KR20210155700A - 실란트층 및 흡음재층을 포함하는 타이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실란트층 및 흡음재층을 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 타이어는 타이어 내측에 위치하는 흡음재층, 타이어 내측면과 흡음재층 사이에 위치하며, 타이어 내측면에 도포된 실란트층, 그리고 흡음재층과 실란트층 사이에 위치하는 필름층을 포함한다.
상기 타이어는 타이어 내측면에 도포된 실란트층에 의하여 펑크 발생시 자가 봉합을 할 수 있으면서도, 흡음재를 포함하여 소음 저감 성능을 가지며, 못이 타이어와 실란트를 관통하여 흡음재에 도달시에도 흡음재의 미세 조각이 실란트의 기능을 저하시키는 것을 방지하고 소음 저감 성능도 유지할 수 있다.

Description

실란트층 및 흡음재층을 포함하는 타이어{TIRE COMPRISING SEALANT LAYER AND ACOUSTIC ABSORBENT LAYER}
본 발명은 실란트층 및 흡음재층을 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펑크 발생시 자가 봉합을 할 수 있으면서도 소음 저감 성능을 가지는 타이어에 대한 것이다.
기존 공기압 타이어는 주행 시 노면의 이물에 의해 펑크가 발생되어 급격하게 주행 안정성이 떨어져 사고가 발생될 수 있고 인명피해까지 발생될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 일반 타이어 내부에 특수 봉합 물질을 도포하여 주행 중 타이어에 펑크가 발생되더라도 타이어 내부의 특수 물질이 펑크 부위를 즉시 봉합하여 공기 누출을 막아 지속적인 주행이 가능한 타이어가 출시되고 있다.
이와 더불어 자동차 소음과 관련하여 정부 규제의 강화 및 전기차의 수요가 확대됨에 따라 타이어로부터 발생되는 소음 저감 요구가 점차적으로 증가하는 추세이다. 하지만 최근 타이어 개발 동향은 타이어 노면에 접촉하는 트레드부가 광폭으로 이루어져 있고 타이어 측면에 해당하는 사이드월(side wall)의 편평비가 낮은 UHP(ultrahigh performance) 타이어가 각광을 받고 있다.
이러한 타이어는 구조적인 특성에 기인하여 사이드월의 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). 이에 따라 타이어 제조사에서는 개방형 셀을 가지고 있는 폴리우레탄 재질의 발포체(흡음재)를 활용하여 타이어 내부에서 발생되는 소음을 저감시키는 타이어를 제안하였다.
하지만 일반 타이어와 달리 자가 봉합 타이어는 내부에 고분자 물질이 도포되어 있어서 그 물질 위에 타이어의 내부 소음을 저감시킬 수 있는 흡음재를 장착할 경우 펑크 부위 봉합 성능이 급격하게 떨어져 고유의 자가 봉합 역할을 할 수 없게 된다.
또한, 흡음재를 다른 부위에 장착하는 경우, 특히 사이드월 부위에 흡음재를 장착할 경우 타이어와 휠 결합에 간섭이 생겨 흡음재가 파손될 수 있다. 마찬가지로 휠에 흡음재를 장착할 경우에도 소음 저감 성능이 현저히 떨어져 제 기능을 못한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 타이어 내측면에 도포된 실란트층에 의하여 펑크 발생시 자가 봉합을 할 수 있으면서도, 흡음재를 포함하여 공명음 저감 성능을 가지며, 못이 타이어와 실란트를 관통하여 흡음재에 도달시에도 흡음재의 미세 조각이 실란트의 기능을 저하시키는 것을 방지하고 소음 저감 성능도 유지할 수 있는 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 타이어 내측에 위치하는 흡음재층, 상기 타이어 내측면과 상기 흡음재층 사이에 위치하며, 상기 타이어 내측면에 도포된 실란트층, 그리고 상기 흡음재층과 상기 실란트층 사이에 위치하는 필름층을 포함하며, 상기 흡음재층은 평균 기공 크기가 1,200 ㎛ 내지 2,400 ㎛인 제 1 다공성 재료를 포함하는 것인 타이어를 제공한다.
