JP2649201B2 - ゴム組成物 - Google Patents
ゴム組成物Info
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Description
てプライルース現象を効果的に軽減することができる新
規特性のゴム組成物に関する。
カーボンブラックは特性に応じた多様の品種があり、品
種の分類は主に平均粒子径、比表面積、ストラクチャー
等の粒子特性に基づいてなされている。また、これらの
品種特性は配合対象となるゴム成分の諸性能を決定づけ
る重要な要因となることから、ゴムの用途目的に最も適
合する品種のカーボンブラックを選定して使用に供され
ている。例えば、タイヤカーカス部位はタイヤの受ける
荷重、衝撃および充填空気圧などに耐えなければならな
いために高い抗張積が要求されるが、このような用途に
対しては比較的粒子径が小さく、ストラクチャーの低い
N219(ISAF-Ls)やN326(HAF-Ls) などのハード系品種が
選択的に使用されている。
高速耐久性が強く要求されるようになり、タイヤ構造も
ラジアル化が進んでカーカスコードにはポリエステル、
スチールなど高弾性率の線材が複雑に充填されている。
このため、走行時におけるコード間の伸縮や接地時にお
けるコード方向の剪断歪が大きくなって、カーカスプラ
イのゴム部分に亀裂破壊として現出する所謂「プライル
ース現象」が発生し易くなっている。
めには、走行時に発熱によるゴムの熱老化を防ぎ、同時
に走行時の繰り返し歪による疲労劣化を低減化すること
が有効とされている。ゴム組成物に対する低発熱性の付
与は、粒子径が大きく、比表面積の小さいソフト系領域
のカーボンブラック品種を配合することが有効とされて
いるが、この種のカーボンブラックは補強性能が不十分
で破断強度が弱いため、カーカスコードとゴム成分との
接合界面に剥離現象が発生して耐久性が維持できなくな
る。
る手段として、粒子径、比表面積、ストラクチャーなど
の基本特性以外のカーボンブラック性状をミクロに評価
し、目的ゴム性能を全てカバーするような特性範囲のカ
ーボンブラックを選択してゴム成分に配合する技術が有
用されている。例えば前記のプライルース現象を軽減す
る高度の補強性能および伸びと低発熱性とを同時に配合
ゴム組成物に付与するためのタイヤカーカス用ファーネ
スブラックとして、窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g以
上、DBP吸油量が60〜90ml/100g のハード系領域に属
し、真比重値が{(1.8379 −0.0006×(N2SA)}式により
算出される値以下であり、かつ凝集体のストークスモー
ド径Dstモード径が{0.286 ×(DBP) −0.621 ×(N2SA)
+114.4}式から算出される値以下の選択的特性のもの
が本出願人によって開発されている(特公平1−54376
号公報) 。
タイヤ使用状態はますます苛酷化しており、タイヤカー
カス用のゴム組成物に対しても一層高水準の破断強度な
らびに伸び率を保持しながら低発熱性を付与する性能特
性が求められている。
記課題を解決するための研究を重ねた結果、上記のN2SA
が60m2/g以上、DBP吸油量が50〜90ml/100g のハード
系領域に属するファーネスカーボンブラックにおいて、
アグリゲート粒間ポアのモード半径がこれまで知られて
いるカーボンブラックに比べて小さな特性のものを選択
配合したゴム組成物は、タイヤカーカス用ゴム組成物と
しての要求性能に対し優れた改善効果を与える事実を解
明して開発に至ったものである。
件におけるプライルース現象を軽減し得る高度の強度性
能ならびに伸び率を有し同時に優れた低発熱性を兼備す
るタイヤカーカス用として好適なゴム組成物を提供する
ことにある。
めの本発明によるゴム組成物は、窒素吸着比表面積(N2S
A)が60m2/g以上、DBP吸油量(DBP) が50〜90ml/100g
のハード系領域に属し、かつ下記の選択的特性を備える
ファーネスカーボンブラックをゴム成分 100重量部に対
し35〜100 重量部の割合で配合してなることを構成上の
特徴とする。 Rpモード径 ≦−6.47+0.818 ×Ra 但し、Rpモード径は示差走査熱量計(DSC) により測定
されるカーボンブラック粒間のポア半径分布における最
大頻度のモード径を指し、Raは〔(2540 +71×DBP)/
(2×N2SA) 〕式による算出値とする。
は、以下の測定方法によって得られる値が用いられる。 窒素吸着比表面積(N2SA);ASTM D3037−88 “St
andard Test Method for Carbon Black-SurfaceArea by
Nitrogen Absorption ”MethodBによる。この方法に
よるIRB#6の測定値は、76m2/gである。 DBP吸油量(DBP) ;JIS K6221(1982)「ゴム用カ
ーボンブラックの試験方法」6 ・1 ・2 項、吸油量A法
