백색 카본 블랙은 특정 보강 특성을 지닌 백색 무기 첨가제로, 고무 제품 생산, 특히 백색, 경량 또는 유색 고무 제품 생산 시 카본 블랙을 대체하여 고무 소재를 보강하는 데 사용될 수 있습니다. 오프로드 타이어, 엔지니어링 타이어, 레이디얼 타이어 등의 생산에 백색 카본 블랙을 사용하면 자동차 타이어의 종합적인 성능을 향상시키고 주행 거리를 늘리는 효과가 있습니다. 그렇다면 고무 타이어에서 백색 카본 블랙의 구체적인 기능은 무엇이며, 타이어 생산 시 백색 카본 블랙을 사용할 때 주의해야 할 사항은 무엇일까요?
1. 타이어에서 백색 카본 블랙의 역할
타이어 생산에 백색 카본 블랙을 첨가하면 타이어 구름 저항을 줄이고 연료 소비를 절감하며 타이어 미끄럼 방지 및 안전 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 연구 결과에 따르면 일반 카본 블랙을 백색 카본 블랙으로 대체하면 고무 소재의 페인 효과와 고온에서의 손실각 탄젠트(tan) δ를 효과적으로 감소시켜 타이어 구름 저항을 개선할 수 있습니다. 백색 카본 블랙 트레드 컴파운드를 전부 사용하면 구름 저항을 20%, 타이어 지연 성능을 약 50%까지 줄여 연료를 3% 이상 절감할 수 있습니다.
타이어 트레드 배합에 백색 카본 블랙을 첨가하면 타이어의 다양한 특성이 크게 향상됩니다. 특히 내마모성, 젖은 노면 접지력, 구름 저항의 균형이 개선됩니다.
2. 타이어에 백색 카본 블랙 사용량이 부족함
백색 카본 블랙은 고무 타이어 보강재로 사용될 때, 계면 면적이 작아 고무와의 친화력이 떨어지고, 응집이 용이하여 혼합 시 분산이 잘 되지 않습니다. 또한, 가황 과정에서 가황 지연 효과가 나타나고, 다른 성분과 쉽게 반응합니다. 백색 카본 블랙은 다른 배위제를 흡착하는 경향이 있어 분산이 저해되며, 탈수되어 산화규소기를 형성하여 결합에 불리합니다. 구조적 경화로 인해 저장 중 점도가 증가하기도 합니다. 따라서 타이어 제조업체는 백색 카본 블랙 사용 시 그 효과를 향상시키기 위한 여러 가지 조치를 취해야 합니다.
3. 타이어에 백색 카본 블랙을 첨가했을 때의 효과를 향상시키는 방법
실제 생산 과정에서 첨가제를 사용하여 타이어 내 백색 카본 블랙의 첨가 효과를 조절할 수 있으며, 주요 첨가제로는 커플링제가 사용되고, 그중에서도 실란 커플링제가 가장 일반적으로 사용됩니다. 실란 커플링제의 실록시기는 무기물과 반응성이 있으며, 유기 작용기는 유기물과 반응성 또는 상용성을 가집니다. 실란 커플링제가 무기물과 유기물 계면 사이에 존재할 경우, 유기 기질-실란 커플링제-무기 기질의 결합층이 형성될 수 있습니다.
실리카로 보강된 타이어 배합에 적절한 양의 실란 커플링제를 첨가하면 엘라스토머와 실리카 분자 사이에 강력한 결합을 형성하여 파단 신율과 인열 저항성을 더욱 향상시키고 히스테리시스 현상을 줄일 수 있습니다.
실제 생산 과정에서 고무 타이어 제조업체는 고분산 백색 카본 블랙을 사용할 수 있습니다. 고분산 백색 카본 블랙은 타이어의 젖은 노면 미끄럼 방지 및 낮은 구름 저항을 더욱 효과적으로 보장할 뿐만 아니라 고무 소재의 내마모성 및 가공성도 향상시킵니다. 현재 많은 타이어 생산 공정에서 재활용 고무를 사용하고 있습니다. 이 기회를 통해 재활용 고무가 함유된 타이어 소재에 백색 카본 블랙을 효과적으로 사용하는 방법에 대한 팁을 공유하고자 합니다.