상기 흡음재층은 상기 제 1 다공성 재료 위에 적층된 제 2 다공성 재료를 더 포함하고, 상기 제 1 다공성 재료의 한쪽 면은 상기 실란트층에 의하여 상기 타이어 내측면에 부착되고, 상기 제 1 다공성 재료의 다른 한쪽 면에 상기 제 2 다공성 재료가 적층될 수 있다.
상기 제 2 다공성 재료는 평균 기공 크기가 100 ㎛ 내지 1,200 ㎛일 수 있다.
상기 제 1 다공성 재료는 밀도가 25 kg/m3 내지 40 kg/m3이고, 경도가 10 kgf 내지 20 kgf이고, 인장강도가 0.8 kgf/cm2 이상이고, 신장율이 70 % 이상이며, 상기 제 2 다공성 재료는 밀도가 20 kg/m3 내지 40 kg/m3이고, 경도가 10 kgf 내지 20 kgf이고, 인장강도가 0.8 kgf/cm2 이상이고, 신장율이 70 % 이상일 수 있다.
상기 상기 흡음재층의 두께는 20 mm 내지 60 mm이고, 상기 제 1 다공성 재료의 두께는 상기 흡음재층 전체 두께의 30 길이% 내지 90 길이%일 수 있다.
상기 필름층은 우레탄(polyurethane, PU) 또는 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane, TPU)을 포함할 수 있으며, 상기 필름층의 두께는 0.01 mm 내지 5 mm일 수 있다.
본 발명의 타이어는 타이어 내측면에 도포된 실란트층에 의하여 펑크 발생 시 자가 봉합을 할 수 있으면서도, 흡음재를 포함하여 소음 저감 성능을 가지며, 못이 타이어와 실란트를 관통하여 흡음재에 도달시에도 흡음재의 미세 조각이 실란트의 기능을 저하시키는 것을 방지하고 소음 저감 성능도 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기압 타이어의 절단 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공기압 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.
본 발명은 두 가지의 기술을 결합하여 두 성능이 동시에 발현되도록 하고자 하는 것이다.
첫째는, 실란트(sealant) 타이어로 타이어 내부에 특수 고분자 물질이 이너라이너 부위에 도포되어 있어, 타이어 트레드 부위에 못이나 날카로운 이물에 의해 펑크가 발생하였을 경우 특수 고분자 물질이 펑크 부위를 즉시 봉합하여 공기 누출을 막아 주게 되어 운전 중 도로 갓길에서 하차하여 타이어를 교체할 필요 없이 주행이 가능한 타이어를 말한다.
둘째는, 내부에 발포체, 즉 다수의 기공을 가지는 다공성 재료가 장착되어 있어 주행 중 타이어 내부의 공기층이 타이어 노면에서 발생되는 진동에 의해 가진되어 발생되는 공명음을 저감시켜주는 사일런트(silent) 타이어를 말한다.
현재 자동차 산업은 급변하고 있어, 전기 자동차뿐만 아니라 자율주행 자동차까지 급격한 발전이 진행 중이다. 특히 이러한 컨셉의 자동차에는 두 가지기 기술이 필수이다. 전기 자동차는 차량 내부에 내연기관이 없어 자동차의 엔진 소음이 사라지게 되어 타이어가 구르는 소리나 기타 소음들이 상대적으로 커지게 된다.
그러나, 이와 같은 두 가지 성능을 동시에 달성하기 위해서는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 일반적인 흡음재는 폴리우레탄 등의 소재를 발포(Foaming)시켜 제조됨으로써 다수의 미세 기공들이 조밀하게 분포되어 있다. 이 흡음재를 타이어 이너라이너에 도포되어 있는 실란트 위에 부착하게 되면 못 등의 이물질이 타이어를 관통할 때 흡음재층까지 도달하게 되고, 못이 빠질 때 실란트의 끈적거리는 특성에 의해 흡음재의 미세 조각들이 붙어서 떨어지게 되고 이러한 흡음재의 미세 조각들이 실란트의 봉합 능력을 저해시키는 요인으로 작용하거나, 실란트층 위에 미세 기공들이 조밀하게 형성되어 있는 흡음재층과 실란트 상층이 조밀하게 물리적으로 결합되어 실란트의 유동성을 저하시키게 되어 실란트의 기능을 저하시킬 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 흡음재를 이너라이너 위치가 아닌 실란트가 도포되지 않은 위치에 배치하거나, 휠에 감아 두게 되면, 흡음재의 흡음 성능이 현저하게 저하될 수 있고, 타이어를 휠에 장착할 때에도 방해가 되어 사용상에 문제를 유발시킬 수도 있다.
