KR20190115246A - 공명음 저감 타이어 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이너라이너, 상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및 상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함하고, 상기 접착제층은 아크릴계 고분자를 포함하는 것인 공명음 저감 타이어에 관한 것으로, 주행 시 발열 및 변형에도 흡음재의 탈리가 없는 안정적인 공명음 저감 타이어를 제공한다.

Description

공명음 저감 타이어 및 이의 제조방법{CAVITY NOISE REDUCTION TIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 내열성 및 접착 강도가 향상된 접착제 조성물을 포함함으로써, 주행 시 발열 및 변형에도 흡음재의 탈리가 없는 안정적인 공명음 저감 타이어에 관한 것이다.

자동차 소음과 관련하여 정부 규제의 강화 및 전기차의 수요가 확대됨에 따라 타이어로부터 발생되는 소음 저감 요구가 점차 적으로 증가하는 추세이다. 하지만 최근 개발 동향은 타이어 노면에 접촉하는 트레드부가 광폭으로 이루어져 있고 타이어 측면에 해당하는 사이드월 (Side wall)의 편평비가 낮은 UHP (Ultra high performance) 타이어가 각광을 받고 있다. 이러한 타이어는 구조적인 특성에 기인하여 사이드 월의 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.).

공명음을 저감시키기 위한 종래의 기술로는, 개방형 셀을 가지고 있는 폴리우레탄 재질의 발포체를 활용하는 기술이 있다. 그러나 이러한 폴리우레탄 재질의 발포체를 타이어 내측의 이너라이너에 부착하기 위하여 일반적인 액상 접착제를 사용할 경우, 접착제가 흡음재층으로 흡수되어 흡음력 및 접착력을 현저하게 떨어뜨리는 문제가 있어왔다.

액상 접착제 대신 광 또는 열로 경화시키는 접착제의 경우(JP 2015-166134 A)에도, 초기 접착력은 우수할 수 있으나, 탄성과 같은 변형력이 낮아, 차량의 하중에 의해 타이어에 변형이 가해진 상태에서 추가적으로 가해지는 반복적인 변형과 진동을 견디지 못하고 파괴됨으로써 흡음재의 박리 또는 이탈이 발생하는 문제가 있다.

부틸계 핫멜트 접착제를 적용하는 경우, 타이어의 변형에도 충분히 신장되어 외부 충격을 완화할 수 있으나, 핫멜트계 접착제의 특성상 온도가 증가할수록 점도가 낮아져 유동성이 증가하여 주행 시 타이어 내 부착된 흡음재의 위치가 변형될 수 있어 타이어 발란스 또는 유니포미티에 악영향을 초래할 수 있다.

실리콘 계열이나 실란 변성 폴리에스터 접착제를 사용한 특허가 있으나 타이어 내부 이너라이너 표면의 오염원이나 브라더(Bladder) 이형제의 전이에 따른 표면 접착력이 감소되어 주행 시 타이어에 발생되는 고열 및 고 변형에 의해 접착 특성이 취약해지는 문제가 있다.

이에 상기와 같은 접착제의 문제점을 해결하고, 타이어의 공명음을 저감시키기 위한 흡음재를 이너라이너에 접착시키기 위하여, 타이어의 변형과 발열에 견딜 수 있는 특수한 표면 구성 및 접착제의 사용이 필요하다.

일본 공개특허 제2015-166134호

본 발명의 목적은 지속력이 강한 접착제로 흡음재를 부착하여 타이어의 소음 중 타이어 내부의 공기 진동으로 발생되는 공명음을 저감시킨 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 지속력이 강한 접착제 조성물로 흡음재를 부착하여 주행 시 타이어의 온도변화, 자동차 하중과 외부 충격으로 인한 변형에도 흡음재의 박리나 이탈이 없이 타이어 마모수명까지 공명음 저감 성능이 유지되는 타이어를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이너라이너, 상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및 상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함하고, 상기 접착제층은 하기 화학식 1로 표시되는 아크릴계 고분자를 포함하는 것인 공명음 저감 타이어를 제공한다.

[화학식 1]

(상기 R은 독립적으로 히드록시기 또는 카르복실기이고,

상기 R'는 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고,

상기 R"는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,

n은 독립적으로 3 내지 300의 정수이다.)

상기 아크릴계 고분자는 유리전이온도가 0 내지 60 ℃인 것일 수 있다.

