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KR101000811B1 - 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물 - Google Patents

타이어 트레드 베이스용 고무 조성물 Download PDF

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KR101000811B1
KR101000811B1 KR1020080094484A KR20080094484A KR101000811B1 KR 101000811 B1 KR101000811 B1 KR 101000811B1 KR 1020080094484 A KR1020080094484 A KR 1020080094484A KR 20080094484 A KR20080094484 A KR 20080094484A KR 101000811 B1 KR101000811 B1 KR 101000811B1
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Abstract

본 발명은 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물에 관한 것으로, 상기 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물은 원료 고무; 천연 고무 70 내지 80 중량%, 및 파라 아라미드계 단섬유 20 내지 30 중량%를 포함하는 혼합 마스터배치; 및 카본블랙을 포함하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물로서, 상기 원료 고무 대 상기 파라 아라미드계 단섬유의 함량의 중량비가 100 : 1 내지 20이고, 상기 카본블랙의 함량이 상기 원료 고무 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물을 포함한다.
본 발명의 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물은 타이어 트레드 베이스용 고무의 내구성이 저하되는 것을 방지하면서 저발열 성능을 향상시키고, 고무의 중량을 감소시켜 회전저항이 우수한 장점을 얻을 수 있다.
타이어 트레드 베이스용 고무 조성물, 천연고무, 스티렌-부타디엔 고무, 단섬유

