JP4516298B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明はタイヤトレッド用ゴム組成物に関し、詳しく氷雪路面上の走行に適した乗用車・トラック・バスなどの車両のタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

従来、乗用車用スタッドレスタイヤの氷上摩擦性能を向上させることを目的として、低温でのゴム硬度を下げることや、発泡ゴムを用いて氷上にできる水膜を除去することが提案されてきた。さらに近年では、無機粒子や短繊維を一定量配合し、氷を引っ掻いて氷上摩擦性能をあげる試みがなされてきた（特許文献１参照）。これらの方法により、氷上摩擦性能がある程度は改善されるが、その改善効果は充分ではなかった。

特開２００２−３０１８３号公報

本発明は、氷上摩擦性能が大幅に改善されたゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分１００重量部に対してフッ素雲母３〜２０重量部を含有するゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物は、シリカおよびシランカップリング剤を含有することが好ましい。

前記ゴム組成物は、さらにガラス繊維を含むことが好ましい。

本発明によれば、ゴム成分にフッ素雲母を配合することにより、耐摩耗性を大きく犠牲にすることなく、氷上摩擦性能を大きく改善することができる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分にフッ素雲母を配合してなる。

前記ゴム成分としては、たとえば、天然ゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）などのジエン系ゴムが用いられる。これらのゴム成分は、単独で用いても、２種以上組み合わせて用いてもよい。

フッ素雲母とは、雲母の中でも特に、層間にフッ素を取りこんだもののことをいい、フッ素雲母を配合することにより、耐摩耗性があまり低下せず、氷上摩擦性能を大きく向上する効果が得られる。本発明のゴム組成物に含有するフッ素雲母は、特にフッ素を７．５〜１０．５重量％含むものが好ましい。製法上、フッ素含有率が７．５〜１０．５重量％のとき、もっともフッ素雲母の収率がよく、また、フッ素含有率が７．５重量％未満では、電気絶縁性が小さくなる傾向があり、不適である。

前記フッ素雲母は１３００℃以上の高温で製造するため、連続生産ができない、あるいは、製造後、粉砕しないと微粒子にならないなど非経済的であるという理由から、熔融法で合成されたものより、特に固相法で合成されたものを用いることが好ましい。固相法でも特に、ケイフッ化アルカリとタルクとの混合粉末を７００〜９００℃に加熱して製造する方法が安価でできることから経済的で好ましい。また、カリウムを含むという理由から、非膨潤性のものが特に好ましい。

前記フッ素雲母の平均粒子径は、１〜５０μｍであることが好ましく、１〜３０μｍであることがより好ましく、２〜２５μｍであることがさらに好ましい。平均粒子径が１μｍ未満では、引っ掻き効果が充分に得られず、５０μｍをこえると、フッ素雲母が簡単に脱落してしまい、引っ掻き効果を発揮しない傾向がある。

前記フッ素雲母の配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して３〜２０重量部であり、好ましくは３〜１５重量部、より好ましくは３〜１２重量部である。フッ素雲母の配合量が３重量部未満では、充分な氷上摩擦性能が得られない。また、２０重量部をこえると、耐摩耗性が低下する。

前記フッ素雲母のアスペクト比は、１０〜１００であることが好ましく、２０〜５０であることがより好ましい。アスペクト比が１０未満では、充分な氷上摩擦性能が得られない傾向がある。また、１００をこえると、フッ素雲母が割れたり、ゴムから脱落しやすくなる傾向がある。

本発明のゴム組成物には、シリカおよびシランカップリング剤を配合することができる。

前記シリカとしては、湿式法または乾式法により製造されたシリカがあげられるが、とくに制限はない。

前記シリカのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は１００〜３００ｍ²／ｇであることが好ましく、１３０〜２８０ｍ²／ｇであることがより好ましい。シリカのＮ₂ＳＡが１００ｍ²／ｇ未満では、補強効果が小さい傾向がある。また、３００ｍ²／ｇをこえると、分散性が低下し、ゴム組成物の発熱性が増大する傾向がある。

