JP4222781B2

JP4222781B2 - タイヤ加硫用ブラダー

Info

Publication number: JP4222781B2
Application number: JP2002161730A
Authority: JP
Inventors: 栄一金田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-06-03
Also published as: JP2004009319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未加硫タイヤを加硫成形してタイヤにする工程に用いるタイヤ加硫用ブラダーに関するものであり、より詳細には、未加硫タイヤへ温度伝達を速め、タイヤ加硫成形時間の短縮を可能にするタイヤ加硫用ブラダーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤの製造工程、特に未加硫タイヤの加硫工程において、通常、タイヤ構成部材が組み込まれたグリーンタイヤ（未加硫タイヤ又は生タイヤ）は金型に入れられ、更にグリーンタイヤの内腔にブラダーと称される断面が円形状又は馬蹄形状の筒状リングからなるゴム製袋が挿入される。次いで、このブラダー内にスチーム、加圧温水等の内圧流体が導入されて、グリーンタイヤは金型に強く押しつけられると同時に内側から加熱される。また、同時にスチーム等で金型を加熱することによって外側からの加熱も行われてグリーンタイヤは加硫成形される。
【０００３】
上記加硫工程でのグリーンタイヤへの加熱処理は、グリーンタイヤに組み込まれた可塑性の大きい未加硫状態のゴム組成物部材が高温に熱せられて架橋反応を起こして弾性ゴムに変わるまで行われる。一般に加熱時間は、最も厚みがあるグリーンタイヤの肉厚中心部、即ち温度上昇が最も遅れる部分が弾性体になるまでの時間で決定される。また一般にゴムは熱伝導率が低いので、温度上昇が最も遅れる部分の温度を加硫反応が活発に進む温度まで高めるには時間がかかる。例えば、加硫成形に乗用車用タイヤでは１０〜２０分間、トラック・バス用タイヤでは４０〜１００分間を要し、建設車両用の大型タイヤでは１０時間以上を要するものもある。
【０００４】
上記加硫工程において、グリーンタイヤの内面からの高温流体による加熱はグリーンタイヤ内腔に挿入された肉厚が５〜１５mmの範囲にあるブラダーを介して行われ、高温流体で加熱されるゴムの実質肉厚は、グリーンタイヤの肉厚にブラダーの肉厚を加算したものになる。このため、グリーンタイヤの肉厚中心部が実質的に加硫反応が行われる温度まで昇温するのにブラダーの厚み分が余分で不可避な加熱時間となる。
通常、ゴム板を両面から加熱する場合、厚みが２倍になればゴム厚みの中心部が外面と同じ温度になるのに要する時間は４倍になると言われている。従って、ブラダーが加わるだけでグリーンタイヤの昇温は遅れ、グリーンタイヤを加硫成形する必要時間はグリーンタイヤの成形に要する本来の時間より長くなる。このため、加硫装置及び同一形状の金型を多く持つ必要があるので、設備投資が嵩むと共にエネルギー費用が多くなって製造原価を押し上げている。
そこで、加硫時間を短縮して製造原価を引き下げるために、金型及び内圧の温度を高くすること、若しくはブラダーの肉厚を薄くすることにより、グリーンタイヤの肉厚最大部の中心部を所定温度に速く昇温する方法、或いはタイヤ構成部材のゴム組成物の加硫促進剤を調整して加硫反応が速かに進むようにして短時間で架橋反応を完結させる方法等が試みられている。
【０００５】
しかし、上記金型及び内部の温度を高くして加硫成形時間を短縮する方法はタイヤの表面部が過剰に加熱されて過加硫になり、物性低下を招いてタイヤの品質が低下するので好ましくない。またブラダー肉厚を薄くして加硫成形時間を短縮する方法はブラダーの耐久期間を縮め、１本のブラダーが破損するまでに加硫できるタイヤ本数、所謂ブラダーライフが短くなって逆に製造原価を高くするので好ましくない。更に、加硫促進剤を調整してゴム組成物の加硫反応を速く進めて短時間で弾性体に変化させる方法では、部材の加工工程で加硫反応が開始する現象、所謂スコーチが発生し易くなる。その結果、グリーンタイヤへ組込むことが出来ない部材が多くなり部材の不良発生率が高くなる虞がある。これを防止するためには保管中の部材温度を低温にする等の特別な管理が必要となるため、却って製造原価が高くなって好ましくない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、タイヤの品質を低下させることなくグリーンタイヤ（未加硫タイヤ又は生タイヤ）の加硫成形時間の短縮を可能にするタイヤ加硫用ブラダーを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
