KR20220076295A - 경량화된 고무 보강재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 타이어 - Google Patents

경량화된 고무 보강재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 타이어 Download PDF

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KR20220076295A
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Abstract

본 발명은 경량화된 고무 보강재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 얇은 두께와 가벼운 무게를 가지면서도 우수한 내구성을 갖는 고무 보강재가 제공된다. 상기 고무 보강재는 타이어를 경량화하면서도 향상된 구름 저항성의 발현을 가능하게 한다.

Description

경량화된 고무 보강재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 타이어{RUBBER REINFORCING MATERIAL WITH REDUCED WEIGHT, METHOD OF PREPARING THE SAME AND TIRE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 타이어의 중량을 감소시킬 수 있는 경량화된 고무 보강재와 그 제조 방법 및 이러한 고무 보강재를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
자동차의 성능이 점차 향상되고 도로 상황이 개선됨에 따라, 자동차의 고속 주행 시에 타이어의 안정성과 내구성을 유지할 것이 요구되고 있다. 또한, 환경 문제, 에너지 문제 및 연료 효율 등을 고려하여 가벼우면서도 내구성이 우수한 타이어가 요구되고 있다. 이러한 요구에 부합하기 위한 하나의 방안으로, 타이어의 고무 보강재로 사용되는 타이어 코드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
타이어 코드는 사용되는 부위 및 역할에 따라 구분될 수 있다. 예를 들어, 타이어 코드는 타이어를 전체적으로 지지하는 카카스, 고속 주행에 따른 하중 지지 및 변형을 방지하는 벨트, 벨트의 변형을 방지하는 캡플라이로 크게 구분될 수 있다(도 1 참조).
타이어 코드에 사용되는 소재로는 나일론, 레이온, 아라미드, 및 폴리에스테르 등을 예로 들 수 있다.
일반적으로, 타이어 코드는 고무와의 접착을 위해 고무 성분과 함께 압연된다. 즉, 타이어 제조 과정에서 압연 공정이 수반된다. 그런데, 타이어의 제조 과정에서 타이어 코드와 고무의 접착을 위한 압연 공정이 적용되는 경우, 공정 비용이 증가하며, 압연으로 인해 타이어의 밀도가 필요 이상으로 증가하여 타이어의 무게가 불필요하게 증가할 수 있다.
타이어 코드에 고무를 압연하는 공정에서는 일반적으로 고체 상태의 고무가 사용된다. 그런데, 이와 같은 고체 상태 고무의 압연에 의해 형성된 제품은 200 ㎛ 이하, 특히 5 ㎛ 내지 30 ㎛ 정도의 얇은 박막 형태로 만들어지기 어려우며, 이러한 제품이 고무 보강재로 사용되는 경우 타이어의 두께 및 무게가 증가한다.
최근 타이어 제조사에서는 타이어의 초경량화 및 보강재의 경량화를 위해 고무층의 두께를 감소시키고자 한다. 구름 저항(rolling resistance, R/R)은 타이어의 무게와 관련이 있으며, 자동차의 연료 소비와 이산화탄소 배출에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 구름 저항(R/R)이 클수록 자동차의 주행시 필요한 에너지가 증가한다. 또한, 자동차의 회전, 경사, 가속에 대한 저항은 자동차 무게와 밀접한 관련이 있다. 따라서, 타이어 경량화를 통해 자동차를 경량화하고, 그 결과 에너지 소비가 감소되도록 하는 연구도 진행되고 있다.
본 발명은 얇은 두께를 가지면서도 우수한 내구성을 갖는 타이어용 고무 보강재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 얇은 두께를 가지면서도 우수한 내구성을 갖는 고무 보강재의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명은 상기 고무 보공재를 포함하는 타이어를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면,
섬유 기재;
상기 섬유 기재 상에 배치된 접착층; 및
상기 접착층 상에 배치된 고무 컴파운드 층을 포함하고,
상기 고무 컴파운드 층은 2 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께, 150 초 내지 220 초의 t50 값, 및 300 초 내지 350 초의 t90 값을 가지는,
고무 보강재가 제공된다.
여기서, 상기 t50 값은 ASTM D2084의 표준 시험법에 따라 레오미터에서 측정되는 상기 고무 컴파운드 층의 최대 가교밀도의 50%에 도달하는데 필요한 시간(초)이고, 상기 t90 값은 상기 최대 가교밀도의 90%에 도달하는데 필요한 시간(초)이다.
본 발명의 다른 일 구현 예에 따르면,
섬유 기재를 준비하는 단계,
섬유 기재 상에 접착층을 형성하는 단계, 및
상기 접착층 상에 고무 컴파운드 액을 도포하고 열처리하여 고무 컴파운드 층을 형성하는 단계를 포함하고;
상기 고무 컴파운드 액은, 50 내지 120 ℃ 및 30 내지 50 rpm 하에서 상기 고무 컴파운드 액에 포함되는 어느 하나의 성분을 첨가한 후 30 내지 120 초 동안 교반하면서 순차로 혼합하여 준비되는,
상기 고무 보강재의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면, 상기 고무 보강재를 포함하는 타이어가 제공된다.
이하, 본 발명의 구현 예들에 따른 고무 보강재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 타이어에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 통상의 기술자들에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 상기 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 예를 들어 '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
본 명세서에서, 예를 들어 '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 '적어도 하나'의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 '제1' 및 '제2'와 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되며, 상기 서수에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위 내에서 제1 구성요소는 제2 구성요소로도 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
I. 고무 보강재
발명의 일 구현 예에 따르면,
섬유 기재;
상기 섬유 기재 상에 배치된 접착층; 및
상기 접착층 상에 배치된 고무 컴파운드 층을 포함하고,
상기 고무 컴파운드 층은 2 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께, 150 초 내지 220 초의 t50 값, 및 300 초 내지 350 초의 t90 값을 가지는,
고무 보강재가 제공된다.
(여기서, 상기 t50 값은 ASTM D2084의 표준 시험법에 따라 레오미터에서 측정되는 상기 고무 컴파운드 층의 최대 가교밀도의 50%에 도달하는데 필요한 시간(초)이고, 상기 t90 값은 상기 최대 가교밀도의 90%에 도달하는데 필요한 시간(초)이다.)
본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 상기 물성의 고무 컴파운드 층을 포함하는 고무 보강재는 얇은 두께를 가지면서도 우수한 내구성을 나타낼 수 있음이 확인되었다.
상기 구현예의 고무 보강재는 상기 고무 컴파운드 층을 포함하여 균일한 물성을 나타낼 수 있으면서도 고무에 대해 우수한 접착력을 가지기 때문에, 타이어 제조 과정에서 압연 공정을 거치지 않고도, 고무와 강력하게 접착될 수 있다. 그에 따라 상기 고무 보강재는 타이어 제조 비용의 절감을 가능하게 하고, 압연으로 인해 타이어의 밀도와 무게가 불필요하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 고무 보강재는 고무에 대한 우수한 접착력을 가져, 그린타이어 제조시 에어 포켓(air pocket)이 감소하여 타이어의 불량률을 낮출 수 있다.
