JP2007008988A

JP2007008988A - タイヤトレッド用ゴム組成物およびそれからなる空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2007008988A
Application number: JP2005188580A
Authority: JP
Inventors: Akira Minakoshi; 亮皆越
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-01-18
Also published as: EP1741745B1; EP1741745A1; CN100554328C; US20060292356A1; DE602006001163D1; CN1891744A

Abstract

【課題】きわめて優れた氷上性能を有する空気入りタイヤ、およびそれを製造できるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均繊維径が１〜１００μｍおよび平均長さが０．１〜５ｍｍの非金属繊維を０．５〜１５重量部、ならびに鶏卵殻粉を０．５〜３０重量部含有するタイヤトレッド用ゴム組成物、ならびにそれからなる空気入りタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物およびそれからなる空気入りタイヤに関する。

氷雪路面走行では、スパイクタイヤが使用されたり、タイヤにチェーンを装着することがなされてきたが、粉塵などの環境問題が発生するため、これにかわる氷雪路面走行用タイヤとして、スタッドレスタイヤが開発された。

氷雪路面は、一般路面にくらべて著しく摩擦係数が低く、滑りやすいので、スタッドレスタイヤには、材料および設計面での工夫がなされている。たとえば、低温特性に優れたジエン系ゴムを配合したゴム組成物が開発されている。また、タイヤ表面の凹凸形態を変えて表面エッジ成分を増やしたり、引っ掻き効果のある無機フィラーを配合する（特許文献１参照）などして、氷雪路面における氷への引っ掻き効果を得ることにより、氷上における摩擦性能（氷上性能）などを向上させる工夫がなされている。

しかしながら、前述のようなスタッドレスタイヤでも、スパイクタイヤに比べて、依然、充分な氷上性能は得られておらず、さらなる改善が求められている。

特開２００３−１０５１３１号公報

本発明は、きわめて優れた氷上性能を有する空気入りタイヤ、およびそれを製造できるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均繊維径が１〜１００μｍおよび平均長さが０．１〜５ｍｍの非金属繊維を０．５〜１５重量部、ならびに鶏卵殻粉を０．５〜３０重量部含有するタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

前記タイヤトレッド用ゴム組成物は、さらに、複数突起を有するフィラーを０．５〜３０重量部含有することが好ましい。

前記タイヤトレッド用ゴム組成物において、非金属繊維、鶏卵殻粉および複数突起を有するフィラーの合計含有量は３０重量部以下であることが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤは、タイヤトレッド用ゴム組成物からなることが好ましい。

本発明によれば、非金属繊維および鶏卵殻粉を両方含有することにより、耐摩耗性を低下させることなく、非金属繊維および鶏卵殻粉をそれぞれ単体で含有するよりもきわめて優れた氷上性能を有する空気入りタイヤ、およびそれを製造できるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することができる。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム、非金属繊維ならびに鶏卵殻粉からなる。

前記ジエン系ゴムとしては、任意のジエン系ゴムが用いられる。たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、各種ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、ポリクロロプレン（ＣＲ）などのジエン系ゴムを単独で、あるいは任意の割合でブレンドして使用することができるが、低温特性がよい、また低温特性と加工性、耐久性などのバランスが優れるという点でＮＲおよびＢＲをジエン系ゴムとして用いることが好ましい。

本発明における非金属繊維としては、例えば、グラスファイバー、カーボンファイバーなどの非金属無機繊維、ならびにポリエステル繊維、ナイロン繊維、芳香族ポリアミド繊維などの非金属有機繊維があげられる。なかでも、路面を傷つける恐れがなく、氷雪路面における氷へのミクロな引掻き効果をより発現させることができ、また、ゴムを混練りする過程で適度な長さに折れて、分散および配向させやすいため、非金属繊維としては、とくに非金属無機繊維が好ましい。

非金属繊維の平均繊維径は、１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上である。平均繊維径が１μｍより小さい場合、繊維断面積が小さいことにより、厚さ方向に配向した繊維が、ゴム表面に接地圧の高い部分を充分に作り出すことができない。また、平均繊維径は、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下である。平均繊維径が１００μｍより大きい場合、氷雪路面とタイヤとの間に発生する水膜を押しのけるはたらきが劣るため、粘着、凝着摩擦が充分にはたらかない。

非金属繊維の平均長さは、０．１ｍｍ以上である。平均長さが０．１ｍｍより短い場合、走行により繊維がゴム表面から脱落しやすくなり、水膜を押しのける効果が低下する。また、平均長さは、５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下である。平均長さが５ｍｍより長い場合、繊維を分散させ配向させにくくなり、ゴムの加工性が低下する。なお、非金属繊維の平均長さとは、混練後の非金属繊維の平均長さをいう。

