JP2005290024A

JP2005290024A - ゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2005290024A
Application number: JP2004102504A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Nanba; 一晃難波
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】コーティングゴムにおける径成長抑制、特に内圧成長と走行成長、及び動的歪入力起因のゴム劣化抑制が可能なゴム組成物及びこれを少なくとも２以上有するベルト層のコーティングゴムに使用し走行性に優れた低偏平重荷重用空気入りタイヤを提供すること。
【解決手段】本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００質量部あたり、天然ゴム及び／又は合成イソプレンゴムを８０〜１００質量部、Ｎ₂ＳＡが６５〜９０ｍ²／ｇで、且つＤＢＰ吸油量が１０５〜１３５ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを５０〜７０質量部、ビスマレイミドを１〜３質量部を配合してなり、またトランスポリブタジエンを１〜３質量部を配合してなるゴム組成物であり、特に低偏平重荷重用空気入りタイヤのコーティングゴムとして用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、高弾性、低発熱性、高耐クリープ性、及び作業性に優れるゴム組成物、特にタイヤのスチールコードのコーティングゴムに適しているゴム組成物、及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤ、特に走行成長の大きい低偏平重荷重用空気入りタイヤに関するものである。

一般にトラック・バス等に用いられる重荷重用空気入りタイヤにはベルト層が設けられ、ベルト層はスチールコードと、スチールコードのコーティングゴムとからなる層の複数層で形成される。タイヤに耐荷重性、耐牽引性等を付与している。ベルト層については種々の機械的構造、或いはゴム成分構成等を換える工夫がなされている。例えば、ベルト層を５層以上の構造とし、主幹層と保護層とに分け、保護層に特定のコーティングゴムを用いることにより、タイヤ全体の耐ヒートセパレーション性及び耐カットセパレーション性を改良したタイヤが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。またベルト層を幅の異なる４層に構成し、構成層のスチールコードの断面形状に傾斜方向性を持たせ、その隣接層を異なる幅に応じて適宜配すると共に、スチールコードの傾斜同方向或いは逆方向に適宜配してベルト層を構成することにより、タイヤの耐摩耗性能、牽引性能、耐カット性能等を維持しながら耐セパレーション性を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２を参照。）。

ところで、ベルト層のスチールコードのコーティングゴムには、次の３点が要求される。１つめは径成長抑制である。２つめは長期使用時の破壊の低下が小さいこと（耐劣化性が良好）である。３つめはスチールコードと良好な接着を有することである。上記の径成長抑制要求に対しては、コーティングゴムの高弾性による内圧成長抑制がある。耐劣化性要求に対しては、コーティングゴムの静的劣化である酸素劣化及び熱劣化抑制を目的としている。

従来、高弾性を維持し、耐久性を有するコーティングゴムとして、イソプレンゴムとトランスポリブタジエンとからなるゴム成分１００質量部、及びＮ，Ｎ’−ジフェニルメタンビスマレイミドを配合し、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルメタンビスマレイミドとトランスポリブタジエンの配合量をゴム成分１００質量部あたり１０質量部以下で配合したものが提案されている（例えば、特許文献４を参照）。また、天然ゴム及びジエン系合成ゴムのうち少なくとも一種からなるゴム成分にビスマレイミドを配合し、ゴム成分１００重量部あたりビスマレイミドを０．１〜５重量部の範囲に限定することにより、低発熱性、発熱耐久性、作業性、耐劣化性、及び接着性に優れたゴム組成物及びコーティングゴムを提供できるとしている（例えば、特許文献５を参照）。このため、走行成長の大きい低偏平タイヤにこのようなコーティングゴムを効果的に適用することは難しい。

しかしながら、ビスマレイミド及びトランスポリンブタジエンを所定量配合することによって、コーティングゴムの作業性、耐劣化性及び接着性を改善することができるが、タイヤにおける径成長抑制、特に内圧成長と走行成長、及び動的歪入力起因の発熱によるゴム劣化抑制を十分に両立させることができない。
特開平７−３２８１５号公報特開平５−８６０７号公報特開平６−１２７２１３号公報特開２００３−６３２０５号公報特開２００２−６３２０５号公報