상기 고무 보강재는 얇은 두께를 가져 타이어의 초경량화를 위해 고무층의 두께를 감소시키고자 하는 요구를 만족시킬 수 있다. 나아가, 상기 고무 보강재는 타이어의 구름 저항을 낮출 수 있고, 자동차의 연비 개선을 가능하게 한다. 특히, 상기 고무 보강재는 전기 자동차의 연비 개선과 주행 성능 향상을 가능하게 한다.
도 2 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고무 보강재(201, 301)에 대한 개략적인 단면도이다.
상기 고무 보강재(201, 301)는 섬유 기재(210, 110), 상기 섬유 기재(210, 110) 상에 배치된 접착층(220) 및 상기 접착층(220) 상에 배치된 고무 컴파운드 층(230)을 포함한다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 섬유 기재는 합연사(110)와 같은 섬유 얀(yarn), 및 경사(warp yarn)와 위사(weft yarn)로 제직된 텍스타일 기재(210) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 섬유 얀은 둘 이상의 하연사(111, 112)가 상연되어 이루어진 합연사(110)일 수 있다. 상기 하연사는 나일론, 레이온, 아라미드, 폴리에스테르, 및 면으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
상기 합연사는 서로 다른 소재인 하연사가 상연되어 이루어진 하이브리드 합연사를 포함한다. 예를 들어, 상기 하이브리드 합연사는 나일론 하연사 및 아라미드 하연사를 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 합연사(110)는 제1 하연사(111) 및 제2 하연사(112)를 포함하고, 제1 하연사(111)와 제2 하연사(112)는 함께 상연되어 있다. 제1 하연사(111)는 제1 꼬임 방향을 갖고, 제2 하연사(112)는 제2 꼬임 방향을 갖고, 제1 하연사(111)와 제2 하연사(112)는 함께 제3 꼬임 방향으로 상연되어 있다. 여기서, 제2 꼬임 방향은 제1 꼬임 방향과 동일한 방향일 수 있고, 제3 꼬임 방향은 상기 제1 꼬임 방향의 반대 방향일 수 있다. 그러나 꼬임 방향이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 꼬임수와 제2 꼬임수는 동일하거나 다를 수 있다. 제1 하연사(111)와 제2 하연사(112)는, 예를 들어, 150 내지 500 TPM (twist per meter)의 꼬임수를 가질 수 있다.
상기 텍스타일 기재(210)에서, 상기 경사 및 상기 위사는 각각 독립적으로 나일론, 레이온, 아라미드, 폴리에스테르, 및 면으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 경사는 나일론, 레이온, 아라미드, 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 그리고, 바람직하게는, 상기 위사는 나일론, 레이온, 아라미드, 폴리에스테르, 및 면으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
한편, 상기 고무 보강재(201, 301)는 상기 섬유 기재(210, 110) 상에 배치된 상기 접착층(220)을 포함한다.
상기 접착층(220)은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)를 포함한다.
예를 들어, 상기 접착층(220)은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL) 및 용제를 포함하는 접착 코팅액에 의해 형성될 수 있다.
상기 레조시놀-포름알데하이드-라텍스는 접착 성분으로 작용한다. 레조시놀-포름알데하이드-라텍스는, 특히 섬유 기재(210, 110)와 고무 성분들 사이의 친화도 및 접착력을 향상시킨다. 그에 따라, 상기 접착층(220)은 섬유 기재(210, 110)와 고무 컴파운드 층(230)의 내적인 접착력을 향상시키고, 고무 보강재(201, 301)와 고무(예를 들어, 트레드 등) 사이의 외적인 접착력을 향상시킨다.
이에 따라, 상기 섬유 기재(210, 110)와 고무 컴파운드 층(230)이 서로 분리되지 않고 안정적으로 부착될 수 있으며, 타이어(101)의 제조 과정에서 불량율을 낮출 수 있다.
한편, 상기 고무 보강재(201, 301)는 상기 접착층(220)에 배치된 고무 컴파운드 층(230)을 포함한다.
상기 고무 컴파운드 층(230)은 천연 고무 및 합성 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 탄성 중합체를 포함할 수 있다.
상기 고무 컴파운드 층(230)은 상기 탄성 중합체를 포함한 액체 상태의 고무 컴파운드 액을 상기 접착층(220) 상에 도포하여 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 고무 보강재(201, 301)는, 고체 상태의 고무를 사용하는 압연 공정을 통해서는 달성하기 어려운, 얇은 두께의 고무 컴파운드 층(230)을 가질 수 있다. 고무 컴파운드 층(230)의 두께가 얇아짐에 따라, 이를 포함하는 고무 보강재(201, 301) 및 상기 고무 보강재를 포함하는 타이어(101)의 경량화에도 기여할 수 있다.
상기 고무 컴파운드 층(230)은 탄성 중합체, 황, 가황 촉진제, 및 가류 지연제를 포함하는 고무 컴파운드 액으로부터 형성될 수 있다.
상기 탄성 중합체는 천연 고무 및 합성 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성 중합체는 천연 고무(NR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR), 이소부틸렌 고무(IBR), 이소프렌 고무(IR), 니트릴 고무(NBR), 부틸 고무, 및 네오프렌 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무일 수 있다.
상기 고무 컴파운드 액은 소련제, 카본 블랙, 프로세스 오일, 활성제, 노화 방지제, 석유 수지, 및 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 고무 컴파운드 액은 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌, 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나의 용매를 포함할 수 있다.
상기 고무 컴파운드 층(230)은 2 ㎛ 내지 200 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 150 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 혹은 10 ㎛ 내지 40 ㎛, 혹은 20 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께(t1)를 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고무 컴파운드 층(230)의 두께(t1)는 접착층(220)과 접하는 고무 컴파운드 층(230)의 일면에서부터 접착층(220)과 반대쪽에 위치하는 고무 컴파운드 층(230)의 다른 일면까지의 최장 거리로 측정된다.
종래의 고무 보강재는 섬유 기재 상에 고무 기재가 압연되어 고무층이 형성되므로, 상기 고무층이 일반적으로 1 mm 이상의 두께, 적어도 0.8 mm 이상의 두께를 가지게 된다.
그에 비하여, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 상기 고무 컴파운드 액에 의해 형성되어 200 ㎛ 이하의 얇은 두께를 가질 수 있다. 이에 따라 고무 보강재(201, 301)의 전체 두께가 얇아질 수 있고, 나아가 고무 보강재(201, 301)를 포함하는 타이어(101)의 두께가 얇아질 수 있다.