非金属繊維の含有量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、０．５重量部以上、好ましくは１重量部以上である。非金属繊維の配合量が０．５重量部未満では、ゴム表面に接地圧を形成する繊維の量が少なくなり、水膜を除去し、氷を引っ掻く効果が充分に得られない。また、非金属繊維の含有量は、１５重量部以下、好ましくは１０重量部以下である。非金属繊維の配合量が１５重量部をこえると、剛性が高くなりすぎて、ゴム表面を氷雪路面に追随させることができなくなり、粘着・凝着摩擦が低下する傾向がある。

鶏卵殻粉は、ゴム組成物中に配合されることで、非金属繊維とともにゴム表面にミクロな凹凸を形成させることで氷路面とタイヤとの間にできた水膜を排除し、氷へのミクロな引っ掻き効果を発現するはたらきを示す。

また、粒子径の大きな鶏卵殻粉を配合することで、図１に示すように、非金属繊維がゴム表面に出て地面と接地したときにそれがゴム内部に押し込まれることを防止することによって、より効果的に引っ掻きによる摩擦抵抗を得ることができる。

さらに、必要に応じて複数の突起を有するフィラーを粒子径の大きな鶏卵殻粉とともに配合することで、図２に示すように、非金属繊維とともに複数の突起を有するフィラーがゴム表面に出て地面と接地したときにそれがゴム内部に押し込まれることを防止することによって、より効果的に引っ掻きによる摩擦抵抗を得ることができる。

鶏卵殻粉は、ゴム組成物中に配合されることで、鶏卵殻粉自体が氷雪路面を引っかく効果、鶏卵殻粉に存在する細孔が氷雪路面の水を吸水し除去する効果、鶏卵殻粉が脱落することによりできた細孔が氷雪路面の水を吸水し除去する効果、および鶏卵殻粉が脱落することによりできた細孔の淵部分がエッジとしてはたらき、氷雪路面を引っかく効果という４つの効果が得られる。このように、氷上性能の向上には、引っかき効果とともに、鶏卵殻粉中に存在する細孔または鶏卵殻粉の脱落することにより得られる細孔による水分の除去効果が大きく起因している。

鶏卵殻粉の粒子径は１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。鶏卵殻粉の粒子径が１μｍ未満では、非金属繊維がゴム内部へ押し込まれることを防止できない傾向がある。また、鶏卵殻粉の粒子径は２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることがより好ましい。鶏卵殻粉の粒子径が２００μｍをこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。

鶏卵殻粉の含有量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して０．５重量部以上、好ましくは１重量部以上である。鶏卵殻粉の含有量が０．５重量部未満では、非金属繊維に対する量が少なく、非金属繊維がゴム内部へ押し込まれることを防止できないという理由により、充分な氷上性能が得られない。また、鶏卵殻粉の含有量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して３０重量部以下、好ましくは１５重量部以下である。鶏卵殻粉の含有量が３０重量部をこえると、ゴムへの混練り時に分散が悪くなる、耐摩耗性が低下するなどの傾向がある。

非金属繊維および鶏卵殻粉の含有量を、それぞれをＸおよびＹとするとき、以下の式を満たすことが好ましい。
２Ｘ＋Ｙ≦３０

このように配合量を規定することにより、氷上性能、および耐摩耗性などの耐久性をバランスよく両立させることができる。（２Ｘ＋Ｙ）が３０をこえると、耐摩耗性などの耐久性に劣る傾向がある。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、さらに、複数の突起を有する（２個以上の突起を有する）フィラーを含有することが好ましい。２個以上の突起を有するフィラーを配合することにより、２個以上の突起がアンカー効果を示し、走行時の刺激や摩耗による脱落を防ぎ、かつ、ゴム表面からミクロ突起を出現させ、氷雪路面とタイヤの間に発生する水膜を排除する効果およびミクロな引っ掻き効果を発現させる。また、本発明において、該フィラーは、前記ジエン系ゴムに配合した際、耐摩耗性、耐熱性、熱伝導性などにおいて優れた効果を示す。

また、通常、カレンダーロールによって押し出されたゴム中の非金属繊維は、押し出し方向に配向するため、繊維による氷への引掻き効果を有効に発現させるためには、その製造方法としてシートを押し出し方向に対して垂直にカットして立てていく方法や、押し出しヘッドをチューブ型にすることによって繊維を押し出し方向に対し垂直な方向に配向させ、そのシートを押し出し方向に平行にカットして、それぞれ９０度回転させ再び重ね合わせることにより、トレッドの厚み方向に配向させるなどの特殊な手法（装置）を用いる必要があったが、本発明では、非金属繊維を２個以上の突起を有するフィラーとともにゴムに配合することで、ゴムの押し出し方向に繊維が配向するのを乱すため、タイヤの製造において特殊な手法（装置）を用いることなしに、非金属繊維による氷への引掻き効果を充分に得ることができる。

