JP2010031117A - トレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化による低燃費化と操縦安定性及び耐久性とを両立可能にしたトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂とエラストマーとをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる有機充填材を、ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部配合したことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、トレッド用ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、軽量化による低燃費化と操縦安定性及び耐久性とを両立可能にしたトレッド用ゴム組成物に関する。

一般に、空気入りタイヤの燃費を向上するための方法として、トレッド部などのゴム部材の厚さを薄くしてタイヤを軽量化することが多い（例えば特許文献１参照）。しかし、トレッド部などのゴム部材を薄くするとタイヤ剛性が低下するため、タイヤの操縦安定性や耐久性が低下するという問題がある。この対策として、トレッド部を構成するゴム組成物に配合するカーボンブラックを増量して剛性を高くしようとすると、ゴム組成物のヒステリシスロスが大きくなるため燃費が低下し、所期の目的が達成できないという問題があった。

したがって、ゴム部材を減量して軽量化による低燃費化と操縦安定性及び耐久性との両立を達成することは非常に困難な課題であった。
特開平５−００４２３０号公報

本発明の目的は、軽量化による低燃費化と操縦安定性及び耐久性とを両立可能にしたトレッド用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のトレッド用ゴム組成物は、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂とエラストマーとをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる有機充填材を、ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部配合したことを特徴とする。

前記有機充填材は、薄膜断片状の形態で配合することが好ましく、その厚さとしては１０〜３００μｍであるのがよい。

このトレッド用ゴム組成物は、サイドトレッド部、ベーストレッド部、キャップトレッド部など、いずれにも好適に使用可能である。

本発明のトレッド用ゴム組成物によれば、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂とエラストマーとをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる有機充填材を、ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部配合することによりゴム組成物の剛性を高くしたので、トレッド部の厚さを薄くしたときの剛性を確保することができる。このため、操縦安定及び耐久性を維持しながら、タイヤ重量を軽量化し燃費を向上することができる。

本発明のトレッド用ゴム組成物において、そのゴム成分は、トレッド用ゴムコンパウンドに使用可能なゴムであればよく、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、各種のスチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム等のジエン系ゴムが挙げられる。なかでも、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムが好ましい。これらゴム成分は、単独で使用してもよいし又は複数の種類を共に使用してもよい。

本発明のトレッド用ゴム組成物には、上述したゴム成分に熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂とエラストマーとをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる有機充填材が配合される。この有機充填材の配合によりゴム組成物の重量を増加させることなく弾性率を向上することができる。このため、トレッド部を薄くしても、タイヤに必要な所要の剛性を確保し、操縦安定性及び耐久性を維持することができる。熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー組成物からなる有機充填材は、任意に、薄膜断片状の面状にすることができるため、ゴム成分に高い機械強度を付与することができ、そのため配合量を多くした場合でも伸び特性の低下を抑制することができる。

有機充填材の配合量はゴム成分１００重量部に対し、５〜２０重量部、好ましくは５〜１０重量部である。有機充填材の配合量が５重量部未満であると、ゴム組成物の剛性を十分に高くすることができない。また、有機充填材の配合量が２０重量部を超えると、ゴム組成物の強度が低下するため高速耐久性が悪化する。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分中に有機充填材が薄膜断片状に分散しているとよい。有機充填材を薄膜断片状にすることにより、ゴム組成物の伸びを低下させずに弾性率を高くすることができる。薄膜断片状の有機充填材の厚さは好ましくは１０〜３００μｍ、より好ましくは４０〜１５０μｍであるとよい。有機充填材の厚さが１０μｍ未満であると、弾性率を高くして耐久性を向上することができない。また、有機充填材の厚さが３００μｍを超えると、伸びが低下しタイヤの耐久性が低下する。なお、有機充填材の厚さとは、ゴム組成物の断面を顕微鏡観察したときの平均の厚さとする。

また、薄膜断片状の有機充填材の大きさは、特に制限されるものではないが、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは０．５〜１ｍｍであるとよい。有機充填材の大きさが２ｍｍを超えると、ゴム組成物の伸びが低下する。なお、薄膜断片状の有機充填材の大きさとは、有機充填材の形状が矩形のときは長辺の長さとし、矩形以外の形状のときは面積を同じにした円相当径とする。

