖는 타이어 접지면(tread) 화합물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 비공기압 타이어(non-pneumatic tire)로 사용될 타이어 화합물의 제조에 관한 것으로, 이전 기술에 비해 수-팽창율을 낮추어 내마모성을 가졌어도 도전성 및 대지면과 접촉저항이 향상된 타이어 전극 제조 및 상기 전극을 사용하여 매설된 도전체의 결함 위치를 파악할 수 있는 급수 수단을 가진 이동 전극으로서 사용될 수 있다.

Description

타이어 조성물 {TIRE COMPOSITION}

본 개시는 전기 전도성이 높고 내마모성이 우수한 흡수 특성을 갖는 타이어 접지면(tread) 화합물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 비공기압 타이어(non-pneumatic tire)로 사용될 타이어 화합물의 제조에 관한 것으로, 상기 타이어는 도로면에 근접한 지하 매설 도체 (전선, 파이프라인 등) 또는 지상의 구조물 (건물, 다리 등)로부터 누출되는 표류 전류 (stray current)에 의해 발생되는 대지전위 상승위치를 검출할 수 있는 타이어 형태의 이동 전극으로서 사용될 수 있다.

지하 전기 케이블 또는 가스 파이프 라인의 결함이 조기에 발견되어 수리되지 않으면, 불량 부위에서 전압이나 가스가 누출되어 환경에 위협이 될 수 있다. 또한, 결함으로 인해 사람이나 동물이 감전, 화상을 입을 수 있으며, 매설된 산업설비를 완전히 손상시킬 수도 있다.

또한, 이러한 누출은 낭비이므로 경제적으로도 손실이 발생한다. 이러한 결함 발생의 원인으로는 굴착에 의한 우발적인 손상, 지하 매설물의 전기 분해/부식에 의한 손상, 나무의 깊은 뿌리에 의한 손상, 케이블 또는 파이프 라인의 노후화에 의한 손상 등이 있다.

이러한 결함으로 인해 도체 표면의 절연 불량 위치에서 대지로 흘러나와 대지전위를 상승시키는 전류를 표류 전류 (stray current)라고 한다.

지하 전기 케이블 등에서 누출되는 표류전류 등을 검출하여 결함 탐지에 채택된 기술은 다양하며, 시간이 오래 걸릴 수 있다. 그러나 누출된 결함을 감지하기에는 하나 이상의 방법으로는 충분하지 않을 수 있다. 전기 테스터 펜 또는 전기장 탐지기로 누출 소스를 감지할 수 있다. 전기 테스터 펜은 사용자의 손과 테스트 대상 물체의 전위차를 감지하는 휴대용 장치이다. 이 장치는 사용자와 테스터 사이의 전위차 간섭으로 인해 작동 중에 제한이 따른다.

미국 농림부에서 발간한 SDA 핸드북 제696면에 소개된 적외선 탐지 방법은 온도 기록 분석을 적용하여 누전을 탐지하는 방법은 측정된 온도 기록 분석을 할 수 있는 상당한 전문가가 필요하다는 문제점이 있다.

비교적 최근 기술인 미국 특허 제5352984호에 기술된 TDR (Time Domain Reflectometry)은 지하 누전을 추적하고 탐지할 수 있는 기술이지만 사용하기가 어렵고 시간 소요가 많이 되었으며 측정 결과가 부정확하다는 단점이 있다. 또한, 고전압 레이더 기술 (high-voltage radar techniques)은 지하 전압 누출을 추적하고 감지하는데 사용되는 널리 사용되고 있으나, 이러한 기술은 시간이 오래 걸리고 정확성이 떨어지며 특정 기술이 필요한 단점이 있다.

종래 기술인 EP 3073279 A1에서, 본 발명자들은 지하 누설 전압원을 검출하기위한 독특하고 효과적인 방법을 채택했다. 여기서, 상기 설계는 금속 링 및 소수성 탄소 직물 물질로 강화된 이동 카트 타이어의 사용을 포함하며, 이 금속 링은 전압 검출 전자기 센서에 연결된다. 작동 중에, 금속 전극을 덮는 직물은 전압 검출을 용이하게 하기 위해 접지면과 누출 원 사이의 계면 전기 저항을 감소시키기 위해 물이 공급된다. 상기 설계는 다음과 같은 문제로 인해 만족스럽지 못하다: 금속 링 전극, 직물 및 지면 사이의 마찰로 인한 계면 저항 및 높은 마모 손실을 감소시키기 위해 직물이 표면에 습윤되고 수막을 보유할 수 없음. 또한, 금속 링은 지면에서 움직일 때 불균형을 만들며, 이동 속도가 약 1.5 내지 2.5 mph의 저속으로 제한되므로, 누출 사이트의 즉시 검출이 적을 수 있다.

대한민국 공개특허 제10-2019-0082519에서는 친수성과 전도성을 가진 타이어를 제조하기 위해 카르복실화-아크릴로니트릴-부타디엔 고무(XNBR)를 주재료로 사용하여 스트립 형태로 제조하여 부도전성을 가진 공기압 튜브의 외면을 감싼 후 도전성 트레드를 외면에 형성하여 친수성 도전성 특성을 가진 타이어를 제조하는 방법을 공개하였다.

그러나 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinyl pyrrolidone; 이하, PVP)과 같은 수-팽창 물질을 20 내지 30 중량부(총 고무성분 100 중량부 기준)를 사용하여 수-팽창률이 20% 이상으로 과다하게 유지될 때 마모율이 높고 측정 지역까지 이동 시에도 타이어가 차량 중량 부담된 상태에서 노면과 마찰 등으로 불필요한 마모가 발생되고 있고, 도전성 트레드 마모가 진행되면 부도체인 공기압 튜브 면이 지면과 접촉되어 측정 불량이 발생되고 있다.

본 개시의 목적은 기존 기술로 제작된 타이어 전극을 운영한 결과를 토대로 바퀴전극을 이용하여 신속한 신호 검출을 위한 종래 기술을 향상시키고 장기 내구성을 보장하기 위해, 전기 전도성 금속 전극을 내구성 있는 전기 전도성 및 친수성 탄성 트레드 기반 전극으로 대체하는 것이다. 이러한 목적에 따라, 이 타이어 전극은 감지 어레이를 통해 연결될 수 있고 빠른 누출 가능성 검출을 위해 운행용 타이어가 아닌 중량을 덜 받는 구조의 모바일 트레일러 등에 부착되어 필요한 위치에서만 지면과 접촉하여 사용될 수 있다.

