JP2010241970A - Rubber composition and tire using the same - Google Patents

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Atsushi Fukushima
敦 福島
Hideo Takeichi
秀雄 武市
Masaru Ishibashi
勝 石橋
Takashi Yanagisawa
隆 柳澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rubber composition exhibiting a high hysteresis loss property and a circumferential directional high elastic modulus (E'), while maintaining its dynamic physical properties, and having a high grip property on being applied to a tire, and a tire using the same, and further, the rubber composition capable of improving the durability as the tire by an improved thermal conductivity, and the tire using the same. <P>SOLUTION: This rubber composition is provided by blending 0.1 to 80 pts.mass carbon fiber produced by a gas phase growth method, consisting of ≥1 carbon net layer having a cup form without having a bottom part as a filler and a 60 to 150 pts.mass filler other than the carbon fiber based on 100 pts.mass rubber, and the tire using the same is also provided. It is preferable that the filler other than the carbon fiber is carbon black and/or an inorganic filler. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関するもので、特に、カップスタック状の気相成長炭素繊維を含有させることにより、配向性を増したゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関する。   The present invention relates to a rubber composition and a tire using the same, and more particularly, to a rubber composition having an increased orientation by containing a cup-stacked vapor grown carbon fiber and a tire using the rubber composition.

一般にタイヤの運動性能、特に直進発信時、ブレーキ時などのトラクショングリップ力を高めるには、トレッドゴムについて、柔らかさを保ちながら、エネルギーロス(ヒステリシスロス)を高めることが求められるが、一方で車両側からの力を伝えるには剛性を高めて伝達力を大きくする必要がある。   In general, to increase tire motion performance, especially traction grip power during straight transmission, braking, etc., tread rubber is required to increase energy loss (hysteresis loss) while maintaining softness. In order to transmit the force from the side, it is necessary to increase the rigidity and increase the transmission force.

ゴム組成物の高ヒステリシスロス特性の改良に係る技術として、例えば、特許文献1には、ゴム成分に対し、ルイス酸触媒を開始剤としたカチオン重合により得られた重合体を所定量含有させることで、破壊特性を低下させることなく高ヒステリシスロス性を向上させたゴム組成物および空気入りタイヤが記載されている。また、特許文献2には、ゴム成分と、所定のアスファルトとプロセスオイルとからなる軟化剤とを含有するものとしたことで、優れた高ヒステリシスロス特性と耐破壊特性とを与え得るゴム組成物を実現する技術が記載されている。   As a technique for improving the high hysteresis loss characteristics of a rubber composition, for example, Patent Document 1 includes a predetermined amount of a polymer obtained by cationic polymerization using a Lewis acid catalyst as an initiator for a rubber component. Thus, a rubber composition and a pneumatic tire are described that have improved high hysteresis loss without deteriorating fracture characteristics. Patent Document 2 discloses a rubber composition that can provide excellent high hysteresis loss characteristics and fracture resistance characteristics by containing a rubber component and a softening agent composed of predetermined asphalt and process oil. A technique for realizing is described.

さらに、ゴム組成物中に気相成長炭素繊維の含有させることにより物性の改良を図る技術についても公知であり、例えば、特許文献3及び4には、ゴム成分に対し、気相成長炭素繊維およびカーボンブラックを所定量にて配合することで、各種物性の改良を図ったゴム組成物が記載されている。   Furthermore, a technique for improving physical properties by incorporating vapor grown carbon fibers in the rubber composition is also known. For example, Patent Documents 3 and 4 disclose vapor grown carbon fibers and rubber components for rubber components. A rubber composition in which various physical properties are improved by blending carbon black in a predetermined amount is described.

一方、特許文献5には、高い熱伝導性を得る目的で、充填材として底部を有さないカップ形状をなす炭素網層1個以上からなる気相成長法による炭素繊維を0.1〜100質量部含有するゴム組成物が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 5, for the purpose of obtaining high thermal conductivity, 0.1 to 100 carbon fibers by a vapor phase growth method including one or more carbon network layers having a cup shape without a bottom as a filler are used. A rubber composition containing parts by mass is disclosed.

特開2000−109610号公報(特許請求の範囲等)JP 2000-109610 A (Claims etc.) 特開2003−213040号公報(特許請求の範囲等)JP 2003-2143040 A (Claims etc.) 特開平1−287151号公報(特許請求の範囲等)JP-A-1-287151 (Claims etc.) 特開平1−289843号公報(特許請求の範囲等)Japanese Patent Laid-Open No. 1-289843 (Claims etc.) 国際公開第2003/102073号International Publication No. 2003/102073

しかしながら、特許文献1および2記載のように、ルイス酸触媒を開始剤としたカチオン重合により得られた重合体や軟化剤を添加する方法では、ヒステリシスロス性については効果があるものの、周方向弾性率については検討されていなかった。また、特許文献3および4記載のように、気相成長炭素繊維およびカーボンブラックを所定量配合する方法では、ヒステリシスロス性及び弾性率について効果はあるものの、今日、より優れた周方向弾性率およびヒステリシスロス性が求められている。   However, as described in Patent Documents 1 and 2, the method of adding a polymer or a softening agent obtained by cationic polymerization using a Lewis acid catalyst as an initiator has an effect on hysteresis loss, but has a circumferential elasticity. The rate was not considered. In addition, as described in Patent Documents 3 and 4, the method of blending a predetermined amount of vapor-grown carbon fiber and carbon black is effective for hysteresis loss and elastic modulus, but today, more excellent circumferential elastic modulus and Hysteresis loss is required.

さらに、特許文献5には、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層1個以上からなる気相成長法による炭素繊維を含有したゴム組成物とすることにより、高い熱伝導性をえられることが開示されているが、高ヒステリシスロス性及び周方向高弾性率のゴム組成物については、十分な検討がなされていなかった。   Furthermore, in Patent Document 5, high thermal conductivity can be obtained by using a rubber composition containing carbon fibers by a vapor phase growth method composed of one or more carbon network layers having a cup shape having no bottom. However, the rubber composition having high hysteresis loss and high circumferential modulus has not been sufficiently studied.

そこで、本発明の目的は、力学物性を維持しつつ、高ヒステリシスロス性及び周方向高弾性率(E’)を発現させ、タイヤ適用時において高グリップ性を有するゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to use a rubber composition that exhibits high hysteresis loss and a high circumferential elastic modulus (E ′) while maintaining mechanical properties, and has high grip properties when applied to a tire, and the rubber composition. To provide tires.

さらに、本発明の他の目的は、改良された熱伝導性により、タイヤとしての耐久性を向上することのできるゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することにある。   Furthermore, the other object of this invention is to provide the rubber composition which can improve the durability as a tire by improved thermal conductivity, and a tire using the same.

