JP2005247984A - クリンチ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】操縦安定性および伸び物性をバランス良く高度に向上させるクリンチ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ゴム成分１００重量部に対して、シリカ含有カーボンブラックを２０〜７０重量部およびカーボンブラックを０〜５０重量部含有し、シリカ含有カーボンブラックおよびカーボンブラックの合計量が５０〜７０重量部であるクリンチ用ゴム組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、シリカ含有カーボンブラックを含有するクリンチ用ゴム組成物、およびそれを用いた空気入りタイヤに関する。

リムとのチェーフィング部分であるクリンチ部は、重負荷および非常に強い熱履歴を受けるタイヤコンポーネントであり、走行時の操縦安定性能に大きな影響を及ぼす。そのため、重負荷に耐えうる高硬度、高剛性および低発熱性を有するゴム組成物をクリンチ部に用いる必要がある。また、そのようなゴム組成物として、タイヤ交換時に生じるようなｔｏｅ部の欠けを発生させないほどの破断時伸び（伸び物性）を示すことも必要である。さらに、近年、低燃費化、軽量化を目指し、タイヤ構造の簡略化、ゴムのゲージ薄化、コードの軽量化が進み、各ゴム配合に要求される性能はさらに厳しくなっており、クリンチ部にも、走行時における優れた操縦安定性、および伸び物性をバランスよく示すゴム組成物が要求されている。

非常に多くの性能が要求されるクリンチゴムに関しては、シンジオタクチック成分含有のポリブタジエンゴムを用いた技術が開示されており（特許文献１参照）、また、単一のゴム配合ではなく、配合および性能の異なる数種のゴムを接合させた多層構造チェーファーの発明がなされている（特許文献２参照）。しかし、クリンチおよびチェーファーゴムの多層化は、工程的に負荷が多く、さらなる前記性能バランスに優れるクリンチゴムの配合の発明を得ることが急務となっている。

一般的にタイヤ用ゴム組成物に配合する補強剤として、カーボンブラックおよびシリカが用いられている。しかし、カーボンブラックを単体でゴム組成物に配合すると破断時伸びが低くなり、シリカを単体で配合すると、過酷な条件下での操縦安定性能が劣るという問題があった。そこで、カーボンブラックおよびシリカを単体で配合する場合に生じる欠点を補うために、シリカを含有したカーボンブラック材料を、タイヤトレッド部に特定量配合することで低い転がり抵抗および耐摩耗性の両立を達成したタイヤトレッド用ゴム組成物が知られている（特許文献３参照）。しかし、クリンチとして用いることを想定したものではなく、操縦安定性および伸び物性をバランス良く高度に向上させるクリンチ用ゴム組成物は未だ得られていない。

特開平７−１１８４４４号公報 特開平７−８１３３５号公報 特開２０００−１９８８８３号公報

本発明は、操縦安定性および伸び物性をバランス良く高度に向上させるクリンチ用ゴム組成物の提供を目的とする。

本発明は、ゴム成分１００重量部に対して、シリカ含有カーボンブラックを２０〜７０重量部およびカーボンブラックを０〜５０重量部含有し、シリカ含有カーボンブラックおよびカーボンブラックの合計量が５０〜７０重量部であるクリンチ用ゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物において、硫黄および加硫促進剤が配合され、該加硫促進剤の配合量に対する該硫黄の配合量の比が、１／４〜１／２であることが好ましい。

また、本発明は、前記クリンチ用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、シリカ含有カーボンブラックおよびカーボンブラックを特定量含有させ、タイヤのクリンチに用いることにより、操縦安定性および伸び物性をバランス良く高度に向上させることができる。

本発明のクリンチ用ゴム組成物は、ゴム成分、シリカを含有するカーボンブラック（シリカ含有カーボンブラック）およびカーボンブラックからなる。クリンチとは、タイヤにおいてサイドウォールからビードにかけての領域でホイールと直接接する部材である。

ゴム成分としては、一般にタイヤ用ゴム組成物として使用されるものである限り、特に限定なく使用することができる。

ゴム成分としては、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合ゴム、クロロプレンゴムなどがあげられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上をブレンドして用いてもよい。なかでも、クリンチ用ゴム組成物としては、ＮＲ、ＢＲおよびＩＲを用いることが好ましい。

ゴム成分中に、ＮＲおよび／またはＩＲが３０〜５０重量％含有し、ＢＲが５０〜７０重量％含有することが好ましい。ＮＲおよび／またはＩＲの含有量が３０重量％未満で、ＢＲの含有量が７０重量％をこえると、ロールによる混練り時の加工性が低下し、得られたゴム組成物におけるタイヤ内層との接着性が劣り、発熱性が高くなる傾向がある。また、ＮＲおよび／またはＩＲの含有量が５０重量％をこえ、ＢＲの含有量が５０重量％未満では、チェーフィング性能が劣る傾向がある。