또한, 실란트 위에 흡음재를 위치시키는데 실란트의 흐름을 방해하지 않고, 다공성 잔여물이 공기 구멍을 만들지 못하도록 흡음재의 셀 크기를 증가시는 방법이 있다. 이 경우, 정지된 상태에서는 실란트의 자가 봉합 성능이 상당히 향상될 수 있으나, 셀 크기가 커지면서 주행 시 타이어에 발생하는 원심력에 의해 흡음재의 큰 셀 사이로 실란트가 유입되면서 자가 봉합 기능이 다시 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명의 타이어는 타이어 내측면에 부착된 흡음재층, 타이어 내측면과 흡음재층 사이에 배치되는 실란트, 그리고 흡음재층과 실란트층 사이에 위치하는 필름층을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기압 타이어의 절단 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 타이어(1)는, 타이어(1) 내측에 위치하는 흡음재층(3), 타이어(1) 내측면과 흡음재층(3) 사이에 위치하며, 타이어(1) 내측면에 도포된 실란트층(2), 그리고 흡음재층(3)과 실란트층(2) 사이에 위치하는 필름층(4)을 포함한다.
실란트층(2)은 타이어(1)의 내측면에 도포되며, 타이어(1)가 내측에 이너라이너를 포함하는 경우, 실란트층(2)은 일반적으로 이너라이너 위에 위치할 수 있다. 본 발명의 명세서에서 타이어(1) 내측면에 위치하는 층들과 관련하여, 제 2 층이 제 1 층의 위에 위치한다고 할 때, 제 1 층은 제 2 층 보다 타이어(1) 내측면에 더 가까이 위치하고, 제 2 층은 제 1 층의 타이어(1) 내측면과 마주하는 한쪽 면의 다른 한쪽 면에 위치하는 것을 의미한다.
실란트층(2)은 타이어(1)의 내측면의 일부면 또는 전체면에 도포될 수 있고, 바람직하게는 타이어(1)의 접지면에 대응하는 내측면에만 도포될 수 있다. 이는 타이어(1)가 이물질에 의하여 주로 관통되는 부분이 타이어(1)의 접지면이기 때문이다. 이에 따라, 실란트층(2)의 폭은 타이어(1) 트레드부 너비에 대하여 길이 100 % 내지 길이 120 %일 수 있다.
또한, 실란트층(2)의 두께는 2 mm 내지 8 mm일 수 있다. 실란트층(2)의 두께가 범위 내인 경우 실란트의 흐름 특성에 영향을 주지 않으면서, 못 또는 돌기에 의해 발생되는 펑크에 대해 확실하게 자가 봉합할 수 있다.
실란트층(2)은 고무 성분을 포함하는 실란트 조성물을 가교 반응시키거나 가교 고무 성분을 포함하는 실린트 조성물을 가교 없이도 제조할 수 있다. 실란트 조성물로는, 점착성을 갖는 것이라면 한정되지 않고, 타이어(1)의 펑크 실링에 이용되는 통상의 고무 조성물을 사용할 수 있다.
다만, 일 예로 실란트 조성물은 부틸계 고무를 주성분으로 포함하는 실란트 조성물을 사용할 수 있고, 그 밖에 천연고무계 화합물, 실리콘계 화합물, 우레탄계 화합물, 스티렌계 화합물 또는 에틸렌계 화합물을 포함하는 실란트 조성물도 사용할 수 있다.
부틸계 고무로는 부틸 고무(IIR), 또는 브로민화 부틸 고무(Br-IIR), 염소화 부틸 고무(Cl-IIR)등의 할로겐화 부틸 고무(X-IIR) 등을 사용할 수 있다.
