JP2015125034A - ゴム組成物の評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム組成物の状態で正確、簡便かつ迅速に氷上グリップ性能が比較予測可能な評価方法を提供すること。
【解決手段】押針の直径が０．５ｍｍ以下のマイクロ硬度計を用い、ゴム組成物の縦３ｍｍ以上および横３ｍｍ以上の同一面を測定範囲とし、５０〜５００μｍ間隔で５００〜２００００点の硬度を測定する硬度測定工程、硬度測定結果から標準偏差および平均値を求め、ＣＶ値（標準偏差／平均値×１００）を算出するＣＶ値算出工程、得られたＣＶ値が５．０％以上であるかにより氷上グリップ性能を評価する評価工程を含むゴム組成物の氷上グリップ性能の評価方法。
【選択図】なし

Description

本発明はゴム組成物の評価方法に関する。

従来、氷雪路面走行にスパイクタイヤが使用されてきたが、粉塵問題などの環境問題が発生するため、これにかわる氷雪路面走行用タイヤとしてスタッドレスタイヤが開発されている。氷雪路面では、一般路面に比べて著しく摩擦係数が低下し、滑りやすくなるので、スタッドレスタイヤには氷上グリップ性能などの氷雪上性能が求められており、材料面および設計面での工夫がされている。

スタッドレスタイヤではキャップトレッドの低温での硬度を低くし、微小な路面凹凸への追従性を上げることで氷上グリップ性能を確保している。しかしその硬度の低さをゴムサンプルで評価する方法としては、加硫ゴムサンプル（ゴム組成物）の０℃前後における硬度（低温硬度）や粘弾性温度分散測定によるｔａｎδピーク温度（Ｔｇ）での評価により各ゴム配合や素材のスクリーニングを実施することが行われている（特許文献１および２等参照）。しかし、これらの方法では微小な凹凸への追従性の性能差をすべて検出できていない可能性があり、これらのゴム組成物の評価結果が氷上グリップ性能に結び付かないケース、つまり低温硬度およびＴｇでは優れた結果を示すが、実車での氷上グリップ性能評価では優れた結果を示さないケースや、その逆のケースも発生しているという問題がある。

ここで、氷上グリップ性能には、ヒステリシスロス、路面凹凸への吸着や引っ掛かり、氷上の水を取り除く性能に優れることや、よりミクロなレベルでは、路面凹凸にできる限り追従可能なしなやかさを有することが求められる。このうち、ヒステリシスロスは粘弾性測定により測定できる。また、水除去性能については、水膜を破断するためのエッジの数を増やしたパターンやゴム組成物中に空孔を設けたり、吸水性物質を含有させたりすることで水を吸い上げ除去する方法など様々な手法の検討がなされている。

一方、路面凹凸へのゴム組成物の引っ掛かりや、路面凹凸に追従できるしなやかさを有するか否かの評価方法としては、電子顕微鏡で直接表面を観察することや、タイヤを作成し実車で評価することが挙げられる。しかしながら、電子顕微鏡による観察には、荷重負荷状態での観察が難しい、サンプルの調製も簡便ではない、定量的な比較ができない、という問題がある。また、実車評価には、タイヤを作成するのに十分な量の材料が必要である、タイヤの作成から評価まで多くの時間と工数が必要で簡便な方法ではない、という問題がある。

また、前記硬度を測定する方法としては硬度計を用いた測定方法がある。しかし、一般的な硬度計での測定は押針の直径が約０．８ｍｍと大きいため、ミクロレベルでの路面凹凸に対する引っ掛かりや、路面凹凸に追従できるしなやかさを有するか否かを評価することはできない。この理由として、ミクロの凹凸の周期サイズよりも押針の直径が大きく、ミクロサイズの硬さを平均化したような結果しか得られないことが考えられる。そもそも、一般的な硬度計での測定方法はゴム中の数点を測定し、測定値を平均した値で判断しており、ゴム面内の硬度分布などを見るという考えではないため、ゴムの引っ掛かりやしなやかさを評価することはできない。