상기 아크릴계 고분자는 중량평균 분자량이 10,000 내지 50,000 g/mol인 것일 수 있다.

상기 아크릴계 고분자는 고분자 사슬의 일 말단에 히드록시기를 포함하고, 대응되는 말단에 카르복실기를 포함하는 것일 수 있다.

상기 흡음재층은 폴리우레탄 폼을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 타이어는 지속력이 강한 접착제로 흡음재를 부착하여 타이어의 소음 중 타이어 내부의 공기 진동으로 발생되는 공명음을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 타이어는 내열성이 우수한 접착제를 사용하여 고속주행시 발생하는 열에 의한 박리 및 변형을 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기압 타이어의 측단면도이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공명음 저감 타이어는 타이어 이너라이너, 상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및 상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함한다.

사일런트 타이어의 제조에 있어서, 상기 흡음재층의 위치를 고정시켜주는 접착제층의 접착성은 매우 중요하다. 흡음재가 제대로 부착되지 않았을 경우, 주행 중 타이어 변형에 따라 흡음재가 탈착되어 타이어 내부에서 움직이면서 또 다른 진동이나 소음을 유발시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 공기압 타이어의 측단면도를 도 1에 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기압 타이어(1)는, 이너라이너 내측 면에 도포된 접착제층(2)을 포함하고, 상기 접착제층(2)에 부착된 흡음재층(3)을 포함한다.

상기 접착제층(2)은 하기 화학식 1로 표시되는 아크릴계 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

(상기 R은 독립적으로 히드록시기 또는 카르복실기이고, 상기 R'는 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, 상기 R"는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고, n은 독립적으로 30 내지 300의 정수이다.)

상기 화학식 1과 같은 구조의 아크릴계 고분자는 저발열 특성을 나타내어, 이를 포함하는 접착제층(2)은 저발열 특성을 이용해 주행시 타이어의 고온 조건에서도 흡음재층(3)의 박리를 방지할 수 있다.

본 발명에서는 상기 아크릴계 고분자에 다양한 모노머 및 관능기를 도입함으로써 접착성을 극대화시킬 수 있다. 접착성이 극대화된 아크릴계 고분자는 약간의 압력으로도 기판에 쉽게 접착되는 성질을 나타내는 감압성 접착제의 성질을 가져, 작업자에 따른 편차를 최소화 하고 생산성 측면에서도 큰 장점을 가질 수 있다.

일 실시예에서 상기 화학식 1의 아크릴계 고분자는 말단에 아크릴레이트기를 포함하는 폴리에테르를 에테르로 커플링시켜 제조된 것일 수 있다. 상기 반응을 하기 반응식 1로 나타낼 수 있다.

[반응식 1]

상기 화학식 1의 상기 R"의 정의에서 상기 알킬렌기와 에테르의 조합이란 상기 반응식 1에 나타낸 에틸에테르 등을 일컫는다.

다른 일 실시예에서 상기 반응식 1의 말단에 아크릴레이트기를 포함하는 폴리에테르는 R이 히드록시기 또는 카르복실기이고, R'이 메틸기인 것일 수 있다. 구체적으로 하기 화학식 2 또는 3으로 나타낼 수 있다.

[화학식 2]

[화학식 3]

이에 따라, 상기 아크릴계 고분자는 하기 화학식 4 및 화학식 5와 같이 고분자 사슬의 일 말단에 히드록시기를 포함하고, 대응되는 말단에 카르복실기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 R"가 에테르를 포함하지 않고 알킬렌기만을 포함할 수도 있다.

[화학식 4]

[화학식 5]

말단에 히드록시기 및 카르복실기의 도입으로 이종간의 접착력이 증대되어 접착 강도 평가시 20 J 이상의 높은 충격 강도를 가질 수 있고, 반응성이 높아져 경화시간을 6 분 미만으로 단축시킬 수 있다.

상기 아크릴계 고분자는 유리전이온도가 0℃ 이상인 것이 바람직하고, 구체적으로 0 내지 60℃인 것일 수 있다. 유리전이온도가 0℃ 미만인 경우 제동성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

상기 아크릴계 고분자는 중량평균분자량이 10,000 내지 50,000 g/mol인 것일 수 있다. 상기 아크릴계 고분자의 중량평균분자량이 상기 범위에 미치지 못하거나 초과하는 경우 유리전이온도를 0 내지 60 ℃로 유지하기 어렵다.

