KR100515653B1

KR100515653B1 - 내마모 특성이 개선된 승용차용 트레드 고무조성물 및이를 이용한 승용차용 타이어

Info

Publication number: KR100515653B1
Application number: KR10-2003-0084122A
Authority: KR
Inventors: 손봉영; 김인식
Original assignee: 금호타이어 주식회사
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-09-20
Also published as: KR20050050396A

Abstract

본 발명은 승용차용 트레드 고무조성물 및 이를 이용한 승용차용 타이어에 관한 것으로 좀더 상세하게는 특성과 구성이 전혀 다른 2종의 카본블랙을 적당한 비율로 혼합하여 첨가함으로써 내마모 특성이 개선된 승용차용 고무조성물 및 상기 고무조성물을 이용하여 제조한 승용차용 타이어에 관한 것이다.

본 발명은 원료고무 100phr에 대하여 보강제로 DBP 흡수가가 100∼130㎖/100g 이고, CTAB가 70∼90㎡/g인 카본블랙 15∼60phr과 DBP 흡수가가 70∼90㎖/100g 이고, CTAB가 130∼160㎡/g인 카본블랙 15∼60phr과 공정유 20∼45phr을 함유하는 승용차용 트레드 고무조성물을 제공한다.

Description

내마모 특성이 개선된 승용차용 트레드 고무조성물 및 이를 이용한 승용차용 타이어{Tread Compound for PCR Improved Abrasion Resistance, and Tire for PCR Using the same}

최근 승용차용 타이어의 성능은 차량의 고속화와 고성능화에 따라 타이어의 기능에 많은 변화가 있었으며, 소비자들의 차량에 관한 관심 뿐만 아니라, 재산 및 생명과 직결되는 타이어에 관한 상식과 관심이 증대되어 요구수준도 다양화되고 고도화되고 있는데, 이에 대응하기 위하여 타이어의 성능도 괄목할 만한 향상이 되었다고 할 수 있다.

특히 내구성에 대해서는 획기적으로 향상되어 종래의 내구성능의 기준인 마모되기 전에 타이어의 파괴에 의해 얼마나 오랫동안 닳지 않고 사용이 가능하느냐가 관건이 되었으며, 환경적인 측면에서도 타이어가 닳아서 발생하는 고무가루형 분진을 줄이기 위한 노력으로 내구연한 내에서 닳지 않음에 따라 고무가루에 의한 환경오염을 줄이는 것이 필요한 실정이다.

종래 타이어의 트레드 두께는 타이어 트레드 표면에 각인된 구르브(groove)의 깊이, 즉 스키드(skid) 깊이로 결정하는데, 보통 12mm∼14mm 수준이 일반적이라고 할 수 있다. 따라서, 타이어는 이러한 수준에서 5년 정도의 내구연한(통상적으로 10km 주행)을 갖도록 설계되며, 이에 따라 트레드 고무는 용해 스티렌 고무(Solution Styrene Rubber ; 이하, S-SBR)이나 유화 스티렌 고무(Emulsion Styrene Rubber ; 이하, E-SBR)에 작은 알갱이의 고도로 응집된 카본블랙의 보강으로 구성되며, 여기에 마모성능을 향상시키고자 부타디엔 고무(Butadiene Rubber, 이하, BR)를 첨가하는 방법으로 구성하는 것이 일반적이기 때문에, 가공성을 유지하면서 많은 량의 카본블랙을 첨가하기 위해서는 공정유를 과량 사용하여야 하고, 고무의 비닐함량을 조절하여 사용하기도 한다.

이와 같이 종래의 승용차용 트레드 고무조성물에는 동일한 구성의 카본블랙을 첨가함에 따라 과량의 카본블랙을 첨가할 경우 분산의 어려움이 발생하여 마모가 균일하지 않고 쉽게 파괴되어 오히려 마모성능이 나빠지는 문제점이 있었기 때문에, 많은 양의 카본블랙을 함유하면서도 균일한 분산을 유도하여 획기적인 마모성능 개선에 따른 스키드 깊이의 감소로 타이어의 중량감소에 의한 연비절감과 고무분진을 줄일 수 있는 환경친화적인 타이어의 개발이 절실한 실정이다.

본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 연구를 지속적으로 수행하여 일반적으로 사용하는 승용차용 고무에 보강제로서 입자분포와 응집체 구성(aggregate structure)이 전혀 다른 2종의 카본블랙을 적당한 비로 혼합하여 첨가함에 따라 고무내에서 카본블랙 구성체 간의 간격을 최소로 유지하면서 균일하게 분포하고, 카본블랙 구성체간의 여유공간이 최소화되어 강도를 최대화하고, 카본블랙의 고른 분산유도와 균일도 증대로 우수한 마모저항 특성을 갖는 승용차용 트레드 고무조성물을 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 내마모 특성이 향상된 승용차용 트레드 고무조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 고무조성물을 이용하여 제조한 타이어를 제공함에 있다.