による。この方法によるIRB#6の測定値は、99.0ml/1
00g である。
「乾燥試料の作り方」に基づいて乾燥したのち、精秤採
取したカーボンブラック試料を蒸留水と混合してカーボ
ンブラック濃度0.250g/cm3のペーストを作成し、超音波
で十分に分散させる。超音波分散後10分以内に示差走査
熱量計(DSC, Mettler 社製 DSC30) でアグリゲート粒間
ポアの分布測定を開始する。この場合のペースト採取量
は約3〜5mgの範囲内とし、アルミ製のサンプル容器に
入れシールしたのち、ペーストの質量を確認し前記DS
C装置にセットし、次のステップで測定する。 室温から−80℃まで急冷する。 −80℃から−5℃まで10℃/min. の速度で加熱する。 −5℃から−0.1 ℃まで1℃/min. の速度で加熱した
のち、−0.1 ℃ (蒸留水の凝固点より0.1 ℃低い温度)
に10分間保持する。 −0.1 ℃から−8℃まで 0.1℃/min. の速度で徐々に
冷却し、補償エネルギーを記録する。 そして、の段階で得られた補償エネルギーのチャート
から各温度(0.1℃刻み) の山の高さ(y) を読み取り、下
記(1) 、(2) 式からアグリゲート粒間のポア半径(Rp)お
よびポア半径分布 (ΔV/ΔRp) を得る。 Rp= ( 67.67/ΔT)+0.57 ……(1) ΔV/ΔRp= K・ (ΔT)2 / (Wa×y) …(2) (1) および(2) 式において、ΔT は蒸留水の凝固点降下
幅、Waは蒸留水の凝固熱、K はDSC装置の感度やサン
プルの質量を考慮に入れたファクターである。これらの
式はBrunらによって導かれたもので、Thermochimica Ac
ta,21(1977)59〜88“A NEW METHOD FOR THE SIMULTANEO
US DETERMINATION OF THE SIZE ANDTHE SHAPE OF PORES
: THE THERMOPOROMETRY”に詳説されている。なお、こ
の方法で測定したASTM D−24 Standard Referenc
e Black C-3(N234) のRpモード径は、38.8nmであっ
た。
ックの特性項目のうち、窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2
/g以上の粒子径範囲およびDBP吸油量50〜90ml/100g
のストラクチャー範囲は通常品種のハード系領域に属
し、配合ゴムに高度の補強性能を付与するとともに適度
の低発熱性を保持させるための前提要件となる。この窒
素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g未満では強度特性の低下
が著しく、発熱性も増大する。また、DBP吸油量が50
〜90ml/100g の範囲を外れる場合にも高強度特性と低発
熱性を確保することが困難となる。
する選択的特性は、カーボンブラックが強固に融着結合
した凝集体(アグリゲート)性状を示す指標であって、
比表面積およびストラクチャーの大きさに比べてアグリ
ゲート粒間ポアが相対的に小さいことに特徴付けられ
る。そして、Rpモード径≦−6.47+0.818 ×Raの要
件を満たす場合に配合ゴムに高水準の強度特性と改善さ
れた低発熱性を付与することが可能となる。
ブラックは、炉頭部に接線方向の空気供給口と炉軸方向
に挿着された燃焼バーナーおよび原料油噴射ノズルを有
する燃焼室と、これに同軸的に連設された狭径および広
径反応ゾーンを備える構造のオイルファーネス炉を用
い、燃料油供給量、空気供給量、原料油供給量等の生成
条件を制御するとによって製造することができる。
法に従って天然ゴムまたは各種の合成ゴム成分と配合す
る。カーボンブラックの配合比率は、ゴム成分 100重量
部に対し35〜100 重量部とし、加硫剤、加硫促進剤、老
化防止剤、加硫助剤、軟化剤、可塑剤等の必要成分とと
もに混練して本発明にゴム組成物を得る。
は、カーボンブラック製造工程における反応温度や燃焼
ガスの撹乱度など生成時の条件と密接に関連している。
このため生成カーボンブラックのストラクチャーおよび
比表面積との相関要素が大きく、上市されている一般の
ファーネスカーボンブラックのRpモード径は、Raを
Medalia により定義された〔(2540 +71×DBP)/(2×N2
SA) 〕の条件を与えた場合に (3)式の範囲にあることが
確認されている。 Rpモード径= (−1.47+0.818 ×Ra) ±4.5 …(3) 例えば、ASTM D−24 Standard Reference Black
C-3(N234) のRpモード径実測値は38.8nmであるが、こ
の値はそのRa計算値46.1を代入して (3)式から求めた
Rpモード径範囲31.7〜40.7nmの範囲に入っている。
モード径の範囲は、Raとの関係において (3)式から算
出される値よりも更に低位にあること、特に〔−6.47+
0.818 ×Ra〕から得られる算出値と同等以下の水準に位