従って、本発明は、斯かる実情に鑑み、コーティングゴムにおける径成長抑制、特に内圧成長と走行成長、及び動的歪入力起因のゴム劣化抑制が可能なゴム組成物及びこれを少なくとも２以上有するベルト層のコーティングゴムに使用し、走行性に優れた低偏平重荷重用空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者等は、上記の課題を解決するため、ベルトセパレーションとスチールコードのコーティングゴム特性との関係を解析した結果、高走行温度によるゴム劣化が要因であることを見出した。走行温度の主支配因子は走行中の３Ｂ端（タイヤの３ベルト先端部：尚、３ベルトとは最内層から数えて３層目のベルトである。）歪入力時（転動時）のベルト層のコーティングゴムの発熱性にあることも同時に見出した。そして、従来の知見では、例えば、特開平５−４２８０２号公報に記載されるように、走行中のタイヤ径成長に比例して３Ｂ端歪量が増加することが明らかなことから、走行成長抑制によって歪量を抑制し、そして発熱量を低減できる。また、スチールコードのコーティングゴムそのものの発熱性を下げることによって走行温度の低減が可能となる。このため、前者のタイヤ径成長抑制につては、ビスマレイミド（ＢＭＩ）を配合しベルト層のコーティングゴムを高弾性化することによる内圧成長の低減、かつトランスポリブタジエンを配合することによる伸張結晶性という特性を利用したクリープ量低減により実現できることを見出している。そして、後者の低発熱性に対しては、窒素吸収比表面積（以下、Ｎ₂ＳＡという。）が６５〜７５ｍ²／ｇの範囲にある、ＤＢＰ吸油率が１０５〜１３５ｍｌ／１００ｇの範囲、特に１１５〜１２５ｍｌ／１００ｇの範囲にあるカーボンブラックを適宜配合することにより、３Ｂ端歪量２５％歪時の損失正接ｔａｎδを低減、蔵的貯蔵弾性率Ｅ’を増加することで、効果的に実現できることを見出し、本発明に至ったものである。
即ち、本発明は、以下の（１）乃至（５）の手段或いは構成を特徴するものである。

（１）ゴム成分１００質量部あたり、天然ゴム及び／又は合成イソプレンゴムを８０〜１００質量部、Ｎ₂ＳＡが６５〜９０ｍ²／ｇで、且つＤＢＰ吸油量が１０５〜１３５ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを５０〜７０質量部、及びビスマレイミドを１〜３質量部を配合してなるゴム組成物。
（２）上記のゴム成分１００質量部あたりトランスポリブタジエンを１〜３質量部を配合してなる上記（１）記載のゴム組成物。
（３）上記のカーボンブラックのＤＢＰ吸油量が１１０〜１３５ｍｌ／１００ｇである上記（１）又は（２）記載のゴム組成物。
（４）加硫によりゴムの１００％伸張時の引張り応力が６．０ＭＰａ以上、正接ｔａｎδが０．１６以下、及び動的貯蔵弾性率Ｅ’が２．２ＭＰａ以上となる上記（１）〜（３）の何れかに記載のゴム組成物。
（５）スチールコードとコーティングゴムとからなるベルト層を有し、扁平率が７０％以下の偏平タイヤであって、コーティングゴムに上記の（１）〜（４）の何れかに記載のゴム組成物を使用する重荷重用空気入りタイヤ。

上記のゴム組成物によれば、Ｎ₂ＳＡが６５〜９０ｍ²／ｇで、且つＤＢＰ吸油量が１０５〜１３５ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを５０〜６５質量部を配合し、ビスマレイミドを１〜３質量部を配合してなるので、ゴムの高弾性化させてタイヤ径成長抑制ができると共にクリープ量を低減し、更にＮ₂ＳＡが６５〜７５ｍ²／ｇの範囲にある、ＤＢＰ吸油率が１０５〜１３５ｍｌ／１００ｇの範囲にあるカーボンブラックを適宜配合することにより、３Ｂ端歪量２５％歪時の損失正接ｔａｎδを低減、蔵的貯蔵弾性率Ｅ’を増加することで、走行中の低発熱性を効果的に実現できる。また、偏平タイヤのベルト層のコーティングゴムに使用することで内圧成長と走行成長、及び動的歪入力起因のゴム劣化抑制が可能な低偏平重荷重用空気入りタイヤとすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について詳しく説明する。尚、本発明に係るゴム組成物及び重荷重用空気入りタイヤは以下の実施形態又は実施例に限るものではない。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００質量部あたり、天然ゴム及び／又は合成イソプレンゴムを８０〜１００質量部、Ｎ₂ＳＡが６５〜９０ｍ²／ｇで、且つＤＢＰ吸油量が１０５〜１３５ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを５０〜６５質量部、及びビスマレイミドを１〜３質量部を配合してなる。

