KR20140099489A - 스터드 타이어 - Google Patents

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KR20140099489A
KR20140099489A KR1020147016125A KR20147016125A KR20140099489A KR 20140099489 A KR20140099489 A KR 20140099489A KR 1020147016125 A KR1020147016125 A KR 1020147016125A KR 20147016125 A KR20147016125 A KR 20147016125A KR 20140099489 A KR20140099489 A KR 20140099489A
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다니엘 파빙
아일리스 바트니니
피에르 레사게
베아뜨리스 로페즈
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꽁빠니 제네날 드 에따블리세망 미쉘린
미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
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Abstract

스터드 타이어(10)가 개시되고, 스터드 타이어의 트레드(20)는 지면과 접촉하는 제 1 부분(201) 및 제 1 부분의 내부에 반경방향으로 배열된 제 2 부분(202)을 포함하고, 적어도 하나의 스터드(30)가 트레드(20)로부터 돌출하고, 상기 스터드의 헤드(70)는 트레드(20)의 제 2 부분(202)에 완전히 고정되고, 트레드(20)의 제 1 부분(201)이 형성되는 고무 화합물의 복소 탄성 계수(G*)(0℃)는 1.5 MPa 미만이고 트레드(20)의 제 2 부분(202)이 제조되는 고무 화합물의 복소 탄성 계수(G*)는 G*(5℃)가 5 MPa 이상이고 G*(20℃)가 0.5G*(5℃) 이하이도록 온도의 함수로서 변경된다.

Description

스터드 타이어{STUDDED TYRE}
본 발명은 스터드들(studs)을 구비하는 빙판(ice) 상에서 주행하기 위한 타이어들[즉, "스터드 타이어들(studded tyres)"]에 관한 것이다.
스터드 타이어들은 예를 들어 빙판면 상의 주행과 같은 겨울철 주행 조건들에서 거동의 견지에서 부인할 수 없는 장점들을 갖는다. 빙판과의 접촉, 더 구체적으로 빙판 내로의 스터드들의 침투는 타이어의 트레드(tread) 패턴 요소들의 파지의 관찰된 감소를 보상한다. 스터드들은 빙판을 스크래치하고 빙판 상에 부가의 힘들을 생성한다.
스터드 타이어들을 사용하는데 있어 어려움들 중 하나는, 이들 타이어들이 비-빙판 도로 상에서 사용될 때, 도로의 표면 조건을 열화시키고 도로의 조기 마모를 유도한다는 사실로 이루어진다. 이 이유로, 다수의 국가들은 스터드형 타이어들을 금지하고 있거나 또는 특정 유형들의 차량 및/또는 제한된 기간들에 이들의 사용을 제한하고 있다.
반경방향 힘이 스터드들 상에 작용될 때 변형되는 고무 조성물로 제조된 베어링 요소들을 스터드들과 조합함으로써 이러한 문제점을 감소시키는 것이 제안되어 있다(일본 특허 JP 63-297109호 참조). 이들 베어링 요소들의 고무 조성물은 이들의 변형에 대한 저항이 온도가 강하할 때 증가하도록 선택된다. 타이어가 빙판 상에서 주행하면, 베어링 요소의 온도는 낮고 그 변형에 대한 저항은 높다. 따라서, 베어링 요소는 스터드에 의해 전달된 힘을 견디고 트레드로부터 돌출하여, 빙판을 스크래치한다. 대조적으로, 타이어가 비-빙판 도로 상에서 주행할 때, 베어링 요소의 온도는 더 높고 변형에 대한 더 낮은 저항을 갖는다. 따라서, 스터드들은 이들이 도로에 접촉하게 될 때마다 트레드 내로 소멸될 수도 있다.
이 접근법은 도로들에 대한 스터드 타이어들의 부정적인 영향이 감소되게 하는 것이 가능하지만, 본 출원인은 스터드 타이어의 작동점이 최적화되지 않기 때문에 제안된 해결책이 여전히 불충분하다는 것을 발견하였다.
제 1 스테이지에서 고무 조성물의 큐브 내에서 스터드들을 가황하고 이 복합재를 트레드 내에 고착하거나 가황하는 것이 또한 제안되어 있다(문헌 JP 58 051134호). 본 발명의 기술적 배경을 정의하는 다른 문헌들을 알기를 원하는 독자는 문헌들 EP 1 055 509호 및 DE 10 2010 015939호의 이익을 참고할 것이다.
본 발명의 목적들 중 하나는 여전히 아스팔트에 더 적은 충격을 가지면서 빙판 상에 우수한 파지력을 갖는 스터드 타이어를 제공하는 것이다.
