JP4102143B2 - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤに関し、とくには補強性と低転がり抵抗(LRR)性能とのバランスに優れたタイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤに関する。
【0002】
【従来の技術】
タイヤの転がり抵抗を低減するためには、比表面積の小さいカーボンブラックを用いればよいが、比表面積の小さいカーボンブラックは補強性に劣る。また、転がり抵抗を低減する方法として、ストラクチャーの小さいカーボンブラックを用いる方法もあるが、これも補強性に劣る。タイヤのコンポーネントに用いるカーボンブラックには、ある程度以上の補強性が必要である。
【0003】
補強性の高い、すなわち比表面積の大きいカーボンブラックを用いて、カーボンブラックの充填量を減少することにより、補強性と転がり抵抗とのバランスをとることができるが、転がり抵抗を一層低減するために、さらにカーボンブラックの充填量を減少すると、補強効果も減少する。
【0004】
そこで、低発熱性と高補強性を備えたゴム組成物に関する従来技術として、特定のチッ素吸着比表面積(N2SA)、DBP吸油量およびチッ素吸着比表面積とヨウ素吸着量N2SA/IAを有するカーボンブラックを配合してなるものが知られている(たとえば、特許文献1参照)。しかしながら、このような従来技術においても、転がり抵抗の低減は充分でなかった。
【0005】
以上のように、高度に補強性とLRR性能を併せもったタイヤ用途に適したカーボンブラックは、未だ存在しない。
【0006】
なお、補強性能と防振性能に優れる防振用ゴムを目的として、特定のカーボンブラックを使用した技術もあるが(たとえば、特許文献2参照)、これらの技術はタイヤを想定していないため、転がり抵抗に関する知見は示されていない。
【0007】
【特許文献1】
特開平4−274901号公報
【特許文献2】
特開2001−172527号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、補強性とLRR性能とのバランスに優れた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、チッ素吸着比表面積が30〜36m2/gであり、ジブチルフタレート吸油量が142〜148cm3/100gであり、かつヨウ素吸着量が23〜28mg/gであるカーボンブラックを含有するタイヤ用ゴム組成物であって、該タイヤ用ゴム組成物をカーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエイペックスおよびベルトクッションよりなる群から選ばれた少なくとも1つのタイヤコンポーネントに使用する空気入りタイヤに関する。
【0010】
また、前記タイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量をDBP(cm3/100g)、ヨウ素吸着量をIA(mg/g)とするとき、DBP/IA≧2.68を満足することが好ましい。
【0011】
さらに、本発明は、カーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエイペックスおよびベルトクッションよりなる群から選ばれた少なくとも1つのタイヤコンポーネントが、前記の各タイヤ用ゴム組成物からなる空気入りタイヤに関する。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、特定の特性を有するカーボンブラックを含有する。
【0013】
一般に、LRR性能を得るためには、ソフト系カーボンブラックを使用するか、もしくはハード系カーボンブラックの配合量を減少して用いられることが多い。しかしながら、ソフト系カーボンブラックでは、比表面積が低いために補強性が不十分となることが避けられない。所定の補強性を得るためにソフト系カーボンブラックの配合量を増加させると、補強性は向上するが、LRR性能が低下してしまうという欠点があった。また、ハード系カーボンブラックでは、比表面積が高いため、配合量を減少して使用することにより、ある程度補強性とLRR性能をバランスよくすることができるが、一層のLRR性能の向上を追及するためにさらに配合量を減少させると、カーボンブラックの配合量が非常に少なくなるために補強性が低下するという問題があった。
【0014】
そこで、チッ素吸着比表面積、ヨウ素吸着量およびジブチルフタレート吸油量が、特定の範囲内にあり、特定の関係を満足する特性をもったカーボンブラックが、LRR性能に有効であることを見出した。これは、カーボンブラック表面の細孔量および官能基の量を特定範囲になるよう調整したものであり、この範囲であれば、カーボンブラックのポリマーとの相互作用が高くなり、補強性が向上する。一方で、表面積(ヨウ素吸着量)は20〜50mg/gと、通常ソフトカーボンに分類される範囲に留められているため、ソフトカーボンに近いLRR性能が得られる。
【0015】
カーボンブラックのチッ素吸着比表面積は、JIS K6217、7項のA法によって求められる。本発明に使用されるカーボンブラックのチッ素吸着比表面積は、30〜70m2/g、好ましくは30〜65m2/gである。チッ素吸着比表面積が30m2/g未満では、カーボンブラックによる補強性が充分でなく、70m2/gをこえると、発熱性、すなわち転がり抵抗が大きくなる。