前記フィラーの突起数は、２個以上、好ましくは３個以上である。突起がない、あるいは突起を１個のみ有するフィラーでは、フィラーがアンカー効果を示すことができず、タイヤ走行などによる刺激や摩耗によってフィラーが脱落しやすい。

ここで、突起数が２個以上であるとは、図３に示すように、突起の先端とそのフィラーの中心（変曲点）を結ぶ直線の角度Ｘが、１８０度未満であることと定義する。突起数が１個のフィラーは、角度Ｘが１８０度であり、ファイバーなどの線状のフィラーがこれに該当する。

前記フィラーとしては、酸化亜鉛ウィスカ（たとえば、松下産業情報機器（株）製のパナテトラ（テトラポット形状酸化亜鉛単結晶体））や沖縄県産の星の砂などがあげられる。なかでも、氷よりも硬くアスファルトより柔らかい材料であるという理由から、酸化亜鉛ウィスカを用いることが好ましい。

前記フィラーの配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して０．５重量部以上であることが好ましく、１重量部以上であることがより好ましく、５重量部以上であることがさらに好ましい。前記フィラーの配合量が０．５重量部未満では、氷雪路面での氷上性能の向上がみられない傾向がある。また、前記フィラーの配合量は、３０重量部以下であることが好ましく、２０重量部以下であることがより好ましい。前記フィラーの配合量が３０重量部をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。

また、前記フィラーとジエン系ゴムとの接着力を向上させるために、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびシランカップリング剤やシリル化剤などでフィラーを表面処理してもよい。

非金属繊維、鶏卵殻粉および２個以上の突起を有するフィラーの含有量をそれぞれをＸ、ＹおよびＺとするとき、以下の式を満たすことが好ましい。
２Ｘ＋Ｙ＋Ｚ≦３０

このように配合量を規定することにより、氷上性能、および耐摩耗性などの耐久性をバランスよく両立させることができる。（２Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）が３０をこえると、耐摩耗性などの耐久性に劣る傾向がある。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、ジエン系ゴム、非金属繊維、鶏卵殻粉および２個以上の突起を有するフィラーのほかにも、その他の補強剤（充填剤）、加硫剤（架橋剤）、加硫促進剤、各種オイル、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、カップリング剤などのタイヤ用または一般のゴム組成物用として配合される各種配合剤および添加剤を配合することができる。また、これらの配合剤、添加剤の配合量も一般的な量とすることができる。

前記補強剤としては、シリカなどの無機充填剤があげられる。

前記無機充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、１５０重量部以下であることが好ましく、１００重量部以下であることがより好ましい。無機充填剤の配合量が１５０重量部をこえると、加工性がわるくなる傾向がある。また、無機充填剤の配合量は、５重量部以上であることが好ましい。

シリカを配合する場合、シランカップリング剤を併用することが好ましい。シランカップリング剤の配合量は、前記シリカ１００重量部に対して、１重量部以上であることが好ましく、２重量部以上であることがより好ましい。シランカップリング剤の配合量が１重量部未満では、未加硫ゴム組成物の粘度が高い傾向がある。また、シランカップリング剤の配合量は、前記シリカ１００重量部に対して、２０重量部以下であることが好ましく、１５重量部以下であることがより好ましい。また、シランカップリング剤の配合量が２０重量部をこえると、配合量のわりにシランカップリング剤を配合した効果が小さく、コストがかかる傾向がある。

また、前記補強剤としてカーボンブラックがあげられる。カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、５重量部以上であることが好ましく、１０重量部以上であることがより好ましい。カーボンブラックの配合量が５重量部未満では、充分な補強性が得られず、耐摩耗性が劣る傾向がある。また、カーボンブラックの配合量は、１５０重量部以下であることが好ましく、１００重量部以下であることがより好ましい。カーボンブラックの配合量が１５０重量部をこえると、加工性がわるくなり、硬度が高くなることから氷上性能が低下する傾向がある。

オイルを配合する場合、オイルの配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、５重量部以上であることが好ましく、１０重量部以上であることがより好ましい。オイルの配合量が５重量部未満では、硬度が低くならず、氷上性能が低下する傾向がある。また、オイルの配合量は、１００重量部以下であることが好ましく、７０重量部以下であることがより好ましい。オイルの配合量が１００重量部をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。