薄膜断片状の有機充填材は、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー組成物をフィルム状に成形し細断することにより形成することができる。このような薄膜断片状の有機充填材としては、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー組成物をフィルム化すればよいが、そのフィルムをインナーライナーなどの主用途に使用した際に発生する端切れ材等を有効に使用することができる。

また、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー組成物からなるペレットを、ゴム成分に配合・混練したゴム組成物を押出成形することにより、有機充填材を薄膜断片状にして分散させることができる。さらに、この押出成形したゴム組成物を圧延し、有機充填材の厚さを薄くしてもよい。

本発明において、熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー組成物からなる有機充填材のペレット又は薄肉断片は、ゴム組成物に配合する前に、予め例えば、エポキシ変性スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体などの接着剤により被覆しておくとよい。これによりゴム成分と有機充填材との界面を強化し、ゴム組成物の剛性をより高くすることができる。

有機充填材を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂〔例えば、ナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン４６（Ｎ４６）、ナイロン１１（Ｎ１１）、ナイロン１２（Ｎ１２）、ナイロン６１０（Ｎ６１０）、ナイロン６１２（Ｎ６１２）、ナイロン６／６６共重合体（Ｎ６／６６）、ナイロン６／６６／６１０共重合体（Ｎ６／６６／６１０）、ナイロンＭＸＤ６（ＭＸＤ６）、ナイロン６Ｔ、ナイロン６／６Ｔ共重合体、ナイロン６６／ＰＰ共重合体、ナイロン６６／ＰＰＳ共重合体〕及びそれらのＮ−アルコキシアルキル化物、例えば、ナイロン６のメトキシメチル化物、ナイロン６／６１０共重合体のメトキシメチル化物、ナイロン６１２のメトキシメチル化物、ポリエステル系樹脂〔例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）、ＰＥＴ／ＰＥＩ共重合体、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、液晶ポリエステル、ポリオキシアルキレンジイミドジ酸／ポリブチレンテレフタレート共重合体などの芳香族ポリエステル〕、ポリニトリル系樹脂〔例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル／スチレン共重合体（ＡＳ）、（メタ）アクリロニトリル／スチレン共重合体、（メタ）アクリロニトリル／スチレン／ブタジエン共重合体〕、ポリメタクリレート系樹脂〔例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリメタクリル酸エチル〕、ポリビニル系樹脂〔例えば、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ビニルアルコール／エチレン共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＤＶＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩化ビニル／塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン／メチルアクリレート共重合体、塩化ビニリデン／アクリロニトリル共重合体〕、セルロース系樹脂〔例えば、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース〕、フッ素系樹脂〔例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリクロルフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフロロエチレン／エチレン共重合体〕、イミド系樹脂〔例えば、芳香族ポリイミド（ＰＩ）〕等を好ましく用いることができる。

また、本発明で使用する熱可塑性エラストマー組成物は、上述した熱可塑性樹脂とエラストマーとをブレンドして構成する。熱可塑性エラストマー組成物は、熱可塑性樹脂が連続相（マトリックス）を形成し、エラストマーが分散相（ドメイン）を形成するものである。

本発明で使用する熱可塑性エラストマー組成物を構成するエラストマーとしては、例えば、ジエン系ゴム及びその水添物〔例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エポキシ化天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ、高シスＢＲ及び低シスＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ＮＢＲ、水素化ＳＢＲ〕、オレフィン系ゴム〔例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ、ＥＰＭ）、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム（Ｍ−ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソブチレンと芳香族ビニル又はジエン系モノマー共重合体、アクリルゴム（ＡＣＭ）、アイオノマー〕、含ハロゲンゴム〔例えば、Ｂｒ−ＩＩＲ、ＣＩ−ＩＩＲ、イソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物（Ｂｒ−ＩＰＭＳ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ヒドリンゴム（ＣＨＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）、マレイン酸変性塩素化ポリエチレンゴム（Ｍ−ＣＭ）〕、シリコンゴム〔例えば、メチルビニルシリコンゴム、ジメチルシリコンゴム、メチルフェニルビニルシリコンゴム〕、含イオウゴム〔例えば、ポリスルフィドゴム〕、フッ素ゴム〔例えば、ビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素シリコン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム〕、熱可塑性エラストマー〔例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ボリアミド系エラストマー〕等を好ましく使用することができる。

