KR101192530B1 - 공기 타이어 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR101192530B1
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카를로 칸즈
우에 프랑크
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

본 발명은 타이어의 공기 챔버(20)의 내부의 공기 진동에 의해 발생된 소음을 감소시키는 타이어 카커스(12)의 내부면에 접착되는 이중층 내측 라이너 구조체(14)를 갖는 공기 타이어(10)와, 이 타이어(10)의 제조 방법에 관한 것이다. 이중층 구조체(14)는 카커스(12)에 인접한 미발포 고무의 제 1 내측 라이너 층(16)과, 타이어(10)의 최내측면(19)을 형성하는 발포형 다공성 고무의 제 2 내측 라이너 층(18)을 포함한다. 발포형 다공성 고무는 질소 가스를 방출하는 가황처리 온도에서 분해되는, 그내에 산포된 질소 방출 발포제를 갖는 고무 조성물을 경화함으로써 형성된다. 또한, 제 2 내측 라이너 층(18)은, 발포된 내측 라이너 층(18)의 최내측면(19)을 물리적으로 변경함으로써 형성되는 다수의 개방 공동을 갖는 개방 셀 구조체를 갖는다.

Description

공기 타이어 및 그 제조 방법{TIRE WITH DOUBLE LAYER INNERLINER}
도 1은 본 발명의 실시예를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발포체의 내측 라이너의 오픈 셀 구조체를 나타낸 현미경 사진.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 타이어 12 : 카커스
13 : 트레드 14 : 내측 라이너
16 : 제 1 내측 라이너 층 18 : 제 2 내측 라이너 층
19 : 최내측면 20 : 공기 챔버
본 발명은 이중층 및 소음 저감식 내측 라이너를 구비한 공기 타이어와, 소음 저감을 위해 설계된 이중층 내측 라이너를 갖는 공기 타이어를 제조하는 방법에 관한 것이다.
정의
"카커스"란 용어는 벨트 구조체, 트레드, 언더트레드 및 플라이 상의 측벽 고무로부터 떨어진 것으로, 비트를 포함하지 않는 타이어 구조체를 말한다.
"내측 라이너"라는 용어는 튜브리스 타이어(tubeless tire)의 내측 표면을 형성하고 타이어내의 팽창 유체를 함유하고 있는 탄성중합체 또는 다른 물질의 층(들)을 말한다.
"공기 타이어"란 용어는 비드와 트레드를 갖는 대체로 원환 형상으로 고무, 화학 제품, 섬유 및 강(steel) 또는 다른 재료로 이루어진 적층된 기계식 장치를 말한다. 자동차의 휠상에 장착된 경우, 트레드를 통한 타이어는 정지 마찰력을 제공하고 차량 하중을 견디는 유체를 함유하고 있다.
"트레드"란 용어는, 타이어 케이싱에 접착될 때, 타이어가 통상적으로 팽창된 경우 그리고 표준 하중 하에서 도로와 접촉하는 타이어의 부분, 즉 접지면(footprint)을 포함하는 고무 성형 구성요소를 말한다.
"경화하다(cure)" 및 "가황 처리하다(vulcanize)"란 용어는 달리 언급하지 않는다면 서로 대체될 있는 용어로 의도된다.
"미가공된(green)" 및 "비경화된(uncured)"이란 용어는 달리 언급하지 않는다면 서로 대체될 수 있는 용어로 의도된다.
승객용 차량의 타이어로부터 생성된 허용가능한 소음 레벨을 감소시키기 위해 정부의 규제가 계속되고 있다. 도로 소음원중 하나는 타이어의 최내측면 및 림(rim)에 의해 둘러싸인 공기 챔버내의 공명이다. 타이어 소음을 저감하려는 노력 중 한 형태는 공기 챔버내의 공기 진동으로부터 소음을 감쇠하는 것인데, 이러한 노력은 타이어 카커스에 인접한 타이어의 최내측 층으로서 배치된 내측 라이너를 변경하는데 주로 집중되어 왔다. 소음 저감에 관한 보다 엄격한 규제뿐만 아니라 이전 노력에서의 단점에 의해, 공기 챔버내의 진동으로 인해 소음 전달을 저감하기 위해 내측 라이너에 추가적인 개선책이 필요하게 되었다.