前記加硫剤としては、硫黄があげられる。硫黄の配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、０．２重量部以上であることが好ましく、０．５重量部以上であることがより好ましい。硫黄の配合量が０．２重量部未満では、架橋密度が低く、強度が得られない傾向がある。また、硫黄の配合量は、１０重量部以下であることが好ましく、４重量部以下であることがより好ましい。硫黄の配合量が１０重量部をこえると、架橋密度の上昇にともない硬度が高くなることで、氷上性能が低下する傾向がある。

加硫促進剤を配合する場合、加硫促進剤の配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、０．１重量部以上であることが好ましく、１重量部以上であることがより好ましい。加硫促進剤の配合量が０．１重量部未満では、加硫速度が遅く生産性が低下する傾向がある。また、加硫促進剤の配合量は、１０重量部以下であることが好ましく、５重量部以下であることがより好ましい。加硫促進剤の配合量が１０重量部をこえると、ゴム焼けが生じ、物性が低下する傾向がある。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、必要に応じて前記添加剤を配合した本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのトレッドの形状にあわせて押出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより空気入りタイヤを得る。

本発明の空気入りタイヤは、とくにスタッドレスタイヤであることが好ましい。

実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

実施例および比較例で使用した原料を以下にまとめて示す。
天然ゴム：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
ブタジエンゴム：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のショウワブラックＮ２２０
シリカ：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３
シランカップリング剤：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）
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイル
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−１，３−ジメチルブチル−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
グラスファイバー：ＮＳＧＶＥＴＲＯＴＥＸ（株）製のマイクロチョップドストランド（平均繊維径：１１μｍ、カット長さ：３ｍｍ）
鶏卵殻粉：キューピータマゴ（株）製の鶏卵殻粉（平均粒子径１００μｍ）
酸化亜鉛ウィスカ：松下産業情報機器（株）製のパナテトラ（突起の数：４個）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）

実施例１〜５および比較例１〜７
表１および２に示す硫黄、加硫促進剤を除く配合成分を、容量１．７リットルの密閉型バンバリーミキサーを用いて３〜５分間混練りし、温度が１５０℃以上に達した時点で配合ゴムを排出し、ベース練りゴムとした。ベース練りゴムと硫黄および加硫促進剤をオープンロールで混練りし、カレンダーロールによってトレッド形状に押し出すことにより、トレッドを形成し、他のタイヤ部材と貼りあわせて加硫することにより１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを作製した。

得られたタイヤについて、以下の試験を実施した。結果を表１および２に示す。

（氷上摩擦試験）
タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着し、時速３０ｋｍ／時間からの氷盤上での制動停止距離を測定した。制動停止距離をもとに以下の式を用いて、比較例１の制動停止距離の値を１００としてそれぞれ指数（氷上摩擦指数）で示した。氷上摩擦指数が大きいほど氷上性能に優れていることを示す。
（氷上摩擦指数）
＝（比較例１のタイヤにおける制動停止距離）／（各タイヤにおける制動停止距離）
× １００

（摩耗試験）
タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着し、３００００ｋｍ走行したのちの摩耗量を測定した。摩耗量をもとに以下の式を用いて、比較例１の摩耗量の値を１００としてそれぞれ指数（耐摩耗性指数）で示した。氷上摩擦指数が大きいほど耐摩耗性に優れていることを示す。
（耐摩耗性指数）
＝（比較例１のタイヤにおける摩耗量）／（各タイヤにおける摩耗量） × １００

試験結果を表１および２に示す。

本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物中における非金属繊維および鶏卵殻粉の状態をあらわす図である。本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物中における非金属繊維、鶏卵殻粉および２個以上の突起を有するフィラーの状態をあらわす図である。本発明に用いられる２個以上の突起を有するフィラーにおける、該突起の先端とそのフィラーの中心（変曲点）を結ぶ直線の角度Ｘの説明図である。

符号の説明

１鶏卵殻粉
２非金属繊維
３２個以上の突起を有するフィラー
Ａ氷雪路面
Ｘフィラーの突起の先端とそのフィラーの中心（変曲点）を結ぶ直線の角度

Claims

ジエン系ゴム１００重量部に対して、
平均繊維径が１〜１００μｍおよび平均長さが０．１〜５ｍｍの非金属繊維を０．５〜１５重量部、ならびに
鶏卵殻粉を０．５〜３０重量部含有するタイヤトレッド用ゴム組成物。
さらに、複数の突起を有するフィラーを０．５〜３０重量部含有する請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
非金属繊維、鶏卵殻粉および複数突起を有するフィラーの合計含有量が３０重量部以下である請求項１または２記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１、２、３または４記載のタイヤトレッド用ゴム組成物からなる空気入りタイヤ。