ゴム成分は、その成分１００質量部あたり天然ゴム及び／又は合成イソプレンゴムを８０〜１００質量部の範囲で配合する。上記の８０質量部未満では、接着特性およびゴム破壊特性の低下を招いてくる。また、これ以外に配合するゴム成分としては、特に制限するものではなく、例えば、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、好ましくは、臭素化ブチルゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ）、パラメチルスチレン基を有するブチルゴム（具体的には、イソブチレンとｐ−ハロゲン化メチルスチレンとの共重合体等）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソプレンゴム（ＩＲ）等が挙げられる。

カーボンブラックは、Ｎ₂ＳＡが６５〜９０ｍ²／ｇのもの、好ましくは、６７〜７５ｍ²／ｇのものであって、ＤＢＰ吸油量が１０５〜１３５ｍｌ／ｇのもの、好ましくは、１１０〜１３５ｍｌ／ｇのもの、更に好ましくは１１５〜１２５ｍｌ／ｇのものを配合する。
ゴム組成物に上記のカーボンブラックをゴム成分１００質量部あたり５０〜７０質量部の範囲で配合することにより、かかるゴム組成物からなるコーティングゴムは走行中の３Ｂ端歪量２５％時の損失正接ｔａｎδを低減し、動的貯蔵弾性率Ｅ’を増加することで低発熱性を効果的に実現する。

ビスマレイミド（ＢＭＩ）は、ゴム成分１００質量部あたり１〜３質量部の範囲で配合する。ビスマレイミドの配合によって、コーティングゴムを高弾性化することによる内圧成長の低減をすることができ、走行成長抑制による歪量の抑制することができる。これは走行温度低減を可能とする。上記の１質量部未満では配合効果を十分に発揮せず、３質量部を超えると、加硫戻りが大きくなり、返って発熱性が悪化する。
本発明で好適なビスマレイミドとしては、Ｎ，Ｎ’−１，２−フェニレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−１，３−フェニレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−１，４−フェニレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、２，２−ビス［４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス（３−エチル−５−メチル−４−マレイミドフェニル）メタン等を例示でき、特に好ましいのは、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミドである。ゴム組成物中に、これらを１種以上含むことができる。

ゴム組成物にはトランスポリブタジエンをゴム成分１００質量部あたり、１〜３質量部の範囲で配合することが更に好ましい。トランスポリブタジエンの配合により、コーティングゴムの伸張結晶性を調整することができクリープ量を低減し、径成長の抑制をする。これはコーティンゴムの発熱性を下げ、劣化を防止する。上記の１質量部未満では、配合改良効果が十分でないことがある。一方、配合量が３質量部を超えると、耐発熱性が低下する傾向があり、イソプレンゴムとの相溶性が十分に得られず、亀裂性を生じてくる。

トランスポリブタジエンは、そのトランス結合含有量が８２乃至９８モル％、好ましくは８６乃至９８％であるのがよい。トランス結合含量が高いほど、イソプレンゴムの伸張結晶性の促進効果を高くする傾向が生じる。一方、この含量が低すぎると、イソプレンゴムの伸張結晶性を阻害する傾向が生じ、好ましくない。
また、このトランスポリブタジエンの質量平均分子量は３×１０⁴乃至２０×１０⁴が良く、好ましくは５×１０⁴乃至１５×１０⁴であるのがよい。分子量がこの範囲にあると、コーティングゴム用ゴム組成物の未加硫時の加工性と加硫時の物性バランスがよい。一方、分子量が低くなると弾性率が低下する傾向があり、分子量が高くなると作業性が低下する傾向がある。
本発明で用いられるトランスポリブタジエンは、市販品を用いても、合成により得られたものを用いてもよい。その製造方法を例示すれば、溶媒中でブタジエンモノマーを、ニッケルボロアシレート、トリブチルアルミニウム、トリフェニルホスファイト、トリフルオロ酢酸の４元系触媒に接触させて重合する方法を挙げることができる。

本発明のゴム組成物は、上記の配合成分の他に、ゴム工業で通常使用されている種々の成分を含むことができる。例えば、種々の成分として、充填剤（例えば、シリカ等の補強性充填剤；並びに炭酸カルシウム及び炭酸カルシウムなどの無機充填剤）；加硫促進剤；老化防止剤；酸化亜鉛；ステアリン酸；軟化剤；及びオゾン劣化防止剤等の添加剤を挙げることができる。なお、加硫促進剤として、Ｍ（２−メルカプトベンゾチアゾール）、ＤＭ（ジベンゾチアジルジスルフィド）及びＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド）等のチアゾール系加硫促進剤；ＴＴ（テトラメチルチウラムスルフィド）等のチウラム系加硫促進剤；並びにＤＰＧ（ジフェニルグアニジン）等のグアニジン系の加硫促進剤等を挙げることができる。