充填剤としてカーボンブラックを高充填量配合すると、そのゴムの熱伝導性を高めるが、このような高充填はゴムの混練性、カーボンブラックの分散性を悪くすることがある。そこで、本発明者等は、カーボンブラックの一部又は全部を、炭素繊維に換えて使用すると、充填剤をそれほど多量に配合しなくても熱伝導性が高くなることに着目し、かかる充填剤を配合したゴム組成物をタイヤ加硫用ブラダーに使用することにより、グリーンタイヤ（未加硫タイヤ又は生タイヤ）の加硫ゴム物性を低下させることなく、またブラダー自身の寿命を短くすることなく、グリーンタイヤの加硫成形時間を短縮できることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００８】
即ち、本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーは、以下の構成或いは手段からなることを特徴とし、上記課題を解決するものである。
（１）タイヤ加硫成形時に用いられ、少なくとも成形時のタイヤ内面に当接する当接部がゴム組成物からなるタイヤ加硫用ブラダーにおいて、上記ゴム組成物がゴム成分とカーボン系充填剤を配合されてなり、該カーボン系充填剤の1乃至１００質量％が炭素繊維であり、上記カーボン系充填剤の総量がゴム成分１００質量部に対して２乃至６０質量部の範囲であることを特徴とするタイヤ加硫用ブラダー。
【０００９】
（２）上記当接部の肉厚が５乃至１５ｍｍの範囲にあることを特徴とする上記（１）記載のタイヤ加硫用ブラダー。
【００１０】
（３）上記炭素繊維は、繊維径が0.005〜10μmであり繊維長が0.1μm〜5mmでありアスペクト比が5以上の気相法炭素繊維であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のタイヤ加硫用ブラダー。
（４）上記炭素繊維は、そのチューブ外径が0.005〜5μmであり、長さが0.1〜100μmでありアスペクト比が5以上の中空繊維であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のタイヤ加硫用ブラダー。
【００１１】
（５）上記ゴム組成物のゴム成分は、ブチルゴム及び／又はイソブチレン−ｐ−メチルスチレン共重合体をハロゲン化したものを含むことを特徴とする上記（１）乃至（４）記載のタイヤ加硫用ブラダー。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーの好ましい実施の形態を詳述する。タイヤ加硫用ブラダーはグリーンタイヤ（未加硫ゴムタイヤ又は生タイヤ）の加硫成形時に用いられ、少なくとも成形時のタイヤ内面に当接する当接部がゴム組成物で形成されている。
空気入りタイヤの製造工程において、種々のタイヤ構成部材が組み込まれたグリーンタイヤは金型に入れられ、更にグリーンタイヤの内腔にブラダーと称される円筒状又は馬蹄形筒状のゴム製袋状のものが挿入され、次いでこのプラダーの内側にスチーム、加圧温水などの内圧流体が導入されてグリーンタイヤは金型に強く押し付けられると同時に内側から加熱され、一方同時にスチームなどで金型を加熱することによって外側からの加熱が行われて加硫成形され、タイヤが得られる。
【００１３】
本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーにおいて、上記ゴム組成物は１乃至１００質量％の炭素繊維を含むカーボン系充填剤を配合してなる。特に、炭素繊維の量が２乃至６０質量％であることが望ましい。炭素繊維の製造方法は特に制限されない。例えば、昭和電工（株）製のＶＧＥＦなどを挙げることができる。また、その他のカーボン系充填剤としてはカーボンブラックを好適に用いることができる。
【００１４】
上記炭素繊維の量が１質量％未満では、上記ゴム組成物の熱伝導性が十分に改善されない。このため、ブラダーによって加硫時間を短縮することが十分にできない。
