KR930010155B1 - 고성능 타이어 - Google Patents

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KR930010155B1
KR930010155B1 KR1019850000530A KR850000530A KR930010155B1 KR 930010155 B1 KR930010155 B1 KR 930010155B1 KR 1019850000530 A KR1019850000530 A KR 1019850000530A KR 850000530 A KR850000530 A KR 850000530A KR 930010155 B1 KR930010155 B1 KR 930010155B1
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유니로얄 굳드리치 라이센싱 서어비시스 인코포레이티드
알렌에이.쏜토스
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Abstract

내용 없음.

Description

고성능 타이어
제 1 도는 본 발명에 따른 고성능 타이어의 개략적인 단면도.
제 2 도는 본 발명에 따른 다른 형태의 고성능 타이어의 개략적인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 12 : 카카스코드 14 : 비드덧테쇠
15, 17 : 원주방향 벨트 16 : 비드
20, 22 : 글라스 화이버 벨브 24, 26 : 겹쳐진 가장자리부분
28, 30 : 절단단부 32, 34 : 겹쳐진 단부
36, 38 : 홈 40, 42 : 벨트 가장자리 쿠숀
50 : 측벽고무 54 : 접지면 고무
58 : 라이너 60, 62 : 마감 스트립
64, 66 : 충전재
본 발명은 오랜동안 추구되어온 특성을 갖는 고성능 공기 충진식의 튜브 없는 래디얼 타이어에 관한 것이며, 특히 이러한 타이어의 접지면(tread)의 구성에 관한 것이다.
차량용 타이어의 "조종특성"은 "고성능" 타이어에서 상당히 중요하다. "조종특성"이라함은, 고속도로에서 평균 성능의 차량의 운전자에 의해 쉽사리 관찰되지 않는, 다음에 설명할 개별적인 특성의 조합을 일컫는다. 이러한 조종 특성은, 정상 운행 상태에서 평균적인 고속도로 상의 사용에 적합하게 설계되는 것이 아니며, 자동차 경주장에서와 같이 비고속도로 상에서의 고속주행이나 또는 교통 단속차량 등을 포함하여 특수한 목적으로 설계되는 것이다.
이들 차량에 있어서, 습기있는 또는 건조한 도로상에서의 견인 마찰력 및 접지면의 마모저항이 크게 감소되지 않는 조종특성을 가지는 것이 바람직하다. 통상적으로, 이러한 특성들 중 어느 하나에 대한 개량은 나머지 다른 특성들 중 적어도 다른 하나의 부수되는 결함을 초래하는 결과를 가져왔기 때문에, 이와 같이 오랜동안 추구되어온 목표는 현재까지도 만족스럽지가 못한 형편이다.
표면적이 크고, 입자 크기가 작은 카본블랙은 보다 큰 보강력을 갖게 해주는데, 이는 마모저항과 인자강도 및 균열 특성도 개선시키는 것으로 입증되었다. 또한, 아주 미세한 카본블랙은 더 큰 히스테리시스 현상을 나타내며 높은 열발생과 같은 역학적 취약성을 가진다는 것도 잘 공지되어 있으며, 입자 크기가 큰 카본블랙은 습기가 있는 상태와 건조한 상태에서는 감소된 구름저항 및 견인 마찰력의 저하를 나타내는 것으로 알려져 있다. 이러한 불리한 성질의 조합, 즉 구름저항의 증가를 초래하는 높은 열발생과 낮은 역학적 성능은 타이어의 조종특성과는 결코 연관되어 있지 않다. 더욱 중요하게, 카본블랙이 다른 화합 조성성분과 상호작용하는 방법으로 일반적으로 일컬어지는 표면활동은 "조종", 즉 견인 마찰 및 마모저항과 밀접하게 연관되어 있다는 것이 알려져 있지도 않다.
최근에는, 마모저항을 감소시키지 않고서도 연료소비가 적도록 구름 손실을 줄이는 것이 강조되어 왔다. 이러한 관점에서, 미합중국 특허 제3,824,206호 및 제 4,224,197호, 그리고 제4,281,703호와, 영국 특허출원 제2,082,486호 및 제2,057,455호에 개시된 바와 같이, 타이어의 구조적 변화를 무시하고 목표를 달성하기 위한 몇가지 시도가 이루어졌다. 그러나 상기한 문헌에 개시된 것들 중 어느 것도 타이어의 구름저항과 열발생을 증대시키는 데는 관심을 두지 않았다.
현재 시판되고 있는 주로 스티렌-부타디엔 공중합체 고무("SBR") 타이어에 있어서, 카본블랙은 중요한 고무 보강성분이다. 수다한 종류의 카본블랙이 공기식 래디얼 타이어 등의 접지면에 사용되고 있는 바와 같이 카본블랙은 실리카와 같은 다른 보강성분의 경우와 같이 중요한 견인 마찰력을 제공하는 것이지만, 그 사용상의 효과를 예측하는 방법은 공지된 것이 없으며, 이는 특수한 카본블랙의 실험에 의해 결정되어야 하는 것이다. 접지면에 사용되는 카본블랙의 형태 및 분량의 선택은 타이어의 여러가지의 성능에 많은 영향을 미친다.
별로 중요하지는 않지만 시장 점유율의 순서로 볼때 현재 시판되는 카본 블랙은 다음과 같이 대략 일곱가지의 주요 분류를 들 수 있다. 즉, HAF형(N300), GPF형(N600), FEF형(N500), SRF형(N700), ISAF형(N200), 열형 및 SAF형(N100)이다. 본 발명은 타이어용 카본블랙 시장의 약 10%를 점유하고 있는 SAF형 카본블랙의 사용에 관한 것이다. 이들 N100 카본블랙은 예를들어서 비포장도로 등에서의 탁월한 마모저항 특성으로 인하여 모든 종류의 차량에 사용되는 아주 중요한 타이어이다.