特開平０６−２４００５２号公報 特開２０１０−１３８２４９号公報

本発明は、ゴム組成物の状態で正確、簡便かつ迅速に氷上グリップ性能が比較予測可能な評価方法を提供することを目的とする。

本発明は、押針の直径が０．５ｍｍ以下のマイクロ硬度計を用い、ゴム組成物の縦３ｍｍ以上および横３ｍｍ以上の同一面を測定範囲とし、５０〜５００μｍ間隔で５００〜２００００点の硬度を測定する硬度測定工程、硬度測定結果から標準偏差および平均値を求め、ＣＶ値（標準偏差／平均値×１００）を算出するＣＶ値算出工程、得られたＣＶ値が５．０％以上であるかにより氷上グリップ性能を評価する評価工程を含むゴム組成物の氷上グリップ性能の評価方法に関する。

硬度測定工程に供するゴム組成物が、縦６ｍｍ以上、横６ｍｍ以上および厚さが１．５ｍｍ以上のゴム組成物であることが好ましい。

硬度測定工程を０±２℃で行うことが好ましい。

本発明の、所定の条件で硬度を測定する硬度測定工程、硬度測定結果から標準偏差および平均値を求め、ＣＶ値を算出するＣＶ値算出工程、得られたＣＶ値から氷上グリップ性能を評価する評価工程を含むゴム組成物の氷上グリップ性能の評価方法によれば、ゴム組成物の状態で正確、簡便かつ迅速に氷上グリップ性能が予測可能な評価方法を提供することができる。

本発明の評価方法は、所定の条件で硬度を測定する硬度測定工程、硬度測定結果から標準偏差および平均値を求め、ＣＶ値を算出するＣＶ値算出工程、得られたＣＶ値から氷上グリップ性能を評価する評価工程を含む評価方法である。

硬度測定工程
硬度測定工程は、ゴム組成物を試料とし、マイクロ硬度計を用いて所定の条件で硬度を測定する工程である。

試料とするゴム組成物（以下、ゴム組成物サンプルともいう）としては、タイヤのトレッドを構成するゴム組成物とすることが好ましく、２層構造以上のトレッドを有するタイヤの場合はキャップトレッドを構成するゴム組成物とすることが好ましい。なお、試料とするゴム組成物中のゴム成分、補強剤、加硫剤およびその他の配合剤としては特に限定されず、通常ゴム工業で使用されるゴム成分等を使用することができる。

ゴム組成物サンプルは、縦６ｍｍ以上および横６ｍｍ以上であることが好ましく、縦８ｍｍ以上および横８ｍｍ以上であることがより好ましい。縦または横の長さが６ｍｍ未満の場合は後述の硬度測定が困難となる恐れがある。なお、縦および横の長さの上限は特に限定されず、使用するマイクロ硬度計に供することのできる長さであればよい。

また、ゴム組成物サンプルの厚さは１．５ｍｍ以上が好ましく、１．８ｍｍ以上がより好ましく、２．０ｍｍ以上がさらに好ましい。厚さが１．５ｍｍ未満の場合は、硬度測定の際にサンプル下の試料台の硬さが影響し、正確なゴム組成物サンプルの硬度が測定できなくなる恐れがある。なお、厚さの上限は特に限定されず、使用するマイクロ硬度計に供することのできる厚さとすることができる。

硬度測定に用いるマイクロ硬度計の押針の直径は０．５ｍｍ以下であり、０．４ｍｍ以下がより好ましい。マイクロ硬度計の押針の直径が０．５ｍｍより大きい場合は、氷上グリップ性能が評価可能な硬度分布が得られない傾向がある。なお、押針の直径の下限は特に限定されず、市販のマイクロ硬度計で用いられている範囲で特に問題なく使用できる。

マイクロ硬度計で硬度を測定する範囲は、ゴム組成物サンプルの縦３ｍｍ以上および横３ｍｍ以上の同一面であり、縦５ｍｍ以上および横５ｍｍ以上が好ましい。縦または横の長さが３ｍｍ未満の場合は、測定範囲の違いに起因する平均値のバラつきにより測定精度が低下する恐れがある。

硬度の測定ポイントの距離間隔は５００μｍ以下であり、４５０μｍ以下が好ましい。また、測定ポイントの数は５００点以上であり、６００点以上が好ましい。測定ポイントの距離間隔が５００μｍより広い場合、または測定ポイントの数が５００点より少ない場合は、氷上グリップ性能の比較に十分な硬度分布のデータが得られず、測定精度が低下する恐れがある。