또한, 운영한 결과 수-팽창 지수를 20% 이상 유지시 마모가 심해 수-팽창 물질의 비중을 줄여 내 마모성을 향상시키는 대신 더 낮은 도전성을 가지고 또한 적당량의 친수성을 가지는 타이어 전극을 만드는 것이다.

이를 위해, 중합체에 대한 광범위한 조사가 수행되었으며, 본 개시의 목적에 가장 적합한 것을 포함한다. 일반적으로, 엘라스토머 (고무)는 캡 및 그루브 패턴의 트레드를 갖는 타이어의 구성을 위한 최첨단 재료이다. 이 기술에서, 천연 고무 (NR)는 트레드 화합물을 제조하기 위해 널리 개시되어 있는데, 이는 최종 타이어 제품에 높은 녹색 강도 및 탄성을 부여하기 때문이다. NR의 잘 알려진 고유의 단점은 폴리머 핸드북에 개시된 바와 같이 NR의 골격에서 이중 결합 (C = C)의 산화 공격으로 인한 분해이다. 미국 특허 제6326424호는 높은 유리 전이 온도를 갖는 이소프렌-부타디엔 고무(IBR) 공중합체를 타이어 트레드용 고무에 사용하였는데, 이는 에멀전화 등을 위한 두 번째 매트릭스, 예컨대 스티렌-부타디엔 고무(SBR)가 없이도 실리카와 배합하여 사용 가능하다는 장점이 있다. 또한, 미국 특허 제2821232호는 SAF(super abrasion furnace) 카본 블랙 또는 SAP와 실리카의 조합으로만 강화된 타이어 트레드용 NR을 개시하고 있다. 그러나 당업계에 잘 알려진 바와 같이 에너지 손실을 일으키는 마모성, 견인력, 구름 저항성은 한 종류의 고무 매트릭스만 존재할 경우 더욱 불량해지기 때문에 상기 개시된 타이어 트레드용 고무는 적합하지 않았다.

이에, NR과 다른 합성 탄성 중합체의 블렌드, 예컨대 시스 1,4-폴리부타디엔 고무(BR), 시스 1,4-폴리이소프렌 고무(IR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴 고무(NBR), 및 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPDM) 등을 도입하고 보강재를 포함시켜 타이어의 물성의 균형을 맞추려는 시도가 있어왔다. 내마모성, 견인력 및 구름 저항 특성 사이의 균형을 이루려면 경화 전에 경화제를 미-경화베이스 고무/블렌드 화합물에 포함시키는 것이 우선 순위이다.

예컨대 보강재의 종류로는 현재까지 모노 또는 하이브리드 탄소 기재 필러, 예컨대 카본 블랙, 나노 튜브, 그래핀 등을 실란화-실리카와 조합하여 사용하는 것이 가장 효과적인 것으로 알려져 있다. 대부분의 성분들은 극성 내지 비극성으로 다양할 수 있지만, 통상적인 타이어 트레드 조성물은 전체적으로 소수성이기 때문에 본 발명자가 추구하는 전도성 친수성 타이어에는 적합하지 않았다.

일반적으로, 통상의 기술자에게는 타이어 트레드에 대해 고무 화합물을 제조하기 위해서는 친수성 및/또는 수-팽윤성 물질을 사용하는 것으로 이해된다. 이러한 물질로는 가교 폴리비닐 알코올, 가교 폴리아크릴레이트, 가교 녹말-아크릴레이트 공중합체, 가교 카르복시메틸셀룰로오스 또는 수-팽윤성 우레탄 수지와 같은 수 팽윤/수-흡수 물질로 극성 엘라스토머/중합체를 포함할 수 있다.

본 개시는 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 본 개시는 전기 전도성이 높고 내마모성이 우수한 흡수 특성을 갖는 타이어 접지면(tread) 화합물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

구체적으로, 본 개시는 전체면이 도전성을 가진 비공기압 타이어 (non-pneumatic tire)로 사용될 타이어 화합물의 제조에 관한 것으로, 내마모성을 향상하기 위해 수-팽창 물질의 함량을 줄이고, 또한, 이동 시 불필요한 마모를 줄이기 위해 타이어 중량 부담을 경감을 위해 차량 본체 대신 트레일러에 부착되거나, 측정 시에만 지면에 접촉하는 형태를 갖는 급수를 갖는 이동 전극으로서 사용될 수 있다.

이에, 본 개시의 목적은 전도성 친수성 타이어 조성물을 제공하는 것이다.

본 개시의 다른 목적은 매설물 등에서 유출되는 표류전류에 의해 대지전위가 상승되는 위치를 파악하여 실시간으로 결함 위치를 파악하는 장치를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 매설물 등에서 유출되는 표류전류에 의해 대지전위가 상승되는 위치를 파악하여 실시간으로 결함 위치를 파악하는 방법을 제공하는 것이다.

본 개시는 전기 전도성이 높고 내마모성이 우수한 흡수 특성을 갖는 타이어 접지면(tread) 화합물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 비공기압 타이어 (non-pneumatic tire)로 사용될 타이어 화합물의 제조에 관한 것으로, 상기 타이어는 대지 전위 상승위치를 검출하기 위한 급수를 갖는 이동 전극으로서 사용될 수 있다.

이하 본 개시를 더욱 자세히 설명하고자 한다.

본 개시의 목적은 기계적 내구성(내마모성)을 가지며 친수성이며 전기 전도성인 고무 조성물을 제공하는 것이다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 조성물은 총 고무 성분 100 중량부 기준으로 극성 고무 10 내지 100 중량부를 포함하는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 극성 고무는 천연 고무 (natural rubber), 폴리부타디엔 고무 (polybutadiene rubber) 및 에피클로로하이드린 폴리에틸렌 옥사이드 알릴 글리시딜 에테르 (epichlorohydrin polyethylene oxide allyl glycidyl ether)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 천연 고무는 총 고무 성분 100 중량부 기준으로 60 내지 80 중량부, 60 내지 75 중량부, 70 내지 80 중량부, 예를 들어, 70 내지 75 중량부, 바람직하게는 73 중량부 포함된 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 폴리부타디엔 고무는 총 고무 성분 100 중량부 기준으로 10 내지 15 중량부, 11 내지 15 중량부, 12 내지 15 중량부, 13 내지 15 중량부, 14 내지 15 중량부, 바람직하게는 15 중량부 포함된 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 에피클로로하이드린 폴리에틸렌 옥사이드 알릴 글리시딜 에테르는 총 고무 성분 100 중량부 기준으로 5 내지 10 중량부, 6 내지 10 중량부, 7 내지 10 중량부, 8 내지 10 중량부, 9 내지 10 중량부, 바람직하게는 10 중량부 포함된 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 조성물은 친수성 특성을 얻기 위해 바람직한 양의 흡수성 및 수용성 중합체를 기계적 혼합 공정을 통해 조성물 내에 균질하게 분산시킨 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 중합체는 수-팽창 물질인 것일 수 있으며, 예를 들어, 고분자 물질인 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 고분자 물질은 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 가교 폴리비닐알코올, 가교 폴리아크릴레이트, 가교 녹말-아크릴레이트 공중합체, 가교 카르복시메틸셀룰로스, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene Fluoride, PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 및 폴리우레탄(polyurethane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려진 수-팽창 물질을 모두 포함한다.