카본블랙의 등급들 사이의 구별은 다음과 같이 광범위하게 분류되는 세가지 주요 요인들에 근거한다.
(1) 입자크기, 특히 표면적에 관한 것,
(2) 구조, 즉 입자 대 입자 결합관계, 및
(3) 표면의 화학조성, 혹은 표면상태.
요드번호("I2No")에 의해 일반적으로 측정되는 표면적 및 디부틸프탈 레이트 흡수율(DBPA)에 의해 측정되는 공간 용적의 측정, 즉 구조는 카본블랙을 특징짓는 주요 인자들이다.
본 발명은, 상업적으로 얻을 수 있는 다른 SAF형 카본블랙보다 비교적 낮은 I2번호를 갖는 것으로 식별되는 독특한 휘발성과 함께 큰 구조와 표면적을 갖는 SAF형 카본블랙의 특성을 이용하는 것에 관한 것이다. 이러한 카본블랙이 접지면 화합물에 통상적으로 사용되는 기타의 다른 카본블랙으로 대치되었을때, 여러가지 접지면 화합물에대한 실험을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 탁월한 조합의 바람직한 성질, 특히 조종 및 견인 마찰력의 개선을 기할 수 없었다.
이상 설명한 내용의 보다 상세한 설명은 1983년 5월 및 6월호 러버 캐미스트리 앤드 테크놀로지(RUBBER CHEMISTRY AND TECHNOLOGY)의 제56권 중 더블유.엠.헤스(W.M.Hess)와 더블유.케이.클램프(W.K.KLAMP)의 "타이어 구름저항과 견인 마찰력에 있어서의 카본블랙과 다른 화합물 변수의 효과"라는 제하의 기사에 잘 나타나 있다. 소량의 시스폴리부타디엔(BR) 고무 및 천연고무(NR) 또는 이들중 어느 하나와, 고도의 N220 카본블랙을 가지며 70 대 40 이하의 카본블랙 대 기름비율로 포함된 기름으로 구성된 SBR형 타이어가 구름저항 및 견일 마찰력에 관한 카본블랙과 다른 변수의 효과를 연구하는데 사용되었다. 카본블랙은 질소 표면적(N2SA), ASTM색도 및 디부틸프탈레이트 흡수율(DBPA)을 변화시키면서 시험되었다. 카본블랙 입자의 표면의 물리화학적 성질, 특히 입자의 표면에서의 카본 원자의 성질은 고무보강에 영향을 끼친다. 마찬가지로, 입자의 표면의 화학성질 그리고 특히 표면상의 산소의 출현은 이러한 표면에 출현하는 것으로 알려져 있는 페놀 및 케톤 그리고 카복실 그룹 등과 함께 고무의 가교결합과 그 가황 특성에 영향을 끼친다. 씨.엠.블로우(D.M.BLOW)의 러버 테크놀로지 앤드 매뉴팩처(RUBBER TECHNOLOGY AND MANUFACTURE)의 180 페이지[씨알씨 프레스의 1971년 인터내셔날 사이언티픽시리이즈(CRC Press, International Scientific Series, 1971)]를 참조하라. 그러나 표면의 화학적 성질(즉, 입자 표면의 개별적인 화학적 그룹)과 카본블랙이 고무에 주는 성질과의 사이에는 직접적인 연관이 없는 것으로 나타나 있다(상기 문헌의 186페이지 참조).
N234, N251, N375 및 N220 카본블랙의 실험 결과는, 카본블랙의 질소 표면적을 증가시켜서 생기는 증대된 구름저항 계수가 0.97의 상관 계수를 나타냈다. 유사한 설명이 I2번호와 카본블랙의 착색 강도를 고려하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 어떤 뚜렷한 상관 관계는 카본블랙의 압축 디부틸프탈레이트 흡수율(DBPA)값에 대해서는 발견되지 않았다. 건조한 도로면 상의 견일 마찰력은 구름손실과의 상관 관계가 빈약한 것으로 나타났으나, I2번화와 착색 강도와는 상관관계가 잘 나타나 있다[러버 캐미스트리 앤드 테크놀로지(Rubber Chemistry and Technology)의 509 페이지에 기재된 제이.알.웨스트(J.R.West)등의 "타이어 접지면 화합물의 구름저항에 대한 카본블랙의 효과(The Effects of Carbon Black on Rolling Resistance of a Tire Tread Compound)"를 참조].
카본블랙의 표면작용 시험은, 초미세한 입자 크기를 갖고 있으며 비교적 오염된 표면(비교적 낮은 I2번호로 나타남)을 갖는 구조의 카본블랙으로 제조된 접지면을 갖는 타이어의 높은 구름손실에도 불구하고, 견인마찰과 마모저항 및 조종의 조합에 관하여 주목할 만한 또는 바람직한 효과를 갖는다는 아무런 징조도 나타내지 않았다. 특히, 고도의 표면적과 고도의 구조를 갖는 카본블랙의 표면(요오드 번호로 측정됨)상의 "휘발성 물질"이나 오염물은 뛰어난 조종 및 견인 마찰력과 마모저항에 관하여 그다지 큰 의미를 갖는 것으로 나타나지 않았다.
요드번호에 의해 나타낸 바와 같이 고도의 구조와 비교적 오염된(고도의 휘발성 물질) 표면을 갖는 초미립자 카본블랙이 고성능 타이어에서 추구되는 탁월한 마모저항, 견인 마찰력과 조종특성을 제공하도록 기름을 포함한 접지면 화합물 내에서 주로 SBR 고무로 된 것으로써 중량으로 100%당 50%(50phr)를 초과한 분량으로 사용되었다.