硬度の測定ポイントの距離間隔は５０μｍ以上であり、８０μｍ以上が好ましい。また、測定ポイントの数は２００００点以下であり、１８０００点以下が好ましい。測定ポイントの距離間隔が５０μｍより狭い場合、または測定ポイントの数が２００００点より多い場合は、測定ポイントが増えることにより、測定時間が長くなるが、結果の精度は向上しない傾向がある。

硬度測定は０±２℃で行うことが、氷上での硬さを精度よく測定できるという理由から好ましい。

ＣＶ値算出工程
ＣＶ値算出工程は、硬度測定工程で得られた硬度測定結果から標準偏差および平均値を求め、さらに
式：標準偏差／平均値×１００
によりＣＶ値（変動係数）を算出する工程である。

硬度測定工程で得られた５００〜２００００点の硬度測定結果から、標準偏差および平均値を求める手段は特に限定されず、一般的な統計処理等で用いられる手段により求めることができる。

ここで求めるＣＶ値は、ゴム組成物の数百μｍ単位における硬度分布の広さを示しており、この硬度分布が広い（ＣＶ値が大きい）ほどゴムを押さえつけた場合に路面の凹凸形状に合わせて変形し易く、より接地面が増えることから、路面凹凸へのゴム組成物の引っ掛かりや、路面凹凸に追従できるしなやかさの指標となり、数値が大きいほど路面凹凸への引っ掛かりおよびしなやかさに優れることを示す。一方、小さいほど路面凹凸への引っ掛かりおよびしなやかさに劣ることを示す。

評価工程
評価工程は、ＣＶ値算出工程で得られたＣＶ値を所定の閾値と比較し、ＣＶ値が所定の閾値以上であるかにより、当該ゴム組成物により構成されるトレッドを有するタイヤの氷上グリップ性能を評価する評価工程である。

本発明においては、路面凹凸を十分に追従し得る硬度分布を有するか否かを、前記ＣＶ値で判断することで氷上グリップ性能を評価する。

評価に用いる閾値は、荷重負荷時に十分に路面凹凸を追従可能なゴム組成物の硬度分布を有すると判断できるという理由から５．０％であり、５．１％が好ましい。ＣＶ値が閾値以上の場合は、路面凹凸への引っ掛かりおよびしなやかさに優れ、当該ゴム組成物により構成されるトレッドを有するタイヤが氷上グリップ性能に優れると判定することができる。

一方、ＣＶ値算出工程で得られたＣＶ値の上限は特に限定されないが、１８％以下であることが好ましい。１８％を超える場合は測定硬度の最大値と最小値との差が大きく、その分布が広くなった場合に路面凹凸への引っ掛かりによる効果が低下し正しく判断できなくなる恐れがある。

本発明の評価方法によれば、ゴム組成物の低温硬度およびＴｇからは差を見出せないが、実車テストでは氷上グリップ性能に差が生じるような、路面凹凸への引っ掛かりやしなやかさを有するゴム組成物の氷上グリップ性能を、実車評価を行わずに評価することができる。例えば、ゴム組成物サンプルについて従来の方法による低温硬度測定および粘弾性温度分散測定を行い、結果が良好であったサンプルに対し、さらに本発明の評価方法による評価を行うことで、他の氷上グリップを向上させる手法が採用されていないゴム組成物（例えば、化学処理等により親水性、吸水性、撥水性を付与することで氷上グリップを向上させていないゴム組成物）であれば実車評価を行わず、正確、簡便かつ迅速にゴム組成物の氷上グリップ性能を評価することができる。

本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。

以下に試験用ゴム組成物および試験用タイヤの製造に用いた各種薬品を示す。
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＢＲ：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ（シス含量：９７質量％）
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイアブラックＩ（ＩＳＡＦ、Ｎ２２０）（Ｎ₂ＳＡ：１１４ｍ²／ｇ）
シリカ：ローディア社製のＺｅｏｓｉｌ １１１５ＭＰ（Ｎ₂ＳＡ：１１５ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：Ｄｅｇｕｓｓａ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
オイル：（株）ジャパンエナジー製のプロセスＰ−２００
液状ゴム：サートマー社製のライコン１５０（液状ＢＲ、Ｍｎ：３９００）
卵殻粉：キューピータマゴ（株）製の卵カルシウム（カルホープ）（平均粒子径：１５μｍ）
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン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：大内新興化学工業（株）製のサンノックＳ
ステアリン酸：日油（株）製の椿
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：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）