【0016】
カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量は、JIS K6217、9項のA法によって求められる。本発明に使用されるカーボンブラックのジブチルフタレート吸油量は、134cm3/100g以上、好ましくは134〜170cm3/100g、より好ましくは134〜160cm3/100gである。ストラクチャーの指標であるジブチルフタレート吸油量が134cm3/100g未満では、本特許請求の範囲にて規定しているヨウ素吸着量の範囲のカーボンブラックでは、モジュラスが低く補強性が得られなくなり、170cm3/100gをこえると、加工性の低下が大きくなり、また、ゴム硬度が過大となり加硫ゴムがもろくなる傾向がある。
【0017】
カーボンブラックのヨウ素吸着量は、JIS K6217、6項によって求められる。本発明に使用されるカーボンブラックのヨウ素吸着量は、20〜50mg/g、好ましくは23〜40mg/gである。ヨウ素吸着量が20mg/g未満では配合ゴムが軟らかくなり、目的とする硬度を得るためにカーボンブラックの配合量を増すと、転がり抵抗が増大する。一方、ヨウ素吸着量が50mg/gをこえると配合ゴムの発熱性が大きくなり、その結果、転がり抵抗が増大する。
【0018】
本発明に使用されるカーボンブラックは、前記ジブチルフタレート吸油量をDBP(cm3/100g)、前記ヨウ素吸着量をIA(mg/g)とするとき、DBP/IA≧2.68を満足することが好ましく、8.5≧DBP/IA≧2.68がより好ましく、8.0≧DBP/IA≧3.35がとくに好ましい。DBP/IAが2.68未満では、本特許請求の範囲にて規定しているジブチルフタレート吸油量の範囲のカーボンブラックでは、ゴム硬度の上昇が大きくなり過ぎるとともに、転がり抵抗が増大する傾向があり、8.5をこえると配合ゴム硬度が過大となる傾向がある。
【0019】
本発明のタイヤ用ゴム組成物に含まれるカーボンブラックの量は、後述するゴム成分100重量部に対して、好ましくは25〜60重量部、より好ましくは35〜50重量部である。カーボンブラックの含有量が25重量部未満では、配合ゴムに充分な補強性能を付与できない傾向があり、60重量部をこえると配合ゴムの発熱性が高くなるため、転がり抵抗が増大する傾向がある。
【0020】
本発明のタイヤ用ゴム組成物に含まれるゴム成分としては、たとえば、天然ゴム(NR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)イソプレンゴム(IR)、エチレン−プロピレン−ジエン3元共重合体ゴム、ブタジエンゴム(BR)などがあげられ、これらのうちの1種または2種以上のブレンドゴムが用いられる。
【0021】
本発明のタイヤ用ゴム組成物には、前記ゴム成分およびカーボンブラックのほかに、たとえば、通常タイヤ用ゴムに使用されている加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、老化防止剤などの添加剤を適宜配合することができる。
【0022】
加硫剤としてイオウを配合する場合、イオウの配合量は、ゴム成分100重量部に対して、好ましくは2.0〜4.5重量部、より好ましくは2.5〜4.0重量部である。イオウの配合量が2.0重量部未満ではイオウによる架橋の量が不足し、モジュラスが低く、高発熱となる傾向があり、4.5重量部をこえるとゴム硬度が過大となる傾向がある。
【0023】
軟化剤を配合する場合、軟化剤の配合量は、ゴム成分100重量部に対して、好ましくは2.0〜15.0重量部、より好ましくは3.5〜13重量部である。軟化剤の配合量が2.0重量部未満では軟化剤の配合量が少ないため、練りゴムの粘度を充分に低下させられず、カレンダー、押し出し、トッピングなどの工程が困難となる傾向があり、15.0重量部をこえると軟化剤による発熱性が大きくなり、ひいては転がり抵抗の増大をもたらす傾向がある。
【0024】
本発明のタイヤ用ゴム組成物は、補強性とLRR性能に優れ、タイヤコンポーネント、とくに、カーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエーペックス、ベルトクッションに好適に使用することができる。なお、本発明のタイヤ用ゴム組成物は、これらのうち1つのコンポーネントにのみ使用してもよいし、これらの全てもコンポーネントに同時に使用してもよい。
【0025】
【実施例】
以下に、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、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【0026】
カーボンブラックの製造
昭和キャボット(株)にて、通常のオイルファーネス法カーボンブラック製造装置を用い、表1に示す条件でカーボンブラックA、B、Cを試作した。物理化学特性を同表に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
実施例1〜2および比較例1〜4
(原料)
NR:RSS#3
SBR:住友化学工業(株)製のSBR1502
カーボンブラックA:前記条件で製造されたもの
カーボンブラックB:前記条件で製造されたもの
カーボンブラックC:前記条件で製造されたもの
HAFカーボン:昭和キャボット(株)製のショウブラックN330(N2SA:75m2/g、DBP:102cm3/100g、IA:81mg/g、DBP/IA:1.26)