본 개시에 있어서 상기 수-팽창 물질은 총 고무 성분 100 중량부 기준으로 1 내지 10 중량부, 1 내지 9 중량부, 1 내지 8 중량부, 1 내지 7 중량부, 1 내지 6 중량부, 1 내지 5 중량부, 1 내지 4 중량부, 예를 들어, 1 내지 3 중량부, 바람직하게는 2 중량부 포함된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 수용해도 및 팽창도는 가수분해 정도, 두께 등을 고려하여 조절될 수 있다.

본 개시에 일 구체예에 있어서 상기 수-팽창 물질이 폴리에틸렌 옥사이드인 경우, 상기 폴리에틸렌 옥사이드는 총 고무 성분 100 중량부 기준으로 1 내지 10 중량부, 1 내지 9 중량부, 1 내지 8 중량부, 1 내지 7 중량부, 1 내지 6 중량부, 1 내지 5 중량부, 1 내지 4 중량부, 예를 들어, 1 내지 3 중량부, 바람직하게는 2 중량부 포함된 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물은 보강제를 추가로 포함하는 것일 수 있다.

고무 블렌드가 보강재를 포함하지 않는 경우 물리-기계적 특성이 불량하기 때문에 타이어에 사용하기 힘들다. 따라서, 생강도를 증가시키고, 몇몇 경우 열적 및/또는 전기적 특성을 증가시키기 위해 보강재를 추가로 포함하는 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물은 총 성분의 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 30 중량부의 보강재를 포함하는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 보강제는 실란화-실리카 및 탄소-기재 필러인 것일 수 있으며, 예를 들어, 카본 블랙, 탄소 나노 튜브, 실리카 및 커플링제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으며, 2종 이상이 포함된 경우 이들 성분은 서로 시너지 효과를 나타내는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 상기 조성물의 강도 및 전기 전도성 특성을 증가시키기 위해, 상기 조성물은 총 고무 성분 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 30 중량부의 카본 블랙 (CB)을 추가적으로 포함하는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 카본 블랙은 전도성 등급 카본 블랙인 것일 수 있으며, 예를 들어, 제1 카본 블랙, 제2 카본 블랙 및/또는 제3 카본 블랙인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 제1 카본 블랙(EC600JD)은 질소 가스를 사용하여 브루너, 엠메트, 텔러 표면적(이하 "BET 표면적")을 측정했을 때 약 1270 m²/g의 BET 표면적을 가지고, 총 고무 성분 100 중량부를 기준으로 5 내지 30 중량부, 바람직하게는 20 내지 30 중량부만큼 포함될 수 있다. 상기 제1 카본 블랙은 480 내지 510 mL/100g, 바람직하게는 498 mL/100g의 DBP(보강충전제의 구조(structure)를 나타내는 값)를 갖는다.

본 개시에 있어서 제2 카본 블랙(N550)은 35 내지 45 m²/g, 바람직하게는 35 내지 40 m2/g의 BET 표면적을 가지고 총 고무 성분 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부만큼 포함될 수 있다. 상기 제2 카본 블랙은 ASTM D1510에 따라 측정했을 때 약 37 내지 47 g/kg, 바람직하게는 42.5 g/kg의 I2 흡습량 (보강재의 표면적(surface area)을 나타내는 요오드 흡습량)을 갖는다. 상기 제2 카본 블랙은 ASTM D6556에 따라 측정했을 때 6 내지 10, 바람직하게는 7.3의 pH와 함께 38.7 m²/g의 통계적 표면적(STSA)을 갖는다. 상기 DBP 값 및 I2 흡습량은 카본 블랙의 물리적 성질 및 화학적 성질을 결정짓는 주요 인자들이기 때문에 카본 블랙의 DBP 값 및 I2 흡습량과 첨가량이 상기 범위를 벗어나면 전기전도성 개선효과를 기대하기 어렵다.

본 개시에 있어서 제3 카본 블랙(N220)은 100 내지 121 m²/g의 BET 표면적을 갖는다. 상기 제3 카본 블랙은 ASTM D1510에 따라 측정했을 때 약 116 내지 126 g/kg, 바람직하게는 123.3 g/kg의 I2 흡습량을 갖는다. 상기 제3 카본 블랙의 pH는 약 6 내지 10, 바람직하게는 약 8이다. 제3 카본 블랙이 포함되는 경우, 총 고무 성분 100 중량부를 기준으로 제1 카본 블랙은 20 내지 25 중량부, 제2 및 제3 카본 블랙은 두 성분을 합쳐서 약 5 내지 10 중량부만큼 포함될 수 있다.

또한, 본 개시에 있어서 제3 카본 블랙은 제2 카본 블랙을 대체하여 포함될 수도 있다. 카본 블랙의 총량이 상기 명시한 범위에 미치지 않으면 전기 전도성 개선효과를 기대하기 어렵기 때문에 바람직하지 않고, 상기 명시한 범위를 넘어서면 타이어 트레드의 보강성이 낮아지기 때문에 바람직하지 않다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 조성물이 실리카를 포함하는 경우, 실리카는 총 고무 성분 100 중량부 기준으로 2.0 내지 10.0 중량부, 2.0 내지 9.0 중량부, 2.0 내지 8.0 중량부, 2.0 내지 7.0 중량부, 2.0 내지 6.0 중량부, 2.0 내지 5.0 중량부, 예를 들어, 2.0 내지 4.0 중량부 포함되는 것일 수 있다. 상기 범위 미만에서는 실리카의 첨가 목적인 회전저항 감소 효과가 미흡하고, 상기 범위를 초과하는 경우 본 개시에서 사용되는 카본 블랙에 의한 전기전도성 개선 효과가 방해되므로 바람직하지 않다.

