KR20130077474A - 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 트레드부; 상기 트레드부를 중심으로 양측으로 각각 연속된 한 쌍의 숄더부; 상기 숄더부 각각에 연속된 한 쌍의 사이드월부; 상기 사이드월부 각각에 연속된 한 쌍의 비드부; 상기 트레드부, 숄더부, 사이드월부 및 비드부 내측에 형성되어 있는 바디 플라이부; 상기 트레드부 내측면과 바디 플라이부 사이에 순차적으로 적층된 벨트부 및 캡플라이부; 및 상기 바디 플라이부 내측에 결합되고, 상기 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부 일부분에 접하는 크림프(crimp)가 1이상 형성된 이너라이너 필름을 포함한 이너라이너부를 포함하는 공기입 타이어에 관한 것이다.

Description

공기입 타이어{PNEUMATIC TIRE}

본 발명은 공기입 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반복적인 변형에 대하여 높은 내구성 및 내피로특성을 나타내어 타이어의 구조의 변형이나 기계적 물성의 저하를 방지할 수 있으며, 타이어를 경량화하여 자동차 연비의 향상시킬 수 있는 공기입 타이어에 관한 것이다.

타이어는 자동차의 하중을 지탱하고, 노면으로부터 받는 충격을 완화하며, 자동차의 구동력 또는 제동력을 지면에 전달하는 역할을 한다. 최근에는 튜브를 사용하지 않으면서 내부에는 30 내지 40 psi 정도의 고압 공기가 주입된 공기입 타이어(또는 튜브리스(tube-less) 타이어)가 통상적으로 사용되는데, 차량 운행 과정에서 내측의 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 카커스 내층에 기밀성이 높은 이너라이너가 배치된다.

자동차의 운행 과정에서는 타이어가 반복적으로 변형되거나 내부에서 고온의 열이 발생할 수 있는데, 이에 따라 타이어의 각 구성 부분이 외형적으로 변형 또는 분리되거나, 이들의 물리/화학적 물성이 크게 저하될 수 있다. 특히, 자동차 운행 과정에서의 변형에 따른 응력이나 고온의 열은 타이어의 숄더부나 사이드월에 집중되게 되는데, 이에 따라 타이어 내부의 이너라이너가 변형되어 파손되거나, 고온으로 인한 결정화 현상 또는 탄성 저하 현상 등이 나타나서, 적절한 기밀성 또는 공기압 유지 성능 등을 발휘하기 어려운 문제가 있었다.

그리고, 이전에는 비교적 공기 투과성이 낮은 부틸 고무 또는 할로 부틸 고무 등의 고무 성분들을 주요 성분으로 하는 타이어 이너라이너가 사용되었는데, 상기 고무 성분들은 상대적으로 낮은 내열성을 가져서 자동차의 운행과정에서 보디 플라이의 내면 고무와 이너라이너 사이에 공기 포켓이 생기거나 이너라이너의 형태나 물성이 변하는 문제점이 있었다.

이에, 공기입 타이어의 숄더부의 구조를 변경하거나, 숄더부 또는 사이드월부 내측에 보강층을 설치하는 등의 방법이 제안되었으나, 이에 따르면 타이어의 두께 및 무게를 감소시키기 어려워졌으며, 자동차 운행 과정에서의 변형에 따른 응력이나 고온의 열에 따른 문제점들을 충분히 해결하지 못하는 문제점이 있었다.

이에 따라, 타이어를 경량화할 수 있으면서도, 우수한 내구성, 내피로특성 및 기계적 물성 등을 충분히 확보할 수 있는 공기입 타이어의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은, 반복적인 변형에 대하여 높은 내구성 및 내피로특성을 나타내어 타이어의 구조의 변형이나 기계적 물성의 저하를 방지할 수 있으며, 타이어를 경량화하여 자동차 연비의 향상시킬 수 있는 공기입 타이어를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, 트레드부; 상기 트레드부를 중심으로 양측으로 각각 연속된 한쌍의 숄더부; 상기 숄더부 각각에 연속된 한쌍의 사이드월부; 상기 사이드월부 각각에 연속된 한 쌍의 비드부; 상기 트레드부, 숄더부, 사이드월부 및 비드부 내측에 형성되어 있는 바디 플라이부; 상기 트레드부 내측면과 바디 플라이부 사이에 순차적으로 적층된 벨트부 및 캡플라이부; 및 상기 바디 플라이부 내측에 결합되고, 상기 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부 일부분에 접하는 크림프(crimp)가 1이상 형성된 이너라이너 필름을 포함한 이너라이너부를 포함하는 공기입 타이어를 제공한다.

이하 발명의 구체적인 구현예에 다른 공기입 타이어에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

발명의 일 구현예에 따르면, 트레드부; 상기 트레드부를 중심으로 양측으로 각각 연속된 한쌍의 숄더부; 상기 숄더부 각각에 연속된 한쌍의 사이드월부; 상기 사이드월부 각각에 연속된 한 쌍의 비드부; 상기 트레드부, 숄더부, 사이드월부 및 비드부 내측에 형성되어 있는 바디 플라이부; 상기 트레드부 내측면과 바디 플라이부 사이에 순차적으로 적층된 벨트부 및 캡플라이부; 및 상기 바디 플라이부 내측에 결합되고, 상기 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부 일부분에 접하는 크림프(crimp)가 1이상 형성된 이너라이너 필름을 포함한 이너라이너부를 포함하는 공기입 타이어가 제공될 수 있다.

