JP2010155508A - クッション用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

クッション用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ Download PDF

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Abstract

【課題】強度を維持しつつ、低燃費性能を向上させたクッション用ゴム組成物および空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム成分100質量部に対して、ヨウ素吸着量が50〜70mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が130〜150ml/100gである第1カーボンブラックを5〜20質量部、およびヨウ素吸着量が110〜130mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が105〜120ml/100gである第2カーボンブラックを15〜30質量部、ならびに、硫黄および加硫促進剤を含み、硫黄/加硫促進剤の質量比が1.0〜2.3であるクッション用ゴム組成物に関する。
【選択図】図1

Description

本発明はクッション用ゴム組成物および空気入りタイヤに関する。
近年、二酸化炭素の排出による地球温暖化が進行しており、自動車の排ガス規制や二酸化炭素排出規制が厳しくなりつつある。また、将来的にガソリンやディーゼルなどの石油資源より得られる自動車用軽油が枯渇することが予想されている。
そのため、トラック、バスなどの自動車に対する低燃費化の要求がますます強くなってきており、転がり抵抗の少ないタイヤ(燃費消費の少ないタイヤ)の開発が重要視されてきている。
タイヤの転がり抵抗を低減させる方法としては、タイヤ部材の中でも最大質量を占めるトレッドの改良を行なうことが効果的であり、従来、トレッドの改良によってタイヤの転がり抵抗の低減化がはかられてきた。しかし、トレッドは、タイヤの耐摩耗性およびグリップ性能に最も影響をおよぼすタイヤ部材であるため、耐摩耗性およびグリップ性能を維持したまま、転がり抵抗の低減化をはかることは、技術的に限界に近づいている。
よって今後は、トレッド以外のタイヤ部材を改良することによるタイヤの転がり抵抗の低減化が重要となってくる。
タイヤの耐摩耗性およびグリップ性能に影響を及ぼさず、改良することで転がり抵抗の低減化を可能にするタイヤ部材としては、ブレーカークッションがあげられる。ここで、ブレーカークッションとは、図1に示すカーカス6と、ベルト層7のタイヤ軸方向の端部との間に配されたタイヤ部材9をいい、タイヤの耐久性、車の乗り心地などに大きな影響をおよぼす重要なタイヤ部材である。
ブレーカークッションの改良手法としては、例えば、クッション用ゴム組成物におけるゴム成分の存在比率を増加させることでカーボンブラックなどの補強用充填剤の存在比率を低減させ、ゴム組成物の損失正接tanδを低減することがおこなわれてきた。しかし、ゴム組成物への補強効果が十分に得られず、ゴム組成物の複素弾性率E*が低下するため、ブレーカークッションが変形しやすくなってエネルギー損失が大きくなるため、タイヤの転がり抵抗の低減を達成できなかった。
また、クッション用ゴム組成物に多量の加硫剤を添加させ、ゴム組成物の損失正接tanδを低減することがおこなわれてきた。この手法をとることにより、ゴム組成物中における補強用充填剤の存在比率を下げることなく、転がり抵抗を低減することが可能であるが、タイヤ走行により生じる熱老化によるゴム組成物の物性変化が大きくなり、ゴム組成物をブレーカークッションとした場合は、縁石へ乗りあげた際、また、不整地を走行した際に受けるタイヤの側面への衝撃に耐えうるだけの特性(破壊特性)が十分ではない。
破壊特性は、タイヤの種類によってその要求のレベルが異なり、軽トラックよりも大型トラックやバスなどの荷重がより大きい車輌に用いるラジアルタイヤほど、優れた破壊特性が必要となってくる。
特許文献1には、補強性と低転がり抵抗(LRR)性能とのバランスに優れたタイヤ用ゴム組成物として、チッ素吸着比表面積が30〜70m2/gであり、ジブチルフタレート吸油量が134cm3/100g以上であり、かつヨウ素吸着量が20〜50mg/gであるカーボンブラックを含有するタイヤ用ゴム組成物が記載されている。
特許文献2には、タイヤ強度を維持しつつタイヤ質量を軽量化することにより車両の低燃費化することを目的として、ベルトプライとカーカスとの間に補強ゴム層を配し、該補強ゴム層を所定の物性とすることが記載されている。
しかし、いずれの技術に対しても更なる性能の向上が望まれている。
特開2004−099804号公報 特開2000−71716号公報