이 목적은 빙판으로 덮일 수 있는 지면을 따라 주행하도록 의도된 타이어에 의해 성취되고, 이 타이어는
- 지면과 접촉하는 제 1 부분 및 제 1 부분의 내부에 반경방향으로 배치된 적어도 하나의 제 2 부분을 포함하는 트레드로서, 트레드의 제 1 부분은 제 1 고무 조성물로부터 형성되고, 트레드의 제 2 부분은 제 1 고무 조성물과는 상이한 제 2 고무 조성물로부터 형성되는 상기 트레드와,
- 적어도 하나의 스터드로서,
· 트레드 내에 스터드를 고정하도록 의도되고 최대 치수(DT)를 갖는 헤드,
· 빙판과 접촉하게 되도록 의도된 돌기,
· 헤드와 돌기를 연결하는 본체로서, 본체는 대칭축을 갖고, 스터드의 헤드와 본체에 의해 형성된 조립체는 반경방향 높이(HA)를 갖는 본체,
· 본체의 대칭축을 통해 통과하는 종축을 포함하는 적어도 하나의 스터드를 포함하고,
- 상기 적어도 하나의 스터드는 트레드 내에 배치되어,
· 그 종축이 반경방향에 대략 평행하게 되고,
· 스터드가 지면과 접촉하지 않을 때 스터드의 돌기가 트레드로부터 돌출하게 되고,
· 스터드의 본체는 트레드의 제 1 부분과 적어도 부분적으로 접촉하게 되고,
· 스터드의 헤드는 트레드의 제 2 부분에 완전히 고정되게 되고,
- 트레드의 상기 적어도 하나의 제 2 부분은 상기 적어도 하나의 스터드의 헤드를 둘러싸고,
· 스터드의 반경방향 최내측 점으로부터 거리(DI)에 걸쳐 스터드의 헤드의 내부로 반경방향으로 연장하고, 거리(DI)는 스터드의 헤드의 최대 치수(DT)의 40% 이상이고(DI≥0.4DT/2),
· 스터드의 반경방향 최내측 점으로부터 거리(DE)에 걸쳐 스터드의 헤드의 외부로 반경방향으로 연장하고, 거리(DE)는 반경방향 높이(HA)의 40% 이상이고(바람직하게는, 60% 이상임),
· 스터드의 종축으로부터 거리(DP)에 걸쳐 스터드의 종축에 수직인 모든 방향들로 연장하고, 거리(DP)는 스터드의 헤드의 최대 치수(DT) 이상이고,
- 제 1 고무 조성물의 복소 탄성 계수(complex modulus)(G*)(0℃)는 1.5 MPa 미만이고,
- 제 2 고무 조성물의 복수 계수(G*)는 G*(5℃)가 5 MPa 이상이고 G*(20℃)가 0.5G*(5℃) 이하가 되도록 온도에 따라 변한다.
본 출원인에 의해 수행된 시험들은, 이 구성이 빙판 상의 파지력과 스터드의 유해한 효과들 사이의 절충(도로 마모와 차량 내부의 노이즈의 견지에서)을 매우 실질적으로 개선한다는 것을 증명하였다.
제 1 고무 조성물로부터 형성된 스킨이 상기 적어도 하나의 스터드와 트레드의 상기 적어도 하나의 제 2 부분 사이에 배치될 수 있고, 스터드의 표면에 수직으로 측정된 스킨의 두께는 1 mm 이하이다.
일 특정 실시예에 따르면, 타이어는 복수의 스터드들을 포함하고, 타이어에서 트레드는 제 2 고무 조성물로부터 형성된 복수의 제 2 부분들을 포함하고, 각각의 스터드의 헤드는 트레드의 제 2 개별 부분에 완전히 고정된다. 본 실시예는 제 2 고무 조성물의 양을 감소시키는 것을 가능하게 하는데, 이는 이 고무 조성물이 고가이거나 또는 다른 고려사항들이 트레드의 깊이에 다른 고무 조성물들을 제공하는 것을 바람직하게 하면 유리할 수 있다. 이는 또한 트레드 마모가 진행될 때 타이어가 양호한 파지력을 유지하는 것을 가능하게 한다.
대안 실시예에 따르면, 타이어는 복수의 스터드들을 포함하고, 타이어에서 트레드는 제 2 고무 조성물로부터 형성된 단일의 제 2 부분을 포함하고, 모든 스터드들의 헤드들은 이 제 2 부분에 고정된다. 본 실시예는 제조 프로세스의 복잡성을 감소시키기 때문에 유리하다.
제 1 바람직한 옵션에 따르면, 반경방향 높이(HA)는 9 mm 이상, 10 mm 이하이다. 따라서, 스터드들은 트레드 내에 양호하게 고정되고 마모의 견지에서 적합한 긴 수명이 얻어진다.
제 2 바람직한 옵션에 따르면, 스터드의 헤드의 최대 치수(DT)는 8 mm 이상 10 mm 이하이다. 이들 치수들은 트레드 내의 스터드 혼입과 스터드 보유의 용이성 사이의 양호한 절충을 성취하는 것을 가능하게 한다.
제 3 바람직한 옵션에 따르면, 거리(DI)는 4 mm 이상 4.5 mm 이하이다. 이러한 거리는 적당한 트레드 두께를 여전히 유지하면서, 크라운 보강재 산화의 위험을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
제 4 바람직한 옵션에 따르면, 거리(DP)는 1.5DT 이상 2.5DT 이하(1.5DT≤DP≤2.5DT)이다. 더 특히 바람직하게는, DP=2DT이다. 따라서, 제 2 고무 조성물의 효과가 최적화된다.
제 5 바람직한 옵션에 따르면, 상기 적어도 하나의 스터드는 150 W/(m·K) 이상인 열전도도를 갖는 재료로 제조된다. 알루미늄, 금, 구리, 은 또는 심지어 다이아몬드가 모두 이러한 재료들이다.