本発明のゴム組成物は、次のような特性を有するのがよい。即ち、加硫後、ゴムの１００％伸長時の引張応力（以下１００％Ｍｏｄと記載する。）が６．０ＭＰａ（メガパスカル）以上、好ましくは７．０〜８．０ＭＰａであるのがよい。なお、引張応力の測定は、ＪＩＳＫ６３０１−１９９５に準拠して測定するのがよい。前記引張応力が小さすぎると、コーティングゴムとして用いた場合、タイヤの車両ベルトゴムの入力である定応力時のベルト層の歪み等を増大させて、耐亀裂性の低下を招く傾向が生じる。
また、正接ｔａｎδが０．１６以下、好ましくは０．１４以下であるのがよい。なお、正接ｔａｎδは、ヒステリシスロスの指標であり、ｔａｎδが大きいほど、高ヒステリシスロスであり、発熱量が多くなる。即ち、ｔａｎδが大きくなると、ゴム組成物の耐発熱性が低下する傾向にある。
更に、動的貯蔵弾性率Ｅ’は、１．１ＭＰａ以上、特に２．２ＭＰａ以上であるのが良い。動的貯蔵弾率Ｅ’は数値が大きいほど良好さを示す。
なお、正接ｔａｎδ及び動的貯蔵弾率Ｅ’の測定は、１４５℃×３０分間の条件で加硫したサンプル試験片（長さ４．９ｍｍ×幅１．０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）を静的に４．５％伸張させた状態で、動的歪２．０％、周波数５２Ｈｚ、測定温度２５℃の条件で粘弾性測定装置（東洋精機粘弾性測定機）を用いておこなう。

本発明の重荷重用空気入りタイヤは、上述のゴム組成物からなるコーティングゴムをベルト層に用いるものであり、その偏平率が７０％以下、特に好ましくは６５％以下の偏平タイヤである。上記のコーティングゴムにあっては、特に偏平率の低いタイヤにおける径成長抑制を効果的にする。
ベルト層は、カーカスプライとトレッドゴムとの間に介在し、コーティングゴムと該コーティングゴムをコーティングしたスチールコードとからなり、ベルト層構造が少なくとも２層以上のスチールコートからなる。本発明のベルト層を有する偏平重荷重用空気入りタイヤは、特に、大型車両、大型建設車両の偏平タイヤに用いることができ、またその他の車両に用いても構わない。

以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これの実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例１〜６及び比較例１及び２）
各実施例及び比較例のゴム組成物を下記表１に示し、下記表１の配合表に従って混練り配合し、未加硫のゴム組成物を得る。

表１において、ＩＲは合成イソプレンゴム、Ｃ／Ｂ（Ｎ３２６）はＮ₂ＳＲが７８ｍ²／ｇで、ＤＢＰ吸油量が７２ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラック、Ｃ／Ｂ（Ｎ３５１）はＮ₂ＳＲが７１ｍ²／ｇで、ＤＢＰ吸油量が１２０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラック、老化防止剤はアンチゲン６Ｃ（住友化学工業（株）製）、加硫促進剤はノクセラーＣＺ（大内新興化学工業（株）製）、ＢＭＩはＮ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、及びＣＨＴ−ＢＲはトランスポリブタジエンである。Ｎ₂ＳＲは、ＡＳＴＭ−Ｄ−３０３７−８８Ｂ法であり、吸油量はＡＳＴＭ−Ｄ−２４１４−８４法である。

表１に示されるゴム組成物を加硫してコーテイングゴムを製造し、そのゴム特性及びタイヤテストを行い、その評価をした。結果を表２及び３に示した。尚、実施例１乃至３のインデックス（対照）は比較例１の値であり、実施例４乃至５のインデックスは参照例１（実施例１と同じ）である。

表２で示される劣化特性は、加硫条件［１４５℃×３０分］で加硫したゴムについて、劣化前の破断時の伸び（ＥＢ）と、劣化条件［８０℃×２４時間、空気中］に放置して劣化させた後のＥＢを、ＪＩＳＫ６３０１−１９９５（３号試験片）に準じて測定し、次式により、該保持率を求めた。保持率＝１００×［劣化後Ｅｂ］／［劣化前Ｅｂ］
数値が大きい程、耐劣化性が高く良好であることを示す。
１００％Ｍｏｄは、加硫条件［１４５℃×３０分］で加硫したゴムについて、１００％伸張時の引張応力をＪＩＳＫ６３０１−１９９５（３号試験片）に準じて測定した。
正接ｔａｎδ及び動的貯蔵弾率Ｅ’の測定は、１４５℃×３０分間の条件で加硫したサンプル試験片（長さ４．９ｍｍ×幅１．０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）を静的に４．５％伸張させた状態で、動的歪２．０％、周波数５２Ｈｚ、測定温度２５℃の条件で粘弾性測定装置（東洋精機粘弾性測定機）を用いた。

