KR100449376B1 - 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상적으로 브래스층이 없어서 고무와의 접착이 형성되지 않는 스틸코드 재단면에 접착력을 부여하기 위해 아민계 관능기와 설팬계 관능기를 갖는 두가지의 유기 관능성 실란계 커플링제를 코팅하는 접착방법에 관한 것으로서, 고무상과 실란 및 금속 산화물층에 반응하는 실란계 커플링제의 특성으로 인해 브래스층이 제거된 스틸코드 재단면과 고무와 100% 부착이 가능하게 되어 밸트의 분리를 일으키는 초기 크랙의 발생을 억제할 수 있고, 밸트 적층부간의 분리를 막을 수 있으며, 결과적으로 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법{Sticking method for pneumatic tire}

본 발명은 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 브래스층이 없어서 고무와의 접착이 형성되지 않아 밸트부의 초기 크랙을 유발하는 공기압 타이어의 스틸코드 재단면에 접착력을 부여하는 방법에 관한 것이다.

주행중에 공기압 타이어는 차량의 높은 하중과 변형을 받게 된다. 특히, 타이어의 밸트부는 그러한 차량 하중의 대부분을 지지하고 있기 때문에 타이어의 다른 부위에 비하여 가혹한 상태의 변형을 견뎌야 한다. 이때, 변형을 받는 밸트부의 응력은 특히 끝부분으로 집중되게 되며, 이러한 응력의 집중은 밸트 끝부분으로부터의 크랙 발생을 야기하고, 점차적으로 성장을 일으키게 되며, 궁극적으로 적층 된 밸트간의 분리를 가져온다.

일반적으로 스틸 밸트의 접착(adhesion)은 브래스 플렛티드 스틸(brass plated steel)과 고무(rubber)와의 접착을 말한다. 즉, 고무 컴파운드 내에 존재하는 황과 브래스층의 구리간에 Cu_xS결합을 유도함으로써 강하게 접착하도록 만든다.그런데, 밸트부에 있어서 끝부분은 일정 폭 및 각으로 재단작업을 실시하게 되는 바, 결과적으로 그 재단면은 브래스 코팅없는 배어 스틸(bare steel)면으로 존재하게 된다. 따라서, 상기한 바와 같이 특히 응력 집중을 많이 받는 밸트 에지 부분은 고무와 스틸 간에 아무런 접착이 일어나지 않게 되는 것이다. 이러한 문제로 인해 크랙 시발(crack initiation)이 이루어지는 것이다.

현재, 세계적으로 이러한 밸트 에지 부분에 대한 접착문제를 고려하여 고무와 스틸간의 접착을 유도하고, 그러한 효과를 바탕으로 밸트부의 박리를 억제하는 데 사용된 기술은 전무한 상태이다.

이에, 본 발명자는 타이어 스틸코드의 양 에지 부분에도 접착을 부여할 수 있는 방법을 개발하기 위해 연구 노력하던 중, 브래스 층이 제거된 스틸코드의 양 에지 부분에 실란계 커플링제를 처리한 결과, 고무와 스틸 간의 접착을 부여할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 브래스 층이 제거된 스틸코드의 양 에지 부분에 실란계 커플링제를 처리하여 고무와 스틸 간의 접착을 부여함으로써 밸트의 분리를 일으키는 초기 크랙의 발생을 억제하고, 이로 인해 밸트 적층부 간의 분리를 막을 수 있으며, 결과적으로 내구성을 향상시킬 수 있는 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법은 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 배어 스틸면과 고무 사이에 알콕시 실릴 말단기를 갖는 실란계 접착제층을 형성시킨 것에 그 특징이 있다.

