JP2017100671A - Tire rubber composition and pneumatic tire - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tire rubber composition that has a low temperature dependency of piezoelectric properties and also has excellent performance such as elongation at break, durability, and breakdown resistance, and a pneumatic tire prepared therewith.SOLUTION: A tire rubber composition satisfies the following formulas (1)-(3): d33(25°C)≥25pC/N (1), (d33(x°C) is piezoelectric properties at temperature x°C); 0.5×d33(0°C)≤d33(100°C)≤5×d33(0°C) (2); and EB(%)≥100 (3), (EB(%) is an elongation at break measured in accordance with JIS K6251).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。 The present invention relates to a tire rubber composition and a pneumatic tire using the same.

圧電セラミックス等の無機材料、ポリフッ化ビニリデン等の有機材料等の圧電材料が知られており、このような圧電材料をタイヤに適用することが提案されている。例えば、特許文献1には、ポリフッ化ビニリデンを配合したトレッド用ゴム組成物が開示され、グリップ性能が向上することが記載されている。 Piezoelectric materials such as inorganic materials such as piezoelectric ceramics and organic materials such as polyvinylidene fluoride are known, and it has been proposed to apply such piezoelectric materials to tires. For example, Patent Document 1 discloses a rubber composition for a tread that contains polyvinylidene fluoride and describes that the grip performance is improved.

しかしながら、ポリフッ化ビニリデンは、タイヤ用途に適用するには、耐熱性が不充分である、等の問題があり、また、ゴム特性も乏しいため、タイヤに組み込んだ場合の耐久性も不充分である。 However, polyvinylidene fluoride has problems such as insufficient heat resistance when applied to tire applications, and also has poor rubber properties, so that durability when incorporated in a tire is also insufficient. .

一方、近年タイヤには、耐摩耗性、転がり抵抗等の性能の他、空気圧やたわみの監視、装飾性電飾等、走行以外の多様な性能への要望も高まっており、更に非常に広い温度域で使用されるため、各種性能の温度依存性が低いことも要求されている。 On the other hand, in recent years, there are increasing demands for various performances other than driving such as wear resistance, rolling resistance, etc., as well as air pressure and deflection monitoring, decorative lighting, etc. Therefore, it is also required that the temperature dependence of various performances is low.

例えば、特許文献2には、圧電素子を用いた発電具をタイヤの空気圧センサー等の電源として用いたタイヤが開示されているが、温度依存性、発電性能、破断伸び、耐久性、耐破壊性能、転がり抵抗等、各種性能には未だ改善の余地が残されている。 For example, Patent Document 2 discloses a tire in which a power generation tool using a piezoelectric element is used as a power source for a tire air pressure sensor or the like. However, temperature dependency, power generation performance, elongation at break, durability, and resistance to fracture are disclosed. There is still room for improvement in various performances such as rolling resistance.

特開2010−143963号公報JP 2010-143963 A 特開2014−83957号公報JP 2014-83957 A

本発明は、前記課題を解決し、圧電特性の温度依存性が小さく、破断時伸び、耐久性、耐破壊性能等の性能に優れたタイヤ用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a rubber composition for a tire excellent in performance such as elongation at break, durability, fracture resistance, and the like, and a pneumatic tire using the same. The purpose is to provide.

本発明は、下記式(1)〜(3)を満たすタイヤ用ゴム組成物に関する。
d33(25℃)≧25pC/N (1)
(d33(x℃)は、温度x℃における圧電特性を表す。)
0.5×d33(0℃)≦d33(100℃)≦5×d33(0℃) (2)
EB(%)≧100 (3)
(EB(%)は、JIS K6251に準じて測定した破断時伸びを表す。)
The present invention relates to a tire rubber composition satisfying the following formulas (1) to (3).
d33 (25 ° C.) ≧ 25 pC / N (1)
(D33 (x ° C.) represents the piezoelectric characteristics at the temperature x ° C.)
0.5 × d33 (0 ° C.) ≦ d33 (100 ° C.) ≦ 5 × d33 (0 ° C.) (2)
EB (%) ≧ 100 (3)
(EB (%) represents elongation at break measured according to JIS K6251.)

前記ゴム組成物は、ゴムマトリクス中に圧電材料を配向させたものであることが好ましい。 The rubber composition is preferably one in which a piezoelectric material is oriented in a rubber matrix.

本発明はまた、前記ゴム組成物をタイヤセンサー用材料として用いた空気入りタイヤ、前記ゴム組成物をタイヤ装飾発電用材料として用いた空気入りタイヤ、に関する。 The present invention also relates to a pneumatic tire using the rubber composition as a material for a tire sensor, and a pneumatic tire using the rubber composition as a material for tire decoration power generation.

本発明によれば、前記式(1)〜(3)を満たすタイヤ用ゴム組成物であるので、該ゴム組成物を用いることで、圧電特性の温度依存性が小さく、破断時伸び、耐久性、耐破壊性能等の性能に優れた空気入りタイヤを提供できる。 According to the present invention, since the rubber composition for tires satisfies the formulas (1) to (3), by using the rubber composition, the temperature dependence of piezoelectric characteristics is small, the elongation at break, and the durability. It is possible to provide a pneumatic tire excellent in performance such as fracture resistance.

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、下記式(1)〜(3)を満たす。
d33(25℃)≧25pC/N (1)
(d33(x℃)は、温度x℃における圧電特性を表す。)
0.5×d33(0℃)≦d33(100℃)≦5×d33(0℃) (2)
EB(%)≧100 (3)
(EB(%)は、JIS K6251に準じて測定した破断時伸びを表す。)
The tire rubber composition of the present invention satisfies the following formulas (1) to (3).
d33 (25 ° C.) ≧ 25 pC / N (1)
(D33 (x ° C.) represents the piezoelectric characteristics at the temperature x ° C.)
0.5 × d33 (0 ° C.) ≦ d33 (100 ° C.) ≦ 5 × d33 (0 ° C.) (2)
EB (%) ≧ 100 (3)
(EB (%) represents elongation at break measured according to JIS K6251.)

ここで、圧電定数d33は、材料に電圧を加えた時に電圧方向に材料が変形する変形量を示す指標であり、圧電定数d33が大きい材料ほど変位量が大きい。 Here, the piezoelectric constant d33 is an index indicating the amount of deformation of the material in the voltage direction when a voltage is applied to the material. The larger the piezoelectric constant d33, the larger the displacement.