Description

타이어 트레드 베이스용 고무 조성물{RUBBER COMPOSITION OF TIRE TREAD BASE}
본 발명은 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드 베이스용 고무의 내구성이 저하되는 것을 방지하면서 저발열 성능을 향상시키고, 고무의 중량을 감소시켜 우수한 회전저항을 가지는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물에 관한 것이다.
타이어에서 트레드 베이스는 벨트와의 접착성이 낮은 캡 트레드를 대신하여 벨트와 트레드 사이에서 접착층을 형성하고 타이어 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 트레드 베이스용 고무 조성물은 크게 두 가지 물성이 요구되는데 높은 강성과 저발열성이 그것이다. 높은 강성은 캡 트레드 블록의 움직임을 방지하여 핸들링 성능을 향상시키고 저발열성은 벨트부로의 열 전달을 줄여 트레드부와 벨트부의 분리 사고를 억제하고 열에너지 손실이 줄어 회전저항이 감소하여 결과적으로 연비 성능을 향상시킨다.
하지만 이 두 가지 물성을 동시에 고려하기는 쉽지 않다. 발열을 낮추기 위해 모폴로지 발달이 적은 카본블랙을 사용하거나 카본블랙의 양을 줄이는 방법이 있지만 이것은 고무의 강성을 저하시키는 문제가 있다. 저발열성과 높은 강성을 동시 고려한 종래 기술로는 셀룰로오스 단섬유와 접착 증진제를 첨가하는 기술이 있지만 가공 과정에서 분산성이 매우 안 좋아 큰 효과를 발휘하지 못하는 단점이 있다. 이외에도 섬유 강화재로서 펄프화된 고 모듈러스의 경질봉 액정 섬유를 사용하는 기술과 보강 충전제로서 카본블랙의 일부를 실리카로 대체한 기술도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 타이어 트레드 베이스용 고무의 내구성이 저하되는 것을 방지하면서 저발열 성능을 향상시키고, 고무의 중량을 감소시켜 우수한 회전저항을 가지는 트레드 베이스용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 트레드 베이스용 고무 조성물을 포함하는 타이어를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 평균적 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원료 고무; 천연 고무 70 내지 80 중량%, 및 파라 아라미드계 단섬유 20 내지 30 중량%를 포함하는 혼합 마스터배치; 및 카본블랙을 포함하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물로서, 상기 원료 고무 대 상기 파라 아라미드계 단섬유의 함량의 중량비가 100 : 1 내지 20이고, 상기 카 본블랙의 함량이 상기 원료 고무 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물을 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 트레드 베이스용 고무 조성물을 포함하는 타이어를 제공한다.
본 발명에 따른 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물은 타이어 트레드 베이스용 고무의 내구성이 저하되는 것을 방지하면서 저발열 성능을 향상시키고, 배합고무의 중량을 감소시켜 우수한 회전저항을 갖는다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 원료 고무; 천연 고무와 파라 아라미드계 단섬유의 혼합 마스터배치; 및 카본블랙을 포함하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물을 제공한다.
상기 파라 아라미드계 단섬유는 천연 고무로 전처리된 것으로써, 단섬유와 고무 매트릭스와의 결합력이 증대되어 가공 과정에서 분산성이 매우 향상되며 이로 인해 인장 강도가 증가하고 발열 및 회전저항이 감소하는 효과가 있다.
상기 원료 고무는 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무 등 통상의 타이어 트레드 베이스용 조성물에 사용되는 것으로서, 상기 천연 고무는 자연에서 얻어지는 폴리이소프렌이며, 상기 스티렌-부타디엔 고무의 경우, 바람직하게는 미세구조 조성 중 스티렌 함량이 20 내지 25 중량%이고, 100℃ 무늬점도가 47 내지 57이며, 응력완화 시간 기울기가 -0.30 내지 -0.38인 에멀젼 중합법으로 제조된 것을 사용할 수 있다. 스티렌-부타디엔 고무의 무늬점도가 높은 경우에는 가공이 어렵고, 상기 스티렌-부타디엔 고무를 너무 많이 사용하면 벨트부와의 접착력이 저하된다. 바람직하게는 천연 고무 50 내지 80 중량%, 및 스티렌-부타디엔 고무 20 내지 50 중량%를 포함한다. 이때, 본 발명의 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물은 상기 원료 고무 내의 천연 고무와 상기 혼합 마스터배치 내의 천연 고무를 합한 총 함량이 50 내지 80 중량%가 되도록 제조되는 것이다.
본 발명에 따른 파라 아라미드계 단섬유는 천연 고무로 전처리된 것이다. 천연 고무로 전처리됨으로써 원료 고무와의 혼합성이 우수하고, 기존 단섬유 사용시 발생하는 분산성의 저하로 인한 물성 저하를 방지하는 장점이 있다.
상기 전처리 과정은 통상적으로 실시되는 방법으로서, 그 일례를 들어 구체적으로 설명하면 아래와 같다. 먼저, 블록(block) 상태의 천연 고무를 오픈밀(open mill)에 넣고 돌려 시트(sheet) 상태로 제조한다. 상기 제조된 시트에 파라 아라미드계 단섬유를 넣고 시트를 말은 후 상기 말려진 시트를 다시 오픈밀에 넣어 믹싱(mixing)한다. 상기 믹싱한 시트를 오픈밀에서 꺼내어 식힌 후 압출기에 넣어 지름 5 내지 20mm의 원통형으로 길게 뽑아내어 길이가 5 내지 30mm가 되도록 잘라내어 혼합 마스터배치를 제조한다.
이러한 전처리 과정을 통하여 파라 아라미드계 단섬유의 변형 없이 천연 섬유와 혼합이 잘 됨으로써 타이어 트레드 베이스용 고무의 내구성이 저하되는 것을 방지하면서 저발열 성능을 향상시키고, 배합고무의 중량을 감소시켜 우수한 회전저항을 얻을 수 있다.
상기 파라 아라미드계 단섬유로는 파라페닐렌 테레프탈아미드와 3,4-옥시 페닐렌 테레프탈아미드의 공중합체(co-poly-(paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide)), 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드(poly-(paraphenylene terephtalamide)) 등의 예를 들 수 있고, 바람직하게는 상기 파라 아라미드계 단섬유는 원료 고무 100 중량부를 기준으로 하여, 2 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 파라 아라미드계 단섬유의 함량이 2 중량부 미만이면 고무의 보강효과가 저하되는 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하면 고무의 경도가 매우 높아져 성능 저하가 발생할 뿐만 아니라 압출 시 표면 찢김이 일어나는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 천연 고무로 전처리된 파라 아라미드계 단섬유를 혼합하는 기술은 종래 기술인 레소시놀 포름알데히드로 표면 처리된 단섬유를 첨가하는 기술에 비해 단섬유와 고무 매트릭스와의 결합력이 증대되어 가공 과정에서 분상성이 매우 향상되며 이로 인해 인장 강도가 증가하고 발열 및 회전저항이 감소하는 효과가 있다. 이러한 저발열에 의한 회전저항 감소뿐만 아니라 단섬유를 사용함으로써 얻어지는 중량 감소 효과로 인하여 회전저항이 감소되어 트레드 베이스용 고무 조성물의 연비 성능이 향상될 수 있다.