도 1은 비교예 1에 따라 브래스 코드면과 고무와의 접착시 부착량 측정사진이고,

도 2는 비교예 2에 따라 배어 코드면과 고무와의 접착시 부착량 측정사진이며,

도 3은 비교예 3에 따라 배어 코드면에 실란 A를 도포하여 고무와 접착시 부착량 측정사진이고,

도 4는 비교예 4에 따라 배어 코드면에 실란 B를 도포하여 고무와 접착시 부착량 측정사진이며,

도 5는 본 발명 실시예 1에 따라 배어 코드면에 실란 A와 실란 B를 1:1중량비로 혼합하여 도포하여 고무와 접착시 부착량 측정사진이고,

도 6은 실란계 커플링제를 미처리한 실제의 코드 에지부의 고무 부착량 사진이고,

도 7은 실란 A만을 처리한 실제의 코드 에지부의 고무 부착량 사진이고,

도 8은 실란 B만을 처리한 실제의 코드 에지부의 고무 부착량 사진이며,

도 9는 실란 A와 실란 B를 1:1중량비로 혼합하여 처리한 실제의 코드 에지부의 고무 부착량 사진이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 타이어의 스틸코드의 양끝부분에 해당되는 재단면에도 고무와의 접착을 가능하도록 접착층을 형성하도록 한 것으로서, 배어 스틸면(bare steel surface)과 고무 사이에 특정한 커플링제를 도입하여 배어 스틸과 고무간의 접착이 이루어지도록 한 것이다.

본 발명에서 사용된 커플링제는 실란계 커플링제로서, 이를 재단공정에서 노출되는 스틸 코드의 에지 부분에 코팅하여 적용한다.

구체적으로, 실란계 커플링제는 알콕시 실릴 말단기를 갖는 것이며, 보다 구체적으로는 아민계 관능기를 갖는 것과 설팬계 관능기를 갖는 것을 병용하여 사용한 것이다. 보다 구체적으로는 비스-(γ-트리메톡시실릴프로필)아민(이하, 실란 A라 함)과 비스-(3-[트리에톡시실릴]-프로필)-테트라설팬(이하, 실란 B라 함)의 두가지 실란계 화합물을 병용한 것이다.

이와같은 두가지의 유기관능성 실란은 각각 고무상과 실란 및 금속 산화물 층에 반응하는 특성을 가지고 있는 바, 본 발명에서는 이같은 특성을 응용하여 이들 두 화합물을 혼합하여 적용한 것이다. 다시말해, 아민계 관능기를 갖는 실란계 커플링제의 실란그룹이 설팬계 관능기를 갖는 실란계 커플링제의 실란그룹과 일차적으로 반응하여 거미줄같은 네트워크를 만든 다음, 아민계 관능기를 갖는 실란계 커플링제의 실란이 금속과 반응하고, 설펜계 관능기를 갖는 실란계 커플링제의 유황 성분이 고무와 결합하여 복합적인 접착층을 형성한다.

이같은 유기관능성 실란 화합물을 브래스 코팅이 없는 스틸 코드면에 도포하면 스틸 코드면과 고무 사이에 접착력을 부여할 수 있고, 그 접착력의 세기는 브래스 층에 비해 83% 이상의 강도를 나타낸다. 특히, 에지 부분과 같이 날카롭고 매우 적은 면적으로 고무와 접착해야 하는 단면에 대해 평가한 결과 통상 고무 부착량이 0% 인데 반해, 100%의 부착을 보였다.

이와같은 효과를 나타내기에 적정한 상기 두가지의 유기 관능성 실란 화합물의 혼합비는 실란 A에 대하여 실란 B가 1:1∼5의 중량비인 경우이다.

이와같은 실란계 커플링제를 브래스층이 제거된 배어 스틸면에 도포하는 데 있어서 그 양은 수 ㎛ 정도의 두께로 도포 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 통상적으로 접착이 이루어지지 않는 브래스층이 제거된 스틸코드의 양 에지부와 고무층간에 별도의 접착층을 형성하도록 한 경우, 밸트의 분리를 일으키는 초기 크랙의 발생을 억제할 수 있으며, 크랙 발생의 억제에 의하여 밸트 적층부 간의 분리를 막을 수 있고, 궁극적으로는 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 다음의 실시예에 있어서 실시예 1∼3은 브래스 층이 제거된 스틸코드의 표면에 실란계 커플링제를 코팅하여 접착력을 부여한 결과를 예시한 것이고, 실시예 4의 경우는 실질적으로 밸트부의 에지 부분에서의 효과를 시험한 것이다.