本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、トレッドゴムの柔軟性と必要な方向の剛性(タイヤの場合は、特に周方向の弾性率)を両立させることは従来の手法では困難であったが、カップスタック状の気相成長炭素繊維を特定の組成のゴム組成物に導入し、その配向性を上手く利用することで、周方向の剛性(弾性率)とヒステリシスロス性を高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that both the flexibility of the tread rubber and the rigidity in the necessary direction (in the case of a tire, particularly the elastic modulus in the circumferential direction) can be achieved in a conventional manner. However, it was difficult to achieve this, but by introducing cup-stacked vapor-grown carbon fibers into a rubber composition of a specific composition and making good use of its orientation, circumferential rigidity (elastic modulus) and hysteresis loss The present invention has been completed.

すなわち、本発明のゴム組成物は、ゴム100質量部に、充填材として、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層1個以上からなる気相成長法による炭素繊維0.1〜80質量部と、前記炭素繊維以外の充填材を60〜150質量部配合することを特徴とするものである。   That is, the rubber composition of the present invention has a carbon fiber content of 0.1 to 80 parts by mass using a vapor phase growth method comprising 100 parts by mass of rubber and at least one carbon net layer having a cup shape having no bottom as a filler. 60 to 150 parts by mass of the filler and the filler other than the carbon fiber are blended.

また、本発明のゴム組成物は、前記炭素繊維以外の充填材がカーボンブラックおよび/または無機充填材であることが好ましい。   In the rubber composition of the present invention, the filler other than the carbon fiber is preferably carbon black and / or an inorganic filler.

さらに、本発明のゴム組成物は、前記炭素繊維の外周部に積層したカップの大口径部の炭素網層の端面が露出していることが好ましく、前記炭素繊維が、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層が複数個積層した気相成長法による炭素繊維であることが好ましい。さらにまた、本発明のゴム組成物は、前記炭素繊維が、節の無い中空状をなすことが好ましい。   Furthermore, in the rubber composition of the present invention, it is preferable that the end face of the carbon mesh layer of the large-diameter portion of the cup laminated on the outer peripheral portion of the carbon fiber is exposed, and the carbon fiber does not have a bottom portion. Preferably, the carbon fiber is a carbon fiber formed by a vapor phase growth method in which a plurality of carbon network layers having a shape are stacked. Furthermore, in the rubber composition of the present invention, it is preferable that the carbon fiber has a hollow shape having no nodes.

さらにまた、本発明のゴム組成物は、前記中空状をなす炭素繊維の中空部の外表面側および内表面側の炭素網層の端面が露出していることが好ましく、前記中空部の外表面側における炭素網層の端面の2%以上が露出していることが好ましく、前記炭素網層の端面の露出している表面の部位が、原子レベルの大きさの凹凸を呈していることが好ましい。   Furthermore, in the rubber composition of the present invention, it is preferable that the outer surface side of the hollow part of the hollow carbon fiber and the end surface of the carbon network layer on the inner surface side are exposed, and the outer surface of the hollow part It is preferable that 2% or more of the end surface of the carbon network layer on the side is exposed, and the exposed surface portion of the end surface of the carbon network layer preferably has unevenness of atomic level. .

さらにまた、本発明のゴム組成物は、前記炭素網層が2500℃以上の高温で熱処理しても、黒鉛化しないことが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the rubber composition of the present invention is not graphitized even when the carbon network layer is heat-treated at a high temperature of 2500 ° C. or higher.

さらにまた、本発明のゴム組成物は、前記炭素繊維の直径が1〜1000nm、長さが0.1〜1000μmであることが好ましく、前記炭素繊維の直径が5〜500nm、長さが0.5〜750μmであることが好ましく、前記炭素繊維の直径が10〜250nm、長さが1〜500μmであることが好ましい。   Furthermore, in the rubber composition of the present invention, the carbon fiber preferably has a diameter of 1 to 1000 nm and a length of 0.1 to 1000 μm, and the carbon fiber has a diameter of 5 to 500 nm and a length of 0.00. The diameter is preferably 5 to 750 μm, and the carbon fiber preferably has a diameter of 10 to 250 nm and a length of 1 to 500 μm.

本発明のタイヤは、前記ゴム組成物を用いたことを特徴とするものである。   The tire of the present invention is characterized by using the rubber composition.

本発明によると、力学物性を維持しつつ、高ヒステリシスロス性及び周方向高弾性率(E’)を発現させ、タイヤ適用時において高グリップ性を有するゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することができる。さらに、改良された熱伝導性により、タイヤとしての耐久性を向上することのできるゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することができる。   According to the present invention, there are provided a rubber composition that exhibits high hysteresis loss and a high circumferential elastic modulus (E ′) while maintaining mechanical properties, and has a high grip property when applied to a tire, and a tire using the rubber composition can do. Furthermore, the rubber composition which can improve the durability as a tire by improved thermal conductivity, and a tire using the same can be provided.

本発明に係る底部を有さないカップ形状をなす炭素網層が複数個積層した気相成長法による炭素繊維を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the carbon fiber by the vapor phase growth method in which the carbon net layer which makes the cup shape which does not have the bottom part which concerns on this invention was laminated | stacked. 実施例1に基づいて気相成長法によって製造したヘリンボン構造の炭素繊維の模式図である。1 is a schematic diagram of a carbon fiber having a herringbone structure manufactured by a vapor deposition method based on Example 1. FIG. 図2に示す炭素繊維を約530℃の温度で、大気中1時間熱処理したヘリンボン構造の炭素繊維の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a carbon fiber having a herringbone structure obtained by heat treating the carbon fiber shown in FIG. 2 at a temperature of about 530 ° C. for 1 hour in the air.

以下に本発明の実施の形態について具体的に説明する。
本発明のゴム組成物は、ゴム100質量部に、充填材として、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層1個以上からなる気相成長法による炭素繊維0.1〜80質量部、好ましくは20〜40質量部と、炭素繊維以外の充填材を60〜150質量部、好ましくは70〜90質量部とを配合するものである。炭素繊維の配合量がこの範囲内であると、十分な熱伝導性だけでなく、力学物性を維持しつつ、高ヒステリシスロス性及び周方向高弾性率(E’)を発現させ、高グリップ性を有する。また、炭素繊維以外の充填材が60質量部未満であると十分な高ヒステリシスロス性が得られず、一方、炭素繊維以外の充填材が150質量部を超えると、トレッドとしての適度な柔軟性が得られず、好ましくない。
Embodiments of the present invention will be specifically described below.
The rubber composition of the present invention is 0.1 to 80 parts by mass of carbon fiber by vapor phase growth method consisting of one or more cup-shaped carbon network layers having no bottom as a filler in 100 parts by mass of rubber, Preferably, 20 to 40 parts by mass and 60 to 150 parts by mass, preferably 70 to 90 parts by mass of a filler other than carbon fiber are blended. When the blending amount of the carbon fiber is within this range, not only sufficient thermal conductivity, but also high mechanical loss and high elastic modulus (E ') in the circumferential direction are developed while maintaining the mechanical properties, and high grip performance. Have Further, if the filler other than carbon fiber is less than 60 parts by mass, sufficient high hysteresis loss cannot be obtained. On the other hand, if the filler other than carbon fiber exceeds 150 parts by mass, moderate flexibility as a tread is obtained. Is not preferable.