특히, 주로 SBR 타이어 접지면은, 중량으로 고무 100%에 대해서 처리 기름 성분이 적어도 30부분인 기름을 포함하는 접지면 화합물 내에서 130-160mg/g 범위내의 I2번호를 갖고 또한 120㎤/100g 이상의 디부틸프탈레이트 흡수율(DBPA) 그리고 20 나노미터(nm) 이하의 초미립자 크기를 갖는 N103으로서 선정되는 특별한 고도한 구조의 카본블랙으로 보강될 수 있다는 것이 발견되었다. 그리고 고도한 구조의 카본블랙의 총분량에 관하여 주요 분량으로서의 이러한 N103 카본블랙의 출현은 본질적으로 중요한 것이다.
특수한 N103 카본블랙은, 이러한 혼합물에 N103가 전체 카본블랙의 중량에 의해 주된 분량으로 출현하게 된다면 다른 고도한 구조의 카본블랙 예컨대 N220 카본블랙과 함께 혼합되거나 또는 그 자체로 사용될 수도 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 우수한 조종과 견인 마찰력 그리고 비교적 높은 구름저항을 갖는 것으로 특징된 고성능 래디얼 타이어를 제공하는 것이며, 이 모든 것들은 다음과 같은 구성으로 되는 접지면 화합물에 귀속되는 특성들인 것이다.
본 발명에 따르면, 타이어의 접지면이, (가) 적어도 중량으로 70%가 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR)인 중량으로 100%의 고무 하이드로카본과, (나) 중량으로100%의 고무에 대해 중량으로 적어도 30% 내지 60%를 차지하는 처리유와, 그리고 (다) 중량으로 100%의 고무에 대해 중량으로 적어도 50%, 최대로 거의 100%까지 차지하는 고도의 카본블랙으로 구성되어 있으며, 상기고도의 카본블랙의 적어도 절반은 주입자의 크기가 20 나노미터(nm) 보다 작고, 디부틸프탈레이트 흡수율(DBPA)이 120㎤/100g 카본블랙보다 크며, 130 내지 160mg/g의 범위에서 요드번호(I2NO.)로 측정된 고휘발성을 갖는 특수 N 103 카본블랙으로 이루어져 있어서, 조향반응, 스윙아우트, 플라우잉, 리니어리티, 중심점 트래킹, 귀환성, 리프트-스로틀 오버스티어, 모퉁이 선회안정도 및 턴인을 포함하는 타이어의 고성능 특성이 제공된다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
바람직한 실시예에서 보면 본 발명은 탁월한 조종특성이 요구되는 자동차의 래디얼 타이어에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 운전자로 하여금 자신감을 일깨워 주고, 또한 운전자가 힘들거나 극한 상황의 운전조건 하에서도 안전을 기해 주기 위해 타이어의 접지면에 뛰어난 견인 마찰력을 제공하기 위한 것이다.
견인 마찰력은 고성능 타이어의 조종특성에 긴밀하게 관련된 것과 같이, 초미립자 크기의 카본블랙이 뛰어난 보강효과를 제공해 준다는 것을 기대할 수 있다. 입자 크기는, 구조와 다공성이 둘다 특정된 고무특성에 직접적인 영향을 갖게 하지만 카본블랙의 가장 중요한 특색이라는 것이 잘 알려져 있는 바이다.
N220은 높은 견인 마찰과 마모저항을 위해 사용되어 온 고도의 표면적을 가지는 카본블랙이지만, 이러한 N220이나 다른 초미립자 카본블랙의 소망하는 함량(중량%)은 처리에 있어 문제점을 가지며 접지면 고무의 기름 합성력을 감소시킨다. 더욱이, 유화물의 성질은 바람직하지 못하며, 특히 열발생과 경화가 약화된다.
따라서, 특수한 초미립의 카본블랙을 바람직한 수준에서 즉, 정상온도 이상의 열발생과 증대된 구름손실에도 불구하고 탁월한 보강효과 및 높은 기름 합성과 함께 처리 가능한 유화물 성질을 제공하기에 충분한 50phr 이상의 분량(중량으로 100% 고무에 대한 %)으로 선택되었다.
N 103으로 선정된 특별히 고도한 구조의 카본블랙을 선택함으로써, 점지면 화합물의 형성에 중요한 범위로서 초미립자 크기는 약 10 내지 20나노미터(nm) 그리고 I2번호는 130 내지 160mg/g(카본블랙 그램당 요드 밀리그램) 정도이다. 이러한 N 103 카본블랙은 그 고도의 표면적 상에서 휘발성 물질 및 추출가능 물질로 인한 특수한 표면작용을 갖는 것으로 발견되었다. 이러한 "휘발성 물질"은 산소가 존재할 수 있기 때문에 요드의 흡수를 차단시키는데, 요오드는 카본블랙의 전체적인 열현상과 그 생산공정에 밀접하게 관련되는 오염물질로 간주되는 것이다.
HV 3396은 우수한 견인 마찰력을 제공하는 특수목적의 초미립 카본블랙이지만, 몇가지 이유로 일반적인 상업용으로는 실용성이 없는데, 가장 큰 이유는 가공처리가 어렵고 비용이 많이 든다는 것이다. N 103은, 디부틸프탈레이트 흡수율(ASTM D 2414로 측정됨)이 120㎤/100g이고, I2번호가 130에서 140mg/g인 SAF(super abrasion furnace)가 바람직하다. N121과 N110은 각각 N299(일반적인 목적의 접지면 "GPT"카본블랙)보다 입자 크기가 작은 것이지만, N103만이 사용된 분량에 있어서 우수한 조종특성을 나타내며 이때 기름이 첨가된다. 사용될 고도한 구조의 카본블랙의 분량은 70에서 90phr의 범위내에 있으며 모든 카본블랙은 고도한 구조로 되어 있는 것이다. 가장 적합한 것은 카본블랙의 함량이 75에서 85phr의 범위에 있는 것이다.
