KR102586119B1 - 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법에 관한 기술로, 보다 상세하게는 직접 분사를 통해 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사하여 작업 효율이 우수하고 소음저감 효과가 우수하고 접착력이 강화된 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법에 대한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 자동차 타이어 트레드부 표면에 흡음재를 구비한 타이어 내부의 폴리우레탄 발포체 분사 방법으로서, 타이어를 타이어 지그에 거치하여 회전시키는 단계; 타이어 트레드부 표면에 표면 활성화 액상용액을 도포하는 단계; 상기 액상용액을 도포 후 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 액상 폴리우레탄 혼합용액의 분사는 타이어에 직접적으로 분사하고 타이어 둘레방향으로 연속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법은 직접 분사를 통해 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사할 수 있어 별도의 접착제가 필요하지 않아 작업 효율이 우수하고 생산성이 향상되면서도 발포체의 내부의 다공질 셀에 의해 밀폐되어 차음되고 발포체 표면 공극에 흡음되어 차음과 흡음 효과를 발휘하여 소음을 저감할 수 있고, 발포체의 접착력이 강화되면서도 타이어 무게 감소로 인하여 차량의 연비가 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 자동차 타이어 트레드부 표면에 흡음재를 구비한 타이어 내부의 폴리우레탄 발포체 분사 방법으로서, 타이어를 타이어 지그에 거치하여 회전시키는 단계; 타이어 트레드부 표면에 표면 활성화 액상용액을 도포하는 단계; 상기 액상용액을 도포 후 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 액상 폴리우레탄 혼합용액의 분사는 타이어에 직접적으로 분사하고 타이어 둘레방향으로 연속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법은 직접 분사를 통해 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사할 수 있어 별도의 접착제가 필요하지 않아 작업 효율이 우수하고 생산성이 향상되면서도 발포체의 내부의 다공질 셀에 의해 밀폐되어 차음되고 발포체 표면 공극에 흡음되어 차음과 흡음 효과를 발휘하여 소음을 저감할 수 있고, 발포체의 접착력이 강화되면서도 타이어 무게 감소로 인하여 차량의 연비가 향상되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법에 관한 기술로, 보다 상세하게는 직접 분사를 통해 폴리우레탄 발포체를 타이어 내부에 분사할 수 있어 별도의 접착제가 필요하지 않아 작업 효율이 우수하고 생산성이 향상되면서도 발포체의 내부의 다공질 셀에 의해 차음되고 밀폐되어 차음과 흡음 효과를 발휘하여 소음을 저감할 수 있는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법에 관한 것이다.
각국의 이산화탄소 배출량 규제가 점차적으로 강화됨에 따라 자동차 산업은 친환경, 저소음의 하이브리드, 전기, 수소전지 자동차를 앞다투어 출시하고 있다. 이에 따라 타이어 역시 연비 성능을 향상시킬 수 있는 친환경 타이어의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 최근에는 자동차 소음과 관련하여 정부 규제의 강화 및 전기차의 수요가 확대됨에 따라 타이어로부터 발생되는 소음 저감 요구가 점차 적으로 증가하는 추세이다.
특히, 조용한 주행이 특징인 전기차(EV) 등 전동화에 대응하는 목적에서 정숙 성능이 중요하며, 전기차(EV)는 실내 소음의 주된 원인이었던 엔진 소리가 없어져 타이어의 소음이 부각되고, 공기 저항의 저감 및 차량 경량화로 타이어가 얇아지는 것도 소음의 조장으로 이어질 우려가 있으며, 특히 엔진이 없기 때문에 운전자가 가속 페달을 밟았을 때 연료를 태워 폭발적인 힘을 만들며 발생하는 진동과 소음이 없으며, 윈드 노이즈(공기저항으로 인해 생기는 바람소리)나 로드 노이즈(타이어와 도로의 마찰에 따른 노면 소음)이 두드러지고 있으며, 전기차 전용으로 사용될 수 있는 소음 저감 타이어가 더욱 요구되고 있다.
또한, 소음 외에도 엔진보다 무거운 대용량 배터리를 탑재하면서 차 무게가 증가하여 경량화된 타이어의 개발로 인해 연비 향상에 기여하는 타이어의 개발이 점차 요구되고 있다.