本発明で用いられるゴムとしては、天然ゴム、汎用合成ゴム、例えば、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、高シス−1,4ポリブタジエンゴム、低シス−1,4ポリブタジエンゴム、高シス−1,4ポリイソプレンゴム等、ジエン系特殊ゴム、例えば、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム等、オレフィン系特殊ゴム、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等、その他特殊ゴム、例えば、ヒドリンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム等を挙げることができる。コストと性能とのバランスから、好ましくは、天然ゴムまたは汎用合成ゴムである。   Examples of the rubber used in the present invention include natural rubber, general-purpose synthetic rubber, such as emulsion polymerization styrene-butadiene rubber, solution polymerization styrene-butadiene rubber, high cis-1,4 polybutadiene rubber, low cis-1,4 polybutadiene rubber, High cis-1,4 polyisoprene rubber, etc. Diene special rubber, for example, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, chloroprene rubber, etc., Olefin special rubber, for example, ethylene-propylene rubber, butyl rubber, halogenated butyl rubber, acrylic rubber And other special rubbers such as chlorosulfonated polyethylene, such as hydrin rubber, fluorine rubber, polysulfide rubber, and urethane rubber. From the balance between cost and performance, natural rubber or general-purpose synthetic rubber is preferable.

また、本発明に係るゴム組成物は、イオウ、過酸化物、金属酸化物等を添加して加熱により架橋させる方法や、光重合開始剤を添加して光照射により架橋させる方法及び電子線や放射線を照射して架橋させる方法等により、加硫して使用することが好ましい。   The rubber composition according to the present invention includes a method of adding sulfur, a peroxide, a metal oxide, etc. and crosslinking by heating, a method of adding a photopolymerization initiator and crosslinking by light irradiation, an electron beam, It is preferably used after being vulcanized, for example, by a method of crosslinking by irradiation with radiation.

本発明で用いられる炭素繊維以外の充填材としては、特に限定されないが、カーボンブラック及び/または無機充填材、その他の各種充填材であることが好ましい。カーボンブラックとしては特に制限はなく、従来ゴム組成物の補強性充填材として慣用されているものの中から任意のものを選択して使用することができる。具体的には、FEF,SRF,HAF,ISAF,SAF等が挙げられ、ヨウ素吸着量(IA)60mg/g以上で、かつ、ジブチルフタレート吸油量(DBP)80ml/100g以上のものが好ましい。これらの中でも特に、耐摩耗性に優れるHAF,ISAF,SAFが好ましい。   Although it does not specifically limit as fillers other than carbon fiber used by this invention, It is preferable that they are carbon black and / or an inorganic filler, and other various fillers. There is no restriction | limiting in particular as carbon black, Arbitrary things can be selected and used from what is conventionally used as a reinforcing filler of a rubber composition. Specific examples include FEF, SRF, HAF, ISAF, SAF and the like, and iodine adsorption (IA) of 60 mg / g or more and dibutyl phthalate oil absorption (DBP) of 80 ml / 100 g or more are preferable. Among these, HAF, ISAF, and SAF, which are excellent in wear resistance, are preferable.

前記無機充填材としては、従来ゴム工業で使用されているものを使用することができ特に限定されず、例えばγ−アルミナ,α−アルミナ等のアルミナ(Al)、ベーマイト,ダイアスポ等のアルミナ一水和物(Al・HO)、ギブサイト,バイヤライト等の水酸化アルミニウム[Al(OH)]、炭酸アルミニウム(Al(CO)、水酸化マグネシウム[Mg(OH)]、酸化マグネシウム(MgO)、炭酸マグネシウム(MgCO)、タルク(3MgO・4SiO・HO)、アタパルジャイト(5MgO・8SiO・9HO)、チタン白(TiO)、チタン黒(TiO2n−1)、酸化カルシウム(CaO)、水酸化カルシウム[Ca(OH)]、酸化アルミニウムマグネシウム(MgO・Al)、クレー(Al・2SiO)、カオリン(Al・2SiO・2HO)、パイロフィライト(Al・4SiO・HO)、ベントナイト(Al・4SiO・2HO)、ケイ酸アルミニウム(AlSiO、Al・3SiO・5HO等)、ケイ酸マグネシウム(MgSiO、MgSiO等)、ケイ酸カルシウム(Ca・SiO等)、ケイ酸アルミニウムカルシウム(Al・CaO・2SiO等)、ケイ酸マグネシウムカルシウム(CaMgSiO)、炭酸カルシウム(CaCO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、水酸化ジルコニウム(ZrO(OH)・nHO)、炭酸ジルコニウム(ZrCO)、各種ゼオライトのように電荷を補正する水素,アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む結晶性アルミノケイ酸塩等が挙げられ、これらの中でシリカや窒素吸着比表面積(NSA)1〜20m/gの水酸化アルミニウムが好ましく、特にシリカが好ましい。 As the inorganic filler, those conventionally used in the rubber industry can be used and are not particularly limited. For example, alumina (Al 2 O 3 ) such as γ-alumina and α-alumina, boehmite, diaspo, etc. Alumina monohydrate (Al 2 O 3 .H 2 O), aluminum hydroxide [Al (OH) 3 ] such as gibbsite, bayerite, aluminum carbonate (Al 2 (CO 3 ) 3 ), magnesium hydroxide [Mg (OH) 2], magnesium oxide (MgO), magnesium carbonate (MgCO 3), talc (3MgO · 4SiO 2 · H 2 O), attapulgite (5MgO · 8SiO 2 · 9H 2 O), titanium white (TiO 2), Titanium black (TiO 2n-1 ), calcium oxide (CaO), calcium hydroxide [Ca (OH) 2 ], aluminum oxide mug Nesium (MgO.Al 2 O 3 ), clay (Al 2 O 3 .2SiO 2 ), kaolin (Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O), pyrophyllite (Al 2 O 3 .4SiO 2 .H 2) O), bentonite (Al 2 O 3 .4SiO 2 .2H 2 O), aluminum silicate (Al 2 SiO 5 , Al 4 .3SiO 4 .5H 2 O, etc.), magnesium silicate (Mg 2 SiO 4 , MgSiO 3) Etc.), calcium silicate (Ca 2 · SiO 4 etc.), aluminum calcium silicate (Al 2 O 3 · CaO · 2SiO 2 etc.), magnesium calcium silicate (CaMgSiO 4 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), zirconium hydroxide (ZrO (OH) 2 .nH 2 O), zirconium carbonate (ZrCO 3 ), crystalline aluminosilicates containing hydrogen, alkali metals, or alkaline earth metals that correct the charge, such as various zeolites, and the like. Among these, silica and nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) 1 to 20 m 2 / g aluminum hydroxide is preferred, and silica is particularly preferred.