일반적으로 승용차용 트레드 고무조성물은 합성고무에 많은 양의 카본블랙과 공정유를 사용하여 보강성을 크게 하고 마모특성을 증대하는 것이 기본적인 기술로서, 타이어용 보강제로 사용되는 카본블랙은 지금까지 사용되는 보강제 중에서 가장 보강성이 우수한 재료이며, 기능면에서도 다양한 성능을 발휘할 수 있는 종류를 갖고 있다.

최근에는 보강성이 우수한 카본블랙과 필러의 부피가 커서 고무의 부피를 최소화하여 제동성을 증대해 주는 실리카를 혼합하여 사용하는 기술과 보강성 필러 전체를 실리카로 사용하는 기술이 개발되어 고속으로 주행하는 타이어용 트레드로 안정성을 위해 사용되는 기술이 개발되었으나 마모 측면에서 보완이 필요한 실정이다.

카본블랙과 카본블랙의 간격이 고무내에서 최소간격을 유지하고 균일한 분포를 갖는 수준의 첨가량이 최적 첨가량으로 결정되기 때문에 그 이상의 카본블랙 증가는 이론적으로 불가능하고, 특히 동일 입자와 동일 응집체를 갖는 경우 입자 구성체간의 간격이 불균일하여 최소 입자간격을 유지하기 위해서는 다른 부위에서의 공간여유가 많아 강도증대는 불가능하고 마모의 개선 역시 어렵게 된다.

따라서, 보다 많은 양의 카본블랙을 첨가하면서 카본블랙간의 간격을 일정하게 최소로 유지하고 여유공간도 최소화함으로써 보강효과를 극대화하는 것이 필요하게 되는데, 이런 이유로 기술적인 측면에서는 일반적으로 S-SBR이나 E-SBR을 단독으로 사용하거나 마모에 우수한 BR을 고무함량의 30% 이하로 첨가한 고무조성물에 보강성이 큰 작은 입자, 고응집도를 갖는 DBP 흡수가가 100∼120ml/100g, CTAB가 115∼140㎡/g인 카본블랙을 70∼90phr 사용하고 공정유를 20∼35phr 사용하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.

이에 반해 본 발명에서는 일반적으로 사용되는 트레드 고무에 각기 다른 특성을 지닌 카본블랙을 적당한 비로 혼합하여 제조한 승용차용 트레드 고무조성물, 즉 원료고무 100phr에 대하여 보강제로 DBP 흡수가가 100∼130㎖/100g 이고, CTAB가 70∼90㎡/g인 카본블랙 15∼60phr과 DBP 흡수가가 70∼90㎖/100g 이고, CTAB가 130∼160㎡/g인 카본블랙 15∼60phr과 공정유 20∼45phr을 함유하는 승용차용 트레드 고무조성물을 제공한다.

상기에서 DBP 흡수가는 카본블랙 100g에 흡착할 수 있는 디부틸프탈레이트 오일의 부피로서 이의 수치가 높을수록 카본블랙의 구조가 발달함을 의미하고, CTAB(Cetyl Trimethylammonium Bromide)는 카본블랙의 비표면적을 측정하는 것으로 이 값이 클수록 입자경이 작은 카본블랙 즉, 비표면적이 큼을 의미한다.

본 발명에 의한 고무조성물에 사용되는 원료고무는 용해 스티렌 고무(S-SBR), 유화 스티렌 고무(E-SBR) 또는 스티렌 고무와 부타디엔 고무의 혼합고무(SBR/BR)이 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 고무조성물의 카본블랙 사용량은 상기 함량범위에서 사용 가능하나, 보다 바람직하게는 원료고무 100phr에 대하여 DBP 흡수가가 100∼130㎖/100g 이고, CTAB가 70∼90㎡/g인 카본블랙 15∼50phr을 원료고무에 우선 혼합하고, DBP 흡수가가 70∼90㎖/100g 이고, CTAB가 130∼160㎡/g인 카본블랙 30∼60phr을 추가로 혼합하여 균일분산을 유도하여 마모특성 및 강도 향상을 도모한다. 그리고 고무조성물 내에서 카본블랙의 보강효과와 파괴저항 특성은 카본블랙 입자 응집체가 고무조성물 내에서 최소간격으로 균일하게 분포하도록 유도하고 공정성을 좋게 하기 위하여 공정유를 사용한다.

또는 DBP 흡수가가 100∼130㎖/100g 이고, CTAB가 70∼90㎡/g인 카본블랙 30∼60phr를 원료고무에 우선 혼합하고, DBP 흡수가가 70∼90㎖/100g 이고, CTAB가 130∼160㎡/g인 카본블랙 15∼45phr을 추가로 혼합하는 것이 바람직한데, 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물을 이용하여 제조하는 타이어의 경우 동일 마모수준에서 타이어의 스키드 깊이를 8∼10mm로 감소함으로써, 종래 타이어의 스키드 깊이인 12∼14mm를 30% 정도 줄일 수 있다.

기타 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물에 포함되는 기타 성분 예를 들면, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제 등은 공지의 승용차용 트레드 고무조성물의 첨가제들로서 이들 각각은 이미 알려진 첨가량의 범위에 따라 적의 선택하여 실시하는 것으로 충분하므로 이들에 관한 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니다.