【００１５】
本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーにおける上記ゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に対して、上記カーボン系充填剤を２乃至６０質量部の範囲で配合する。
【００１６】
上記カーボン系充填剤が６０質量部を超えると、上記ゴム組成物の熱伝導性は高めることができるが、ゴム組成物の混練性が悪くなり上記充填剤の分散性も悪くなるため、ブラダー自身の耐久性が落ちて使用ライフが短くなる虞がある。一方、上記カーボン系充填剤の配合総量が２質量部未満では、上記ゴム組成物の熱伝導性は十分に高めることができない場合がある。
【００１７】
上記カーボン系充填剤を用いると、タイヤ内面と当接するブラダーを通常設計の肉厚にしたとしても、上記ブラダーの当接部のゴム組成物における熱伝導率が高いため、グリーンタイヤの肉厚中心部に速やかに熱を伝達させることができる。このため、グリーンタイヤの加硫反応を特に速く進めなくても、また金型及びブラダーの加熱温度を高く設定しなくても、グリーンタイヤの加硫時間を短縮することができる。
従って、本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーは、スコーチ等が発生し易いグリーンタイヤを使用する必要はなく、また成形時においてタイヤの品質低下を招くこともない。またタイヤ加硫用ブラダーの使用ライフ期間も十分に確保できる。
【００１８】
上記炭素繊維は、中実繊維であっても中空繊維であってもよい。上記炭素繊維が中実繊維である場合は繊維径が0.005〜10μmであり繊維長が0.1μm〜5mmでありアスペクト比が5以上の気相法炭素繊維であることが望ましい。
上記炭素繊維における繊維径及び繊維長が所定範囲の長さにあり、アスペクト比が上記範囲以上にある気相法による炭素繊維を上記ゴム組成物に充填すれば、上記ゴム組成物の熱伝導性が十分に高められ、配合効果が十分に現れる。
【００１９】
上記炭素繊維の繊維径が0.005μm未満であると、その繊維は細過ぎて混練、その他の工程において繊維が破断して、配合効果を発揮しないことがある。また繊維径が10μmを超えると、繊維長によっては十分なアスペクト比が得られない。また、粒径も大きいため組成物中の分散性を低下させる虞がある。
上記繊維長が0.1μm未満ではその製造が困難であり、また十分なアスペクト比が得られず、配合効果も十分に現れない場合がある。上記繊維長が5mmを超えると、上記ゴム組成物への分散性が悪くなる。
また、上記中実繊維のアスペクト比が5未満であれば、配合効果が十分に現れない場合がある。
【００２０】
また上記炭素繊維が中空繊維である場合は、外径が0.005〜5μmであり長さが0.1〜100μmでありアスペクト比が5以上の中空繊維であることが望ましい。
上記中空繊維の外径及び長さが上記の所定範囲の長さにあり、アスペクト比が上記範囲以上にあるものを上記ゴム組成物に使用すれば、上記ゴム組成物の熱伝導性を十分に高めることができ、配合効果が十分に現れる。
【００２１】
上記中空繊維の外径が0.005μm未満であれば、そのチューブは細過ぎて成形コストがかかり、また、その他の混練工程等においてチューブが破断して、配合効果が十分に現れない場合がある。また外径が10μmを超えると、長さによっては十分なアスペクト比が得られない虞がある。
上記中空繊維の長さが0.1μm未満では、アスペクト比が十分に得られず、配合効果が十分に現れない場合があり、上記中空繊維の長さが100μmを超えると、その製造が徐々に難しくなる。
また、上記中空繊維のアスペクト比が5未満であれば、配合効果が十分に現れない虞がある。上記炭素繊維は気相法で製造されることが好ましい。
【００２２】
上記ゴム組成物のゴム成分は、合成ゴム、或いは天然ゴムに限定する必要はないが、本発明においては、ブチルゴム及び／又はイソブチレン−ｐ−メチルスチレン共重合体をハロゲン化したものであることが望ましい。
上記ブチルゴム、イソブチレン−ｐ−メチルスチレン共重合体等の合成ゴムにハロゲンを導入することにより、耐熱性、耐候性、及び加硫特性を向上させることができることから、タイヤ加硫用ブラダーにおいて好適なゴム組成物が得られる。
【００２３】