바람직하게는, 제 2 고무 조성물은 30 phr 이상 60 phr 이하의 함량을 갖는 -25℃ 이상 +20℃ 이하의 유리 천이 온도(Tg)("초고 Tg")를 갖는 제 1 SBR(스티렌-부타디엔 고무) 엘라스토머와, 또한 40 phr 이상 70 phr 이하의 함량을 갖는 적어도 하나의 다른 디엔 엘라스토머를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 제 1 SBR 엘라스토머는 -20℃ 이상 +10℃ 이하의 유리 천이 온도(Tg)를 갖고, 더 바람직하게는 -15℃ 이상 0℃ 이하의 유리 천이 온도(Tg)를 또한 갖는다.
바람직하게는, 상기 다른 디엔 엘라스토머는 폴리부타디엔들, 천연 고무, 합성 폴리이소프렌들 및 이들 엘라스토머들의 혼합물들로부터 선택된다.
바람직한 실시예에 따르면, 제 2 고무 조성물은 30 phr 이상 60 phr 이하의 함량을 갖는 초고 Tg를 갖는 상기 SBR 엘라스토머와, 5 phr 이상 50 phr 이하의 함량을 갖는 BR(폴리부타디엔) 및 10 phr 이상 60 phr 이하의 함량을 갖는 천연 고무의 혼합물을 포함하고, 총 함량은 100 phr이다.
바람직한 실시예에 따르면, 제 2 고무 조성물은 적어도 하나의 실리카 충전재 및 적어도 하나의 카본 블랙을 포함하고, 상기 적어도 하나의 실리카 충전재의 함량은 70 phr 이상 100 phr 이하이고, 상기 적어도 하나의 카본 블랙의 함량은 1 phr 이상 10 phr 이하이다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 고무 조성물은 적어도 하나의 실리카 충전재 및 적어도 하나의 카본 블랙을 포함하고, 상기 적어도 하나의 실리카 충전재의 함량은 10 phr 이상 30 phr 이하이고, 상기 적어도 하나의 카본 블랙의 함량은 60 phr 이상 80 phr 이하이다.
도 1은 종래 기술에 따른 스터드 타이어를 도시하는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 스터드를 도시하는 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 캐비티를 도시하는 도면.
도 4는 종래 기술에 따른 캐비티 내에 삽입된 스터드를 도시하는 도면.
도 5는 편심 돌기(off-center protuberance)를 갖는 스터드를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6 내지 도 8은 각각 본 발명에 따른 타이어의 부분을 도시하는 도면.
용어 "반경방향"을 사용할 때, 당 기술 분야의 숙련자에 의한 단어의 다수의 상이한 사용들 사이에 구별이 행해져야 한다. 첫째, 표현은 타이어의 반경을 칭한다. 이 개념에서, 점(P1)은 점(P2)보다 타이어의 회전축에 더 근접하면, 점(P2)에 대해 "반경방향 내부에"[또는 점(P2)의 "내부에 반경방향으로"] 있다고 일컬어진다. 역으로, 점(P3)은 점(P4)보다 타이어의 회전축으로부터 더 멀리 있으면, 점(P4)에 대해 "반경방향 외부에"[또는 점(P4)의 "외부에 반경방향으로"] 있다고 일컬어진다. 방향은 방향이 더 작은(또는 더 큰) 반경들을 향할 때 "내부(또는 외부)를 향해 반경방향에" 있다고 일컬어진다. 반경방향 거리의 문제일 때, 이 용어의 개념이 또한 적용된다.
둘째로, 스레드(thread) 또는 보강재는 스레드 또는 보강재의 보강 요소가 원주방향에서 80° 이상이지만 90° 이하의 각도를 이룰 때 "반경방향"이라 일컫는다. 본 명세서에서, 용어 "스레드"는 완전히 일반적인 개념으로 이해되어야 하고 고무에 대한 그 접합을 촉진하도록 적용된 표면 처리 또는 스레드의 구성 재료에 무관하게, 모노필라먼트들, 멀티필라먼트들, 코드들, 연사들(twisted yarn) 또는 등가의 조립체들의 형태의 스레드들을 포함한다는 것이 주목될 것이다.
마지막으로, 용어 "반경방향 섹션" 또는 "반경방향 단면"은 여기서 타이어의 회전축을 포함하는 평면 내의 섹션 또는 단면을 의미한다는 것이 이해된다.
"축방향"은 타이어의 회전축에 평행한 방향이다. 점(P5)은 점(P6)보다 타이어의 중간 평면에 더 근접하면, 점(P6)에 대해 "축방향으로 내부에"[또는 점(P6)의 "내부에 축방향으로"] 있다고 일컬어진다. 역으로, 점(P7)은 점(P8)보다 타이어의 중간 평면으로부터 더 멀리 있으면, 점(P8)에 대해 "축방향으로 외부에"[또는 점(P8)의 "외부에 축방향으로"] 있다고 일컬어진다. 타이어의 "중간 평면"은 타이어의 회전축에 수직이고 각각의 비드의 환형 보강 구조체들로부터 등간격에 있는 평면이다. 중간 평면이 임의의 반경방향 섹션에서, 타이어를 2개의 "타이어 반부들"로 분리하는 것으로 언급될 때, 이는 중간 평면이 반드시 타이어의 대칭 평면을 구성하는 것을 의미하지는 않는다. 이 경우에 표현 "타이어 반부"는 타이어의 축방향 폭의 절반에 근접한 축방향 폭을 갖는 타이어의 부분을 나타낸다.