본 개시에 있어서 상기 실리카의 질소 흡수에 기초한 BET 표면적은 150 내지 200 m²/g, 150 내지 190 m²/g, 150 내지 180 m²/g, 150 내지 170 m²/g, 160 내지 200 m²/g, 160 내지 190 m²/g, 160 내지 180 m²/g, 160 내지 170 m²/g, 예를 들어, 164 m²/g인 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 용어 "BET 표면적"은 상기 보강재의 기공률(porosity)을 포함하는 총 표면적을 의미한다.

본 개시에 있어서 상기 실리카의 pH는 0 내지 13, 1 내지 13, 2 내지 13, 3 내지 13, 4 내지 13, 5 내지 13, 6 내지 13, 7 내지 13, 8 내지 13, 9 내지 13, 10 내지 13, 11 내지 13, 0 내지 12, 1 내지 12, 2 내지 12, 3 내지 12, 4 내지 12, 5 내지 12, 6 내지 12, 7 내지 12, 8 내지 12, 9 내지 12, 10 내지 12, 11 내지 12, 예를 들어, 11.2인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 상기 BET 값 등은 실리카의 특성을 결정짓는 주요 인자들이기 때문에, 실리카의 BET 값 등이 상기 명시한 범위를 벗어나면 공정성이 나빠지므로 바람직하지 않다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 조성물은 실리카의 분산을 개선시키기 위해 커플링제를 추가로 포함할 수 있다. 커플링제는 실리카 입자가 고무 상에 균일하게 분산되는 것을 도와주면서, 고무와 실리카 사이의 강한 결합을 유지한다. 실리카는 분자량이 작아 중합체 입자와 화학적 결합을 형성할 수 있기 때문에 이들은 필러와 매트릭스를 반응시키는 작용기를 포함해야 한다.

본 개시에 있어서 상기 커플링제는 실란 커플링제인 것일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 사용되는 물질 및 공정 조건에 따라 변할 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 커플링제는 총 조성물 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2.0 중량부, 0.5 내지 1.9 중량부, 0.5 내지 1.8 중량부, 0.5 내지 1.7 중량부, 0.5 내지 1.6 중량부, 예를 들어, 0.5 내지 1.5 중량부 만큼 포함된 것일 수 있다.

본 개시에 따른 타이어 조성물은 고무/타이어 업계에 알려진 통상적인 첨가제들을 추가로 포함할 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 첨가제는 가황제(sulfur vulcanizing agent), 촉진제(accelerator), 활성화제(activator), 항산화제, 왁스, 공정 오일 등인 것일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 상기 첨가제는 고무/타이어 업계에서 바람직한 범위로 인식하는 양 만큼 포함되며 이는 공지되어있다.

본 개시의 일 구체예에 있어서 상기 타이어 조성물은 점도를 낮추어 용이한 가공성을 통해 공정에 요구되는 에너지를 줄이기 위해 가소제를 추가로 포함하는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 가소제의 예로는 미네랄 오일이 있고, 이들 오일은 방향족, 나프탈레닉 및 파라핀 구조의 혼합물인 탄화수소로 이루어져 있다.

본 개시에 있어서 상기 가소제는 사용되는 탄소 중합체의 극성에 따라 극성 내지 비극성의 가소화제 종류가 사용될 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 비극성 오일은 중급 추출 용매(Mild Extracted Solvent(MES)), 잔류 방향족 추출 용매(Residual Aromatic Extracted Solvent(RAE)) 및 증류 처리 방향족 추출 용매(Treated Distillate Aromatic Extracted Solvent(TDAE)) 중에서 선택될 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 극성 오일은 미국 특허 제6248929호, 미국 특허 제6399697호 및 미국 특허 제6410816호에 기재된 합성 오일, 또는 프탈산, 아디프산 또는 세바식산의 유도체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 일 구체예에 있어서 상기 가소제는 고무배합유(Treated Distillate Aromatic Extract)인 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 가소제는 총 고무 성분 100 중량부를 기준으로 5 내지 40 중량부, 5 내지 38 중량부, 5 내지 36 중량부, 5 내지 34 중량부, 5 내지 32 중량부, 예를 들어, 5 내지 30 중량부 포함된 것일 수 있다.

본 개시의 일 구체예에 있어서, 전형적으로 사용되는 고무배합유는 ASTM D4052 표준에 따라 15℃에서 밀도 0.9530 및 ASTM D445 표준에 따라 100℃에서 각각 19.29의 방향족 유형인 것일 수 있으며, 예를 들어, Plasthall P-900인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 시코치 시간 (t_s2)은 0.6 내지 1.1, 예를 들어, 0.6 내지 1.0인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 정화 시간 (T90)은 2.0 내지 14.5, 2.0 내지 13.5, 2.0 내지 12.5, 2.0 내지 11.5, 2.0 내지 10.5, 2.0 내지 9.5, 2.0 내지 8.5, 2.0 내지 7.5, 2.0 내지 6.5, 2.0 내지 5.5, 예를 들어, 2.0 내지 5.0인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 ML (dNm)은 13.9 내지 20.0, 14.0 내지 20.0, 14.5 내지 20.0, 15.0 내지 20.0, 15.5 내지 20.0, 예를 들어, 16.0 내지 20.0인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 MH (dNm)은 28 내지 77, 28 내지 70, 28 내지 65, 28 내지 60, 28 내지 55, 30 내지 77, 30 내지 70, 30 내지 65, 30 내지 60, 30 내지 55, 예를 들어, 30 내지 50인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 인장 강도 (MPa)는 5 내지 20, 6 내지 20, 7 내지 20, 예를 들어, 8 내지 20인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 100% 모듈러스 (MPa)는 1.0 내지 8.0, 1.1 내지 8.0, 1.2 내지 8.0, 1.3 내지 8.0, 1.4 내지 8.0, 예를 들어, 1.5 내지 8.0인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 200% 모듈러스 (MPa)는 4 내지 15, 5 내지 15, 6 내지 15, 7 내지 15, 예를 들어, 8 내지 14인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 파쇄시 인장 (%)은 150 내지 700, 200 내지 700, 250 내지 700, 150 내지 600, 200 내지 600, 250 내지 600, 150 내지 500, 200 내지 500, 250 내지 500, 150 내지 400, 200 내지 400, 예를 들어, 250 내지 400인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 25℃에서 리바운드는 20 내지 70, 20 내지 65, 20 내지 60, 20 내지 55, 20 내지 50, 25 내지 70, 25 내지 65, 25 내지 60, 25 내지 55, 예를 들어, 25 내지 50인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 경도 (쇼어 A)는 20 내지 80, 30 내지 80, 40 내지 80, 50 내지 80, 20 내지 75, 30 내지 75, 40 내지 75, 예를 들어, 50 내지 75인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 마모 손실 (mm³)은 150 내지 200, 155 내지 200, 160 내지 200, 150 내지 195, 155 내지 195, 예를 들어, 160 내지 195인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 접촉각 (o)은 10 내지 90, 20 내지 90, 30 내지 90, 40 내지 90, 50 내지 90, 60 내지 90, 70 내지 90, 80 내지 90, 10 내지 88, 20 내지 88, 30 내지 88, 40 내지 88, 50 내지 88, 60 내지 88, 70 내지 88, 80 내지 880, 예를 들어, 80 내지 88인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 수팽창도 (%)는 0 내지 100, 0 내지 90, 0 내지 80, 0 내지 70, 0 내지 60, 0 내지 50, 0 내지 40, 0 내지 30, 0 내지 20, 0 내지 10, 0 내지 5, 0.5 내지 100, 0.5 내지 90, 0.5 내지 80, 0.5 내지 70, 0.5 내지 60, 0.5 내지 50, 0.5 내지 40, 0.5 내지 30, 0.5 내지 20, 0.5 내지 10, 0.5 내지 5, 예를 들어, 0.5 내지 3인 것일 수 있다.