본 발명자들은, 1이상의 크림프가 형성된 이너라이너 필름을 사용하고, 주행중 가장 많은 변형이 발생하는 타이어의 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부의 특정 부분에 상기 크림프가 위치하도록 이너라이너부를 설치하여 상기 공기입 타이어을 제조하였다. 이러한 공기입 타이어는 숄더부 또는 사이드월부를 보강하기 위한 구조 변경이나 보강 없이도, 상기 크림프가 반복적인 변형에 대하여 완충 작용을 할 수 있어서 높은 내구성 및 내피로특성을 구현할 수 있으며, 타이어의 구조의 변형이나 기계적 물성의 저하를 방지할 수 있다.

특히, 상기 크림프가 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부 일부분에 위치하면, 크림프의 형태적 특성에 의하여 자동차 운행 과정에서 발생하는 변형에 따른 응력 또는 고온의 열을 효과적으로 분산 및 흡수할 수 있고, 이에 따라, 타이어 각 구성 부분들이 구조적으로 변형되거나 서로 분리되는 현상을 방지할 수 있으며, 이너라이너가 변형, 파손 또는 변성되는 현상도 방지할 수 있다.

상기 크림프(crimp)는 이너라이너 필름에 형성된 사인 곡선 형태의 주름 또는 패턴을 의미한다. 즉, 상기 크림프는 이너라이너 필름의 수평면을 기준으로 일정한 높이 또는 깊이를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 이너라이너 필름에 형성된 크림프는 1mm 내지 5mm, 바람직하게는 2mm 내지 3mm의 깊이를 가질 수 있다. 이러한 깊이는 이너라이너 필름의 수평면을 기준으로 측정한 값일 수 있다.

상기 크림프의 깊이가 너무 크면, 바디 플라이의 고무층 내 보강소재가 직접 이너라이너 필름에 접하게 되어 보강소재와 이너라이너 필름 접촉부에서 충분한 접착이 발생하지 못하게 되고, 이를 방지하기 위해 추가적인 보강고무를 사용하거나 카커스 고무층의 두께를 증가시키면 타이어 전체의 무게가 증가하거나 자동차의 연비가 저하될 수 있다. 또한, 깊이가 과도하게 큰 크림프는 이너라이너 상에 일정 숫자 이상으로 형성시키기 어려울 수 있고, 타이어의 변형에 대하여 충분한 완충 작용이나 변형 감소 효과를 갖지 못할 수 있다.

상기 크림프의 깊이가 너무 작으면, 이너라이너 필름의 탄성에 의하여 타이어 제조 과정의 가류 후 크림프가 적절한 형상을 갖기 어려울 수 있으며, 이에 따라 타이어의 변형에 대하여 충분한 완충 작용이나 변형 감소 효과를 갖지 못할 수 있다.

한편, 상기 이너라이너 필름에는 상술한 크림프가 2이상 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 크림프는 5mm이하, 바람직하게는 0.1mm 내지 2mm의 범위에서 동일한 간격 또는 상이한 간격으로 연속적으로 형성될 수 있다. 상기 크림프의 간격이 너무 크거나 작은 경우, 상기 공기입 타이어가 자동차 운행 과정에서의 변형에 대하여 충분한 완충 작용이나 변형 감소 효과를 갖지 못할 수 있으며, 이에 따라 충분한 내구성이나 주행 성능을 갖지 못할 수 있다.

한편, 상기 '숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부 일부분'은 공기입 타이어의 숄더부 및 사이드월부가 접하는 바디 플라이부의 내측면(타이어 내측 방향) 부분을 의미한다.

상기 사이드월부는 공기입 타이어의 말단의 비드부가 끝나는 지점부터 숄더부까지의 부분이고, 숄더부는 사이드월부의 상단 끝부분에서 트레부 말단까지의 부분으로서, 이러한 숄더부 및 사이드월부의 위치 및 크기는 공기입 타이어의 단면폭, 편평비 및 림의 직경 등에 의하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 크림프가 형성되는 위치는 공기입 타이어의 구체적인 형태, 공기입 타이어의 단면폭, 편평비 및 림의 직경에 의하여 결정될 수 있다.

통상적인 공기입 타이어에서, 상기 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부 일부분은 타이어의 형태나 디자인에 따라서 그 위치가 달라질 수 있으며, 통상적으로 상기 이너라이너 필름의 한쪽 끝단으로부터 전체 길이의 5% 내지 40%, 바람직하게는 10% 내지 37%의 지점에 해당될 수 있다. 즉, 상기 크림프는 상기 이너라이너 필름의 한쪽 끝단으로부터 전체 길이의 5% 내지 40%, 바람직하게는 10% 내지 37%의 지점에 형성될 수 있으며, 상기 트레드부를 중심으로 양쪽에 대칭의 한쌍으로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 타이어 이너라이너에 형성된 크림프(crimp) 중 적어도 하나는 상기 트레드부에서 상기 비드부로 연결되는 구간에서 가장 곡율이 높은 지점에 접할 수 있다. 상기 '곡율'은 타이어의 단면 폭방향에 수평한 선과 상기 타이어 이너라이너의 외부 점점을 이은 선이 만나서 이루는 각도의 변화율을 의미할 수 있으며, 이러한 각도는 도3에 도시된 'θ'일 수 있다. 즉, 상기 타이어 이너라이너에 형성된 크림프 중 적어도 하나는, 타이어 단면 폭방향에 수평한 선과 상기 타이어 이너라이너의 외부 점점을 이은 선이 만나서 이루는 각도의 변화율이 가장 큰 지점에 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 타이어 이너라이너에 형성된 크림프 중 적어도 하나가 상기 트레드부에서 상기 비드부로 연결되는 구간에서 가장 곡율이 높은 지점에 접하고, 다른 크림프들이 상기 하나의 크림프를 중심으로 양쪽에 연속하여 형성될 수 있다.

