KR20200067564A

KR20200067564A - 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어

Info

Publication number: KR20200067564A
Application number: KR1020180154553A
Authority: KR
Inventors: 박한기
Original assignee: 한국타이어앤테크놀로지 주식회사
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-12

Abstract

본 발명의 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물은, 디엔계 천연고무 50~90 중량부, 부타디엔 고무 10~50 중량부, 카본블랙 10~60 중량부, 아민계 노화방지제 1~6 중량부 및 첨가제를 포함한다.
본 발명에 의하면, 타이어 트레드부의 그루브 위치에 내크랙성, 내오존성, 내열성이 강하며, 히스테리시스가 낮은 고무 조성물을 삽입함으로써, 주행시 타이어의 변형 또는 트레드 블록의 변형에 따른 피로 파괴, 즉 그루브 크랙의 발생을 방지할 수 있다.

Description

타이어 트레드 그루브용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어{RUBBER COMPOSITION FOR TIRE TREAD GROOVE AND TIRE MANUFACTURED BY USING THE SAME}

본 발명은 타이어 성형시 사용되는 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어에 관한 것이다.

타이어에 있어서 트레드 패턴 중 리브(rib) 또는 블록(block)이 주행조건 등의 외부 하중에 의해 좌우로 움직일 때, 그루브(groove)의 기저부에 집중되는 응력과 리브 또는 블록의 지속적인 움직임에 의한 피로가 응력 집중부위에 누적됨으로 인해 기저부로부터 크랙(crack)이 발생하기 시작한다.

이와 함께 최근의 기술 동향은 연비 성능 향상을 위해 그루브 기저부의 두께를 얇게 하여 타이어 전체의 중량을 감량하는 추세이다. 이런 추세는 그루브 기저부의 크랙 발생을 유도하는 역할을 하게 된다. 이에 가혹한 조건에서 주행하는 타이어뿐만 아니라 일반 주행 조건에서도 타이어 그루브 크랙 방지 기술이 시급하다.

본 발명의 목적은 타이어 트레드부의 그루브 위치에 내크랙성, 내오존성, 내열성이 강하며, 히스테리시스가 낮은 고무 조성물을 삽입함으로써, 주행시 타이어의 변형 또는 트레드 블록의 변형에 따른 피로 파괴, 즉 그루브 크랙의 발생을 방지할 수 있는 고무 조성물 및 이를 이용하여 제조한 타이어를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물은, 디엔계 천연고무 50~90 중량부, 부타디엔 고무 10~50 중량부, 카본블랙 10~60 중량부, 아민계 노화방지제 1~6 중량부 및 첨가제를 포함한다.

상기 노화방지제는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 고무 조성물은 왁스 0.5~2.0 중량부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 타이어는 상기한 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물을 이용하여 제조된다.

그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께는 0.4~2mm로 형성될 수 있다.

상기한 본 발명에 의하면, 타이어 트레드부의 그루브 위치에 내크랙성, 내오존성, 내열성이 강하며, 히스테리시스가 낮은 고무 조성물을 삽입함으로써, 주행시 타이어의 변형 또는 트레드 블록의 변형에 따른 피로 파괴, 즉 그루브 크랙의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 트레드부를 구성하는 고무들을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 트레드부 고무를 이용하여 성형 및 가류하여 제조한 타이어를 나타내는 단면도이다.

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.

도 1은 트레드부를 구성하는 고무들을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 트레드부 고무를 이용하여 성형 및 가류하여 제조한 타이어를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 트레드 그루브용 고무 조성물은, 디엔계 천연고무 50~90 중량부, 부타디엔 고무 10~50 중량부, 카본블랙 10~60 중량부, 아민계 노화방지제 1~6 중량부 및 첨가제를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 타이어의 트레드부를 압출하여 성형드럼에서 성형할 때, 캡트레드 고무(10), 언더트레드 고무(20), 사이드월 윙 고무(30)를 동시에 압출하는 것이 일반적이다.

본 발명의 경우, 그루브에 발생하는 크랙을 방지하기 위해 그루브 고무(40)를 더 구비한다.

그래서, 4가지 종류의 고무를 압출하면서 타이어 트레드를 성형하기 위해, 4종 이상의 고무를 동시에 투입 및 압출할 수 있도록 스크류가 결합된 4개 이상 쿼드러플(Quadrople) 압출기가 필요하다.