熱可塑性エラストマー組成物において、特定の熱可塑性樹脂とエラストマーとの組成比は、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂／エラストマーの重量比が、好ましくは１０／９０〜９０／１０、より好ましくは２０／８０〜８５／１５である。

熱可塑性エラストマー組成物の製造方法は、予め熱可塑性樹脂とエラストマーとを２軸混練押出機等で溶融混練し、連続相（マトリックス）を形成する熱可塑性樹脂中に分散相（ドメイン）としてエラストマーを分散させることによる。エラストマーを加硫する場合には、混練下で加硫剤を添加し、エラストマーを動的加硫させてもよい。また、熱可塑性樹脂又はエラストマーへの各種配合剤（加硫剤を除く）は、上記混練中に添加してもよいが、混練の前に予め混合しておくことが好ましい。熱可塑性樹脂とエラストマーの混練に使用する混練機としては、特に限定はなく、スクリュー押出機、ニーダ、バンバリミキサー、２軸混練押出機等が使用できる。中でも熱可塑性樹脂とエラストマーの混練およびエラストマーの動的加硫には、２軸混練押出機を使用するのが好ましい。

本発明のトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合することによりタイヤトレッドの補強性能や耐摩耗性を向上することができる。カーボンブラックの性状は、特に制限されるものではないが、窒素吸着比表面積が、好ましくは３０〜２００ｍ^２／ｇであり、より好ましくは３５〜１５０ｍ^２／ｇにするとよい。カーボンブラックのＮ_２ＳＡが３０ｍ^２／ｇ未満の場合、補強効果が不十分になる。Ｎ_２ＳＡが２００ｍ^２／ｇを超える場合、転がり抵抗と加工性が悪化する。

カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対し、好ましくは３０〜１２０重量部であり、より好ましくは４０〜１１０重量部にするとよい。カーボンブラックの配合量が３０重量部未満の場合、ゴム組成物の補強効果が不十分になる。カーボンブラック配合量が１２０重量部を超えると、転がり抵抗が悪化し燃費を向上することができない。

本発明のゴム組成物において、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、水酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム等の他の充填剤を配合することができる。また、加硫又は架橋剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、加工助剤、カップリング剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

本発明により得られたトレッド用ゴム組成物は、空気入りタイヤのキャップトレッド、アンダートレッド、サイドトレッドなどのトレッド部に使用するのが好ましい。本発明のトレッド用ゴム組成物からなるトレッド部を備えた空気入りタイヤは、操縦安定性と耐久性を維持しながら燃費を向上することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、これにより本発明の範囲が制限を受けるものではない。

熱可塑性エラストマー組成物の調製及び有機充填材の成形
ナイロン６／６６共重合体（東レ社製アラミンＣＭ６００１）を４０重量部、イソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物（エクソンモービルケミカル社製ＭＤＸ９０−１０）を６０重量部、亜鉛華（正同化学工業社製酸化亜鉛３種）を１重量部、ステアリン酸（日油社製ビーズステアリン酸）を１重量部を秤量した混合物を溶融混練し、ペレット状の熱可塑性エラストマー組成物を調製した。この熱可塑性エラストマー組成物を所定の厚さのフィルム状に成形し、０．５ｍｍの矩形に細断して有機充填材とした。

実施例１〜５、比較例１〜４
表１に示す配合からなる９種類のゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜４）を、それぞれ硫黄、加硫促進剤、加硫遅延剤を除く配合成分を秤量し、１.７Ｌのバンバリーミキサーで４分間混練し、１５５±５℃に達したときにマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１.７Ｌのバンバリーミキサーに供し、硫黄、加硫促進剤、加硫遅延剤を加え混合し、トレッド用ゴム組成物を調製した。

得られた９種類のゴム組成物（実施例１〜５、比較例１〜４）を使用し、所定の厚さの未加硫ゴムシートを成形した。トレッド用ゴム組成物中の有機充填材の厚さは、未加硫ゴムシートの断面を顕微鏡観察しその平均の厚さを測定し、得られた結果を表１に示した。