本発明のゴム組成物は、式(1)、すなわち、25℃での圧電定数d33が25pC/N以上を満たし、所定以上の変位量(圧電特性)を有するものである。更に式(2)、すなわち、0℃、100℃でのd33が0.5×d33(0℃)≦d33(100℃)≦5×d33(0℃)を満たし、100℃の変位量が0℃の変位量の0.5〜5倍の範囲内に留まり、温度依存性が小さいものである。加えて、前記ゴム組成物は、破断時伸びEBが100%の特性も有するものである。 The rubber composition of the present invention has a displacement amount (piezoelectric characteristics) of a predetermined value or more, satisfying the formula (1), that is, the piezoelectric constant d33 at 25 ° C. of 25 pC / N or more. Furthermore, d33 at 0 ° C. and 100 ° C. satisfies 0.5 × d33 (0 ° C.) ≦ d33 (100 ° C.) ≦ 5 × d33 (0 ° C.), and the displacement at 100 ° C. is 0 It stays within the range of 0.5 to 5 times the displacement at 0 ° C. and has little temperature dependence. In addition, the rubber composition has a characteristic that the elongation at break EB is 100%.

従って、所望の圧電特性を有するので(式(1))、タイヤ空気圧やたわみ監視のセンサー用材料として好適に使用でき、また、電源材料として用いることで、タイヤの電飾等、装飾性も付与できる。温度依存性が小さいので(式(2))、非常に広い温度域で使用可能であり、路面温度変化、使用による発熱等による影響も少ない。更に、所定以上のEBを有し、柔軟性が高いので(式(3))、タイヤの歪に追従して圧電性能が発揮され、良好な圧電性能の耐久性が得られる。また、他のタイヤ部材との剥離等も防止され、良好な耐破壊性能も得られる。よって、前記ゴム組成物を用いることで、圧電特性の温度依存性が小さく、破断時伸び、耐久性、耐破壊性能等の性能に優れた空気入りタイヤを提供できる。 Therefore, since it has the desired piezoelectric characteristics (Equation (1)), it can be suitably used as a sensor material for tire pressure and deflection monitoring, and it can also be used as a power source material to add decorative properties such as tire lighting. it can. Since the temperature dependence is small (Equation (2)), it can be used in a very wide temperature range, and is less affected by changes in road surface temperature, heat generation due to use, and the like. Furthermore, since it has EB more than a predetermined value and high flexibility (Equation (3)), the piezoelectric performance is exhibited following the tire strain, and the durability of good piezoelectric performance is obtained. Further, peeling from other tire members and the like are prevented, and good fracture resistance is obtained. Therefore, by using the rubber composition, it is possible to provide a pneumatic tire having a small temperature dependency of piezoelectric characteristics and excellent properties such as elongation at break, durability, and fracture resistance.

前記ゴム組成物は、下記式(1)を満たす。
d33(25℃)≧25pC/N (1)
25pC/N以上であれば、十分な圧電効果が得られ、タイヤのセンサーや電飾用途として機能する。30pC/N以上が好ましく、35pC/N以上がより好ましい。上限は、特に限定されない。
The rubber composition satisfies the following formula (1).
d33 (25 ° C.) ≧ 25 pC / N (1)
If it is 25 pC / N or more, a sufficient piezoelectric effect is obtained, and it functions as a tire sensor or an electric decoration application. 30 pC / N or more is preferable, and 35 pC / N or more is more preferable. The upper limit is not particularly limited.

前記ゴム組成物は、下記式(2)を満たす(単位:pC/N)。
0.5×d33(0℃)≦d33(100℃)≦5×d33(0℃) (2)
式(2)を満たす場合、0℃から100℃までの温度依存性が小さく、広い温度範囲に適用可能である。
好ましくは、0.6×d33(0℃)≦d33(100℃)≦3×d33(0℃)、より好ましくは0.7×d33(0℃)≦d33(100℃)≦1.5×d33(0℃)である。
The rubber composition satisfies the following formula (2) (unit: pC / N).
0.5 × d33 (0 ° C.) ≦ d33 (100 ° C.) ≦ 5 × d33 (0 ° C.) (2)
When the formula (2) is satisfied, the temperature dependence from 0 ° C. to 100 ° C. is small, and it can be applied to a wide temperature range.
Preferably, 0.6 × d33 (0 ° C.) ≦ d33 (100 ° C.) ≦ 3 × d33 (0 ° C.), more preferably 0.7 × d33 (0 ° C.) ≦ d33 (100 ° C.) ≦ 1.5 × d33 (0 ° C.).

前記ゴム組成物は、下記式(3)を満たす。
EB(%)≧100 (3)
EBが100%未満であると、繰り返し変形によりゴム組成物の中に微小な損傷(空隙)が生じ、圧電性能が劣化するおそれがある。EBは、150%以上が好ましく、200%以上がより好ましい。上限は特に限定されない。
The rubber composition satisfies the following formula (3).
EB (%) ≧ 100 (3)
If the EB is less than 100%, minute damage (voids) may occur in the rubber composition due to repeated deformation, and the piezoelectric performance may be deteriorated. EB is preferably 150% or more, and more preferably 200% or more. The upper limit is not particularly limited.

なお、本発明において、d33(x℃)の測定は、クランピングフォース8N以上、ダイナミックフォース0.4N以上の負荷を与えて測定した値であり、他の条件はJIS R1696に準拠して測定される。EB(%)は、JIS K6251に準じて測定した破断時伸びである。d33(x℃)、EB(%)は、例えば、後述の実施例の方法により測定できる。 In the present invention, d33 (x ° C.) is a value measured by applying a load of clamping force 8N or more and dynamic force 0.4N or more, and other conditions are measured according to JIS R1696. The EB (%) is the elongation at break measured according to JIS K6251. d33 (x ° C.) and EB (%) can be measured, for example, by the method of Examples described later.

本発明において、前記式(1)、(2)の特性は、公知の圧電効果の高い材料、温度依存性の小さい圧電材料の使用、圧電材料の好ましい配向、等により付与できる。前記式(3)の特性は、高EBを持つ公知のゴム組成物の使用(例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、エポキシ化天然ゴム、エポキシ化ブタジエンゴム等のゴム成分の使用、所定のDBP吸油量や窒素吸着比表面積を持つカーボンブラックの使用、オイル等の軟化剤の使用、適量の架橋剤の使用、等)、所定の平均粒径の圧電材料の使用、圧電材料の適量の配合、等により付与できる。 In the present invention, the characteristics of the above formulas (1) and (2) can be imparted by a known material having a high piezoelectric effect, use of a piezoelectric material having a small temperature dependency, a preferred orientation of the piezoelectric material, and the like. The characteristic of the formula (3) is that a known rubber composition having a high EB is used (for example, use of rubber components such as natural rubber, butadiene rubber, epoxidized natural rubber, epoxidized butadiene rubber, etc., predetermined DBP oil absorption amount) Or carbon black with a nitrogen adsorption specific surface area, use of softener such as oil, use of appropriate amount of cross-linking agent, etc.) use of piezoelectric material with a predetermined average particle diameter, blending of appropriate amount of piezoelectric material, etc. Can be granted.

