JP2014129436A

JP2014129436A - 建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP2014129436A
Application number: JP2012286852A
Authority: JP
Inventors: Mizuya Takeuchi; 瑞哉竹内; Yuki Shimizu; 佑樹志水
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: EP2940071A1; EP2940071B1; JP5573938B2; CN104968723A; EP2940071A4; WO2014103876A1; US20150336423A1; CN104968723B; US9878580B2

Abstract

【課題】低発熱性、耐カット性及び成形加工性を従来レベル以上に改良するようにした建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴムを８０〜１００重量％、イソプレンゴムを２０〜０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０〜４０重量部、シリカを１５〜３０重量部、硫黄を２．０〜３．５重量部、及び硫黄含有シランカップリング剤を配合したゴム組成物であって、前記硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が２．３〜４．０重量部であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、低発熱性、耐カット性及び成形加工性を改良するようにした建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物に関する。

採石場や大規模な建設作業場で稼働する大型ダンプなどの建設車両は、重荷重積載の状態で長時間稼働する。このような建設車両に装着される重荷重用大型タイヤは、耐カット性に優れることと共に、発熱性を抑えタイヤが過熱状態になるのを抑制することによりタイヤ故障を防ぐことが要求されている。耐カット性は、タイヤが障害物や外部の物体に接触又は衝突したときタイヤの損傷を起き難くする特性であり、発熱性は、このような物理的な衝撃によりタイヤに負荷されたエネルギーを熱に換えてゴムを発熱させて衝撃を緩和する特性である。このためタイヤの耐カット性を優れたものにするためにはゴムの発熱性が大きいことが求められる。一方、タイヤの過熱及びこれに伴う故障を防ぐためにはゴムの発熱性が小さいことが求められるので、耐カット性と低発熱性とはトレードオフの関係にある。

一方、上述した建設車両用空気入りタイヤは、タイヤサイズがかなり大きいため、タイヤ成形が非常に困難である。例えばこのような大型タイヤのタイヤトレッド部を成形するとき、小型タイヤのようにトレッド部を形成するゴム部分を一体に押出し成形して巻き付けてグリーンタイヤを成形することができない。このため通常、設計されたトレッド部の厚さより厚さが薄いゴムシートを複数枚積層したり、ゴムストリップをらせん状に巻き重ねたりすることにより、大型タイヤのトレッド部が成形される。ここでゴムシートを積層したり、ゴムストリップを巻き重ねたりする成形方法では、良好な成形加工性を確保するため、ゴムシート及びゴムストリップを構成するゴム組成物に軟化剤等を配合する必要がある。しかしながら、軟化剤等の配合剤は、ゴム組成物の発熱性を大きくする性質があるため、大型タイヤにおける成形加工性と低発熱性とを両立することは困難であった。

特許文献１は、大型車両タイヤの転がり抵抗を小さくするため、天然ゴムに、シリカ、カーボンブラック、シランカップリング剤、硫黄及びスルフェンアミド促進剤を特定の割合で配合することを提案している。しかし、このゴム組成物では、耐カット性及び成形加工性を改良する効果が必ずしも十分ではなかった。このため低発熱性と、耐カット性及び成形加工性とを両立するように更なる改良が求められていた。

特表２０１２−５１４０９２号公報

本発明の目的は、低発熱性、耐カット性及び成形加工性を従来レベル以上に改良するようにした建設車両用空気入りタイヤ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建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムを８０〜１００重量％、イソプレンゴムを２０〜０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０〜４０重量部、シリカを１５〜３０重量部、硫黄を２．０〜３．５重量部、及び硫黄含有シランカップリング剤を配合したゴム組成物であって、前記硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が２．３〜４．０重量部であることを特徴とする。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムを主成分にするジエン系ゴムに、所定量のカーボンブラック、シリカ、硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤を配合し、かつ硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を限定したので、ゴム組成物の発熱性を小さくしながら、耐カット性を従来レベル以上に改良することができる。さらにオイルや軟化剤等の配合量を削減しながら、成形加工性を維持・向上することができる。

