KR20210144394A

KR20210144394A - 실란트층을 포함하는 타이어

Info

Publication number: KR20210144394A
Application number: KR1020200061692A
Authority: KR
Inventors: 송동현
Original assignee: 한국타이어앤테크놀로지 주식회사
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-30

Abstract

본 발명은 실란트층을 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어 내측면에 부착된 실란트층을 포함하며, 상기 실란트층은, 부틸고무 100 중량부, 폴리이소부틸렌 100 내지 400 중량부, 카본블랙 10 내지 100 중량부 및 파인애플 잎 섬유 0.1 내지 30 중량부를 포함하는 타이어에 관한 것이다.

Description

실란트층을 포함하는 타이어{TIRE COMPRISING SEALANT LAYER}

본 발명은 실란트층을 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 타이어가 주행 중 못이나 기타 사고로 인해 펑크가 났을 경우 안정적으로 주행할 수 있도록 하며, 파인애플 잎 섬유를 포함하는 자가 봉합이 가능한 실란트층을 포함하는 타이어에 대한 것이다.

자동차 성능의 발전은 고속 주행에 대한 일반 운전자의 욕망을 자극시켰고 이를 위해서 여러 자동차 부품 및 장치가 함께 발전되어 왔다. 고속 주행시 타이어의 펑크는 운전자 및 동승자의 안전을 크게 위협하며, 차량이 조향력을 잃어 주변 다른 사람 또는 사물에 해를 가할 수 있는 큰 사고로 이어질 수 있다. 이를 방지하기 위해 타이어의 안쪽에 펑크를 봉합할 수 있는 실란트(Sealant)를 넣는 기술이나 펑크 난 타이어가 주저 앉지 않도록 단단한 보조물을 더하는 기술(Run-flat)을 사용한 타이어가 개발되어 오고 있다.

최근 실란트층이 적용된 타이어에 대하여, 자동차 업체들의 관심이 늘고 있고, 이러한 타이어를 대량 생산하기 위해서 실란트 조성물의 가공성 및 형태유지 안정성이 확보되어야 한다. 이러한 가공성 및 형태유지 안정성을 확보하기 위해 120 ℃ 이상의 고온에서는 유동성을 가지나 90 ℃ 이하의 온도에서는 유동성을 최소화할 수 있는 실란트 조성물의 개발이 필요하다.

현재 사용되고 있는 실란트 조성물의 경우 일정 이상의 점도를 유지하여 타이어 주행시의 펑크를 자가 봉합하며, 공기의 유출을 막아 타이어의 안정성을 확보하게 된다.

형태유지 안정성을 높이기 위해 점도를 높이게 되면, 타이어의 성능이 크게 떨어질 수 있으며, 점도가 낮아지게 되면 형태유지 안정성이 떨어져 Sun-Belt 또는 중동지방에서 타이어 보관 시, 실란트 물질이 흘러내릴 수 있기에 적정한 점도 및 형태유지 안정성를 유지시킬 수 있는 방법이 양산에 중요한 변수로 작용한다.

본 발명의 목적은 천연소재인 파인애플 잎 섬유를 사용하여 실란트층의 도포 형상을 유지하는데 매우 유리하고, 이용할 수 있는 점도 범위가 넓어지게 되어, 실란트층을 포함하는 타이어의 성능향상 및 도포중량 저감 등이 가능한 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 타이어는, 타이어 내측면에 부착된 실란트층을 포함하며, 상기 실란트층은, 부틸고무 100 중량부, 폴리이소부틸렌 100 내지 400 중량부, 카본블랙 10 내지 100 중량부 및 파인애플 잎 섬유 0.1 내지 30 중량부를 포함한다.

이때, 상기 실란트층은 1 내지 10 mm의 두께를 갖는 것일 수 있다.

그리고, 상기 폴리이소부틸렌의 중량평균분자량은 1,000 내지 3,000 g/mol인 것일 수 있다.

또한, 상기 파인애플 잎 섬유의 길이는 1 내지 50 mm인 것일 수 있다.

본 발명의 실란트층을 포함하는 타이어는 실란트 조성물에 천연소재인 파인애플 잎 섬유를 사용하여 타이어에 적용할 시, 실란트와 파인애플 잎 섬유가 서로 엉켜 높은 물리적 결합을 이룰 수 있고, 타이어 내부와 강한 접착력을 형성하며, 물리적으로 뼈대 역할을 함으로써 형태 유지 안정에 큰 도움을 줄 수 있다.

