JP2018095702A

JP2018095702A - タイヤトレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

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Publication number: JP2018095702A
Application number: JP2016239587A
Authority: JP
Inventors: 晋作鎌田; Shinsaku Kamata
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP6804958B2

Abstract

【課題】ブローアウトを抑制しつつグリップ性能を向上する。【解決手段】ジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が１４０〜２５０ｍ２／ｇであるカーボンブラック１１０〜１５０質量部を含有し、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下で測定した加硫物の損失係数ｔａｎδ及び貯蔵弾性率Ｅ’（ＭＰａ）が、０．０５０≦ｔａｎδ／Ｅ’≦０．１５０を満たすタイヤトレッド用ゴム組成物である。また、該ゴム組成物からなるトレッドゴムを備えた空気入りタイヤである。【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤ、とりわけモータースポーツ用タイヤにおいては、乾燥路面における高いグリップ性能が要求される。そのため、従来、乾燥路面に対するグリップ性能を向上するために種々の検討がなされている。

一方、タイヤトレッドゴムにおいて、その損失係数ｔａｎδと貯蔵弾性率Ｅ’との比ｔａｎδ／Ｅ’がグリップ性能の指標となることが知られており、この比が大きいほどグリップ性能が向上する（特許文献１〜４参照）。

特開２００５−０２３１４６号公報特開平８−１３２８２３号公報特開２００９−０４６０８８号公報特開平３−１８６４０２号公報

モータースポーツ用タイヤのグリップ性能については、１００℃におけるｔａｎδ／Ｅ’の相関が高く、この値を大きくすることが求められるが、一方で、この値が大きすぎるとブローアウトの要因となる。ここで、ブローアウトとは、加硫ゴムの動的疲労による発熱により、配合剤中の揮発性物質などがガス状になって多孔質（ポーラス）となり、外部に噴出する現象である。

本発明は、ブローアウトを抑制しつつグリップ性能を向上することができるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。

本実施形態に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が１４０〜２５０ｍ^２／ｇであるカーボンブラック１１０〜１５０質量部を含有し、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下で測定した加硫物の損失係数ｔａｎδ及び貯蔵弾性率Ｅ’（ＭＰａ）が、０．０５０≦ｔａｎδ／Ｅ’≦０．１５０を満たすものである。

本実施形態に係る空気入りタイヤは、該ゴム組成物からなるトレッドゴムを備えたものである。

本実施形態によれば、ブローアウトを抑制しつつグリップ性能を向上することができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本実施形態に係るゴム組成物は、ジエン系ゴムと、窒素吸着比表面積が１４０〜２５０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックとを含有するものである。

ゴム成分としてのジエン系ゴムについては、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−イソプレンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン−イソプレンゴム、及び、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上混合して用いることができる。

一実施形態として、ジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴムを含むことが好ましく、すなわち、ジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴム単独、又はスチレンブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドでもよい。例として、ジエン系ゴム１００質量部中にスチレンブタジエンゴムを８０〜１００質量部含むことが好ましい。前記他のジエン系ゴムとしては、ブタジエンゴム及び／又は天然ゴムが好ましい。

補強性充填剤としてのカーボンブラックについては、本実施形態では窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１４０〜２５０ｍ^２／ｇである極めて小粒径のカーボンブラックを用いる。このような小粒径のカーボンブラックを用いることにより、発熱性を高めてモータースポーツ用タイヤのグリップ性能を向上することができ、また補強性を向上することができる。また、カーボンブラックの窒素吸着比表面積が２５０ｍ^２／ｇ以下であることにより、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、１６０〜２２０ｍ^２／ｇであることが好ましく、より好ましくは１８０〜２００ｍ^２／ｇである。ここで、窒素吸着比表面積は、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して測定される。