도 1과 같이 압출한 다음 가류기에서 가류하면, 도 2에 도시된 바와 같은 타이어를 제조할 수 있다.

가류 공정을 거친 타이어는 트레드에 그루브가 더 깊어지면서 그루브 바닥의 언드트레드 고무의 두께가 얇아지게 된다.

제조된 타이어는 캡트레드 고무(10), 언더트레드 고무(20), 사이드월 윙 고무(30) 및 그루브 고무(40)가 함께 트레드부를 형성한다.

트레드부 고무의 아래로는 캡플라이(50), 벨트(60), 카카스(70), 비드(80)가 순서대로 배치될 수 있다.

이 타이어의 트레드 그루브용 고무 조성물은 디엔계 천연고무 50~90 중량부, 부타디엔 고무 10~50 중량부, 카본블랙 10~60 중량부, 아민계 노화방지제 1~6 중량부 및 첨가제를 포함할 수 있다.

우선, 본 발명에서 사용되는 고무 조성물은 디엔계 천연고무와 부타디엔 고무를 혼합하여 사용함이 바람직하다. 디엔계 천연고무와 부타디엔 고무의 혼합물의 경우에 크랙의 성장속도와 기계적인 성장을 위해 필요한 임계 크랙 길이(critical crack length)가 디엔계 천연고무에 비해 2배 정도가 필요하므로 크랙의 생성 억제 측면에서 상당히 유리하기 때문이다.

디엔계 천연고무가 50 중량부 미만이면 크랙 생성 억제 능력이 낮아지는 단점이 있고, 디엔계 천연고무가 90 중량부 초과이면 캡트레드 고무와의 혼용성이 낮아져 접착이 불리해질 가능성이 있다.

부타디엔 고무가 10 중량부 미만이면 상대적으로 천연고무 함량이 높아져 캡트레드 고무와의 접착이 불리해질 가능성이 있고, 부타디엔 고무가 50 중량부 초과이면 크랙 생성 억제 능력이 저하될 가능성이 있다.

카본블랙은 보강제로 사용되는 것으로서 그레이드별 특성에 따른 종류 중 트레드용 하드 그레이드(hard grade)가 사용될 수 있다. 카본블랙이 10 중량부 미만이면 모듈러스 및 인장 강도가 낮아져 크랙 생성 억제 능력이 낮아지는 단점이 있고, 카본블랙이 60 중량부 초과이면 ~~ 단점이 있다.

아민계 노화방지제(산화방지제)로는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

아민계 노화방지제는 내오존성을 향상시켜 타이어 주행 중에 발생할 수 있는 오존에 의한 크랙 및 노화에 의한 크랙을 방지할 수 있다.

6PPD는 N-1,3-디메틸부틸-N'-페닐-파라-페닐렌디아민일 수 있고, RD는 폴리[1,2-다이 하이드로 트리메틸퀴놀린 2,2,4]일 수 있다. 노화방지제가 1 중량부 미만이면 노화 방지 성능이 낮아지는 단점이 있고, 6 중량부 초과이면 트레드 표면으로 이동하여 변색이 되는 단점이 있다.

첨가제로는 왁스(wax), 공정오일, 산화아연, 스테아린산, 유황, 가류촉진제 등을 포함할 수 있다.

상기 고무 조성물은 왁스(wax) 0.5~2.0 중량부를 더 포함할 수 있다. 왁스는 타이어 표면의 보호막을 형성하는 기능을 하는 것으로서, 0.5 중량부 미만이면 보호막 성능이 낮아지는 단점이 있고, 2.0 중량부 초과이면 표면으로 이동하여 타이어 표면이 하얗게 보이는 단점이 있다.

본 발명의 타이어는 상술한 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물을 이용하여 제조될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제조된 타이어에서 그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께(t)는 0.4~2mm로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 타이어는 트레드의 그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께를 상당히 얇게 형성하면서도 그루브에 크랙이 발생하지 않도록 할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야의 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.

하기 표 1에서와 같은 고무 조성물을 배합하여 도 2에서와 같은 구조의 타이어를 제조하여 그루브 크랙 발생 시험을 실시하였다. 표 1에서 비교예 1은 현재 일반적으로 사용되는 실리카를 적용한 트레드 고무 조성물이다.

표 1의 실시예 1은 내크랙성이 유리하도록 디엔계 천연고무와 부타디엔계 고무를 50:50 중량부와 보강제로서 카본블랙 50 중량부를 사용하였다. 실시예 2는 구름 저항 성능을 향상하기 위해 보강제 함량을 30 중량부로 감량하였다.