前記ゴム組成物は、本発明の効果が良好に得られるという観点から、圧電材料(圧電性物質)を含むことが好ましい。 The rubber composition preferably contains a piezoelectric material (piezoelectric substance) from the viewpoint that the effects of the present invention can be obtained satisfactorily.

圧電材料は、機械エネルギーと電気エネルギーの相互変換が可能な材料で、力を加えると電圧が発生し、逆に電圧を加えると変位や力が発生する性質(圧電性)を持つ材料である。 A piezoelectric material is a material capable of mutual conversion between mechanical energy and electrical energy, and has a property (piezoelectricity) in which a voltage is generated when a force is applied and a displacement and a force are generated when a voltage is applied.

前記ゴム組成物において、圧電材料の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは20質量部以上、更に好ましくは30質量部以上である。5質量部未満であると、本発明の効果が充分でない傾向がある。該圧電材料の含有量は、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、更に好ましくは50質量部以下である。100質量部を超えると、耐破壊性能等が低下するおそれがある。 In the rubber composition, the content of the piezoelectric material is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more, and further preferably 30 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component. If the amount is less than 5 parts by mass, the effect of the present invention tends to be insufficient. Content of this piezoelectric material becomes like this. Preferably it is 100 mass parts or less, More preferably, it is 70 mass parts or less, More preferably, it is 50 mass parts or less. If it exceeds 100 parts by mass, the fracture resistance and the like may be reduced.

圧電材料として粒状材料を用いる場合、その平均粒径は、30μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。30μmを超えると、ゴム組成の破壊特性が悪化する恐れがある。また、平均粒径は、0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましい。0.01μm未満であると、圧電性能が劣る恐れがある。なお、本明細書において、圧電材料(後述の高分子複合圧電体の場合、該高分子複合圧電体)の平均粒径は、透過型電子顕微鏡により観察し、視野内に観察された一次粒子を400個以上測定し、その平均により求めることができる。 When a granular material is used as the piezoelectric material, the average particle size is preferably 30 μm or less, and more preferably 10 μm or less. If it exceeds 30 μm, the fracture characteristics of the rubber composition may be deteriorated. The average particle size is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more. If it is less than 0.01 μm, the piezoelectric performance may be inferior. In this specification, the average particle diameter of the piezoelectric material (in the case of the polymer composite piezoelectric material described later, the polymer composite piezoelectric material) is observed with a transmission electron microscope, and the primary particles observed in the field of view are It can be determined by measuring 400 or more and averaging them.

圧電材料としては、例えば、公知のセラミックス系、高分子系圧電材料が挙げられる。
セラミックス系圧電材料としては、チタン酸バリウム系(BT)、ジルコン酸チタン酸鉛系(PZT)、ジルコン酸チタン酸ランタン酸鉛系(PLZT)、チタン酸鉛(PT)−ジルコン酸鉛(PZ)を基本ベースとした3成分系若しくは4成分系を好適に使用できる。3成分系、4成分系の元素としてはNb、Mg、Ni、Zn、Mn、Co、Sn、Fe、Cd、Sb、Al、Yb、In、Sc、Y、Ta、Bi、W、Te、Reなどが挙げられる。代表例としては、チタン酸バリウム(BaTiO(BT))、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、チタン酸リチウム(LiTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸バリウム鉛((Ba、Pb)TiO)、チタン酸バリウムカルシウム((Ba、Ca)TiO)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K、Na)NbO)、ニオブ酸カリウムリチウム((K、Li)NbO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr、Ti)O(PZT))などを使用できる。なお、環境的側面から鉛を含まない圧電材料を用いることが望ましい。
Examples of the piezoelectric material include known ceramic-based and polymer-based piezoelectric materials.
Ceramic piezoelectric materials include barium titanate (BT), lead zirconate titanate (PZT), lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), lead titanate (PT) -lead zirconate (PZ) A three-component system or a four-component system based on can be suitably used. Three-component and four-component elements include Nb, Mg, Ni, Zn, Mn, Co, Sn, Fe, Cd, Sb, Al, Yb, In, Sc, Y, Ta, Bi, W, Te, Re Etc. Representative examples include barium titanate (BaTiO 3 (BT)), strontium titanate (SrTiO 3 ), lithium niobate (Li 2 NbO 3 ), lithium titanate (LiTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), Lead barium titanate ((Ba, Pb) TiO 3 ), barium calcium titanate ((Ba, Ca) TiO 3 ), potassium sodium niobate ((K, Na) NbO 3 ), lithium potassium niobate ((K, Li) NbO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT)), and the like can be used. Note that it is desirable to use a piezoelectric material that does not contain lead from an environmental aspect.

高分子系圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ヨウ素化ポリ酢酸ビニル、ポリウレア、ポリ乳酸などを使用できる。圧電性能が良好に得られるという点からは、セラミックス系圧電材料が好適である。 As the polymer piezoelectric material, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, iodinated polyvinyl acetate, polyurea, polylactic acid, or the like can be used. A ceramic-based piezoelectric material is preferable from the viewpoint that good piezoelectric performance can be obtained.

本発明では、圧電材料として、有機高分子樹脂からなるマトリックスと、該マトリックス中に含まれる下記一般式で表される組成を有するペロブスカイト型酸化物からなる(不可避不純物を含んでもよい)圧電体とを含む高分子複合圧電体も好適に使用できる。
(Bi,A1−x)(B,C1−y)O
(式中、AはPb以外の平均イオン価数が2価のAサイト元素、Bは平均イオン価数が3価のBサイト元素、Cは平均イオン価数が3価より大きいBサイト元素であり、A、B及びCは、各々1種又は複数種の金属元素である。Oは酸素である。B及びCは互いに異なる組成である。0.6≦x≦1.0、x−0.2≦y≦xである。Aサイト元素の総モル数及びBサイト元素の総モル数の、酸素原子のモル数に対する比は、それぞれ1:3が標準であるが、ペロブスカイト構造を取り得る範囲内で1:3からずれてもよい。)
In the present invention, as a piezoelectric material, a matrix made of an organic polymer resin, and a piezoelectric body made of a perovskite oxide having a composition represented by the following general formula contained in the matrix (which may contain inevitable impurities): A polymer composite piezoelectric material containing can also be suitably used.
(Bi x, A 1-x ) (B y, C 1-y) O 3
(In the formula, A is an A site element having an average ion valence of 2 other than Pb, B is a B site element having an average ion valence of 3 and C is a B site element having an average ion valence of 3 or more.) A, B and C are each one or more metal elements, O is oxygen, B and C have different compositions, 0.6 ≦ x ≦ 1.0, x−0 2 ≦ y ≦ x The ratio of the total number of moles of the A-site element and the total number of moles of the B-site element to the number of moles of oxygen atoms is 1: 3, respectively, but may have a perovskite structure. It may deviate from 1: 3 within the range.)