이러한 소음 저감의 목적으로 타이어 소음을 저감시키기 위해 기존의 기술로는, 내부의 폐쇄 및 표면의 개방형 셀을 가지고 있는 폴리우레탄 재질의 발포체를 활용하는 기술이 있다. 폴리우레탄은 우수한 기계적 물성, 단열성, 충격흡수성, 흡음특수성 및 유용한 가공성으로 인해 폭넓게 사용되고 있는 소재 중 하나이다. 폴리우레탄 재질의 발포체를 타이어 내측의 트레드부에 배치하게 되면, 주행시 발생하는 타이어 공명음이 발포체의 내부 경로를 통과하면서 열에너지로 소멸시키거나 발생 주파수를 변경시켜 공명음을 저감시키게 된다. 그러나 종래에는 접착제를 사용하여 타이어 내부에 폴리우레탄 폼 재질을 흡음재를 부착하여 사용하고 있으며, 부착 방식의 폴리우레탄 폼은 폼 두께가 두꺼울 뿐만 아니라 별도의 접착제를 사용하여, 숙성 시간이 필수적으로 요구되기 때문에 소음 저감 타이어의 생산에 긴 시간이 걸리며, 접착부분으로 인해 타이어의 중량이 상승되어 차량 연비 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용하게 되는 문제가 있다.
따라서, 폴리우레탄 발포 공정을 직접 분사하는 방식을 적용하여 별도의 접착제를 사용하지 않고 타이어를 제조하여 차량 운행 시 발생하는 소음을 최소화하고 연비 성능이 향상된 타이어 내부 발포체의 분사 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 직접 분사를 통해 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사하여 작업 효율이 우수하고 소음저감 효과가 우수하고 접착력이 강화된 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법에 대한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 자동차 타이어 트레드부 표면에 흡음재를 구비한 타이어 내부의 폴리우레탄 발포체 분사 방법으로서, 타이어를 타이어 지그에 거치하여 회전시키는 단계;
상기 타이어의 내부 트레드부 표면을 세척하기 위해 세척용액을 도포하여 표면 이물질을 세척하는 단계;
타이어 트레드부 표면에 표면 활성화 액상용액을 도포하는 단계;
상기 액상용액을 도포 후 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 액상 폴리우레탄 혼합용액의 분사는 타이어에 직접적으로 분사하고 타이어 둘레방향으로 연속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 폴리우레탄 혼합용액을 분사한 폴리우레탄 발포체는 코어 밀도가 25 내지 50 kg/m3 이고, 오버올 밀도가 50 내지 110 kg/m3 이며, 상기 폴리우레탄 혼합용액의 디이소시아네이트 및 폴리올의 중량비는 1:1 내지 1:2 로 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄 혼합용액의 크림타임은 0.1 내지 5 초일 수 있다.
또한, 상기 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;에서 타이어 트레드부 표면과 노즐의 거리는 0.1 내지 30 cm이며, 상기 타이어의 회전 속도는 5 내지 100 rpm 일 수 있다.
또한, 상기 표면 활성화 액상용액은 상기 세척과정에서 제거되지 않은 상기 타이어 트레드부의 실리콘 재질을 추가적으로 제거하고, 상기 타이어의 고무 성분이 손상되지 않도록 케톤류 희석액 및 염소화합물로 이루어진 혼합물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 타이어 트레드부 표면에 분사되는 흡음재의 높이는 타이어 트레드부 표면에서 비드까지 길이를 기준으로 20 내지 50 % 로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법은 직접 분사를 통해 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사할 수 있어 별도의 접착제가 필요하지 않아 작업 효율이 우수하고 생산성이 향상되면서도 발포체의 내부의 다공질 셀에 의해 밀폐되어 차음되고 발포체 표면 공극에 흡음되어 차음과 흡음 효과를 발휘하여 소음을 저감할 수 있고, 발포체의 접착력이 강화되면서도 타이어 무게 감소로 인하여 차량의 연비가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예 따른 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예 따른 타이어가 회전되어 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 직접 분사하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예 따른 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사하는 공정을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예 따른 타이어가 회전되어 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 직접 분사하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예 따른 타이어 내부에 폴리우레탄 발포체를 분사하는 공정을 촬영한 사진이다.
이하, 구체적인 예를 들어 본 발명에 따른 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법을 더욱 상세히 설명한다. 다만 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위한 예로서 제공되는 것이다.
따라서 본 발명은 이하 제시되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 실시예들은 본 발명의 사상을 명확하게 하기 위해 기재된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법은 자동차 타이어 트레드부 표면에 흡음재를 구비한 타이어 내부의 폴리우레탄 발포체 분사 방법으로서, 타이어를 타이어 지그에 거치하여 회전시키는 단계; 상기 타이어의 내부 트레드부 표면을 세척하기 위해 세척용액을 도포하여 표면 이물질을 세척하는 단계; 타이어 트레드부 표면에 표면 활성화 액상용액을 도포하는 단계; 상기 액상용액을 도포 후 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 액상 폴리우레탄 혼합용액의 분사는 타이어에 직접적으로 분사하고 타이어 둘레방향으로 연속되도록 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 타이어는 공기 타이어로 튜브리스 타이어가 바람직하며, 전기자동차용 타이어는 물론 소음 저감 효과가 필요한 타이어에 적용 가능 하며, 용도에 제한되지 않는다.