"원주방향"은 타이어의 반경 및 축방향의 모두에 수직인 방향이다.
트레드의 "구름면(rolling surface)"은 여기서 그 사용 압력(service pressure)으로 팽창되고 스터드들이 없는 타이어가 지면을 따라 주행할 때 지면과 접촉하게 되는 트레드 상의 모든 점들을 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 표현 "고무 조성물"은 적어도 하나의 엘라스토머 및 적어도 하나의 충전재를 포함하는 고무 조성물을 나타낸다.
본 명세서에서, 용어 "탄성 계수(G'") 및 "점성 계수(G"")는 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 동적 특성들을 나타낸다. 이들 특성들은 미경화 조성물들로부터 성형된 시험편들 상에 Metravib VA4000의 점도분석기를 사용하여 측정된다. ASTM D 5992(1996년) 표준(2006년 9월에 공개되었지만 1996년에 최초 승인된 버전) 도 X2.1(원형 실시예)에 설명된 것들과 같은 시험편들이 사용된다. 시험편의 직경("d")은 10 mm(따라서 78.5 mm2의 원형 단면적을 가짐)이고, 고무 조성물의 각각의 부분의 두께("L")는 2 mm여서, 5의 "d/L"비를 제공한다(2의 d/L 값을 추천하고 있는 ASTM 표준 패러그래프 X2.4에 언급된 ISO 2856 표준과는 달리).
10 Hz의 주파수에서 교번적인 간단한 전단시에 사인곡선형 응력을 받게 되는 가황 고무 조성물의 시편의 응답이 기록된다. 시험편은 그 평형 위치 둘레에 대칭적으로 부과된 응력(0.7 MPa)을 갖고 10 Hz에서 사인곡선형 전단시에 응력을 받게 된다.
시험편의 조절은 측정 전에 수행된다. 시험편은 이어서, 10 Hz, 100% 피크간 변형에서, 실온에서 사인곡선형 전단시에 응력을 받게 된다.
이 측정은 재료의 고무 평탄역(rubbery plateau)에 대응할 수 있는 온도(Tmax)까지 재료의 유리 천이 온도(Tg) 미만의 온도(Tmin)로부터 분당 1.5℃로 증가하는 온도로 수행된다. 스캔을 시작하기 전에, 시편은 시편 내에 균일한 온도를 갖기 위해 20분 동안 온도(Tmin)에서 안정화된다. 이용된 결과는 선택된 온도(이 경우에, 0℃, 5℃ 및 20℃)에 동적 탄성 전단 계수(G') 및 점성 전단 계수(G")이다.
복소 탄성 계수(G*)는 탄성 계수(G')와 점성 계수(G")의 복소합의 절대값으로서 정의된다.
Figure pct00001
도 1은 그 트레드(20)가 복수의 스터드들(30)을 포함하는 종래 기술에 따른 타이어(10)를 개략적으로 도시한다. 스터드들(30)은 트레드(20)의 고무 블록들(40) 내의 구름면의 전체폭에 걸쳐 배치된다. 물론, 트레드의 중앙 리브(50)가 또한 스터드들(30)을 구비할 수도 있다. 스터드들(30)은 임의의 일정한 스터드들이 타이어가 주행하고 있는 지면과 접촉하도록 타이어의 주연부 주위의 다수의 위치들에 배치된다.
도 2는 종래 기술에 따른 스터드(30)를 개략적으로 도시한다. 스터드(30)는 트레드 내에 스터드(30)를 고정하도록 의도된 헤드(70)를 갖고, 헤드(70)는 최대 치수(DT)를 갖는다. 이 스터드는 스터드(30)가 빙판으로 덮인 지면 상에서 주행하는 타이어 내에 장착될 때 빙판과 접촉하게 되도록 의도된 돌기(60)를 추가로 포함한다. 매우 종종, 돌기(60)는 스터드(30)의 나머지의 것과는 상이한 재료의 도움으로 제조되어, 더 경질의 재료가 매우 높은 기계적 응력을 받게 되는 이러한 부분에 대해 사용될 수 있게 한다. 본체(80)가 헤드를 돌기에 연결한다. 본체는 스터드(30)의 "종축"을 또한 규정하는 대칭축(100)을 갖는다. 스터드의 헤드(70) 및 본체(80)에 의해 형성된 조립체는 여기서 9.5 mm인 반경방향 높이(HA)를 갖는다.
도 3은 타이어(10)의 트레드(20)의 부분을 개략적으로 도시한다. 이 트레드(20)는 캐비티(90)를 구비하고, 각각의 캐비티는 타이어(10)의 트레드(20)의 외부로 개방되고 스터드(30)와 협동하도록 설계된 원통형 부분을 갖는다.
도 4는 스터드(30)의 삽입 후에 트레드(20)[그 구름면(25)과 함께]의 동일한 부분을 개략적으로 도시한다. 트레드(20)를 형성하는 고무 조성물의 탄성도에 기인하여, 트레드(20)는 스터드(30)를 완벽하게 둘러싸고 이를 타이어 내에 단단히 고정한다.