상기 고무 컴파운드 층(230)의 두께가 너무 얇으면 고무 컴파운드 층(230)이 충분한 점착성과 접착력을 가지지 못하여 타이어 제조시 불량율이 높아지고 타이어의 내구성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 2 ㎛ 이상, 혹은 5 ㎛ 이상, 혹은 10 ㎛ 이상, 혹은 20 ㎛ 이상의 두께(t1)를 갖는 것이 바람직하다.
다만, 상기 고무 컴파운드 층(230)의 두께가 너무 두꺼우면 얇은 두께의 고무 보강재(201, 301)를 제공하려는 발명의 목적에 부합하지 않을 수 있다. 특히, 고무 컴파운드 층(230)의 두께(t1)가 너무 두꺼우면 용매의 휘발 과정에서 상기 고무 컴파운드 층(230) 내에 기포가 형성되어 고무 보강재(201, 301)가 균일한 두께를 가지기 어려울 수 있다. 그리고, 이를 적용한 타이어 내에 에어 포켓이 발생하여 타이어의 품질이 저하하고 불량율이 높아질 수 있다. 또한, 고무 컴파운드 층(230)을 두껍게 형성하기 위해 코팅 작업을 여러 번 수행해야 하기 때문에 공정의 효율이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 200 ㎛ 이하, 혹은 150 ㎛ 이하, 혹은 100 ㎛ 이하, 혹은 50 ㎛ 이하, 혹은 40 ㎛ 이하의 두께(t1)를 갖는 것이 바람직하다.
특히, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 150 초 내지 220 초의 t50 값 및 300 초 내지 350 초의 t90 값을 가질 수 있다.
여기서, 상기 t50 값은 ASTM D2084의 표준 시험법에 따라 레오미터에서 측정되는 상기 고무 컴파운드 층의 최대 가교밀도의 50%에 도달하는데 필요한 시간(초)이고, 상기 t90 값은 상기 최대 가교밀도의 90%에 도달하는데 필요한 시간(초)이다. 상기 t90 값은 가황의 최적 시간(optimum time)을 의미하고, 상기 t50 값은 가황의 하프-타임(half-time)을 의미한다.
상기 t50 및 t90 값들과 같은 가황 특성들(vulcanization characteristics)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 상기 가황 특성들은 레오미터(일명 "vulcameter")를 이용하여 측정될 수 있다. 상기 가황 특성들은 『Matador Rubber s.r.o (2007) Test Methods of Rubber Materials and Products. VERT, pp.71-76』 문헌을 참고하여 측정될 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고무 컴파운드 층(230)이 적절한 가황 속도로 형성되어 본 발명에서 달성하고자 하는 물성(특히 우수한 접착성)이 균일하게 발현될 수 있도록 하기 위하여, 상기 t90 값은 300 초 이상이고, 상기 t50 값은 150 초 이상인 것이 바람직하다. 상기 t90 값과 상기 t50 값이 너무 작을 경우 고무의 가황 반응 시작 시간이 너무 빨라져 조기 가류로 인한 접착력의 하락이 유발될 수 있다.
다만, 상기 고무 컴파운드 층(230)이 형성되는 가황의 최적 시간 및 가황의 하프-타임이 필요 이상으로 길어질 경우 미가류가 발생하는 문제점이 나타날 수 있다. 그러므로, 상기 t90 값은 350 초 이하이고, 상기 t50 값은 220 초 이하인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 고무 컴파운드 층(230)이 갖는 상기 t90 값은 300 초 내지 350 초, 혹은 305 초 내지 345 초, 혹은 305 초 내지 340 초, 혹은 310 초 내지 340 초일 수 있다. 그리고, 상기 고무 컴파운드 층(230)이 갖는 상기 t50 값은 150 초 내지 220 초, 혹은 160 초 내지 220 초, 혹은 170 초 내지 210 초, 혹은 180 초 내지 210 초일 수 있다.
한편, 자동차용 타이어에 대해서는, 자동차의 정전기 안전사고 방지를 위하여 화재안전표준의 정전기 기준(KFS 440)에 따른 1.0×109 ohm/sq. 미만의 표면 고유 저항을 가질 것이 요구된다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 4.0×108 ohm/sq. 내지 8.0×108 ohm/sq.의 표면 고유 저항을 가져, 상기 기준을 충족하는 정전기 특성을 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 4.0×108 ohm/sq. 내지 8.0×108 ohm/sq., 혹은 4.1×108 ohm/sq. 내지 7.8×108 ohm/sq., 혹은 4.2×108 ohm/sq. 내지 7.5×108 ohm/sq.의 표면 고유 저항을 가질 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 우수한 접착성을 나타낼 수 있다. 상기 접착성은 접착력으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 상기 고무 컴파운드 층(230)은 ASTM D4393의 표준 시험법에 따른 17.0 N/inch 이상, 혹은 17.0 N/inch 내지 17.5 N/inch의 접착력을 나타낼 수 있다. 여기서, 상기 접착력은 Instron Clampe(Grip, CAT. No. 2712-041)를 이용한 PEEL 테스트 방법(Cross Head Speed는 125 mm/min)으로 측정된 값이다.
상기 고무 컴파운드 층(230)의 접착력이 17.0 N/inch 이상인 경우, 타이어 제조 과정에서 고무 보강재가 흘러내림 현상 없이 고무에 부착되어, 타이어 제조 공정이 안정적으로 이루어질 수 있다. 상기 고무 컴파운드 층(230)의 접착력이 17.0 N/inch 미만인 경우, 타이어 제조 과정에서 고무 보강재의 흘러내림 현상으로 인한 불량이 발생할 수 있고, 그린타이어의 제조시 에어 포켓이 발생하여 타이어의 불량률이 증가할 수 있다.
상기 구현 예에 따른 고무 보강재(201)는 타이어(101)의 캡플라이(90), 벨트(50), 및 카카스(70) 중 적어도 하나에 적용될 수 있다.
II. 고무 보강재의 제조 방법
발명의 다른 일 구현 예에 따르면,
섬유 기재를 준비하는 단계,
섬유 기재 상에 접착층을 형성하는 단계, 및
상기 접착층 상에 고무 컴파운드 액을 도포하고 열처리하여 고무 컴파운드 층을 형성하는 단계를 포함하고;
상기 고무 컴파운드 액은, 50 내지 110 ℃ 및 30 내지 50 rpm 하에서 상기 고무 컴파운드 액에 포함되는 어느 하나의 성분을 첨가한 후 30 내지 120 초 동안 교반하면서 순차로 혼합하여 준비되는,
상기 『I. 고무 보강재』의 제조 방법이 제공된다.
상기 섬유 기재(210, 110)에 관한 사항은 『I. 고무 보강재』 항목에서 상술한 내용으로 갈음한다.
상기 섬유 기재(210, 110) 상에 접착층(220)을 형성하는 단계가 수행된다.