본 발명은 도면 1에 도시된 바와 같이 타이어의 트레드부 표면에 폴리우레탄 발포체를 분사하여 흡음재를 구비하여 소음 저감 효과를 나타내도록 할 수 있다.
상기 타이어에 폴리우레탄 발포체를 분사하여 발포할 수 있도록 타이어 지그에 거치하고, 타이어 지그는 타이어가 회전될 수 있도록 롤러를 구비할 수 있으며, 회전되는 방식에는 제한되지 않으며, 당업자에게 사용가능한 공지의 기술을 적용할 수 있다. 타이어를 회전시킬 수 있는 구성이면 구조나 형태에 제한이 없으며, 롤러를 통해 회전하는 경우 롤러의 개수에 제한되지 않는다.
또한, 상기 타이어의 내부 트레드부 표면을 세척하기 위해 세척용액을 도포하여 표면 이물질을 세척할 수 있으며, 상기 세척 용액은 타이어의 고무 조성물을 손상시키지 않는 성분으로 실리콘 물질을 용해하여 제거하는 성분이 포함된 성분이며, 메틸카보네이트(METHYL CARBONATE) 및 디브로모메탄(DIBROMOMETHANE)을 포함하는 것이 바람직하며, 전체 세척용액 100 중량부 대비 상기 메틸카보네이트은 55 중량부, 디브로모메탄은 40 중량부 이상 포함되는 것이 바람직하며, 1 내지 5 중량부의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄 혼합용액은 혼합기에 폴리이소시아네이트 성분과 폴리올을 혼합하고, 반응혼합액을 노즐로 압송하여 분사할 수 있다.
상기 폴리우레탄 혼합용액은 노즐 배출구로부터 1 내지 10cm 의 범위에서 혼합되어 노즐로 분출되는 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 혼합용액을 분사할 때의 혼합용액의 온도는 폴리우레탄 발포체의 형성을 방해하지 않는 온도로서, 20 내지 60℃, 바람직하게는 25 내지 50 ℃이며, 혼합용액을 분사할 때 혼합용액의 점도는 1000 내지 5000 mPa·s/25℃가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1,300 내지 1,700 mPa·s/25℃ 일 수 있다.
상기 폴리우레탄 혼합용액의 토출량은 1 내지 2000 g/sec 이며, 바람직하게는 10 내지 1000 g/sec 이다.
또한, 상기 타이어 트레드부 표면에 표면 활성화 액상용액을 도포하는 단계;를 통해 타이어 트레드부 표면과 폴리우레탄 발포체인 흡음재 사이에 프라이머가 도입될 수 있다.
상기 프라이머는 타이어에 진동 및 하중이 가해졌을 때도 강한 접착력을 유지할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 프라이머로 사용되는 상기 표면 활성화 액상용액은 상기 타이어 트레드부의 실리콘 재질을 분해하여 제거할 수 있으며, 상기 타이어의 고무 성분이 손상되지 않을 수 있는 소재가 바람직하다.
상기 표면 활성화 액상용액은 케톤류 희석액 및 염소화합물이 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 케톤류 희석액은 예컨대, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸 이소부틸케톤, 디이소부틸케톤, 시클로헥사논을 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 염소화합물은 트리클로로이소시아누릭산(trichloroisocyanuric acid, TCA)을 들 수 있으며, 트리클로로이소시아누릭산(trichloroisocyanuric acid, TCA)은 91.5%의 활성염소를 갖고 있어 강력한 산화 및 염소화 작용을 통해 극성의 폴리우레탄과 강력한 상호작용을 할 수 있으며, 이로 인해 가교 고무와 같이 접착이 어려운 비극성 소재의 접착 증진에 필수적인 요소로 될 수 있다.
다만, 트리클로로이소시아누릭산의 활성 화합물의 경우 고체상태에서도 지속적인 탈염소화 및 분해 반응이 일어나며 유기용제나 물에 용해될 경우 분해가 촉진되어 접착가능 시간이 도포 후 2시간이므로 폴리우레탄 발포체의 처리 시간이 장기간 소요되면 접착력이 떨어지므로, 타이어를 회전하여 폴리우레탄 발포체를 분사하는 것이 품질 향상에 바람직하다.
또한, 상기 표면 활성화 액상용액은 폴리우레탄 올리고머, 염화에틸렌비닐아세테이트 그라프트 화합물 및 3-메르캅토프로필트리메톡시실란을 더 포함할 수 있다.