표 1에서 단위는 중량부이다.

	비교예 1	실시예 1	실시예 2
디엔계 천연고무	-	50	50
부타디엔 고무	20	50	50
스티렌부타디엔 고무	80	-	-
실리카	80	-	-
TESPT	6.4	-	-
카본블랙	-	50	30
6PPD	2	5	5
RD	1	1	2
왁스	1	1	1
공정오일	5	5	5
산화아연	3	3	3
스테아린산	1	1	1
유황	1.8	1.8	1.8
가류촉진제	0.7	0.7	0.7

비교예1에서 실리카는 고분자 복합 소재의 물성과 기계적 성질을 향상시키는 무기 충진제로 사용된다. 실리카 배합물은 높은 젖은 노면 저항성과 낮은 구름 저항성을 가진 것으로 알려져 있다.

TESPT는 실란커플링제로서, bis[3-(triethoxysilylpropyl) tetrasulfide]이다. 커플링제는 필러와 고분자 간의 친화력을 증가시켜 고분자 내에서 실리카의 분산과 가교 특성을 향상시킨다.

표 2에서 비교예 2 및 비교예 3은 별도의 그루브 크랙 방지용 고무를 적용하지 않고 일반적인 압출기에서 비교예 1의 고무 조성물을 사용하여 그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께(t)를 변경하면서 타이어를 제조하였다.

표 2에서 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5의 타이어는 실시예 1 또는 실시예 2의 고무 조성물을 사용하여 도 1과 같은 형태로 압출하여 제조하였다. 본 실시예에서는 모든 그루브에 동시에 적용하였지만, 타이어 성능과 주요 그루브 크랙 발생 부위에 선택적으로 적용할 수도 있다.

실시예 3과 실시예 4는 그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께(t)를 1mm로 제조하였고, 실시예 5는 0.5mm로 제조하였다. 그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께(t)가 작아질수록 구름 저항 성능이 더욱 항상될 수 있다.

	비교예 2	비교예 3	실시예 3	실시예 4	실시예 5
그루브 부위 고무	비교예 1	비교예 1	실시예 1	실시예 2	실시예 2
t (mm)	2	1	1	1	0.5
그루브 크랙 발생 여부	미발생	발생	미발생	미발생	미발생
타이어 중량 Index	100	103	103	104	105
타이어 구름 저항 Index	100	102	103	104	106

표 2의 타이어 평가 결과를 보면 별도의 그루브 크랙 방지 고무를 적용하지 않을 경우, 비교예 2(그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께 t= 2mm)에서 그루브 크랙이 발생하지 않지만 비교예 3(두께 t= 2mm)에서 그루브 크랙이 발생하였다.

반면에, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5와 같이 그루브 부위에 본 발명의 그루브 크랙 방지 고무 조성물을 적용한 경우 그루브 크랙이 발생하지 않을뿐더러, 낮은 발열을 갖는 고무 조성물의 특성상 구름 저항 성능도 3~6 정도 향상됨을 알 수 있었다.

본 발명의 타이어에 의하면, 타이어 트레드부의 그루브 위치에 내크랙성, 내오존성, 내열성이 강하며, 히스테리시스가 낮은 고무 조성물을 삽입함으로써, 주행시 타이어의 변형 또는 트레드 블록의 변형에 따른 피로 파괴, 즉 그루브 크랙의 발생을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 예시적으로 설명하였으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 캡트레드 고무
20: 언더트레드 고무
30: 사이드월 윙 고무
40: 그루브 고무
50: 캡플라이
60: 벨트
70: 카카스
80: 비드

Claims

디엔계 천연고무 50~90 중량부, 부타디엔 고무 10~50 중량부, 카본블랙 10~60 중량부, 아민계 노화방지제 1~6 중량부 및 첨가제를 포함하는 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물.
제1항에 있어서,
상기 노화방지제는 N-페닐-N'-(1,3-디메틸)-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-디아릴-p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-사이클로헥실 p-페닐렌디아민, N-페닐-N'-옥틸-p-페닐렌디아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물.
제2항에 있어서,
상기 고무 조성물은 왁스 0.5~2.0 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 타이어 트레드 그루브용 고무 조성물을 이용하여 제조된 타이어.
제4항에 있어서,
그루브 바닥의 언더트레드 고무 두께는 0.4~2mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 타이어.