본 발명은 타이어의 공기 챔버의 내부의 공기 진동에 의해 발생된 소음을 감소시키는 타이어 카커스의 내부면에 접착되는 이중층 내측 라이너 구조체를 갖는 공기 타이어를 제공한다. 이중층 구조체는 카커스에 인접한 미발포 고무의 제 1 내측 라이너 층과, 타이어의 최내측면을 형성하는 발포형 다공성 고무의 제 2 내측 라이너 층을 포함한다. 발포형 다공성 고무는 질소 가스를 방출하는 가황처리 온도에서 분해되는, 그내에 산포된 질소 방출 발포제를 갖는 고무 조성물을 경화함으로써 형성된다. 또한, 제 2 내측 라이너 층은 발포된 내측 라이너 층의 최내측면을 물리적으로 변경함으로써 형성되는 다수의 개방 공동을 갖는 개방 셀 구조체를 갖는다.
또한, 본 발명은 최내측 개방 셀 발포형 고무 층을 갖는 이중층 내측 라이너를 구비한 공기 타이어를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 미가공 타이어 카커스상에 제 1 미가공 내측 라이너 층과, 제 1 미가공 내측 라이너 층상에 제 2 미가공 내측 라이너 층을 조립하여, 미가공 타이어 조립체를 형성하는 단계를 포함하며, 제 1 미가공 내측 라이너 층은 그내에 발포제를 포함하지 않고, 제 2 미가공 내측 라이너 층은 그내에 산포된 질소 방출 발포제를 포함한다. 미가공 타이어 조립체는 경화 몰드 내에, 제 2 미가공 내측 라이너 층은 경화 몰드 표면으로부터 가장 멀리 위치되고, 경화 블래더는 미가공 타이어 조립체를 상기 몰드 표면내로 가압하도록 제 2 미가공 내측 라이너 층에 대해 팽창시키는 동안, 몰드내의 가황처리 온도를 적용한다. 가황처리 온도로 경화하는 동안, 질소 가스는 상기 제 2 미가공 내측 라이너 층내의 상기 발포제의 분해시에 방출된다. 경화된 타이어 조립체는 타이어 카커스에 인접한 비발포형 제 1 내측 라이너 층과, 타이어의 최내측면에 비발포형 제 2 내측 라이너 층을 포함한다. 경화 후에, 경화 블래더는 제 2 내측 라이너 층으로부터 공기가 빠져서 제거된다. 최종적으로, 개방 셀 구조체는 최내측면을 물리적으로 변경함으로써 발포된 제 2 내측 라이너 층내에 형성되어, 다수의 개방 공동을 형성한다.
본 명세서의 일부에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고 있고, 상기에 제공된 본 발명의 일반적인 설명 및 하기의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명을 설명한다.
본 발명에 따르면, 공기 타이어는 타이어 카커스에 인접한 비발포체의 고무 층 및 타이어의 공기 챔버에 인접한 최내측 발포체의 고무 층을 포함하는 이중층 구조체를 갖는 내측 라이너를 구비한다. 발포체의 고무 층은 공기 챔버내의 공기 진동에 의해 생성된 소음을 감쇠한다. 본 발명에 따르면, 발포체의 고무 층은 그내에 산포된 질소 방출 발포제(nitrogen-releasing foaming agent)를 포함하는 고무 조성물로부터 경화된 다공성 고무로서, 질소 가스를 방출하여 고무를 발포하는 경화 처리시에 분해된다. 게다가, 발포체인 다공성 고무는, 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 예컨대 표면을 나이프(knife)로 절단하거나 또는 표면을 레이저로 천공함으로써, 최내측면내에 물리적으로 형성된 복수의 개방된 공동을 포함하는 개방 셀 구조체를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 타이어(10)의 단면을 도시하고 있다. 타이어(10)는 최외측면상에 배치된 트레드(13)를 갖는 카커스(12)를 구비하며, 이 트레드(13)는 타이어(10)의 움직임 동안에 지면을 접촉하는 타이어(10)의 일부분이다. 당해 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이, 카커스(12)는 하나 또는 그 이상의 겹의 코드(cord)를 구비할 수 있고, 카커스는 타이어의 비드 부분(도시하지 않음)을 감싸고 있다. 내측 라이너(14)는 공기 챔버(20)를 대면하도록 카커스(12) 내부에 배치된다. 내측 라이너(14)는, 카커스(12)에 인접하게 배치된 제 1 내측 라이너 층(16)과, 이 제 1 내측 라이너 층(16)에 인접하게 배치되고 공기 챔버(20)와 접촉한 상태에서 타이어(10)의 최내측면(19)을 형성하는 제 2 내측 라이너 층(18)을 구비한 이중층 구조체이다. 제 1 내측 라이너 층(16)은 비발포체의 고무로 이루어지고 공기 챔버(20)내의 공기가 배출되는 것을 방지하므로, 타이어(10)의 공기를 팽팽하게 유지한다. 비제한적인 예로서, 제 1 내측 라이너 층(16)은 (가장 두꺼운 지점에서) 0.8 내지 2.0mm의 두께를 가질 수 있다. 제 1 내측 라이너 층(16)은 부틸 고 무, 할로겐 고무 등과 같은 연질의 고무 조성물로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 제 1 내측 라이너 층(16)은 브로모부틸 고무 조성물로 이루어진다. 당해 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이, 고무 조성물은 충전재, 가소재 및 경화계 조성물과 같은 각종 첨가제를 포함할 수 있다.