상기 이너라이너 필름에 형성된 크림프는 1개 이상으로 형성될 수 있으며, 그 개수는 타이어의 구조나 크림프의 깊이에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 크림프의 깊이가 큰 경우 그 개수가 작아질 수 있고, 크림프의 깊이가 작은 경우가 그 개수가 커질 수 있다.

상기 이너라이너 필름에서 크림프가 연속적으로 형성된 구간의 길이는 2cm 내지 7cm일 수 있다. 이러한 크림프가 형성된 구간의 길이는 타이어의 크기나 디자인 또는 타이어의 변형이 집중되는 부분의 크기에 따라 달라질 수 있다. 상기 크림프가 형성된 구간이 너무 짧으면, 주행 중 타이어의 변형에 대한 완충 효과가 줄어들 수 있으며, 상기 구간이 너무 커지면 타이어의 제조공정중 크림프에 의해 바디플라이 고무가 노출되지 않게 하기 위하여 고무의 추가로 사용하여야 하여 타이어의 무게가 크게 증가할 수 있다.

상기 공기입 타이어는 섬유/강철/고무의 복합체로서, 도 1과 같이, 트레드부(Tread), 바디 플라이부(Body Ply), 벨트(Belt)부, 사이드월(Side Wall)부, 이너라이너(Inner Liner), 비드(BEAD)부 및 캡플라이(CAP PLY)부 등을 포함할 수 있다.

상기 트레드부(1)는 노면과 접촉하는 부분으로, 제동, 구동에 필요한 마찰력을 주고 외부 충격을 흡수하는 역할을 한다. 이러한 트레드의 표면에는 일정한 그루브(Groove)가 형성되어 있어 조종안정성, 견인력, 제동성, 배수 등의 기능이 발현될 수 있다.

상기 숄더부(2)는 상기 트레드부를 중심으로 양측으로 각각 연속되어 형성된 구조부로서, 트레드부의 양 끝단과 사이드월부의 상단 사이에 위치한다.

상기 사이드월부(3)는 상기 숄더부 각각에 연속된 구조부로서, 상기 숄더부(2) 아래 부분부터 비드부(9) 사이의 고무층을 말하며 내부의 바디 플라이부(6)를 보호하는 역할을 한다.

상기 비드부(9)는 상기 사이드월부 각각에 연속된 구조부로서, 철사에 고무를 피복한 사각 또는 육각형태의 Wire Bundle로 타이어를 Rim에 안착하고 고정시키는 역할을 한다.

상기 바디 플라이(6)(또는 카커스(Carcass))는 상기 트레드부, 숄더부, 사이드월부 및 비드부 내측에 형성되며, 자동차 차체의 하중을 지지하는 타이어의 골격의 역할을 하고, 일정한 고무 성분 내부에 타이어 코드가 포함되어 있는 구조를 갖는다. 구체적으로, 보디 플라이는 합성 고무 및 천연 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무 성분을 30중량%이상으로 포함하며, 하나 이상의 타이어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 타이어 코드로는 다양한 천연 섬유 또는 레이온·나일론·폴리에스테르 및 케블라 등을 사용할 수 있으며, 가느다란 철사를 꼰 스틸 코드(steel cord)도 사용될 수 있다.

상기 벨트부(5)는 상기 트레드부 내측면과 바디 플라이부 사이에 위치하며, 대부분의 경우에 철사(Steel Wire)로 구성되며, 외부의 충격을 완화시키는 것은 물론 트레드의 접지면을 넓게 유지하여 주행안정성을 확보하는 역할을 한다.

상기 캡플라이부(4)는 상기 벨트부 내측면과 바디플라이부 사이에 위치한 특수 코오드지로서, 주행 시 벨트의 움직임을 최소화하는 역할을 한다.

상기 이너라이너(7)는 종래의 튜브 대신 타이어의 안쪽에 위치하며, 공기누출 방지하는 역할을 한다.

상기 공기입 타이어는 에이펙스(APEX)부를 더 포함할 수 있는데, 이러한 에어펙스부(8)는 비드의 분산을 최소화하고 외부의 충격을 완화하여 비드를 보호하며 성형시 공기의 유입을 방지하는 역할을 하며, 일반적으로 삼각형태의 고무 충진재이다.

한편, 상기 이너라이너 필름은 폴리아마이드계 세그먼트 및 폴리에테르계 세그먼트의 공중합체만을 필름의 기재로서 포함 (consisting essentially of)할 수 있다. 이에 따라, 상기 이너라이너 필름은 고무 계통의 성분 또는 열가소성 수지류의 성분을 기재의 주요 성분으로 하는 이전의 타이어 이너라이너용 필름과 구분될 수 있으며, 추가적인 가황제(vulcanizer)를 필요로 하지 않는 특징을 가질 수 있다. 상기 필름의 기재라 함은, 타이어 이너라이너 필름에서 첨가제 등의 부가적인 분산 성분을 제외하고, 필름의 형상을 유지하는 수지 또는 고무 성분의 기판(substrate)을 의미하는 것으로서, 이전에는 상기 필름의 기재가 다양한 고무 성분 또는 수지 성분을 포함하는 경우가 많았다. 그런데, 상기 타이어 이너라이너 필름은 기재로서 상기 공중합체와 함께 폴리아마이드계 수지 등을 포함할 수도 있지만, 상기 공중합체만을 포함할 수도 있고, 이 경우 다른 수지 또는 고무 성분을 실질적으로 포함하지 않을 수 있다.