이러한 파라 아라미드계 단섬유를 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물에 적용하면 카본블랙의 양을 줄일 수 있어 조성물의 동일 부피 대비 중량에 대한 감소가 효과적이고, 파라 아라미드계 단섬유의 높은 영율 및 인장강도로 인해 배합고무를 보강해주는 역할을 하여 강성의 저하 없이 저발열 성능을 높이며 이러한 중량감소와 저발열 성능 향상으로 인해 회전저항이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 트레드 베이스용 고무 조성물은 저발열에 의한 회전저항 감소뿐만 아니라 단섬유를 사용함으로써 얻어지는 중량 감소 효과로 생기는 회전저항 감소로 연비 성능이 더욱 향상되는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물은 상기 파라 아라미드계 단섬유와 천연 고무의 혼합 마스터배치을 포함한다. 이때 천연 고무는 통상적으로 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물로서 사용되는 것이다. 상기 혼합 마스터배치은 천연 고무 70 내지 80 중량% 및 파라 아라미드계 단섬유 20 내지 30 중량%의 혼합비로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 트레드 베이스용 고무 조성물은 통상의 고무 배합제를 더 포함할 수 있다. 상기 고무 배합제는 프로세스 오일, 보강제 및 첨가제 등을 포함한다.
상기 프로세스 오일의 함량은 원료고무 함량 100 중량부를 기준으로 하여 5 내지 15 중량부가 바람직하다. 상기 프로세스 오일의 함량이 5 중량부 미만이면 미가류 상태에서 벨트부와의 접착력이 불리해져 타이어 성형이 어렵고, 15 중량부를 초과하면 타이어 주행시 발열이 심해 벨트부와의 분리사고가 발생하는 문제점이 있으며 강성 또한 낮아져 핸들링 성능이 불리해진다.
상기 보강제로서 첨가되는 카본블랙은 원료고무 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 80 중량부로 포함된다. 상기 카본블랙의 함량이 30 중량부 미만이면 트레드 베이스의 강성이 감소되어 타이어 내구성이 저하되는 문제점이 있고, 80 중량부를 초과하면 카본블랙의 분산 불량으로 인해 가공성이 불리해지며 발열 및 회전저 항이 증가하는 역효과가 발생한다.
상기 첨가제로는 통상적으로 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물에 첨가되는 산화아연, 스테아린산, 유황(가류제), 촉진제, 노화방지제, 점착제 등을 들 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 원하는 물성에 따라 임의로 용이하게 조절될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 트레드 베이스용 고무 조성물을 포함하는 타이어를 제공한다.
상기 타이어는 통상적인 방법에 따라 상기 트레드 베이스용 고무 조성물을 이용하여 제조될 수 있는데, 상기 타이어를 제조하는 방법은 본 발명이 속한 분야에서 널리 알려진 바, 이에 대한 설명은 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5]
천연 고무와 스티렌-부타디엔 고무, 카본블랙 및 통상의 기타 첨가제를 하기 표 1에 나타난 성분비로 배합하여 고무 조성물을 제조하고 이를 가류시켜 고무 시편을 제조하였다.
(단위: 중량부)
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 실시예1 실시예2 실시예3
NR/SBR 50/50 50/50 50/50 46.65/50 15.35/50 40/50 33.3/50 23.2/50
카본블랙 70 45 45 65 30 55 45 30
프로세스오일 10 10 10 10 10 10 10 10
산화아연 3 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
노화방지제 3 3 3 3 3 3 3 3
점착제 4 4 4 4 4 4 4 4
단섬유1＊ 0 5 0 0 0 0 0 0
단섬유2＊ 0 0 5 0 0 0 0 0
단섬유3 혼합 마스터배치＊ 0 0 0 4.35(1) 45(10.35) 13(3) 21.7(5) 34.8(8)
접착증진제* 0 1.25 0 0 0 0 0 0
가류제 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
촉진제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
주)
1) NR/SBR: 천연 고무/스티렌-부타디엔 고무
2) 프로세스 오일: 미창 석유공업(제조사), A#2 오일(상품명)
3) 노화 방지제: Donglong Chemical IND(제조사), 6PPD(상품명)
4) 점착제: SI Group Bethune(제조사), KORESIN(상품명)
5) 단섬유1* : 밀도가 1.5 내지 3.0 mg/㎥, 직경 10 내지 30 ㎛, 길이 2 내지 5mm인 셀룰로오스 단섬유
6) 단섬유2* : 레소시놀 포름 알데히드로 표면 처리된 파라 아라미드계 단섬유
7) 단섬유3 혼합 마스터배치* : 천연 고무 77 중량% 및 파라 아라미드계 단섬유 23 중량%를 포함하는 혼합 마스터배치(참고로 ()안의 숫자는 단섬유3 혼합 마스터배치* 내의 실질적인 단섬유 양을 의미하고, 단섬유3 혼합 마스터배치* 내의 천연 고무 함량을 감안하여 원료 고무 내 천연 고무의 양을 조절하였다)
8) 접착증진제* : 레소시놀 포름 알데히드 수지로서 단섬유와 고무와의 접착성을 증진시키는 물질
9) 가류제: 유황
10) 촉진제: Lanxess Chemicals(제조사), VULKACIT CZ(상품명)
상기 제조된 시편에 대하여 경도, 300% 모듈러스, 인장강도, 신율, 점탄성과 같은 물성을 ASTM 관련규정에 의거하여 측정한 후, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 실시예1 실시예2 실시예3
경도 69 71 70 68 76 69 70 71
300%모듈러스 155 144 150 150 180 155 158 164
신율 400 420 405 395 310 398 390 385
인장강도 215 200 210 215 250 217 219 220
60℃ tanδ 0.177 0.130 0.125 0.175 0.135 0.100 0.110 0.120
상기 비교예 및 실시예의 고무로 트레드 베이스를 만들고 이 트레드 베이스 고무를 반제품으로 포함하는 215/60R16 규격의 타이어를 제조하여 이 타이어에 대한 발열, 회전저항에 대한 상대비율을 표 3에 나타내었다.
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 실시예1 실시예2 실시예3
발열(℃) 100 110 102 100 102 90 92 99
회전저항 100 90 90 102 92 80 85 90
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 비교예 1 내지 5는 발열이 100℃ 이상으로 매우 높게 나타났으며 회전저항 또한 최대 102로 매우 높음을 알 수 있다. 이에 반하여, 실시예 1 내지 3은 발열이 100℃ 미만으로 저발열성을 가지면서 회전저항이 80 내지 90의 낮은 수준을 나타내었다.
이로부터 실시예 1 내지 3은 저 발열성을 가지면서 회전저항이 낮아 트레드 베이스용 고무 조성물에 적합한 우수한 물성을 가짐을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.　