シリカとしては特に制限はなく、従来ゴムの補強材として慣用されるものの中から任意に選択して使用することができる。例えば湿式シリカ(含水ケイ酸)、乾式シリカ(無水ケイ酸)、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられるが、中でも沈降法による合成シリカが好ましい。尚、本発明で用いられる充填材は、例えば、カーボンブラックとシリカを併用するなど2種以上の充填材を併用することもできる。   There is no restriction | limiting in particular as a silica, It can select and use arbitrarily from what is conventionally used as a reinforcing material of rubber | gum. For example, wet silica (hydrous silicic acid), dry silica (anhydrous silicic acid), calcium silicate, aluminum silicate and the like can be mentioned. Among them, synthetic silica by precipitation method is preferable. In addition, the filler used by this invention can also use together 2 or more types of fillers, such as using together carbon black and a silica, for example.

本発明で充填材として用いられる炭素繊維は、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層1個以上からなる気相成長法による炭素繊維であり、好ましくは該底部を有さないカップ形状をなす炭素網層が複数個積層した気相成長法による炭素繊維であって、該炭素繊維の外周部に積層したカップの大口径部の炭素網層の端面が露出している炭素繊維である。具体例としては、GSIクレオス社製の気相成長炭素繊維(1100C処理品)及び気相成長炭素繊維(1500C処理品)等が挙げられ、国際公開第2003/102073号パンフレットに開示されているものを好適に使用できる。   The carbon fiber used as a filler in the present invention is a carbon fiber formed by a vapor phase growth method composed of one or more carbon net layers having a cup shape without a bottom, and preferably has a cup shape without the bottom. The carbon fiber is a carbon fiber formed by vapor phase growth method in which a plurality of carbon network layers are formed, and the end surface of the carbon network layer of the large-diameter portion of the cup laminated on the outer peripheral portion of the carbon fiber is exposed. Specific examples include vapor-grown carbon fibers (1100C-treated product) and vapor-grown carbon fibers (1500C-treated product) manufactured by GSI Creos, which are disclosed in International Publication No. 2003/102073 pamphlet. Can be suitably used.

図1は、本発明に係る底部を有さないカップ形状をなす炭素網層が複数個積層した気相成長法による炭素繊維を示す模式図である。1で示す部分に底部がなく、重なるようにして、炭素網層が積層しているのが特徴である。また、底部を有さないこれらの炭素網層が積層するため、本発明の炭素繊維は節のない中空状をなす。また、2で示す部分が、外周部に積層したカップの大口径部の炭素網層の端面であり、この部分が露出された状態であることが好ましい。さらに3及び4で示す部分が炭素繊維の中空部の外表面および内表面であって、この部分の炭素網層の端面が露出していることがさらに好ましい。   FIG. 1 is a schematic view showing a carbon fiber formed by a vapor phase growth method in which a plurality of carbon network layers having a cup shape without a bottom according to the present invention are stacked. A feature is that the carbon network layer is laminated so that the portion indicated by 1 has no bottom and overlaps. Moreover, since these carbon network layers which do not have a bottom part are laminated | stacked, the carbon fiber of this invention makes a hollow shape without a node. Moreover, it is preferable that the part shown by 2 is an end surface of the carbon net layer of the large diameter part of the cup laminated | stacked on the outer peripheral part, and this part is the exposed state. Further, it is more preferable that the portions indicated by 3 and 4 are the outer surface and the inner surface of the hollow portion of the carbon fiber, and the end face of the carbon network layer of this portion is exposed.

図2はヘリンボン構造を有する炭素繊維の模式図である。ここで10は傾斜した炭素網層、14は中心孔であり、炭素網層10を覆うように、アモルファス状の余剰炭素が堆積した堆積層12が形成されている。   FIG. 2 is a schematic view of a carbon fiber having a herringbone structure. Here, 10 is an inclined carbon network layer, and 14 is a central hole, and a deposited layer 12 in which amorphous surplus carbon is deposited is formed so as to cover the carbon network layer 10.

炭素繊維は、気相成長法により製造するに際し、触媒、温度領域、フローレート等の気相成長条件を制御することによって、炭素網層の積層が繊維軸に対して一定の角度で傾斜したヘリンボン(herring−bone)構造をなすものを製造することができるが、本発明に係る炭素繊維はこのようなヘリンボン構造を有する。   When carbon fiber is produced by the vapor phase growth method, herringbone whose carbon network layer is inclined at a certain angle with respect to the fiber axis is controlled by controlling the vapor phase growth conditions such as the catalyst, temperature range, and flow rate. Although a (herring-bone) structure can be manufactured, the carbon fiber according to the present invention has such a herringbone structure.

また、気相成長法で製造した炭素繊維の表面には、通常十分に結晶化していない、アモルファス状の余剰炭素が堆積した、薄い堆積層が形成される。この堆積層は活性度が低く、そのためにゴムとの密着性が劣ると考えられる。   In addition, a thin deposition layer is formed on the surface of the carbon fiber manufactured by the vapor phase growth method, in which amorphous surplus carbon that is not sufficiently crystallized is deposited. This deposited layer is considered to have low activity and therefore poor adhesion to rubber.

本発明に係る炭素繊維は、炭素網層10を覆う堆積層12が一部除かれ、炭素網層の端面(六員環端)の少なくとも一部が露出していることが好ましい。当該露出した炭素網層10の端面は、他の原子と結びつきやすく、きわめて活性度の高いものである。また、本発明に係る炭素繊維においては、炭素網層の端面(六員環端)の少なくとも2%が露出していることが好ましく、さらには7%以上露出していることが好ましい。このことによって、本発明に係る炭素繊維はゴムとの密着性を向上させることができ、熱伝導性に優れるゴム組成物を得ることができる。従って上記観点から、炭素網層の端面の露出の割合は大きいほど好ましい。   In the carbon fiber according to the present invention, it is preferable that a part of the deposited layer 12 covering the carbon network layer 10 is removed and at least a part of the end surface (six-membered ring end) of the carbon network layer is exposed. The exposed end face of the carbon network layer 10 is easily associated with other atoms and has a very high activity. In the carbon fiber according to the present invention, at least 2% of the end face (six-membered ring end) of the carbon net layer is preferably exposed, and more preferably 7% or more is exposed. By this, the carbon fiber which concerns on this invention can improve adhesiveness with rubber | gum, and can obtain the rubber composition excellent in thermal conductivity. Therefore, from the above viewpoint, it is preferable that the rate of exposure of the end face of the carbon network layer is larger.

また、本発明に係る炭素繊維はより積極的に上記堆積層を除去することによって、さらに炭素網層の端面を露出させることができる。これは、後述する大気中での熱処理等により、堆積層12が除去されるのと同時に、露出する炭素網層の端面にフェノール性水酸基、カルボキシル基、キノン型カルボニル基、ラクトン基などの含酸素官能基が増大し、これら含酸素官能基が親水性、各種物質に対する親和性を高めると考えられる。   Further, the carbon fiber according to the present invention can further expose the end face of the carbon network layer by more positively removing the deposited layer. This is because oxygen layer such as phenolic hydroxyl group, carboxyl group, quinone type carbonyl group and lactone group is formed on the end face of the exposed carbon network layer at the same time as the deposited layer 12 is removed by heat treatment in the atmosphere described later. It is considered that functional groups increase, and these oxygen-containing functional groups increase hydrophilicity and affinity for various substances.