상기 폴리아마이드계 세그먼트는 아마이드 그룹(-CONH-)를 포함하는 반복 단위를 의미하며, 중합 반응에 참여하는 폴리아마이드계 수지 또는 이의 전구체로부터 형성될 수 있다.

상기 공중합체의 폴리아마이드계 세그먼트는 하기 화학식 1 또는 화학식2의 반복 단위를 포함할 수 있다.

[화학식1]

상기 화학식1에서, R₁은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기 또는 탄소수 7 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 아릴알킬렌기이다.

[화학식2]

상기 화학식2에서, R₂은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고, R₃은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기 또는 탄소수 7 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 아릴알킬렌기이다.

상기 폴리에테르계 세그먼트는 알킬 옥사이드(alkyl oxide, '-Akyl-O-' 그룹을 포함하는 반복 단위를 의미하며, 중합 반응에 참여하는 폴리에테르계 수지 또는 이의 전구체로부터 형성될 수 있다.

상기 공중합체의 폴리에테르계 세그먼트는 하기 화학식 3의 반복 단위를 포함할 수 있다.

[화학식3]

상기 화학식3에서, R₅는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고, n은 1 내지 100의 정수이고, R₆ 및 R₇은 서로 같거나 다를수 있고, 각각 직접결합, -O-, -NH-, -COO- 또는 -CONH- 이다.

상기 폴리아마이드계 세그먼트와 폴리에테르계 세그먼트를 포함하는 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있으며, 상기 이너라이너 필름이 보다 균일한 물성을 발현하기 위하여 블록 공중합체 인 것이 바람직하다.

상기 폴리아마이드계 세그먼트와 폴리에테르계 세그먼트를 포함하는 공중합체의 중량평균분자량은 50,000 내지 300,000, 바람직하게는 70,000 내지 150,000일 수 있다. 상기 공중합체의 중량평균분자량이 50,000미만이며, 이너라이너 필름에 사용하기 충분한 기계적 물성을 확보하지 못할 수 없고, 낮은 공기투과성으로 Gas barrier성 물성을 갖기 어렵고, 상기 공중합체의 중량평균분자량이 300,000초과이면, 고온으로 가열시 이너라이너 필름의 모듈러스 또는 결정화도가 과하게 증가하여 충분한 탄성 또는 탄성회복율을 확보하기 어려울 수 있다.

한편, 상기 이너라이너 필름은 폴리아마이드계 수지를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 이너라이너 필름은 폴리아마이드계 수지; 및 폴리아마이드(poly-amide)계 세그먼트와 폴리에테르(poly-ether)계 세그먼트를 포함하는 공중합체;를 포함할 수 있다.

상기 이너라이너 필름은 폴리아마이드계 수지에 엘라스토머적 성질을 부여하는 폴리에테르계 세그먼트를 특정 함량으로 포함하는 공중합체를 사용하여 우수한 기밀성과 함께 상대적으로 낮은 모듈러스를 가질 수 있다. 상기 이너라이너 필름에 포함되는 폴리아마이드계 수지는 고유의 분자쇄 특성으로 인하여 우수한 기밀성, 예를 들어 동일 두께에서 타이어에 일반적으로 사용 되는 부틸고무 등에 비해 10 내지 20 배 정도의 기밀성을 나타내며, 다른 수지에 비해 그리 높지 않은 모듈러스를 나타낸다. 그리고, 상기 공중합체의 포함되는 폴리에테르계 세그먼트는 폴리아마이드계 세그먼트 또는 폴리아마이드계 수지들 사이에 결합 또는 분산된 상태로 존재하여, 상기 이너라이너 필름의 모듈러스를 보다 낮출 수 있으며, 상기 이너라이너 필름의 강직도가 상승하는 것을 억제할 수 있고 고온에서 결정화되는 것을 방지할 수 있다.

상기 이너라이너 필름에 사용할 수 있는 폴리아마이드계 수지로는 폴리아마이드계 수지, 예를 들어 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 610, 나일론 612, 나일론 6/66의 공중합체, 나일론 6/66/610 공중합체, 나일론 MXD6, 나일론 6T, 나일론 6/6T 공중합체, 나일론 66/PP 공중합체 및 나일론 66/PPS 공중합체; 또는 이들의 N-알콕시알킬화물, 예를 들어 6-나일론의 메톡시메틸화물, 6-610-나일론의 메톡시메틸화물 또는 612-나일론의 메톡시메틸화물이 있고, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 610 또는 나일론 612를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 폴리아마이드계 수지는 3.0 내지 3.5, 바람직하게는 3.2 내지 3.4의 상대점도(황산96% 용액)를 가질 수 있다. 이러한 폴리아마이드계 수지의 점도가 3.0 미만이면 인성(toughness) 저하로 인하여 충분한 신율이 확보되지 않아 타이어 제조시나 자동차 운행시 파손이 발생할 수 있으며, 상기 이너라이너 필름으로서 가져야 할 기밀성 또는 성형성 등의 물성을 확보하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 폴리아마이드계 수지의 점도가 3.5를 초과하는 경우, 제조되는 이너라이너 필름의 모듈러스 또는 점도가 불필요하게 높아질 수 있으며, 이너라이너가 적절한 성형성 또는 탄성을 갖기 어려울 수 있다.