사용된 스터드는 반드시 도 2에 도시된 스터드(30)와 같은 대칭축을 갖는 스터드일 필요는 없다. 도 5에 도시된 스터드와 같은 편심 돌기(60)를 갖는 스터드(30)를 사용하는 것이 완벽히 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 타이어의 부분을 도시한다. 지면과 접촉하는(도면 부호 25에 의해 지시된 구름면에 의해) 제 1 부분(201) 및 제 1 부분(201)의 내부에 반경방향으로 배치되는 제 2 부분(202)을 포함하는 트레드(20)의 부분이 여기에 도시된다. 트레드(20)의 제 1 부분(201)은 제 1 고무 조성물로부터 형성되고, 트레드의 제 2 부분은 제 1 고무 조성물과는 상이한 제 2 고무 조성물로부터 형성된다. 이들 고무 조성물들의 특성들이 이후에 설명될 것이다.
타이어는 트레드 내에 스터드(30)를 고정하도록 의도되고 최대 치수(DT)를 갖는 헤드(70)와, 빙판과 접촉하게 되도륵 의도된 돌기(60)를 갖는 스터드를 포함한다. 본체(80)가 헤드(70)를 돌기(60)에 연결한다. 본체(80)는 회전 대칭축을 갖는다. 스터드(30)의 "종축"(100)은 이 대칭축과 일치한다. 스터드의 헤드(70) 및 본체(80)에 의해 형성된 조립체는 반경방향 높이(HA)(여기서, 9.5 mm)를 갖는다.
스터드(30)는 그 종축(100)이 반경방향에 대략 평행하고 스터드(30)의 돌기(60)가 스터드가 지면과 접촉하지 않을 때(도 6의 경우에서와 같이) 트레드(20)로부터 돌출하도록 트레드(20) 내에 배치된다. 스터드의 본체(80)는 적어도 부분적으로 트레드(20)의 제 1 부분(201)과 접촉한다. 그러나, 스터드(30)의 헤드(70)는 트레드(20)의 제 2 부분(202) 내에 완전히 고정된다. 따라서, 트레드(20)의 제 2 부분(202)은 스터드의 헤드(70)를 둘러싸고 스터드의 반경방향 최내측 점으로부터 거리(DI)에 걸쳐 스터드의 헤드의 내부에 반경방향으로 연장하고, 거리(DI)는 스터드의 헤드의 최대 치수(DT)의 40% 이상이다(DI≥0.4DT/2). 이 경우에, DI=4.2 mm이고, DT=9 mm이다. 따라서, DI는 최대 치수(DT)의 47%이다. 트레드(20)의 제 2 부분(202)은 스터드(30)의 반경방향 최내측 점으로부터 거리(DE)에 걸쳐 스터드(30)의 헤드(70) 외부로 반경방향으로 연장하고, 거리(DE)는 상기 반경방향 높이(HA)의 40% 이상이다. 이 경우에, DE=6.5 mm이고, DE/HA=68%이다. 마지막으로, 트레드(20)의 제 2 부분(202)은 스터드의 종축으로부터 거리(DP)에 걸쳐 스터드의 종축(100)에 수직인 모든 방향들로 연장하고, 거리(DP)는 스터드의 높이의 최대 치수(DT) 이상이다. 도 6에 도시된 경우에, DT=9 mm이고, DP=9 mm이다. 이상적으로, DP는 더 크고 DT의 2배에 대응한다.
이제, 제 1 고무 조성물[트레드(20)의 제 1 부분(201)을 형성함] 및 제 2 고무 조성물[트레드(20)의 제 2 부분(202)을 형성함]을 참조한다.
본 발명의 기본 사상은 빙판 상에서 주행하는 스터드 타이어의 트레드 내의 불균일한 온도 분포로부터 이익을 얻는 것이다. 타이어들에 사용된 고무 조성물들은 이들의 낮은 열전도도[통상적으로 대략 0.3 W/(m·K)]를 특징으로 한다. 이는 예를 들어, 연강[46 W/(m·K)], Al-SiC(175 W/(m·K)] 또는 알루미늄[237W/(m·K)]과 같은 스터드들이 제조되는 재료들의 열전도도보다 훨씬 낮다. 스터드가 빙판과 접촉할 때, 이는 빙판의 온도를 급속하게 취하고, 열이 스터드(특히, 그 헤드, 열교환을 위한 표면적이 큰 경우에)를 둘러싸는 고무 조성물 사이에 전달된다. 따라서, 스터드의 헤드, 즉 트레드(20)의 제 2 부분(202)을 둘러싸는 고무 조성물은 트레드의 대부분[특히, 트레드(20)의 제 1 부분(201)]의 온도 미만인 온도에 있다. 그러나, 빙판 상의 파지력은 빙판과 직접 접촉하는 트레드(20)의 제 1 부분(201)에 의해 완전히 결정된다. 트레드(20)의 제 1 부분(201) 및 제 2 부분(202)을 형성하는 고무 조성물을 주의깊게 선택함으로써, 빙판 상에 우수한 파지력을 갖는 타이어를 얻는 것이 가능하여, 이에 의해 기계적 거동이 주행하고 있는 지면의 온도에 따라 변화한다. 저온에서 강성이지만 고온에서 더 연성인 제 2 고무 조성물[트레드(20)의 제 2 부분(202)을 형성함]이 선택되면, 스터드는 지면이 차가울 때(빙판 상에서 주행하는 타이어) 트레드로부터 돌출하여 유지되고, 지면이 뜨거울 때(빙판으로 덮이지 않은 아스팔트 상에서 주행하는 타이어) 그를 둘러싸는 고무 조성물을 변형함으로써 경사지는 경향을 가질 것이다. 본 출원인은 제 1 고무 조성물의 복소 탄성 계수(G*)(0℃)가 1.5 MPa 미만일 때 그리고 제 2 고무 조성물의 복소 탄성 계수(G*)가 온도에 따라 변경하여 G*(5℃)가 5 MPa 이상이고 G*(20℃)가 0.5G*(5℃) 이하가 되게 될 때 이 효과가 최적화된다는 것을 발견하였다.