FEFカーボン:昭和キャボット(株)製のN550(N2SA:42m2/g、DBP:115cm3/100g、IA:44mg/g、DBP/IA:2.61)
GPFカーボン:三菱化学(株)製のダイアブラックG(N2SA:28m2/g、DBP:84cm3/100g、IA:24mg/g、DBP/IA:3.5)
酸化亜鉛:東邦亜鉛(株)製の亜鉛華
ステアリン酸:日本油脂(株)製のステアリン酸
芳香族伸展油:出光興産(株)製のAH−16
イオウ:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤NS:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS
【0029】
(ゴムシートの製造方法)
NR70重量部、SBR30重量部、酸化亜鉛5重量部、ステアリン酸2重量部、芳香族進展油9.5重量部および表2に記載の種類のカーボンブラック45重量部を、バンバリーミキサーによって、150℃で4分間混練したのち、オープンロールにてイオウ3.5重量部および加硫促進剤1.0重量部を混合し、試験片用の各種供試シートを作製した。ついで、該シートを、170℃、15分間の条件で加硫して、2mmスラブシートを得た。得られたゴムシートを使用して、以下に示す各物性の評価試験を行なった。
【0030】
(ゴムシートの評価)
・破断強度および破断伸び(JIS K6251)
厚さ2mmのサンプルからダンベル3号形サンプルを打ち抜き、JIS K6251にしたがって評価を行なった。ここで、破断強度は補強性の指標であり、20MPa以上であることが望ましい。
【0031】
・損失正接
試験片は厚さ2mm、幅5mmのスラブシートを用い、試料挟み間距離2cmとして、初期伸張率10%とした。(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを使用し、引張り動歪2%、周波数10Hz、70℃の条件で損失正接(tanδ)を測定し、比較例1を基準値(100)とした指数で示した。この指数が小さいほど転がり抵抗が低く、低燃費である。
【0032】
結果を表2に示す。
【0033】
【表2】
【0034】
(空気入りタイヤの製造方法)
ゴムシートの製造で作製したゴム組成物をカーカスゴムに用いて、タイヤサイズ:P275/65R17 113S AT20 TL(PE)の空気入りタイヤを試作した。得られた空気入りタイヤについて、以下の評価試験を行なった。
【0035】
(空気入りタイヤの評価)
・転がり抵抗指数
直径1.7mのスムーズドラム試験機上で、使用リム8JJ×17、タイヤ内圧200KPa、速度80km/時間、室温25℃の条件にて、タイヤ軸に設けた2軸ロードセルによりタイヤ軸力を測定し、転がり抵抗を算出した。比較例1のゴム組成物からなる空気入りタイヤの転がり抵抗を基準(100)として、それぞれ指数で示した。この指数が小さいほど転がり抵抗が低く、低燃費である。
【0036】
・タイヤ耐久性
FMVSS109 耐久性(Endurance)テストに基づき、直径1.7mのスムーズドラム試験機上で、使用リム8JJ×17、タイヤ内圧180KPa、速度80km/時間、室温38±3℃にて測定した。荷重は、第1ステップ:978kg(走行時間4時間)、第2ステップ:1035kg(走行時間6時間)、第3ステップ:1150kg(走行時間24時間)とした。
【0037】
結果を表3に示す。
【0038】
【表3】
【0039】
表3より、ゴム組成物に、特定のチッ素吸着比表面積、ジブチルフタレート吸油量およびヨウ素吸着量を有するカーボンブラックを配合した実施例1からなる空気入りタイヤは、該カーボンブラックを配合していない比較例1からなるそれと比べて、転がり抵抗が低減した。また、タイヤ耐久性について、実施例1からなる空気入りタイヤは、第3ステップを完走し、異常はみられなかった。
【0040】
一方、配合したカーボンブラックのチッ素吸着比表面積およびジブチルフタレート吸油量の値が、本特許請求の範囲に記載の範囲外であった比較例3からなる空気入りタイヤでは、転がり抵抗は低減したものの、タイヤ耐久性が劣っていた。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、チッ素吸着比表面積、ヨウ素吸着量およびジブチルフタレート吸油量が特定の範囲内にあるカーボンブラックを配合することにより、高度にLRRと補強性のバランスに優れたタイヤ用ゴム組成物、および、空気入りタイヤが得られる。
Claims (2)
- チッ素吸着比表面積が30〜36m2/gであり、ジブチルフタレート吸油量が142〜148cm3/100gであり、かつヨウ素吸着量が23〜28mg/gであるカーボンブラックを含有するタイヤ用ゴム組成物であって、
該タイヤ用ゴム組成物をカーカス、インスレーション、サイドウォール、クリンチエイペックスおよびベルトクッションよりなる群から選ばれた少なくとも1つのタイヤコンポーネントに使用する空気入りタイヤ。 - カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量をDBP(cm3/100g)、ヨウ素吸着量をIA(mg/g)とするとき、DBP/IA≧2.68を満足するタイヤ用ゴム組成物を使用する請求項1記載の空気入りタイヤ。
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