前記マトリックス(高分子マトリックス)としては、有機高分子樹脂であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ABS樹脂(アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂)、アクリル樹脂等の汎用プラスチック;ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、熱可塑性ポリイミド等のエンジニアリングプラスチック;アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム等の合成ゴム;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びその共重合体等の圧電性高分子;フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂;等が挙げられる。 The matrix (polymer matrix) is not particularly limited as long as it is an organic polymer resin. For example, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polytetrafluoroethylene (PTFE), ABS resin (acrylonitrile butadiene styrene resin). General-purpose plastics such as acrylic resin; Engineering plastics such as polyamide, polycarbonate, polyethylene terephthalate (PET), and thermoplastic polyimide; Synthetic rubbers such as acrylic rubber, acrylonitrile butadiene rubber, isoprene rubber, urethane rubber, butadiene rubber, and silicone rubber; Piezoelectric polymers such as vinylidene fluoride (PVDF) and copolymers thereof; thermosetting resins such as phenol resins, epoxy resins, melamine resins, and polyimides; It is below.

前記ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体については、式に表されるように、Aサイト元素はBiだけでもよいし、Pb以外の平均イオン価数が2価のAサイト元素Aを含んでもよい。Aサイト元素Aとしては、Aサイト元素Aは、Mg,Ca,Sr,Ba,(Na,Bi),及び(K,Bi)からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素が挙げられる。 As for the piezoelectric body made of the perovskite oxide, as represented by the formula, the A-site element may be Bi alone, or the A-site element A having an average ion valence other than Pb and having a bivalence may be included. Examples of the A site element A include at least one metal element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, (Na, Bi), and (K, Bi).

Aサイトの主成分(60モル%以上)はイオン価数が3価のBiであるので、Bサイト元素Bは、平均イオン価数が3価の金属元素となり、質量の小さい元素であることが好ましい。Bサイト元素Bとしては、Al,Sc,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ga,Y,In,及びRe(希土類元素)からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素が挙げられる。 Since the main component of the A site (60 mol% or more) is Bi with an ionic valence of 3, the B site element B is a metal element with an average ionic valence of 3 and having a small mass. preferable. Examples of the B site element B include at least one metal element selected from the group consisting of Al, Sc, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Y, In, and Re (rare earth element). .

Aサイト元素Aを含む場合、Aは平均イオン価数が2価であるので、Bサイト元素Cとして平均イオン価数が4価の金属元素を同じモル数含んでいることが好ましい。同じモル数よりも多い場合、Bサイト元素Cはドナー・ドーパントとして機能するが、20%以下まで含まれていてもよい。Bサイト元素Cには、平均イオン価数が4価より大きいものを含んでいてもよい。この場合、平均イオン価数が4価より大きい元素Cは、元素Aと同じモル数でもドナー・ドーパントとして機能する。ドーパントとしてのBサイト元素Cは、20%以下まで含まれていてもよい。Aサイト元素Aを含まない場合は、Bサイト元素Cは平均イオン価数が4価以上の場合にドナー・ドーパントとして機能する。ドーパントとしてのBサイト元素CとしてはNb,Mn等が好ましい。 When A site element A is included, A has an average ionic valence of 2, and therefore, it is preferable that B site element C contains the same number of moles of a metal element having an average ionic valence of 4 as an average ion valence. When the number of moles is more than the same, the B site element C functions as a donor / dopant, but may be contained up to 20% or less. The B site element C may contain an element having an average ion valence greater than four. In this case, the element C having an average ion valence greater than 4 functions as a donor / dopant even in the same number of moles as the element A. The B site element C as a dopant may be contained up to 20% or less. When the A site element A is not included, the B site element C functions as a donor / dopant when the average ion valence is 4 or more. As the B site element C as a dopant, Nb, Mn and the like are preferable.

また、前記ペロブスカイト型酸化物に代えて、PZT系圧電セラミックス(圧電体)を用いた高分子複合圧電体も使用可能である Further, instead of the perovskite oxide, a polymer composite piezoelectric material using PZT-based piezoelectric ceramics (piezoelectric material) can also be used.

なお、これらの高分子複合圧電体は、例えば、高分子マトリックス中に圧電体が配された構成のものが挙げられ、通常の作製法により製造可能である。具体的には、ダイキャスト法やウエハー作製用のマルチブレードウエハリングソーを用いてアレイ状の柱状圧電体を作製し、アレイ間の隙間に高分子樹脂を流し込む方法等により作製できる。 These polymer composite piezoelectric materials include, for example, those having a configuration in which a piezoelectric material is disposed in a polymer matrix, and can be manufactured by a normal manufacturing method. Specifically, it can be produced by a method of producing an arrayed columnar piezoelectric body using a die casting method or a multi-blade wafer ring saw for producing a wafer, and pouring a polymer resin into a gap between the arrays.

本発明における圧電材料は、良好な圧電性能が得られる点で、ゴムマトリックス中で配向していることが望ましい。配向させる方法は特に限定されず、公知の手法を使用でき、例えば、ゴム成分が加硫等で硬化する前に圧力をかけて押し出す方法、電圧を付与しながら加硫する方法等が挙げられる。後者の方法は、具体的には、未加硫ゴム組成物を120〜180℃の範囲内において0.5〜5.0kV/mmの直流電圧を印加しながら加硫することにより、ゴムマトリックス中に圧電材料を配向できる。 The piezoelectric material in the present invention is preferably oriented in the rubber matrix in that good piezoelectric performance can be obtained. The method for aligning is not particularly limited, and a known method can be used, and examples thereof include a method in which a rubber component is extruded before being cured by vulcanization or the like, a method in which vulcanization is performed while applying a voltage, and the like. Specifically, in the latter method, an unvulcanized rubber composition is vulcanized while applying a DC voltage of 0.5 to 5.0 kV / mm within a range of 120 to 180 ° C. The piezoelectric material can be oriented.

本発明のゴム組成物は、導電性材料を含むことが好ましい。導電性材料としては、例えば、銅粉、銀粉などの金属粒子、金属粒子を無機物で表面処理した表面処理品、酸化亜鉛等を異種元素でドープすることでN型半導体化した酸化亜鉛粉末、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、金属ファイバー等が挙げられる。なかでも、低燃費性、弾性率、加工性のバランスから、導電性カーボンブラックが特に好ましい。 The rubber composition of the present invention preferably contains a conductive material. Examples of the conductive material include metal particles such as copper powder and silver powder, surface-treated products obtained by treating the metal particles with an inorganic substance, zinc oxide powder made of N-type semiconductor by doping zinc oxide or the like with a different element, carbon Examples thereof include black, carbon nanofiber, and metal fiber. Among these, conductive carbon black is particularly preferable from the balance of fuel efficiency, elastic modulus, and processability.