본 개시의 타이어 조성물의 전기 저항성(

.cm)은 5 내지 200, 5 내지 150, 5 내지 100, 5 내지 50, 10 내지 200, 10 내지 150, 10 내지 100, 10 내지 50, 15 내지 200, 15 내지 150, 15 내지 100, 예를 들어, 15 내지 50인 것일 수 있다.

본 개시에 따른 타이어 조성물을 제조하기 위해서는 먼저 촉진제, 활성화제, 및 경화제를 제외한 고무 블렌드와 보강재를 혼합하고(제1 혼합 단계), 그 후 촉진제, 활성화제 및/또는 경화제를 혼합하는 것일 수 있다 (제2 혼합 단계).

본 개시에 있어서 제1 혼합 단계는 약 90℃에서 5분간 수행하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 제2 혼합 단계는 약 50℃에서 2분 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 타이어 조성물을 제조하는 방법은 최적의 물리-기계적 특성을 달성하고 균질한 혼합물을 얻기 위해서는 고무 성분과 다른 성분들을 조절된 시간만큼 이중-롤 밀(two-roll mill) 거치 단계를 포함하는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 이중-롤 밀을 거치 단계의 시간은 5 내지 20분, 5 내지 15분, 10 내지 20분, 예를 들어, 10 내지 15분인 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 이중-롤 밀 단계의 온도는 25 내지 120 ℃, 25 내지 110℃, 25 내지 100℃, 25 내지 90℃, 25 내지 80℃, 25 내지 70℃, 25 내지 60℃, 예를 들어, 25 내지 50℃ 인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원하는 조성물의 성질에 따라 결정될 수 있다.

본 개시의 다른 일 예는 전도성 친수성 타이어 조성물로 제조된 타이어 전극에 관한 것이다.

상기 전도성 친수성 타이어 조성물은 기 설명한 바와 같다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 경화 작업 이전에 비경화 혼합물 스트립들 사이에 전선을 매립하여 경화 후 측정장치와 연결하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 타이어 전극 외주면과 직각방향으로 홈을 만들어 이동 시 수막이 형성되도록 하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 견인형 장치에 부착된 것일 수 있다. 타이어 전극을 견인형 장치에 부착함으로써 중량 부담을 줄여 마모율을 개선할 수 있다. 이를 위해 차량 본체 대신 경량의 부가 차량, 예를 들어, 트레일러(견인되는 보조차량 등)에 부착된 것일 수 있다.

또는, 본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 별도의 운행용 타이어와 같이 설치된 것일 수 있다. 예를 들어, 중량을 분담하도록 하는 별도의 운행 타이어를 가져 부담이 덜한 보조 타이어 형태로 부착되는 것일 수 있다.

또는, 본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 상하 조절장치와 같이 설치하여 필요 시에만 지면에 접촉하도록 하는 구조를 갖는 것일 수 있다.

본 개시의 또 다른 일 예는 상기 타이어 전극을 포함하는 이동식 결함위치 파악 장치에 관한 것이다.

본 개시에 있어서 상기 장치는 타이어 전극을 사용하여 대지면과 접촉하여 대지전위를 측정하여 표류전류에 의해 대지전위가 상승된 점을 차량으로 이동하며 검출하여 결함위치를 파악하는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 기 상술한 바와 같다.

본 개시의 또 다른 일 예는 표류전류 발생 위치를 파악하는 방법에 관한 것이다.

본 개시에 있어서 상기 방법은 타이어 전극을 사용하여 수행되는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 기 상술한 바와 같다.

본 개시에 있어서 상기 타이어 전극은 차량 또는 트레일러에 부착된 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 방법은 대지와 접촉된 면을 통해 대지전위를 측정하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

본 개시에 있어서 상기 방법은 표류전류 발생 위치를 파악하여 지하에 매설된 도전체 또는 지상의 구조물에 포함된 도전체의 결함을 파악하는 것일 수 있다.

본 개시의 일 구체예에 있어서 상기 방법은 지하에 매설된 도전체 또는 지상의 구조물에 포함된 도전체의 결함을 파악하기 위하여, 타이어 전극을 차량 또는 트레일러에 부착하고 이동하며 대지와 접촉된 면을 통해 대지전위를 측정하여 결함에 의한 표류전류 발생 위치를 파악하는 방법인 것일 수 있다.

본 개시의 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 개시의 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

본 개시는 전기 전도성이 높고 내마모성이 우수하면서 흡수 특성을 갖는 타이어를 제조하기 위해 접지면(tread) 화합물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 비공기압 타이어(non-pneumatic tire)로 사용될 타이어 화합물의 제조에 관한 것으로, 수-팽창 흡습제를 낮추는 대신 천연고무를 극성 고무의 주재료로 사용하여 내마모성 향상과 우수한 도전성을 유지하도록 하였고 또한 운행상 불필요한 마모를 줄이기 위해 차량 본체가 아닌 트레일러 등에 부착된 타이어 전극은 지면과 접촉하여 표류전류에 의해 지하 누출 전위의 검출을 위해 센서를 통해 연결된 급수를 갖는 이동 전극으로서 사용될 수 있다.