カーボンブラックの含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して１１０〜１５０質量部である。上記のような小粒径カーボンブラックを、このように高充填にて配合することにより、発熱性を高めることができ、また補強性を向上することができる。また、カーボンブラックの含有量が１５０質量部以下であることにより、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。カーボンブラックの含有量は、より好ましくは１１０〜１４０質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物には、オイルを配合することが好ましい。オイルとしては、一般にゴム組成物に配合される各種オイルを用いることができる。好ましくは、オイルとしては、炭化水素を主成分とする鉱物油を用いることである。すなわち、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、及びアロマ系オイルからなる群から選択される少なくとも１種の鉱物油を用いることが好ましい。

オイルの含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜６０質量部であることが好ましい。２０質量部以上であることにより、発熱性を向上することができ、またＥ’を下げることができる。また、６０質量部以下であることにより、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。オイルの含有量は、より好ましくは３０〜５０質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物には、樹脂を配合することができる。樹脂としては、軟化点が７０〜１２０℃の樹脂が好ましく用いられる。このように高温で軟化する樹脂を配合することにより、高温でのＥ’を下げてグリップ性を向上することができる。樹脂の軟化点は、より好ましくは８０〜１１０℃であり、更に好ましくは９０〜１００℃である。ここで、軟化点は、ＪＩＳＫ２２０７に準拠した環球式にて測定される値である。

樹脂としては、例えば、石油樹脂、クマロン系樹脂、テルペン系樹脂、フェノール系樹脂、ロジン系樹脂などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。石油樹脂としては、脂肪族系石油樹脂、芳香族系石油樹脂、脂肪族／芳香族共重合系石油樹脂が挙げられる。脂肪族系石油樹脂は、炭素数４〜５個相当の石油留分（Ｃ５留分）であるイソプレンやシクロペンタジエンなどの不飽和モノマーをカチオン重合することにより得られる樹脂であり（Ｃ５系石油樹脂とも称される。）、水添したものであってもよい。芳香族系石油樹脂は、炭素数８〜１０個相当の石油留分（Ｃ９留分）であるビニルトルエン、アルキルスチレン、インデンなどのモノマーをカチオン重合することにより得られる樹脂であり（Ｃ９系石油樹脂とも称される。）、水添したものであってもよい。脂肪族／芳香族共重合系石油樹脂は、上記Ｃ５留分とＣ９留分を共重合することにより得られる樹脂であり（Ｃ５／Ｃ９系石油樹脂とも称される。）、水添したものであってもよい。クマロン系樹脂は、クマロンを主成分する樹脂であり、クマロン樹脂、クマロン−インデン樹脂、クマロンとインデンとスチレンを主成分とする共重合樹脂などが挙げられる。テルペン系樹脂としては、ポリテルペン、テルペン−フェノール樹脂などが挙げられる。フェノール系樹脂としては、フェノール・ホルマリン樹脂、アルキルフェノールアセチレン樹脂、アルキルフェノールアセチレン樹脂などが挙げられる。ロジン系樹脂としては、例えば天然樹脂ロジン、それを水素添加、不均化、二量化、エステル化などで変性したロジン変性樹脂などを挙げることができる。これらの中でも、脂肪族系石油樹脂、芳香族系石油樹脂、及び脂肪族／芳香族共重合系石油樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の石油樹脂を用いることが好ましい。

樹脂の含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜６０質量部であることが好ましい。２０質量部以上であることにより、発熱性を向上することができ、またＥ’を下げることができる。また、６０質量部以下であることにより、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。樹脂の含有量は、より好ましくは４０〜６０質量部である。