上記導電性カーボンブラックとしては、黒鉛化カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなど、公知材料を使用できる。 As the conductive carbon black, known materials such as graphitized carbon black, acetylene black, and ketjen black can be used.

なかでも、導電性カーボンブラックとして、ジブチルフタレート(DBP)吸油量が100cm/100g以上、窒素吸着比表面積(NSA)が40m/g以上、揮発分が1.0質量%以下の少なくとも1つの特性を有するものを配合することが好ましい。それ自体で転がり抵抗の低減作用を有する他、少量で導電効果を有し、ゴムの硬さが高められるので、同一硬さにしたときのカーボンブラック配合量を減らし、より転がり抵抗を低減できる。更に、導電性カーボンブラックの発達したストラクチャーが荷重により抵抗値変化を起こすため、ON−OFFのスイッチ機能を付与でき、荷重センサー等の利用に有用である。 Among them, conductive carbon black, dibutyl phthalate (DBP) oil absorption of 100 cm 3/100 g or more, a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of 40 m 2 / g or more, at least volatile content below 1.0 wt% It is preferable to blend those having one characteristic. In addition to reducing rolling resistance by itself, it has a conductive effect in a small amount, and the hardness of rubber can be increased. Therefore, the amount of carbon black blended when the same hardness is reduced can be reduced, and rolling resistance can be further reduced. Furthermore, since the developed structure of conductive carbon black causes a change in resistance value due to a load, it can be provided with an ON-OFF switch function and is useful for use in a load sensor or the like.

導電性カーボンブラックのジブチルフタレート(DBP)吸油量は、導電性が向上する他、転がり抵抗の指標であるtanδを低減し、硬度が高められるという理由から、好ましくは120ml/100g以上、より好ましくは160ml/100g以上、更に好ましくは200ml/100g以上、特に好ましくは300ml/100g以上である。上限は特に限定されないが、好ましくは1000ml/100g以下、より好ましくは600ml/100g以下である。 The dibutyl phthalate (DBP) oil absorption amount of the conductive carbon black is preferably 120 ml / 100 g or more, more preferably, because the conductivity is improved and tan δ which is an index of rolling resistance is reduced and the hardness is increased. It is 160 ml / 100 g or more, more preferably 200 ml / 100 g or more, and particularly preferably 300 ml / 100 g or more. Although an upper limit is not specifically limited, Preferably it is 1000 ml / 100g or less, More preferably, it is 600 ml / 100g or less.

導電性カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは50m/g以上、より好ましくは100m/g以上、更に好ましくは150m/g以上である。カーボンブラックは、NSAが高いと一般に導電性が向上し、特に表面に細孔を多く形成したものは、導電性が更に向上し、カーボンブラックのNSAもより高くなる傾向があることから、前記以上のNSAを持つものが好適である。上限は特に限定されないが、好ましくは1500m/g以下、より好ましくは1300m/g以下である。 The nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of the conductive carbon black is preferably 50 m 2 / g or more, more preferably 100 m 2 / g or more, and further preferably 150 m 2 / g or more. Carbon black generally has improved conductivity when N 2 SA is high, and especially those having a large number of pores on the surface have further improved conductivity, and N 2 SA of carbon black tends to be higher. Therefore, those having the above N 2 SA are preferable. Although an upper limit is not specifically limited, Preferably it is 1500 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 1300 m < 2 > / g or less.

導電性カーボンブラックの揮発分は、好ましくは1.0質量%以下、より好ましくは0.7質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下である。カーボンブラックの表面に官能基が少なく、炭素が多くなるほど導電性に優れ、同時にカーボンブラックの揮発分は低下する傾向があるため、揮発分の低下を導電性向上の指標とできる。揮発分が少ないことで、導電性が良好となる。 The volatile content of the conductive carbon black is preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.7% by mass or less, and still more preferably 0.5% by mass or less. Since there are fewer functional groups on the surface of the carbon black and the more carbon, the better the conductivity, and at the same time the volatile content of the carbon black tends to decrease. Therefore, the decrease in the volatile content can be used as an index for improving the conductivity. Since the volatile content is small, the conductivity becomes good.

なお、本明細書において、カーボンブラックのDBP吸油量、揮発分は、JIS K6221(1982)に記載の方法、NSAは、JIS K6217のA法で測定される値である。 In this specification, the DBP oil absorption and volatile content of carbon black are values measured by the method described in JIS K6221 (1982), and N 2 SA is a value measured by the A method of JIS K6217.

導電性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、好ましくは5質量部以上、より好ましくは15質量部以上、更に好ましくは20質量部以上である。5質量部未満であると、カーボンブラックにより導電性を付与できないおそれがある。また、該含有量は、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、更に好ましくは50質量部以下である。100質量部を超えると、破断伸び、耐久性、耐破壊性能が低下するおそれがある。 The content of the conductive carbon black is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 15 parts by mass or more, and further preferably 20 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component. If it is less than 5 parts by mass, there is a possibility that the conductivity cannot be imparted by carbon black. Moreover, this content becomes like this. Preferably it is 100 mass parts or less, More preferably, it is 70 mass parts or less, More preferably, it is 50 mass parts or less. If it exceeds 100 parts by mass, the elongation at break, durability, and resistance to fracture may be reduced.

本発明のゴム組成物は、ゴムの弾性、耐久性、強度の面から、ジエン系ゴムを含むことが望ましい。ジエン系ゴムとしては特に限定されず、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、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)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、エポキシ化ブタジエンゴム(EBR)等が挙げられる。 The rubber composition of the present invention preferably contains a diene rubber in view of rubber elasticity, durability, and strength. The diene rubber is not particularly limited. For example, natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), styrene isoprene butadiene rubber (SIBR), ethylene propylene diene rubber ( EPDM), chloroprene rubber (CR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), epoxidized natural rubber (ENR), epoxidized butadiene rubber (EBR) and the like.