측정된 표명적 성질의 비교는 아래의 표 1에 잘 나타나 있다.
[표 1]
카본블랙 성질
Figure kpo00001
*조절, GPT 카본블랙
고무와 카본블랙 다음으로 접지면 화합물내에서 다량으로 출현하는 또다른 필수성분은 처리유이다. 사용되는 처리유의 양은 중량으로 고무 100%당 중량으로 30% 내지 대략 60% (phr)까지이며, 특히 대략 35내 50phr까지의 범위가 바람직하다. 처리유는 방향족 화합물, 나프타오일, 또는 파라핀유 등을 사용할 수 있으나, 파라핀유가 가장 덜적합한 것이다. 40내지 45phr의 가장 적합한 범위의 수준에서의 열발생은 재래식 타이어에서 보다 더 크지만, 이러한 열발생은 허용수준내로 유지되며, 이는 우수한 견인 마찰과 마모저항에 기여한다.
비교의 목적으로, "조절" 접지면의 조성은 표 1에 기재된 다른 고도의 구조 및 고도의 표면적을 가지는 카본블랙과 마찬가지로 중량으로 같은 분량의 GPT카본블랙(N 299)을 포함하는, 즉 중량으로 100% 고무에 대하여 80%를 차지하는 카본블랙을 사용하였다. 다음의 표 2에서 조절접지면의 조성은 주로 37%의 처리유가 사용되었다. 따라서, 각각의 시험조성은 카본블랙의 동일성을 제외하고는 그 성분들이 동일한 조성을 가지므로, 접지면의 특성상 특별한 카본블랙의 효과 및 각각의 접지면에 대한 타이어의 조종특성을 시험할 수가 있다. 조성에서 SBR/BR의 비율, 즉 80/20은 고무내에 포함된 SBR이 중량으로 소량만이 존재하는 화합물과 비교하여 양호한 조종특성을 제공하는 것으로 공지되어 있기 때문에 선택된 것이다. 그러므로, 본 발명은 적어도 SBR이 80phr을 포함하는 고무를 갖는 접지면 화합물에 특히 관련되는 것이다.
[표 2]
접지면 화합물 조성
Figure kpo00002
여러가지 접지면 화합물들은 적어도 80phr의 SBR 내지 단지 "SBR만" (즉, 100phr SBR)을 포함하도록 유사하게 조성되었다. 이들 접지면 화합물이 종래의 겹쳐진 벨트 또는 겹쳐지지 않는 벨트 구조를 갖는 래디얼튜브레스 공기 타이어의 타이어 접지면을 형성하는데 사용되었다. 이러한 타이어들은, 대조적으로 바퀴의 림(RIM)에 들어맞는 비드(bead)에 의하여 각각 측면 가장자리에서 종결되는 가요성의 코드카카스(cord carcass) 또는 그 본체를 포함하여서, 팽창기체의 압력을 견딘다. 이러한 코드들은 고무내에 삽입되어 있으며, 접지면 및 측면고무에 의한 마모로부터 보호되고, 카카스의 내부면상에 일체로 된 불투과성 라이닝을 제공함으로써 공기를 보유하도록 구성되어 있다.
바람직한 일실시예에서, 접지면 조성은 공기식 래디얼 타이어의 접지면을 제공하는데 사용되었는데, 그러한 타이어는 두개의 서로 이격된 비팽창성 비드(BEADS)와, 지면과 접촉하는 접지부와, 2개의 비드를 서로 이어주도록 접지부의 축방향 외부 가장자리로부터 방사상 안쪽으로 연장된 한쌍의 코드(CORDS)가 상기 비드의 둘레로 덮여지도록 방사상 평면내에 제공되어 있는 적어도 한겹의 고무로된 코드를 갖는 카카스부분과, 그리고 각각 서로에 대해서 평행하고 타이어의 원주방향 중앙평면에 대해 일정한 각도를 이루고 있는 적어도 2겹의 고무로 코우팅된 글라스 코드를 갖춘 글라스 화이버 벨트를 포함하고 있으며, 한겹의 글라스 코드는 인접한 다른 한겹의 글라스 코드와 반대방향으로 연장되어 있으며, 글라스 화이버 벨트의 각각의 한겹이 적어도 하나의 접혀진 가장자리 부분을 갖추고 있다.
첨부된 도면들을 참조하여 이를 더욱 상세히 기술하면, 제 1 도는 2겹의 카카스 코드(10, 12)를 갖춘 타이어를 개략적으로 도시한 단면도로서, 각각의 카카스 코드는 점착력이 큰 레이욘, 폴리에스터 또는 다른 적합한 재료로 제조될 수 있으며, 방사상 평면내에서 각각 고무로 코우팅된 코드들과 함께 제공되어 있다. 각각의 카카스 코드의 가장자리는, 표준 림(RIM)과 접하도록 몰딩된 비드(16)의 일부를 형성하는 비팽창성 비드 덧테쇠(14)둘레로 알맞게 둘러싸여져 있다.