상기 접착층(220)은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL) 및 용제를 포함하는 접착 코팅액에 의해 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 섬유 기재(210, 110)를 상기 접착 코팅액에 침지함으로써 상기 섬유 기재(210, 110) 상에 접착 코팅액이 도포되도록 할 수 있다. 또는, 상기 섬유 기재(210, 110)를 상기 접착 코팅액에 통과시킴으로써 침지 공정이 이루어질 수 있다. 이러한 침지는 장력, 침지 시간 및 온도가 조절될 수 있는 침지 장치에서 수행될 수 있다.
이 밖에, 블레이드 혹은 코터를 이용한 코팅, 또는 분사기를 이용한 분사에 의하여 상기 섬유 기재(210, 110) 상에 상기 접착 코팅액을 도포할 수 있다.
상기 접착층(220)을 형성하는 단계는, 상기 섬유 기재(210, 110) 상에 상기 접착 코팅액을 침지 또는 도포하고, 130 내지 250 ℃에서 80 내지 120 초간 열처리하는 공정을 더 포함 할 수 있다. 상기 열처리는 통상적인 열처리 장치에서 이루어질 수 있다. 상기 열처리에 의해 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)가 경화 및 고정되어 접착층(220)이 형성될 수 있다. 이러한 열처리에 의하여 접착층(220)이 보다 안정적으로 형성될 수 있다.
이어서, 상기 접착층(220) 상에 고무 컴파운드 액을 도포하고 열처리하여, 상기 접착층(220) 상에 고무 컴파운드 층(230)을 형성하는 단계가 수행된다.
상기 고무 컴파운드 액은 탄성 중합체, 황, 가황 촉진제, 및 가류 지연제를 포함하는 것일 수 있다.
상기 탄성 중합체는 천연 고무 및 합성 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성 중합체는 천연 고무(NR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 클로로프렌 고무(CR), 이소부틸렌 고무(IBR), 이소프렌 고무(IR), 니트릴 고무(NBR), 부틸 고무, 및 네오프렌 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무일 수 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고무 컴파운드 액은 60 내지 70 PHR (parts per hundred rubber)의 천연 고무, 30 내지 40 PHR의 스티렌-부타디엔 고무, 1 내지 5 PHR의 황, 1 내지 5 PHR의 가황 촉진제, 0.1 내지 0.5 PHR의 가류 지연제를 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 균일한 두께와 물성을 갖는 상기 고무 컴파운드 층(230)이 형성될 수 있도록 하기 위하여, 상기 고무 컴파운드 액은 상기 함량 범위의 성분들을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 함량 범위를 충족하지 못하는 고무 컴파운드 액은 균일한 두께로 코팅되지 않고, 이로 인해 피로 성능의 하락이 유발될 수 있다. 그리고, 상기 함량 범위를 충족하지 못할 경우, 상기 고무 컴파운드 층(230)이 150 초 내지 220 초의 상기 t50 값 및 300 초 내지 350 초의 상기 t90 값을 가질 수 없고, 접착성의 저하를 가져온다.
상기 가황 촉진제 및 가류 지연제의 종류는 특별히 제한되지 않다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 상기 가황 촉진제 및 가류 지연제로 작용할 수 있는 화합물이 적용될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 가황 촉진제로는 N-터트-부틸-2-벤조티아졸-술펜아미드(N-tert-butyl-2-benzothiazole-sulfenamide, TBBS), 1,3-디페닐구아니딘(1,3-diphenylguanidine, DPG) 등이 적용될 수 있고; 상기 가류 지연제로는 N-(사이클로헥실티오)프탈이미드(N-(cyclohexylthio)phthalimide,) 등이 적용될 수 있다.
특히, 상기 고무 컴파운드 층(230)을 매우 얇게 형성하면서도 구성 성분들이 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위하여, 상기 고무 컴파운드 액을 준비하는 공정에서의 온도 및 교반 속도, 그리고 각 성분을 첨가한 후 교반 시간을 설정할 필요가 있다.
발명의 구현 예에 따르면, 상기 고무 컴파운드 액은 50 내지 110 ℃ 및 30 내지 50 rpm 하에서 상기 고무 컴파운드 액에 포함되는 어느 하나의 성분을 첨가한 후 30 내지 120 초 동안 교반하면서 순차로 혼합하여 준비되는 것이 바람직하다.
상기 고무 컴파운드 액의 준비 공정이 50 ℃ 미만의 온도, 혹은 30 rpm 미만의 교반 속도, 혹은 30 초 미만의 교반 시간으로 수행될 경우 고분산의 고무 컴파운드 액을 얻기 어렵다. 상기 고무 컴파운드 액에 포함되는 성분들이 고르게 분산되지 못할 경우 균일한 두께로 코팅되지 않고, 이로 인해 피로 성능과 접착성의 하락이 유발될 수 있다.
다만, 상기 고무 컴파운드 액의 준비 공정이 110 ℃ 초과의 온도, 혹은 50 rpm 초과의 교반 속도, 혹은 120 초 초과의 교반 시간으로 수행될 경우 150 초 내지 220 초의 상기 t50 값 및 300 초 내지 350 초의 상기 t90 값을 가질 수 없고, 적정 수준의 접착성을 가질 수 없다.
상기 고무 컴파운드 액의 준비에는 프로펠러식 교반기(propeller type agitator)와 같은 통상적인 혼합 수단이 이용될 수 있다. 상기 혼합 수단을 이용함에 있어서, 교반기의 직경, 매질의 밀도, 매질에 전달하고자 하는 교반력 등을 고려하여 교반 속도가 조절될 수 있다. 비제한적인 예로, 본 발명의 제조예에서 상기 고무 컴파운드 액의 제조에는 10 L 용량의 프로펠러식 교반기(용기 직경 100 cm, 프로펠러 직경 80 cm, 프로펠러 길이 120 cm)가 이용되었다.
바람직하게는, 상기 고무 컴파운드 액에 포함되는 각 성분의 특성에 따라 상기 온도, 상기 교반 속도 및 교반 시간을 조절할 수 있다.
비제한적인 예로, 상기 고무 컴파운드 액은,
60 내지 70 PHR의 천연 고무를 60 내지 70 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 100 내지 120 초 동안 혼합하는 단계(a),
상기 단계(a)의 혼합물을 포함한 조성물에 30 내지 40 PHR의 스티렌-부타디엔 고무를 첨가한 후 100 내지 110 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(b),
상기 단계(b)의 혼합물을 포함한 조성물에 1 내지 5 PHR의 황 및 0.5 내지 2.5 PHR의 제1 가황 촉진제를 첨가한 후 50 내지 60 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(c), 및
상기 단계(c)의 혼합물을 포함한 조성물에 0.5 내지 2.5 PHR의 제2 가황 촉진제 및 0.1 내지 0.5 PHR의 가류 지연제를 첨가한 후 70 내지 80 ℃의 온도 및 40 내지 45 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(d)
를 포함하여 준비될 수 있다.
한편, 상기 고무 컴파운드 액에는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 첨가제가 더 포함될 수 있다.