本発明は、強度を維持しつつ、低燃費性能を向上させたクッション用ゴム組成物および空気入りタイヤを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、ヨウ素吸着量が50〜70mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が130〜150ml/100gである第1カーボンブラックを5〜20質量部、およびヨウ素吸着量が110〜130mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が105〜120ml/100gである第2カーボンブラックを15〜30質量部、ならびに、硫黄および加硫促進剤を含み、硫黄/加硫促進剤の質量比が1.0〜2.3であるクッション用ゴム組成物である。
本発明は、前記クッション用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤである。
本発明によれば、強度を維持しつつ、低燃費性能を向上させたクッション用ゴム組成物および空気入りタイヤを得ることができる。
<空気入りタイヤの構造>
本発明に係る空気入りタイヤの一実施形態を図面に基づき説明する。
図1は、トラック、バスなどに使用される重荷重用の空気入りタイヤ1の右半分断面図である。空気入りタイヤ1は、トレッド部2と、その両端からタイヤ半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部3と、各サイドウォール部3の内方端に位置するビード部4とが設けられる。また空気入りタイヤ1は、前記ビード部4、4間を跨るトロイド状のカーカス6と、このカーカス6の外側に配されたベルト層7とが設けられる。
前記カーカス6は、トレッド部2からサイドウォール部3をへてビード部4のビードコア5に至る本体部6aと、この本体部6aに連なり前記ビードコア5の廻りを本例ではタイヤ軸方向内側から外側に向けて折り返された折返し部6bとを有する1枚のカーカスプライ6Aで構成される。また本体部6aと折返し部6bとの間には、ビードコア5からタイヤ半径方向外方に先細状でのびるビードエーペックス8が設けられ、ビード部4が適宜補強される。
前記ベルト層7は、少なくとも2枚、この例では4枚のベルトプライ7A、7B、7C及び7Dから構成される。各ベルトプライは、平行に配列されたスチールコードをタイヤ赤道Cに対して傾けて配される。
ベルト層7のタイヤ半径方向外側にはトレッドゴム2Gが配されている。また空気入りタイヤ1は、いわゆるSOT構造(Sidewall Over Tread)であり、トレッドゴム2Gのタイヤ軸方向の両端部は、サイドウォールゴム3Gによって覆われている。ただし、特にこのような態様に限定されるものではない。
前記カーカス6と、ベルト層7のタイヤ軸方向の端部7Eとの間には、断面略三角形状をなすクッションゴム9が配される。該クッションゴム9は、タイヤ軸方向の内端9iと、タイヤ軸方向の外端9oとを有し、これらの間をのびる。クッションゴム9は、ベルト層7の端部7Eとカーカス6との間に満たされ、負荷走行時のベルト層7の端部7Eの変形に追従し、歪の分散を図る。またクッションゴム9は、そのゴム配合を適切にコントロールすることにより、周期的な変形に伴う過度の発熱を防ぐことができる。本発明に係るクッション用ゴム組成物は、クッションゴム9に使用するものである。
<クッション用ゴム組成物>
本発明に係るクッション用ゴム組成物は、ゴム成分および特定のカーボンブラックならびに、硫黄と加硫促進剤を所定の配合比で含む。
(ゴム成分)
ゴム成分としては、一般的に使用される天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などのジエン系ゴム、またはブチルゴム(IIR)、塩素化ブチルゴム(X−IIR)などのブチル系ゴムが使用される。なかでも、タイヤとして要求される高強度および低発熱性を付与することができることから、ジエン系ゴムを使用することが好ましく、天然ゴムを使用することがより好ましい。
(カーボンブラック)
本発明に係るクッション用ゴム組成物は、ヨウ素吸着量が50〜70mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が130〜150ml/100gである第1カーボンブラックおよび、ヨウ素吸着量が110〜130mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が105〜120ml/100gである第2カーボンブラックを含む。
第1カーボンブラックのヨウ素吸着量は50mg/g以上である。ヨウ素吸着量が50mg/g未満では、狙いとする破壊特性を出すことが不可能である。また、第1カーボンブラックのヨウ素吸着量は70mg/g以下である。ヨウ素吸着量が70mg/gをこえると、クッション用ゴム組成物のtanδが高くなり、狙いとする低燃費性が得られない。第1カーボンブラックのヨウ素吸着量はさらに52〜65mg/gであることが好ましい。