Claims (7)

  1. 원료 고무;
    천연 고무 70 내지 80 중량%, 및 파라 아라미드계 단섬유 20 내지 30 중량%를 포함하는 혼합 마스터배치; 및
    카본블랙을 포함하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물로서,
    상기 원료 고무 대 상기 파라 아라미드계 단섬유의 함량의 중량비가 100 : 1 내지 20이고,
    상기 카본블랙의 함량이 상기 원료 고무 100 중량부를 기준으로 하여 30 내지 80 중량부이고,
    상기 원료 고무는 천연 고무 및 스티렌-부타디엔 고무를 포함하고,
    상기 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물은 상기 원료 고무 내의 천연 고무 및 상기 혼합 마스터배치 내의 천연 고무의 총 함량 50 내지 80 중량%, 및 상기 스티렌-부타디엔 고무의 함량 20 내지 50 중량%를 포함하는 것인 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 스티렌-부타디엔 고무는 스티렌-부타디엔 고무 중 스티렌 함량이 20 내지 25중량%이고, 100℃에서 무늬점도가 47 내지 57이며, 응력완화 시간 기울기가 -0.30 내지 -0.38인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파라 아라미드계 단섬유는 파라페닐렌 테레프탈아미드와 3,4-옥시 페닐렌 테레프탈아미드의 공중합체(co-poly-(paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide)), 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드(poly-(paraphenylene terephtalamide)), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 원료 고무 100 중량부를 기준으로 하여 프로세스 오일 5 내지 15 중량부, 및 산화아연, 스테아린산, 유황, 촉진제, 노화방지제, 점착제, 및 가류제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 첨가제를 잔부의 함량으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물.
  6. 제1항에 따른 트레드 베이스용 고무 조성물에 의해 제조된 트레드 베이스를 적용한 타이어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원료 고무 대 상기 파라 아라미드계 단섬유의 함량의 중량비는 100 : 2
    내지 10인 것인 타이어 트레드 베이스용 고무 조성물.
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