KR100228208B1 - 타이어 트레드용 고무조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨트제동성능 및 연비성능이 향상된 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 천연고무 5 내지 20중량부, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 20 내지 40중량부, 유리전이 온도가 -40℃ 이상인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 40 내지 60중량부 및 할로겐화 부틸고무 5 내지 10중량부로 이루어진 고무기재 100중량부에 대해 보강제로 카본 블랙 30 내지 60중량부와 분말이나 과립 형태의 실리카 10 내지 40중량부, 연화제로서 방향족 오일 3 내지 30중량부, 및 통상의 첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무조성물이다.
이와 같이 유리전이 온도가 차이가 있는 2종 이상의 고무를 사용하고, 보강제로서 카본블랙 이외에 실리카를 추가로 사용한 본 발명의 고무조성물은 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 크게 하여 내마모성을 동등수준으로 유지하면서 웨트제동성능 및 연비성능을 향상시킨다.

Description

타이어 트레드용 고무조성물
본 발명은 웨트제동성능 및 연비성능이 향상된 타이어 트레드용 고무조성물이다. 더욱 상세하게는 유리전이온도 차이가 큰 2종 이상의 고무를 혼합하고 보강제로 카본블랙 이외에 실리카를 사용하여 웨트제동성능 및 연비성능을 동시에 향상시킨 고무조성물이다.
일반적으로 웨트제동성능과 연비성능은 동시에 움직이기 때문에 웨트제동성능을 향상시키면 연비성능이 나빠지고, 연비성능을 낮추면 웨트제동성능이 나빠지므로 두가지 성능을 한꺼번에 만족시키기 굉장히 어렵다.
고무의 물성상 척도로써 고무의 점탄성 특성중 0℃에서 동적손실계수(tanδ)는 웨트제동성능과 매우 상관성이 있고, 60℃에서의 동적손실계수(tanδ)는 회전저항과 매우 밀접한 관계를 갖고 있다. 여기서, 회전저항은 연비성능과 관련이 있고, 회전저항의 값이 커지면 연비성능이 저하된다.
따라서, 웨트제동성능과 연비성능을 동시에 향상시키기 위해서는 0℃ tanδ/60℃ tanδ비가 커야 한다.
일반적인 타이어 트레드에 사용되는 고무조성물은 웨트제동성능과 연비성능(회전저항성능)만 고려해야 하는 것이 아니라 마모성능도 함께 고려하여야 한다. 따라서, 보강제로서 카본블랙이나 실리카를 어느정도 이상 넣지 않으면 안된다. 보강제의 양을 줄이면 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 크게하여 웨트제동성능과 연비성능을 향상시킬 수 있지만 어느정도 이상 보강제를 사용하여야 하기 때문에 0℃ tanδ/60℃ tanδ비가 크지 않다는 문제가 있다.
또한, 고무조성물에 할로겐화 부틸고무의 사용량을 증가시키면, 0℃ tanδ/60℃ tanδ비가 커지는데 유리하게 작용할 수 있지만, 그러나 많이 사용하는 경우 내마모성 및 인성(toughness)값이 매우 낮아지는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하여 유리전이 온도의 차이가 큰 2종류 이상의 고무를 사용하고, 보강제로서 카본블랙 이외에 실리카를 사용하여 웨트제동성능 및 연비성능을 동시에 향상시킨 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 천연고무 5 내지 20중량부, 스티렌 결합량이 20 내지 40몰％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 20 내지 40중량부, 유리전이온도가 -40℃ 이상이고, 스티렌 결합량이 15 내지 25몰％이고, 부타디엔 부분의 비닐기 함량이 50 내지 70몰％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 40 내지 60중량부 및 할로겐화 부틸고무 5 내지 10중량부로 이루어진 고무기재 100중량부에 대해 보강제로 DBP 흡유량이 120 내지 150㎖/100g이고, 질소흡착비표면적이 120 내지 140㎡/g인 카본 블랙 30 내지 60중량부와 N2SA가 150 내지 190㎡/g이고, CTAB가 150 내지 190㎡/g인 분말이나 과립 형태의 실리카 10 내지 40중량부, 연화제로서 방향족 오일 3 내지 30중량부, 및 통상의 첨가제로 이루어진 웨트제동성능 및 연비성능이 향상된 타이어 트레드용 고무조성물이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용되는 고무로는 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 1.5 이상 크게 하기 위해서 유리전이온도 차이가 30℃ 이상 나는 고무 2종 이상을 사용한다.