なかでも、NR、ENR等のイソプレン系ゴム、BR、EBR等のブタジエン系ゴム、SBRが好ましい。また、低燃費性、フィラーとの強固な結合による耐久性の面からは、極性官能基を分子中に有している変性ジエン系ゴムが望ましい。ブタジエン系ゴムのシス含量は、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上である。EBR、ENR等のエポキシ化ジエン系ゴムのエポキシ化率は、1〜50質量%が好ましく、2〜25質量%がより好ましい。なお、シス含量は赤外吸収スペクトル分析法、エポキシ化率は核磁気共鳴分光分析により測定できる。 Of these, isoprene-based rubbers such as NR and ENR, butadiene-based rubbers such as BR and EBR, and SBR are preferable. Further, from the viewpoint of low fuel consumption and durability due to a strong bond with a filler, a modified diene rubber having a polar functional group in the molecule is desirable. The cis content of the butadiene rubber is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more. 1-50 mass% is preferable and, as for the epoxidation rate of epoxidized diene rubbers, such as EBR and ENR, 2-25 mass% is more preferable. The cis content can be measured by infrared absorption spectroscopy, and the epoxidation rate can be measured by nuclear magnetic resonance spectroscopy.

ゴム成分として、NR等のイソプレン系ゴムを用いる場合、ゴム物性に応じてイソプレン系ゴム量を適宜選択すれば良いが、ゴム成分100質量%中のイソプレン系ゴムの含有量は、好ましくは10〜70質量%、より好ましくは30〜50質量%である。 When an isoprene-based rubber such as NR is used as the rubber component, the amount of isoprene-based rubber may be appropriately selected according to the rubber physical properties, but the content of the isoprene-based rubber in 100% by mass of the rubber component is preferably 10 to 10%. It is 70 mass%, More preferably, it is 30-50 mass%.

ゴム成分として、BR、EBR等のブタジエン系ゴムを用いる場合、ゴム物性に応じてBR量を適宜選択すれば良いが、ゴム成分100質量%中のブタジエン系ゴムの含有量は、好ましくは30〜90質量%、より好ましくは50〜70質量%である。 When a butadiene rubber such as BR or EBR is used as the rubber component, the BR amount may be appropriately selected according to the rubber physical properties, but the content of the butadiene rubber in 100% by mass of the rubber component is preferably 30 to It is 90 mass%, More preferably, it is 50-70 mass%.

本発明のゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、加硫剤、ステアリン酸、各種老化防止剤、オゾン劣化防止剤、オイル、ワックス、加硫促進剤などを適宜配合できる。 In addition to the above components, the rubber composition of the present invention contains compounding agents generally used in the production of rubber compositions, such as vulcanizing agents, stearic acid, various anti-aging agents, anti-ozone degradation agents, oils and waxes. Further, a vulcanization accelerator and the like can be appropriately blended.

芳香族系プロセスオイル等のオイルを配合する場合、オイルの配合量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1.0質量部以上、より好ましくは2.0質量部以上である。1.0質量部未満であると、破断時伸びが低下するおそれがある。該オイルの配合量は、好ましくは20質量部以下、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5.0質量部以下である。20質量部を超えると、耐久性が低下するおそれがある。 When blending an oil such as an aromatic process oil, the blending amount of the oil is preferably 1.0 part by mass or more, more preferably 2.0 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component. If it is less than 1.0 part by mass, the elongation at break may be reduced. The amount of the oil is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, and still more preferably 5.0 parts by mass or less. If it exceeds 20 parts by mass, the durability may decrease.

加硫剤として硫黄を配合する場合、硫黄の配合量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.2質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上である。0.2質量部未満であると、架橋密度が低くなり、破断時伸び、耐破壊性能を充分に確保できないおそれがある。該硫黄の配合量は、好ましくは5.0質量部以下、より好ましくは3.0質量部以下、更に好ましくは2.0質量部以下である。5.0質量部を超えると、架橋密度が高くなり、破断時伸びなどのゴム特性が充分に得られないおそれがある。 When sulfur is compounded as a vulcanizing agent, the amount of sulfur is preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component. If it is less than 0.2 parts by mass, the crosslink density becomes low, and there is a possibility that the elongation at break and the fracture resistance cannot be secured sufficiently. The amount of sulfur is preferably 5.0 parts by mass or less, more preferably 3.0 parts by mass or less, and still more preferably 2.0 parts by mass or less. If it exceeds 5.0 parts by mass, the crosslinking density increases, and there is a possibility that rubber properties such as elongation at break cannot be obtained sufficiently.

加硫促進剤としては、N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミドなどのスルフェンアミド系加硫促進剤を好適に使用できる。スルフェンアミド系加硫促進剤を配合する場合、その配合量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.2〜2.5質量部、より好ましくは0.5〜1.5質量部である。 As the vulcanization accelerator, a sulfenamide vulcanization accelerator such as Nt-butyl-2-benzothiazylsulfenamide can be suitably used. When the sulfenamide-based vulcanization accelerator is blended, the blending amount is preferably 0.2 to 2.5 parts by mass, more preferably 0.5 to 1.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component. Part.

本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで、ゴム成分、圧電材料、導電性カーボンブラックなどの前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。 The rubber composition of the present invention is produced by a general method. That is, it can be produced by a method of kneading each component such as a rubber component, a piezoelectric material, and conductive carbon black with a Banbury mixer, a kneader, an open roll, etc., and then vulcanizing.

本発明の空気入りタイヤは、上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、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でトレッド等のタイヤ部材の形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりタイヤを得る。なお、前述のとおり、硬化(加硫)前に圧力をかけて押し出す方法、電圧を付与しながら加硫する方法等を適用することで、ゴムマトリックス中に圧電材料を配向したタイヤ部材、タイヤを製造できる。
The pneumatic tire of the present invention is produced by a usual method using the rubber composition.
That is, a rubber composition containing the above components is extruded in accordance with the shape of a tire member such as a tread at an unvulcanized stage, and is molded together with other tire members by a usual method on a tire molding machine. Thus, an unvulcanized tire is formed. The unvulcanized tire is heated and pressurized in a vulcanizer to obtain a tire. As described above, by applying a method of applying pressure before curing (vulcanizing), a method of vulcanizing while applying voltage, and the like, a tire member and a tire in which a piezoelectric material is oriented in a rubber matrix are applied. Can be manufactured.