試験用ゴム組成物の調製
表１に示す配合に従い、バンバリー型ミキサーを用いて硫黄および加硫促進剤以外の薬品を１５０℃の条件下で３分間混練りし、混練り物を得た。つぎに、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、ロールを用いて、８０℃の条件下で３分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を１７０℃の条件下で２０分間、４ｍｍ厚の金型でプレス加硫し、試験用ゴム組成物ａ、ｂおよびｃ（加硫ゴム組成物）を得た。

試験用タイヤの製造
得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材と貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、１６０℃の条件下で２０分間プレス加硫し、試験用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。試験用ゴム組成物ａ、ｂおよびｃを用いたものを、それぞれ試験用タイヤＡ、ＢおよびＣとした。

粘弾性温度分散測定試験
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用い、周波数１０Ｈｚ、初期歪１０％、振幅±０．２５％および昇温速度２℃／ｍｉｎの条件下で、試験用ゴム組成物ａ、ｂおよびｃのｔａｎδの温度分布曲線を作成し、得られた温度分布曲線における最も大きいｔａｎδ値に対応する温度をｔａｎδピーク温度（Ｔｇ）として測定した。結果を表１に示す。

氷上グリップ性能試験
製造した試験用タイヤＡ、ＢおよびＣを、試験車（国産ＦＲ２０００ｃｃ）の全輪に装着し、氷上にて、時速３０ｋｍ／ｈでロックブレーキを踏み、制動距離を測定した。そして、試験用タイヤＡの制動距離を１００とし、以下に示す計算式により指数表示した。なお、指数が大きいほど氷上グリップ性能が良好であることを示す。結果を表１に示す。
（氷上グリップ性能指数）＝
（試験用タイヤＡの制動距離）／（各試験用タイヤの制動距離）×１００

実施例１〜６、比較例４および５
形状が円柱で直径が０．１６ｍｍの押針を備えたマイクロ硬度計（高分子計器（株）製のＭＤ−１）の試料台に、縦および横の長さ４０ｍｍ、厚み４ｍｍにカットした各試験用ゴム組成物を両面テープを用いて貼り付け、０℃の環境下で硬度を測定した。その他の各条件は表２に示す条件に従い、測定範囲内を一定間隔で測定した。測定後、各試験用ゴム組成物の硬度の平均値、標準偏差、およびＣＶ値（％）を求めた。結果を表２に示す。

比較例１〜３
形状が円すい台形で端面直径が０．７９ｍｍの押針を備えた通常の硬度計（高分子計器（株）製のＰ２−Ａ）の試料台に、縦および横の長さ４０ｍｍ、厚み４ｍｍにカットした各試験用ゴム組成物を両面テープを用いて貼り付け、０℃の環境下で硬度を測定した。その他の各条件は表２に示す条件に従い、測定範囲内を一定間隔で測定した。測定後、各試験用ゴム組成物の硬度の平均値、標準偏差、およびＣＶ値（％）を求めた。結果を表２に示す。

表２に示す結果より、所定の条件で硬度を測定する硬度測定工程、硬度測定結果から標準偏差および平均値を求め、ＣＶ値を算出するＣＶ値算出工程、得られたＣＶ値から氷上グリップ性能を評価する評価工程を含むゴム組成物の氷上グリップ性能の評価方法によれば、ゴム組成物の状態で正確、簡便かつ迅速に氷上グリップ性能を評価できることがわかる。

Claims (3)

1. 押針の直径が０．５ｍｍ以下のマイクロ硬度計を用い、ゴム組成物の縦３ｍｍ以上および横３ｍｍ以上の同一面を測定範囲とし、５０〜５００μｍ間隔で５００〜２００００点の硬度を測定する硬度測定工程、
   硬度測定結果から標準偏差および平均値を求め、ＣＶ値（標準偏差／平均値×１００）を算出するＣＶ値算出工程、
   得られたＣＶ値が５．０％以上であるかにより氷上グリップ性能を評価する評価工程を含むゴム組成物の氷上グリップ性能の評価方法。
2. 硬度測定工程に供するゴム組成物が、縦６ｍｍ以上、横６ｍｍ以上および厚さが１．５ｍｍ以上のゴム組成物である請求項１記載の評価方法。
3. 硬度測定工程を０±２℃で行う請求項１または２記載の評価方法。