한편, 폴리아마이드(poly-amide)계 세그먼트와 폴리에테르(poly-ether)계 세그먼트를 포함하는 공중합체는, 폴리아마이드계 수지들 사이에 결합 또는 분산된 상태로 존재하여, 상기 이너라이너 필름의 모듈러스를 보다 낮출 수 있으며, 상기 이너라이너 필름의 강직도가 상승하는 것을 억제할 수 있고 고온에서 결정화되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 공중합체를 포함하는 상기 이너라이너 필름은, 우수한 내구성, 내열성 및 내피로성 등의 기계적 물성을 확보하면서도, 높은 탄성 또는 탄성 회복율을 구현할 수 있다. 이에 따라, 상기 이너라이너 필름이 우수한 성형성을 나타낼 수 있고, 이를 적용한 타이어는 반복적인 변형 및 높은 열이 계속적으로 발생하는 자동차 주행과정에서도 물리적으로 파손되거나 자체의 물성 또는 성능이 저하되지 않을 수 있다.

한편, 상기 공중합체의 폴리에테르계 세그먼트의 함량은 상기 타이어 이너라이너 필름 전체 중량에 대하여 15 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 22 내지 40 중량%일 수 있다. 상기 폴리에테르계 세그먼트의 함량이 이너라이너 필름 전체 중 15중량%미만이면, 타이어 이너라이너 필름의 모듈러스가 높아져서 타이어의 성형성이 저하되거나, 반복적인 변형에 따른 물성 저하가 크게 나타날 수 있다. 상기 폴리에테르계 세그먼트의 함량이 상기 이너라이너 필름 전체 중50중량%를 초과하면, 상기 이너라이너 필름의 기밀성이 저하될 수 있고, 접착제에 대한 반응성이 저하되어 이너라이너가 카커스 층에 용이하게 접착하기 어려울 수 있으며, 상기 이너라이너 필름의 탄성이 증가하여 균일한 필름을 제조하기가 용이하지 않을 수 있다.

상기 폴리에테르계 세그먼트는 상기 폴리아마이드계 세그먼트와 결합되거나, 상기 폴리아마이드계 수지들 사이에 분산된 상태로 존재할 수 있는데, 타이어 제조 과정 또는 자동차의 운행 과정에서 기재 필름층 내에 큰 결정이 성장하는 것을 억제하거나, 상기 기재 필름층이 쉽게 깨어지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 공중합체는, 상기 폴리에테르계 세그먼트가 필름 전체 중량에 대해 10 내지 50 중량%인 범위 내에서, 폴리아마이드(poly-amide)계 세그먼트 및 폴리에테르(poly-ether)계 세그먼트를 6:4 내지 3:7, 바람직하게는 5:5 내지 4:6의 중량비로 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 폴리에테르계 세그먼트의 함량이 너무 작으면 이너라이너 필름의 모듈러스가 높아져서 타이어의 성형성이 저하되거나, 반복적인 변형에 따른 물성 저하가 크게 나타날 수 있다. 또한, 상기 폴리에테르계 세그먼트의 함량이 너무 크면, 상기 이너라이너 필름의 기밀성이 저하될 수 있고, 접착제에 대한 반응성이 저하되어 이너라이너가 카커스 층에 용이하게 접착하기 어려울 수 있으며, 이너라이너 필름의 탄성이 증가하여 균일한 필름을 제조하기 용이하지 않을 수 있다.

또한, 상기 이너라이너 필름에서, 폴리아마이드계 수지 및 공중합체는 6:4 내지 3:7, 바람직하게는 5:5 내지 4:6의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 폴리아마이드계 수지의 함량이 너무 작으면, 상기 이너라이너 필름의 밀도나 기밀성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 폴리아마이드계 수지의 함량이 너무 크면, 상기 이너라이너 필름의 모듈러스가 지나치게 높아지거나 타이어의 성형성이 저하될 수 있으며, 타이어 제조 과정 또는 자동차 운행 과정에서 나타나는 고온 환경에서 폴리아마이드계 수지가 결정화 될 수 있고, 반복적 변형에 의하여 크랙이 발생할 수 있다.

상기 이너라이너 필름은 30 내지 300 ㎛, 바람직하게는 40 내지 250 ㎛, 더욱 바람직하게는 40 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있다. 이러한 타이어 이너라이너 필름은 이전에 알려진 것에 비하여 얇은 두께를 가지면서도, 낮은 공기 투과성, 예를 들어, 200 cc/(㎡ㆍ24hrㆍatm) 이하의 산소 투과도를 가질 수 있다.

한편, 상기 이너라이너 필름은 레조시놀-포르말린-라텍스(RFL)계 접착제를 매개로 상기 바디 플라이부 내측에 결합될 수 있다. 상기 이너라이너용 필름은 상술한 조성 및 특성으로 인하여 접착제 또는 접착층에 대하여 향상된 접착력을 나타낼 수 있고, 추가적인 접착층 또는 고무층을 적층할 필요가 없이 얇고 경량화된 접착층으로도 카커스 층에 견고하고 균일하게 고정될 수 있다.

구체적으로, 상기 레조시놀-포르말린-라텍스(RFL)계 접착제는 레소시놀과 포름알데히드의 축합물 2 내지 32 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량% 및 라텍스 68 내지 98 중량%, 바람직하게는 80 내지 90 중량%를 포함할 수 있다.

상기 레소시놀과 포름알데히드의 축합물은 레소시놀과 포름알데히드를 1:0.3 내지 1:3.0, 바람직하게는 1:0.5 내지 1:2.5의 몰비로 혼합한 후 축합 반응하여 얻어진 것일 수 있다. 또한, 상기 레소시놀과 포름알데히드의 축합물은 우수한 접착력을 위한 화학반응 측면에서 전체 접착층 총량에 대하여 2 중량% 이상으로 포함될 수 있으며, 적정한 내피로특성을 확보하기 위하여 32 중량% 이하로 포함될 수 있다.