상기에서, 유리전이온도가 높은 고무로는 용액중합 스티렌-부타디엔 고무를 사용하고, 이 고무의 유리전이온도는 -40℃이상이다. 또한, 이들의 함량은 40 내지 60중량부를 사용하여야 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 크게 할 수 있다. 따라서, 용액중합 스티렌-부타디엔 고무가 40중량부 미만 사용하게 되면 요구되는 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 얻지 못하는 문제점이 있다.
또한, 유리전이 온도가 낮은 고무로는 천연고무, 유화중합 스티렌-부타디엔 고무, 할로겐화 부틸고무를 사용하고, 참고로 천연고무의 유리전이온도는 -100℃이다.
또한, 본 발명에서는 천연고무를 5 내지 20중량부를 사용하는데, 이것은 몰드에서 가류후 이탈시 찌김 현상을 방지하기 위해서 사용된다.
상기에서, 스티렌 결합량이 20 내지 40몰％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 대신 다른 디엔계 고무, 예를 들면 이소프렌 고무 또는 부타디엔 고무가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 할로겐화 부틸고무를 5 내지 10중량부를 사용한다. 여기서, 할로겐화 부틸고무를 5중량부 미만을 사용하는 경우에는 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 크게 하는 작용이 미비하고, 반면 10중량부를 초과하여 사용하는 경우에는 내마모성 및 인성(toughness)값이 낮아져 바람직하지 않다.
상기에서 보강제로 사용된 카본 블랙의 경우에는 입자 경이 작고 DBP 흡유량이 큰 것을 사용하여야 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 크게하면서 동시에 내마모성을 유지할 수 있다.
또 다른 보강제인 실리카는 0℃ tanδ를 높게 하고, 60℃ tanδ를 낮추는 경향이 있으며, 이들은 본 발명에서 10 내지 40중량부를 사용한다.
상기에서, 통상의 첨가제로는 가류제, 가류촉진제, 커플링제 등을 사용한다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
이후에 나오는 약어는 다음과 같은 의미를 갖는다.
SBR 1502 : 스티렌 결합량이 23.5몰％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무.
S-SBR : 스티렌 결합량이 20몰％이고, 부타디엔 부의 비닐 결합량이 60몰％
인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무.
카본블랙① : 질소흡착 비표면적 96㎡/g이고, DBP 흡유량 120㎖/100g이다.
카본블랙② : 질소흡착 비표면적 120-135㎡/g이고, DBP 흡유량 125-145㎖
/100g이다.
실리카 : N2SA가 150 내지 190㎡/g이고, CTAB가 150 내지 190㎡/g이다.
가공유 : 고무배합에 통상 사용되는 방향족 오일
할로겐화 부틸고무 : Br-IIR 또는 Cl-IIR
실시예 1
천연고무 10중량부, SBR1502 40중량부, S-SBR 40중량부 및 할로겐 부틸고무 10중량부로 이루어진 고무기재 100중량부에 카본 블랙② 40중량부, 실리카 20중량부, 가공유 16중량부, 활성제 3중량부, 스테아린산 2중량부, 노화방지제 5중량부, 유황 2중량부 및 가류 촉진제 1.3중량부를 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 방법으로 하기의 표 1에 나타난 조성비로 각각의 성분을 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.
비교예 1 내지 5
실시예 1과 동일한 방법으로 하기의 표 1에 나타난 조성비로 각각의 성분을 배합하여 고무 조성물을 제조하였다.
성분 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
천연고무 10 10 - 40 - 10 10
SBR 1502 40 30 100 60 100 40 20
S-SBR 40 50 - - - 40 40
할로겐화 부틸고무 10 10 - - - 10 30
카본블랙①/② -/40 -/35 73/- 50/- 90/- -/60 -/40
실리카 20 20 - - - - 20
가공유(오일) 16 13 42.5 3 49 16 16
활성제 3 3 3 3 3 3 3
스테아린산 2 2 2 2 2 2 2
노화방지제 5 5 5 5 5 5 5
유황 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
가류촉진제 1.3 1.3 1.5 0.8 2.0 1.3 1.3
시험예
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 5에서 얻어진 고무 조성물 시편을 가지고 다음과 같은 물성을 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.
0℃ tanδ, 60℃ tanδ
동적손실계수 측정방법으로서 temperature sweep으로 tortion type의 점탄성 시험기를 사용하여 0.5％ 스트레인, 10Hz 주파수로 측정한다. 0℃ tanδ와 웨트제동성능 및 60℃ tanδ와 회전저항(연비성능)의 관계를 다음과 같은 실차시험을 통해 확인할 수 있고, 표 2 및 3에 나타내었다.
