KR100635610B1 - 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물 - Google Patents

스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 포함하도록 하여 빙설노면에서의 마찰력과 견인력을 향상시킬 수 있는 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
본 발명은 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 포함하도록 하여 내마모성을 감소시키기 않으면서 빙상, 설상에서의 제동력을 향상시킬 수 있는 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 고무조성물로 이루어진 트레드를 함유하는 스터드레스 스노우 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.

Description

스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물{Tread rubber composition for studless snow tire}
본 발명은 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 종래 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 포함하도록 하여 빙설노면에서의 마찰력과 견인력을 향상시킬 수 있는 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 관한 것이다.
타이어에 있어서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부위로서 타이어와 지면과의 마찰에 의해 트레드 부분이 점차적으로 마모되기 때문에 내마모 성능(abrasion resistance)이 우수해야 한다. 또한 차량은 직진 뿐만 아니라 곡선으로 회전하기 때문에 차량의 회전에 따라 타이어의 회전저항(rolling resistance) 성능이 우수해야 한다. 그리고 비에 의해 노면이 젖거나, 동절기에 발생하는 얼음(ice)이나 눈(snow)에 의해 노면이 젖는 경우가 많으므로 젖은 노면에서의 타이어의 미끄럼 방지 성능(wet traction)이 우수해야 한다.
타이어 트레드는 천연고무와 합성고무를 주원료로 하여 주원료의 고무재료의 물성, 기타 특성을 향상시키기 위해 보강재, 노화방지제, 연화제, 가류제 및 가류촉진제를 적의 선택하여 적절한 함량으로 사용하여 타이어의 종류에 따라 적절한 특성을 가지도록 하고 있다.
타이어는 크게 일반도로를 주행하는데 적합한 보통의 타이어와 추운 지역이나 타이어에 있어서 트레드는 차량이 이동하면서 지면과 직접 접촉하는 부위로서 타이어와 지면과의 마찰에 의해 트레드 부분이 점차적으로 마모되기 때문에 내마모 성능(abrasion resistance)이 우수해야 한다. 또한 차량은 직진 뿐만 아니라 곡선으로 회전하기 때문에 차량의 회전에 따라 타이어의 회전저항(rolling resistance) 성능, 및 비에 의해 노면이 젖거나, 동절기에 발생하는 결빙이나 빙판에 의해 노면이 젖는 경우가 많으므로 젖은 노면에서의 타이어의 미끄럼 방지 성능(wet traction)이 우수해야 한다.
타이어는 크게 보통 타이어와 겨울에 많이 생기는 설상과 빙상에서의 주행과 제동력을 위한 스노우 타이어로 나뉘며, 겨울용 스노우 타이어는 스파이크(spike)를 적용한 스터드 타입(stud type)과 스파이크를 적용하지 않은 스터드레스 타입(studless type)의 타이어로 나뉜다.
겨울용 스노우 타이어 중에서 스터드 타입의 타이어는 수상(水上), 빙상(氷上), 설상(雪上)에서의 제동력은 우수하나 스파이크가 지면을 때리는 충격으로 발생하는 소음으로 운전자의 주의력을 약하게 하여 사고의 위험성이 증가한다. 또한 스파이크가 지면을 때리는 충격으로 발생하는 소음과 분진에 의한 환경오염이 심각 한 문제로 대두되어 많은 나라에서 스터드 타입의 타이어에 대해 규제하고 있다.
이러한 스터드 타입의 스노우 타이어에 대한 문제를 해결하기 위해 타이어에 스파이크를 적용하지 않은 스터드레스 스노우 타이어에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
스터드레스 스노우 타이어에 대해 빙상과 설상에서의 제동력을 향상시키기 위해 타이어 고무조성물에 실리카를 적용하거나, 발포고무를 적용하는 등 여러 가지 방법이 연구되고 있다.
그러나 실리카를 적용하는 경우 실리카가 친수성기 이기 때문에 수막파괴 현상은 우수하나 실리카가 고가여서 재료비가 크게 상승하고, 또한 타이어용 고무 제조시 정련 및 압출공정이 일반 고무에 비해 매우 복잡하고, 가공비 또한 상승하는 문제가 았다.
스노우 타이어용 트레드 고무 제조시 발포고무를 사용하는 경우 트레드 부위의 미세한 기포에 의하여 수막을 파괴하여 빙상, 설상에서의 제동력을 향상시키지만 제조상 공정이 복잡하고, 내마모성이 하락하는 문제가 있다.