표 1은 예로서 이러한 성능을 얻기 위한 제 1 및 제 2 조성물의 레시피(recipe)를 제공한다. 레시피는 phr("per hundred parts of rubber"), 즉 고무의 100 중량부당 중량부로 제공된다. 대응 복소 탄성 계수들이 또한 지시된다.
Figure pct00002
표 1의 주석들(annotations)은 이하와 같다:
(1) 16%의 스티렌 유닛 및 24%의 1,2-유닛의 부타디엔부(Tg=-65℃)를 갖는 SBR 용액,
(2) 4%의 1,2-유닛 및 93%의 cis-1,4-유닛(Tg=-160℃)을 갖는 폴리부타디엔,
(3) 천연 고무,
(4) 엘라스토머 체인(Tg=-12℃)의 단부에 실라놀 기능기를 갖는 44%의 스티렌 유닛 및 41%의 1,2-유닛의 부타디엔부(Tg=-12℃)를 갖는 SBR 용액,
(5) Rhodia로부터의 "Zeosil 1165 MP"["HDS"(고도 분산형 실리카)형],
(6) TESPT 실란 결합제(Evonik로부터의 "S169"),
(7) ASTM N2324 등급 카본 블랙(Cabot으로부터의),
(8) MES 오일(Shell로부터의 "Catenex SNR"),
(9) C5/C9 수지(Exxon Mobil로부터의 "Escorez ECR-373"),
(10) Flexsys로부터의 N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민,
(11) 디페닐구아니딘(Flexsys로부터의 "Perkacit DPG"), 및
(12) N-디클로로헥실-2-벤조티아졸 설펜아미드(Flexsys로부터의 "Santocure CBS").
고무 화합물은 바람직하게는 적어도 하나의 디엔 엘라스토머, 적어도 하나의 보강 충전재 및 적어도 하나의 가교결합 시스템에 기초한다.
용어 "디엔" 엘라스토머(또는 고무)는 공지된 바와 같이, 디엔 모노머들로부터 적어도 부분적으로 얻어진 엘라스토머(즉, 호모폴리머 또는 코폴리머), 즉 공액결합되건 아니건간에 2개의 탄소-탄소 이중 결합들을 갖는 모노머들을 의미한다. 사용된 디엔 엘라스토머는 폴리부타디엔들(BR), 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌들(IR), 스티렌-부타디엔-코폴리머들(SBR), 부타디엔-이소프렌 코폴리머들(BIR), 스티렌-이소프렌 코폴리머들(SIR), 스티렌-부타디엔-이소프렌 코폴리머들(SBIR) 및 이들 엘라스토머들의 혼합물에 의해 형성된 그룹들로부터 바람직하게 선택된다.
바람직한 실시예는 "이소프렌" 엘라스토머, 즉 이소프렌 호모폴리머 또는 코폴리머, 달리 말하면 천연 고무(NR), 합성 폴리이소프렌들(IR), 다양한 이소프렌 코폴리머들 및 이들 엘라스토머들의 혼합물들에 의해 형성된 그룹으로부터 선택된 디엔 엘라스토머를 사용하는 것으로 이루어진다.
이소프렌 엘라스토머는 바람직하게는 천연 고무 또는 cis-1,4 타입의 합성 폴리이소프렌이다. 이들 합성 폴리이소프렌들 중에서, 90% 초과, 더 바람직하게는 98% 초과의 양(mol%)의 cis-1,4 결합들을 갖는 폴리이소프렌들을 사용하는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 실시예들에 따르면, 디엔 엘라스토머는 완전히 또는 부분적으로, 예를 들어 가능하게는 예를 들어 BR 타입의 다른 엘라스토머와 혼합된 SBR 엘라스토머(E-SBR 또는 S-SBR)와 같은 다른 디엔으로 이루어질 수 있다.
고무 조성물은 또한 예를 들어 카본 블랙과 같은 보강 충전재들 또는 실리카와 같은 무기 충전재들, 무기 충전재를 결합하기 위한 결합제들, 시효방지제들, 산화방지제들, 가소제들 또는 방향족 또는 비방향족 성질을 갖건간에(특히, 예를 들어 30℃ 초과의 높은 Tg를 갖는 가소성 수지들, MES 또는 TDAE 오일들, 높은 또는 바람직하게는 낮은 점도를 갖는 나프텐 또는 파라핀 타입의 비방향족 또는 매우 약간의 방향족 오일들) 신전유들(extender oils), 조성물들을 그린 상태로 처리하는 것을 더 용이하게 하는 처리 보조제들, 점착 수지들, 황 또는 황 공여자들에 기초하는 가교결합 시스템 및/또는 페록사이드계 가교결합 시스템, 가속화제들, 가황 활성화제들 또는 지연제들, 역전 방지제들, 예를 들어 HMT(헥사메틸렌테트라아민) 또는 H3M(헥사메톡시-메틸멜라민), 보강 수지들(레소시놀 또는 비스말레이미드)과 같은 메틸렌 수여자들 및 공여자들, 및 예를 들어 특히 코발트 또는 니켈염 타입의 금속염의 공지의 접착 촉진제 시스템들과 같은 타이어들의 제조를 위해 의도된 고무 매트릭스들에 통상적으로 사용된 첨가제들의 전체 또는 일부를 또한 포함할 수 있다.