트레드용 고무조성물 A B C D
60℃ tanδ 0.151 0.090 0.135 0.123
R.R.(단위 : N) 40.1 31.4 34.4 33.9
실차연비성능(㎞/ℓ) 15.7 16.6 - 16.2
타이어의 규격은 P175/70R13T이다.
R.R.(회전 저항) : 실내시험으로 드럼상에서 타이어 회전저항(속도:80㎞/ℓ, 공기압:1.8㎏/㎠)을 측정한다.
트레드용 고무조성물 E F G H
0℃ tanδ 0.208 0.204 0.240 0.266
웨트제동거리(단위 :m) 24.3 26.0 22.1 21.2
60℃ tanδ 0.175 0.092 0.209 0.233
R.R.(단위 : N) 49.8 38.5 57.7 62.1
타이어의 규격은 P195/70R14T이다.
웨트제동 거리 : 젖은 노면에서 60㎞/h 속도에서 제동시 측정되는 제동거리로서 작을수록 유리하다.
표 2에 나타난 바와 같이, 60℃ tanδ의 값이 클수록 회전 저항은 커지고, 이에 따라서 연비성능이 감소한다. 또한, 표 2에 나타난 바와 같이, 0℃ tanδ의 값이 작을수록 웨트제동 거리는 증가하는 반면, 60℃ tanδ의 값이 클수록 회전저항의 값은 커진다.
물성 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
0℃ tanδ 0.277 0.289 0.224 0.173 0.235 0.236 0.285
60℃ tanδ 0.159 0.157 0.186 0.146 0.203 0.175 0.151
0℃/60℃tanδ비 1.74 1.84 1.20 1.18 1.16 1.35 1.89
인장 HD300％ElongT.S. 66114495208 66113505207 6197557211 63102547223 67125480215 67133478217 66121424181
Lambourn 지수 98 96 100 91 95 99 84
표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2의 경우에는 0℃ tanδ/60℃ tanδ 비가 1.5이상으로, 웨트제동성능 및 연비성능이 모두 우수하였고, 동시에 내마모성도 저하되지 않았다.
반면 비교예 1은 일반적인 타이어에 사용되는 고무조성물이고, 비교예 2는 연비가 낮은 타이어를 제작하는 경우 사용하는 고무조성물이고, 비교예 3의 경우는 웨트제동성능을 높인 타이어에 사용하는 일반적인 고무조성물이다. 표 4에 나타난 바와 같이 비교예 1 내지 3은 웨트제동성능에 관계된 0℃ tanδ를 높이거나, 또는 회전저항에 관계된 60℃ tanδ를 낮출 수는 있지만, 두가지 성능 모두를 향상시키지는 못했다. 또한, 비교예 4는 실리카를 사용하지 않은 경우로서 0℃ tanδ/60℃ tanδ의 비가 크지 않았고, 할로겐화 부틸고무를 과하게 사용한 비교예 5의 경우에는 0℃ tanδ/60℃ tanδ의 비는 크지만 내마모성이 월등히 떨어졌다.
이와 같은 결과를 통해 알 수 있듯이 유리전이 온도의 차이가 큰 고무를 사용하고, 보강제로서 실리카를 추가로 사용한 본 발명의 고무조성물은 0℃ tanδ/60℃ tanδ비를 크게 하여 내마모성을 동등수준으로 유지하면서 웨트제동 성능 및 연비성능을 향상시킨다.

Claims (2)

  1. 천연고무 5 내지 20중량부, 스티렌 결합량이 20 내지 40몰％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 20 내지 40중량부, 유리전이온도가 -40℃ 이상이고, 스티렌 결합량이 15 내지 25몰％이고, 부타디엔 부분의 비닐기 함량이 50 내지 70몰％인 용액중합 스티렌-부타디엔 고무 40 내지 60중량부 및 할로겐화 부틸고무 5 내지 10중량부로 이루어진 고무기재 100중량부에 대해 보강제로 DBP 흡유량이 120 내지 150㎖/100g이고, 질소흡착비표면적이 120 내지 140 ㎡/g인 카본 블랙 30 내지 60중량부와 N2SA가 150 내지 190㎡/g이고, CTAB가 150 내지 190㎡/g인 분말이나 과립 형태의 실리카 10 내지 40중량부, 연화제로서 방향족 오일 3 내지 30중량부, 및 통상의 첨가제로 이루어진 타이어 트레드용 고무조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스티렌 결합량이 20 내지 40몰％인 유화중합 스티렌-부타디엔 고무 대신 디엔계 고무인 이소프렌 고무 또는 부타디엔 고무를 사용하는 것으로 이루어진 타이어 트레드용 고무조성물.
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