JP2010059250A - トラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤ - Google Patents

トラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤ Download PDF

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Abstract

【課題】良好な氷上・雪上での制動力と、耐偏摩耗性、操縦安定性、さらには良好な転がり抵抗特性と耐摩耗性までをも両立する高性能なトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム成分100質量部に対して、脂肪酸および/またはその誘導体を2.2〜10質量部含有するゴム組成物からなり、JIS−A硬度が58度以上であるトレッドを有するトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、トラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤに関する。
スパイクタイヤによる粉塵公害を防止するために、スパイクタイヤの使用を禁止することが法制化され、寒冷地では、スパイクタイヤに代わってスタッドレスタイヤが使用されるようになった。スタッドレスタイヤの氷上や雪上でのグリップ性能を向上させるためには、低温における弾性率を低下させて粘着摩擦を向上させる方法がある。特に、氷上での制動力は、ゴムと氷との有効接触面積による影響が大きいため、有効接触面積を大きくするために、低温で柔軟なゴムにすることが求められている。
他方、オイル量を増量するなどの方法により、単にゴムの硬度だけを下げてしまうと、トラック・バスまたはライトトラック用スタッドレスタイヤでは、トレッド部分の耐偏摩耗性や、操縦安定性が低下する。
さらに、近年、地球温暖化の影響または夏用タイヤへのはきかえが面倒なのではきつぶすなどの理由により、氷雪路以外をスタッドレスタイヤで走行することも多く、スタッドレスタイヤのトレッド部分の耐摩耗性が強く求められるようになってきている。とくに、トラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤでは、トレッド部分の耐摩耗性は特に重要な特性であって、前述したように、単にオイル量を増量するなどの方法により、氷上や雪上での制動性能を上げようとすると、耐摩耗性が低下するという問題が生じる。
一般に、スタッドレスタイヤのトレッドゴムは、強度が高いがガラス転移温度が低く柔軟であるとの理由から、天然ゴムやブタジエンゴムを主成分として作製されることが多い(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、天然ゴムやブタジエンゴムは、硫黄加硫すると加硫戻り(リバージョン)を生じる。この現象は、ゴムが劣化したり、架橋状態が悪くなることであって、この際に低温での弾性率も低下するが、硬度も必要以上に低下し、耐偏摩耗性や、操縦安定性が低下することが、本発明者らの研究の結果わかってきた。加えて、加硫戻りが起こると、不必要に高温のtanδが増大し、トラック・バスまたはライトトラックでは、非常に重要な特性である燃費が低下することになる。
特にスタッドレスタイヤに限らず、タイヤの生産性を挙げるために、より高温で加硫が行われる場合もあるが、この場合には、特に前記現象がより顕著になる。また、加硫戻りにより、さらに耐摩耗性も低下するという問題も存在する。
特開2007−169500号公報
本発明は、前記課題を解決し、良好な氷上・雪上での制動力と、耐偏摩耗性、操縦安定性、さらには良好な転がり抵抗特性と耐摩耗性までをも両立する高性能なトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤを提供することを目的とする。さらには、該スタッドレスタイヤをより高い生産効率で生産して、より安価に消費者に提供することを目的とする。
本発明は、ゴム成分100質量部に対して、脂肪酸および/またはその誘導体を2.2〜10質量部含有するゴム組成物からなり、JIS−A硬度が58度以上であるトレッドを有するトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤに関する。
ゴム組成物が、ゴム成分中に天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムを70重量%以上含有することが好ましい。
ゴム成分が、ブタジエンゴムを35質量%以上、天然ゴムを35質量%以上含有することが好ましい。
本発明によれば、脂肪酸および/またはその誘導体を2.2〜10質量部含有するゴム組成物からなり、JIS−A硬度が58度以上であるトレッドを使用するので、良好な氷上・雪上での制動力と、耐偏摩耗性、操縦安定性、さらには良好な転がり抵抗特性と耐摩耗性までをも両立する高性能なトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤを提供することができる。