그리고, 천연소재인 파인애플 잎 섬유는 높은 인장강도, 강인성, 내열성, 고강성, 고탄성을 지니고 있고, 고온에서도 열 안정성을 가지고 있으므로 가공시 또는 타이어 주행시에도 안정적으로 작용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 절단 사시도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예 및 도면에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 절단 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어(1)는 타이어(1) 내측면에 부착된 실란트(sealant)층(2)을 포함하며, 상기 실란트층(2)은, 부틸고무 100 중량부, 폴리이소부틸렌 100 내지 400 중량부, 카본블랙 10 내지 100 중량부 및 파인애플 잎 섬유 0.1 내지 30 중량부를 포함한다.

상기 실란트층(2)은 상기 타이어(1)의 내측면에 도포되며, 상기 타이어(1)가 내측에 이너라이너를 포함하는 경우, 상기 실란트층(2)은 상기 이너라이너 상에 위치할 수 있다.

본 발명에 따른 타이어는 이너라이너 내측면(타이어의 캐비티)에 특수 고분자 물질을 포함하는 실란트층(2)이 도포되어 있어 타이어 트레드 부위에, 못이나 날카로운 이물질에 의한 펑크가 발생하였을 경우 상기 실란트가 펑크 부위를 즉시 봉합하여 공기 누출을 막아 운전 중 도로 갓길에서 하차하여 타이어를 교체할 필요 없이 주행이 가능한 자가봉합(self-sealing) 실란트 타이어이다.

실란트층(2)을 이루게 되는 실란트 조성물은 고무 조성물로서, 대부분 온도에 따라 점도 변화가 크다.

따라서, 실란트 조성물의 경우 일정 이상의 점도에서 형태 유지 안정성이 중요한데, 이는 실란트 조성물 내의 화학적, 물리적 결합에 의해 결정된다.

종래에는 실란트 조성물에 황 가교만을 통한 화학적 결합을 통하여, 실란트층의 형태 유지 안정성에 초점을 맞추었으나, 본 발명에서는 천연소재인 파인애플 잎 섬유를 실란트 조성물에 적용하였다. 파인애플 잎 섬유는 실란트 조성물 내에서 서로 엉켜 높은 물리적 결합을 이룰 수 있고, 물리적으로 뼈대 역할을 함으로써, 실란트는 점도가 낮음에도 불구하고, 실란트층(2)의 형태 유지 안정에 큰 도움을 줄 수 있다.

나아가, 천연소재인 파인애플 잎 섬유는 높은 인장강도, 강인성, 내열성, 고강성, 고탄성을 지니고 있고, 고온에서도 열 안정성을 가지고 있으므로 가공시 또는 타이어 주행시에도 안정적으로 작용할 수 있다.

이때, 상기 파인애플 잎 섬유의 길이는 1 내지 50 mm인 것일 수 있고, 바람직하게는 5 내지 20 mm일 수 있다. 상기 수치범위를 만족하게 되면, 형태유지 안정성 및 실란트 조성물의 균일한 혼합이 가능해진다.

상기 수치범위를 초과하게 되면, 실란트 조성물의 혼합시, 파인애플 잎 섬유들끼리 엉킴 현상이 발생하여, 실란트 조성물의 도포시, 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있는 단점이 있다.

그리고, 본 발명의 실란트층(2)은 상기 파인애플 잎 섬유 이외에, 부틸고무 100 중량부에 대하여 폴리이소부틸렌 100 내지 400 중량부의 점착성 물질을 포함하고 있다. 상기 폴리이소부틸렌은 실란트층(2)이 타이어(1) 내부에 잘 부착할 수 있도록 하고, 완충효과를 높여주는 작용을 하며, 온도안정성을 높여 주는 역할을 한다.

상기 폴리이소부틸렌의 함량이 100 중량부 미만이면 실란트 물질의 흐름성이 저하될 수 있고, 400 중량부를 초과하면 상기 실란트 물질의 형태 안정성이 저하될 수 있다.

더욱 구체적으로는 300 내지 400 중량부의 폴리이소부틸렌을 포함하게 되면, 실란트층(2)의 접착성 및 완충효과를 향상시키는데 유리하고, 200 내지 300 중량부의 폴리이소부틸렌을 포함하게 되면, 온도안정성을 높이는데 유리하다.

이때, 상기 폴리이소부틸렌의 중량평균분자량은 1,000 내지 3,000 g/mol인 것일 수 있다. 상기 수치범위를 만족하면, 실란트층(2)의 형태 안정성 및 적정 흐름성을 유지할 수 있는 효과가 발생한다. 상기 수치범위 미만이면, 실란트층(2)의 형태 안정성이 저하되어 바람직하지 않고, 상기 수치범위를 초과하면, 실란트층(2)의 흐름성이 너무 낮아져 바람직하지 않다.