폴리우레탄 올리고머, 염화에틸렌비닐아세테이트 그라프트 화합물 및 3-메르캅토프로필트리메톡시실란을 포함한 경우 케톤류 희석액 및 염소화합물만을 사용한 것에 비하여 폴리우레탄 발포체가 접착이 잘 되어 흘러내림이 적고, 작업성 및 생산성이 향상된다.
또한, 상기 트리클로로이소시아누릭산의 분해 촉진을 지연시켜 접착가능 시간을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
상기 프라이머층의 두께는 0.1 내지 2μm 의 두께인 것이 바람직하며, 0.5 내지 1.5 μm 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 표면 활성화 액상용액을 도포하는 경우 폴리우레탄 발포체가 진동 및 하중이 가해졌을 때도 강한 접착력을 유지하므로 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 표면 활성화 액상 용액을 도포 후 폴리우레탄 혼합용액을 분사하는 단계;는 프라이머에 폴리우레탄 혼합용액이 분사되어 발포되어 폴리우레탄 발포체를 형성할 수 있다.
상기 폴리우레탄 혼합용액의 분사는 분사방식으로 스프레이, 도포, 라미나플로우 등 구체적인 분사방식에는 제한되지 않고 혼합용액을 분사할 수 있는 방식이면 공지된 분사방식을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
상기 폴리우레탄 발포체는 폴리우레탄이 폼 형태로 형성된 것으로 폴리우레탄 혼합용액이 분사되어 발포되어 형성되며, 폴리우레탄은 일반적으로 폴리이소시아네이트(2개 이상의 -NCO 이소시아네이트 관능기를 포함하는 화합물)와 폴리올(2개 이상의 -ROH 알콜 관능기를 포함하는 화합물)의 반응 생성물로서, 사용되는 폴리올의 알콜 관능기는 일반적으로 폴리에테르 또는 폴리에스테르에 결합되어 있다. 상기 폴리우레탄 발포체는 디이소시아네이트 화합물로 MDI를 사용하는 것이 바람직하며, MDI는 단독의 디이소시아네이트이거나, 수 종의 디이소시아네이트 화합물을 사용할 수 있다. MDI와의 블렌드로 사용될 수 있는 또 다른 디이소시아네이트의 예로서, 예컨대, TDI (톨루엔 디이소시아네이트, 통상적으로는 2,4- 및 2,6-이성질체의 혼합물로 사용)를 들 수 있다. 상기 폴리올은 높은 에틸렌 옥시드 함량을 갖는 폴리에테르를 사용할 수 있으며, 단독의 폴리올이거나, 또는 수 종의 폴리올을 사용할 수 있다. 높은 에틸렌 옥시드 함량을 갖는 폴리올과의 블렌드로서 사용될 수 있는 다른 폴리올의 예로서, 예컨대, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 또는 기타 에폭시드 단량체를 기재로 하는 폴리에테르 폴리올과 같은 폴리에테르, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카르보네이트, 폴리옥시테트라메틸렌 글리콜 또는 상기한 단량체 수 종을 기재로 하는 하이브리드 구조의 폴리올을 들 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 폴리우레탄 혼합용액을 분사한 폴리우레탄 발포체는 코어 밀도가 25 내지 50 kg/m3 이고, 오버올 밀도가 50 내지 110 kg/m3 일 수 있다.
코어 밀도는 내부 밀도라고도 불리고 있으며, 우레탄 폼(발포체)에서 표면부(Skin)를 제거한 후 폼 중심부위만을 채취하여 부피와 무게를 측정하여 산출한 밀도이며, 오버올 밀도는 우레탄 폼(발포체)에서 표면부를 포함한 시편을 채취하여 부피와 무게를 측정하여 산출한 밀도이다.
상기 코어 밀도가 25 kg/m3 보다 낮은 경우 소음 저감 효과가 미비할 수 있으며, 50 kg/m3 보다 높은 경우에도 소음 저감 효과가 미비하며, 무게 증가로 인하여 연비 저감 효과가 낮으며 비경제적이다.
상기 코어 밀도가 25 내지 50 kg/m3 이고, 오버올 밀도가 50 내지 110 kg/m3 범위일 경우에 의해 다공질의 폴리우레탄 수지에 의해 차음과 흡음성능이 동시에 발현되어 소음 저감 효과가 가장 우수하며, 발포체의 변형이 줄어들어 우수한 내구성이 발휘될 수 있다.
상기 폴리우레탄 혼합용액은 디이소시아네이트 및 폴리올의 중량비가 1:1 내지 1:2 인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 : 1.887(53 : 100) 일 수 있다.