本発明のトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤは、ゴム成分100質量部に対して、脂肪酸および/またはその誘導体を2.2〜10質量部含有するゴム組成物からなり、JIS−A硬度が58度以上であるトレッドを有する。
ゴム成分としては、特に限定されないが、たとえば、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(X−IIR)などがあげられる。なかでも、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもでき、さらに、耐摩耗性を向上させることもできるという理由から、NRおよびENRが好ましい。
ゴム組成物が、ゴム成分中に天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムを70質量%以上含有することが好ましい。これらのゴム成分の配合量は、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。70質量%未満であると、ガラス転移点を低くしにくくなり、氷上・雪上での制動力が低下したり、耐摩耗性が悪化したりする傾向がある。
ゴム成分中にブタジエンゴムを35質量%以上含有することが好ましい。この配合量は、50質量%以上がより好ましく、55質量%以上がさらに好ましい。35質量%以上にすることにより、氷雪上性能が良好になる。一方、含有量の上限は、65質量%が好ましく、60質量%がより好ましい。65質量%をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。
ゴム成分中に天然ゴムを35質量%以上含有することが好ましい。この配合量は、40質量%以上がより好ましい。35質量%未満であると、耐摩耗性や機械的強度を確保するのが難しくなる。含有量の上限は、70質量%が好ましく、60質量%がより好ましく、50質量%がさらに好ましい。70質量%より多いと、ブタジエンゴムの含有量を増やしにくくなり、氷上・雪上での制動力を向上させにくくなる傾向がある。
ブタジエンゴムとしては、シス含量が95質量%以上のものが好ましい。これによって、耐摩耗性や機械的強度を向上させることができる。
ブタジエンゴムの分子量分布(Mw/Mn)は、Mw/Mnが3.0〜3.4のブタジエンゴムを使用してもよい。このようなブタジエンゴムを使用することにより、加工性の改善と耐摩耗性の改善を両立することができる。
前記ゴム成分は、アルコキシル基、アルコキシシリル基、エポキシ基、グリシジル基、カルボニル基、エステル基、ヒドロキシ基、アミノ基およびシラノール基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基(以下、官能基とする)を含んでいてもよい。これらの官能基を有するゴムは、市販のものを用いてもよいし、適宜変性して用いてもよい。
脂肪酸および/またはその誘導体としては、特に限定されないが、やし油、パーム核油、ツバキ油、オリーブ油、アーモンド油、カノーラ油、落花生油、米糖油、カカオ脂、パーム油、大豆油、綿実油、胡麻油、亜麻仁油、ひまし油、菜種油などの植物油由来の脂肪族カルボン酸、牛脂などの動物油由来の脂肪族カルボン酸、石油等から化学合成された脂肪族カルボン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、カプリル酸、オレイン酸、リノール酸などが挙げられ、その誘導体としては、亜鉛、カルシウム、マグネシウムなどの金属塩などが挙げられる。また、これらの脂肪酸を含んだ市販の各種加工助剤も好適に使用することができる。これらの中では、低コストであることからステアリン酸が好ましい。
脂肪酸および/またはその誘導体の含有量は、ゴム成分100質量部に対して2.2質量部以上、好ましくは2.4質量部以上、より好ましくは2.8質量部以上、さらに好ましくは3.5質量部以上、最も好ましくは5質量部以上である。混合物の含有量が2.2質量部未満では、リバージョンの抑制効果が充分でなく、転がり抵抗特性、耐摩耗性、良好なブロック剛性と操縦安定性が得られにくくなる。また、リバージョン抑制による耐摩耗性改善も期待できなくなる。脂肪酸および/またはその誘導体の含有量は10質量部以下、好ましくは8質量部以下である。10質量部をこえると、ブルームする傾向が大きくなる。
オイルまたは可塑剤を含有する場合には、これらの配合量は、ゴム成分100質量部に対して、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましく、2質量部以下がさらに好ましく、全く含有しないことが最も好ましい。これらの成分を多く含有すると、耐摩耗性が低下してしまう上に、耐加硫戻り性も低下する場合がある。また、耐摩耗性低下が比較的少ないアロマオイルや代替アロマオイルでも、低温特性が低下して、氷雪上性能が悪化したり、高温でのtanδが大きくなって転がり抵抗が特性が悪化する場合がある。
本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分、脂肪酸および/またはその誘導体以外にも、従来ゴム工業で使用される配合剤、たとえば、カーボンブラック、シリカ、卵殻紛などの充填剤、軟化剤、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、老化防止剤、加硫促進助剤、酸化亜鉛、過酸化物や硫黄などの加硫剤、加硫促進剤などを含有してもよい。
カーボンブラックとしては、平均粒子径が22nm以下および/またはDBP給油量が115ml/100g以上のカーボンブラックが好ましい。このようなカーボンブラックを配合することによって、トラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤとして必要な補強性をトレッドに付与し、ブロック剛性、操縦安定性、耐偏摩耗性、耐摩耗性を確保することができる。また、カーボンブラックを配合したゴム組成物は、加工性が低下しやすいが、本願発明で使用するゴム組成物では、脂肪酸および/またはその誘導体を多く含有するので、未加硫ゴムの粘度を低下させ、加工性を改善することができる。
カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して15質量部以上、好ましくは25質量部以上、より好ましくは35質量部以上、最も好ましくは45質量部以上である。カーボンブラックの含有量が15質量部未満では、補強性が不足し、必要なブロック剛性、操縦安定性、耐偏摩耗性、耐摩耗性を確保しにくくなる傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は、120質量部以下、好ましくは80質量部以下、より好ましくは60質量部以下である。カーボンブラックの含有量が120質量部をこえると、加工性が悪化したり、転がり抵抗特性が悪化したり、硬度が高くなりすぎたりする傾向がある。
前記卵殻紛は、前記ゴム成分に対して配合されることで、(A)鶏卵殻紛自体が氷雪路面を引っ掻く効果、(B)鶏卵殻紛粒子に存在する細孔が氷雪路面の水を吸水し除去する効果、(C)鶏卵殻紛粒子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(D)鶏卵殻紛粒子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、氷雪路面を引っ掻く効果という(A)〜(D)の効果が得られる。このように、氷上性能の向上には、引っ掻き効果とともに、鶏卵殻紛粒子中に存在する細孔または鶏卵殻紛粒子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。
卵殻粉は、(1)平均粒子径が20μm以下の鶏卵殻粉と(2)平均粒子径が40〜200μmの鶏卵殻粉からなる。
卵殻紛(1)のように粒子径の小さいものを配合すると、それより粒子径の大きいものを同量配合した場合よりも、より多くの凹凸がゴム組成物表面に生じるため、引掻き効果を向上させるという効果が得られる。
また、卵殻紛(2)のように粒子径が大きいものを配合すると、ゴム組成物表面の表面粗さを大きくして、引掻き効果を向上させるという効果が得られる。
卵殻紛(1)および(2)を組み合わせることで、トレッド表面に大小の細孔を生じ、小さい孔は淵部分を多く生じさせることから引掻き効果を生じさせ、大きな孔は吸水効果を生じさせることで、鶏卵殻紛(1)および(2)の相乗効果が生じ、氷上性能が大幅に向上する。
卵殻粉(1)の平均粒子径は20μm以下、好ましくは10μm以下である。卵殻粉(1)の平均粒子径が20μmをこえると、生じる細孔が大きくなり淵部分が減少するため、十分な引掻き効果が得られない。また、卵殻粉(1)の平均粒子径は3μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましい。卵殻粉(1)の平均粒子径が3μm未満では、得られる凹凸がフラットになり、氷上性能が期待できない傾向がある。なお、卵殻粉(1)の平均粒子径は、粒度分布測定器を用いて測定される。
卵殻粉(1)および(2)の合計含有量に対する卵殻粉(1)の含有率は、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましい。含有率が30質量%未満では、小さな孔が少なくなり、十分なエッジ効果が得られない傾向がある。また、卵殻粉(1)の含有率は、70質量%以下が好ましく、60質量%以下がより好ましい。含有率が70質量%をこえると、大きな孔が少なくなり、十分な吸水効果が得られない傾向がある。
卵殻粉(2)の平均粒子径は40μm以上、好ましくは45μm以上、より好ましくは50μm以上である。卵殻粉(2)の平均粒子径が40μm未満では、十分な大きな孔が無くなり、十分な吸水効果が得られない。また、卵殻粉(2)の平均粒子径は200μm以下、好ましくは150μm以下、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは80μm以下である。卵殻粉(2)の平均粒子径が200μmをこえると、耐摩耗性が低下する、あるいは、一定以上の凹凸があることで、ゴムと氷雪路面との接触面積が極端に少なくなり、逆に氷上性能を低下させる傾向がある。なお、卵殻粉(2)の平均粒子径は、粒度分布測定器を用いて測定される。
卵殻粉の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、5質量部以上、好ましくは10質量部以上である。卵殻粉の含有量が、5質量部未満では、氷上性能が向上しない。また、卵殻粉の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、25質量部以下、好ましくは20質量部以下である。卵殻粉の含有量が、25質量部をこえると、ゴムへの混練り時に分散が悪くなり、耐摩耗性が低下する。なお、鶏卵殻紛の含有量とは、卵殻紛(1)および(2)の含有量を合計したものをいう。
本発明で使用するゴム組成物の硬化前の粘度は、130℃のムーニー粘度で75以下が好ましく、70以下がより好ましく、65以下がさらに好ましい。
前記ゴム組成物の硬化物の硬度は、JIS−A硬度で好ましくは58度以上、より好ましくは58度以上、さらに好ましくは62度以上、最も好ましくは64度以上である。硬度を60度以上にすることによって、良好なブロック剛性を確保し、操縦安定性と良好な耐偏摩耗性、耐摩耗性を確保することができる。一方、硬度は好ましくは75度以下、より好ましくは70度以下、さらに好ましくは67度以下である。硬度を75度以下にすることによって、優れた氷雪上性能を達成することができる。
前記ゴム組成物を架橋した架橋物のtanδは、温度70℃、初期歪み10%、動歪み2%および周波数10Hzの条件下で測定したtanδが0.17以下であることが好ましく、0.15以下であることがより好ましい。
本発明のトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤは、前記ゴム組成物から作製したタイヤトレッドを有する。ここで、ライトトラックとは、SUV、バン(大型のコンベンショナルバンとミニバン)、ピックアップトラックなどである。
該スタッドレスタイヤは、前記ゴム組成物を用いて、通常の方法で製造される。すなわち、必要に応じて前記配合剤を適宜配合した前記ゴム組成物を用いてタイヤトレッドを作製し、他の部材とともに貼り合わせ、タイヤ成型機上にて加熱加圧することにより製造することができる。
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
以下、実施例および比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
天然ゴム(NR):RSS#3(官能基:なし)
BR:宇部興産株式会社製のBR150B(シス1,4結合量97%、ML1+4(100℃)40、25℃でのトルエン溶液粘度48cps、Mw/Mn3.3)
カーボンブラック:三菱化学株式会社製のダイアブラックA(N110(SAF)カーボン、平均粒子径19nm、DBP給油量116ml/100g、窒素吸着比表面積142m/g)
卵殻粉1:キューピー(株)製の卵カルシウム(カルホープ)(平均粒子径10μm)
卵殻粉2:キューピー(株)製の卵カルシウム(カルホープ)(平均粒子径50μm)
ステアリン酸:日本油脂(株)製の桐
脂肪族系化合物1:ストラクトール社製のストラクトールEF−44〔(i)脂肪族カルボン酸亜鉛塩:天然植物油由来の脂肪酸(炭素数:12〜18)の亜鉛塩、(ii)天然植物油由来の脂肪酸(炭素数:12〜18)、(iii)芳香族カルボン酸亜鉛塩:安息香酸亜鉛、(iv)芳香族カルボン酸:安息香酸、含有モル比率1:1:1:1、亜鉛含有率:8質量%〕〕
脂肪族系化合物2:ストラクトール社製のアクチベーター73A〔(i)脂肪族カルボン酸亜鉛塩:やし油由来の脂肪酸(炭素数:8〜12)の亜鉛塩、(ii)芳香族カルボン酸亜鉛塩:安息香酸亜鉛、含有モル比率:1/1、亜鉛含有率:17質量%〕
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
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)
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエースワックス
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤TBBS: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1〜9および比較例1〜4
表1に示す配合処方にしたがい、バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の表1の工程1に示す配合量の薬品を投入して、約150℃で5分間混練りした。その後、工程1で得られた混合物に対して、工程2に示す配合量の硫黄および加硫促進剤を加え、オープンロールを用いて、約80℃で3分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物をトレッド形状に成形して、他のタイヤ部材と貼り合せ、150℃、25kgfの条件にて、35分間加硫することにより、各実施例のトラック・バス用スタッドレスタイヤ(タイヤサイズ:11R22.5)を作製した。
以下に示す方法により、各サンプルを評価した。
(加硫戻り性)
キュラストメーターを用いて、160℃における未加硫ゴム組成物の加硫曲線を測定した。最大トルク上昇値(MH−ML)値を100として、加硫開始時点から20分後のトルク上昇値(M(20分)−ML)を相対値で示し、相対値を100から引いた値をリバージョン率とした。リバージョン率が小さいほど、リバージョンが抑制され、良好であることを示す。
(硬度)
JIS K6253の「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」に従って、タイプAデュロメーターにより、各実施例の加硫ゴム試験片の硬度を測定した。
(氷雪上性能)
各実施例のスタッドレスタイヤを用いて、下記条件で氷雪上において実車性能を評価した。なお、冬用空気入りタイヤとして11R22.5のトラック・バス用スタッドレスタイヤを製造し、これらのタイヤを4トン車に装着した。試験場所は、住友ゴム工業株式会社の北海道旭川テストコースで行い、氷上気温は−1〜−6℃、雪上気温は−2〜−10℃であった。
・制動性能(氷上制動停止距離):時速30km/hでロックブレーキを踏み停止させるまでに要した氷上の停止距離を測定した。そして、比較例1をリファレンスとして、下記式から算出した。
(制動性能指数)=(比較例1の制動停止距離)÷(停止距離)×100
・ハンドリング性能:同じ車輌を使用して、発進、加速および停止についての測定を行い、フィーリングによる評価も行った。フィーリング評価は、比較例1を100とした基準とし、明らかに性能が向上したとテストドライバーが判断したものを120、これまで全く見られなかった良好なレベルであるものを140とするような評点付けを行った。
(耐摩耗性)
各実施例のトラック・バス用スタッドレスタイヤのトレッドから厚さ5mmの試験片を切り出し、(株)岩本製作所製のランボーン摩耗試験機を用いて、表面回転速度50m/分、付加荷重3.0kg、落砂量15g/分で、スリップ率20%の条件下で摩耗量を測定し、それらの摩耗量の逆数をとった。比較例1の摩耗量の逆数を100とし、そのほかの摩耗量の逆数を指数で表した。指数が大きいほど、耐摩耗性に優れることを示す。
(転がり抵抗)
各実施例のトラック・バス用スタッドレスタイヤのトレッドからサンプルを切り出し、(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターVESを用いて、温度70℃、初期歪10%、動歪2%および周波数10Hzの条件下で、損失正接(tanδ)を測定した。
(ブルーム)
加硫後、目視にてブルーム状態を確認し、明らかに析出しているものを×、拡大鏡で見ると析出が確認されるものを△、ブルームが見られないものを〇とした。
(粘度・加工性)
粘度は、JIS K 6300−1「未加硫ゴム−物理特性−第1部:ムーニー粘度計による粘度およびスコーチタイムの求め方」に準じて、ムーニー粘度試験機を用いて、1分間の予熱によって熱せられた130℃の温度条件にて、小ローターを回転させ、4分間経過した時点での未加硫ゴム組成物のムーニー粘度(ML1+4/130℃)を測定した。なお、小数点以下は、四捨五入した。
加工性は、ムーニー粘度に基づき、76以上のものを×、71以上75以下のものを△、66以上70以下のものを〇、65以下のものを◎とした。
上記各試験の評価結果を表1に示す。
Figure 2010059250
実施例のサンプルでは、いずれもリバージョン率が低く、硬度も適正であって、高いハンドリング性能と氷上制動性能、耐摩耗性能を両立している。
一方、ステアリン酸の添加量の少ない比較例1および3では、耐摩耗性が低下した。また、硬度が低く、それに伴ってハンドリング性能や耐偏摩耗性も低下した。さらに、加工性も非常に悪いものであった。
ステアリン酸の添加量の少なく、卵殻粉も配合していない比較例2では、耐摩耗性は良好であったが、氷上性能が著しく低いものであった。また、硬度も低く、転がり抵抗特性も悪く、さらに加工性も低いものであった。
比較例4では、脂肪酸および/またはその誘導体を配合しすぎてブルームが生じた。

Claims (3)

  1. ゴム成分100質量部に対して、脂肪酸および/またはその誘導体を2.2〜10質量部含有するゴム組成物からなり、JIS−A硬度が58度以上であるトレッドを有するトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤ。
  2. ゴム組成物が、ゴム成分中に天然ゴム、イソプレンゴムおよびブタジエンゴムを70質量%以上含有する請求項1記載のトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤ。
  3. ゴム成分が、ブタジエンゴムを35質量%以上、天然ゴムを35質量%以上含有する請求項2記載のトラック・バス用またはライトトラック用スタッドレスタイヤ。
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