本発明に使用されるシリカを含有するカーボンブラック（シリカ含有カーボンブラック）とは、カーボンブラックとシリカとが１つの粒子内で３次元的に混ざり合っており、シリカおよびカーボンブラックがいずれも粒子表面に露出しているものである。シリカ含有カーボンブラックは前記構造を有するため、表面に存在する官能基の数が少なく、ポリマーとの化学結合能が低いカーボンブラックの部分と、表面に存在する官能基の数は多く、結合剤を介することによってポリマーと結合してヒステリシスロスを低減させることができるシリカの部分とを１つの粒子内に有する。カーボンブラックにシリカを含有させ、ポリマーとの化学結合能を増加させたシリカ含有カーボンブラックを用いることによって、操縦安定性および伸び物性の両立をはかることができる。

シリカ含有カーボンブラックでは、カーボン部とシリカ部とはともに粒子の表面に露出した部分を有しており、シリカ表面処理カーボンブラックのようにカーボンブラック部分のほとんどがシリカに覆われてしまうことがない。そのため、カーボンブラックを用いることによる特徴である、過酷な条件下でのクリンチの破断時伸びが充分によくなる。また、シリカを含有するためシリカ含有カーボンブラックの表面活性点は通常のカーボンブラックよりも多くなり、バウンドラバーも多くなり、クリンチの剛性の向上をはかることができる。

シリカ含有カーボンブラックの製法にはとくに限定はないが、有機シロキサンを原料油と同時に反応させ、一段階で製造する方法が好ましい。前記好ましい製造方法については、たとえばＷＯ９６／３７５４７に詳しく開示されている。

シリカ含有カーボンブラックにおいて、カーボンブラックに対するシリカの重量割合は、０．１〜２５重量％であることが好ましい。重量割合の下限としては、０．５重量％であることがより好ましく、２重量％であることがさらに好ましい。また、重量割合の上限としては、１０重量％であることが好ましく、６重量％であることがより好ましい。重量割合が０．１重量％未満では、破断時の伸びの改善が不充分な傾向があり、２５重量％をこえると、操縦安定性が低下する傾向がある。

シリカ含有カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して２０〜７０重量部である。含有量の下限としては、２５重量部であることが好ましく、３０重量部であることがより好ましい。また、上限としては、６５重量部であることが好ましく、７０重量部であることがより好ましい。含有量が２０重量部未満では、破断時伸びの向上効果が小さく、７０重量部をこえると、逆に破断時伸びは低下する。

シリカ含有カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は７０〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。Ｎ₂ＳＡの下限としては、１００ｍ²／ｇであることがより好ましく、上限としては、２５０ｍ²／ｇであることがより好ましい。Ｎ₂ＳＡが７０ｍ²／ｇ未満では、補強性が低く、伸びが低下する傾向があり、３００ｍ²／ｇをこえると、発熱が上昇しすぎて耐久性が悪化する傾向がある。

シリカ含有カーボンブラックのＤＢＰ吸着量は、７０〜２００ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。ＤＢＰ吸着量の下限としては、９０ｍｌ／１００ｇであることがより好ましく、上限としては、１５０ｍｌ／１００ｇであることがより好ましい。ＤＢＰ吸着量が７０ｍｌ／１００ｇ未満では、操縦安定性に必要な剛性が低下する傾向があり、２００ｍｌ／１００ｇをこえると、伸びが悪化して製造時の加工性が悪化する傾向がある。

本発明のクリンチ用ゴム組成物には、シリカ含有カーボンブラック以外にも、一般に補強剤として用いられるカーボンブラックを含有させることもできる。

カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００重量部に対して０〜５０重量部であることが好ましい。含有量の下限としては、１０重量部であることがより好ましく、上限としては、４５重量部であることがより好ましい。含有量が５０重量部をこえると、伸びが低下する傾向がある。

シリカ含有カーボンブラックおよびカーボンブラックの合計量は、ゴム成分１００重量部に対して５０〜７０重量部である。合計量の下限としては、５０重量部であることが好ましく、５５重量部であることがより好ましい。また、合計量の上限としては、６５重量部であることが好ましく、７０重量部であることがより好ましい。合計量が５０重量部未満では、操縦安定性および破断時伸びをバランスよく向上させる効果が充分ではなく、７０重量部をこえると、老化による破断時伸びの変化が大きく良好なゴム組成物が得られない。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は６０〜１３０ｍ²／ｇであることが好ましい。Ｎ₂ＳＡが６０ｍ²／ｇ未満では、伸びが低下する傾向があり、１３０ｍ²／ｇをこえると、発熱が上昇しすぎて耐久性が低下する傾向がある。

本発明のクリンチ用ゴム組成物には、加硫剤として硫黄、およびスルフェンアミド系などの加硫促進剤を配合する。

加硫促進剤の配合量に対する硫黄の配合量の比は、１／４〜１／２であることが好ましい。配合量比が１／４未満では、得られたゴム組成物の架橋形態が大幅にかわり、操縦安定性能が劣るうえに、破断時伸びも低下する傾向がある。また、配合量比が１／２をこえると、走行によるゴム組成物の物性変化が大きくなり望ましくない。