상기에서 언급한 문제를 해결하기 위한 안출된 본 발명은 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 빙상, 설상에서의 제동력을 향상시키기 위해 다양한 성분을 고무조성물에 첨가하여 적용한바, 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 함량으로 첨가하면 내마모성을 감소시키지 않으면서 제동력을 향상시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 포함하도록 하여 내마모성을 감소시키기 않으면서 빙상, 설상에서의 제동력을 향상시킬 수 있는 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기의 고무조성물로 이루어진 트레드를 함유하는 스터드레스 스노우 타이어의 제공을 다른 목적으로 한다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물은 종래 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서, 원료고무 100중량부에 대하여 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 2∼10중량부 포함할 수 있다.
본 발명에서 원료고무는 종래 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물의 원료고무로서 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 원료고무의 일예로서 천연고무나 합성고무를 각각 사용하거나 또는 천연고무와 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다. 또한 두 개의 합성고무가 1:9∼9:1의 비로 혼합된 혼합고무를 사용하거나, 또는 세 개 이상의 합성고무가 혼합된 혼합고무를 사용할 수 있다.
상기에서 합성고무는 용액중합 스티렌 부타디엔 고무, 유화중합 스티렌 부타 디엔 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌이 함유된 스티렌 부타디엔 고무, 니트릴을 포함하는 스티렌 부타디엔 고무, 네오프렌 고무 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에서 빙상, 설상에서의 제동력을 향상시키기 위해 사용하는 필수 구성 성분인 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체는 원료고무 100중량부에 대하여 2∼10중량부 사용할 수 있다.
본 발명에서 빙상, 설상에서의 제동력을 향상시키기 위해 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 사용하는데, 만일 아라미드 섬유 단독으로 적용하면 고무조성물 내에서 아라미드 섬유의 분산성이 하락하고, 고무와 아라미드 섬유와의 결합력이 감소되어 타이어의 내마모성을 감소시킬 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 사용하면 복합체 내의 아라미드 섬유 입자가 드레드 고무조성물에서 이물로 존재하게 되어 수상, 빙상 및 설상에서의 차량이 제동, 구동을 할 때 노면에서 스파이크와 같은 작용을 하여 빙상과 설상에서 구동력과 제동력이 우수하고 노면과 마찰시 스파이크 효과를 충분히 내면서 스파이크에 비해 소음과 분진을 발생시키지 않는다.
또한 본 발명에서 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 적용하면 종래 실리카를 적용할 때 발생하는 내마모성이 감소하는 문제도 발생시키기 않는 것이다.
본 발명에서 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 원료고무 100중 량부에 대하여 2중량부 미만 사용하면 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체가 스파이크의 역할을 하지 못해 빙상과 설상에서의 제동력이 향상되지 못하고, 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 10중량부 초과 사용하면 고무조성물의 물성을 변화시켜 스노우 타이어의 고무조성물로서 역할을 못하게 된다.
따라서 본 발명에서 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체는 원료고무 100중량부에 대하여 2∼10중량부 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 필수 구성성분인 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체는 크기가 1∼2mm인 것을 사용하여 고무조성물내에서 이러한 크기를 가지는 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체가 스파이크 역할을 하여 빙상과 설상에서의 제동력을 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명에서 필수 구성성분으로 사용하는 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체는 천연고무 60∼80중량％와 아라미드 섬유가 20∼40중량％로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체에서 아라미드 섬유의 사용량 비율이 20중량％ 미만이면 빙상, 설상에서의 제동력 향상이 미미하고, 아라미드 섬유의 사용량 비율이 40중량％ 초과하면 고무의 물성이 감소할 우려가 있다.
본 발명에서 필수 구성성분으로 사용하는 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체는 현재 시중에서 상품으로 제품화되어 시판되는 것을 사용하거나 또는 직접 제조하여 사용할 수 있다.
이러한 천연고무와 아라미드 섬유 복합체의 제조의 일예로서 천연고무와 아 라미드 섬유를 메탄올, 에탄놀, 이소프로필아코올, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 디메틸포름아마이드 중에서 선택된 어느 하나의 유기용매에서 100∼300rpm으로 반응시켜 천연고무와 아라미드 섬유 복합체를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 원료고무, 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체 이외에 종래 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 사용되는 보강재, 활성제, 연화제, 노화방지제, 공정유, 가류제 및 가류촉진제와 같은 각종 첨가제를 필요에 따라 적의 선택하여 소정의 함량으로 사용할 수 있다. 그러나 이들은 종래 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 사용되는 일반적인 성분으로서 본원발명의 필수 구성 성분이 아니므로 이하 자세한 내용은 생략하기로 한다.
