JP4076729B2 - スタッドレスタイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタッドレスタイヤ用ゴム組成物、とくには、氷雪路面上でのグリップ性能を改良しうるスタッドレスタイヤ用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、氷雪路を走行するタイヤとして、スパイクのないスタッドレスタイヤが普及している。スタッドレスタイヤの氷上性能を向上させるために、ゴムと路面との摩擦を支配する因子である粘着摩擦や掘り起こし摩擦を向上させる種々の研究が試みられている。
【０００３】
その１つとして、充填剤（カーボンブラック）の一部をシリカとし、シランカップリング剤を併用することにより、低温における弾性率（モジュラス）を低下させて粘着摩擦を向上させる方法が提案されている（特開平８−７３６５７号公報）。
【０００４】
またセルロース物質の粉体加工品をゴム組成物に配合し、粉体加工品の氷表面の引っかきにより、スパイク効果を発揮させ、さらに摩耗の進行により粉体加工品が脱落したときに生じる脱落孔の凹凸およびエッジにより、氷表面との摩擦を高め、氷上グリップ性能を向上させる方法が提案されている（特開平２−１６７３５３号公報）。
【０００５】
このほかにも、短繊維を配合しかつ短繊維をトレッド面に垂直に配向させて、掘り起こし摩擦を高め、氷上グリップ性能を向上させる方法が提案されている（特開２０００−１６８３１５号公報）。
【０００６】
これらの方法により、スタッドレスタイヤの氷上グリップ性能は向上したが、スパイクタイヤの性能には、未だ及んでいない。
【０００７】
また、とくに最近では、タイヤメーカーが激しいコスト低減競争を繰り広げるなかで、タイヤ用ゴム組成物の製造コストの削減が要請されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、氷上グリップ性能を大幅に向上させ、かつ、省資源および環境保護の観点から、廃棄物である古紙を有効に活用することにより、タイヤの製造コストを大幅に低減しうるスタッドレスタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、天然ゴムおよび／またはジエン系合成ゴム１００重量部に対し、グラスファイバーまたはアルミニウムウイスカーである無機系の短繊維２〜１５重量部、古紙１〜６重量部およびシリカ５〜３０重量部を含有するスタッドレスタイヤ用ゴム組成物に関する。
【００１０】
前記ゴム組成物は、さらにセルロース物質を含む粉体加工品３〜１５重量部を含有することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分、短繊維、古紙およびシリカを含有する。
【００１２】
本発明のゴム組成物に使用されるゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）および／またはジエン系合成ゴムである。
【００１３】
前記ジエン系合成ゴムとしては、とくに限定はないが、たとえばスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、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）などがあげられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、氷雪上性能を向上させる点から、ＮＲおよびＢＲを用いることが好ましく、この場合、得られるゴムは低温でも柔らかく、トレッドに用いて接地性を確保することができる。
【００１４】
ＮＲとジエン系合成ゴムを混合して用いる場合、ＮＲとジエン系合成ゴムの配合比は、重量比で４０：６０〜８０：２０とすることが好ましい。ＮＲの配合量が少なすぎるとゴムの補強性が劣り、耐久性が低下する傾向があり、ジエン系合成ゴムの配合量が少なすぎると耐摩耗性能が低下する傾向がある。
【００１５】
本発明に用いられる短繊維は、ゴム組成物に配合され、押し出し工程において配向される。
【００１６】
特開２０００−１６８３１５号公報は、短繊維をトレッド面と直角方向に配向させ、掘り起こし摩擦を向上させる提案であるが、本発明のゴム組成物を用いてスタッドレスタイヤ用トレッドを形成する場合には、たとえば、短繊維をタイヤ周方向に配向させることが好ましい。
【００１７】
タイヤ周方向に配向した短繊維は走行によって脱落し、トレッドブロック表面に細かいスリット（ミクロの細長い溝）が生じる。この脱落孔が水膜を除去し（水切り効果）、またエッジにより氷上摩擦を向上させ、スタッドレスタイヤの氷上グリップ性能を大幅に向上させることができる。
【００１８】
短繊維の含有量は、前記ゴム成分１００重量部に対し、２〜１５重量部、好ましくは３〜１５重量部である。短繊維の含有量が、２重量部未満では、目的の水膜除去効果が充分に発揮できない。また逆に１５重量部をこえると、補強性も乏しく耐摩耗性能にも悪影響を及ぼし、走行後トレッド表面が荒れやすく、ゴム自体の氷表面との接地面積が減少するため、粘着効果（氷上グリップ性能）が減少しがちになる。さらに、補強性と氷上グリップ性能のバランス両立という点から５〜１０重量部であることがとくに好ましい。