置しており、この相対的に小さなアグリゲート粒間ポア
からなる独特の性状が配合ゴム組成物の補強性能ならび
に低発熱性の改善向上に機能しているものと考えられ
る。
およびDBP吸油量によるゴム性能の調整化作用と相俟
って、タイヤカーカスとした場合のプライルース現象を
効果的に軽減し、苛酷な走行条件下での安定性と耐久性
を著しく高めるために寄与する。
明する。
バーナーおよび原料油噴射ノズルを有する燃焼室(直径
800mm 、長さ900mm)を設置し、該燃焼室と同軸的に連結
する狭径反応ゾーン(直径160mm 、長さ1000mm) および
引き続く広径反応ゾーン (直径400mm)とから構成された
オイルファーネス炉を用い、発生条件を変えて6種類の
ファーネスカーボンブラックを製造した。原料油として
は、比重(15/4 ℃)1.073、粘度(エングラー40/20 ℃)
2.10 、トルエン不溶分0.03%、相関係数(BMCI)140 の
芳香族炭化水素油を、また燃料油には、比重(15/4 ℃)
0.903、粘度(Cst/50 ℃)16.1 、残炭分 5.4%、引火点9
6℃の炭化水素油を用いた。
件、表2に得られたファーネスカーボンブラックの特性
をそれぞれ実施例 No.に対応させて表示した。
3に示す配合比により天然ゴムに配合した。
して得られた各ゴム組成物につき各種ゴム特性を測定
し、結果を表4に示した。なお、ゴム特性の測定は下記
によった。 tanδ(損失係数);岩本製作所製のVisco Elastic
Spectrometerを用い、次の条件で測定した。 試験片:厚さ2mm、長さ30mm、幅5mm 周波数:50Hz 動的歪率:1.0 % その他の特性 ;JIS K6301「一般ゴム試験法」に従
って測定した。
ルにありながら本発明の選択的特性要件を外れる比較例
に比べ、引張り強さ、伸びおよび低発熱性の指標となる
tanδ(損失係数)の全てが有意に改善向上している
ことが認められる。
ファーネスカーボンブラックの特性を規制することによ
りタイヤカーカス用として好適な高度の強度性能と低発
熱性とを同時に兼備するゴム組成物を提供することが可
能となる。したがって、苛酷な走行条件下においてもプ
ライルース現象が効果的に軽減され、安全性および耐久
性が向上する。
Claims (1)
- 【請求項1】 窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g以上、
DBP吸油量(DBP)が50〜90ml/100g のハード系領域に
属し、かつ下記の選択的特性を備えるファーネスカーボ
ンブラックをゴム成分 100重量部に対し35〜100 重量部
の割合で配合してなることを特徴とするゴム組成物。 Rpモード径 ≦−6.47+0.818 ×Ra 但し、Rpモード径は示差走査熱量計(DSC) により測定
されるカーボンブラック粒間のポア半径分布における最
大頻度のモード径を指し、Raは〔(2540 +71×DBP)/
(2×N2SA) 〕式による算出値とする。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4084650A JP2649201B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | ゴム組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4084650A JP2649201B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | ゴム組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05247270A JPH05247270A (ja) | 1993-09-24 |
JP2649201B2 true JP2649201B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=13836589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4084650A Expired - Lifetime JP2649201B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | ゴム組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2649201B2 (ja) |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4084650A patent/JP2649201B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05247270A (ja) | 1993-09-24 |
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