本発明の建設車両用空気入りタイヤは、上述したゴム組成物で形成した任意の幅のゴムシートを積層したトレッド部を有する。この建設車両用空気入りタイヤは、発熱性を抑制し、タイヤ過熱に伴う故障を防ぐことができる。また同時に耐カット性を従来レベル以上に改良したのでタイヤ耐久性が向上する。またこの建設車両用空気入りタイヤは、シート積層性などの成形加工性に優れたゴム組成物を使用するため、上記の通り品質が高いタイヤを、その品質を安定させて効率的に生産することができる。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムであり、天然ゴム、又は天然ゴム及びイソプレンゴムからなる。ジエン系ゴムを天然ゴム、イソプレンゴムで組成することにより、ゴム組成物のゴム強度、耐クラック性及び耐セット性を高いレベルで確保することができる。

天然ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００重量％中、８０〜１００重量％、好ましくは９０〜１００重量％である。天然ゴムの含有量が、８０重量％未満であると耐カット性を十分に改良することができない虞がある。イソプレンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００重量％中、２０〜０重量％、好ましくは１０〜０重量％である。イソプレンゴムの含有量が２０重量％を超えると耐カット性を十分に改良することができない虞がある。

本発明において、ジエン系ゴムは、天然ゴムを１００重量％、又は天然ゴム及びイソプレンゴムの合計を１００重量％にする。なお、ゴム組成物に対し各種配合剤を添加するとき、希釈材料やマスターバッチのベースゴムとして、天然ゴム、イソプレンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有する場合があるが、そのような配合剤の使用を排除するものではなく、本発明の目的を阻害しない範囲で含有することができる。他のジエン系ゴムとしては、例えばブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等が挙げられる。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０〜４０重量部、好ましくは２５〜３５重量部配合する。カーボンブラックを配合することにより、ゴム組成物の強度を高くし耐カット性を高くすることができる。カーボンブラックの配合量が２０重量部未満であると、ゴム組成物のゴム強度及び耐カット性が悪化する。カーボンブラックの配合量が４０重量部を超えると、ゴム組成物の発熱性が大きくなり、また耐カット性が却って悪化する。

本発明で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積が好ましくは７０〜１４５ｍ²／ｇ、より好ましくは８５〜１２５ｍ²／ｇであるとよい。窒素吸着比表面積が７０ｍ²／ｇ未満であると、ゴム組成物のゴム強度などの機械的特性が低下し耐カット性が悪化する。窒素吸着比表面積が１４５ｍ²／ｇを超えると、発熱性が大きくなる。カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して、測定するものとする。

本発明において、シリカを、ジエン系ゴム１００重量部に対し１５〜３０重量部、好ましくは１５重量部以上３０重量部未満、より好ましくは２０〜２８重量部配合する。シリカを配合することにより、ゴム組成物の発熱性を小さくすることができる。シリカの配合量が１５重量部未満であると、ゴム組成物の発熱性が大きくなる。シリカの配合量が３０重量部を超えると、ゴム組成物のシート積層性などの成形加工性が悪化する。

本発明において、カーボンブラック及びシリカの合計は、ジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは４５〜７０重量部、より好ましくは５０〜６５重量部であるとよい。カーボンブラック及びシリカの合計量が、４５重量部未満であるとゴムの機械的強度が低下し、耐カットが悪くなる。またカーボンブラック及びシリカの合計量が、７０重量部を超えると発熱性が悪化する。

シリカとしては、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるシリカ、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。シリカは、市販されているものの中から適宜選択して使用することができる。また通常の製造方法により得られたシリカを使用することができる。

シリカの窒素吸着比表面積は、特に限定されるものではないが、好ましくは１１０〜２００ｍ²／ｇ、より好ましくは１５０〜１８０ｍ²／ｇであるとよい。シリカの窒素吸着比表面積が１１０ｍ²／ｇ未満であるとゴムの機械的強度が低下し、耐カットが悪化し好ましくない。またシリカの窒素吸着比表面積が２００ｍ²／ｇを超えると、発熱性が大きくなり好ましくない。なおシリカの窒素吸着比表面積はＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して求めるものとする。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、シリカと共に硫黄含有シランカップリング剤を配合する。硫黄含有シランカップリング剤を配合することにより、シリカの分散性を改良し、ゴム組成物の低発熱性をより小さくし、ゴム組成物の低発熱性をより小さくすると共に、シート積層性などの成形加工性を改良することができる。

硫黄含有シランカップリング剤としては、特に制限されるものではないが、例えばビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。なかでもビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドが好ましい。