【００１９】
本発明において用いる短繊維としては、たとえば、グラスファイバー、アルミニウムウイスカー、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリビニルホルマール繊維、芳香族ポリアミド繊維などを採用しうる。なかでも、混練り中の飛散、混練りによる最適形状化、配向性の点で、グラスファイバー、アルミニウムウイスカーなどの比重２．０以上の無機系の短繊維が好ましい。
【００２０】
短繊維の直径は、好ましくは５〜１００μｍ、とくに好ましくは２０〜８０μｍである。短繊維の直径が５μｍ未満であると、短繊維の脱落孔（ミクロの細長い溝）が小さすぎるので、目的のトレッドゴムと路面との間の水膜を除去する効果が充分に得られない傾向がある。また短繊維の直径が１００μｍをこえると、補強性が乏しく耐摩耗性能にも悪影響を及ぼし、走行後トレッド表面が荒れやすく、ゴム自体と氷表面との接地面積が減少するため、粘着効果（氷上グリップ性能）が減少する傾向がある。さらに、補強性と氷上グリップ性能のバランス両立という点から３５〜６５μｍであることがとくに好ましい。
【００２１】
短繊維の長さは、好ましくは０．２〜５．０ｍｍ、さらに好ましくは１．４〜２．６ｍｍである。短繊維の長さが０．２ｍｍ未満ではトレッドゴムと路面との間の水膜を除去する効果が充分に得られない傾向があり、５．０ｍｍをこえると粘着効果が減少する傾向がある。
【００２２】
本発明に用いる古紙の配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して、１〜６重量部、好ましくは３〜５重量部である。古紙の配合量が１重量部未満では、ゴム組成物のコスト低減が小さく、６重量部をこえると、耐摩耗性が低下し、また、氷雪上性能も低下する。古紙としては、古新聞紙、古コピー紙、古ダンボール紙などが使用できる。なかでも、タイヤ用ゴム組成物における諸物性のバラツキが比較的小さい点で、古新聞紙が好ましい。
【００２３】
古紙の厚さは０．０３〜０．８ｍｍであることが好ましい。古紙の厚さが０．０３ｍｍ未満では、古紙を採取する際、また、裁断する際に作業性が低下する傾向があり、０．８ｍｍをこえると、古紙のゴム中への分散性が低下する傾向がある。
【００２４】
古紙は、バンバリーミキサーなどでの混練り作業性、および、分散性の点で、幅１０ｍｍ以下、長さ１００ｍｍ以下の大きさに裁断されたのちに配合されることが好ましい。とくに、分散性の点で、幅１〜５ｍｍ、長さ３０〜７０ｍｍの大きさに裁断されたのちに配合されることが好ましい。
【００２５】
本発明におけるシリカの配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して、５〜３０重量部である。シリカの配合量が５重量部未満ではトレッドと路面の粘着効果が減少し、氷雪上性能が低下する傾向があり、３０重量部をこえると耐摩耗性能が低下する傾向がある。氷雪上性能と耐摩耗性能のバランスという点から、さらに５〜２５重量部、とくには５〜１５重量部であることが好ましい。
【００２６】
本発明において用いるシリカとしては、従来からタイヤの分野において用いられているものであれば、とくに制限はない。かかるシリカについて市販されているものとしては、たとえばウルトラジルＶＮ３（デグッサ社製）、ニプシールＶＮ３（日本シリカ（株）製）、トクシールＵＳＲ（（株）トクヤマ製）、Ｚ１７５Ｇｒ（ローディア社製）、Ｚ１６５Ｇｒ（ローディア社製）、Ｚ１１５Ｇｒ（ローディア社製）などがあげられる。
【００２７】
本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物において、セルロース物質を含む粉体加工品を含有することが好ましい。
【００２８】
セルロース物質を含む粉体加工品の含有量は、前記ゴム成分１００重量部に対し、３〜１５重量部、とくには５〜１０重量部であることが好ましい。粉体加工品の含有量が、３重量部未満では、目的のスパイク効果が充分に発揮できない傾向がある。また逆に１５重量部をこえると、ゴム全体が高硬度になり、粉体加工品そのものが路面に設置し、ベースゴム自体の氷表面との接地面積が減少するため、粘着効果が減少しがちになり、さらに、耐摩耗性能が充分に得られない傾向がある。
【００２９】
本発明において用いるセルロース物質を含む粉体加工品におけるセルロース物質とは、特開平２−１６７３５３号公報記載のセルロース物質と同じであり、米殻のもみ殻、麦殻、コルク片、おがくずなどをいう。また、前記粉体加工品は、セルロース物質以外の成分として、シリカ、クレー、木質素、脂肪酸、水分などを含んでもよい。セルロース物質は粉体加工品中に２０〜４０重量％、さらには２５〜３５重量％含まれることが好ましい。セルロース物質の含有量が２０重量％未満では混練り中の分散がわるくなる傾向があり、４０重量％をこえると低硬度になり、スパイク効果が低下する傾向がある。