도로면과 접하는 타이어의 크라운(CROWN)부분내에 방사상으로 제공된 2겹의 카카스코드(10, 12)는 제 1 도에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 2겹으로 겹쳐져 있는 원주방향 글라스 화이버 벨트(20, 22)로 둘러싸여져 있다. 각각 겹으로 이루어진 글라스 화이버 벨트내의 글라스코드들은 서로 평행을 이루고 있으며 타이어의 원주방향 중앙평면에 대해 일정한 각도를 이루며, 글라스 화이버 벨트(20, 22)의 각각의 가장자리(24, 26)는 마찬가지로 겹쳐져 있다. 글라스 화이버 벨트(20, 22)의 각각의 겹쳐진 가장자리(24, 26)는 각각의 글라스 화이버 벨트(20, 22)의 절단단부(30, 28)로부터 축방향 바깥쪽으로 약 0.5 내지 2.0쎈티미터의 위치에 자리잡고 있다. 이와 같이 글라스 화이버 벨트의 축방향 바깥쪽 부분은 내구성을 높이기 위해 겹쳐진 가장자리로 구성할 필요가 있다.
겹쳐진 가장자리는 절단된 가장자리보다 고무코팅으로부터 분리하려는 경향이 적다. 제 1 도의 글라스 화이버 벨트(20, 22)는 겹쳐져 있지만, 2겹의 인접한층들이 각각 타이어의 견부에서 코드각도로 교차하고 있다. 견부의 서로 교차하는 층은 서로 다른 코드각도를 갖게 될 때 더욱 보강이되고, 따라서 타이어의 견부가 더욱 강성을 가진다. 이러한 강성은 타이어의 개선된 조종특성을 제공한다.
글라스 화이버 벨트(20, 22)의 겹쳐진단부(32, 34)는 타이어의 가장 바깥쪽의 홈(36, 38)의 축방향 안쪽지점에서 각각 종결되어 있다. 이는, 글라스 코드가 파손되는 것을 방지한다. 어떤 운전조건(예를들면 저속 및 빈번한 회전)하에서, 글라스 코드는 가장바깥쪽의 홈 아래에서 파손되는 경향이 있다.
그러므로, 홈의 축방향 안쪽지점에서 이들 겹쳐진 단부를 종결시킴으로써, 글라스 화이버 벨트는 홈 부분에서 더욱 강성을 가지며, 따라서 가요성이 감소되고 글라스 코드의 파손이 적어진다.
글라스 화이버 벨트(20, 22)는 타이어의 원주방향 중심선에 대하여 약 15 내지 25도의 코드각도를 갖는다. 코드각도가 15도 이하이면, 벨트는 견부에서의 굽힘에 저항할만한 강성을 갖지 못하게 된다. 코드각도가 25도 이상이면, 겹쳐진 단부가 너무 날카로와져서 이 부분에서 글라스 코드의 파손이 생기게 된다.
한쌍의 벨트 가장자리 쿠숀부분(40, 42)이 벨트 가장자리의 방사상 안쪽으로 설치되어 있다. 벨트 가장자리 쿠숀(40, 42)은 이 기술분야에서 접지면 조성에 대하여 공지된 적합한 고무화합물로 만들어진다.
고무보호층이 타이어를 완전히 감싼다. 이는, 강력한 굽힘이 발생하는 부분에 적당한 두께로 제공된 접지면 측벽고무(50) 및 로면상에서의 마모에 저항하도록 두꺼운 층으로 제공된 고무(54)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 접지면의 층은 미끄러짐이 발생하지 않도록 하는 적당한 작은 세장홈들이나 기타 홈들을 갖는다.
타이어의 내부 표면상에는, 부틸고무나 할로겐화부틸고무 및 또는 그 혼합물과 같은 공기의 확산에 저항성을 갖고 또한 림에 대해 밀봉을 해주며 팽창기체나 타이어동체내로의 침투를 극소화시키도록 하나의 비드에서 다른 비드로 연장되는 고무재료로 구성된 라이너(58)가 제공되어 있다.
타이어의 비드(16)에는 한쌍의 단단한 마감스트림(60, 62)이 제공되어 있다. 이들 마감스트림은 비드의 변형을 방지하고 비드를 보강해주며, 타이어의 측벽을 낮춰주는 역할을 한다. 또한 비드부분내에는 충전재(64, 66)가 제공되어 있다. 이들 충전재는 비드의 하부측벽의 강성을 증대시키며, 개선된 차량조종 특성을 제공해 준다.
바람직한 다른 실시예로 제 2 도에 도시된 공기식 래디얼 타이어의 접지면을 제공하도록 접지면의 조성이 사용되었는데, 이러한 타이어는 두개의 서로 이격된 비팽창성 비드와, 지면과 접촉하는 접지면과, 각각의 비드를 서로 이어주도록 접지면의 축방향 외부 가장자리로부터 방사상 안쪽으로 연장된 한쌍의 측벽과, 코드가 상기 비드의 둘레로 덮여지도록 방사상 평면내에 제공되어 있는 한겹의 고무로 된 코드를 갖는 카카스부분과, 이 카카스 부분의 안쪽으로 배치된 공기불투과성 내부라이너와, 그리고 각각 서로에 대해서 평행하고 타이어의 원주방향 중앙평면에 대해 일정한 각도를 이루고 있는 적어도 2겹의 팽창성이 작은 코드를 갖춘 원주방향 벨트를 포함하고 있으며, 한겹의 타이어 코드가 인접한 다른 한겹의 타이어 코드와 반대방향으로 연장되어 있다.
제 2 도에서 보면, 높은 강인성을 갖는 레이욘, 폴리에스터 또는 다른 적합한 재료로 만들어진 2겹의 카카스코드(10, 11)가 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 카카스코드의 방사상 평면내에는 각각 고무제 코드가 들어있다. 카카스코드의 가장자리에는 표준 링과 함께 둘러싸인 비팽창성 비드 덧테쇠(12)가 제공되어 있다.