상기 라텍스는 천연고무 라텍스, 스티렌/부타디엔 고무 라텍스, 아크릴로니트릴/부타디엔 고무라텍스, 클로로프렌 고무라텍스 및 스티렌/부타디엔/비닐피리딘 고무라텍스로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 될 수 있다. 상기 라텍스는 소재의 유연성과 고무와의 효과적인 가교 반응을 위해 전체 접착층 총량에 대하여 68 중량% 이상으로 포함될 수 있으며, 기재필름과의 화학반응과 접착층의 강성을 위해 98 중량% 이하로 포함된다.

상기 이너라이너 필름과 상기 바디 플라이부를 결합시키는 레조시놀-포르말린-라텍스(RFL)계 접착제는, 0.1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 7㎛, 보다 바람직하게는 0.2 내지 5 ㎛, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 3 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

한편, 상기 발명의 일 구현예의 공기입 타이어는 통상적인 공기입 타이어 방법, 예를 들어 타이어 성형 드럼을 이용한 방법 등을 통하여 제조될 수 있다.

상술한 발명의 일 구현예의 공기입 타이어는, 타이어 성형 드럼 상에 일정한 이너라이너 필름; 바디 플라이부; 비드 와이어; 벨트부; 캡플라이부; 및 트레드부, 숄더부 및 사이드월부 형성을 위한 고무층;을 순차적으로 적층하여 그린 타이어를 제조하고, 이렇게 제조된 그린타이어를 크림프를 형성하기 위한 패턴이 형성된 가류 주형(Mold)에 넣어 압착함으로서 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 크림프를 형성하기 위한 패턴은, 상기 크림프가 타이어의 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 부분에 접할 수 있도록 위치할 수 있다. 또한, 상기 상기 크림프를 형성하기 위한 패턴은 크림프의 깊이와 동일하게 1 mm 내지 5mm의 깊이로 형성될 수 있으며, 5mm이하의 간격으로 2이상 형성될 수 있다.

일반적으로 바디 플라이부를 가능한 얇게 제조하는 것이 타이어의 무게 및 원가 절감을 위하여 바람직하기 때문에, 바디 플라이부에서 타이어 코오드를 둘러싼 고무의 두께가 가장 얇은 곳은 2mm이내가 될 수 있다. 이에 따라, 타이어 제조 공정 중의 가류 단계에서 형성되는 크림프에 의하여 바디 플라이부 중 가장 얇은 곳에서 타이어 코드가 노출되거나 형성되는 크림프와 접할 수 있다. 이에 따라, 상기 바디 플라이부를 적층하기 이전에, 상기 이너라이너 필름에서 크림프가 형성될 수 있는 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 위치에, 타이어 제조 공정 중의 가류 단계에서 크림프에 의하여 바디 플라이부에서 코오드가 노출되지 않도록 0.5mm 내지 5mm의 보강 고무를 추가로 부착할 수 있다.

즉, 상기 공기입 타이어는 상기 바디 플라이부와 상기 크림프가 형성된 이너라이너부의 일 부분 사이에 0.5mm 내지 5mm의 보강 고무층을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 다만, 이러한 보강 고무층을 선택적으로 사용할 수 있는 것으로서, 이너라이너 상의 크림프의 방향, 크림프의 크기 및 개수에 의하여 그 두께 및 포기 결정될 수 있으며, 형성되는 크림프가 매우 작고 적은 경우에는 보강 고무를 투입하지 않고서도 타이어의 제조가 가능하다.

또한, 상술한 발명의 일 구현예의 공기입 타이어는, 크림프가 형성되어야 할 부위의 두께를 다른 부분과 달리하거나 이러한 부위에 특정한 패턴이 형성된 이너라이너 필름을 제조한 이후에, 이를 타이어 성형 드럼 상에 올리고 다른 구조체, 예를 들어 바디 플라이부; 비드 와이어; 벨트부; 캡플라이부; 및 트레드부, 숄더부 및 사이드월부 형성을 위한 고무층;을 순차적으로 적층함으로서 제조될 수 있다.

상기 크림프가 형성되어야 할 부위의 두께를 다른 부분과 달리하거나 이러한 부위에 특정한 패턴이 형성된 이너라이너 필름을 사용하여 타이어의 제조 과정의 팽창 공정이나 가류 공정에 적용함으로서, 상술한 1이상의 크림프가 형성된 이너라이너 필름을 포함하는 공기입 타이어가 제공될 수 있다.

상기 기재 내용을 제외하고, 상기 발명의 일 구현예의 공기입 타이어를 제조하기 위하여 공기입 타이어에 사용할 수 있는 것으로 알려진 장치 및 방법을 큰 제한 없이 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 반복적인 변형에 대하여 높은 내구성 및 내피로특성을 나타내어 타이어의 구조의 변형이나 기계적 물성의 저하를 방지할 수 있으며, 타이어를 경량화하여 자동차 연비의 향상시킬 수 있는, 공기입 타이어가 제공될 수 있다.

도1은 공기입 타이어의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도2는 본 발명의 공기입 타이어의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도3은 타이어의 단면 폭방향에 수평한 선, 타이어 이너라이너의 외부 점점을 이은 선 및 상기 2개의 선이 만나서 이루는 각도(θ)를 도시한 것이다.