本発明では、硫黄含有シランカップリング剤が含有する硫黄と、加硫用に配合する硫黄の合計が、ジエン系ゴム１００重量部に対し、２．３〜４．０重量部の範囲にすることが必要である。硫黄含有シランカップリング剤の配合量は、硫黄として加硫用硫黄との合計が、上記範囲内である限り制限されるものではないが、好ましくはシリカ配合量に対し５〜２０重量％、より好ましくは８〜１２重量％であるとよい。硫黄含有シランカップリング剤がシリカ量の５重量％未満であると、シリカの分散性を向上する効果が十分に得られない。硫黄含有シランカップリング剤がシリカ量の２０重量％を超えると、シランカップリング剤同士が縮合してしまい、所望の効果を得ることができなくなる。

本発明では、カーボンブラック、シリカ以外の他の充填剤を配合することができる。他の充填剤としては、例えばクレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等を例示することができる。なかでも水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンが好ましい。他の充填剤を配合することによりゴム組成物の機械的特性をより一層改良することができ、タイヤにしたときの低発熱性、耐カット性及び加工性のバランスを改良することができる。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、加硫剤として硫黄を、ジエン系ゴム１００重量部に対し２．０〜３．５重量部、好ましくは２．５〜３.０重量部配合する。硫黄の配合量が２．０重量部未満であると、耐カットが悪くなる。また硫黄の配合量が３．５重量部を超えると、老化性が悪くなる。

本発明では、硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を、ジエン系ゴム１００重量部に対し２．３〜４．０重量部、好ましくは２．４〜３．４重量部にする。ここで硫黄の合計とは、加硫剤中に含まれる正味の硫黄の量と、硫黄含有シランカップリング剤中に含まれる正味の硫黄の量との合計であり、加硫に伴う化学結合に用いられる硫黄の量をいう。例えば加硫剤が硫黄及びオイルを含むときは、オイルを除いた硫黄の正味量を用いるものとする。

硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が２．３重量部未満であると、発熱性、耐カットが悪くなる。また硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が４．０重量部を超えると、老化性が悪くなる。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、シート積層性などの成形加工性が優れるため、各種オイル、可塑剤などの発熱性を大きくする成分の配合を削減又は配合しないようにすることができる。好ましくは各種オイル、可塑剤を配合しないのが好ましい。

建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、老化防止剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を、本発明の目的を阻害しない範囲内で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。本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤは、走行時及び外部物体に接触又は衝突したとき発熱性が小さくタイヤ温度の上昇を抑制するので、タイヤ過熱に伴うタイヤ故障を低減することができる。また、耐カット性に優れ、採石場や建設作業場におけるタイヤ耐久性を改良することができる。また成形加工性に優れたゴム組成物を使用するため、上述した品質が高いタイヤを、その品質を安定させて効率的に生産することができる。なお建設車両用空気入りタイヤは、１本あたり２トンから１００トンの荷重がかかる大型車両に装着される大型タイヤをいうものとする。

本発明の建設車両用空気入りタイヤは、上述した建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物で形成した任意の幅のゴムシートを積層したトレッド部を有する。すなわち、トレッド部を形成するゴム層として設計された厚さよりも薄い肉厚のゴムシートであって、トレッド部の幅に相当する幅、又はトレッド部の幅より狭い幅を有するゴムシートを、本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物で成形し、得られたゴムシートをグリーンタイヤのトレッド部に複数回巻回し積層することにより建設車両用空気入りタイヤを成形することが好ましい。またはトレッド部を形成するゴム層として設計された値よりも厚さが薄く、幅が狭いゴムストリップを、本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物で成形し、得られたゴムストリップをグリーンタイヤのトレッド部にらせん状に巻回し、径方向に積層することにより建設車両用空気入りタイヤを成形することが好ましい。

このようなゴムシート及びゴムストリップは、本発明のゴム組成物で成形され、シート積層性などの成形加工性に優れるため、品質が高いタイヤを、安定的かつ効率的に生産することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表２に示す配合剤を共通配合とし、表１に示す配合からなる７種類の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物（実施例１〜２、比較例１〜５）を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を１.８Ｌの密閉型ミキサーで１６０℃、５分間混練し放出したマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を、表１の「全硫黄分」の欄に示した。なお、表２に記載した共通配合剤の量は、表１に記載したジエン系ゴム１００重量部（正味のゴム量）に対する重量部で表わした。

得られた７種類の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物を使用して、幅３０ｍｍ、厚さ３ｍｍのゴムシートを押出成形した。得られたゴムシートを使用して、成形加工性として、以下の方法でシート積層性の試験を行った。