도로면과 접하는 타이어의 크라운부분내에 방사상으로 제공된 2겹의 카카스코드(10, 11)는 원주방향 벨트로 둘러싸여져 있으며, 이 경우에는 원주방향 벨트가 2겹의 강선코드로 구성되어 있지만, "아라미드" 섬유로 알려져 있는 방향족의 폴리아미드 섬유와 같은 네겹의 레이욘으로 이루어진 벨트, 글라스 섬유벨트 또는 다른 낮은 팽창성의 재료로된 벨트로 구성될 수도 있다. 강선코드로 구성된 2겹의 원주방향 벨트(15, 17)는, 각각의 겹이 서로 평행을 이루고 있고 타이어의 원주방향 중앙평면에 대해 일정한 각도를 이루고 있으며, 한겹의 코드가 다른 한겹의 코드와 서로 반대방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다. 완성된 타이어의 이러한 코드각도는 원주방향 중앙평면에 대해서 15도 내지 30도이다. 두겹의 코드가 방사상 카카스코드의 둘레로 비팽창성의 벨트를 형성한다.
타이어의 내부면상에는, 부틸고무나 할로겐화 부틸고무 및, 또는 그 혼합물과 같이 공기의 분산에 저항성을 가지며 림에 대하여 밀봉을 제공해주고 팽창기체의 손실 및 타이어의 동체내로의 침투를 극소화시키도록 한개의 비드(13)에서 다른 비드로 연장되는 고무재료가 제공되어 있다.
고무의 보호층이 완전히 타이어를 둘러싸고 있다. 이러한 보호층은, 심한 굽힘이 일어나는 부분에서의 적당한 두께의 측벽고무(20) 및 도로상의 마모에 저항하는 두꺼운 층의 접지면고무(21)로 구성하는 것이 좋다. 접지면 고무(21)는 타이어가 도로와 접촉하는 면내에 있도록 위치된다. 접지면 층은 미끄럼이 발생되지 않도록 적합한 형태의 세장홈이나 기타홈들을 갖는다.
이러한 고무 및 처리유 그리고 카본블랙에 추가하여, 신규의 접지면 화합물은 고무화합물을 적절히 황화시키기에 충분한 양으로 황화제를 포함하고 있다. 본 발명에서의 사용에 적합한 황화제의 분량과 유형은 공지의 기술로 잘 알려져 있다. 전형적인 황화처리시스템은 유황과 썰파미드 촉진제의 조합으로 이루어져 있다.
고무, 기름, 카본블랙과 유화제 이외에도, 신규의 접지면 조성에 많은 화합제들이 사용된다. 이와 같은 성분은 아연, 칼슘 및 마그네슘 산화물과 같은 활성제와, 스테아린 및 라우르산과 같은 염과, 그리고 카드뮴, 아연, 스테아린산 구리와 올레인산염과 같은 염들을 포함한다. 산화방지제, 오존화방지제, 왁스, 그리고 안정화제들도 신규의 조성에 사용된다.
화합성분은 밴버리(Banbury) 믹서나 두개의 롤을 갖춘 밀등과 같은 내부 믹서를 사용하여 고무에 첨가된다. 유황과 촉진제는 조기유화현상을 극소화 시키기 위해 혼합싸이클의 마지막 공정에서 고무혼합물에 첨가된다.
공지의 기술로 잘 알려져 있는 종래의 래디얼타이어 제조절차를 따라서 본 발명에 따른 접지면을 갖는 타이어가 제조된다. 일단 타이어가 제조되면, 공지의 기술로 잘알려져 있는 표준의 타이어 경화절차를 사용하여 타이어가 프레스내에서 황화처리된다.
타이어의 조종특성은 악조건하의 운전에 익숙한 사람에 의해 쉽사리 인식되지만, 이들 특징은 객관적으로 용이하게 그리고 양적으로 명시되지는 않는다. 요약하면, 이들 특징은 동일한 운행조건에 맞춰 동일한 운전자에 의해 동일한 운행로를 따라 운행되는 동일차량으로 여러가지 다른 유형의 타이어들과 비교되었다. 통합하여 "조종특성"으로 일컬어지는 여러가지 특성이 각각 10점을 "만점"으로 하는 10점 계산으로 각각의 운전자에 의해 평가되었다. 반면에, 견인 마찰력과 구름저항은 널리 공지된 기술에 의해 용이하게 측정된다.
차의 조종을 양호하게 하는데 도움이 되는 주된 개별적 특성을 시험하는데 있어서 이 기술분야에서 숙달된 사람에 의해 사용되는 용어로 다음과 같이 용어를 정의한다.
[조향반응(STEERING RESPONSE)]
운전자의 조향입력에 대한 차량의 반응, 주어진 동작을 수행하는데 필요한 조향각도 크기와 운전자의 조향입력에 대한 차량의 반응시간을 둘다 포함한다.
[스윙아우트(SWINGOUT)]
차량의 후미부분의 모퉁이 선회능력의 손실, 그 크기는 후미부분의 동작의 크기와 조종성을 공히 포함한다.
[플라우잉(PLOWING)]
차량의 전면부의 모퉁이 돌기 능력의 손실, 그 크기는 전단부의 동작의 크기와 조종성을 공히 포함한다. 추가적인 조향입력은 추가의 측면상의 가속을 발생시키지 않는다.
[리프트-스로틀 오버스티어(LIFT-THROTTLE OVERSTEER)]
스로틀을 들어주는데 기인하는 안정된 상태의 모퉁이 선회중 차량의 운행자세의 변화, 이는 차로 하여금 더욱 오버스티어(후미스윙아우트) 자세로 옮겨가게 해주며 모퉁이에서 스로틀과 함께 차를 조향시키는데 사용될 수 있다. 비율번호가 클수록 리프트-스로틀오버스티어가 적게 나타난다.
[모퉁이선회안정도(CORNERING STABILITY)]
모퉁이 선회도중 차량의 안정도에 관한 평점자의 전체적인 인상, 이것은 차량이 그 모퉁이 선회 한계점에서 운전될 수 있는 것이 비교적 용이함을 나타낸다.