일 예로, 상기 고무 컴파운드 액은 소련제(착해제), 카본 블랙, 프로세스 오일, 활성제, 노화 방지제, 석유 수지, 및 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 소련제, 카본 블랙, 프로세스 오일, 활성제, 노화 방지제, 석유 수지 및 산화 방지제의 종류는 특별히 제한되지 않다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 상기 첨가제들로 작용할 수 있는 화합물들이 적용될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 소련제로는 2,2'-디벤즈아미도디페닐디설파이드(2,2'-dibenzamidodiphenyl disulfide) 등이 적용될 수 있고; 상기 활성제로는 산화아연(ZnO), 스테아르산(stearic acid) 등이 적용될 수 있고; 상기 노화 방지제로는 중합된 2,2,4-트리메틸-1,2-디하이드로퀴놀린(polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-Dihydroquinoline, TMDQ), N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민(N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine, 6PPD) 등이 적용될 수 있고; 상기 산화 방지제로는 왁스 등이 적용될 수 있다.
비제한적인 예로, 상기 첨가제를 더 포함하는 상기 고무 컴파운드 액은,
60 내지 70 PHR의 천연 고무 및 0.1 내지 0.5 PHR의 소련제를 60 내지 70 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 100 내지 120 초 동안 혼합하는 단계(1),
상기 단계(1)의 혼합물을 포함한 조성물에 30 내지 40 PHR의 스티렌-부타디엔 고무를 첨가한 후 100 내지 110 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(2),
상기 단계(2)의 혼합물을 포함한 조성물에 50 내지 55 PHR의 카본 블랙 및 5 내지 10 PHR의 프로세스 오일을 첨가한 후 90 내지 100 ℃의 온도 및 25 내지 35 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(3),
상기 단계(3)의 혼합물을 포함한 조성물에 5 내지 10 PHR의 활성제 및 0.5 내지 2.5 PHR의 제1 노화 방지제를 첨가한 후 100 내지 110 ℃의 온도 및 35 내지 45 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(4),
상기 단계(4)의 혼합물을 포함한 조성물에 5 내지 10 PHR의 석유 수지, 0.5 내지 2.5 PHR의 제2 노화 방지제 및 1 내지 5 PHR의 산화 방지제를 첨가한 후 90 내지 100 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(5),
상기 단계(5)의 혼합물을 포함한 조성물에 1 내지 5 PHR의 황 및 0.5 내지 2.5 PHR의 제1 가황 촉진제를 첨가한 후 50 내지 60 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(6), 및
상기 단계(6)의 혼합물을 포함한 조성물에 0.5 내지 2.5 PHR의 제2 가황 촉진제 및 0.1 내지 0.5 PHR의 가류 지연제를 첨가한 후 70 내지 80 ℃의 온도 및 40 내지 45 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(7)
를 포함하여 준비될 수 있다.
상기 고무 컴파운드 액에는 상기 탄성 중합체를 용해할 수 있는 용매가 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 톨루엔, 나프타, 메탄올, 자일렌, 및 테트라하이드로퓨란 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 고무 컴파운드 액을 상기 접착층(220) 상에 도포하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 코팅 방법이 적용될 수 있다.
예를 들어, 고무 컴파운드 층(230)의 형성을 위해, 접착층(220)이 형성된 섬유 기재(210, 110)를 상기 고무 컴파운드 액에 침지할 수 있다. 침지에 의해 접착층(220) 상에 고무 컴파운드 액이 도포될 수 있다.
코팅 방법으로는 그라비어(gravure) 코팅, 마이크로 그라비어(micro gravure) 코팅, 콤마 코팅(comma coating) 등이 적용될 수 있다. 예를 들어 콤마 코터(comma coater)를 이용한 콤마 코팅(comma coating)에 의해 상기 고무 컴파운드 액이 접착층(220) 상에 도포될 수 있다. 이 때, 코팅은 용매가 휘발될 수 있는 온도, 예를 들어 65 내지 100 ℃의 온도 조건에서 이루어질 수 있다.
상기 접착층(220) 상에 상기 고무 컴파운드 액을 도포 후, 열처리 하는 과정이 더 수행된다. 상기 열처리는 통상적인 열처리 장치에서 이루어질 수 있다. 상기 열처리를 위해 50 내지 160 ℃의 온도 하에서 30 내지 150 초간 열이 인가될 수 있다.
상기 고무 컴파운드 액의 단위 면적당 도포량은 75 내지 300 g/m2, 또는 100 내지 200 g/m2일 수 있다. 상기 접착층(220)에 대한 상기 고무 컴파운드 액의 단위 면적당 도포량을 상기 범위로 조절하여, 두께가 얇으면서도 고무에 대해 우수한 접착성을 가지고 내구성이 우수한 고무 보강재(201, 301)를 제조할 수 있다.
상기 고무 컴파운드 층(230)은 2 ㎛ 내지 200 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 150 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 혹은 5 ㎛ 내지 50 ㎛, 혹은 10 ㎛ 내지 40 ㎛, 혹은 20 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께(t1)를 가질 수 있다.
한편, 상기 고무 컴파운드 층(230)의 형성 이후에, 선택적으로 슬리팅(slitting) 단계가 수행될 수 있다. 상기 슬리팅 단계는 판상으로 제조된 상기 고무 보강재(201, 301)를 필요에 따라 또는 사용 목적에 적합하도록 재단하는 단계이다. 상기 슬리팅은 통상적인 커터 나이프 또는 히팅 나이프를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 방법으로 제조된 고무 보강재(201, 301)는 와인더에 권취될 수 있다.
III. 타이어
발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면, 상술한 고무 보강재를 포함하는 타이어가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어(101)의 부분 절개도이다.
도 1을 참고하면, 타이어(101)는, 트레드(tread)(10), 숄더(shoulder)(20), 사이드 월(side wall)(30), 비드(bead)(40), 벨트(belt)(50), 이너 라이너(inner liner) (60), 카카스(cacass)(70) 및 캡플라이(capply)(90)를 포함한다.
트레드(10)는 직접 노면과 접촉하는 부분이다. 트레드(10)는 캡플라이(90)의 외측에 붙어있는 강력한 고무층으로, 내마모성이 우수한 고무로 이루어진다. 트레드(10)는 자동차의 구동력 및 제동력을 지면에 전달하는 직접적인 역할을 한다. 트레드(10) 영역에는 그루브(groove)(80)가 형성되어 있다.
숄더(20)는 트레드(10)의 모서리 부분으로 사이드 월(30)과 연결되는 부분이다. 숄더(20)는 사이드 월(30)과 함께 타이어의 가장 약한 부분 중 하나이다.
사이드 월(30)은 트레드(10)와 비드(40)를 연결하는 타이어(101)의 옆 부분으로, 카카스(70)를 보호하고, 타이어에 측면 안정성을 제공한다.