또한, 본 발명의 실란트층(2)의 발열량을 안정적으로 조절하기 위해, 실란트층(2)은 카본블랙 10 내지 100 중량부, 더욱 바람직하게는 30 내지 60 중량부를 포함한다.

이때, 상기 실란트층(2)은 1 내지 10 mm의 두께를 갖는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 mm의 두께를 갖는 것일 수 있으며, 이러한 두께를 만족함으로써, 주행 중 발생한 타이어 펑크에 대해 자가회복 기능을 수행하여, 타이어 공기압을 일정 수준으로 유지할 수 있게 된다.

상기 실란트층(2)은 상기 타이어(1)의 내측면의 일부면 또는 전체면에 도포될 수 있고, 바람직하게는 상기 타이어(1)의 접지면에 대응하는 내측면에만 도포될 수 있다. 이는 상기 타이어(1)가 이물질에 의하여 주로 관통되는 부분이 상기 타이어(1)의 접지면이기 때문이다. 이에 따라, 상기 실란트층(2)의 폭은 상기 타이어(1) 트레드부 너비에 대하여 100 % 내지 120 %의 비율로 형성될 수 있다.

또한, 상기 실란트층(2)의 두께는 1 mm 내지 10 mm일 수 있다. 상기 실란트층(2)의 두께가 상기 범위 내인 경우 상기 실란트의 흐름 특성에 영향을 주지 않으면서, 못 또는 돌기에 의해 발생되는 펑크에 대해 확실하게 자가 봉합할 수 있다.

나아가, 상기 실란트층(2)은 상기 부틸고무와 상기 폴리이소부틸렌의 고무 성분 이외에도, 천연고무계 화합물, 실리콘계 화합물, 우레탄계 화합물, 스티렌계 화합물 또는 에틸렌계 화합물 등을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 부틸고무는, 일반적인 부틸고무(IIR), 브로민화 부틸고무(Br-IIR), 염소화 부틸고무(Cl-IIR)등의 할로겐화 부틸고무(X-IIR) 등일 수 있다.

한편, 상기 실란트층(2)을 형성하는 실란트 조성물은 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 접착제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상기 가류제는 상기 실란트 조성물의 가교를 돕는 것으로, 상기 고무 성분 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 20 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.

상기 가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 비스말레이미드류, 벤조퀴논 유도체, 페놀릭 가류제, 산화마그네슘 등의 산화 금속산화물을 사용할 수 있다. 상기 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제를 사용할 수 있다.

상기 가류 촉진을 위한 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 이때 상기 가류촉진제는 상기 고무 성분 100 중량부에 대하여 0 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 3 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.

상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 산화아연과 스테아르산을 함께 사용할 수 있다. 상기 산화아연과 상기 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 상기 고무 성분 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 5 중량부 및 0.5 중량부 내지 3 중량부로 사용할 수 있다.

또한 상기 실란트 조성물의 접착력을 향상시키기 위한 접착제로는 페놀계 레진, 로진(rosin)계 수지 또는 테르펜(terpene)계 수지와 같은 천연수지계와 석유수지, 콜타르(coal tar) 또는 알킬 페놀계 수지 등의 합성수지계를 사용할 수 있다. 이때 접착제는 상기 고무 성분 100 중량부에 대하여 0 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 3 중량부 내지 5 중량부로 포함될 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: 실란트 조성물의 제조]

부틸고무 100 중량부에 무니점도 ML1+8, 125 ℃ 기준, 32 수준의 점도를 갖고, 중량평균분자량이 1,000 g/mol인 폴리이소부틸렌(poly isobutylene) 250 중량부, 카본블랙(N330) 40 중량부와, 적정량의 산화아연과 스테아린산 및 가교를 위한 황과 가교촉진제를 혼합하여 실란트 조성물을 만들고, 170 ℃ 이상의 고온에서 실란트 조성물의 가교가 이루어진다.