제 2 내측 라이너 층(18)은, 발포제에 의해 그리고 복수의 개방 공동을 제공하는 최내측면(19)을 물리적으로 변경함으로써 형성된 개방 셀 구조체를 갖는 발포체인 다공성 고무이다. 고무 화합물은 제 1 내측 라이너(16)를 포함하는 고무 화합물과 동일하거나 또는 그와 상이할 수 있다. 예를 들면, 각종 공지된 첨가제를 갖는 브로모부틸 고무 화합물일 수도 있다. 발포제는 미가공 상태에서 고무 화합물내에 산포된다. 발포제는 가황 처리 온도에서 미가공된 고무 화합물을 가열할 때에 다공성 발포 구조체를 형성하도록 질소 가스를 분해하고 방출하는 질소 방출 발포제이다. 비제한적인 예로서, 제 2 내측 라이너 층(18)은 (두께가 가장 두꺼운 지점에서) 1 내지 5mm의 두께를 가질 수 있다. 또한, 비제한적인 예로서, 발포제는 1 내지 30phr(고무 100 대 발포제의 비율)의 양으로 미가공 고무 화합물내에 존재할 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 발포제는 1 내지 8phr의 양으로 존재한다. 질소 방출 발포제의 예로는 아조디카르본산 디아미드(활성화되거나 비활성화됨); 설포하이드라지드[예컨대, p-톨루엔설포하이드라지드(TSH)]; 디니트로소펜타메틸렌 테트라민(DNPT); 트리아졸 유도체, 및 아조이소부티르 디니트릴 또는 유사 화합물이 있다. 입수가능한 발포제의 예로는 바이엘 케미칼스(Bayer Chemicals)로부터 입수가능한 포로포르 티에스에이치(POROFOR TSH)(상표명) ; 암코 플라스틱 머티리얼스 인코포레이티드(AMCO Plastic Materials, Inc.)로부터 입수가능한 사폼(SAFOAM)(상표명); 페닉스 플라스틱스 캄파니(Phoenix Plastics Co.)로부터 입수가능한 셀-스판(CEL-SPAN)(상표명) 및 스탠다드 케미칼 인더스트리즈(Standard Chemical Industries)로부터 입수가능한 DNPT(상표명)가 있다.
타이어(10)를 형성하기 위해, 본 발명의 방법은 미가공 타이어 카커스에 인접한 미가공 상태, 즉 비경화 상태에 있는 제 1 내측 라이너 층을 조립하는 것과, 제 1 내층 라이너 층상에 미가공 상태에 있는 제 2 내측 라이너 층을 조립하는 것을 포함한다. 미가공 트레드 스트립은 타이어 카커스의 최외측면에 인접하게 조립된다. 그 다음, 이러한 미가공 타이어 조립체는 경화 몰드내에 위치되어, 미가공 트레드 스트립이 몰드 표면에 대해 위치설정되고 제 2 내측 라이너 층은 최내측 층을 형성하도록 성형 표면으로부터 가장 멀리 떨어져 있다. 팽창가능한 경화 블래더는 미가공 타이어 조립체를 몰드 표면내로 가압하도록 제 2 내측 라이너 층에 대해 팽창되어, 미가공 트레드 스트립을 몰드 표면내에 형성된 트레드 패턴내로 가압한다. 가황처리 온도가 몰드내에 적용되는 동안, 타이어 조립체는 타이어 조립체를 경화하기에 충분한 시간 동안에 팽창된 경화 블래더로부터 압력을 받는다. 가황처리 온도에서 경화 공정을 하는 동안, 제 2 내측 라이너 층(18)내의 발포제는 질소 가스를 방출하도록 분해되어, 경화시에 고무를 발포하게 되므로, 경화된 타이어(10)내의 제 2 내측 라이너 층(18)은 발포형 고무이다. 카커스(12)에 인접한 제 1 내측 라이너 층(16)은 그내에 발포제를 포함하지 않고, 이에 따라 미발포 고무 층(non-foamed rubber layer)이다.