<실시예 1>

하기 표 1에 개시된 배합비와 같이 원료고무로 E-SBR 100phr에 대하여 DBP 흡수가가 125㎖/100g 이고, CTAB가 76㎡/g인 카본블랙(카본블랙 A) 26phr, DBP 흡수가가 86㎖/100g 이고, CTAB가 152㎡/g인 카본블랙(카본블랙 B) 50phr, 공정오일 36phr, 산화아연 4phr, 스테아린산 1.5phr, 노화방지제 3.0phr, 유황 1.8phr, 벤조티아졸설펜아미드(CZ) 1.3phr, 디페닐구아니딘(DPG) 0.3phr 및 페놀릭레진 2.0phr를 혼합하여 공지의 방법으로 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하되, 상기 카본블랙 A를 E-SBR에 우선 혼합하고 상기 카본블랙 B를 추가적으로 혼합하였다.

<실시예 2>

DBP 흡수가가 125㎖/100g 이고, CTAB가 76㎡/g인 카본블랙(카본블랙 A) 55phr, DBP 흡수가가 86㎖/100g 이고, CTAB가 152㎡/g인 카본블랙(카본블랙 B) 25phr을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.

<비교예>

카본블랙으로 DBP 흡수가가 114㎖/100g 이고, CTAB가 92㎡/g인 카본블랙(카본블랙 C) 75phr를 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건하에 실시하여 승용차용 트레드 고무조성물을 제조하였다.

<표1> 실시예 및 비교예의 배합비(단위:phr)

구분	실시예 1	실시예 2	비교예
E-SBR	100	100	100
카본블랙 A	26	55	-
카본블랙 B	50	25	-
카본블랙 C	-	-	75
공정유	36	36	36
산화아연	4	4	4
스테아린산	1.5	1.5	1.5
노화방지제	3.0	3.0	3.0
유황	1.8	1.8	1.8
벤조티아졸설펜아미드(CZ)	1.3	1.3	1.3
DPG	0.3	0.3	0.3
페놀릭레진	2.0	2.0	2.0

<시험예 1>

상기 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예에서 제조한 고무조성물을 160℃에서 15분 동안 가류시켜 인장시편을 제조한 다음, ASTM 규격에 준하여 모듈럿, 인장강도, 신율, 피코마모 성능을 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.

<표 2> 물성 및 마모특성 측정결과

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예
300% 모듈러스(kgf/㎠)	135	120	95
인장강도(kgf/㎠)	194	211	175
신율(%)	405	445	475
피코마모(g)	0.165	0.19	0.28

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 종래의 고무조성물에 300%모듈러스, 인장강도 등과 같은 물성과 내마모특성이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.

<시험예 2>

상기 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예에서 제조한 고무조성물을 적용하여 제조한 타이어의 스키드 깊이를 측정한 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.

<표 3> 타이어 스키드 깊이 측정결과

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예
스키드 깊이(mm)	9	9	13

상기 표 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 승용차용 트레드 고무조성물은 종래의 고무조성물에 비하여 스키드 깊이가 2/3 수준으로 감소함으로써 저연비성과 환경친화적인 고무조성물임을 알 수 있다.

본 발명에 의한 고무조성물에 의하면 보강제로서 전혀 다른 2종의 카본블랙을 적당한 비로 혼합하여 첨가함에 따라 내구성과 내마모 특성이 향상된 승용차용 트레드 고무조성물을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 고무조성물을 이용하여 제조된 타이어의 스키드 깊이가 줄어듬에 따라 내구성능은 매우 향상되면서 마모비율이 1/3 수준 개선되어 고무분진을 2/3 수준으로 감소시킴으로써 환경에 유익한 타이어를 제공할 수 있다.

Claims

원료고무 100phr에 대하여 보강제로 DBP 흡수가가 100∼130㎖/100g 이고, CTAB가 70∼90㎡/g인 카본블랙 15∼60phr과 DBP 흡수가가 70∼90㎖/100g 이고, CTAB가 130∼160㎡/g인 카본블랙 15∼60phr과 공정유 20∼45phr을 함유함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물.
제 1항에 있어서,

원료고무는 용해 스티렌 고무(S-SBR), 유화 스티렌 고무(E-SBR) 또는 스티렌 고무와 부타디엔 고무의 혼합고무(SBR/BR)임을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물.
제 1항에 있어서,

DBP 흡수가가 100∼130㎖/100g 이고, CTAB가 70∼90㎡/g인 카본블랙 15∼50phr과 DBP 흡수가가 70∼90㎖/100g 이고, CTAB가 130∼160㎡/g인 카본블랙 30∼60phr을 함유함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물.
제 1항에 있어서,

DBP 흡수가가 100∼130㎖/100g 이고, CTAB가 70∼90㎡/g인 카본블랙 30∼60phr과 DBP 흡수가가 70∼90㎖/100g 이고, CTAB가 130∼160㎡/g인 카본블랙 15∼45phr을 함유함을 특징으로 하는 승용차용 트레드 고무조성물.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 의한 승용차용 고무조성물을 이용하여 트레드의 스키드 깊이를 8∼10mm로 낮추어 제조된 승용차용 타이어.