堆積層12を除去して、炭素網層10を露出させる方法としては種々あるが、400℃以上、好ましくは500℃以上、より一層好ましくは520℃以上530℃以下の温度で、大気中で1〜数時間加熱する方法があり、これによって堆積層12が酸化されて熱分解する。また、超臨界水により炭素繊維を洗浄する方法、塩酸又は硫酸中に浸漬し、スターラーで攪拌しつつ80℃程度に加熱する方法等によっても堆積層12を除去でき、炭素網層の端面を露出させることができる。   There are various methods for removing the deposited layer 12 and exposing the carbon network layer 10, but the temperature is 400 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, more preferably 520 ° C. or higher and 530 ° C. or lower. There is a method of heating for several hours, whereby the deposited layer 12 is oxidized and thermally decomposed. The deposited layer 12 can also be removed by a method of cleaning carbon fibers with supercritical water, a method of immersing in hydrochloric acid or sulfuric acid, and heating to about 80 ° C. while stirring with a stirrer, and the end face of the carbon network layer is exposed. Can be made.

図3は、図2で示されるヘリンボン構造の炭素繊維を約530℃の温度で、大気中1時間熱処理した炭素繊維の模式図である。上述のような熱処理を行なうことによって、堆積層12の1部が除去され、炭素網層10の端面(炭素六員環端)が露出することがわかる。尚、残留している堆積層12もほとんど分解されていて,単に付着している程度のものと思われる。熱処理を数時間行い、また超臨界水での洗浄を併用することによって、堆積層12を100%除去することも可能である。   FIG. 3 is a schematic view of carbon fiber obtained by heat-treating the carbon fiber having the herringbone structure shown in FIG. 2 at a temperature of about 530 ° C. for 1 hour in the atmosphere. It can be seen that by performing the heat treatment as described above, a part of the deposited layer 12 is removed, and the end face (carbon six-membered ring end) of the carbon network layer 10 is exposed. It should be noted that the remaining deposited layer 12 is also almost decomposed and seems to be merely attached. It is also possible to remove 100% of the deposited layer 12 by performing heat treatment for several hours and using cleaning with supercritical water together.

尚、ヘリンボン構造の炭素繊維(試料名;Pristine24PS、平均外径100nm)を大気中で1時間放置したもの、それぞれ500℃、520℃、530℃、540℃で熱処理した後のラマンスペクトルでは、1360cm−1のピークおよび1580cm−1のピークが存在することから、これらのものは炭素繊維であるとともに、黒鉛化構造でない炭素繊維であることが確認された。 In addition, in a Raman spectrum after heat-treating at 500 ° C., 520 ° C., 530 ° C., and 540 ° C. for 1 hour, respectively, the carbon fiber having a herringbone structure (sample name: Pristine 24PS, average outer diameter 100 nm) was left at 1 hour in the atmosphere. Since the peak of −1 and the peak of 1580 cm −1 exist, it was confirmed that these were carbon fibers and carbon fibers not having a graphitized structure.

本発明に係る炭素繊維は、図3に示されるように、底部を有さないカップ形状をなす1個以上の炭素網層からなるものであり、通常は数個〜数十万個積層したものであり、これらが微細粒をなすため、ゴムや樹脂への分散性が極めて良好となる。特にゴムとの複合材においては、しなやかで、かつ強度が大きいばかりでなく、ゴムとの密着性が高く、熱伝導性に優れるゴム組成物が得られる。   As shown in FIG. 3, the carbon fiber according to the present invention is composed of one or more carbon net layers having a cup shape without a bottom portion, and usually several to hundreds of thousands are laminated. Since these form fine particles, the dispersibility in rubber and resin is extremely good. Particularly in a composite material with rubber, not only is it supple and high in strength, but also a rubber composition having high adhesion to rubber and excellent thermal conductivity can be obtained.

また、本発明に係る炭素繊維は節の無い中空状であることが好ましく、図3に示されるように少なくとも数十nm〜数十μmの範囲で中空状をなすことが好ましい。該中空状炭素繊維においては、中空部の外表面側および内表面側の炭素網層の端面が露出していることが好ましく、その露出割合は高いほどよい。このうち、外表面においては炭素網層の2%以上が露出していることが好ましく、さらには7%以上露出していることが好ましい。尚、中心線に対する炭素網層の傾斜角は20度〜35度程度である。   Further, the carbon fiber according to the present invention is preferably hollow with no nodes, and preferably has a hollow shape in the range of at least several tens of nanometers to several tens of micrometers as shown in FIG. In the hollow carbon fiber, it is preferable that the end surfaces of the carbon network layer on the outer surface side and the inner surface side of the hollow portion are exposed, and the higher the exposure ratio, the better. Of these, 2% or more of the carbon network layer is preferably exposed on the outer surface, and more preferably 7% or more is exposed. The inclination angle of the carbon network layer with respect to the center line is about 20 degrees to 35 degrees.

さらに本発明に係る炭素繊維は、炭素網層の端面が露出している表面の部位が、原子レベルの大きさの凹凸16を呈していることが好ましい。この凹凸16がゴムに対するアンカー効果を有し、ゴムとの密着性を一層優れたものとし、熱的にきわめて優れたゴム組成物とすることができる。   Further, in the carbon fiber according to the present invention, it is preferable that a portion of the surface where the end face of the carbon network layer is exposed exhibits the unevenness 16 having an atomic level. The irregularities 16 have an anchoring effect on rubber, further improve adhesion to rubber, and can be a thermally excellent rubber composition.

上記原子レベルの大きさの凹凸16は、炭素網面のずれた(グラインド)乱層構造(TurbostraticStructure)によるものと考えられる。この乱層構造炭素繊維では、各炭素六角網面が平行な積層構造を有しているが、各六角網面が平面方向にずれた、あるいは回転した積層構造となっていて、結晶学的規則性は有しない。   The unevenness 16 having the atomic level is considered to be due to a (grind) turbostratic structure in which the carbon network surface is shifted. In this turbostratic carbon fiber, each carbon hexagonal network surface has a parallel laminated structure, but each hexagonal network surface has a laminated structure that is shifted or rotated in the plane direction, and has crystallographic rules. Does not have sex.

また本発明に係る炭素繊維は、通常の炭素繊維が2500℃以上の高温処理により黒鉛化するのに対し、2500℃以上の高温で熱処理しても、黒鉛化しない点が特徴である。このような黒鉛化処理を行なっても黒鉛化しない理由としては、黒鉛化しやすい堆積層12が除去されているためと考えられ、一方、堆積層12を除去した後に残ったヘリンボン構造の部位は黒鉛化しないためである。これは本発明に係る炭素繊維が熱的に安定であることを示すものである。   The carbon fiber according to the present invention is characterized in that normal carbon fiber is graphitized by high-temperature treatment at 2500 ° C. or higher, but does not graphitize even when heat-treated at 2500 ° C. or higher. The reason why the graphitization treatment does not cause graphitization is considered to be that the deposited layer 12 that is easily graphitized is removed. On the other hand, the portion of the herringbone structure remaining after removing the deposited layer 12 is graphite. It is because it does not become. This indicates that the carbon fiber according to the present invention is thermally stable.