삭제
경화를 완료한 후에, 경화 블래더는 발포된 제 2 내측 라이너 층(18)으로부터 공기가 빠져서 제거된다. 발포에 의해 형성된 제 2 내측 라이너 층(18)내의 치수 변동에 의해, 내측 라이너(14)로부터의 경화 블래더를 제거하는 것은 미발포 고무 층으로부터 경화 블래더를 제거하는 것보다 쉽다. 이것은 본 발명의 추가적인 이점이다. 몇 가지의 개방 셀 구조체가 경화 블래더의 제거 후에 제 2 내측 라이너 층내에 관찰될 수 있지만, 임의의 개방 셀의 치수는 예컨대 10㎛ 이하의 평균 직경의 순(order)으로 매우 작고, 이 구조체에 의해 성취된 소음 감쇠 정도는 현재의 소음 감소 요구조건을 만족하기에는 불충분하다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 제 2 내측 라이너 층(18)은 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 개방 공동을 형성하도록 최내측면(19)을 물리적으로 변경하도록 처리된다. 이러한 물리적 변경에 의해, 다수의 개방 공동이 얻어지고, 개방 공동의 치수는 발포 공정에 의해 단순히 제조될 수 있는 임의의 개방 셀보다 상당히 크다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 최내측면(19)의 물리적 변경 후에, 다수의 개방 공동은 약 50-250㎛의 평균 직경을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 다수의 개방 공동은 약 130-200㎛의 평균 직경을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 최내측면(19)의 물리적 변경은 발포된 제 2 내측 라이너 층(18)의 표면을 절단 또는 스크래칭하는 나이프 절단 작업에 의해 수행되어, 셀 구조체를 넓힌다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 셀을 개방하는 방법은 레이저로 구멍을 연소하는 것이다. 펄스된 레이저는 최내측면(19)을 스캐닝하는데 이용되어 일정하거나 또는 가변적인 거리의 구멍으로 표면을 천공할 수 있 다. 예를 들면, 펄스된 레이저는 20kHz의 펄스율로 작동될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 펄스율은 본질적으로 연속적인 지점에서 증가될 수 있고, 이에 의해 최내측면(19)은 본질적으로 제어된 깊이로 격감되거나 또는 제거되므로, 공기 챔버(20)에 가장 가까운 셀 구조체내에 구멍을 개방한다. 내측 라이너용으로 사용되는 고무 화합물의 특성은 발포 고무 구조체내의 개방 셀을 형성하는 것을 방지하거나 또는 매우 제한한다. 이에 따라, 임의의 물리적인 처리 없이 발포형 고무 내측 라이너에 의해 제공된 소음 감쇠는 제한된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 셀 구조체를 넓히도록 물리적 단계를 수행하며, 이 구조체는 발포제에 의해 단독으로 성취될 수 없다. 최내측면(19)에 존재하는 다수의 크기가 큰 개방된 공동 때문에, 타이어의 공기 챔버(20) 내부의 공기 진동으로부터 초래된 소음을 보다 많이 감소할 수 있다.
예
본 발명의 타이어(10)내의 제 2 내측 라이너 층(18)으로서 사용되는 하기의 테스트 화합물 N1-N4를 준비하였다.
시험 N1 시험 N2 시험 N3 시험 N4
비생성 혼합물
엑손모빌 브로모부틸 2222(중량부) 112.3 112.3 112.3 112.3
N550/FEF 카본 블랙(phr) 50 50 50 50
나프텐계 매질 처리유(phr) 6.75 6.5 6 5
비착색, 비반응성의 100% 옥틸 페놀 포름알데히드 수지(phr) 1 1 1 1
스테아르산(phr) 2 2 2 2
알킬화 나프텐과 방향족 수지의
혼합물(phr)		 10 10 10 10
배출 T(℃) 145 140 143 144
생성 혼합물
N-테르트부틸-2-벤조티아졸-설펜아미드(TBBS)(phr) 0.5 0.5 0.5 0.5
비처리된 프렌치 가공 산화아연(phr) 2 2 2 2
황(phr) 0.5 0.5 0.5 0.5
발포제1(phr) 1 2 4 8
배출 T(℃) 95 90 87 90
총계 186.05 186.8 188.3 191.3
* 바이엘 케미칼스로부터 입수가능한 POROFOR TSH(상표명)
사용된 발포제인 p-톨루엔설폰하이드라지드는 120℃에서 분해가 시작되기 때문에 생성물 혼합 단계 시에 주의를 기울여 배출 온도가 100 내지 120℃를 초과하지 않게 해야 한다. N4 시험 화합물은 8phr의 발포제를 함유하였고, 특히 양호하게 발포된 화합물을 나타내었다. 이어서, 나이프로 경화 화합물을 물리적으로 스크래칭하여 개방 셀 구조를 수득하였다. 평균 직경 164.2㎛(+/-30.2)의 다수의 개방 캐비티를 갖는 생성된 내부 층은 도 2의 현미경 사진으로 도시된다.