도 1은 영구적으로 내장된 리드 와이어를 갖는 비공압식 경화 타이어를 얻기 위해 채택될 수 있는 몰드 설계 및 접근법의 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 제조 후 최종 제품의 특성을 보여주는 그림이다.
도 3은 본 개시와 종래 기술을 비교하는 측면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 누설 전위차를 검출하기 위한 인지 회로를 보여주는 그림이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라 지하 누전 상태 및 누전원을 실시간으로 측정하는 방법을 계략적으로 보여주는 그림이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라 운행 시 타이어 전극의 마모를 줄이기 위해 별도의 운행용 타이어를 갖추고 보조 타이어 전극이 설치된 트레일러의 측면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 운행 시 타이어 전극의 마모를 줄이기 위해 별도의 운행용 타이어를 갖추고 보조 타이어 전극이 설치된 트레일러의 배면도이다.

다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나 이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.

용어 설명

S-SBR: 고기능성 합성고무 (Solution polymerized styrene-butadiene rubber)

NR: 천연 고무 (natural rubber)

ENR: 에폭사이드 천연 고무 (epoxide natural rubber)

XNBR: 카르복실화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 (carboxylated acrylonitrile butadiene rubber)

BR: 폴리부타디엔 고무 (polybutadiene rubber)

GECO: 에피클로로하이드린 폴리에틸렌 옥사이드 알릴 글리시딜 에테르 (epichlorohydrin polyethylene oxide allyl glycidyl ether)

EC600JD, N550, N220: 기 사양이 설명된 다양한 유형의 카본 블랙

TDAE: 고무배합유 (Treated Distillate Aromatic Extract)

S/T: 스테아릭산 (Stearic acid)

TMQ: 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린 폴리머 (2,2,4-Trimethyl-1,2-Dihydroquinoline polymer)

6PPD: 1,3-디메틸부틸-N'-페닐-p-페닐렌디아민 (1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)

CZ: N-사이클로헥실-2-벤조티아졸 솔폰아미드 (N-Cyclohexyl-2-benzothiazole sulfonamide)

TMTD: 테트라메틸 티우람 다이설파이드 (Tetramethyl thiuram disulfide)

E-80: 리타더 (Retarder)

PVA: 폴리비닐알코올 (polyvinylalcohol)

PVP: 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone)

CSP: 가교 결합된 소듐폴리아크릴레이트 (Crosslinked sodium polyacrylate)

CF: 셀룰로오스 섬유 (Cellulose Fibers)

제조예. 타이어 조성물의 제조

타이어 조성물을 하기 표 1 내지 4에 기재된 물질 및 조성비로 제조하였다. 구체적으로, 촉진제, 활성화제 및 경화제를 제외한 고무 블렌드와 보강재를 혼합하였다 (제1 혼합 단계). 그 다음, 촉진제, 활성화제 및/또는 경화제를 혼합하였다 (제2 혼합 단계). 제1 혼합단 계는 약 90℃에서 5분, 제2 혼합 단계는 약 50℃에서 2분 동안 진행하였다. 최적의 물리-기계적 특성을 달성하고 균질한 혼합물을 얻기 위해서는 고무 성분과 다른 성분들을 조절된 시간만큼 이중-롤 밀(two-roll mill)을 거치게 하는 것이 바람직하다.

화합물/코드	S1	S2	S3	S4
NR	15	73	15	40
BR	10	15	73	15
GECO	73	10	10	40
PEO	-	2	-	-
PVC	0.5~50	-	-	-
CSP	-	-	0.5~50	-
CF	-	-	-	0.5~50
ZnO	4	4	4	4
TMTD	1	1	1	1
CZ	0.5	0.5	0.5	0.5
EC600JD	26	26	26	26
N550	-	-	4	4
N220	4	4	-	-
실리카	2	2	2	2
실란	0.5	0.5	0.5	0.5
황	2	2	2	2
S/T	1.4	1.4	1.4	1.4
6PPD	1	1	1	1
TMQ	2	2	2	2
왁스	1	1	1	1
TDAE	5~35	5~35	5~35	5~35

화합물/코드	A1	A2	A3	A4
ENR	100	70	30	50
XNBR	0	30	70	50
PEO	0.5~50	-	-	-
PVP	-	0.5~50	-	-
CSP	-	-	0.5~50	-
CF	-	-	-	0.5~50
ZnO	4.5	4.5	4.5	4.5
TMTD	1	1	1	1
CZ	0.5	0.5	0.5	0.5
EC600JD	20	20	20	20
N550	7	7	7	7
N220	3	3	3	3
실리카	5	5	5	5
실란	2	2	2	2
황	2	2	2	2
S/T	1.4	1.4	1.4	1.4
6PPD	1	1	1	1
TMQ	2	2	2	2
E-80	0.4	0.4	0.4	0.4
왁스	1	1	1	1
TDAE	-	-	-	-
Glycerol	5	5	5	5
Plasthall P-900	6~50	6~50	6~50	6~50

화합물/코드	B1	B2	B3	B4
GECO	100	70	30	50
XNBR	0	30	70	50
PEO	0.5~50	-	40	60
PVP	-	0.5~50	-	-
CSP	-	-	0.5~50	-
CF	-	-	-	0.5~50
ZnO	4.5	4.5	4.5	4.5
TMTD	1	1	1	1
CZ	0.5	0.5	0.5	0.5
EC600JD	20	20	20	20
N550	7	7	7	7
N220	3	3	3	3
실리카	5	5	5	5
실란	2	2	2	2
황	2	2	2	2
S/T	1.4	1.4	1.4	1.4
6PPD	1	1	1	1
TMQ	2	2	2	2
E-80	0.4	0.4	0.4	0.4
왁스	1	1	1	1
Glycerol	5	5	5	5
Plasthall P-900	6~50	6~50	6~50	6~50