또한, 실란트 조성물은 고무 성분으로서, 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 스티렌-이소프렌-부타디엔 고무(SIBR), 에틸렌 프로필렌 디엔고무(EPDM), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 등의 디연계 고무 등을 더 포함할 수도 있다. 다만, 유동성 등의 관점에서, 고무 성분 100 중량% 대하여 부틸계 고무의 함량은 90 중량% 이상인 것이 바람직하다.
실란트 조성물은 폴리이소부틸렌을 더 포함할 수 있고, 폴리이소부틸렌은 1,000 g/mol 내지 10,000 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 또한, 폴리이소부틸렌은 고무 성분 100 중량부에 대하여 100 중량부 내지 500 중량부로 포함될 수 있다. 폴리이소부틸렌의 함량이 100 중량부 미만이면 물질의 흐름성이 저하될 수 있고, 500 중량부를 초과하면 물질의 형태 안정성이 저하될 수 있다.
한편, 실란트 조성물은 액상 폴리머를 더 포함할 수 있다. 액상 폴리머는, 액상 폴리부텐, 액상 폴리이소부텐, 액상 폴리이소프렌, 액상 폴리부타디엔, 액상 폴리α-올레핀, 액상 이소부틸렌, 액상 에틸렌α-올레핀 공중합체, 액상 에틸렌 프로필렌 공중합체, 액상 에틸렌 부틸렌 공중합체 등일 수 있다. 액상 폴리머는 고무 성분 100 중량부에 대하여 50 중량부 내지 1,000 중량부로 포함될 수 있고, 보다 상세하게는 150 중량부 내지 500 중량부로 포함될 수 있다. 액상 폴리머의 함량이 50 중량부 미만인 경우 물질의 흐름성이 저하될 수 있고, 1,000 중량부를 초과하는 경우 물질의 형태 안정성이 저하될 수 있다.
실란트 조성물은 무기첨가제를 더 포함할 수 있다. 무기첨가제는 실란트 조성물의 보강성을 조절하기 위한 것으로, 카본블랙, 실리카, 탄산칼슘, 규산칼슘, 산화마그네슘, 산화 알루미늄, 황산바륨, 탈크, 마이카 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 이때 무기첨가제는 고무 성분 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 100 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 30 중량부 내지 60 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 실란트 조성물은 가류제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 접착제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
가류제는 실란트 조성물의 가교를 돕는 것으로, 고무 성분 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 20 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
가류제로는 유황계 가류제, 유기 과산화물, 비스말레이미드류, 벤조퀴논 유도체, 페놀릭 가류제, 산화마그네슘 등의 산화 금속산화물을 사용할 수 있다. 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제를 사용할 수 있다.
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 가류촉진제는 고무 성분 100 중량부에 대하여 0 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 3 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
가류촉진조제는 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 산화아연과 스테아르산을 함께 사용할 수 있다. 산화아연과 스테아르산을 함께 사용하는 경우 적절한 가류촉진조제로서의 역할을 위하여 각각 고무 성분 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 5 중량부 및 0.5 중량부 내지 3 중량부로 사용할 수 있다.
또한, 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 고무 성분 100 중량부에 대하여 0 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 3 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
한편, 흡음재층(3)는 타이어(1) 내부 공간에서 발생하는 공명 소음을 저감하기 위한 것으로서, 흡음재층(3)은 타이어(1)의 원주 방향으로 연장된 시트 형상일 수 있다. 즉, 흡음재층(3)은 시트 형상으로 타이어(1)의 원주 방향을 따라 연장되고, 그 양 끝 단이 서로 만나서 타이어(1)와 같이 링 형상이 될 수 있다.
또한, 흡음재층(3)는 20 mm 내지 60 mm, 보다 상세하게 30 mm 내지 60 mm의 두께를 가지며, 타이어(1) 트레드부 너비에 대해 10 % 내지 120 %의 너비(폭)를 가질 수 있다. 흡음재층(3)의 두께가 35 mm 미만인 경우 소음저감 성능이 저하될 수 있고, 60 mm를 초과하는 경우 주행 시 타이어(1) 내부에 흡음재를 마주보는 림 표면과의 마찰에 의해 흡음재가 마멸될 수 있다.