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。 The present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

以下に、実施例で用いた各種薬品について説明する。
NR:TSR20
BR:宇部興産(株)製のウベポールBR150B(シス含有量:97質量%)
EBR:下記製造例1
カーボンブラック1:ケッチェンブラックインターナショナル(株)製のケッチェンブラックEC600JD(DBP:495ml/100g、NSA:1270m/g、揮発分:0.7質量%)
カーボンブラック2:三菱化学(株)製のダイアブラックN550(NSA:41m/g、DBP:115ml/100g、揮発分:0.5質量%)
圧電セラミックス1〜3:下記製造例2〜4
オイル:(株)ジャパンエナジー製のX−140(アロマ系プロセスオイル)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン)(6PPD)
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)
The various chemicals used in the examples are described below.
NR: TSR20
BR: Ubepol BR150B manufactured by Ube Industries, Ltd. (cis content: 97% by mass)
EBR: Production Example 1 below
Carbon Black 1: Ketjen Black EC600JD (DBP: 495 ml / 100 g, N 2 SA: 1270 m 2 / g, volatile content: 0.7% by mass) manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd.
Carbon Black 2: Dia Black N550 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation (N 2 SA: 41 m 2 / g, DBP: 115 ml / 100 g, volatile content: 0.5% by mass)
Piezoelectric ceramics 1-3: Production Examples 2-4 below
Oil: X-140 (aromatic process oil) manufactured by Japan Energy Co., Ltd.
Zinc oxide: 2 types of zinc oxide manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Stearic acid: Beads stearic acid anti-aging agent manufactured by NOF Corporation: NOCRACK 6C (N-phenyl-) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd. N ′-(1,3-dimethylbutyl) -p-phenylenediamine) (6PPD)
Sulfur: Powdered sulfur vulcanization accelerator manufactured by Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd .: Noxeller NS (N-tert-butyl-2-benzothiazolylsulfenamide) manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Industry Co., Ltd.

<過酢酸溶液の合成>
300ml三角フラスコに氷酢酸57gと過酸化水素水107gを加え、攪拌後、恒温槽で40℃に保ったまま24時間静置し、過酢酸溶液を得た。
<Synthesis of peracetic acid solution>
To a 300 ml Erlenmeyer flask, 57 g of glacial acetic acid and 107 g of hydrogen peroxide solution were added, and after stirring, the mixture was allowed to stand for 24 hours while being kept at 40 ° C. in a constant temperature bath to obtain a peracetic acid solution.

(製造例1 EBR(エポキシ化ブタジエンゴム)の合成)
内容積2リットルの攪拌装置付きステンレス製重合反応器を洗浄、乾燥後、乾燥窒素で置換した。ここに、シクロへキサン300g、1,3−ブタジエン50gを加え、更にn−ブチルリチウム(n−BuLi)5.2mmolを加えた後、50℃で5時間重合反応を行った。その後、重合反応系に、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール(BHT)のイソプロパノール溶液(BHT濃度:5質量%)0.5mLを加えて、重合反応を停止させた。反応溶液に界面活性剤5gを含む水溶液100mlを加え、上記過酢酸溶液100mlを添加し、激しく攪拌下超音波を照射することにより、乳化条件下で0.5時間エポキシ化反応を行った。有機層を分離し、溶媒除去、減圧乾燥を行うことにより、EBRを得た。得られたEBRは、Mw5.2×10、エポキシ化率5質量%、ビニル量26質量%、トランス量42質量%、シス量32質量%であった。
(Production Example 1 Synthesis of EBR (epoxidized butadiene rubber))
A stainless steel polymerization reactor with an internal volume of 2 liters equipped with a stirrer was washed, dried, and then replaced with dry nitrogen. To this, 300 g of cyclohexane and 50 g of 1,3-butadiene were added, and 5.2 mmol of n-butyllithium (n-BuLi) was further added, followed by carrying out a polymerization reaction at 50 ° C. for 5 hours. Thereafter, 0.5 mL of an isopropanol solution (BHT concentration: 5% by mass) of 2,6-di-t-butyl-p-cresol (BHT) was added to the polymerization reaction system to stop the polymerization reaction. 100 ml of an aqueous solution containing 5 g of a surfactant was added to the reaction solution, 100 ml of the above-mentioned peracetic acid solution was added, and the mixture was irradiated with ultrasonic waves with vigorous stirring to carry out an epoxidation reaction for 0.5 hours under emulsifying conditions. The organic layer was separated, the solvent was removed, and drying under reduced pressure was performed to obtain EBR. The obtained EBR was Mw 5.2 × 10 5 , epoxidation rate 5 mass%, vinyl content 26 mass%, trans content 42 mass%, and cis content 32 mass%.

(製造例2 圧電セラミックス1の合成)
(Ba0.2,Bi0.8)(Ti0.2,Fe0.78,Nb0.01,Mn0.01)Oの組成となるように原料として、BaTiO,Bi,Fe,Mn,Nbを調合した。このとき、Biは0.5モル%過剰とした。調合した原料粉末をエタノール中にてボールミルで湿式混合して混合粉末を作製した。混合後、乾燥させて成形した後750℃にて3時間仮焼きを行い、その後粉砕してPVA(ポリビニルアルコール)をバインダーとして使用してプレス成形した。
得られた成形体を930℃にて10時間焼成した後粉砕し、平均粒径1.7μmの圧電セラミックス1(高分子複合圧電体)を得た。組成は目標組成で、ペロブスカイト単相であった
(Production Example 2 Synthesis of Piezoelectric Ceramics 1)
As a raw material so as to have a composition of (Ba 0.2 , Bi 0.8 ) (Ti 0.2 , Fe 0.78 , Nb 0.01 , Mn 0.01 ) O 3 , BaTiO 3 , Bi 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Mn 2 O 3 and Nb 2 O 5 were prepared. At this time, Bi 2 O 3 was 0.5 mol% excess. The blended raw material powder was wet mixed in a ball mill in ethanol to produce a mixed powder. After mixing, drying and molding, calcining was performed at 750 ° C. for 3 hours, and then pulverized and press-molded using PVA (polyvinyl alcohol) as a binder.
The obtained molded body was fired at 930 ° C. for 10 hours and then pulverized to obtain a piezoelectric ceramic 1 (polymer composite piezoelectric body) having an average particle diameter of 1.7 μm. The composition was the target composition and was a single perovskite phase

(製造例3 圧電セラミックス2の合成)
圧電セラミックスの組成を、Pb(Ti0.48,Zr0.52)Oとし、原料をPbO,TiO,ZrOとし、PbOを0.5モル%過剰として原料を調合した以外は製造例2と同様にし、平均粒径1.2μmのPZT系圧電セラミックス2(高分子複合圧電体)を得た。
(Production Example 3 Synthesis of Piezoelectric Ceramics 2)
Production example except that the composition of the piezoelectric ceramic is Pb (Ti 0.48 , Zr 0.52 ) O 3 , the raw material is PbO, TiO 2 , ZrO 2, and the raw material is prepared with PbO in excess of 0.5 mol%. In the same manner as in Example 2, PZT piezoelectric ceramics 2 (polymer composite piezoelectric material) having an average particle size of 1.2 μm were obtained.

(製造例4 圧電セラミックス3の合成)
製造例3の粉砕条件を変更した以外は同様にして、平均粒径200μmの圧電セラミックス3(高分子複合圧電体)を得た。
(Production Example 4 Synthesis of Piezoelectric Ceramics 3)
A piezoelectric ceramic 3 (polymer composite piezoelectric material) having an average particle size of 200 μm was obtained in the same manner except that the pulverization conditions of Production Example 3 were changed.