조성물들은 당 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 2개의 연속적인 준비 페이즈들, 즉 110℃ 내지 190℃, 바람직하게는 130℃ 내지 180℃의 최대 온도까지의 고온에서의 제 1 열기계적 가공 또는 혼합 페이즈("비생산적" 페이즈라 칭함), 그 후에 통상적으로 110℃ 미만의 더 저온까지에서의 제 2 기계적 가공 페이즈("생산적" 페이즈라 칭함)를 사용하여 적합한 믹서들 내에서 제조되고, 이 마무리 페이즈 중에 가교결합 시스템이 혼입된다.
예를 제공하기 위해, 가교결합 또는 가황 시스템을 제외한 모든 필수적인 기본 성분들 및 다른 첨가제들이 표준 내부 믹서와 같은 적합한 믹서 내로 도입되는 동안에, 비생산적 페이즈가 단일의 열기계적 단계에서 수행되어 몇분 동안(예를 들어, 2분 내지 10분) 지속되었다. 이와 같이 얻어진 혼합물이 냉각된 후에, 가황 시스템은 이어서 2-롤 개방 밀과 같은 외부 믹서 내에 혼입되고, 저온(예를 들어, 30℃ 내지 100℃)에서 유지되었다. 모든 성분들은 이어서 몇분(예를 들어, 5분 내지 15분) 동안 혼합되었다(생산 페이즈 중에).
이와 같이 얻어진 최종 조성물은 이어서 특징화를 위한 시트 또는 장식판(plaque)의 형태로 캘린더링되거나 또는 또한 예를 들어 본 발명에 따른 타이어에 사용된 외부 트레드를 형성하기 위해 압출된다.
가황(또는 경화)은 이어서 일반적으로 130℃ 내지 200℃의 온도에서, 바람직하게는 압력 하에서, 특히 경화 온도, 채택된 가황 시스템 및 당해의 조성물의 가황의 비율에 따라 예를 들어 5 내지 90분으로 다양할 수도 있는 충분한 시간 동안 공지의 방식으로 수행될 수 있다.
도 6에 도시된 실시예는 각각의 스터드의 헤드가 트레드의 제 2 개별 부분에 완전히 고정되는 경우에 대응한다. 본 실시예는 제 2 고무 조성물의 양을 감소시키는 것을 가능하게 하는데, 이는 이 고무 조성물이 고가이거나 또는 다른 고려사항들이 트레드의 깊이 내에 다른 고무 조성물들을 제공하는 것을 바람직하게 하면 유리할 수도 있다.
그러나, 다른 유리한 실시예들이 존재한다. 특히, 트레드(20)가 제 2 고무 조성물로부터 형성된 단일의 제 2 부분(202)을 포함하는 것이 가능하고, 모든 스터드들(30)의 헤드들(70)은 이 제 2 부분(202)에 고정된다. 도 7에 개략적으로 도시된 본 실시예는 제조 프로세스의 복잡성을 감소시키는 한에 있어서는 유리하다. 이는 타이어의 크라운 보강재 상에 간단히 배치함으로써 제 2 부분(202)을 적용하는 것이 가능하기 때문이다.
제 1 고무 조성물로부터 형성된 스킨(2010)은 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이 트레드의 스터드(30)와 제 2 부분(202) 사이에 배치될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 이는 실제로 원하는 구성이 아니라, 캐비티를 성형하기 위해 제공된 요소들이 미경화 트레드에 침투하고 제 1 고무 조성물의 작은 부분이 캐비티의 하부 부분을 향해 크리프하게 할 때, 트레드 내에 캐비티들을 성형함으로써 발생될 수도 있는 구성이다. 따라서 트레드의 스터드와 제 2 부분 사이의 제 1 고무 조성물로부터 형성된 얇은 스킨의 형성을 야기할 수 있는 이 크리프는 스터드의 표면에 수직으로 측정된 스킨의 두께가 1 mm 이하이면, 본 발명에 따른 타이어의 성능에 어떠한 상당한 영향도 미치지 않는다.
본 출원인은 Audi A4 차량 상에 장착된 205/55 R16 사이즈의 타이어로 빙판 및 아스팔트 상에서 비교 시험들이 수행되었다. 도 7에 도시된 유형의 타이어(표 1의 고무 조성물을 갖는)는 등가의 타이어와 비교되었고, 그 유일한 차이점은 트레드(20)의 제 2 부분(202)이 트레드의 제 1 부분(201)과 동일한 조성물, 즉 표 1의 제 1 고무 조성물로부터 제조되었다.
빙판 파지력 도로 마모
표본 타이어 100 100
본 발명에 따른 타이어 115 100
이는 본 발명에 따른 타이어가 도로 마모에 전혀 영향을 미치지 않고 더 양호한 빙판 파지력을 갖는 것을 나타낸다.