화합물/코드	C1	C2	C3	C4
EVA	100	70	30	50
XNBR	0	30	70	50
PEO	0.5~50	-	40	60
PVP	-	0.5~50	-	-
CSP	-	-	0.5~50	-
CF	-	-	-	0.5~50
ZnO	4.5	4.5	4.5	4.5
TMTD	1	1	1	1
CZ	0.5	0.5	0.5	0.5
EC600JD	20	20	20	20
N550	7	7	7	7
N220	3	3	3	3
Silica	5	5	5	5
Silane	2	2	2	2
Sulfur	2	2	2	2
S/T	1.4	1.4	1.4	1.4
6PPD	1	1	1	1
TMQ	2	2	2	2
E-80	0.4	0.4	0.4	0.4
Wax	1	1	1	1
TDAE	-	-	-	-
Glycerol	5	5	5	5
Plasthall P-900	6~50	6~50	6~50	6~50

실험예. 물성 평가

상기 실시예의 타이어 조성물 및 상업용 표준 타이어 조성물의 물성을 측정하였다. 물성 평가는 제조된 각 타이어 샘플을 적절한 크기로 절단한 후, 수-팽창 시험, 인장 강도 시험, 전기 저항 측정, 내마모성 측정을 하였다. 구체적으로, 샘플을 제조하기 위해서 상기 제조예에서 제조된 조성물을 시트 아웃하고 이동 다이 레오미터(rheometer)에서 100 내지 190℃ 바람직하게는 120 내지 160℃에서 가황하였다. 최적의 가황 특성은 생성된 샘플이 바람직한 표준 특성을 갖도록 변형될 수 있다. 최종적으로, 핫-프레스에서 2.5 내지 5.0 MPa, 바람직하게는 5.0 MPa를 가하고, 물성시험 표준 절차를 거치도록 하였다.

실험예 1. 수-팽창 시험

샘플을 약 3 cm x 3 cm, 2 mm 두께로 절단한 후, 초기 무게를 잰 다음 물을 흡수한 이후의 무게를 쟀다. 팽창도는 하기의 계산식을 사용하여 계산하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

[계산식]

V: 샘플의 초기 무게, u: 샘플의 최종 무게.

실험예 2. 인장 강도 시험

경화된 시편(10 cm X 2 mm X 2.5 cm)에 대한 인장 강도 (TS) 측정은 QM100s 기계 (QMESYSTEM, 한국)를 사용하여 500 mm/min의 크로스 헤드 속도 및 25℃ 온도에서 ASTM D412 표준에 따라 수행되었다. 인장 기계는 샘플의 양쪽 끝에서 2.5 cm를 잠그고 약 5mm 거리를 두었다. 작동 시 고정 단부는 샘플을 신장 시키므로 응력이 끊어질 때까지 나머지 5mm 거리에 응력이 작용한다 (최고 인장 강도). 기계는 두께 및 응력 적용 영역을 입력한 후 신장 (mm/mm) 또는 변형률 (100 %)에 대한 인장 강도 그래프를 작성하여 이를 기록하였으며, 최소 3 개의 샘플이 반복되고 평균값을 기록하였다. 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

실험예 3. 전기 저항 측정

경화된 직사각형 시편(5 cm X 1.5 cm X 2 mm)의 표면 전기 저항은 휴대용 고저항 미터에 의해 측정되었다. 시편 표면이 전도 시험기의 전극과 잘 접촉하도록 주의를 기울였다. 테스터의 전도성 전극 사이의 거리는 약 2 cm로 일정하게 유지되었다. 측정된 저항은 하기 계산식을 사용하여 부피 저항률 ρv로 변환하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

[계산식]

Volume resistance (ρ_v)=(W t R) / (L)

W: 너비, t: 두께, L: 전극 사이의 거리

실험예 4. 내마모성 측정

내마모성은 DIN 마모기구(QMESYS Co. Ltd.)를 사용하여 측정하였다. 구체적으로, 원통형 고무 시험편 (약 6 mm 두께)을 만들고, 회전 원통형 드럼에 장착된 연마 표면에 대해 연마하였다. 마모로 인해 시편에서 감소된 고무의 양을 측정하였다. 적어도 3 개의 샘플을 테스트하고, 하나의 조성물에 대해 평균을 내었다. 초기 및 최종 샘플을 칭량함으로써, 마모 부분을 그램 (g) 또는 밀리그램 (mg)으로 알 수 있도록 수행하였다. 시편의 밀도 (일정: 1.0 g/m³)를 고려하여, 마모 부피는 밀도에 대한 질량 변화율을 사용하여 계산하였다. 마모량은 하기의 계산식을 이용하여 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

[계산식]

마모량 = (M1 - M2) / 밀도

Properties/codes	S2	A1	A2	B1	B2	C1	C2
시코치 시간 (t_s2)	0.6	0.87	1.1	0.82	0.93	0.80	0.93
정화 시간 (T90)	2.0	7.2	10.1	5.3	13.9	14.5	13.9
M_L(dNm)	18.7	18.4	16.9	19.4	19	13.9	19.0
M_H(dNm)	31.7	68.4	45.0	76.5	70	55.2	74.5
인장 강도 (MPa)	10.1	13.3	11.8	15.2	12	19.4	16.0
100% 모듈러스 (MPa)	2.3	5.7	5.5	4.3	7	4.1	7.0
200% 모듈러스 (MPa)	8.0	4.2	-	7.9	10	9.5	14.3
파쇄시 인장 (%)	395.5	260.6	189.6	361.3	250	382.9	223.6
25^oC에서 리바운드	37.0	44.5	42.2	42.0	28.0	28.5	46.0
경도 (쇼어 A)	68.0	74.0	79.0	74.5	60	76.0	75
마모 손실 (mm ³ )	190	185	190	200	160	180	169
접촉각 ( ^o )	85.0	74.0	79.0	74.5	90	95	89.3
수팽창도 (%)	2.4	20	30	25	40	30	70
전기 저항성 (	35.0	70.0	65	69	55	59	60.4

상기 표 5에서 확인할 수 있듯이, 높은 전기 전도성에서, 접촉각 측정이 불량한 상태에서 비교적 낮은 수팽윤 특성이 S2에서 확인되었다. 이는 블렌드 내에서 충전제의 효과적인 혼합 및 적절한 분산을 보장하기 위해 더 높은 TDAE 함량이 필요하다는 것을 보여준다. 따라서, S2가 본 개시의 핵심 목적을 충족시키는 적합한 조건임을 확인하였다.