흡음재층(3)은 평균 기공 크기가 1,200 ㎛ 내지 2,400 ㎛인 제 1 다공성 재료(31)를 포함한다.
즉, 제 1 다공성 재료(31)의 평균 기공 크기는 기존에 흡음재로 사용되는 다공성 재료의 평균 기공 크기에 비하여 큰 것으로서, 이에 의하여 실란트층(2)과 흡음재층(3) 사이의 비표면적을 줄여 실란트의 흐름성을 향상시키고, 못 등의 이물질이 타이어(1)와 실란트층(2)을 관통하여 흡음재층(3)에 도달시에도 못의 표면과 제 1 다공성 재료(31)의 부착 비표면적을 감소시켜 제 1 다공성 재료(31)의 미세 조각이 실란트의 기능을 저하시키는 것을 방지하고 소음 저감 성능도 유지할 수 있다.
제 1 다공성 재료(31)의 평균 기공 크기가 1,200 ㎛ 미만인 경우 표면에 맞닿은 실란트의 흐름성이 저하될 수 있고, 2,400 ㎛를 초과하는 경우 주행 시 흡음재의 내구성이 저하될 수 있다.
다공성 재료는 다공성 부직포, 다공성 폼(foam) 및 이들의 적층체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
구체적으로 다공성 부직포는 폴리에스테르계 부직포 또는 폴리스티렌계 부직포일 수 있고, 다공성 폼은 폴리에테르 폴리올을 원료로 하는 폴리우레탄 폼인 에테르계 폴리우레탄 폼, 폴리에스테르 폴리올을 원료로 하는 폴리우레탄 폼인 에스테르계 폴리우레탄 폼, 폴리에스테르 폴리에테르 폴리올을 원료로 하는 폴리우레탄 폼인 에테르/에스테르계 폴리우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등의 합성수지 폼, 에틸렌 프로필렌 고무 폼(EPDM 폼), 니트릴 고무 폼(NBR 폼) 등의 고무 폼일 수 있다.
폴리우레탄 폼은 일반적으로 폴리이소시아네이트 화합물(polyisocyanate compound)과 폴리올(polyhydroxycompound)을 우레탄 반응시켜 제조할 수 있다.
흡음재층(3)은 제 1 다공성 재료(31) 위에 적층된 제 2 다공성 재료(32)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공기압 타이어의 절단 사시도로서, 제 2 다공성 재료(32)를 더 포함하는 경우에 대하여 도시한다.
도 2를 참조하면, 제 1 다공성 재료(31)의 한쪽 면은 실란트층(2)에 의하여 타이어(1) 내측면에 부착되고, 제 1 다공성 재료(31)의 다른 한쪽 면에 제 2 다공성 재료(32)가 적층된다.
제 2 다공성 재료(32)는 평균 기공 크기가 100 ㎛ 내지 1,200 ㎛일 수 있고, 보다 상세하게 300 ㎛ 내지 1,000 ㎛일 수 있다.
즉, 제 2 다공성 재료(32)의 평균 기공 크기는 제 1 다공성 재료(31)의 평균 기공 크기 보다 작은 것이다. 이에 따라, 제 1 다공성 재료(31)는 평균 기공 크기가 제 2 다공성 재료(32)에 비하여 상대적으로 커서 실란트층(2)의 유동성 방해를 최소화하면서 소음 저감에 기여하고, 제 2 다공성 재료(32)는 평균 기공 크기가 제 1 다공성 재료(31)에 비하여 상대적으로 작아서 제 1 다공성 재료(31) 보다 더 큰 소음 저감 성능을 가질 수 있다.
이때, 제 1 다공성 재료(31)의 두께는 흡음재층(3) 전체 두께의 10 길이% 내지 100 길이%일 수 있고, 보다 상세하게 30 길이% 내지 90 길이%이 수 있다. 제 1 다공성 재료(31)의 두께가 흡음재층(3) 전제 두께의 10 길이% 미만인 경우 침투한 못이 제 2 다공성 재료(32)에 닿게 되어 못이 빠질 때 미세 흡음재 조각을 끌고 와 자가봉합 성능을 저하시킬 수 있고, 100 길이% 초과인 경우 100 길이% 이하인 경우 보다 소음저감 성능이 저하될 수 있다.