실시예 1∼3 및 비교예 1∼4

브래스층이 없는 스틸 코드를 이용하여 접착력을 시험하기 위하여 타이어에사용되는 3+9+15(0.22)1W 코드에서 브래스층을 제거한 후 사용하였다. 브래스층을 제거하기 위해 박리 용액(peeling solution)을 제조하여 사용하였는 바, 박리 용액은 NH₄OH 300㎖와 CCl₃COOH 25g을 500㎖ 증류수에 혼합하여 제조한 것이다.

브래스층이 제거된 배어 스틸을 헥산과 메탄올에 번갈아 침지 세척한 후, 아세톤으로 세척하여 뜨거운 공기로 건조시켰다.

고무로는 일반적인 스틸코드 접착용 고무를 사용하였다.

한편, 접착제로서 실란 A, 실란 B, 및 실란A와 실란 B의 1:1 혼합물을 각각 바이얼에 준비한 다음, 미리 준비한 상기 배어 코드를 침지 코팅하여 사용하였다.

코팅된 스틸 코드는 특별한 건조과정없이 즉시 고무 스톡과 함께 접착력 인발 시편(pull-out sample) 및 에지부 부착량 관찰용 시편으로 제작하여 가류하였다.

기본적으로 브래스 플랫티드 스틸과 고무와의 접착(비교예 1)과 배어 스틸에 대한 미처리 샘플(비교예 2), 그리고 각각의 실란계 커플링제를 적용한 경우(비교예 3∼4 및 실시예 1∼3)에 대하여 ASTM D2229-80 방식에 의거 시험하였다.

실시예 1∼3 및 비교예 1∼4의 처리방법을 다음 표 1에 나타내었으며, 접착강도를 측정한 결과를 표 2에 나타내었고, 접착력 시험 후의 고무부착량 사진을 Video MicroScope (VMS)로 관찰하여 그 결과를 도 1∼5에 나타내었다.

도 1은 비교예 1에 따라 브래스 코드면과 고무와의 접착시 부착량 측정사진이고, 도 2는 비교예 2에 따라 배어 코드면과 고무와의 접착시 부착량 측정사진이며, 도 3은 비교예 3에 따라 배어 코드면에 실란 A를 도포하여 고무와 접착시 부착량 측정사진이고, 도 4는 비교예 4에 따라 배어 코드면에 실란 B를 도포하여 고무와 접착시 부착량 측정사진이며, 도 5는 본 발명 실시예 1에 따라 배어 코드면에 실란 A와 실란 B를 1:1중량비로 혼합하여 도포하여 고무와 접착시 부착량 측정사진이다.

	실 시 예	비 교 예
	1	2	3	1	2	3	4
실란계 커플링제(혼합비)	실란 A	1	1	1	-	-	1	-
	실란 B	1	2	3	-	-	-	1
코드 표면상태	배어(브래스층 제거)	브래스층	배어(브래스층 제거)

	실 시 예	비 교 예
	1	2	3	1	2	3	4
접착력(kgf/in)	77	90	100	121	32	17	55
부착량(%)	80	85	90	100	0	0	10

상기 표 2 및 도 1∼5의 결과로부터, 비교예 1과 같이 브래스층이 제거되지 않은 상태에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 고무와의 접착력이 121kgf/in이고 부착량은 100% 이었으나, 도 2에 나타낸 바와 같이 배어 스틸에서는 접착력이 32kgf/in이고 부착량은 0%이었다. 즉, 브래스층이 제거된 스틸코드와 고무간에는 접착이 이루어지지 않음을 알 수 있다.

비교예 3의 경우는 실란 A만을 배어 코드에 처리하였는 데, 비교예 2와 같이 피복을 이루는 고무가 전혀 관찰되지 않았으며(도 3), 접착력 또한 오히러 커플링제를 처리하지 않은 것보다 떨어진 결과를 보였다. 이는, 실험 과정상 침지 후에아무런 건조과정도 거치지 않은 채 곧바로 경화시킴으로써 실란 A가 어느 정도 필름을 형성할 분위기를 만나지 못한 채 바로 경화과정이 진행되었기 때문이다.

비교예 4와 같이 실란 B를 배어 코드에 처리한 경우는 약간의 접착력 증가와 함께 10%의 부착량 증가를 보였다.

비교예 3과 4의 결과로부터, 실란 A와 실란 B 각각으로는 충분한 접착을 이루지 못함을 알 수 있다.