尚、熱処理前の外径の異なるヘリンボン構造を有する炭素繊維のラマンスペクトルでは、Pristine19PSは平均外径150nm、Pristine 24PSは平均外径100nmである。また、同試料を3000℃で通常の黒鉛化処理をした後のラマンスペクトルを測定しても、両者でスペクトルに大きな変化がなく、1360cm−1のピークおよび1580cm−1のピークが存在することから、本発明に係る炭素繊維が通常の黒鉛化処理においては黒鉛化しないことがわかる。 In the Raman spectrum of carbon fibers having a herringbone structure with different outer diameters before heat treatment, Pristine 19PS has an average outer diameter of 150 nm, and Pristine 24PS has an average outer diameter of 100 nm. Further, even when measuring the Raman spectra after regular graphitized at 3000 ° C. of the same specimen, no significant change in the spectrum in both, since the presence of the peak of the peak and 1580 cm -1 in 1360 cm -1 It can be seen that the carbon fiber according to the present invention is not graphitized in a normal graphitization treatment.

本発明に係る炭素繊維の直径は1〜1000nmの範囲であることが好ましく、さらには直径が5〜500nm、特には直径が10〜250nmの範囲であることが好ましい。また、その長さとしては0.1〜1000μmの範囲であることが好ましく、さらには長さが0.5〜750μm、特には長さが1〜500μmの範囲であることが好ましい。直径及び長さをこの範囲内に調節することにより、ゴムとの親和性をより高めることができ、熱伝導性の向上に有効である。   The diameter of the carbon fiber according to the present invention is preferably in the range of 1 to 1000 nm, more preferably in the range of 5 to 500 nm, and particularly preferably in the range of 10 to 250 nm. Further, the length is preferably in the range of 0.1 to 1000 μm, more preferably 0.5 to 750 μm, and particularly preferably in the range of 1 to 500 μm. By adjusting the diameter and length within this range, the affinity with rubber can be further increased, which is effective in improving thermal conductivity.

本発明に係る炭素繊維は、例えば、以下の方法で製造し得る。
ベンゼン等の炭化水素を一定の分圧で通常の反応容器に仕込み、触媒としてフェロセン等の遷移金属錯体を用い、反応温度約1100℃、反応時間20分程度とすることで、直径約100nmのヘリンボン構造の炭素繊維が得られる。原料の流量、反応温度を調節することにより、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層が多数積層され、数十nm〜数十μmの範囲にわたって節(ブリッジ)のない中空状の炭素繊維が得られる。この炭素繊維は上述のように堆積層を有するので、少なくともその一部を上記した方法によって除去する。このように製造した炭素繊維は、底部を有さないカップ形状、すなわち断面がハの字状をなす単位炭素網層が数万〜数十万個積層している短繊維(長さ数十μm)である。この短繊維は、分子量(長さ)が大きく、水、有機溶媒等に不溶性であり、本発明に係る炭素繊維は、これらの短繊維を、単位炭素網層が1個以上、好ましくは数個〜数万個のものに分断したものである。
The carbon fiber according to the present invention can be produced, for example, by the following method.
A herringbone having a diameter of about 100 nm is prepared by charging a hydrocarbon such as benzene into a normal reaction vessel at a constant partial pressure, using a transition metal complex such as ferrocene as a catalyst, and setting the reaction temperature to about 1100 ° C. and the reaction time to about 20 minutes. A carbon fiber having a structure is obtained. By adjusting the flow rate of the raw material and the reaction temperature, a number of cup-shaped carbon network layers that do not have a bottom are stacked, and the hollow carbon fiber has no nodes (bridges) over a range of several tens of nanometers to several tens of micrometers Is obtained. Since the carbon fiber has a deposited layer as described above, at least a part of the carbon fiber is removed by the method described above. The carbon fiber produced in this way is a short fiber (several tens of μm in length) having a cup shape without a bottom portion, that is, a unit carbon network layer having a cross-section of a C-shaped cross section. ). This short fiber has a large molecular weight (length) and is insoluble in water, organic solvents, etc. The carbon fiber according to the present invention has one or more, preferably several, unit carbon network layers of these short fibers. ~ Divided into tens of thousands.

上記短繊維を分断して、本発明に係る炭素繊維を得る方法としては、種々あるが、例えば水あるいは溶媒を適量加えて、乳鉢を用いて適当な時間、乳棒により穏やかにすりつぶす方法が好適である。これは、環状の炭素網層は比較的強度が高く、各炭素網層間は弱いファンデルワールス力によって結合しているため、環状単層網層はつぶれることがなく、特に弱い結合部分の炭素網層間で分離されるためである。   There are various methods for dividing the short fiber to obtain the carbon fiber according to the present invention. For example, a method of adding an appropriate amount of water or a solvent and gently grinding with a pestle for an appropriate time using a mortar is suitable. is there. This is because the annular carbon network layer has a relatively high strength, and the carbon network layers are bonded by a weak van der Waals force. This is because the layers are separated.

尚、上記短繊維を液体窒素中で乳鉢によりすりつぶすと効果的に分断ができ、好適である。液体窒素が蒸発する際、空気中の水分が吸収され、氷となり、氷とともに短繊維を乳棒によりすりつぶすことになるため、機械的ストレスが軽減され、単位繊維層間での分離が容易に行なえるためである。当該分断の工程は、堆積層の除去前に行うこともでき、分断工程の後に堆積層の除去を行うことも可能である。   It is preferable that the above short fibers are ground in liquid nitrogen with a mortar and can be effectively divided. When liquid nitrogen evaporates, moisture in the air is absorbed and becomes ice, and short fibers are crushed with a pestle together with ice, reducing mechanical stress and allowing easy separation between unit fiber layers. It is. The division step can be performed before the deposition layer is removed, or the deposition layer can be removed after the division step.