<実施例1、2及び比較例1>
表1示す配合内容に従い、1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を150℃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及び加硫促進剤を添加し、2軸オープンロールを用いて、80℃の条件下で5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150℃で2kV/mmの直流電圧を印加しながら30分間加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
<Examples 1 and 2 and Comparative Example 1>
According to the blending contents shown in Table 1, materials other than sulfur and a vulcanization accelerator were kneaded for 5 minutes at 150 ° C. using a 1.7 L Banbury mixer to obtain a kneaded product. Next, sulfur and a vulcanization accelerator were added to the obtained kneaded product, and kneaded for 5 minutes at 80 ° C. using a biaxial open roll to obtain an unvulcanized rubber composition. The obtained unvulcanized rubber composition was vulcanized for 30 minutes at 150 ° C. while applying a DC voltage of 2 kV / mm to obtain a vulcanized rubber composition.

<比較例2>
表1示す配合内容に従い、加硫時に直流電圧を印加しなかった以外は、比較例1と同様にし、加硫ゴム組成物を得た。
<Comparative example 2>
According to the blending contents shown in Table 1, a vulcanized rubber composition was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that no DC voltage was applied during vulcanization.

得られた加硫ゴム組成物について、下記の評価を行った。結果を表1に示す。 The following evaluation was performed about the obtained vulcanized rubber composition. The results are shown in Table 1.

<圧電性能>
加硫ゴム組成物の25℃、0℃、100℃における圧電特性(圧電定数)d33を、それぞれd33メーター(PIEZO TEST社製 PM−300)を用いて測定した。圧電特性d33の測定は、周波数110Hz、クランピングフォース15N、ダイナミックフォース0.5Nの条件で行い、他の条件は、JIS R1696に準拠して測定した。
<Piezoelectric performance>
Piezoelectric properties (piezoelectric constant) d33 at 25 ° C., 0 ° C., and 100 ° C. of the vulcanized rubber composition were measured using a d33 meter (PM-300 manufactured by PIEZO TEST). The piezoelectric property d33 was measured under the conditions of a frequency of 110 Hz, a clamping force of 15N, and a dynamic force of 0.5N, and the other conditions were measured in accordance with JIS R1696.

<圧電耐久性>
加硫ゴム組成物を用いて、JIS K6260「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−デマッチャ屈曲亀裂試験方法」に基づいてサンプルを作製し、耐久試験を行った。50%伸張を1000回繰り返してゴムシートを屈曲させた後における圧電性能の劣化度合いを下記式にて評価した。
(圧電耐久性)=耐久試験後のd33(25℃)/新品のd33(25℃)×100
<Piezoelectric durability>
Using the vulcanized rubber composition, a sample was prepared based on JIS K6260 “Vulcanized Rubber and Thermoplastic Rubber—Dematcher Flexural Crack Test Method” and subjected to a durability test. The degree of deterioration of piezoelectric performance after bending the rubber sheet by repeating 50% elongation 1000 times was evaluated by the following formula.
(Piezoelectric durability) = d33 after durability test (25 ° C.) / New d33 (25 ° C.) × 100

<引張り試験>
JIS K6251「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム引っ張り特性の求め方」に準じて、3号ダンベルを用いてロール押し出しに対する各方向の引張り試験を実施し、加硫ゴム組成物の破断時伸び(EB)と破断時の引張り強度(TB)を測定した。ゴム柔軟性の指標としてEB(%)を表1に記載した。
また、TB×EB/2を破壊強度の指標とし、基準比較例の破壊強度を100として各配合の破壊強度を下記式により指数表示した。指数が大きいほど耐破壊性能に優れる。
(耐破壊性能指数)=(各配合のTB×EB/2)/(基準比較例のTB×EB/2)×100
<Tensile test>
In accordance with JIS K6251 “How to determine tensile properties of vulcanized rubber and thermoplastic rubber”, tensile tests were conducted in each direction against roll extrusion using a No. 3 dumbbell, and the vulcanized rubber composition had an elongation at break (EB). The tensile strength (TB) at break was measured. EB (%) is shown in Table 1 as an index of rubber flexibility.
Further, TB × EB / 2 was used as an indicator of the breaking strength, and the breaking strength of the reference comparative example was taken as 100, and the breaking strength of each formulation was indicated by an index according to the following formula. The larger the index, the better the fracture resistance.
(Fracture resistance index) = (TB of each formulation × EB / 2) / (TB of reference comparative example × EB / 2) × 100

Figure 2017100671
Figure 2017100671

実施例は、0℃と100℃のd33の差が少なく、圧電特性の温度依存性が低かった。また、圧電特性の耐久性、破断伸びEB、耐破壊性能にも優れていた。従って、実施例のゴム組成物は、タイヤのセンサー用材料、装飾用材料として好適に使用できることが明らかとなった。 In the example, the difference in d33 between 0 ° C. and 100 ° C. was small, and the temperature dependence of the piezoelectric characteristics was low. In addition, the piezoelectric properties were excellent in durability, elongation at break EB, and fracture resistance. Therefore, it was revealed that the rubber compositions of the examples can be suitably used as tire sensor materials and decorative materials.

Claims (4)

下記式(1)〜(3)を満たすタイヤ用ゴム組成物。
d33(25℃)≧25pC/N (1)
(d33(x℃)は、温度x℃における圧電特性を表す。)
0.5×d33(0℃)≦d33(100℃)≦5×d33(0℃) (2)
EB(%)≧100 (3)
(EB(%)は、JIS K6251に準じて測定した破断時伸びを表す。)
A rubber composition for tires that satisfies the following formulas (1) to (3).
d33 (25 ° C.) ≧ 25 pC / N (1)
(D33 (x ° C.) represents the piezoelectric characteristics at the temperature x ° C.)
0.5 × d33 (0 ° C.) ≦ d33 (100 ° C.) ≦ 5 × d33 (0 ° C.) (2)
EB (%) ≧ 100 (3)
(EB (%) represents elongation at break measured according to JIS K6251.)
ゴムマトリクス中に圧電材料を配向させた請求項1記載のタイヤ用ゴム組成物。 The tire rubber composition according to claim 1, wherein a piezoelectric material is oriented in the rubber matrix. 請求項1又は2記載のゴム組成物をタイヤセンサー用材料として用いた空気入りタイヤ。 A pneumatic tire using the rubber composition according to claim 1 or 2 as a tire sensor material. 請求項1又は2記載のゴム組成物をタイヤ装飾発電用材料として用いた空気入りタイヤ。 A pneumatic tire using the rubber composition according to claim 1 or 2 as a tire decoration power generation material.
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