得られた未加硫ゴムシートを所定形状の金型中で１６０℃、２０分間の条件で加硫し、加硫ゴムシートの弾性率を下記の試験方法により測定した。

また、９種類の未加硫ゴムシート（厚さ２ｍｍ）でベーストレッド部をそれぞれ構成したタイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５の空気入りタイヤを加硫成形した。得られた９種類の空気入りタイヤの高速耐久性、転がり抵抗を下記の試験方法により評価した。

弾性率
得られた加硫ゴムシートの弾性率として、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、３号型ダンベル試験片、引張り速度５００ｍｍ／分、温度２３℃の条件で１００％モジュラスを測定した。得られた結果は、比較例１を１００とする指数として表１に示した。この指数が大きいほど弾性率が高いことを意味する。

高速耐久性
得られた空気入りタイヤをリム（１５×６Ｊ）にリム組みしてドラム径１７０７ｍｍのドラム試験機に装着し、ＪＩＳ Ｄ４２３０に準拠する条件で高速耐久試験を行なった後、速度を３０分毎に１０ｋｍ／ｈずつ増速し、タイヤが破壊したときの速度を測定した。得られた結果は、比較例１を１００とする指数として表１に示した。この指数が大きいほど高速耐久性が優れることを意味する。

転がり抵抗
得られた空気入りタイヤの転がり抵抗を、転動抵抗試験機を用いて測定した。測定条件は、ＪＡＴＭＡ Ｙ／Ｂ２００８年版に記載の条件を準用した。得られた結果は、比較例１の測定値の逆数を１００とする指数として表１に示した。この指数が大きいほど転がり抵抗が小さく燃費を向上することを意味する。

なお、表１において使用した原材料の種類を下記に示す。
ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３
ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０
ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ １５０２
ＣＢ：カーボンブラック、新日化カーボン社製ニテロン＃１０（窒素吸着比表面積＝４９ｍ^２／ｇ）
亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
老化防止剤：住友化学社製アンチゲン ６Ｃ
オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号
硫黄：鶴見化学工業社製油処理イオウ
加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラー ＮＳ−Ｐ
加硫遅延剤：東レファインケミカル社製リターダー ＣＴＰ

実施例２，６
上述した実施例２と同じゴム組成物からなる未加硫ゴムシートを成形するときの製造条件を変更することにより、ゴムシートの厚さが異なる未加硫ゴムシートを作製した。得られた未加硫ゴムシートでベーストレッド部を構成したタイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５の空気入りタイヤを上述した実施例２と同じ条件で加硫成形した。得られた空気入りタイヤ（実施例２，６）の重量、操縦安定性を下記の試験方法により評価した。また、転がり抵抗を上述の試験方法で測定し、得られた結果を実施例２を１００にする指数として表２に示した。

タイヤ重量
実施例２，６の空気入りタイヤの重量を測定し、得られた結果を実施例２を１００にする指数として表２に示した。この指数が小さいほど軽いことを意味する。

操縦安定性
乾燥路面においてテストドライバー２人が実車走行試験を行なった。そのときの操縦安定性を２人の実車フィーリングにより評価した。得られた結果は、実施例２のタイヤを基準として、実施例６のタイヤが良い、同等、悪いのいずれであるかを判定し、表２に示した。

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂とエラストマーとをブレンドした熱可塑性エラストマー組成物からなる有機充填材を、ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部配合したトレッド用ゴム組成物。
2. 前記有機充填材が薄膜断片状である請求項１に記載のトレッド用ゴム組成物。
3. 前記薄膜断片状の有機充填材の厚さが１０〜３００μｍである請求項２に記載のトレッド用ゴム組成物。
4. サイドトレッド部、ベーストレッド部又はキャップトレッド部に使用される請求項１，２又は３に記載のトレッド用ゴム組成物。
5. 請求項４に記載のトレッド用ゴム組成物によりサイドトレッド部、ベーストレッド部及びキャップトレッド部から選ばれる少なくとも１つの部分を構成した空気入りタイヤ。