また、上記分断工程は、工業的には、上記炭素繊維をボールミリングによりグラインディング処理することが好ましい。以下にボールミリングによって炭素繊維の長さを調整する方法について詳細に説明する。ボールミルは、例えば、アサヒ理化製作所製のものを用いることができ、使用ボールとしては直径5mmのアルミナ製のものを用いることができる。具体例としては、例えば、上記炭素繊維を1g、アルミナボール200g、蒸留水50ccをセル中に入れ、350rpmの回転速度で処理することができる。上記方法にて分断処理した際の1,3,5,10,24時間経過毎に試料を採取し、レーザー粒度分布計を用いて計測すると、ミリング時間が経過するにつれて線長が短くなり、特に10時間経過後は、10μm以下に急激に線長が短くなる。また、24時間経過後は、1μm前後に別のピークが発生しており、より細かい線長になる。尚、1μm前後のピークは、長さと直径がほとんど等しくなるため、長さと、直径とを二重にカウントしていると考えられる。   Moreover, it is preferable that the said division | segmentation process industrially grind-processes the said carbon fiber by ball milling. Hereinafter, a method of adjusting the length of the carbon fiber by ball milling will be described in detail. As the ball mill, for example, a product made by Asahi Rika Seisakusho can be used, and a ball made of alumina having a diameter of 5 mm can be used. As a specific example, for example, 1 g of the above carbon fiber, 200 g of alumina balls, and 50 cc of distilled water can be put in a cell and processed at a rotational speed of 350 rpm. When a sample is taken every 1, 3, 5, 10, 24 hours elapsed when divided by the above method and measured using a laser particle size distribution meter, the line length becomes shorter as the milling time elapses. After 10 hours, the line length is abruptly shortened to 10 μm or less. In addition, after 24 hours, another peak occurs around 1 μm, and the line length becomes finer. In addition, since the length and diameter of the peak around 1 μm are almost equal, it is considered that the length and the diameter are counted twice.

また、ミリング前の炭素繊維は数十μmの長さの炭素繊維が絡まり合っていて、嵩密度が極めて低いものになっているのに対し、ミリング時間が経過するにつれて線長が短くなり、24時間経過後はほとんど粒子状となっている。さらに、24時間経過後は繊維の絡まりはほとんどみられず、嵩密度の高いものになる。   The carbon fiber before milling is entangled with carbon fibers having a length of several tens of μm, and the bulk density is extremely low. On the other hand, as the milling time elapses, the line length becomes shorter. It is almost particulate after time. Furthermore, after the lapse of 24 hours, the fibers are hardly entangled and become high in bulk density.

さらにまた、炭素繊維の分断は、繊維が折れるのではなく、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層が抜け出すことによってなされる。   Furthermore, the carbon fiber is divided not by the fiber being broken but by being pulled out of a carbon net layer having a cup shape having no bottom.

次に、底のないカップ形状をなす炭素網層が数十個積層した状態に長さが調整された、炭素繊維は、長さおよび直径が約60nmで、肉厚の薄い、空洞部の大きなチューブ状、すなわち節の無い中空状をなし、また中空部の外表面側および内表面側の炭素網層の端面が露出している。このように、底のないカップ形状をなす炭素網層が抜け出すようにして、分離され、炭素網層の形状が壊されていない。尚、ミリングの条件によって任意の長さの炭素繊維に調整することができ、上述した本発明の好適な範囲の直径及び長さとすることが好ましい。   Next, the length was adjusted so that several dozen carbon network layers having a cup shape with no bottom were laminated. The carbon fiber had a length and a diameter of about 60 nm, a thin wall, and a large hollow portion. It has a tube shape, that is, a hollow shape without a node, and the end surface of the carbon net layer on the outer surface side and the inner surface side of the hollow portion is exposed. In this way, the carbon network layer having a cup shape without a bottom is separated out so that the shape of the carbon network layer is not broken. In addition, it can adjust to carbon fiber of arbitrary length according to the conditions of milling, and it is preferable to set it as the diameter and length of the suitable range of this invention mentioned above.

尚、通常の、同心円状をなすカーボンナノチューブをグラインディングすると、チューブが割れ、外表面に軸方向に亀裂が生じたり、ささくれ立ちが生じ、また、いわゆる芯が抜けたような状態が生じ、長さの調整は困難である。   In addition, when grinding normal carbon nanotubes having a concentric shape, the tube is cracked, the outer surface is cracked in the axial direction, or is raised and raised, and the so-called core is removed. It is difficult to adjust the height.

また、本発明において、ゴム組成物の混合、成型などの手法としては、通常のゴムの混合、成型に使用される公知の手法を用いることができ、特に制限はない。   In the present invention, as a method for mixing and molding the rubber composition, a known method used for ordinary rubber mixing and molding can be used, and there is no particular limitation.

さらに、本発明のゴム組成物は、上記炭素繊維を少量配合することによって、他の物性を大きく変化させることなく、また、成型加工性も損なうことなく、熱伝導性の大幅な向上が可能となるために、電気電子部品、タイヤ、ベルト、その他各種製品に幅広く使用することが可能である。尚、本発明のゴム組成物には、ゴム業界で一般に使用されている添加剤、例えば、加硫促進剤、補強材、老化防止剤、軟化剤等、通常のゴム用添加剤を適宜使用することが可能である。   Furthermore, the rubber composition of the present invention can greatly improve thermal conductivity by blending a small amount of the above-mentioned carbon fiber without significantly changing other physical properties and without sacrificing molding processability. Therefore, it can be widely used for electric and electronic parts, tires, belts, and other various products. In the rubber composition of the present invention, additives generally used in the rubber industry, for example, usual rubber additives such as a vulcanization accelerator, a reinforcing material, an anti-aging agent, and a softening agent are appropriately used. It is possible.

次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.

実施例1〜3、比較例1
下記の表1及び表2に示す配合内容にて、炭素繊維及び各種添加剤等を油展SBR(35部油展)に配合し、以下に示す混練り条件およびシート作製条件に従い加硫ゴム組成物のシートを作製し、該シートを用い、粘弾性、力学挙動(引っ張り試験)を評価した結果を表2に併記した。尚、表1及び表2中の配合量は全て質量部を表す。
Examples 1-3, Comparative Example 1
Carbon fiber and various additives are blended in oil-extended SBR (35 parts oil-extended) with the blending contents shown in Tables 1 and 2 below, and the vulcanized rubber composition according to the following kneading conditions and sheet preparation conditions Table 2 shows the results of preparing a sheet of the product and evaluating the viscoelasticity and mechanical behavior (tensile test) using the sheet. In addition, all the compounding quantities in Table 1 and Table 2 represent a mass part.

(1)混練条件
ラボプラストミル(東洋精機(株)製)を用いて、油展SBRを110℃にて70rpmで3分間素練りした後、表1及び表2に示す、加硫促進剤および硫黄を除く各添加剤を投入して、110℃にて70rpmで更に混合した(ノンプロ配合)。得られた混合物を取り出して、冷却、秤量した後、残りの加硫促進剤および硫黄を投入し、プラベンダーを用いて、80℃にて50rpmで再度混合した(プロ配合)。
(1) Kneading conditions After scouring oil-extended SBR at 110 rpm at 70 rpm for 3 minutes using a lab plast mill (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), vulcanization accelerators shown in Tables 1 and 2 and Each additive except sulfur was added and further mixed at 110 ° C. at 70 rpm (non-pro blending). The obtained mixture was taken out, cooled and weighed, and then the remaining vulcanization accelerator and sulfur were added and mixed again at 50 rpm at 80 ° C. using a plastic bender (professional blending).