이는 실시예 1∼3으로부터 보다 명확히 확인할 수 있는 바, 도 5에 나타낸 바와 같이 실란 A와 실란 B를 1:1로 혼합한 경우(실시예 1) 접착력이 77kgf/in이고, 부착량은 80%에 달했다. 즉, 각각의 실란 기능기에 대한 독자적인 반응과는 달리 혼합 상태에서의 반응은 접착의 효과적인 메카니즘을 통하여 브래스층이 제거되지 않은 상태에 비하여 64%에 달하는 접착력을 보였다.

실시예 4∼6 및 비교예 5∼7

상기 실시예 1∼3과 같은 각각의 실란계 커플링제 혼합물을 실질적으로 브래스층을 제거한 스틸코드의 끝 단면에 코팅하여 시험하였다. 에지 부분의 단면적은 상대적으로 매우 작기 때문에 이 부분에서의 실질적인 접착강도를 정량적으로 평가하기 위해, 에지 부분(절단면으로서, 배어 스틸 상태임)에 실란계 커플링제를 처리한 경우와 미처리 경우 고무의 접착량을 VMS 이미지로 촬영하여 비교하였다.

특히, 에지부분에 대해서는 코드가 고무 시편의 중간 부분까지 위치하게 한 다음, 가류하여 인발한 후 이미지를 촬영하여 비교하였다.

실란계 커플링제의 처리는 다음 표 3에 나타낸 바와 같이 수행하였고, 단면부착량을 측정하여 그 결과를 다음 표 3 및 도 6∼9에 나타내었다.

도 6은 실란계 커플링제를 미처리한 코드 에지부의 고무 부착량 사진이고, 도 7은 실란 A만을 처리한 코드 에지부의 고무 부착량 사진이고, 도 8은 실란 B만을 처리한 코드 에지부의 고무 부착량 사진이며, 도 9는 실란 A와 실란 B를 1:1중량비로 혼합하여 처리한 코드 에지부의 고무 부착량 사진이다.

	실 시 예	비 교 예
	4	5	6	5	6	7
실란계 커플링제 처리(혼합비)	실란 A	1	1	1	-	1	-
	실란 B	1	2	3	-	-	1
단면 부착량(%)	100	100	100	0	0	15

상기 표 3의 결과로부터, 본 발명에 따라 두가지의 실란계 커플링제를 혼합하여 배어 코드면에 도포하고 고무와 접착시킨 경우 모두 100%의 부착량을 보인 반면, 비교예 5에서와 같이 커플링제를 전혀 사용하지 않은 경우 0%의 부착량을 보였으며, 실란 B만을 사용한 경우에는 15% 정도의 적은 부착량을 보임을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 아민계 관능기와 설팬계 관능기를 갖는 두가지의 유기 관능성 실란계 커플링제를 사용하여 브래스층이 제거된 스틸코드 재단면에 도포하고 스틸코드 고무와 접착하도록 한 경우 통상적으로 브래스층이 없어서 고무와의 접착이 형성되지 않는 데 반하여 실란계 커플링제의 작용으로 100% 부착이 가능하게 되므로 밸트의 분리를 일으키는 초기 크랙의 발생을 억제할 수 있고, 밸트 적층부간의 분리를 막을 수 있으며, 결과적으로 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. (정정)공기압 타이어의 스틸코드 재단면의브래스 코팅이 되어 있지 않은배어 스틸면과 고무 사이에아민계 관능기를 갖는 실란계 커플링제와 설팬계 관능기를 갖는 실란계 커플링제의 혼합물을 코팅하여 복합적인 실란계접착제층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법.
2. (삭제)
3. (2회정정)제 1 항에 있어서, 아민계 관능기를 갖는 실란계 커플링제는 비스-(γ-트리메톡시실릴프로필)아민이며, 설팬계 관능기를 갖는 실란계 커플링제는비스-(3-[트리에톡시실릴]-프로필)-테트라설팬인 것임을 특징으로 하는 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법.
4. (정정)제 1 항또는 제 3 항에 있어서, 아민계 관능기를 갖는 실란계 커플링제와 설팬계 관능기를 갖는 실란계 커플링제를 1:1∼1:5중량비로 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 공기압 타이어의 스틸코드 재단면의 접착방법.