상기 MDI 및 폴리올은 발포 전 완전히 혼합되어 예비-반응될 수 있으며, 예비 반응된 경우 성질상 보다 안정하고 공기압 타이어의 캐비티 내에 분포시키기가 더 쉬운 발포체의 배합을 간편하게 하고, 단지 발포 반응만을 조절하면 되므로 더 신속한 발포 시간을 달성하게 하며, 특히 접착제를 사용할 필요 없이 액상으로 도포된 발포체를 포함하는 흡음재가 타이어 내부의 트레드부 또는 프라이머에 보다 잘 접착되어 지지체에 대한 접착을 촉진할 수 있다.
상기 폴리올은 발포제 및 기타 통상의 첨가제와 예비 혼합될 수 있다. 상기 폴리우레탄 발포체는 MDI/폴리올의 혼합물을 발포제 또는 발포제 전구체의 존재 하에 반응시켜 당업자에 공지된 방법으로 수행될 수 있다. 화학적 경로를 통해 얻어지는 팽창, 특히 발포제로서 CO2 가스를 연속적으로 생성시키는 물과 이소시아네이트의 반응을 통해 얻어지는 팽창이 사용될 수 있으며, 이와 더불어 무기 발포제 분말을 사용할 수 있다. 상기 무기 발포제 분말은 평균입자 크기가 0.1 내지 5 ㎛ 크기가 바람직하며, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 탄산수소칼륨, 아질산나트륨 등의 무기계 발포제, N,N'-디메틸-N,N'-디니트로소테레프탈아미드, N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민 등의 니트로소 화합물 아조디카본아미드, 아조비스이소부티로니트릴, 아조시클로헥실니트릴, 아조디아미노벤젠, 바륨 아조디카르복실 레이트 등의 아조 화합물 벤젠설포닐히드라지드, 톨루엔설포닐히드라지드, p,p'-옥시비스(벤젠설포닐히드라지드), 디페닐설폰-3,3'-디설포닐히드라지드 등의 설포닐히드라지드 화합물 및 칼슘아지드, 4,4'-디페닐디설포닐아지드, p-톨루엔설포닐아지드 등의 아지드 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
특히, 탄산수소나트륨, 탄산 나트륨, 탄산수소 암모늄, 탄산암모늄, 탄산수소칼륨, 아질산 나트륨 등의 무기 열분해형 발포제는 고온에서 열분해되어 이산화탄소와 수분을 방출시킨 후에 나트륨 이온, 칼륨 이온 이나 암모늄 이온 등의 무기 잔류물을 소량 잔류시키는데, 이러한 무기 잔류물은 핵제를 첨가한 것과 같은 효과가 있다.
따라서, 기공이 미세한 크기로 형성되게 하며 기공의 분포도 균일하게 하며, 종래 폴리우레탄 발포체가 가지고 있는 발포 효과 보다 매우 우수한 발포성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 발포제는 발포효과를 더욱 강화하기 위하여 무기 열분해형 발포제와 무기 열분해형 발포제의 표면에 코팅층이 형성된 발포제를 함께 이종 발포제로 사용할 수 있다. 상기 이종 발포제의 도입으로 조대한 기공과 미세한 기공이 동시에 형성되어 기밀한 발포가 가능하게 된다. 상기 이종 발포제는 표면 코팅층이 형성된 발포제를 혼합 사용할 수 있으며 무기 열분해형 발포제와 무기 열분해형 발포제의 표면에 코팅층이 형성된 발포제는 1:1 중량비가 바람직하고, 표면 코팅층이 형성된 발포제는 코팅층의 영향으로 조기분해되지 않아 표면 코팅층이 형성되지 않은 발포제에 비해 가열에 의한 용융 시간이 증가하여 크기가 작은 기공이 형성되도록 하며, 이에 의해, 조밀한 기공을 갖는 발포층을 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 이종 발포제의 발포효과로 인하여 흡음재를 더욱 경량화할 수 있다.
상기 표면 코팅층이 형성된 발포제는 평균입자 크기가 1 내지 10 ㎛ 크기의 발포제 분말의 표면에 다가알코올을 코팅하여 표면에 보호 코팅층이 형성된 것을 사용할 수 있으며, 폴리비닐알코올이 코팅된 탄산수소나트륨 분말, 폴리비닐알코올이 코팅된 탄산수소칼륨 분말 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐알코올이 코팅된 탄산수소나트륨 분말을 사용한다.
상기 발포제는 상기 폴리우레탄 발포체 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부일 수 있으며, 1 중량부 미만인 경우 발포 비율이 낮아져 요구되는 시트의 밀도를 맞추기 어렵고, 5 중량부 초과인 경우 과다 발포로 인하여 물성이 저하된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 폴리우레탄 발포체를 형성하는 상기 액상 폴리우레탄 혼합용액은 첨가제, 쇄연장제, 가교제, 충전제, 정포제, 저분자량 트리올, 안정제, 촉매, 계면활성제, 항산화제, 개질제, 점도 조절제 또는 증점제, 염료 또는 안료를 더 포함할 수 있다.