第1カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量(DBP吸油量)は130ml/100g以上である。DBP吸油量が130ml/100g未満では、クッション用ゴム組成物のtanδが高くなり、狙いとする低燃費性が得られない。また、第1カーボンブラックのDBP吸油量は150ml/100g以下である。DBP吸油量が150ml/100gをこえると、狙いとする破壊特性が得られない。第1カーボンブラックのDBP吸油量はさらに130〜145ml/100gであることが好ましい。
第1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5質量部以上である。含有量が5質量部未満では、カーボンブラックによる補強が不足して、狙いとする破壊特性が得られない。また、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20質量部以下である。含有量が20質量部をこえると、ゴム組成物のtanδが高くなり、狙いとする低燃費性が得られない。第1カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対してさらに10〜20質量部であることが好ましい。
第2カーボンブラックのヨウ素吸着量は110mg/g以上である。ヨウ素吸着量が110mg/g未満では、狙いとする破壊特性を出すことが不可能である。また、第2カーボンブラックのヨウ素吸着量は130mg/g以下である。ヨウ素吸着量が130mg/gをこえると、クッション用ゴム組成物のtanδが高くなり、狙いとする低燃費性が得られない。第2カーボンブラックのヨウ素吸着量はさらに118〜120mg/gであることが好ましい。
第2カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量(DBP吸油量)は105ml/100g以上である。DBP吸油量が105ml/100g未満では、クッション用ゴム組成物のtanδが高くなり、狙いとする低燃費性が得られない。また、第2カーボンブラックのDBP吸油量は120ml/100g以下である。DBP吸油量が120ml/100gをこえると、狙いとする破壊特性が得られない。第2カーボンブラックのDBP吸油量はさらに110〜118ml/100gであることが好ましい。
第2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質量部以上である。含有量が15質量部未満では、カーボンブラックによる補強が不足して、狙いとする破壊特性が得られない。また、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30質量部以下である。含有量が30質量部をこえると、ゴム組成物のtanδが高くなり、狙いとする低燃費性が得られない。第2カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対してさらに20〜25質量部であることが好ましい。
(硫黄)
硫黄としては、ゴム工業において加硫時に一般的に用いられる硫黄を用いることができるが、とくに不溶性硫黄を用いることが好ましい。ここで不溶性硫黄とは、天然硫黄S8を加熱、急冷し、Sx(x=10万〜30万)となるように高分子量化した硫黄のことをいう。不溶性硫黄を用いることで、通常、硫黄をゴム加硫剤として用いた場合に生じるブルーミングを防止することができる。
硫黄(オイル分を除いた純硫黄分)の配合量は、ゴム成分100質量部に対して2〜4質量部であることが好ましい。硫黄の配合量が2質量部未満では、ゴム組成物のtanδが高くなり、狙いとする低燃費性が得られない傾向があり、また、硫黄の配合量が4質量部をこえると、ゴム組成物の熱老化特性が悪化し、狙いとする破壊特性が得られない傾向がある。
(加硫促進剤)
加硫促進剤としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系、イミダゾリン系、もしくは、キサンテート系加硫促進剤のうち少なくとも一つを含有するものを使用することが可能である。
スルフェンアミド系としては、たとえばCBS(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)、TBBS(N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)、N,N−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド、N,N−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミドなどのスルフェンアミド系化合物などが挙げられる。
チアゾール系としては、たとえばMBT(2−メルカプトベンゾチアゾール)、MBTS(ジベンゾチアジルジスルフィド)、2−メルカプトベンゾチアゾールのナトリウム塩、亜鉛塩、銅塩、シクロヘキシルアミン塩、2−(2,4−ジニトロフェニル)メルカプトベンゾチアゾール、2−(2,6−ジエチル−4−モルホリノチオ)ベンゾチアゾールなどが挙げられる。