成形加工性（シート積層性）
得られたゴムシートを使用して、実機にてストリップワインド押出を実施した。１２０秒押出を実施し、そのリボン幅の変動をデータロガで記録した。また、リボン肌、エッジの凸凹を目視にて判定し、それらを指数化した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として「成形加工性」の欄に示した。成形加工性の指数が大きいほどシート積層性が優れることを意味する。

次にタイヤサイズ２７００Ｒ４９の建設車両用空気入りタイヤを成形した。上述した７種類の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物を使用して、幅３０ｍｍ、厚さ３ｍｍのゴムシートを押出成形した。得られたゴムシートをトレッド部に複数回巻き付けることによりグリーンタイヤを成形し、これを加硫して建設車両用空気入りタイヤを製造した。

製造された建設車両用空気入りタイヤを使用し、以下の方法で発熱性及び耐カット性の試験を行った。

発熱性
得られた建設車両用空気入りタイヤを使用して、一定時間走行後のトレッド内部温度（オーバーヘッドカバー上５ｍｍ）を測定、指数化した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として「発熱性」の欄に示した。発熱性の指数が大きいほど低発熱性が優れ、タイヤ温度の上昇を抑制することを意味する。

耐カット性
得られた建設車両用空気入りタイヤを大型ダンプに装着して、オフロードを１５００時間走行した時のカットキズの大小・数を目視で判定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として「耐カット性」の欄に示した。耐カット性の指数が大きいほど耐カット性が優れ、タイヤ耐久性が優れることを意味する。

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、ＳＴＲ２０
・カーボンブラック：キャボットジャパン社製ショウブラックＮ２３４
・シリカ：デクサ社製１１６５ＭＰ
・カップリング剤：硫黄含有シランカップリング剤（硫黄の含有量２２．５重量％）、デクサ社製Ｓｉ６９
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５．２４重量％）

なお、表２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・酸化亜鉛：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
・加硫促進剤：ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＳＡＮＴＯＣＵＲＥＣＢＳ

表１から明らかなように実施例１〜４の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物及びこれらゴム組成物を使用して成形した建設車両用空気入りタイヤは、成形加工性、低発熱性及び耐カット性のバランスが従来レベル以上に向上することが確認された。

また表１から明らかなように、比較例２のゴム組成物は、比較例１のゴム組成物にオイルを配合したので、成形加工性が改良されるが、発熱性が大きくなり、耐カット性が低下する。

比較例３のゴム組成物は、カーボンブラックの配合量が４０重量部を超え、シリカの配合量が１５重量部未満、しかも硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤を配合していないので、成形加工性及び耐カット性が悪化する。

比較例４のゴム組成物は、カーボンブラックの配合量が４０重量部を超え、シリカの配合量が１５重量部未満なので、耐カット性が悪化する。

比較例５のゴム組成物は、シリカの配合量が３５重量部を超えるので、成形加工性が悪化する。

上記目的を達成する本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムを８０〜１００重量％、イソプレンゴムを２０〜０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０〜４０重量部、シリカを１５〜３０重量部、硫黄を２．０〜３．５重量部、及び硫黄含有シランカップリング剤を配合したゴム組成物であって、前記硫黄及びビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドから選ばれる硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が２．３〜４．０重量部であることを特徴とする。

本発明の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムを主成分にするジエン系ゴムに、所定量のカーボンブラック、シリカ、硫黄及びビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドから選ばれる硫黄含有シランカップリング剤を配合し、かつ硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を限定したので、ゴム組成物の発熱性を小さくしながら、耐カット性を従来レベル以上に改良することができる。さらにオイルや軟化剤等の配合量を削減しながら、成形加工性を維持・向上することができる。

硫黄含有シランカップリング剤は、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドから選ばれる。

Claims

天然ゴムを８０〜１００重量％、イソプレンゴムを２０〜０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを２０〜４０重量部、シリカを１５〜３０重量部、硫黄を２．０〜３．５重量部、及び硫黄含有シランカップリング剤を配合したゴム組成物であって、前記硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が２．３〜４．０重量部であることを特徴とする建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物。
請求項１に記載の建設車両用空気入りタイヤ用ゴム組成物で形成した任意の幅のゴムシートを積層したトレッド部を有する建設車両用空気入りタイヤ。