상기 접착제층(2)은 공지된 첨가제, 예를들어 접착부여제(Tackifier), 경화제, 평활제, 습윤제, 흐름 조절제, 피막 방지제, 소포제, 충전제 (예컨대 쵸크, 라임, 분, 침강 및(또는) 발열성 실리카, 알루미늄 실리케이트 및 고-비점 왁스), 점도 조절제, 가소제, 안료, 염료, 자외선 흡수제 열분해에 대한 안정화제 또는 산화 분해에 대한 안정화제를 더 포함할 수 있다.

상기 접착제층(2)은 자동차 하중과 외부의 충격 등에 의한 변성이나 고온뿐만 아니라 저온환경에서도 흡음재의 탈착, 박리 또는 이탈 없이 타이어 마모수명까지 공명음 저감 성능이 유지될 수 있다.

상기 공명음 저감 타이어에 있어서, 상기 흡음재층(3)은 폴리우레탄 폼을 포함하는 것일 수 있다.

상기 폴리우레탄 폼은 기본적으로 폴리이소시아네이트 화합물(polyisocyanate compound)과 폴리올(polyhydroxycompound)을 우레탄 반응시켜 제조하는 것일 수 있다.

상기 폴리우레탄 폼은 개방셀을 가지는 폴리우레탄 계열의 흡음재를 말하며 밀도가 25 내지 35 kg/㎥인 것일 수 있다.

개방셀을 가지는 폴리우레탄 폼은 점성이 낮은 접착제가 폴리우레탄 폼에 너무 많이 흡수되어 이너라이너와의 접착이 어렵다는 문제가 있었다. 그러나 아크릴계 고분자를 포함하는 접착제층은 경화 속도가 빨라 개방셀 표면에서 빠르게 경화하므로 접착력이 저하되지 않고, 고변형에 대해서도 접착제층의 내구성이 확보되어 폴리우레탄 폼을 접착시키기에 적절하다.

본 발명에 따른 공명음 저감 타이어는 정련, 압출, 압연, 재단, 성형, 가류 및 검사 공정 단계를 거쳐 제조된다.

구체적으로 상기 공명음 저감 타이어의 제조방법은 이너라이너를 포함하는 그린 타이어(Green tire) 성형 단계, 상기 그린 타이어 내부의 이너라이너와 브라더(Bladder)가 직접 맞닿도록 상기 그린 타이어를 브라더(Bladder)에 위치시키고, 상기 브라더를 이용하여 상기 그린 타이어의 내부를 팽창시켜 가류 타이어(Cured tire)를 제조하는 단계, 상기 이너라이너 표면에 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 단계, 및 상기 접착제층에 흡음재를 부착하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

상기 이너라이너의 표면에 브라더를 위치시키기 이전에 그린 타이어 내부의 이너라이너에 이형제를 도포하거나 생략할 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 1: 아크릴계 접착제]

일 말단에 히드록시기, 반대쪽 말단에 카르복실기를 포함하는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 이용하여 아크릴계 접착제를 제조하였다.

[화학식 5]

n은 150이다.

[제조예 2: 공명음 저감 타이어 제조]

<실시예 1>

그린 타이어(Green tire)를 성형하였다. 상기 그린 타이어 내부의 이너라이너와 브라더(Bladder)가 직접 맞닿도록 상기 그린 타이어를 브라더에 위치시키고, 상기 브라더를 이용하여 상기 그린 타이어의 내부를 팽창시켜 가류 타이어(Cured tire)를 제조하였다. 상기 가류 타이어의 이너라이너에 상기 제조예 1에서 제조한 아크릴계 접착제를 도포한 후 폴리우레탄 흡음재를 부착시켰다.

<비교예 1>

상기 실시예 1과 동일하나, 아크릴계 접착제 대신 기존 실리콘계 접착제를 구입하여 도포한 후 폴리우레탄 흡음재를 부착시켰다.

[시험예1: 박리강도 측정]

이너라이너와 흡음재의 부착결합 강도를 측정하기 위하여, 박리강도를 측정하였다. 박리강도는 상기 실시예 1 및 2에서 제조한 공명음 저감 타이어의 시편에 대하여, 분리각도 180도, 분리속도 6in/min의 조건으로 힘을 증가시켜 박리되는 순간의 강도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

고속주행에서 생기는 발열에 대한 저항성 평가를 위하여 25 ℃와 80 ℃에서 각각 박리강도를 측정하였고, 노화 조건에 대한 저항성 평가를 위하여 100 ℃에서 3 시간 동안 노화시킨 후의 박리강도를 측정하였다.