チウラム系としては、たとえばTMTD(テトラメチルチウラムジスルフィド)、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド、ジペンタメチレンチウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムモノスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、ペンタメチレンチウラムテトラスルフィドなどが挙げられる。
チオウレア系としては、たとえばチアカルバミド、ジエチルチオ尿素、ジブチルチオ尿素、トリメチルチオ尿素、ジオルトトリルチオ尿素などのチオ尿素化合物などが挙げられる。
グアニジン系としては、たとえばジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、トリフェニルグアニジン、オルトトリルビグアニド、ジフェニルグアニジンフタレートなどのグアニジン系化合物が挙げられる。
ジチオカルバミン酸系としては、たとえばエチルフェニルジチオカルバミン酸亜鉛、ブチルフェニルジチオカルバミン酸亜鉛、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジアミルジチオカルバミン酸亜鉛、ジプロピルジチオカルバミン酸亜鉛、ペンタメチレンジチオカルバミン酸亜鉛とピペリジンの錯塩、ヘキサデシル(またはオクタデシル)イソプロピルジチオカルバミン酸亜鉛などが挙げられる。
アルデヒド−アミン系またはアルデヒド−アンモニア系としては、たとえばアセトアルデヒド−アニリン反応物、ブチルアルデヒド−アニリン縮合物、ヘキサメチレンテトラミン、アセトアルデヒド−アンモニア反応物などが挙げられる。
加硫促進剤の配合量は、硫黄を加硫剤として上記の量配合した場合は、加硫促進剤を硫黄/加硫促進剤の質量比において1.0〜2.3の範囲で配合する。硫黄/加硫促進剤の質量比はさらに1.6〜2.1の範囲で加えるのが好ましい。
(加硫助剤)
加硫助剤としては、ステアリン酸、酸化亜鉛(亜鉛華)などを使用することができる。
(老化防止剤)
老化防止剤としては、アミン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩、ワックスなどを適宜選択して使用することが可能である。
(その他の配合剤)
クッション用ゴム組成物には、前記ゴム成分、カーボンブラック、硫黄、加硫促進剤のほかに、タイヤ工業において一般的に使用されている架橋剤、充填剤、軟化剤、可塑剤、カップリング剤などを配合することができる。
<クッション用ゴム組成物の製造方法>
本発明のゴム組成物の製造方法としては、従来から公知の方法を用いることができ、たとえば上記各材料を所定の配合割合となるように秤量した後、オープンロール、バンバリーミキサー等のゴム混練装置を用いて、100〜250℃で5〜60分間混練する方法等がある。
<空気入りタイヤの製造方法>
本発明の空気入りタイヤは、クッション用ゴム組成物を未加硫の段階でブレーカークッションの形状に成形し、他のタイヤ部材と貼りあわせて得られた未加硫タイヤを、加硫温度140〜160℃、加硫時間30〜50分間の処理することにより製造することができる。
<空気入りタイヤ>
本発明の空気入りタイヤは、重荷重車輌に装着されることが好ましい。重荷重車輌としては、例えば、軽トラック、大型トラック、バス、航空機などがあげられる。なかでも、低燃費性の効果を発揮しやすいという理由から、重荷重車輌は高速走行主体の大型トラックであることが好ましい。
<実施例1〜5、比較例1〜5>
(クッション用ゴム組成物の製造)
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薬品を160℃の条件下で5分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、100℃の条件下で5分間練り込み、未加硫クッション用ゴム組成物を得た。前記未加硫クッション用ゴム組成物を150℃の条件下で30分間プレス加硫し、実施例1〜5および比較例1〜5の加硫クッション用ゴム組成物を得た。得られた加硫クッション用ゴム組成物について、下記測定を行った。
<硬度>
JIS K 6253「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」に準じて、タイプAデュロメーターにて、前記加硫クッション用ゴム組成物のゴム硬度を測定した。
<破壊特性>
実施例1〜5および比較例1〜5の加硫クッション用ゴム組成物を、ギヤーオーブン熱老化試験機((株)東洋精機製作所製)にて80℃で7日間熱老化した。熱老化後のゴムシートからダンベル3号型試験片を切り出して、JIS K 6251に基づき、引張り試験を実施し、破断強度TB(MPa)、破断時伸びEB(%)を、それぞれ測定した。そして、得られた破断強度TB(MPa)および破断時伸びEB(%)から、以下の式により計算した値を破壊特性とした。
(破壊特性)=(破断強度TB)×(破断時伸びEB)×0.5