本発明のクリンチ用ゴム組成物には、シランカップリング剤をシリカ含有カーボンブラックと併用することが好ましい。シランカップリング剤としては、デグッサ社製のＳｉ６９（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）、Ｓｉ２６６（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）などがあげられるが、加工性が良好という理由から、なかでもＳｉ２６６を用いることが好ましい。

シランカップリング剤の配合量は、シリカ含有カーボンブラック１００重量部に対して、２〜８重量部であることが好ましい。配合量が２重量部未満では、シリカとのカップリング効果が不充分で伸びが悪化する傾向があり、８重量部をこえると、性能改善は見込めずコストが高くなる傾向がある。

本発明のクリンチ用ゴム組成物には、一般に用いられるプロセスオイルなどの軟化剤を配合することが好ましい。

本発明のゴム組成物には、前記以外にもゴム工業で通常使用されているシリカなどの補強剤、各種老化防止剤、ワックス、ステアリン酸、酸化亜鉛などの添加剤を配合することができる。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のゴム組成物をクリンチに用い、通常の製法によって製造される。

以下、実施例において本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

ＮＲ：ＲＳＳ♯３
ＢＲ１：宇部興産（株）製のＢＲ１３０Ｂ
ＢＲ２：宇部興産（株）製のＶＣＲ４１２
カーボンブラック１：三菱化学（株）製のダイヤブラックＩ（Ｎ２２０）（Ｎ₂ＳＡ：１１４ｍ²／ｇ）
カーボンブラック２：東海カーボン（株）製のシーストＮ（Ｎ３３０）（７４ｍ²／ｇ）
カーボンブラック３：昭和キャボット（株）製のショウブラックＮ５５０（４２ｍ²／ｇ）
シリカ：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３
シリカ含有カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のＣＲＸ２０００（Ｎ２３４カーボンブラック中にシリカ４．７重量％含有、Ｎ₂ＳＡ：１５４．３ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量：１１３ｍｌ／１００ｇ、ヨウ素吸着比表面積：１２２ｇ／ｋｇ）
プロセスオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ４０
シランカップリング剤：デグサ社製のＳｉ２６６（ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
老化防止剤：精工化学（株）製のオゾノン６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
酸化亜鉛：東邦亜鉛（株）製の銀嶺Ｒ
硫黄：鶴見化学工業（株）製の硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）

実施例１〜１２および比較例１〜６
硫黄および加硫促進剤を除く表１に示す配合内容、ならびにゴム成分１００重量部に対して、老化防止剤３重量部、ワックス２重量部、ステアリン酸１重量部、酸化亜鉛５重量部をバンバリーにおいて、約１５０℃で５分混練りする。その後、得られたゴム組成物に硫黄および加硫促進剤を表１に示す配合量加えて、２軸オープンロールにて約８０℃で５分間練り込んだ。

得られたクリンチ用ゴム組成物を用いて、通常の製造法によってタイヤを成形し、１７５℃、１２分、２０ｋｇｆの条件にて加硫を行ない、２２５／５５Ｒ１７の乗用車用タイヤを製造した。

（硬度）
新品のクリンチ部のゴム硬度を２５℃でＪＩＳ−Ａ硬度計で測定した。

（粘弾性試験）
調製した新品タイヤのクリンチゴム組成物から試験片を作製し、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータで周波数１０Ｈｚ、動歪１．０％の条件下で６０℃の複素モジュラスＥ＊の測定を行なった。数値が小さいほどＥ＊が高く、操縦安定性能が良好であり、チェーフィング性能にも優れる。

（実車操縦安定性試験）
製造したタイヤを用いて１周約３ｋｍのサーキットコースで３０００ｃｃの高性能車に装着して、気温２０℃で約５周走行の条件で操縦安定性の試験を実施した。３が良好。２はやや剛性不足。１は剛性不足。

（引張試験）
調製した新品タイヤのクリンチ組成物からＪＩＳ Ｋ６２５１に準じて３号ダンベルを用いて引張試験を実施し、破断時伸びＥＢ（％）を測定した。（Ｏ）は新品の物性、（Ａ）は８０℃のオーブンで１００時間老化させた後のデータを示す。保持率（％）はＥＢ（Ａ）／ＥＢ（Ｏ）×１００で示され、数値が大きいほど、物性変化が少なく良好であることを示している。

（実車操縦安定性試験後の外観）
実車操縦安定性試験後のクリンチの外観を比較し、チェーフィングの有無を目視により評定した。○は良好。△は一部発生。×は多数の発生。

試験結果を表１に示す。

実施例と比較例との比較より、シリカ含有カーボンブラックを用いると、操縦安定性と伸び物性のバランスが良好であることがわかる。

Claims (3)

1. ゴム成分１００重量部に対して、シリカ含有カーボンブラックを２０〜７０重量部およびカーボンブラックを０〜５０重量部含有し、シリカ含有カーボンブラックおよびカーボンブラックの合計量が５０〜７０重量部であるクリンチ用ゴム組成物。
2. 硫黄および加硫促進剤が配合され、該加硫促進剤の配合量に対する該硫黄の配合量の比が、１／４〜１／２である請求項１記載のクリンチ用ゴム組成物。
3. 請求項１または２記載のクリンチ用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤ。