KR100445831B1

KR100445831B1 - 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무 조성물

Info

Publication number: KR100445831B1
Application number: KR10-2001-0073253A
Authority: KR
Inventors: 민경신
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2004-08-30
Also published as: KR20030042556A

Abstract

본 발명은 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무조성물에 관한 것으로서, 천연고무 100 중량부와 말단에 알콕시 실릴기를 함유한 실란계 혼합물을 상기 천연고무 100 중량부에 대하여 5∼20 중량부로부터 제조된 스틸코드 벨트 에지 테이프는 별도의 도포 장치가 필요없을 뿐만 아니라 벨트 에지부의 코드 노출면에 별도의 코팅과정 없이 곧바로 에지 테이프를 붙일 수 있는 장점이 있고, 코팅용 접착시스템이 고무 조성물에 직접 포함됨으로써 에지부분의 노출된 스틸층과 고무상이 접착될 수 있도록 하였으며, 그 접착력의 세기는 브라스(brass)층에 비해 70%의 강도를 나타낸다.

Description

스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무조성물 {Rubber composition for steel cord belt edge tape}

본 발명은 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벨트 재단 후 노출된 스틸의 표면을 감싸는 벨트 에지 테이프용 고무에 실란 커플링제를 도입하여 노출된 스틸과 고무간의 접착력을 향상시킨 것이다.

일반적으로 공기입 타이어는 주행중에 차량의 높은 하중과 변형을 받게 된다. 특히 타이어의 벨트부는 이러한 차량 하중의 대부분을 차지하고 있기 때문에 타이어의 다른 부분에 비하여 극심한 형태의 변형을 견뎌낼 수 있어야 한다.

한편, 상기와 같은 변형을 받는 벨트부의 대부분의 응력은 벨트의 끝부분으로 집중되기 때문에, 벨트의 끝부분으로부터 크랙이 발생되게 되고, 이것이 점차성장하여 궁극적으로는 적층된 벨트간의 분리를 야기시키는 원인이 되고 있다.

통상적으로 스틸 벨트의 접착력이라 함은 브라스로 도금한 스틸층(brass plated steel)과 고무와의 접착을 말한다. 즉, 고무 컴파운드 내에 존재하는 황과 브라스(brass)층의 구리간의 Cu_xS 결합을 유도함으로써 강한 접착력을 가지게 된다.

그런데, 벨트부의 끝부분은 일정한 폭과 각도로 재단작업을 하여 그 재단면은 브라스(brass) 코팅이 없는 노출된 스틸면으로 존재하게 된다. 즉, 집중적인 응력을 많이 받는 벨트 에지 부분에서 고무와 스틸간의 접착이 전혀 되지 않기 때문에 크랙이 발생되어 점차 확대되는 문제가 있다.

그러나, 이러한 벨트 에지 부분의 접착문제를 고려하여 고무와 스틸간의 접착을 유도하여 벨트부의 박리를 억제할 수 있는 기술은 세계적으로 전무한 실정이다.

이러한, 기술의 시초로서 한국 특허출원 제 2001-18849호에서는 유기 실란 혼합물을 적용한 바 있으나, 이는 브라스(brass)층에 코팅시킬 경우 오히려 얇은 피막을 형성하여 브라스와 고무간의 접착을 저해하는 요인이 된다. 즉, 절단면에 정확하게 코팅하지 못할 경우 브라스(brass)층이 없는 벨트 에지부는 접착력을 부여할 수 있지만, 브라스 부분에서는 접착을 저해하는 요소로 작용하기 때문이다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 벨트 에지부에서의 고무와 스틸간의 분리되는 문제를 해결하기 위해 연구 노력하던 중, 벨트 재단 후에 노출된 스틸의 표면을 감싸는 벨트 에지 테이프용 고무에 실란 커플링제를 도입함으로써, 노출된 스틸과 고무간의 접착력을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 벨트의 에지부에서 스틸과 고무를 분리시키지 않고 접착력을 향상시킬 수 있는 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무 조성물은, 알콕시 실릴 말단기를 갖는 실란계 혼합물을 스틸코드 접착용 고무 조성물의 원료 고무 100 중량부에 대하여 5∼20 중량부로 함유하는 것임을 그 특징으로 한다.

도 1a는 접착력 시험용 시편이고,

도 1b는 벨트 에지 단면의 부착량 평가용 시편이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스틸코드 에지 테이프용 고무 조성물은 공기입 타이어의 스틸 코드의 양끝 단면 부분은 재단 후, 스틸코드 토핑 고무와 거의 동일한 조성을 갖는 고무를 테이프 형식으로 압출하여 에지부분의 노출된 스틸면을 감싸는 데 사용하게 된다.

본 발명은 이같은 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무 조성물에 실란계 커플링제를 첨가한 것이다.

본 발명의 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무조성물의 원료고무는 통상의 천연고무이며, 여기에 천연고무 100 중량부에 대하여 불용성 유황을 6∼9 중량부 포함되도록 한 것으로서, 여기서 불용성 유황은 접착에 관여하는 것으로 만일 그 함량이 6 중량부 미만일 경우 접착효과가 미흡하며, 9 중량부를 초과할 경우 고무의 경화정도가 커져 노화 후 물성 저하가 빠른 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 실란계 커플링제는 알콕시 실릴기를 말단에 함유한 유기 관능성 실란으로서, 아민계 관능기를 함유한 커플링제(이하, 실란 A라 함)와 설팬계 관능기를 가진 커플링제(이하, 실란 B라 함)를 병용하여 사용할 수 있다.

구체적으로는 아민계 관능기를 함유한 커플링제는 비스-(γ-트리메톡시실릴프로필)아민이고, 설팬계 관능기를 함유한 커플링제는 비스-(3-[트리에톡시실릴]-프로필)테트라설팬 이다.

이와같은 말단에 알콕시 실릴기를 함유한 유기관능성 실란은 각각의 고무상, 실란 화합물 및 금속 산화물 층에 반응하는 특성을 가지고 있는 바, 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 이들 두 화합물을 혼합하여 적용한 것이다.

본 발명에서는 상기의 실란 A와 실란 B를 1:1∼1:5의 중량 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 만일 그 혼합비율이 상기의 범위를 벗어날 경우 브라스와 고무간의 접착력에 대해서 30%에도 미치지 못하는 접착력을 나타내어 접착 실용성이 없는 문제가 있기 때문이다.

이렇게 혼합된 실란 혼합물을 상기 고무 조성 100 중량부에 대하여 5∼20 중량부가 되도록 적용한다. 만일, 상기 실란혼합물의 함량이 5 중량부 미만일 경우,실란 혼합물에 의한 효과가 전혀 나타나질 않게 되는 문제가 발생되고, 20 중량부를 초과할 경우 고무의 모듈러스와 같은 물성이 저하되기 때문이다.

한편, 본 발명에 따른 벨트 에지 테이프용 고무의 제조방법을 살펴보면, 천연 고무 100 중량부에 유황을 상기 범위로 포함하는 통상의 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무 조성에 실란 A와 실란 B를 1:1∼1:5의 중량 비율로 혼합하여 제조한 실란 혼합물을 상기 천연 고무 100 중량부에 대하여 5∼20 중량부가 되도록 배합하여 스틸 코드 에지 테이프용 고무를 제조한다.

이렇게 제조된 고무를 테이프로 압출하여 벨트 재단면에 곧바로 부착될 수 있도록 하여 일반적인 타이어에 사용되는 스틸코드에서 필링용액(peeling solution)을 이용하여 브라스(brass)층을 제거시킨 스틸코드에 접착하여 접착력을 실험한다.

본 발명에서 얻어진 스틸 코드 에지 테이프용 고무 조성물은 별도의 도포 장치가 필요없으며, 벨트 에지부의 코드 노출면에 별도의 코팅과정 없이 곧바로 에지 테이프를 붙일 수 있게 된다. 즉, 코팅용 접착시스템이 고무 조성물에 직접 포함됨으로써 에지부분의 노출된 스틸면과 고무상이 접착됨으로써 종래의 스틸면과 고무상이 분리되는 문제점을 해결할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시 예에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

일반적인 타이어에 사용되는 3+9+15(0.22)1W 코드의 브라스층을 제거시키기 위하여, NH₄OH 300ml와 CCl₃COOH 25을 500ml 증류수에 혼합하여 필링용액을 제조하여 처리하였다. 브라스층이 제거된 노출된 스틸은 헥산과 메탄올에 번갈아가면서 침지시켜 세척한 후, 아세톤으로 다시 세척하여 핫 에어로 건조시켰다.

천연고무 100 중량부에 대하여 불용성 유황이 6 중량부로 함유된 고무 100 중량부와 실란 A와 실란 B를 1:3의 무게 비율로 혼합하여 제조된 실란 혼합물을 상기 천연 고무 100 중량부에 대하여 5 중량부를 배합하여 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무를 제조하였으며, 자세한 조성을 다음 표 1에 나타내었다.

제조된 고무를 테이프로 압출하여 벨트 재단면에 곧바로 부착하였으며, 이렇게 부착된 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무의 접착력을 다음과 같이 실시하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. 또한, 접착력 이외의 부착량, 모듈러스, 신장률, 및 인장강도 등의 물성을 ASTM 측정방법에 준하여 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

접착력 시험

다음 도 1과 같이 인발시험 시편을 제조하여, 메트릭스로는 본 발명에서 제조된 고무를 적용한다.

브라스(brass) 코팅된 스틸층과 고무와의 접착력과 노출된 스틸면에 대한 접착력을 비교하기 위하여 ASTM D 2229-80 방식에 준하여 실험하였다.

실시예 2

실시예 2에서는 실란 혼합물(실란 A와 실란 B 1:3의 혼합물)을 고무 100 중량부에 대하여 10중량부가 되도록 첨가시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 고무를 제조하였으며, 제조된 고무를 테이프로 압출하여 벨트 재단면에 곧바로 부착시켜 접착력을 실험하였다.

그 자세한 조성은 다음 표 1에 나타내었으며, 접착력과 여러 가지 물성을 실시에 1과 동일한 방법으로 측정하였으며 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

실시예 3

실시예 3에서는 실란 혼합물(실란 A와 실란 B 1:3의 혼합물)을 고무 100 중량부에 대하여 20중량부가 되도록 첨가시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 고무를 제조하였으며, 제조된 고무를 테이프로 압출하여 벨트 재단면에 곧바로 부착시켜 접착력을 실험하였다.

그 자세한 조성은 다음 표 1에 나타내었으며, 접착력과 여러 가지 물성을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

비교예 1

비교예 1에서는 일반적인 타이어에 사용되는 3+9+15(0.22)1W 코드의브라스(brass)층을 제거시키지 않은 상태에서 본 발명에서 사용된 유기 관능성 실란을 사용하지 않은 고무 테이프를 부착시켜 접착력을 실험하였다.

브라스 코팅된 스틸 표면층과 고무와의 접착력과 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

비교예 2

비교예 2에서는 본 발명에서 사용된 유기 관능성 실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고무를 제조하였으며, 제조된 고무를 테이프로 압출하여 벨트 재단면에 곧바로 부착시켜 접착력을 실험하였다.

노출된 스틸층과 고무와의 접착력과 여러 가지 물성을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시험하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
실란A:실란B	1:3	1:3	1:3	-	-
사용형태	배합제	배합제	배합제	-	-
함량⁽¹⁾(PHR)	5	10	20	-	-
코드표면 상태	노출된 스틸층(브라스층 제거)	브라스층	노출된 스틸층(브라스층 제거)

물성	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
접착력(Kgf/in)	65	70	91	121	32
접착량(%)	70	77	88	100	0
100% 모듈러스(Kgf/cm²)	58	55	50	60	61
파단점에서의 신장율 (Elongation at Break, %)	341	365	377	317	317
인장강도(kgf/cm²)	415	400	368	405	404

상기 표 2의 결과로부터, 기본적인 브라스 코팅된 스틸코드(비교예 1)에서의 스틸층과 고무와의 접착력과 접착량은 각각 121 kgf/in 와 100%이다. 이에 비해 노출된 스틸층(비교예 2)에서는 32 kgf/in의 접착력과 0%의 접착량을 갖는다.

그러나, 본 발명의 실란 혼합물을 5∼20 중량부를 함유한 고무를 메트리스로 하여 접착력을 시험한 실시예 1∼3에서는 접착력과 접착량이 각각 61∼91 Kgf/in, 70∼88%로 비교예 2에 비해 2배 이상의 접착력을 나타내고 있다.

또한, 인장강도, 신장률, 모듈러스 등의 물성도 기본 고무의 물성과 비교하여 동등 이상의 물성을 보이고 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무 조성물에 스틸층과 고무간의 접착력을 향상시키기 위하여 유기 관능성 실란 혼합물을 사용한 결과 코팅용 접착시스템이 고무 조성물에 직접 포함됨으로써 벨트 에지부의 코드 노출면에 별도의 코팅과정 없이 곧바로 에지 테이프를 붙일 수 있을 뿐만 아니라, 에지부분의 노출된 스틸층과 고무상이 접착력이 우수하여, 종래의 스틸층과 고무상이 분리되는 문제를 해결할 수 있다.

Claims

(정정) 천연고무 100 중량부에아민계 관능기를 함유한 커플링제와 설팬계 관능기를 함유한 커플링제의 1:1∼1:5 중량비로 혼합시켜 얻어진말단에 알콕시 실릴기를 함유한 유기 관능성 실란계 혼합물을 5∼20 중량부 되도록 첨가하여 이루어진 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무조성물.
(삭제)
제 2항에 있어서, 상기 아민계 관능기를 함유한 커플링제는 비스-(γ-트리메톡시실릴프로필)아민이고, 설팬계 관능기를 함유한 커플링제는 비스-(3-[트리에톡시실릴]-프로필)테트라설팬 인 것임을 특징으로 하는 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무조성물.
제 1항에 있어서, 상기 고무조성물은 불용성 유황을 상기 천연고무 100 중량부에 대하여 6∼9 중량부 되도록 함유하는 것임을 특징으로 하는 스틸코드 벨트 에지 테이프용 고무조성물.