(2)シート作製条件
混練りした混合物を高温プレスを用いて150℃×15分にて加硫して、2mm厚の加硫ゴムシートを作製した。
(2) Sheet preparation conditions The kneaded mixture was vulcanized at 150 ° C. for 15 minutes using a high-temperature press to prepare a vulcanized rubber sheet having a thickness of 2 mm.

(熱伝導率)
京都電子(株)製、迅速熱伝導率計QTM−500を用いて熱伝導率を測定し、比較例1の値を100として、評価した。
(Thermal conductivity)
The thermal conductivity was measured using a rapid thermal conductivity meter QTM-500 manufactured by Kyoto Electronics Co., Ltd., and the value of Comparative Example 1 was evaluated as 100.

(弾性率(E’)及び損失正接)
東洋精機(株)製の粘弾性測定システム(レオグラフ)を使用して、50Hz、2%歪の条件で、温度30℃における弾性率(E’)及び損失正接(tanδ)を測定し、比較例1の値を100として、評価した。
(Elastic modulus (E ') and loss tangent)
Using a viscoelasticity measurement system (Rheograph) manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., the elastic modulus (E ′) and loss tangent (tan δ) at a temperature of 30 ° C. were measured under the conditions of 50 Hz and 2% strain. Evaluation was made with a value of 1 being 100.

(引張り強さ及び切断時伸び)
JIS K 6251に準拠して室温で引張試験を行い、加硫ゴムの引張り強さ(Tb)および切断時伸び(Eb)を測定し、比較例1の値を100として、評価した。
(Tensile strength and elongation at cutting)
A tensile test was performed at room temperature in accordance with JIS K 6251, the tensile strength (Tb) and elongation at break (Eb) of the vulcanized rubber were measured, and the value of Comparative Example 1 was evaluated as 100.

Figure 2010241970
*1 日本合成ゴム社製、0120(スチレン含有量35%、ビニル量16%、35%アロマ油展)
Figure 2010241970
* 1 Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. 0120 (styrene content 35%, vinyl content 16%, 35% aroma oil exhibition)

Figure 2010241970
*2 GSIクレオス社製、1100C処理品
*3 GSIクレオス社製、1500C処理品
Figure 2010241970
* 2 GSI Creos, 1100C treated product * 3 GSI Creos, 1500C treated product

表2の結果から明らかなように、カップスタック状炭素網層炭素繊維0.1〜80質量部と、該炭素繊維以外の充填材(カーボンブラック、シリカ等)60〜150質量部を配合することにより、基本的に力学物性を損なうことなく、高ヒステリシスロス、周方向高弾性率のゴム組成物が得られる。また、得られた熱伝導性の向上は、タイヤ製造時の加硫時間短縮に寄与するのみならず、走行時のタイヤの発熱の放熱効果として寄与し、結果的に該タイヤの耐久性の向上に繋がる。   As apparent from the results in Table 2, 0.1 to 80 parts by mass of the cup-stacked carbon net layer carbon fiber and 60 to 150 parts by mass of a filler (carbon black, silica, etc.) other than the carbon fiber are blended. Thus, a rubber composition having a high hysteresis loss and a high elastic modulus in the circumferential direction can be obtained basically without impairing mechanical properties. Further, the improvement in thermal conductivity obtained not only contributes to shortening of the vulcanization time at the time of tire production, but also contributes as a heat dissipation effect of the heat generation of the tire during running, resulting in an improvement in the durability of the tire. It leads to.

1:底部
2:外周部に積層したカップの大口径部の炭素網層の端面
3:炭素繊維の中空部の外表面
4:炭素繊維の中空部の内表面
10:炭素網層
12:堆積層
14:中心孔
16:原子レベルの大きさの凹凸
1: bottom part 2: end face of carbon mesh layer of large-diameter part of cup laminated on outer peripheral part 3: outer surface of hollow part of carbon fiber 4: inner surface of hollow part of carbon fiber 10: carbon network layer 12: deposited layer 14: Central hole 16: Atomic level size irregularities

Claims (13)

ゴム100質量部に、充填材として、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層1個以上からなる気相成長法による炭素繊維0.1〜80質量部と、前記炭素繊維以外の充填材を60〜150質量部配合することを特徴とするゴム組成物。   100 parts by mass of rubber, 0.1 to 80 parts by mass of carbon fiber by vapor phase growth method comprising at least one carbon net layer having a cup shape having no bottom as a filler, and fillers other than the carbon fiber 60 to 150 parts by mass of a rubber composition. 前記炭素繊維以外の充填材がカーボンブラックおよび/または無機充填材である請求項1記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1, wherein the filler other than the carbon fiber is carbon black and / or an inorganic filler. 前記炭素繊維の外周部に積層したカップの大口径部の炭素網層の端面が露出している請求項1または2記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 1 or 2, wherein an end face of the carbon net layer of the large-diameter portion of the cup laminated on the outer peripheral portion of the carbon fiber is exposed. 前記炭素繊維が、底部を有さないカップ形状をなす炭素網層が複数個積層した気相成長法による炭素繊維である請求項3記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 3, wherein the carbon fiber is a carbon fiber formed by a vapor phase growth method in which a plurality of carbon network layers having a cup shape having no bottom portion are stacked. 前記炭素繊維が、節の無い中空状をなす請求項4記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 4, wherein the carbon fiber has a hollow shape without a node. 前記中空状をなす炭素繊維の中空部の外表面側および内表面側の炭素網層の端面が露出している請求項5記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 5, wherein end surfaces of the carbon surface layer on the outer surface side and the inner surface side of the hollow portion of the hollow carbon fiber are exposed. 前記中空部の外表面側における炭素網層の端面の2%以上が露出している請求項6記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 6, wherein 2% or more of the end face of the carbon net layer on the outer surface side of the hollow portion is exposed. 前記炭素網層の端面の露出している表面の部位が、原子レベルの大きさの凹凸を呈している請求項6または7記載のゴム組成物。   The rubber composition according to claim 6 or 7, wherein a portion of the exposed surface of the end face of the carbon network layer has unevenness of an atomic level. 前記炭素網層が2500℃以上の高温で熱処理しても、黒鉛化しないことを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか一項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 8, wherein the carbon network layer is not graphitized even when heat-treated at a high temperature of 2500 ° C or higher. 前記炭素繊維の直径が1〜1000nm、長さが0.1〜1000μmである請求項1〜9のうちいずれか一項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon fiber has a diameter of 1 to 1000 nm and a length of 0.1 to 1000 µm. 前記炭素繊維の直径が5〜500nm、長さが0.5〜750μmである請求項1〜9のうちいずれか一項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon fiber has a diameter of 5 to 500 nm and a length of 0.5 to 750 µm. 前記炭素繊維の直径が10〜250nm、長さが1〜500μmである請求項1〜9のうちいずれか一項に記載のゴム組成物。   The rubber composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the carbon fiber has a diameter of 10 to 250 nm and a length of 1 to 500 µm. 請求項1〜12のうちいずれか一項に記載のゴム組成物を用いたことを特徴とするタイヤ。 A tire using the rubber composition according to any one of claims 1 to 12.
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