【００３０】
前記粉体加工品は、その成分中にセルロース物質を含むことによって、ゴムとなじみ、いわゆる混練り中の分散が容易になり、かつ、ゴムとのゆるやかな結合を生じ、走行中の摩耗の進行により、容易に脱落するが、引き裂き強さを低下させにくく、たとえば、溝底クラックも発生させにくい。
【００３１】
また、セルロース物質は、金属のような高硬度のものを配合した場合と異なり、舗装路面の摩耗または、ゴム全体としての硬度上昇による氷結路面との粘着効果の低下の問題を引き起こさない。一方、セルロース物質より低硬度のものであると、充分なスパイク効果を発揮させることができない。この点、前記米殻のもみ殻、麦殻、コルク片およびおがくずなどの植物の粉砕物の硬度が最適である。とくに米のもみ殻の硬度が最適である。また、天然の産物であるもみ殻は、凹凸をもつ粉体であるため、ゴムとのなじみがよく、引き裂き強さを低下させることがないとともに、耐溝底クラック性能も低下させないなどの性能を有する。
【００３２】
粉体加工品の平均粒子径は、好ましくは２０〜６００μｍ、とくに好ましくは１００〜２００μｍである。粉体加工品の平均粒子径が２０μｍ未満であると、目的とするスパイク効果が充分に得られない傾向がある。また、その平均粒子径が６００μｍをこえると、補強性も乏しく耐摩耗性能にも悪影響を及ぼし、走行後トレッド表面が荒れやすく、ゴム自体の氷表面との接地面積が減少するので、粘着効果が減少しがちになる。さらに、補強性と氷上グリップ性能のバランス両立という点から１００〜１２０μｍであることがとくに好ましい。
【００３３】
本発明のゴム組成物は、充填剤として、シリカのほかにカーボンブラックを配合することができる。カーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して２５〜５５重量部であることが好ましい。カーボンブラックの配合量が２５重量部未満では耐摩耗性能が低下する傾向があり、５５重量部をこえるとタイヤ硬度が高くなり、氷雪上性能が低下する傾向がある。また、シリカとカーボンブラックの合計量は、ゴム成分１００重量部に対して３５〜６５重量部であることが好ましい。シリカとカーボンブラックの合計量が３５重量部未満では耐摩耗性能が低下する傾向があり、６５重量部をこえるとタイヤ硬度が上昇し、氷雪上性能が低下する傾向がある。
【００３４】
本発明のゴム組成物は、さらにシランカップリング剤を配合することが好ましい。本発明におけるシランカップリング剤の配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して、０．４〜３重量部であることが好ましく、さらに好ましくは０．４〜２．５重量部である。シランカップリング剤の配合量が０．４重量部未満ではトレッドと路面の粘着効果が減少し、氷雪上性能がわるくなる傾向があり、２．５重量部をこえると氷雪上性能の向上が小さく、コストが高くなる傾向がある。
【００３５】
また、シランカップリング剤の配合量は、補強効果およびコスト低減という点から、シリカの８〜１０重量％であることが好ましい。
【００３６】
本発明において用いるシランカップリング剤としては、従来のものであればとくに制限はなく、たとえば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフェン、α−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−チオシアネイトプロピルトリエトキシシラン、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフェンなどがあげられる。
【００３７】
なお、本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分、短繊維、古紙、シリカ、粉体加工品、カーボンブラック、シランカップリング剤のほかに、ゴム工業で通常使用されている硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤、各種軟化剤、各種老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸などの添加剤を配合することができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
【００３９】
実施例１〜１５および比較例１〜６
［原料］
天然ゴム：ＲＳＳ＃３（タイ製）
ＢＲ：宇部興産（株）製のウベポールＢＲ１５０Ｂ
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸椿
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（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
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