또한, 제 1 다공성 재료(31)는 밀도가 25 kg/m3 내지 40 kg/m3이고, 경도가 10 kgf 내지 20 kgf이고, 인장강도가 0.8 kgf/cm2 이상이고, 신장율이 70 % 이상일 수 있다.
제 1 다공성 재료(31)의 밀도가 25 kg/m3 미만인 경우 내구성이 저하될 수 있고, 40 kg/m3를 초과하는 경우 흡음재 무게가 증가하여 타이어 성능에영향을 줄 수 있다. 제 1 다공성 재료(31)의 경도가 10 kgf 미만이거나 20 kgf을 초과하는 경우 공정성이 저하될 수 있다. 제 1 다공성 재료(31)의 인장강도가 0.8 kgf/cm2 미만인 경우 내구성이 저하될 수 있고, 제 1 다공성 재료(31)의 신장율이 70 % 미만인 경우 내구성이 저하될 수 있다.
제 2 다공성 재료(32)는 밀도가 20 kg/m3 내지 40 kg/m3이고, 경도가 10 kgf 내지 20 kgf이고, 인장강도가 0.8 kgf/cm2 이상이고, 신장율이 70 % 이상일 수 있다.
제 2 다공성 재료(32)의 밀도가 20 kg/m3 미만인 경우 내구성이 저하될 수 있고, 40 kg/m3를 초과하는 경우 무게가 증가하여 타이어 성능에 영향을 줄 수 있다. 제 2 다공성 재료(32)의 경도가 10 kgf 미만이거나 20 kgf를 초과하는 경우 공정성이 저하될 수 있다. 제 2 다공성 재료(32)의 인장강도가 0.8 kgf/cm2 미만인 경우 내구성이 저하될 수 있고, 제 2 다공성 재료(32)의 신장율이 70 % 미만인 경우 내구성이 저하될 수 있다.
제 1 다공성 재료(31)와 제 2 다공성 재료(32)는 다양한 방법으로 부착될 수 있다. 일 예로, 제 2 다공성 재료(32)는 접착제 또는 양면 접착 테이프 등에 의하여 제 1 다공성 재료(31) 위에 부착될 수 있다.
제 2 다공성 재료(32)는 평균 기공 크기 또는 밀도 등이 다를 뿐, 그 재질 등에 대한 설명은 제 1 다공성 재료(31)와 같으므로, 반복적인 설명은 생략한다.
한편, 타이어(1)는 흡음재층(3)과 실란트층(2) 사이에 필름층(4)을 더 포함할 수 있다. 필름층(4)은 흡음재층(3)과 실란트층(2)을 분리하여 실란트가 흡음재층(3)의 기공 내부로 스며들어 기공을 막음으로써 흡음재층(3)의 흡음 성능이 저하되는 것을 방지하고, 다공성 재료의 미세 조각들이 실란트에 섞여 실란트층(2)의 봉합 능력을 저해하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 목적에서, 필름층(4)은 우레탄, 구체적으로 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane)으로 이루어질 수 있다. 필름층(4)이 열가소성 폴리우레탄으로 이루어지는 경우 실란트의 흐름성이 개선된다는 점에서 바람직하다.
필름층(4)은 두께가 0.01mm 내지 5mm일 수 있고, 구체적으로 0.02mm 내지 0.05mm일 수 있다. 필름층(4)의 두께가 0.01 미만인 경우 실란트가 필름층을 뚫고 나와 필름의 효과가 발휘되지 않는 문제가 있을 수 있고, 5mm를 초과하는 경우 부자재 가격 상승 및 타이어내 무게 증가로 인한 회전저항(RRc) 성능 저하인 문제가 있을 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 흡음재층(3)을 두 층으로 성형하여 타이어 외부를 향하는 위 층에는 기존과 같은 기공 크기를 같은 다공성 재료를 적용하여 소음 성능을 유지하고 실란트층(2)과 접촉된 아래 층은 다공성 재료의 기공을 증가시켜 실란트층(2)과 흡음재층(3) 사이의 비표면적을 줄여주어 실란트층(2)의 흐름성을 향상시킨다. 이로 인해, 못이 타이어(1)와 실란트층(2)을 관통하여 흡음재층(3)에 도달하더라도 못의 표면과 흡음재층(3)의 부착 비표면적이 감소되어 다공성 재료의 미세 조각이 실란트층(2)의 기능을 저하시키지 못하게 된다.