Claims (10)

  1. 빙판으로 덮일 수 있는 지면을 따라 주행하도록 의도된 타이어(10)로서,
    - 지면과 접촉하는 제 1 부분(201) 및 상기 제 1 부분의 내부에 반경방향으로 배치된 적어도 하나의 제 2 부분(202)을 포함하는 트레드(20)로서, 상기 트레드(20)의 제 1 부분(201)은 제 1 고무 조성물로부터 형성되고, 상기 트레드(20)의 제 2 부분(202)은 상기 제 1 고무 조성물과는 상이한 제 2 고무 조성물로부터 형성되는 상기 트레드(20)와,
    - 적어도 하나의 스터드(30)로서,
    · 상기 트레드(20) 내에 상기 스터드를 고정하도록 의도되고 최대 치수(DT)를 갖는 헤드(70),
    · 빙판과 접촉하게 되도록 의도된 돌기(60),
    · 상기 헤드(70)와 상기 돌기(60)를 연결하는 본체(80)로서, 상기 본체(80)는 대칭축을 갖고, 상기 스터드(80)의 헤드(70)와 본체(80)에 의해 형성된 조립체가 반경방향 높이(HA)를 갖는 상기 본체(80),
    · 상기 본체(80)의 대칭축을 통해 통과하는 종축(100)을 포함하는 상기 적어도 하나의 스터드(30)를 포함하고,
    - 상기 적어도 하나의 스터드(30)는 상기 트레드(20) 내에 배치되어,
    · 그 종축(100)이 반경방향에 대략 평행하게 되고,
    · 상기 스터드(30)가 지면과 접촉하지 않을 때 상기 스터드(30)의 돌기(60)가 상기 트레드(20)로부터 돌출하게 되고,
    · 상기 스터드(30)의 본체(80)는 상기 트레드(20)의 제 1 부분(201)과 적어도 부분적으로 접촉하게 되고,
    · 상기 스터드(30)의 헤드(70)는 상기 트레드(20)의 제 2 부분(202)에 완전히 고정되게 되고,
    - 상기 트레드(20)의 상기 적어도 하나의 제 2 부분(202)은 상기 적어도 하나의 스터드(30)의 헤드(70)를 둘러싸고,
    · 상기 스터드(30)의 반경방향 최내측 점으로부터 거리(DI)에 걸쳐 상기 스터드(30)의 헤드(70)의 내부로 반경방향으로 연장하고, 상기 거리(DI)는 상기 스터드(30)의 헤드(70)의 최대 치수(DT)의 40% 이상이고(DI≥0.4DT/2),
    · 상기 스터드(30)의 반경방향 최내측 점으로부터 거리(DE)에 걸쳐 상기 스터드(30)의 헤드(70)의 외부로 반경방향으로 연장하고, 상기 거리(DE)는 상기 반경방향 높이(HA)의 40% 이상이고,
    · 상기 스터드(30)의 종축(100)으로부터 거리(DP)에 걸쳐 상기 스터드의 종축(100)에 수직인 모든 방향들로 연장하고, 상기 거리(DP)는 상기 스터드(30)의 헤드(70)의 최대 치수(DT) 이상이고,
    - 상기 제 1 고무 조성물로부터 형성된 스킨(2010)은 상기 적어도 하나의 스터드(30)와 상기 트레드(20)의 상기 적어도 하나의 제 2 부분(202) 사이에 배치될 수 있고, 상기 스터드(30)의 표면에 수직으로 측정된 상기 스킨(2010)의 두께는 1 mm 이하이고,
    - 상기 제 1 고무 조성물의 복소 탄성 계수(G*)(0℃)는 1.5 MPa 미만이고,
    - 상기 제 2 고무 조성물의 복수 계수(G*)는 G*(5℃)가 5 MPa 이상이고 G*(20℃)가 0.5G*(5℃) 이하가 되도록 온도에 따라 변하는 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 타이어(10)는 복수의 스터드들(30)을 포함하고, 상기 타이어에서 상기 트레드(20)는 상기 제 2 고무 조성물로부터 형성된 복수의 제 2 부분들(202)을 포함하고, 상기 각각의 스터드(30)의 헤드(70)는 상기 트레드(20)의 제 2 개별 부분(202)에 완전히 고정되는 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 타이어(10)는 복수의 스터드들(30)을 포함하고, 상기 타이어에서 상기 트레드(20)는 상기 제 2 고무 조성물로부터 형성된 단일의 제 2 부분(202)을 포함하고, 상기 모든 스터드들(30)의 헤드들(70)은 상기 제 2 부분(202)에 고정되는 타이어.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반경방향 높이(HA)는 9 mm 이상, 10 mm 이하인 타이어.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리(DE)는 상기 반경방향 높이(HA)의 60% 이상인 타이어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스터드(30)의 헤드(70)의 최대 치수(DT)는 8 mm 이상 10 mm 이하인 타이어.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리(DI)는 4 mm 이상 4.5 mm 이하인 타이어.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리(DP)는 1.5DT 이상 2.5DT 이하(1.5DT≤DP≤2.5DT)인 타이어.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 거리(DP)는 상기 스터드(30)의 헤드(70)의 최대 거리(DT)의 2배인(DP=2DT) 타이어.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스터드(30)는 알루미늄 또는 구리로 제조되는 타이어.
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