비드(40)는 카카스(70)의 끝 부분을 감아주는 철선이 들어있는 영역으로, 철선에 고무막을 입히고 코드를 감싸는 구조로 되었다. 비드(40)는 타이어(101)를 휠 림(wheel rim)에 장착 및 고정하는 역할을 한다.
벨트(50)는 트레드(10)와 카카스(70)의 중간에 위치한 코트층이다. 벨트(50)는 외부로부터의 충격이나 외적 조건에 의한 카카스(70) 등 내부 구성 요소의 손상을 방지하는 역할을 하며, 트레드(10)의 형상을 편평하게 유지하여 타이어(101)와 노면의 접촉이 최상의 상태로 유지되도록 한다. 벨트(50)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201)를 포함할 수 있다(도 2 참조).
이너 라이너(60)는 튜브리스(tubeless) 타이어에서 튜브 대신 사용되는 것으로, 공기 투과성이 없거나 매우 적은 특수 고무로 만들어진다. 이너 라이너(60)는 타이어(101)에 충진된 공기가 새지 않도록 한다.
카카스(70)는 강도가 강한 합성섬유로 된 코드가 여러 장 겹쳐져 만들어지며, 타이어(101)의 골격을 형성하는 중요한 부분이다. 카카스(70)는 타이어(101)가 받는 하중과 충격을 견디고 공기압을 유지하는 역할을 한다. 카카스(70)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201)를 포함할 수 있다.
그루브(80)는 트레드 영역에 있는 굵은 홈(void)을 지칭한다. 그루브(80)는 젖은 노면 주행시 타이어의 배수성을 높이고 타이어의 접지력을 높이는 기능을 한다.
캡플라이(90)는 트레드(10) 아래의 보호층으로, 그 내부의 다른 구성 요소들을 보호한다. 캡플라이(90)는 고속 주행 차량에 필수적으로 적용된다. 특히, 자동차의 주행속도가 증가함에 따라 타이어의 벨트 부분이 변형되어 승차감이 저하되는 등의 문제가 발생하고 있어, 벨트 부분의 변형을 방지하는 캡플라이(90)의 중요성이 증가되고 있다. 캡플라이(90)는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재(201)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어(101)는 고무 보강재(201)를 포함한다. 고무 보강재(201)는 캡플라이(90), 벨트(50) 및 카카스(70) 중 적어도 하나에 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 얇은 두께와 가벼운 무게를 가지면서도 우수한 내구성을 갖는 고무 보강재가 제공된다. 상기 고무 보강재는 타이어를 경량화하면서도 향상된 구름 저항성의 발현을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 부분 절개도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 합연사의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고무 보강재에 대한 개략적인 단면도이다.
이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
제조예 1
이하의 단계(1) 내지 단계(7)에 따라 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
상기 고무 컴파운드 액의 제조에는 10 L 용량의 프로펠러식 교반기(용기 직경 100 cm, 프로펠러 직경 80 cm, 프로펠러 길이 120 cm, 모델명 SUPER-MIX MR203, 제조사 HADO Co., Ltd.)가 이용되었다.
60 PHR의 천연 고무(TSR 분류기준 20 Grade인 SIR20) 및 0.1 PHR의 소련제(Struktol A86)를 70 ℃의 온도 및 40 rpm의 교반 하에서 120 초 동안 혼합하였다[단계(1)].
상기 단계(1)에서 얻은 혼합물에 40 PHR의 스티렌-부타디엔 고무(SBR-1502)를 첨가한 후 110 ℃의 온도 및 40 rpm의 교반 하에서 60 초 동안 혼합하였다[단계(2)].
상기 단계(2)에서 얻은 혼합물에 50 PHR의 카본 블랙(Corax® N330) 및 6 PHR의 프로세스 오일(파라핀계, P-2, MICHANG)을 첨가한 후 100 ℃의 온도 및 35 rpm의 교반 하에서 60 초 동안 혼합하였다[단계(3)].
상기 단계(3)에서 얻은 혼합물에 5 PHR의 제1 활성제(ZnO), 2 PHR의 제2 활성제(스테아르산), 및 1.5 PHR의 제1 노화 방지제(TMDQ)를 첨가한 후 110 ℃의 온도 및 45 rpm의 교반 하에서 60 초 동안 혼합하였다[단계(4)].
상기 단계(4)에서 얻은 혼합물에 7 PHR의 석유 수지(HIKOTACK® P-90), 1 PHR의 제2 노화 방지제(6PPD) 및 2.5 PHR의 산화 방지제(왁스)를 첨가한 후 100 ℃의 온도 및 40 rpm의 교반 하에서 60 초 동안 혼합하였다[단계(5)].
상기 단계(5)에서 얻은 혼합물을 2 시간 동안 상온(25℃)에 방치한 후 배합하였다. 이어서, 70 ℃의 온도 및 40 rpm의 교반 하에서 120 초 동안 배합하였다[단계(5.5)].
상기 단계(5.5)에서 얻은 혼합물에 3.4 PHR의 황 및 0.85 PHR의 제1 가황 촉진제(TBBS)를 첨가한 후 60 ℃의 온도 및 40 rpm의 교반 하에서 30 초 동안 혼합하였다[단계(6)].
상기 단계(6)에서 얻은 혼합물에 0.6 PHR의 제2 가황 촉진제(DPG) 및 0.2 PHR의 가류 지연제(N-(cyclohexylthio)phthalimide)를 첨가한 후 80 ℃의 온도 및 45 rpm의 교반 하에서 30 초 동안 혼합하였다[단계(7)].
제조예 2
상기 단계(1), 단계(2), 단계(6), 및 단계(7)의 수행시 온도를 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 60 ℃
- 단계(2): 110 ℃
- 단계(6): 50 ℃
- 단계(7): 70 ℃
제조예 3
상기 단계(1), 단계(2), 단계(6), 및 단계(7)의 수행시 교반 속도(rpm)를 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 35 rpm
- 단계(2): 35 rpm
- 단계(6): 30 rpm
- 단계(7): 40 rpm
제조예 4
상기 단계(1), 단계(2), 단계(6), 및 단계(7)의 수행시 혼합물의 배합 시간을 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 100 초
- 단계(2): 45 초
- 단계(6): 60 초
- 단계(7): 60 초
제조예 5
상기 단계(1), 단계(2) 및 단계(3)의 수행시 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 카본 블랙의 함량을 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 천연 고무 70 PHR
- 단계(2): 스티렌-부타디엔 고무 30 PHR
- 단계(3): 카본 블랙 55 PHR
비교 제조예 1
상기 단계(6) 및 단계(7)의 수행시 온도를 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(6): 45 ℃
- 단계(7): 70 ℃
비교 제조예 2
상기 단계(1), 단계(2), 단계(6), 및 단계(7)의 수행시 온도를 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 75 ℃
- 단계(2): 120 ℃
- 단계(6): 70 ℃
- 단계(7): 90 ℃
비교 제조예 3
상기 단계(1), 단계(2), 단계(6), 및 단계(7)의 수행시 교반 속도(rpm)를 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 25 rpm
- 단계(2): 35 rpm
- 단계(6): 35 rpm
- 단계(7): 40 rpm
비교 제조예 4
상기 단계(1), 단계(2), 단계(6), 및 단계(7)의 수행시 교반 속도(rpm)를 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 45 rpm
- 단계(2): 40 rpm
- 단계(6): 45 rpm
- 단계(7): 55 rpm
비교 제조예 5
상기 단계(1), 단계(2), 단계(6), 및 단계(7)의 수행시 혼합물의 배합 시간을 아래와 같이 변경한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 고무 컴파운드 액을 제조하였다.