	온도	비교예 1	실시예 1
박리강도(N/cm)	25℃	20	50
	80℃	20	40
	100℃×3hrs	10	35

상기 표 1을 살펴보면, 아크릴계 접착제를 포함하는 실시예 1은 상온에서의 박리강도가 비교예 1에 비하여 현저하게 향상되었을 뿐만 아니라, 고온에서의 박리강도 또한 크게 저하되지 않고, 비교예 1 강도의 2 배 정도로 측정되었다.

본 발명에 따른 아크릴계 접착제는 관능기의 도입으로 가교구조를 형성하면서 접착 성능이 향상되었고, 아크릴계 접착제의 저발열 특성으로 인하여 고속주행시 생기는 발열에 대한 저항성을 가져 고온에서의 접착성능을 유지할 수 있을 것으로 예측된다.

노화 실험에서 상기 비교예1은 박리강도가 50%나 저하된 것으로 나타났으나, 실시예 1은 비교예 1의 상온 조건에서의 강도 보다 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 이너라이너에 부착된 흡음재가 오랜 시간이 경과하더라도 성능을 발휘할 수 있다는 것을 예측할 수 있다.

[시험예 2: 경화 속도 측정]

접착제 적용 후 20N/cm의 힘이 가해질 때 이종물질간의 박리가 일어나지 않는 시점의 시간을 측정하는 방법으로 경화 시간을 평가하였다.

	비교예1	실시예1
시간(min)	16	6

표 2의 결과로부터, 아크릴 접착제를 사용하는 경우에 경화 속도가 단축되는 것을 확인할 수 있었다.

[시험예 3: 충격 강도 측정]

제조된 타이어에 충격이 가해질 때 견디는 정도를 측정하기 위하여, 상기 실시예 1 및 2에서 제조한 타이어의 시편의 충격 강도를 평가하였다. 충격 강도가 클수록 내충격성이 크다고 판단할 수 있다.

	비교예1	실시예1
충격 강도(J)	5	21

충격 강도 측정 결과, 실시예 1은 기존의 실리콘 접착제를 사용한 비교예 1에 비하여 훨씬 높은 수준의 에너지를 흡수할 수 있음을 확인할 수 있었다.

[시험예 4: 수명특성 평가]

시간 경과에 따라 접착 능력이 없어지거나 자체 고화되어 접착제로 사용이 불가능 할 때까지의 시간을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

	비교예1	실시예1
수명(month)	8	17

상기 실험을 통하여 아크릴계 접착제가 실리콘계 접착제 대비 저장이 용이하고 더 오래 사용할 수 있다는 특징을 확인할 수 있었다.

종합적으로 상기 실험예 1 내지 4를 통하여, 아크릴계 접착제의 고온특성, 내노화특성, 내충격성 및 수명특성이 우수하여 고속주행시에도 발열이나 변형에 의한 흡음재의 이탈을 방지할 수 있을 것으로 예상되며, 경화 속도가 빨라 타이어 제조 공정의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.

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: 공기압 타이어
2: 접착제층
3: 흡음재층

Claims (5)

1. 이너라이너,
   상기 이너라이너 내측에 도포된 접착제층; 및
   상기 접착제층에 부착된 흡음재층을 포함하고,
   상기 접착제층은 하기 화학식 1로 표시되는 아크릴계 고분자를 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.
   [화학식 1]
   

   

   
   (상기 R은 독립적으로 히드록시기 또는 카르복실기이고,
   상기 R'는 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고,
   상기 R"는 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이고,
   n은 독립적으로 3 내지 300의 정수이다.)
2. 제1항에 있어서,
   상기 아크릴계 고분자는 유리전이온도가 0 내지 60 ℃인 것인 공명음 저감 타이어.
3. 제1항에 있어서,
   상기 아크릴계 고분자는 중량평균 분자량이 10,000 내지 50,000 g/mol인 것인 공명음 저감 타이어.
4. 제1항에 있어서,
   상기 아크릴계 고분자는 고분자 사슬의 일 말단에 히드록시기를 포함하고, 대응되는 말단에 카르복실기를 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.
5. 제1항에 있어서,
   상기 흡음재층은 폴리우레탄 폼을 포함하는 것인 공명음 저감 타이어.

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