이와 같이 제조된 조성물을 사용하여 비공압식 도전성 및 친수성을 가진 타이어 트레드(전극)을 제작하기 위해 도 1은 표 1 내지 4에 기재된 물질을 조성비로 이중-롤 밀(two-roll mill)을 사용하여 혼합한 제조한 것을 핫-프레스(Hot Press)를 사용하여 열간소성 경화 과정을 설명하고 있다. 즉, 경화되기 이전의 상기 혼합물을 스트립 형태로 제작하여 겹겹히 쌓은 상태에서 스티립 사이에 외부 연결용 전선을 매립하고 100 내지 190도로 열을 가한 상태에서 5MPa 압력을 가한 후 일정 시간 경과 후 경화 작업을 마친다.

도 2는 도 1이 경화 과정을 마쳐 제품화가 된 도전성 친수성 타이어를 보여주고 있다. 먼저 스트립 사이에 넣은 수개의 연결용 전선이 연결되어 있고, 그 전선은 외부의 측정 장치와 연결된다. 또한 타이어 전극의 표면에는 타이어 외주면과 직각방향으로 홈이 나 있어 수분이 타이어 전극 표면을 타고 흘러내리지 않도록 보관될 수 있도록 하였다. 이렇게 홈에 보관된 수분은 회전시 타이어 전극 외면에 얇은 수막을 형성하여 지면과 접촉 시 도전성을 향상시킨다. 이렇게 바퀴전극 회전 시 외면에 수막이 형성되도록 제조하여, 비록 이존 기술보다 수-팽창성 재료 비중을 낮추었어도 본 출원 기술을 사용하여 제조된 타이어 전극이 더 양호하게 전기적으로 대지와 접촉이 이뤄져 낮은 저항을 유지하여 효율이 향상될 수 있다는 것을 도 3이 이전기술과 비교하여 설명하고 있다.

도 4는 타이어 전극의 구성을 설명하고 있다. 즉, 기준전극을 타이어 전극T로 정하고 V1, V2, V3 세개의 대지전위 값을 측정하는 구성을 설명하고 있다. 그리고 전극 간에는 금속 구동축(shaft)을 절연하여 개별 타이어 전극의 측정값이 영향없이 유지되도록 한다.

도 5는 본 개시가 추구하는 타이어 전극의 마모율을 감소하기 위해 차량 본체 대신 트레일러에 부착하여 중량 부담에 의한 이동시 마찰에 의한 마모를 줄이기 위한 방안을 보여주고 있다.

도 6은 타이어 전극과 별도로 트레일러 하중을 부담하는 운행용 바퀴가 부착된 상황에서 상하 조절장치를 갖춰 측정하는 곳에서만 타이어 전극을 대지면과 접촉하도록 하여 마모를 줄여 수명을 연장하기 위한 장치의 측면을 보여주고 있다.

도 7은 도 6의 배면을 보여주고 있다.

상기 제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 개시는 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims

총 고무 성분 100 중량부 기준으로 극성 고무 10 내지 100 중량부;
총 고무 성분 100 중량부 기준으로 수-팽창 물질 1 내지 10 중량부;
총 고무 성분 100 중량부 기준으로 카본 블랙 5 내지 30 중량부; 및
총 고무 성분 100 중량부 기준으로 실리카 2.0 내지 10.0 중량부;
를 포함하는, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항에 있어서, 상기 극성 고무는 천연 고무 (natural rubber), 폴리부타디엔 고무 (polybutadiene rubber) 및 에피클로로하이드린 폴리에틸렌 옥사이드 알릴 글리시딜 에테르 (epichlorohydrin polyethylene oxide allyl glycidyl ether)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제2항에 있어서, 상기 극성 고무는, 천연 고무 60 내지 80 중량부, 폴리부타디엔 고무 10 내지 15 중량부 및 에피클로로하이드린 폴리에틸렌 옥사이드 알릴 글리시딜 에테르 5 내지 10 중량부를 포함하는 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수-팽창 물질은 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 가교 폴리비닐알코올, 가교 폴리아크릴레이트, 가교 녹말-아크릴레이트 공중합체, 가교 카르복시메틸셀룰로스, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol, PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene Fluoride, PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 및 폴리우레탄(polyurethane)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항에 있어서, 상기 카본 블랙은 전도성 등급 카본 블랙인 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항에 있어서, 상기 실리카의 질소 흡수에 기초한 BET 표면적은 150 내지 200 m²/g인 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항에 있어서, 상기 타이어 조성물은 커플링제를 추가로 포함하는 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항에 있어서, 상기 타이어 조성물은 가황제(sulfur vulcanizing agent), 촉진제(accelerator), 활성화제(activator), 항산화제, 왁스 및 공정 오일로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 추가적으로 포함하는 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항에 있어서, 상기 타이어 조성물은 가소제를 추가로 포함하고 있는 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제9항에 있어서, 상기 가소제는 고무배합유(Treated Distillate Aromatic Extract)인 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제9항에 있어서, 상기 가소제는 총 고무 성분 100 중량부를 기준으로 5 내지 40 중량부 포함된 것인, 전도성 친수성 타이어 조성물.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전도성 친수성 타이어 조성물로 제조된 타이어 전극.
제12항에 있어서, 상기 타이어 전극은 경화 작업 이전에 비경화 혼합물 스트립들 사이에 전선을 매립하여 경화 후 측정장치와 연결하는 것인, 타이어 전극
제12항에 있어서, 상기 타이어 전극은 타이어 전극 외주면과 직각방향으로 홈을 만들어 이동 시 수막이 형성되도록 하는 것인, 타이어 전극.
제12항에 있어서, 상기 타이어 전극은 견인형 장치에 부착되어 중량 경감에 의한 타이어 마찰 저항을 줄여 마모를 줄이도록 하는 것인, 타이어 전극.
제12항에 있어서, 상기 타이어 전극은 별도의 운행용 타이어와 같이 설치되어 중량부하를 분담 경감하여 마모를 줄이도록 하는 것인, 타이어 전극.
제12항에 있어서, 상기 타이어 전극은 상하 조절장치와 같이 설치하여 필요 시에만 대지면과 접촉하여 측정하는 것인, 타이어 전극.
제12항에 따른 타이어 전극 포함하는 이동식 결함위치 파악 장치.
지하에 매설된 도전체 또는 지상의 구조물에 포함된 도전체의 결함을 파악하기 위하여, 제12항의 타이어 전극을 차량 또는 트레일러에 부착하고 이동하며 대지와 접촉된 면을 통해 대지전위를 측정하여 결함에 의한 표류전류 발생 위치를 파악하는 방법.