- 단계(1): 100 초
- 단계(2): 120 초
- 단계(6): 150 초
- 단계(7): 60 초
실시예 1 내지 5
(1) 텍스타일 기재의 준비
1260 de의 나일론 필라멘트(제1 하연사)와 1500 de의 아라미드 필라멘트(제2 하연사)를 준비하였다. 케이블 코더를 이용하여 상기 제1 및 제2 필라멘트에 대한 하연(반시계 방향) 및 상연(시계 방향)을 동시에 수행하여 300 TPM의 꼬임수를 갖는 합연사(110)를 제조하였다.
상기 합연사(110)를 경사(warp yarn)로 사용하고, 면사를 위사(weft yarn)로 사용하여 직물을 제직하여 두께 0.04 mm의 텍스타일 기재(210)를 제조하였다.
(2) 접착층의 형성
상기 텍스타일 기재(210)를 15 중량%의 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL) 및 85 중량%의 용제(물, H2O)를 포함하는 접착 코팅액에 침지한 후, 150 ℃에서 100 초 동안 열처리하여 접착층(220)을 형성하였다.
(3) 고무 컴파운드 층의 형성
이어서, 콤마 코터(comma coater)를 이용하여, 상기 접착층(220) 상에 상기 제조예들 중 어느 하나의 고무 컴파운드 액을 단위 면적당 도포량 120 ~ 130 g/m2로 도포한 후, 70 ℃의 온도에서 용매를 휘발시켜 고무 컴파운드 층(230)이 형성된 고무 보강재(201)를 제조하였다.
(4) 재단
상기 고무 보강재(201)를 10 mm 폭으로 재단하여 캡플라이(90)용 고무 보강재를 제조하였다. 상기 재단에는 커터 나이프가 사용되었다.
(5) 타이어의 제조
재단된 고무 보강재를 205/55R16 규격의 타이어의 제조에 적용하였다. 상기 타이어의 제조를 위해, 1300De/2ply HMLS 타이어 코드를 포함하는 바디플라이 및 스틸 코드(steel cord) 벨트가 사용되었다.
구체적으로, 이너라이너 고무 상에 바디플라이용 고무를 적층하고, 비드 와이어 및 벨트부를 적층한 후 상기 제조된 고무 보강재를 투입하고, 트레드부, 숄더부 및 사이드월부 형성을 위한 고무층을 순차적으로 형성하여 그린타이어를 제조하였다. 상기 그린타이어를 가류 틀에 넣고 170 ℃에서 15 분 동안 가류하여 타이어를 제조하였다.
비교예 1 내지 5
상기 고무 컴파운드 층의 형성시 고무 컴파운드 액으로 상기 비교 제조예들 중 어느 하나로부터 얻은 것을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1 내지 5와 동일한 방법으로 고무 보강재 및 이를 포함하는 타이어를 제조하였다.
시험예
(1) 두께
실시예 및 비교예에 따른 고무 보강재에서 섬유 기재 및 고무 컴파운드 층의 두께(t1)를 Mitutoyo社의 vernier calipers를 이용하여 측정하였다.
(2) 고무 컴파운드 층의 가황 특성 (t50, t90)
실시예 및 비교예에 따른 고무 보강재로부터 고무 컴파운드 층의 시편을 채취하였다. ASTM D2084의 표준 시험법에 따라 레오미터(MDR 2000, Alpha Technologies)를 이용하여 상기 시편에 대한 t50 값 및 t90 값을 측정하였다.
(3) 점착성
ASTM D2979의 표준 시험법에 따라 아래의 조건 하에서 상기 고무 컴파운드 층의 점착성(pressure-sensitive tack of adhesives)을 테스트하였다.
- 원기둥 직경: 10 mm
- 하중: 300 gf
- 탈착 속도: 5 mm/min
- 시작 하중: 10 gf
- 시험 시작 하중 속도: 10 mm/min
- 목표 하중 도달 속도: 0.2 mm/min
- 유지 시간: 20 sec
(4) 접착력
ASTM D4393의 표준 시험법에 따라 상기 고무 컴파운드 층의 접착성(strap peel adhesion)을 테스트하였다. 상기 테스트는 Instron Clampe (Grip, CAT. No. 2712-041)를 이용하여 125 mm/min의 Cross Head Speed 하에서 수행되었다.
(5) 피로 강력 유지율
피로 강력 유지율은 벤딩 피로 시험(bending fatigue test)을 통해 측정되었다. 시편은 30 cm의 길이와 1 inch의 폭으로 제작하였다. 가류는 170 ℃ 하에서 15 분 동안 수행하였다. 시험 전에 상기 시편을 벤딩 피로 시험기의 pulley에 장착한 후 100 ℃ 하에서 30 분 동안 방치하였다. 그리고, RPM 150, 100 ℃, pulley size 1 inch 조건 하에서 상기 시편을 25,000 cycle로 벤딩하였다. 여기서, 상기 pulley size는 상기 시편이 걸리는 pulley의 직경을 의미한다. 상기 시편이 갖는 상기 주행 전의 접착력을 기준으로 상기 주행 후의 접착력을 비교한 결과를 피로 강력 유지율이라 한다.
(6) 표면 고유 저항
30 cm의 길이와 1 inch의 폭으로 제작된 시편에 대해 전기 저항 측정기(모델명: Insulation Tester 1550C, 제조사: FULKE)를 이용하여 표면 고유 저항을 측정하였다.