본 발명이 하나 또는 그 이상의 실시예의 설명으로 기재되어 있고, 이들 실시예가 매우 상세하게 기재되어 있지만, 이러한 세부사항은 첨부된 특허청구범위의 범위를 제한하도록 의도되지는 않는다. 추가적인 이점 및 변경은 당업자에 쉽게 명백해질 것이다. 따라서, 보다 광범위한 관점에서의 본 발명은 특정 세부사항, 대표적인 장치 및 방법 그리고 기술된 예에 제한되지 않는다. 그러므로, 총괄적인 발명의 개념의 범위로부터 벗어남이 없이 이러한 세부사항이 이루어질 수 있다.
본 발명의 공기 타이어에 따르면, 타이어 카커스의 내부면에 접착되는 이중층 내측 라이너 구조체에 의해 타이어의 공기 챔버의 내부의 공기 진동에 의해 발생된 소음을 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 카커스와, 이 카커스의 내부면에 접착된 내측 라이너를 포함하는 공기 타이어에 있어서,
    상기 내측 라이너는 상기 카커스에 인접한 비발포형 고무의 제 1 내측 라이너 층과, 상기 타이어의 최내측면을 형성하는 발포형 다공성 고무의 제 2 내측 라이너 층을 구비하는 이중층 구조체를 가지며,
    상기 발포형 다공성 고무의 상기 제 2 내측 라이너 층은 경화시에 분해되어 질소 가스를 방출하는 질소 방출 발포제를 포함하는 조성물로부터 경화되고,
    상기 제 2 내측 라이너 층은 상기 최내측면에 물리적으로 형성된 50 내지 250㎛의 평균 직경을 갖는 다수의 공동을 포함하는 개방 셀 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는
    공기 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 공동은 나이프형 개방 절단부(knife-formed open cuts) 또는 레이저 형성된 천공부인 것을 특징으로 하는
    공기 타이어.
  3. 공기 타이어를 제조하는 방법에 있어서,
    미가공 타이어 카커스상에 제 1 미가공 내측 라이너 층과, 상기 제 1 미가공 내측 라이너 층상에 제 2 미가공 내측 라이너 층을 조립하여, 미가공 타이어 조립체를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 미가공 내측 라이너 층은 그내에 산포된 질소 방출 발포제와 제 2 고무 화합물을 포함하며, 상기 제 1 미가공 내측 라이너 층은 그내에 발포제가 없이 제 1 고무 화합물을 포함하는, 상기 미가공 타이어 조립체 형성 단계와,
    상기 미가공 타이어 조립체를 경화 몰드내에, 상기 제 2 미가공 내측 라이너 층을 상기 경화 몰드 표면으로부터 가장 멀리 위치시키는 단계와,
    상기 미가공 타이어 조립체를 상기 몰드 표면내로 가압하도록 상기 제 2 미가공 내측 라이너 층에 대해 경화 블래더를 팽창시키는 동안, 상기 몰드내의 가황처리 온도를 적용하는 단계로서, 질소 가스는 상기 제 2 미가공 내측 라이너 층내의 상기 발포제의 분해시에 방출되어, 상기 타이어 카커스에 인접한 비발포형 제 1 내측 라이너 층과, 상기 타이어의 최내측면에 비발포형 제 2 내측 라이너 층을 포함하는 경화된 타이어 조립체를 형성하는, 상기 가황처리 온도 적용 단계와,
    상기 경화 블래더에서 공기를 빼어 상기 발포된 제 2 내측 라이너 층으로부터 상기 경화 블래더를 제거하는 단계와,
    상기 최내측면을 물리적으로 변경함으로써 상기 발포된 제 2 내측 라이너 층내에 개방 셀 구조체를 형성하여, 다수의 개방 공동을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    공기 타이어의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 질소 방출 발포제는, 1-30phr의 양으로 제 2 미가공 내측 라이너 층에 분산된 아조디카본산 디아미드, 설포하이드라지드, 디니트로소펜타메틸렌 테트라민, 트리아졸 유도체, 또는 아조이소부티르 디니트릴인 것을 특징으로 하는
    공기 타이어의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 발포된 제 2 내측 라이너 층의 셀 구조체를 개방하기 위해 나이프로 상기 최내측면을 절단함으로써 또는 레이저로 상기 최내측면을 천공함으로써 변경이 수행되는 것을 특징으로 하는
    공기 타이어의 제조 방법.
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