グラスファイバーＡ：日本板硝子（株）製（直径１０μｍ、長さ０．４ｍｍ）
グラスファイバーＢ：日本板硝子（株）製（直径５０μｍ、長さ２．０ｍｍ）
グラスファイバーＣ：日本板硝子（株）製（直径４μｍ、長さ０．１５ｍｍ）
グラスファイバーＤ：日本板硝子（株）製（直径１２０μｍ、長さ５．２ｍｍ）
セルロース物質を含む粉体加工品Ａ：米のもみ殻、セイロンファイバー（SARONFIBER）社製のセロンファイバーＡ型（SERONFIBER A TYPE）（平均粒子径１００〜１２０μｍ）
セルロース物質を含む粉体加工品Ｂ：米のもみ殻、セイロンファイバー（SARONFIBER）社製のセロンファイバーＡ型（SERONFIBER A TYPE）（平均粒子径４００〜６００μｍ）
セルロース物質を含む粉体加工品Ｃ：米のもみ殻、セイロンファイバー（SARONFIBER）社製のセロンファイバーＡ型（SERONFIBER A TYPE）（平均粒子径４０〜６０μｍ）
古紙：シュレッダーを使用して、通常の古新聞紙を幅３ｍｍ、長さ４５ｍｍ程度に裁断したもの）
カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のショウブラックＮ２２０
シリカ：デグッサ社製のウルトラシルＶＮ３（ウルトラジル ＶＮ３）
シランカップリング剤：デグッサ社製の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）
プロセスオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＰＡ３２
【００４０】
［加硫ゴムの製造］
常法により、表１に示す配合と表２に示す配合を、バンバリーミキサーを用いて混練りし、各種ゴム組成物を得た。得られたゴム組成物を１５０℃で４５分間プレス加硫し、加硫ゴムを得た。
【００４１】
［タイヤの製造］
常法により、前記ゴム組成物からなるトレッドをもつトラックバス用のスタッドレスタイヤを作製した。
【００４２】
［氷上制動性能］
タイヤを１０トントラックの前輪に装着し、時速３０ｋｍ／ｈで走行時に、停止するまでに要した氷上における停止距離を測定した。評価は、比較例１の停止距離を１００として、次式により指数表示した（アイススキッド指数）。指数が大きいほど氷上制動性能に優れている。
（アイススキッド指数）＝（比較例１の制動停止距離）÷（各配合の制動停止距離）×１００
【００４３】
［氷雪上操縦性能］
タイヤを１０トントラックの前輪に装着し、氷雪上にて全長数百ｍの八の字周回路走行タイムを測定した。評価は、比較例１のタイムを１００として、次式により指数表示した（アイスグリップ指数）。指数が大きいほど操縦性能に優れている。
（アイスグリップ指数）＝（比較例１の走行タイム）÷（各配合の走行タイム）×１００
【００４４】
［耐摩耗性能］
ランボーン摩耗試験機を用いて、温度２０℃、スリップ率２５％、試験時間３分間の測定条件で加硫ゴムの摩耗量を測定し、各配合の容積損失量を計算した。比較例１の容積損失量を１００として、次式により指数表示した（ランボーン摩耗指数）。数値が大きいほど、耐摩耗性能が優れることを示す。
（ランボーン摩耗指数）＝（比較例１の容積損失量）÷（各配合の容積損失量）×１００
【００４５】
結果を表２に示す。
【００４６】
グラスファイバー、古新聞紙、シリカを特定量配合した実施例１〜１５は、良好な氷雪上性能を得ることができた。
【００４７】
比較例６と実施例２、１４〜１５の評価結果を比較すると、古新聞紙を多く配合しすぎた場合、氷雪上性能の向上効果が小さいことがわかる。
【００４８】
比較例２、４と実施例２〜４の評価結果を比較すると、グラスファイバーの配合量が多すぎても、少なすぎても、氷上性能の向上効果が小さいことがわかる。
【００４９】
比較例３、５と実施例２、１０の評価結果を比較すると、シリカの配合量が多すぎても、少なすぎても、氷雪上性能の向上効果が小さいことがわかる。
【００５０】
実施例２、７〜９、１１の評価結果から、さらに特定量のセルロース物質を含む粉体加工品を配合することによって、氷雪上性能がより向上することがわかる。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【表２】

【００５３】
【発明の効果】
以上の結果から明らかなように、本発明のゴム組成物は、特定量の短繊維、古紙およびシリカを配合するので、スタッドレスタイヤなどのトレッドとして使用した場合に、氷上グリップ性能を大幅に改善することができる。また、古紙を配合するため、氷上グリップ性能および耐摩耗性能を維持しながら、大幅にコストを削減することができる。

Claims (2)

1. 天然ゴムおよび／またはジエン系合成ゴム１００重量部に対し、グラスファイバーまたはアルミニウムウイスカーである無機系の短繊維２〜１５重量部、古紙１〜６重量部およびシリカ５〜３０重量部を含有するスタッドレスタイヤ用ゴム組成物。
2. さらにセルロース物質を含む粉体加工品３〜１５重量部を含有する請求項１記載のゴム組成物。