고무 보강재 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
고무 컴파운드 액 제조예 1 제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5
고무
컴파운드
층		 두께 (㎛) 40 40 40 40 40
t50 (초) 208 209 205 206 181
t90 (초) 335 336 333 334 311
점착성
(N/inch)		 209.8 210.8 208.1 212.2 209.6
접착력
(N/inch)		 17.2 17.0 17.2 17.5 17.2
피로 강력
유지율 (%)		 100 100 101 100 101
표면
고유 저항
(ohm/sq.)		 7.3×108 7.0×108 6.9×108 6.8×108 4.3×108
고무 보강재 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
고무 컴파운드 액 비교
제조예 1		 비교
제조예 2		 비교
제조예 3		 비교
제조예 4		 비교
제조예 5
고무
컴파운드
층		 두께 (㎛) 42 43 43 44 46
t50 (초) 222 140 233 145 135
t90 (초) 370 298 375 289 280
점착성
(N/inch)		 191.4 185.5 184.3 177.5 164
접착력
(N/inch)		 16.3 16.0 16.1 16.0 15.9
피로 강력
유지율 (%)		 96 95 93 92 95
표면
고유 저항
(ohm/sq.)		 6.2×108 6.0×108 5.1×108 8.1×108 7.0×108
상기 표 1 및 2를 참고하면, 제조예 1 내지 5의 고무 컴파운드 액을 적용하여 형성된 고무 컴파운드 층은, 비교 제조예 1 내지 5의 고무 컴파운드 액을 적용하여 형성된 것에 비하여, 우수한 가황 특성(t50, t90), 점착성 및 접착력을 가지면서도 높은 피로 강력 유지율과 낮은 표면 고유 저항을 갖는 것으로 확인되었다.
(7) 타이어의 물성 평가
압연 공정으로 제조된 타이어 코드(840 데니어의 섬도를 갖는 나일론 소재의 투-플라이 얀을 경사로 사용, 25 개/inch의 경사 밀도)를 적용한 205/60 R16 규격의 타이어를 참고예로 준비하였다.
상기 참고예와 상기 실시예 1의 타이어에 대해 아래의 물성을 측정하였다. 상기 실시예 1의 타이어가 갖는 물성 값은 상기 참고예의 타이어의 물성 값을 기준(100%)으로 환산한 값이다.
- 재료 중량: 실시예 1의 고무 보강재 및 참고예의 타이어 코드의 무게
- 타이어 중량: 실시예 1 및 참고예의 타이어의 중량
- 고속 주행성: 미국 FMVSS 139H의 표준 시험법에 따라 측정
- 내구력 I: 미국 FMVSS 139E의 표준 시험법에 따라 측정
- 내구력 II: 유럽 ECE-R119의 표준 시험법에 따라 측정
- 구름 저항성(RRc): ISO 28580의 표준 시험법에 따라 측정
타이어 실시예 1 (index) 참고예 (index)
재료 중량 30 100
타이어 중량 98 100
고속 주행성 102 100
내구력 I 102 100
내구력 II 102 100
구름 저항성(RRc) 102 100
상기 표 3을 참고하면, 실시예 1의 타이어는 발명의 구현 예에 따른 고무 보강재를 포함함에 따라 참고예의 타이어에 비해 가벼우면서도 고속 주행성, 내구력, 구름 저항성이 우수한 것으로 확인되었다.
10: 트레드
20: 숄더
30: 사이드 월
40: 비드
50: 벨트
60: 이너 라이너
70: 카카스
80: 그루브
90: 캡플라이
101: 타이어
110: 합연사
111: 제1 하연사
112: 제2 하연사
201, 301: 고무 보강재
210: 텍스타일 기재
220: 접착층
230: 고무 컴파운드 층

Claims (15)

  1. 섬유 기재;
    상기 섬유 기재 상에 배치된 접착층; 및
    상기 접착층 상에 배치된 고무 컴파운드 층을 포함하고,
    상기 고무 컴파운드 층은 2 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께, 150 초 내지 220 초의 t50 값, 및 300 초 내지 350 초의 t90 값을 가지는,
    고무 보강재.
    (여기서, 상기 t50 값은 ASTM D2084의 표준 시험법에 따라 레오미터에서 측정되는 상기 고무 컴파운드 층의 최대 가교밀도의 50%에 도달하는데 필요한 시간(초)이고, 상기 t90 값은 상기 최대 가교밀도의 90%에 도달하는데 필요한 시간(초)이다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 층은 20 ㎛ 내지 40 ㎛의 두께를 가지는, 고무 보강재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 층은 4.0×108 ohm/sq. 내지 8.0×108 ohm/sq.의 표면 고유 저항을 가지는, 고무 보강재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 층은 ASTM D4393의 표준 시험법에 따른 17.0 N/inch 이상의 접착력을 가지는, 고무 보강재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 기재는 섬유 얀(yarn) 및 텍스타일 기재 중 적어도 하나를 포함하는, 고무 보강재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착층은 레조시놀-포름알데하이드-라텍스(RFL)를 포함하는, 고무 보강재.
  7. 섬유 기재를 준비하는 단계,
    섬유 기재 상에 접착층을 형성하는 단계, 및
    상기 접착층 상에 고무 컴파운드 액을 도포하고 열처리하여 고무 컴파운드 층을 형성하는 단계를 포함하고;
    상기 고무 컴파운드 액은, 50 내지 110 ℃ 및 30 내지 50 rpm 하에서 상기 고무 컴파운드 액에 포함되는 어느 하나의 성분을 첨가한 후 30 내지 120 초 동안 교반하면서 순차로 혼합하여 준비되는,
    제 1 항에 따른 고무 보강재의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 액은 탄성 중합체, 황, 가황 촉진제, 및 가류 지연제를 포함하는, 고무 보강재의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체는 천연고무, 스티렌-부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 이소부틸렌 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 및 네오프렌 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고무를 포함하는, 고무 보강재의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 액은 60 내지 70 PHR (parts per hundred rubber)의 천연 고무, 30 내지 40 PHR의 스티렌-부타디엔 고무, 1 내지 5 PHR의 황, 1 내지 5 PHR의 가황 촉진제, 및 0.1 내지 0.5 PHR의 가류 지연제를 포함하는, 고무 보강재의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 액은,
    60 내지 70 PHR의 천연 고무를 60 내지 70 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 100 내지 120 초 동안 혼합하는 단계(a),
    상기 단계(a)의 혼합물을 포함한 조성물에 30 내지 40 PHR의 스티렌-부타디엔 고무를 첨가한 후 100 내지 110 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(b),
    상기 단계(b)의 혼합물을 포함한 조성물에 1 내지 5 PHR의 황 및 0.5 내지 2.5 PHR의 제1 가황 촉진제를 첨가한 후 50 내지 60 ℃의 온도 및 30 내지 40 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(c), 및
    상기 단계(c)의 혼합물을 포함한 조성물에 0.5 내지 2.5 PHR의 제2 가황 촉진제 및 0.1 내지 0.5 PHR의 가류 지연제를 첨가한 후 70 내지 80 ℃의 온도 및 40 내지 45 rpm의 교반 하에서 30 내지 60 초 동안 혼합하는 단계(d)
    를 포함하여 준비되는, 고무 보강재의 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 액은 소련제, 카본 블랙, 프로세스 오일, 활성제, 노화 방지제, 석유 수지, 및 산화 방지제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는, 고무 보강재의 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 고무 컴파운드 층은 2 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께로 형성되는, 고무 보강재의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 따른 고무 보강재를 포함하는 타이어.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 고무 보강재가 캡플라이, 벨트 및 카카스 중 적어도 하나에 적용된, 타이어.
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