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 및 비교예 : 공기입 타이어의 제조>

[ 실시예 ]

1. 타이어 이너라이너 필름의 제조

나일론6수지[상대점도(황산 96% 용액) 3.3]의 50중량%와, 엘라스토머 공중합체 수지(폴리아마이드계 세그먼트50중량% 와 폴리에테르계 세그먼트50중량%를 포함, 절대중량평균분자량이 150,000) 50중량%를 혼합하였다. 상기 혼합물들의 온도를 조절하여 칩간의 응집이 일어나지 않도록 건조한 후, 원료공급부의 온도를 조절하여 상기 혼합물이 압출기 스크류에서 융착되어 피딩 불량이 발생하는 것을 방지하면서 압출 다이로 공급하였다.

그리고, 상기 공급된 혼합물을 260 ℃ 온도에서 T형 다이(다이 갭[Die Gap]- 1.0 mm) 를 통하여 균일한 용융수지 흐름을 유지시키며 압출하고, 25℃로 조절되는 냉각롤 표면에 Air Knife를 사용하며 용융 수지를 균일한 두께의 필름상으로 냉각 고화시켰다. 그리고, 15m/min의 속도로 연신 및 열처리 구간을 거치지 않고 하기 100㎛의 두께를 갖는 미연신 필름을 얻었다. 상기 미연신 기재 필름을 25℃의 온도 및 65%의 상대 습도 조건에서 24시간 동안 에이징을 하였다.

(2) 접착제의 도포

레조시놀과 포름알데히드를 1:2의 몰비로 혼합한 후, 축합 반응시켜 레소시놀과 포름알데히드의 축합물을 얻었다. 상기 레소시놀과 포름알데히드의 축합물 12 중량%와 스티렌/부타디엔-1,3/비닐피리딘 라텍스 88 중량%를 혼합하여 농도 20%인 레조시놀-포르말린-라텍스(RFL)계 접착제를 얻었다.

그리고, 이러한 레조시놀-포르말린-라텍스(RFL)계 접착제를 그라비아 코터를 이용하여 3㎛의 두께로 상기 기재 필름 상에 코팅하고 150 ℃에서 1분간 건조 및 반응시켜 접착층을 형성하였다. 기재 필름 양면에 접착제를 부착하기 위하여 한면을 상기 조건으로 접착 처리후 다시 다른 면을 동일한 조건으로 처리하였다. 다른 면을 접착제 처리할 때 기재 필름의 상호간 점착을 방지하기 위하여 12㎛두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 연신필름을 이형필름으로 투입하여 기재필름과 같이 권취하여 양면이 코팅된 이너라이너 필름을 제조하였다.

이렇게 제조된 이너라이너 기재 필름은 MD 방향 기준으로 상온100% 신장시 모듈러스가 30Mpa 가 되었으며 항복점에서의 모듈러스가 27MPa를 가지고 있었다. 또한 산소투과도는 ASTM D 3895의 방법으로, Oxygen Permeation Analyzer(Model 8000, Illinois Instruments사 제품)을 사용하여 25도 60RH% 분위기하에서 측정하였을 때 72 cc/(㎡ㆍ24hrㆍatm)을 나타내었다.

2. 공기입 타이어의 제조

상기의 제조된 이너라이너 필름을 가지고205R/75R15 규격의 타이어를 제조하여 평가하였다. 이때 바디플라이에 포함되는 코오드로는 1300De'/2ply HMLS 타이어 코오드를 적용하였고, 벨트로는 Steel Cord를 사용하였으며, 캡플라이로는 N66 840De'/2ply 제품을 적용하였다.

구체적으로, 상기 제조된 이너라이너 필름을 타이어 성형 드럼 위에 감싸고, 상기 이너라이너 필름을 고정하기 위하여 3cm 길이를 중첩하고 중첩 부위를 1mm 두께의 타이검으로 고정하였다. 그리고, 크림프가 형성될 위치에 해당하는 이너라이너의 일 부위에 2mm두께의 쇼율더 보강고무 Sheet를 드럼 중앙으로부터 9cm부터 14cm까지 5cm 폭으로 부착하였다.

그리고, 상기 이너라이너 필름 상에 바디 플라이용 고무를 적층하고, 비드 와이어; 벨트부를; 캡플라이부; 및 트레드부, 숄더부 및 사이드월부 형성을 위한 고무층을 순차적으로 형성하여 그린타이어를 제조 하였다.

이렇게 제조된 그린타이어를 성형틀에 넣고 160도 30분 동안 가류를 통하여 타이어를 제조하였다. 이때 가류 블래더가 틀에서 가류중 완전 팽창시 타이어 쇼율더 부위에 해당하는 곧 제조 타이어의 트래드부 중앙으로부터 변부로 9cm~13cm까지 부근에 접촉되는 블래더 부분에 크림프가 형성되도록 깊이 3mm의 음각의 형태로 크림프를 1mm의 폭으로 10개를 연속적 형성하였다.

이렇게 하여 제조된 타이어는 타이어 양쇼율더부 곧 트래드부 중앙으로부터 변부길이 9cm 내지 13cm사이에 2.8mm 깊이의 크림프가 1mm 폭으로 10개 연속적으로 형성된 것을 확인 할 수 있었다.

< 비교예1 : 크림프가 없는 이너라이너 필름을 사용한 공기입 타이어의 제조>

타이어 쇼율더부에 크림프를 형성하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 타이어를 제조하여 그 성능을 비교 하였다.

< 비교예2 : 할로 부틸 고무를 사용한 공기입 타이어의 제조>

실시예의 이너라이너 필름을 사용하지 않고 할로부틸 고무 100 PHR를 사용하여 두께 1.2mm 의 이너라이너 층을 형성하고, 이러한 이너라이너층에서 크림프를 형성하지 않은 점을 제외하고 실시에 1과 동일한 구조의 타이어를 제조하여 그 성능을 비교하였다.