[턴인(TURN-IN)]
모퉁이의 처음부분으로 차의 전단부를 돌려주기 위한 능력, 차량의 잠정적인 반응을 강조한다.
[잠정적 안정도(TRANSIENT STABILITY)]
잠정적 사고방지 동작중의 차량의 안정도에 관한 평점자의 전반적 인상.
[제동(BRAKING)]
차량의 감속 또는 정지능력, 비율크기는 감속크기와 운전자가 최대제동점 근처에서 제동기를 조절할 수 있는 용이도를 함께 포함한다.
다음의 세개의 매개변수들이 도로상에서 평가될 수 있으며, 아주 낮은 모퉁이 선회수준에서 평가된다. 이들 변수는 트랙상에서의 최대 조종 시험 도중에는 평가되지 않는다.
[리니어리티(LINEARITY)]
낮은 모퉁이 선회수준에서 운전자의 조향 입력에 대해 선형으로 응답하는 차량의 능력.
[트래킹(TRACKING)]
과도하게 운전자의 운전상 수정을 하지않고 평탄한 포장도로상에서의 직접적인 자세를 유지하기 위한 차량의 능력.
[귀환성]
작은 조향입력이 가해지고 나서 운전자에 의해 해제된 후에 최소한의 진동으로 그리고 선형으로 적접적인 전방자세로 귀환하도록 하는 차량의 능력.
다음의 표 3은, 조절타이어가 접지면의 조성에 "조절"로 표시된 접지면 조성을 갖는 접지면을 갖춘 경우를 제외하고는 동일한 구조의 타이어와 비교하여 여러 운전자들에 의해 양적으로 평가된 각각의 조종 특성의 범주에 해당하는 평균 비율을 나타내고 있으며, 실험적인 접지면 조성은 다른 유형의 타이어에 접지면을 사용한 것이다. 각갸락의 특성의 범주는 "10"점을 최고점으로 하여 10등급으로 계산된다. 어떤 범주는 표 3에서 "트랙"으로 표시된 바와 같이 경기장등에서 평가되었고, 다른 범주는 "디엘씨(DLC)"로 표시된 2차선 변경시험으로 평가되었으며, 나머지(처음의 셋)은 트랙 및 디엘씨로 평가되었다.
2차선 변경시험은 한개의 차선을 따라 직선으로 주행하는 차가 두개의 차선을 가로질러 신속하게 차선을 옮겨 미리 정해진 시간내에 원래의 주행차선에서 그 차선으로 귀환되는 것을 특정된 속도하에서 실험하였다.
[표 3]
비교조종특성
Figure kpo00003
표 3의 자료로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 각각의 범주들을 비교하면, 실험되는 타이어는 그 대부분의 범주들이 보다 바람직한 비율을 갖고 있으며, 적어도 "조절"된 것 보다는 항상 높은 비율로 나타나있다. 다시 말하면, 실험된 타이어는 대부분의 범주에서 보다 더 낳은 조종특성을 갖는 것으로 간주되었으며, 다른 범주에서도 양호한 것으로 간주되었다.
다음의 표 4는 "조절 1"과 "실험 1"로 작성된 조절타이어의 여러가지 속도에서의 건습견인 마찰력의 비교측정치이며, 이들은 접지면 조성에 있어서 조절 및 실험으로 식별되는 접지면 조성을 갖는 타이어들이다. 그리고 "SBR 만", 즉 중량으로 100%의 SBR을 가지는 SBR 함량을 제외하고는 그 조성이 동일하도록 "조절 2"와 "실험 2"로 작성된 타이어에 대해서도 마찬가지이다.
표 4에서, 괄호밖의 모든 숫자들은, 타이어 제조업체에 배부된 "지엠 타이어성능 규범절차 및 규격집"에 있는 견인마찰력 평가를 위한 표준 제너럴 모터스시험절차 TWS 1-100에 따라, 각각 "조절" 및 "실험"화합물이 접지면을 갖는 두개의 타이어에 대해 측정된 것들이다. 괄호안의 숫자들은 ASTM 표준인 100까지 표시된 수치이다. 모든 숫자들은 시험된 두개의 타이어의 평균값이며, 모든 타이어들은 205/60HR 13P 788T의 크기를 가진다. "실험"용 타이어 1과 2에 대한 치수는, "조절"에 대한 값으로 "실험"타이어의 값을 나누어, 각각 "조절" 1과 2에 대한 비율로 나타낸 수치들이다.
[표 4]
건습 견인마찰력(최고치와 활동치)
Figure kpo00004
표 4의 건습견인 마찰력에 대한 데이타에서 볼때, 각각 80% SBR이나 100% SBR을 포함하거나 그렇지 않으면 동일한 조성으로 되어 있거나 간에, "실험"된 접지면 화합물의 견인 마찰력이 중량으로 같은 분량의 N299 카본블랙을 갖는 "조절"의 경우보다 더 좋은 결과를 나타내었다.
조절 및 실험된 타이어의 접지면의 마모는 모의 고속도로 상태에서의 아스팔트 시험 트랙상에서 각각의 조성으로 된 접지면을 갖는 두개의 타이어로 운행함으로써 표 5과 같이 비교되었다. 주어진 값은 두개의 타이어에 대해 평균치로 표시된 주행 마일수이다. 첫번째 란의 값은 단면부의 폭을 가로지르는 모든 홈들에 대한 것으로, "모든 홈들"로 표시되었다. 두번째 란의 값은 가장 빨리 마모되는 홈들에 대한 값으로서, "FWG"로 표시되어 있다. 접지면 마모에 대한 시험에 의해 얻어진 결과는 신빙성이 없기 때문에, 실제적인 운행조건이 사용되었다.