本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーにおける少なくともタイヤ内面との上記当接部の肉厚は５乃至１５ｍｍの範囲にあることが好ましい。
上記当接部の肉厚が上記範囲にあれば、グリーンタイヤの加硫時間を好適な範囲に抑えることができる一方、タイヤ加硫用ブラダーの使用ライフを十分なものとすることができる。
上記タイヤ加硫用ブラダーの当接部の肉厚が薄くなると、耐久性が低下し直ぐにブラダーが破断する虞があり、一方、肉厚が厚くなるとグリーンタイヤの加硫時間を好適な範囲に抑えることが徐々に難しくなる。
【００２４】
本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーは、空気入りタイヤの製造工程、例えば、乗用車用タイヤに限らず、トラック、バス用タイヤ、更には建設車両用タイヤ等のグリーンタイヤ（生タイヤ）に使用することができ、タイヤ部材自体の加硫ゴム物性を低下させないで、タイヤ加硫時間を短縮することができる。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例ならびに比較例によって本発明を説明する。なお、本実施例に使用する炭素繊維として、昭和電工（株）製の気相法炭素繊維の特性を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
次に、表２に示す配合に従って３種類のゴム組成物を試作し、それぞれのゴム組成物から熱拡散係数の測定を行い、その結果を表２に示した。熱拡散係数比率はコントロールを100にして表したものであり、数字が大きいほうが良好である。
尚、その他のプラダーの一般配合は、ＢＲＲ−ＣＰ５０（１００質量部）、カーボンブラック：ＩＳＡＦ（適量）、キャスターオイル（５質量部）、パラフィンワックス（３質量部）ステアリン酸（１質量部）、酸化亜鉛（１．５質量部）、硫黄（０．７５質量部）、ＳＰ１０４５ＲＥＳＩＮ（５質量部）、加硫促進剤：ＤＨＴ４Ａ２（０．８質量部）、及び加硫促進剤：ＭＢＴＳ（１．４質量部）である。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２に示すようにゴム組成物の熱拡散係数比率が大きくなり、これにより、生タイヤの加硫成形時間が短くなることがわかる。また、ブチルゴムを主成分とし、カーボン系充填剤の１乃至１００質量部を炭素繊維及び／またはカーボンナノチューブとして、熱伝導率を高めたゴム組成物で形成したタイヤ加硫用ブラダーは、加硫成形の際グリーンタイヤの昇温を速くすることができ、加硫成形に要する時間を短縮することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係るタイヤ加硫用ブラダーによれば、上記ゴム組成物がゴム成分とカーボン系充填剤を配合されてなり、該カーボン系充填剤の1乃至１００質量％が炭素繊維であるので、タイヤの品質を低下させることなくグリーンタイヤの加硫成形時間の短縮を可能にすることができる。

Claims

タイヤ加硫成形時に用いられ、少なくとも成形時のタイヤ内面に当接する当接部がゴム組成物からなるタイヤ加硫用ブラダーにおいて、上記ゴム組成物がゴム成分とカーボン系充填剤を配合されてなり、該カーボン系充填剤の１乃至１００質量％が炭素繊維であり、上記カーボン系充填剤の総量がゴム成分１００質量部に対して２乃至６０質量部の範囲であることを特徴とするタイヤ加硫用ブラダー。
上記当接部の肉厚が５乃至１５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ加硫用ブラダー。
上記炭素繊維は、繊維径が０．００５〜１０μｍであり繊維長が０．１μｍ〜５ｍｍでありアスペクト比が５以上の気相法炭素繊維であることを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤ加硫用ブラダー。
上記炭素繊維は、そのチューブ外径が０．００５〜５μｍであり、長さが０．１〜１００μｍでありアスペクト比が５以上の中空繊維であることを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤ加硫用ブラダー。
上記ゴム組成物のゴム成分は、ブチルゴム及び／又はイソブチレン−ｐ−メチルスチレン共重合体をハロゲン化したものを含むことを特徴とする請求項１乃至４記載のタイヤ加硫用ブラダー。