하기 표 1은 비교예 1과 실시예들의 구체적인 원료 및 함량을 나타낸다. 실시예들에서는 파인애플 잎 섬유가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

원료	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
부틸고무	100	100	100	100	100
폴리이소부틸렌 (Mw: 1,000 g/mol)	250	250	250	250	250
카본블랙(N330)	40	40	40	40	40
ZnO/스테아린산	5/1	5/1	5/1	5/1	5/1
황/촉진제	5/2	5/2	5/2	5/2	5/2
파인애플 잎 섬유 (10 mm 길이)	-	5	-	10	-
파인애플 잎 섬유 (20 mm 길이)	-	-	5	-	10

[실험예: 실란트 조성물의 물성 평가]

상기 비교예 1과 실시예들로부터 제조된 실란트 조성물에 대하여 점도 값 및 Fluidity를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. Rheometer 시험으로는 고정된 온도(40 ℃), Strain 및 Frequency에서 점도(η)값을 측정하였고, Fluidity 값은 온도 120 ℃에서 게이지 3 mm, 압력 120 kgf를 주었을 때의 값을 측정하여 상대비교 값을 나타낸 것으로, 값이 높을수록 흐름성이 낮은 것을 의미한다.

시험	측정온도(℃)	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
Rheometer	40	210	219	219	226	230
Fluidity	120	100	250	250	250	250

상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실란트 조성물의 점도 값은 약간 높아졌으나, Fluidity 값이 크게 상승하였고, 이는 흐름성이 낮아졌음을 의미하는 것으로, 실란트 조성물의 형태 유지에 매우 안정적으로 작용하였음을 확인할 수 있다.

한편, 비교예 1 및 실시예들에서 제조된 실란트 조성물을 타이어에 도포한 후, 각각의 온도 및 시간 경과 후, 흘러내리는 정도를 상대적으로 비교하여 표 3에 나타내었다. 표 3에 기재된 수치는 실란트 조성물이 흘러내린 길이의 비율 정도이며, 낮을수록 형태 유지성이 높은 것을 의미한다.

오븐 보관기간 (온도)	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
5일차(80 ℃)	100	90	90	90	90
10일차(80 ℃)	100	77	74	63	65
15일차(80 ℃)	100	56	52	39	36

상기 실험 결과를 참조하면, 파인애플 잎 섬유 길이 증가에 따른 효과보다, 사용된 함량 증가에 따른 효과가 더 크다는 것을 확인할 수 있다.

한편, 파인애플 잎 섬유 대신 마 섬유를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 마 섬유를 포함하는 실란트 조성물(비교예 2)을 제조하였고, 실시예 1과 비교예 2에 따른 실란트 조성물의 물성을 평가하여 표 4에 나타내었다.

구분	인장강도 (MPa)	탄성계수 (GPa)	파단신장율 (%)
실시예 1 (파인애플 잎 섬유)	1,015	702	0.9
비교예 2 (마 섬유)	532	352	3.1

파인애플 잎 섬유 대신, 마 섬유를 적용한 경우, 상대적으로 높지 않은 인장강도로 인하여 실란트 조성물의 혼합과정에서 섬유의 파단 현상이 많이 발생하여, 1 mm 미만의 길이로 파단되었으나, 높은 인장강도를 갖는 파인애플 잎 섬유를 사용한 경우에는 파단 현상이 거의 발생하지 않았다. 섬유의 길이 1 mm 미만인 경우, 실란트 조성물의 상태 안정성에 도움을 주지 못할 수 있는데, 마 섬유 대비, 파인애플 잎 섬유를 적용하는 것이 실란트 조성물의 가공 및 성능에 큰 장점이 있는 것으로 판단된다.

[실험예: 타이어의 실링 성능 평가]

본 발명의 실시예들에 따라 제조된 실란트 조성물을 215/55R17 규격의 타이어 내부에, 도 1과 같이 각각 부착하여, 정규 림에 장착하였다. 이어서, 타이어에 직경 30 내지 50 mm의 못 9개를 이용하여 펑크를 낸 후, 35 시간 이상 주행 테스트를 실시하였다. 테스트 결과, 타이어 모두 내구성 저하 및 공기 누출이 발생하지 않았고, 실링 성능에 이상이 없음을 확인하였다.

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: 타이어
2: 실란트층

Claims

타이어 내측면에 부착된 실란트층을 포함하며,
상기 실란트층은,
부틸고무 100 중량부, 폴리이소부틸렌 100 내지 400 중량부, 카본블랙 10 내지 100 중량부 및 파인애플 잎 섬유 0.1 내지 30 중량부를 포함하는 타이어.
제1항에 있어서,
상기 실란트층은 1 내지 10 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어.
제1항에 있어서,
상기 폴리이소부틸렌의 중량평균분자량은 1,000 내지 3,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 타이어.
제1항에 있어서,
상기 파인애플 잎 섬유의 길이는 1 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는 타이어.