하지만, 이와 같이 실란트층(2)과 접촉한 다공성 재료의 아래 층에 기존 대비 기공이 큰 다공성 재료를 위치시키게 되면 타이어 주행시 발생되는 원심력과 다공성 재료의 압축, 해제로 인하여 실란트 물질이 다공성 재료의 기공 사이로 유입되고 결국 다공성 재료의 기공 내부에 실란트 물질이 함침된다. 이는 결론적으로 실란트층(2)의 흐름성을 저해하고, 실란트 물질이 펑크 부위를 봉합하지 못하게 된다.
따라서, 본 발명은 기존 방식과 같이 실란트층(2) 아래 층에 흡음재층(3)을 위치시키면서 실란트층(2)과 접촉하는 흡음재층(3)에 얇은 필름층(4)을 코팅하여 타이어(1) 주행시 실란트 물질이 흡음재층(3)의 기공 사이로 유입되는 것으로 방지하고, 이로 인하여 실란트층(2)의 흐름성을 향상시키고, 못이 타이어(1), 실란트층(2), 필름층(4)을 관통하여 흡음재층(3)에 도달하더라도 기존 실란트층(2)의 기능을 유지시키는 기술을 구현한 것이다.
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: 타이어의 제조]
하기 표 1과 같은 물성을 가지는 제 1 다공성 재료와 제 2 다공성 재료를 준비하였다.
단위 제 2 다공성 재료 제 1 다공성 재료
밀도 kg/m3 28.8 29.5
경도(ILD25%) kgf 12.46 17.7
인장강도 kgf/cm2 1.31 0.96
신장율 % 248.5 83.29
평균 기공 크기 ㎛ 750 1850
- 경도: JIS K 6400-2
- 인장강도, 신장율: JIS K6400-5
- 밀도: JIS K7222
또한, 부틸고무 100 중량부, 폴리이소부틸렌 400 중량부, 카본블랙 첨가제 40 중량부, 및 유황계인 가류제 2 중량부를 혼합하여 실란트 조성물을 제조하고, 이를 195/65R15 규격의 타이어 내측면에 도포한 후, 아래 표 2와 같이 다공성 재료를 부착하여 타이어를 제조하였다.
아래 표 2에서, 비교예 1은 흡음재층을 포함하지 않는 경우이고, 참고예 1은 0.04mm 두께의 TPU 필름을 실란트층에 부착시킨 후, 제 2 다공성 재료를 접착제를 이용하여 접착시켜 흡음재층을 형성한 것이고, 참고예 2는 제 1 다공성 재료를 실란트층에 부착시킨 후, 제 1 다공성 재료 위에 제 2 다공성 재료를 접착제를 이용하여 접착시켜 적층시켜 흡음재층을 형성한 것이고, 실시예 1은 0.04mm 두께의 TPU 필름을 실란트층에 부착시킨 후, 제 1 다공성 재료와 제 2 다공성 재료를 접착제를 이용하여 접착시켜 적층시켜 흡음재층을 형성한 것이다.
이때, 비교예, 참고예 및 실시예의 흡음제층의 전체 두께는 동일하다.