また、樹脂とオイルの質量比は、特に限定されないが、オイルの含有量に対する樹脂の含有量の比（樹脂／オイル）で、０．５〜２．０であることが好ましく、より好ましくは０．８〜２．０である。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記の成分の他に、ステアリン酸、亜鉛華、老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤など、ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。加硫剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などの硫黄が挙げられ、特に限定するものではないが、その配合量はジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜８質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物は、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下で測定した加硫後の損失係数ｔａｎδ及び貯蔵弾性率Ｅ’（ＭＰａ）の比ｔａｎδ／Ｅ’が、０．０５０≦ｔａｎδ／Ｅ’≦０．１５０を満たすものである。１００℃でのｔａｎδが高くなると、発熱性が向上することでグリップ性能は向上するが、Ｅ’が高いと路面に対する追従性に劣ることからゴムと路面との接地面積が十分に確保できず、グリップ性能が低下してしまう。そのため、乾燥路面でのグリップ性能を向上するためには、ｔａｎδ／Ｅ’を大きくする必要があり、特に高速走行条件下で使用されるモータースポーツ用タイヤでは、１００℃におけるｔａｎδ／Ｅ’を大きくする必要がある。一方で、ｔａｎδ／Ｅ’が大きすぎると、ブローアウトが生じやすくなる。そのため、加硫ゴム物性としての１００℃でのｔａｎδ／Ｅ’を０．０５０〜０．１５０に設定することにより、ブローアウトを抑制しつつ、グリップ性能を向上することができる。

ｔａｎδ／Ｅ’は、０．０７０〜０．１３０であることが好ましく、より好ましくは０．０８０〜０．１２０である。なお、ｔａｎδ及びＥ’それぞれの値は特に限定されず、例えば、ｔａｎδが０．２５０〜０．７５０でもよく、０．３５０〜０．４５０でもよい。また、Ｅ’が３．０〜７．０ＭＰａでもよく、３．０〜５．０ＭＰａでもよい。

本実施形態に係るゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練し作製することができる。すなわち、第一混合段階で、ジエン系ゴムに対し、カーボンブラック、オイル及び樹脂とともに、加硫剤及び加硫促進剤を除く他の添加剤を添加混合し、次いで、得られた混合物に、最終混合段階で加硫剤及び加硫促進剤を添加混合してゴム組成物を調製することができる。

このようにして得られるゴム組成物は、空気入りタイヤの接地面を構成するトレッドゴムに用いられる。好ましくは、モータースポーツ用タイヤのトレッドゴムに用いることである。なお、空気入りタイヤのトレッドゴムには、キャップゴムとベースゴムとの２層構造からなるものと、両者が一体の単層構造のものがあるが、接地面を構成するゴムに好ましく用いられる。すなわち、単層構造のものであれば当該トレッドゴムが上記ゴム組成物からなり、２層構造のものであればキャップゴムが上記ゴム組成物からなることが好ましい。

空気入りタイヤの製造方法は、特に限定されない。例えば、上記ゴム組成物を、常法に従い、押出加工によって所定の形状に成形して未加硫のトレッドゴム部材を作製し、該トレッドゴム部材を他の部材と組み合わせて未加硫タイヤ（グリーンタイヤ）を作製した後、例えば１４０〜１８０℃で加硫成型することにより、空気入りタイヤを製造することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合（質量部）に従って、まず、第一混合段階で、ジエン系ゴムに対し硫黄及び加硫促進剤を除く他の配合剤を添加し混練し（排出温度＝１６０℃）、次いで、得られた混練物に、最終混合段階で、硫黄と加硫促進剤を添加し混練して（排出温度＝９０℃）、ゴム組成物を調製した。表１中の各成分の詳細は、以下の通りである。