< 실험예 : 공기입 타이어의 성능 측정>

1. 내구성 측정 실험

FMVSS139 타이어 내구성 측정방법을 사용하여 하중을 증가시키며 타이어의 내구성을 실험 평가하였다. 이러한 내구성 측정은 Step Load 방식으로 하중을 증가시키는 Endurance Test와 속도를 증가시키는 High Speed Test의 2가지 방법으로 실시하였으며, 비교예2의 결과를 100으로 하여 실시예 1 및 비교예1의 결과를 비교 평가하였다.

2. 공기압 유지성능 측정

상기 실시예 및 비교예의 타이어 이너라이너 필름을 적용하여 205R/65R16규격에 적용하여 타이어를 제조하였다. 그리고, 제조된 타이어를 ASTM F1112-06법을 이용하여 21℃온도에서 101.3kPa 압력하에 90일간 공기압 유지률(IPR Internal Pressure Retention)을 측정하여 비교 평가하였다.

3. 기타 물성 측정

완성된 타이어의 무게를 측정하여 실시예 및 비교예에서 얻어진 타이어의 무게를 비교 하였다.

타이어 평가 결과

	실시예 1	비교예 1	비교예2
내구성 측정 Endurance Test(%)	99	58	100
내구성 측정 High Speed Test (%)	125	128	100
공기압 유지성능(IPR) [%/3month]	1.3	1.7	2.3
타이어 무게(kg)	8.8	8.65	9.5

상기 표1에 나타난 바와 같이, 특정한 이너라이너 필름을 적용한 실시예1의 타이어는 비교예 2의 타이어 대비 약 0.7kg/본 내지 0.85kg/본의 무게 감소를 가져 올 수 있다는 점이 확인되었다. 또한, 실시예1의 타이어는 이너라이너의 우수한 기밀성(Air Barrier)으로 인하여 비교예2에 대비하여 공기압이 크게 저하되지 않아서, 월등히 우수한 공기압 유지 성능을 갖는 다는 점이 확인되었다.

그리고, 크림프가 형성된 이너라이너부를 포함하는 실시예1의 타이어는 자동차의 운행 또는 타이어의 가혹 변형 조건에서도 내부에 크랙이 발생하지 않아서, Endurance Test에서는 비교예 1에 비하여 크게 높은 내구성을 나타내었다. 또한, 실시예1의 타이어는 할로부틸고무를 이너라이너부로 사용한 비교예2와 동등 수준의 내구성을 나타내었다는 점을 확인할 수 있었다.

A: 크림프
1: 트레드(Tread)부
11: 트레드(Tread) 고무
2: 숄더부
3: 사이드월(Sidewall)부
4: 캡플라이부
5: 벨트(Belt)부
6: 보디 플라이부
7: 이너라이너부
8: 에어팩스
9: 비드(bead)부
91: 비드코어(bead core)
92: 비드필러(bead filler)
12: 사이드고무층(Side Rubber)
13: 쿠션 고무(cushion rubber)

Claims (11)

1. 트레드부;
   상기 트레드부를 중심으로 양측으로 각각 연속된 한 쌍의 숄더부;
   상기 숄더부 각각에 연속된 한 쌍의 사이드월부;
   상기 사이드월부 각각에 연속된 한 쌍의 비드부;
   상기 트레드부, 숄더부, 사이드월부 및 비드부 내측에 형성되어 있는 바디 플라이부;
   상기 트레드부 내측면과 바디 플라이부 사이에 순차적으로 적층된 벨트부 및 캡플라이부; 및
   상기 바디 플라이부 내측에 결합되고, 상기 숄더부 및 사이드월부에 대응되는 바디 플라이부 일부분에 접하는 크림프(crimp)가 1이상 형성된 이너라이너 필름을 포함한 이너라이너부를 포함하는 공기입 타이어.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 이너라이너 필름에 형성된 크림프가 1 mm 내지 5mm의 깊이를 갖는 공기입 타이어.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 이너라이너 필름에 형성된 크림프가 5mm이하의 간격으로 2이상 형성되어 있는, 공기입 타이어.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 크림프가 상기 이너라이너 필름의 한쪽 끝단으로부터 전체 길이의 5% 내지 40%의 지점에 위치하는 공기입 타이어.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 타이어 이너라이너에 형성된 크림프(crimp) 중 적어도 하나는 상기 트레드부에서 상기 비드부로 연결되는 구간에서 가장 곡율이 높은 지점에 접하는 공기입 타이어.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 이너라이너 필름은 폴리아마이드계 세그먼트와 폴리에테르계 세그먼트를 포함하는 공중합체를 포함하는 공기입 타이어.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 이너라이너 필름은 폴리아마이드계 수지를 더 포함하는 공기입 타이어.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 공중합체의 폴리에테르계 세그먼트의 함량이 상기 이너라이너 필름 전체 중량에 대하여 15 내지 50 중량%인 공기입 타이어.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 공중합체는 폴리아마이드(poly-amide)계 세그먼트 및 폴리에테르(poly-ether)계 세그먼트를 6:4 내지 3:7의 중량비로 포함하는 공기입 타이어.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 이너라이너 필름이 상기 폴리아마이드계 수지 및 공중합체를 6:4 내지 3:7의 중량비로 포함하는 공기입 타이어.
    
11. 제6항에 있어서,
    상기 이너라이너 필름은 레조시놀-포르말린-라텍스(RFL)계 접착제를 매개로 상기 바디 플라이부 내측에 결합된 공기입 타이어.
    

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