필름층(두께) 제 1 다공성 재료(두께) 제 2 다공성 재료(두께) 흡음재층 전체(두께)
비교예 1 - - - -
참고예 1 0.04mm - 35 mm 35 mm
참고예 2 - 25 mm 10 mm 35 mm
실시예 1 0.04mm 25 mm 10 mm 35 mm
[실험예: 타이어의 성능 측정]
제조된 타이어에 대하여 실링 효과, 고속 내구 시험 및 부착 내구 시험을 진행하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 조건 비교예 1 참고예 1 참고예 2 실시예 1
실링 효과 상온 100 % 100 % 70 % 100 %
-30 ℃ 저온 100 % 85 % 60 % 90 %
60 ℃ 고온 100 % 95 % 80 % 95 %
소음(dB) 1.386 0.568 0.621 0.546
100% 41% 44% 39%
고속 내구 시험 부착유지 부착유지 부착유지 부착유지
부착 내구 시험 부착유지 부착유지 부착유지 부착유지
- 소음 시험: 돌기물 통과(Cleat impact) 시험 장비를 이용하여, 일정 간격으로 돌기물을 통과하면서 타이어/휠 중심 축에서의 수직 방향 힘 크기 변화를 통해 타이어 내부의 공명음을 측정하였다(돌기물 통과 시험 장비: 타이어 또는 타이어와 서스펜션 결합체가 돌기물의 충격을 받을 때 차축 또는 서스펜션의 진동 응답과 진동 감쇄를 측정하는 시험기).
- 실링 효과: 타이어의 자가 봉합 성능을 확인하기 위해서 특수 제작된 소형(몸통 지름 2.5 mm), 중형(몸통 지름 3.4 mm), 대형(몸통 지름 5.0 mm) 못을 각각 3 개씩 총 30 개의 못을 타이어 내부에 실란트가 도포되어 있는 트레드 부위에 박았다. 조건 별로, 상온 방치 또는 고온, 저온 챔버에 12 시간 보관한 후, 보관된 타이어를 꺼내어 못을 제거하고, 비눗물을 뿌려 봉합을 확인하였다. 초기 공기압과 동일하여 공기 누출이 없는 경우를 100 %로 표시하였다.
- 고속 및 부착 내구 시험: 240 km/h 고속 주행에서 일정한 반복 주기로 100 km/h로 감속 및 가속으로 34 시간 시험 후, 흡음재층의 부착성 및 형상 유지 여부를 육안으로 측정하였다.
표 3을 참조하면, 실시예 1의 경우 비교예 및 참고예에 비하여 상온, 저온 및 고온에서 모두 실링 효과가 향상되었고, 소음 저감 효과도 우수하였다.
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
3: 흡음재층
31: 제 1 다공성 재료
32: 제 2 다공성 재료
4: 필름층

Claims (7)

  1. 타이어 내측에 위치하는 흡음재층,
    상기 타이어 내측면과 상기 흡음재층 사이에 위치하며, 상기 타이어 내측면에 도포된 실란트층, 그리고
    상기 흡음재층과 상기 실란트층 사이에 위치하는 필름층을 포함하며,
    상기 흡음재층은 평균 기공 크기가 1,200 ㎛ 내지 2,400 ㎛인 제 1 다공성 재료를 포함하는 것인 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡음재층은 상기 제 1 다공성 재료 위에 적층된 제 2 다공성 재료를 더 포함하고,
    상기 제 1 다공성 재료의 한쪽 면은 상기 실란트층에 의하여 상기 타이어 내측면에 부착되고, 상기 제 1 다공성 재료의 다른 한쪽 면에 상기 제 2 다공성 재료가 적층되는 것인 타이어.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 다공성 재료는 평균 기공 크기가 100 ㎛ 내지 1,200 ㎛인 것인 타이어.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 다공성 재료는 밀도가 25 kg/m3 내지 40 kg/m3이고, 경도가 10 kgf 내지 20 kgf이고, 인장강도가 0.8 kgf/cm2 이상이고, 신장율이 70 % 이상이며,
    상기 제 2 다공성 재료는 밀도가 20 kg/m3 내지 40 kg/m3이고, 경도가 10 kgf 내지 20 kgf이고, 인장강도가 0.8 kgf/cm2 이상이고, 신장율이 70 % 이상인 것인 타이어.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡음재층의 두께는 20 mm 내지 60 mm이고,
    상기 제 1 다공성 재료의 두께는 상기 흡음재층 전체 두께의 30 길이% 내지 90 길이%인 것인 타이어.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름층은 우레탄(polyurethane, PU) 또는 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane, TPU)을 포함하는 것인 타이어.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름층의 두께는 0.01 mm 내지 5 mm인 것인 타이어.
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