상기 안정화제로 음이온계 기포 안정제가 사용될 수 있으며, 음이온계 기포 안정제는 상기 폴리우레탄 발포체 100 중량부를 기준으로 1 내지 3 중량부 일 수 있다. 상기 음이온계 기포 안정제로서, 스테아르산암모늄과 알킬술포숙신산나트륨 혼합사용하는 것이 바람직하다.
상기 촉매로 경화성 촉매, 발포성 촉매가 더 포함될 수 있고, 상기 흡음재의 내노화성을 향상시켜 시간이 경과함에 따라 폴리우레탄 폼이 노화되어 가루가 되는 현상을 지연시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 경화성 촉매는 트리에틸렌 디아민, 디메틸 피페리딘 등이 사용가능하며, 발포성 촉매는 트리에틸아민, N,N'-디메틸 사이클로헥실 아민 등이 사용가능하나, 이에 제한되지 않는다. 대부분의 생산 조건에서는 탈형하는 시간이 존재하는데, 이러한 제한된 시간 범위 내에서 제품의 생산을 종결하기 위해서는 경화성 촉매는 폴리올 100중량부를 기준으로 최대 3 중량부, 발포성 촉매는 최대 2 중량부 내에서 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리우레탄 발포체 100 중량부에 대하여, 경화성 촉매는 0.1 내지 3 중량부일 수 있으며, 발포성 촉매는 0.1 내지 2 중량부 일 수 있다. 경화성 촉매가 0.1 중량부 미만이거나, 발포성 촉매가 0.1 중량부 미만인 경우 모두 경화성이 저하되어 생산성이 떨어진다. 또한, 경화성 촉매가 3 중량부 초과이거나, 발포성 촉매가 2 중량부 초과인 경우 흐름성이 저하되어 가공 불량이 발생할 수 있다.
상기 가교제는 상기 폴리우레탄 발포체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부일 수 있으며, 0.1 중량부 미만인 경우 첨가되는 효과가 미미하며, 5 중량부 초과인 경우 흐름성이 저하되어 불량율이 상승한다.
상기 정포제는 폴리우레탄 발포체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부일 수 있으며, 0.1 중량부 미만인 경우 폴리우레탄 폼이 형성되지 않고, 3 중량부 초과인 경우 닫힌 셀의 과다 발생으로 생산성이 저하된다.
또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 폴리우레탄 발포체는 반응물을 회전하는 타이어의 캐비티 내에서 동시에 폴리우레탄 혼합용액이 분사되고 캐스팅하여 타이어 생산과 동시에 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 폴리우레탄 혼합용액에는 무기첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 무기첨가제는 탄산칼슘, 산화칼슘, 질화규소, 산화규소, 산화알루미늄, 황산바륨, 운모 및 활석으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 무기첨가제는 흡음재의 흡음 성능을 보완하는 역할을 하며, 입경이 작은 것이 흡음 성능의 향상 면에서 유리한데, 2 내지 10 ㎛ 인 것이 바람직하며, 이보다 작은 것은 생산 효율을 저해할 수 있다. 상기 무기첨가제는 폴리우레탄 발포체 100 중량부 기준으로 1 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄 발포체는 상기 폴리우레탄 발포체 100중량부 기준으로 수분함유량이 2 내지 4 중량부일 수 있다. 상기 폴리우레탄 발포체는 상기 폴리우레탄 혼합용액의 발포 시 크림타임(Cream Time)은 0.1 내지 5 초일 수 있으며, 바람직하게는 2초 일 수 있다. 타이어 내부 트레드부에 상기 폴리우레탄 발포체의 발포 부착 시 크림타임 또는 라이징 타임이 빨리 이루어져 360도 방향으로 도포 시 상기 폴리우레탄 발포체가 경화되기 전 흘러내리지 않아 균일한 도포막을 형성할 수 있으며, 도포 시 폭은 80 내지 160mm 인 것이 바람직하다.
본 발명의 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법에 의하면 타이어 내부에 폴리우레탄 혼합용액이 직접적으로 분사되어 기존에 사용되던 스펀지 부착방식에 대비하여 작업이 향상되어 경제적인 작업이 가능하고 소음 저감 타이어의 생산량을 증가시킬 수 있다.
상기 폴리우레탄 혼합용액의 분사는 타이어 둘레방향으로 360도 연속적으로 분사할 수도 있으며, 이산되어 부분적으로 분사할 수도 있다.
상기 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;에서 타이어 트레드부 표면과 노즐의 거리는 0.1 내지 30 cm이며, 상기 타이어의 회전 속도는 5 내지 100 rpm 일 수 있다.
회전 속도가 100 rpm을 초과하는 경우 폴리우레탄 혼합용액이 분사되고 발포되어 형상이 안정되기 전에 변형이 생겨 흡음재의 균일성의 저하 원인이 될 수 있으며, 5 rpm 미만일 경우에는 작업 효율이 저하된다.
상기 트레드부 표면과 노즐의 거리가 0.1 cm 보다 작은 경우 발포체 형성시 노즐에 방해가 되어 균일하고 높은 연속기포(Open Cell) 형성이 어려울 수 있으며, 30 cm 보다 큰 경우 상기 폴리우레탄 발포체가 경화되기 전 흘러내릴 수 있는 문제가 있다.
또한, 상기 타이어 트레드부 표면에 분사되는 흡음재의 높이는 타이어 트레드부 표면에서 비드까지 길이를 기준으로 20 내지 50 % 인 것이 바람직하며, 더욱 바림직하게는 30 내지 40 % 일 수 있다.
흡음재의 높이가 타이어 트레드부 표면에서 비드까지 길이를 기준으로 20 % 미만인 경우 흡음 성능이 저하되어 소음 저감 효과가 미비하며, 50 %을 초과하는 경우 타이어 중량이 커지며, 오히려 흡음재의 마찰에 의해 소음이 증가하게 된다.
흡음재의 높이는 타이어 트레드부 표면에서 비드까지 길이를 기준으로 30 내지 40% 일 경우 250Hz 부근에서 가장 우수한 흡음성능을 나타낼 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 예로 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
다만, 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1> : 타이어 우레탄 발포체가 포함된 타이어의 제조
타이어 부재를 세척, 건조 후 타이어를 타이어 지그에 거치하여 롤러를 회전시킨 후 타이어 트레드부 표면에 표면 활성화 용액으로 아세톤 희석액 및 TCA가 포함된 액상용액을 도포한 후 폴리올과 디이소시아네이트를 포함하도록 혼합기에 혼합하고, 점도 1,500 mPa·s/25℃의 액상의 폴리우레탄 혼합용액을 노즐을 통해 압송하여 30℃의 온도에서 직접 분사하여 폴리우레탄 발포체를 타이어 둘레방향으로 연속적으로 구성되도록 분사하여 코어 밀도가 25 내지 50 kg/m3, 오버올 밀도가 50 내지 110 kg/m3 인 폴리우레탄 발포체가 형성된 타이어를 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1에서 표면 활성화 용액으로 아세톤 희석액, TCA, 폴리우레탄 올리고머, 염화에틸렌비닐아세테이트 그라프트 화합물 및 3-메르캅토프로필트리메톡시실란이 포함된 액상용액을 도포한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 폴리우레탄 발포체가 형성된 타이어를 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 1에서 폴리우레탄 혼합용액에 이종 발포제로 탄산수소나트륨 및 폴리비닐알코올이 코팅된 탄산수소나트튬을 1:1로의 비율로 폴리우레탄 발포체 100 중량부 기준으로 3 중량부 더 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1에서 표면 활성화 용액을 도포하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 폴리우레탄 발포체가 형성된 타이어를 제조하였다.
<비교예 2>
실시예 1에서 폴리우레탄 발포체를 직접 분사하지 않고 실시예 1과 동일한 폴리올과 디이소시아네이트를 포함하는 액상의 폴리우레탄 혼합용액을 별도로 발포하여 타이어 트레드부에 접착제를 사용하여 부착한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 폴리우레탄 발포체가 형성된 타이어를 제조하였다.
<비교예 3>
실시예 1에서 코어 밀도가 70 kg/m3 이고, 오버올 밀도가 30 kg/m3 인 폴리우레탄 발포체를 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 폴리우레탄 발포체가 형성된 타이어를 제조하였다.
<실험예>
(1) 소음 저감 성능 평가
상기 실시예와 비교예에서 제조된 폴리우레탄 발포체를 포함하는 타이어에 대해 돌기물 통과(Cleat Impact) 평가 시험을 실시하였다. 상기 돌기물 통과 시험은 Cleat impact 시험 장비를 이용하여 250 Hz의 저주파 영역에서 33 psi의 공기압 및 60 km/h의 시험 속도 조건에서 측정하였으며, 일정 간격으로 돌기물을 통과하면서 타이어 내부의 공명음을 측정하여 표 1에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| Peak 저감량(dB) | 9.4 | 10.4 | 9.9 | 9.2 | 5.4 | 8.4 |
상기 표 1을 통해 공명소음 개선여부를 확인결과 저주파영역인 250 Hz 에서 실시예 1 내지 3에 따른 폴리우레탄 발포체의 소음 저감 효과가 비교예 2 내지 3에 따른 폴리우레탄 발포체에 비해 개선된 것을 알 수 있었다.
(2) 접착성 평가
상기 실시예와 비교예에서 제조된 폴리우레탄 발포체를 포함하는 타이어에 대해 실온에서 1kg의 추를 타이어 패브릭 코드(fabric cord)로 묶어, 부착된 흡음재의 사이드에 구멍을 통과시켜 매달아놓고 부착 상태를 확인하는 방법으로 접착성을 측정하였고, 80℃ 및 -15℃에서 ASTM D1623(Type C sample) 시험방법으로 접착력 저하를 확인하여 표 2에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 접착력(N/cm2) | 83 | 87 | 85 | 65 | 72 | 78 | |
| 접착력 저하 수준 (N/cm2) |
80℃ | 4 | 3 | 3 | 8 | 9 | 5 |
| -15℃ | 4 | 4 | 3 | 7 | 8 | 6 | |
(3) 내구성 평가
상기 실시예와 비교예에서 제조된 폴리우레탄 발포체를 포함하는 타이어에 대해 25% ILD를 측정하기 위하여 규정 사이즈의 원형 가압판으로 두께 50mm의 폴리우레판 발포체를 규정속도로 75% 눌렀다가 하중을 제거하고 다시 25% 누르고 20초 후의 하중을 경도 값으로 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
| 경 도 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 25% ILD | 29 | 32 | 31 | 25 | 22 | 24 |
상기 표 3의 결과에서와 같이, 본 발명 실시예 1 내지 3에 따른 폴리우레탄 발포체의 경도가 비교예 1 내지 3에 따른 폴리우레탄 발포체에 비하여 개선된 것을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10 : 타이어
20 : 노즐
30 : 폴리우레탄 발포체
40 : 타이어 트레드
50 : 롤러
20 : 노즐
30 : 폴리우레탄 발포체
40 : 타이어 트레드
50 : 롤러
Claims (7)
- 자동차 타이어 트레드부 표면에 흡음재를 구비한 타이어 내부의 폴리우레탄 발포체 분사 방법으로서,
타이어를 타이어 지그에 거치하여 회전시키는 단계;
상기 타이어의 내부 트레드부 표면을 세척하기 위해 세척용액을 도포하여 표면 이물질을 세척하는 단계;
타이어 트레드부 표면에 두께 0.5 내지 1.5μm인 프라이머층을 형성하도록 표면 활성화 액상용액을 도포하는 단계;
상기 액상용액을 도포 후 점도가 1,300 내지 1,700 mPa·s/25℃인 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 폴리우레탄 혼합용액의 분사는 타이어에 직접적으로 분사하고 타이어 둘레방향으로 연속되도록 구성되며,
상기 표면 활성화 액상용액은 상기 타이어 트레드부의 실리콘 재질을 제거하고, 상기 타이어의 고무 성분이 손상되지 않도록 케톤류 희석액 및 염소화합물로 이루어진 혼합물을 포함하고, 폴리우레탄 올리고머, 염화에틸렌비닐아세테이트 그라프트 화합물 및 3-메르캅토프로필트리메톡시실란을 더 포함하고,
상기 폴리우레탄 혼합용액은 상기 폴리우레탄 발포체 100 중량부를 기준으로 발포제를 3 중량부 포함하며,
상기 발포제는 무기 열분해형 발포제 및 무기 열분해형 발포제의 표면에 코팅층이 형성된 발포제를 1:1 중량비로 포함하며,
상기 표면 코팅층이 형성된 발포제는 평균입자 크기 1 내지 10 ㎛의 발포제 분말의 표면에 다가알코올을 코팅하여 표면에 보호 코팅층이 형성된 것을 포함하며,
상기 폴리우레탄 발포체는 상기 폴리우레탄 발포체 100중량부 기준으로 수분함유량이 2 내지 4 중량부이며, 상기 폴리우레탄 혼합용액의 크림타임은 2초인 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 세척 용액은 메틸카보네이트 및 디브로모메탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리우레탄 발포체는 코어 밀도가 25 내지 50 kg/m3 이고, 오버올 밀도가 50 내지 110 kg/m3 이며,
상기 폴리우레탄 혼합용액의 디이소시아네이트 및 폴리올의 중량비는 1:1 내지 1:2 로 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법.
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- 제1항에 있어서,
상기 액상 폴리우레탄 혼합용액을 분사하여 폴리우레탄 발포체를 형성하는 단계;에서 트레드부 표면과 노즐의 거리는 0.1 내지 30 cm이며, 상기 타이어의 회전 속도는 5 내지 100rpm 인 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 타이어 트레드부 표면에 분사되는 폴리우레탄 발포체의 높이는 타이어 트레드부 표면에서 비드까지 길이를 기준으로 20 내지 50 % 로 형성되는 것을 특징으로 하는 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 폴리우레탄 발포체 분사 방법.
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