低発熱特性は、ｔａｎδ／Ｅ’の値であり、値が小さいほど良い。
クレープ性は、定応力振幅歪入力によるゴムのクリープ量で小さいほど良い。
接着性は、ブラスめっきを施したスチールコード（１×５構造、素線径0.25ｍｍ）を12.5ｍｍ間隔で平行に並べ、該スチールコードを両側からゴム組成物でコーティングしてサンプルを作製し、これを、加硫条件［１４５℃×３０分］で加硫し、これについて、ＡＳＴＭ−Ｄ−２２２９に準拠してスチールコードを引き抜き、引き抜かれたコード表面のうち、ゴムで被覆されている表面積の割合を目視で求めた。数値が大きい程、接着力が大きく、良好であることを示す。

表３で示される評価試験方法は、ＴＢＲ汎用サイズ及び偏平サイズ（表４に示す。）タイヤを試作して行い、それぞれのタイヤに上記のベルトコーティングゴムを用い、それ以外は同一の配合／製法にて、試作した。
ベルト耐久性は、ＱＣ（ベルト耐久）ドラム試験で５，０００ｋｍ走行し、ベルト端に生じる亀裂の長さを指数化したものであって、この値が小さいほど耐久性が優れている。
３Ｂ端温度は、ＱＣドラム試験で４８ｋｍ／ｈｒ走行中のベルト端部温度で値が負方向に大きいと良い。
内圧成長は、タイヤ内圧が１００ｋＰａから８００ｋＰａに変化したときのタイヤ周長差である。値が小さいほど良い。
走行成長は、タイヤ内圧を８００ｋＰａにして、ＱＣドラム試験を２４時間行い、その後のタイヤの周長差である。値が小さいほど良い。

また、種々の形状のタイヤ、特に偏平率の異なるタイヤに上記のコーティングゴムを適用して、タイヤテストを実施した。その結果を表４に示した。参照例２に対するインデックスが比較例３、実施例７に対するインデックスが比較例４、実施例８に対するインデックスが比較例５、及び実施例９に対するインデックスが比較例６である。

以上の結果から、ビスマレイミドを含まない比較例２は比較例１に比べて、１００％Ｍｏｄが小さく、Ｅ’が小さく、ｔａｎδが大きくなっている。このことはビスマレイミドの添加が重要であることが判る。また、カーボンブラックの特性の異なるものの配合関係では、実施例１〜３は比較例１と比べると、低発熱特性及びクリープ性が良好であり、ｔａｎδが低く抑えられることが判る。更に、実施例４〜６は参照例１と比べると、更に低発熱特性及びクリープ性が向上することが判る。また、タイヤにおいても、３Ｂ端温度が極めて低く抑えられ、内圧成長、走行成長も低く抑えることができる。
また、偏平率の低いタイヤにコーティングゴムを適用することが、表４により明らかに効果があることが判る。

本発明のゴム組成物は、高弾性、低発熱性、高耐クリープ性、及び作業性に優れるゴム組成物であり、タイヤのスチールコードのコーティングゴムに適しているゴム組成物であり、及びそれを用いた重荷重用空気入りタイヤ、特に走行成長の大きい低偏平重荷重用空気入りタイヤに適しており、産業上の利用可能性が高い。

Claims

ゴム成分１００質量部あたり、天然ゴム及び／又は合成イソプレンゴムを８０〜１００質量部、窒素吸着比表面積が６５〜９０ｍ²／ｇで、且つＤＢＰ吸油量が１０５〜１３５ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックを５０〜７０質量部、及びビスマレイミドを１〜３質量部を配合してなるゴム組成物。
上記のゴム成分１００質量部あたりトランスポリブタジエンを１〜３質量部を配合してなる請求項１記載のゴム組成物。
上記のカーボンブラックのＤＢＰ吸油量が１１０〜１３５ｍｌ／１００ｇである請求項１又は２記載のゴム組成物。
加硫によりゴムの１００％伸張時の引張り応力が６．０ＭＰａ以上、正接ｔａｎδが０．１６以下、及び動的貯蔵弾性率が２．２ＭＰａ以上となる請求項１〜３の何れかに記載のゴム組成物。
スチールコードとコーティングゴムとからなるベルト層を有し、扁平率が７０％以下の偏平タイヤであって、コーティングゴムに請求項１〜４の何れかに記載のゴム組成物を使用する重荷重用空気入りタイヤ。