実施例1の破壊特性を100として各配合の破壊特性を指数表示した。破壊特性指数の大きいほど、破壊特性が良好である。
(破壊特性指数)=(各配合の破壊特性)÷(実施例1の破壊特性)×100
<発熱特性>
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、初期歪10%、動歪2%および周波数10Hzの条件下で、70℃における加硫クッション用ゴム組成物のtanδを測定し、実施例1のtanδを100として指数表示した。発熱特性指数が小さいほど、転がり抵抗が低減され、発熱特性に優れることを示す。
(発熱特性指数)=(各配合のtanδ)÷(実施例1の発熱特性)×100
測定結果を表1に示す。
Figure 2010155508
NR:STR20
第1カーボンブラック:三菱化学(株)社製のダイアブラックN351H(ヨウ素吸着量57mg/g、ジブチルフタレート吸油量136ml/100g)
第2カーボンブラック(N220):三菱化学(株)社製のダイアブラックI(ヨウ素吸着量118mg/g、ジブチルフタレート吸油量114ml/100g)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)社製の酸化亜鉛2種
ステアリン酸:日本油脂(株)社製のステアリン酸椿
老化防止剤6C:フレキシス社製のサントフレックス6PPD
老化防止剤RD:大内新興化学工業(株)社製のノクラック224
硫黄:鶴見化学鉱業(株)社製の5%オイル処理硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)社製のノクセラーNS−P
<評価結果>
実施例1は、NR100質量部に対して、第1カーボンブラックを5質量部、第2カーボンブラックを30質量部、硫黄を2.7質量部、加硫促進剤を1.3質量部(硫黄/加硫促進剤比が2.1)を含む。以下、実施例1を基準として評価する。
実施例2〜4は、NR100質量部に対して、第1カーボンブラックを10〜20質量部、第2カーボンブラックを20〜25質量部、硫黄を2.7質量部、加硫促進剤を1.3質量部(硫黄/加硫促進剤比が2.1)を含む。実施例1と比べて、破壊特性および発熱特性ともに向上した。
実施例5は、NR100質量部に対して、第1カーボンブラックを10質量部、第2カーボンブラックを25質量部、硫黄を2.7質量部、加硫促進剤を1.7質量部(硫黄/加硫促進剤比が1.2)を含む。実施例1と比べて、破壊特性が非常に向上し、発熱特性も向上した。
比較例1および2は、NR100質量部に対して、第2カーボンブラックを30または15質量部、硫黄を3.5質量部、加硫促進剤を0.9質量部(硫黄/加硫促進剤比が3.9)を含み、第1カーボンブラックを含まない。実施例1と比べて、破壊特性が非常に悪化し、発熱特性は同等であった。
比較例3は、NR100質量部に対して、第2カーボンブラックを50質量部、硫黄を3.5質量部、加硫促進剤を0.9質量部(硫黄/加硫促進剤比が3.9)を含み、第1カーボンブラックを含まない。実施例1と比べて、破壊特性および発熱特性が非常に悪化した。
比較例4は、NR100質量部に対して、第1カーボンブラックを10質量部、第2カーボンブラックを25質量部、硫黄を3.5質量部、加硫促進剤を0.9質量部(硫黄/加硫促進剤比が3.9)を含む。実施例1と比べて、破壊特性が非常に悪化し、発熱特性は同等であった。
比較例5は、NR100質量部に対して、第2カーボンブラックを30質量部、硫黄を2.1質量部、加硫促進剤を1.7質量部(硫黄/加硫促進剤比が1.2)を含み、第1カーボンブラックを含まない。実施例1と比べて、破壊特性が悪化し、発熱特性は同等であった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明に係る空気入りタイヤの右半分断面図である。
符号の説明
1 空気入りタイヤ、2 トレッド部、3 サイドウォール部、4 ビード部、5 ビードコア、6 カーカス、7 ベルト層、7E ベルト層の端部、9 ブレーカークッション、9i クッションゴムのタイヤ軸方向の内端、9o クッションゴムのタイヤ軸方向の外端。

Claims (2)

  1. ゴム成分100質量部に対して、
    ヨウ素吸着量が50〜70mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が130〜150ml/100gである第1カーボンブラックを5〜20質量部、および
    ヨウ素吸着量が110〜130mg/gおよびジブチルフタレート吸油量が105〜120ml/100gである第2カーボンブラックを15〜30質量部、ならびに、
    硫黄および加硫促進剤を含み、
    硫黄/加硫促進剤の質量比が1.0〜2.3であるクッション用ゴム組成物。
  2. 請求項1記載のクッション用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤ。
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