한편 본 발명은 상기의 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물로 이루어진 트레드를 가지는 타이어를 포함한다. 이때 타이어는 오토바이용 타이어, 비행기용 타이어, 자동차용 타이어, 트럭용 타이어, 버스용 타이어 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 비교예, 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<비교예>
하기의 표 1과 같이 천연고무를 원료고무로 하고, 이 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 75중량부, 공정오일(Aromatic-2) 6중량부, 스테아린산(Stearic acid) 1.5중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 노화방지제(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, RD) 6중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 2.0중량부, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(N-cyclohexyl-2-benzothiazolsulfenamide, CZ) 1.5중량부를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
<실시예>
하기의 표 1과 같이 천연고무를 원료고무로 하고, 이 원료고무 100중량부에 대하여 카본블랙 75중량부, 공정오일(Aromatic-2) 6중량부, 스테아린산(Stearic acid) 1.5중량부, 산화아연(ZnO) 3중량부, 노화방지제(RD) 6중량부, 천연고무와 아라미드 섬유 복합체 5중량부를 밴버리 믹서에 넣고 150℃에서 30분 동안 배합한 후 방출하였다.
그런 다음 가류제로서 유황 2.0중량부, 가류촉진제로서 N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(CZ) 1.5중량부를 상기의 배합물에 첨가하고 160℃에서 20분 동안 가류하여 고무를 제조하였다.
상기에서 천연고무와 아라미드 섬유 복합체는 천연고무 60중량％ 및 아라미 드 섬유 40중량％으로 이루어진 것을 사용하였다.
표 1. 실시예 및 비교예 고무의 조성
항목 비교예 실시예
천연고무 100 100
카본블랙 75 75
공종오일 25 25
공정오일 6 6
스테아린산 1.5 1.5
산화아연 3 3
노화방지제(RD) 6 6
아라미드 복합체 - 2
가류제(황) 2.0 2.0
가류촉진제(CZ) 1.5 1.5
<시험예 1>
상기 실시예 및 비교예 고무에 대하여 ASTM 관련 규정에 의해 경도, 300％모듈러스, 인장강도, 신율와 같은 인장물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
표 2. 실시예 및 비교예 고무의 물성
항목 비교예 실시예
경도(Shore A) 60 62
300%모듈러스(kg/cm2) 85 95
인장강도(kg/cm2) 210 225
신율(％) 480 410
<시험예 2>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고무를 트레드로 하고 175/70R13 규격의 실차에 적용하여 내구력, 수상제동력, 설상제동력, 마모율을 ASTM 관련 규정에 의해 측정하고 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
표 3. 실시예 및 비교예 고무의 특성
항목 비교예 실시예
내구력(시간) 1시간 30분 1시간 35분
수상제동력(60km/hr) 100％ 105％
설상제동력(60km/hr) 100％ 115％
마모율(％) 100％ 98％
* 내구력은 유럽규정의 속도 내구력 측정시험인 ECER-54에 의해 트레드가 파단되는 시간을 측정한 값으로 수치가 높을수록 우수함을 의미한다.
* 실시예의 수상제동력, 설상제동력, 마모율이 수치는 비교예의 측정값을 100으로 하였을 때의 환산한 측정값으로 수상제동력, 설상제동력은 수치가 높을수록 우수하고, 마모율은 수치가 낮을수록 우수함을 의미한다.
상기 시험예 1의 결과에서처럼 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 것을 적용한 본 발명의 실시예 고무는 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 것을 적용하지 않은 비교예의 고무와 대비시, 동등 수준 이상의 물성을 가지고 있으며, 특히 발열특성이 우수하고, 점도가 감소되어 공정성이 향상되었음을 알 수 있다.
또한 시험예 2의 결과에서처럼 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 것을 첨가한 실시예의 고무는 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 것을 사용하지 않은 비교예 고무에 비해 내구력이 향상되었으며, 마모특성은 동등 수준 이상임을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물에 있어서,
    원료고무 100중량부에 대하여 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체를 2∼10중량부 포함함을 특징으로 하는 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물.
  2. 제1항에 있어서, 천연고무와 아라미드 섬유로 이루어진 복합체는 천연고무 60∼80중량％와 아라미드 섬유가 20∼40중량％로 이루어진 것 임을 특징으로 하는 스터드레스 스노우 타이어용 트레드 고무조성물.
  3. 특허청구범위 제1항 또는 제2항의 고무조성물로 이루어진 트레드를 포함하는 스터드레스 스노우 타이어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100432128B1 (ko) 2001-06-04 2004-05-17 한국타이어 주식회사 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물

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