[표 5]
접지면 마모비교
Figure kpo00005
* 가장 빠름 홈은 양쪽 타이어의 크라운에 있다. 모든 다른것들은 일련번호측의 반대쪽에 놋치를 가지고 있는데, 즉 가장 빠른 마모홈과 마찬가지로 시험차량을 통하여 중앙의 수직평면에 대한 가장 바깥쪽의 홈들이다.
실험타이어의 마모저항은 N 299 카본블랙을 사용하는 조절시의 값보다 대략 10% 정도 더 개선된 것을 표 5에 있는 데이타에서 명백히 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 두개의 서로 이격된 비팽창성 비드와, 지면과 접촉하는 접지면과, 상기 각각의 비드를 이어주도록 상기 접지부의 축방향 외부 가장자리로부터 방사상 안쪽으로 연장된 한쌍의 측벽과, 상기 비드 둘레로 둘러싸여지도록 방사형 평면내에 제공되어 있는 한겹 이상의 고무로 코우팅된 코드를 갖추고 있는 카카스부와, 그리고 각각 서로에 대해서 평행하며 타이어의 원주방향 중앙평면에 대해 일정한 각도를 이루고 있는 두겹 이상의 고무로 코우팅된 글라스 코드로 구성되어서 한겹의 글라스 코드가 인접한 다른 한겹의 글라스코드의 반대방향으로 연장되어 있는 글라스 화이버 벨트를 포함하고 있는 튜브레스의 공기식 래디얼 타이어에 있어서, 상기 벨트의 각각의 겹에 하나 이상의 접혀진 가장자리가 제공되어 있고, 상기 타이어의 접지면이, (가) 중량으로 70% 이상이 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR)인 중량으로 100%의 고무 하이드로카본과, (나) 중량으로 100%의 고무에 대해 중량으로 30% 내지 60%를 차지하는 처리유와, 그리고 (다) 중량으로 100%의 고무에 대해 중량으로 50%, 내지 100%를 차지하는 고도의 카본블랙으로 구성되어 있으며, 상기 고도의 카본블랙의 절반 이상의 주입자의 크기가 20 나노미터(nm) 보다 작고, 디부틸프탈레이트 흡수율(DBPA)이 120㎤/100g 카본블랙보다 크며, 130 내지 160mg/g의 범위에서 요드번호(I2NO.)로 측정된 고휘발성을 갖는 특수 N 103 카본블랙으로 이루어져 있어서, 조향반응, 스윙아우투, 플라우잉, 리니어리티, 중심점 트래킹, 귀환성, 리프트-스로틀 오버스티어, 모퉁이 선회안정도 및 턴인을 포함하는 타이어의 고성능 특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면의 상기 고무 하이드로 카본이 중량으로 70% 내지 100%의 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR)로 이루어져 있고, 나머지는 시스-폴리부타디엔(BR) 고무인 것을 특징으로 하는 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 처리유가 중량으로 100%의 상기 고무에 대해서 중량으로 40 내지 50%의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 타이어.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 카본블랙이 중량으로 100%의 상기 고무에 대해서 중량으로 70 내지 90%의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 타이어.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 N 103 카본블랙이 접지면 화합물 내의 카본블랙의 유일한 성분인 것을 특징으로 하는 타이어.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 N 103 카본블랙이 중량으로 100%의 상기 고무에 대해서 중량으로 80 내지 100%의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 타이어.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 N 103 카본블랙이 중량으로 100%의 상기 고무에 대해서 중량으로 80% 존재하며, 120 이상의 디부틸프탈 레이트 흡수(DBPA), 130 이상의 ASTM 색도, 135 이상의 세틸트리메칠암모니움 브로마이드(cetyl trimethyl ammonnum brominde) 흡수율 및 130 내지 160 범위의 요드번호(I2No.)를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어.
  8. 타이어 접지면 조성이, (가) 중량으로 70% 이상이 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR)인 중량으로 100%의 고무하이드로 카본과, (나) 중량으로 100%의 고무에 대해 중량으로 30% 내지 60%의 처리유와, (다) 중량으로 100%의 고무에 대해 중량으로 50% 내지 100%를 차지하는 고도의 카본블랙으로서 절반 이상의 입자의 크기가 20 나노미터(nm) 보다 작고, 디부틸프탈레이트 흡수율(DBPA)이 120㎤/100g 카본블랙보다 크며, 130 내지 150mg/g 범위의 요드번호(I2No.)로 측정된 고휘발성을 갖는 특수 N 103 카본블랙으로 이루어진 고도의 카본블랙과, 그리고 (라) 유황처리를 위한 경화제로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 타이어 접지면.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 접지면이 상기 고무하이드로카본이 중량으로 70% 내지 90%의 스티렌-부타디엔 공중합체 고무(SBR) 및 중량으로 나머지 %의 씨스-폴리부타디엔으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 타이어 접지면.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 처리유가 중량으로 100%의 상기 고무에 대하여 중량으로 40 내지 50%의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지면.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 카본블랙이 중량으로 100%의 상기 고무에 대하여 중량으로 70% 내지 90%의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지면.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 N103 카본블랙이 접지면 화합물내의 카본블랙의 유일한 성분인 것을 특징으로 하는 타이어 접지면.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 N103 카본블랙이 중량으로 100%의 상기 고무에 대하여 중량으로 80 내지 100%의 범위로 존재하는 것을 특징으로 하는 타이어 접지면.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 N103 카본블랙이 120 이상의 디부틸프탈 레이트흡수율(DBPA), 130 이상의 ASTM 색도, 135 이상의 세틸트리메칠암모니움 브로마이드(CTAB) 흡수율 및 130 내지 160 범위의 요드번호(I2No.)를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 접지면.
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