・ＳＢＲ：ＪＳＲ（株）製「ＪＳＲ０２０２」
・カーボンブラック１：三菱化学（株）製「ダイヤブラックＮ３３９」（Ｎ_２ＳＡ：９１ｍ^２／ｇ）
・カーボンブラック２：三菱化学（株）製「ダイヤブラック−ＵＸ１０」（Ｎ_２ＳＡ：１９０ｍ^２／ｇ）
・カーボンブラック３：東海カーボン製「シースト９」（Ｎ_２ＳＡ：１４２ｍ^２／ｇ）
・樹脂１：脂肪族系石油樹脂、日本ゼオン（株）製「クイントンＭ１００」（軟化点：９５℃）
・樹脂２：フェノール・ホルマリン熱可塑性樹脂、住友ベークライト製「ＤＵＲＥＺ１９９００」（軟化点：９５℃）
・オイル：アロマ系、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製「プロセスＮＣ１４０」
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ−２０」
・亜鉛華：三井金属鉱業（株）製「亜鉛華１種」
・老化防止剤：住友化学（株）製「アンチゲン６Ｃ」
・ワックス：日本精鑞（株）製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・加硫促進剤：住友化学（株）製「ソクシノールＣＺ」
・硫黄：鶴見化学工業（株）製「粉末硫黄」。

各ゴム組成物について、１６０℃で３０分間加硫した試験片（幅５．０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み１．０ｍｍ）を用いて、ｔａｎδとＥ’を測定した。また、各ゴム組成物をトレッドゴムに用いて、常法に従い加硫成型することによりモータースポーツ用タイヤ（タイヤサイズ：３１／７１−１８）を作製した。得られたタイヤについて、グリップ性能とブローアウト性能を測定した。各測定方法は以下の通りである。

・ｔａｎδ：ＪＩＳＫ６３９４に準拠して、（株）東洋精機製作所製の粘弾性試験機を使用し、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下（伸長変形）でｔａｎδを測定した。

・Ｅ’：ＪＩＳＫ６３９４に準拠して、（株）東洋精機製作所製の粘弾性試験機を使用し、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下（伸長条件）でＥ’を測定した。

・グリップ性能（ラップタイム計測）：タイヤ４本を実車（レース専用車両）に装着し、プロドライバーの運転によるクローズドサーキット（１周：３．５ｋｍ）の周回タイムを計測し、１０周回の平均タイムを求めた。平均タイムの逆数について比較例１の値を１００として指数で示した。指数が大きいほどラップタイムが速く、グリップ性能に優れていることを示す。

・ブローアウト性能：ラップタイム計測と併せて、トレッドに発生するブローアウトを目視にて評価した。ラップタイム計測試験終了後にブローアウトが確認された場合は「×」、ブローアウトが確認されなかった場合は「○」で示す。

結果は、表１に示す通りである。比較例１は、従来の一般的なカーボンブラックよりも小粒径のカーボンブラックを配合したものであるが、配合量が少ないため、ｔａｎδ／Ｅ’が小さく、グリップ性能が不十分であった。比較例２では、比較例１に対して、小粒径カーボンブラックの配合量を増やし、また樹脂を増量したものであり、ｔａｎδ／Ｅ’が大きすぎて、ブローアウトが発生した。比較例３では、樹脂を減量しすぎて、ｔａｎδ／Ｅ’が小さくなり、グリップ性能が悪化した。また、比較例４に示されるように、一般的な粒径のカーボンブラックでは多量に配合した場合でも、ｔａｎδ／Ｅ’が小さく、グリップ性能に劣っていた。

これに対し、実施例１〜８では、小粒径のカーボンブラックを多量に配合し、樹脂及びオイルの配合量の調整により、ｔａｎδ／Ｅ’を上記所定の範囲内に設定したことにより、ブローアウトを抑えつつ、モータースポーツ用タイヤとしての優れたグリップ性能を向上することができた。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその省略、置き換え、変更などは、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims

ジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が１４０〜２５０ｍ^２／ｇであるカーボンブラック１１０〜１５０質量部を含有し、
周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下で測定した加硫物の損失係数ｔａｎδ及び貯蔵弾性率Ｅ’（ＭＰａ）が、０．０５０≦ｔａｎδ／Ｅ’≦０．１５０を満たすタイヤトレッド用ゴム組成物。
オイルを、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜６０質量部含有する、請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
樹脂を、前記ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜６０質量部含有する、請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム組成物からなるトレッドゴムを備えた空気入りタイヤ。