前記シリカの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、５〜５０重量部であることが好ましく、１０〜４０重量部であることがより好ましく、１０〜３５重量部であることがさらに好ましい。配合量が５重量部未満では、シリカの特徴であるゴムの柔軟性を引き出すというシリカの特徴が充分でない傾向がある。また、５０重量部をこえると、ゴムがかえって硬くなってしまう傾向がある。

前記シランカップリング剤としては、たとえば、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ポリスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）ポリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ポリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）ポリスルフィド、ビス（４−トリメトキシシリルブチル）ポリスルフィドなどがあげられる。これらのシランカップリング剤の中では、カップリング剤添加効果とコストの両立からビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドなどが好適に用いられる。これらのシランカップリング剤は１種または２種以上組み合わせて用いてもよい。

シランカップリング剤の配合量は、前記シリカの配合量の２〜１５重量％であることが好ましく、４〜１０重量％であることがより好ましく、５〜８重量％であることがさらに好ましい。配合量が２重量％未満では、シランカップリング剤の配合効果が充分でない傾向がある。また、１５重量％をこえると、コストがかかる割にカップリング効果が得られず、補強性、耐摩耗性が低下する傾向がある。

さらに、本発明のゴム組成物には、ガラス繊維を配合することができる。

前記ガラス繊維の繊維径は、１〜１００μｍであることが好ましく、３〜７０μｍであることがより好ましく、３〜５０μｍであることがさらに好ましい。ガラス繊維の平均繊維径が１μｍ未満では、充分な引っ掻き効果が得られず、また、１００μｍをこえると、ゴム中への分散性が低下する傾向がある。

前記ガラス繊維の繊維長は、０．１〜５ｍｍであることが好ましく、０．１〜３ｍｍであることがより好ましい。ガラス繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満では、走行にともなって、ガラス繊維がトレッドから脱落しやすくなる傾向がある。また、５ｍｍをこえると、ゴム中への分散性が低下する傾向がある。

前記ガラス繊維の配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して１〜２０重量部、さらには２〜１２重量部であることが好ましい。ガラス繊維の配合量が１重量部未満では、引っ掻き効果が充分に得られない傾向があり、２０重量部をこえると、耐摩耗性が極端に低下する傾向がある。

さらに、本発明のゴム組成物には、前記ゴム成分、フッ素雲母、シリカ、シランカップリング剤、ガラス繊維のほかにも、必要に応じて、カーボンブラック、ミネラルオイルなどの軟化剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤などの通常のゴム工業で使用される添加剤を適宜配合することができる。

カーボンブラックを配合する場合、カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は５０〜１８０ｍ²／ｇであることが好ましく、１３０〜１６０ｍ²／ｇであることがより好ましく、１４０〜１５０ｍ²／ｇであることがさらに好ましい。カーボンブラックのＮ₂ＳＡが５０ｍ²／ｇ未満では、良好な耐摩耗性が得られない傾向がある。また、１８０ｍ²／ｇをこえると、加工性が低下する傾向がある。

前記カーボンブラックの配合量は、前記ゴム成分１００重量部に対して、１０〜７０重量部であることが好ましく、２０〜７０重量部であることがより好ましい。２０重量部未満では、良好な補強性が得られない傾向がある。また、７０重量部をこえると、硬度が高くなり、良好な氷上性能が得られない傾向がある。

加硫促進剤を配合する場合、シリカを配合したときにおける加硫速度が遅くなる傾向を是正するために、加硫促進剤ＤＰＧを配合することが好ましい。

本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分、フッ素雲母、必要に応じて、シリカ、シランカップリング剤、ガラス繊維およびその他の薬品を、混練りすることによって得られ、とくにスタッドレスタイヤのトレッドに用いて優れた氷上摩擦性能を有する。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに制限されるものではない。

以下に、実施例および比較例で用いた材料をまとめて記す。
天然ゴム：テックビーハング社製のＲＳＳ♯３
ＢＲ：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ
フッ素雲母Ａ：コープケミカル（株）製マイクロマイカＭＫ−１００（平均粒子径３〜５μｍ、アスペクト比２０〜４０、固相法により作製、非膨潤性、ＳｉＯ₂：５５．９、ＭｇＯ：２６．４、Ｆ：８．７、Ｋ₂Ｏ：８．４、Ｆｅ₂Ｏ₃：０．１、Ａｌ₂Ｏ₃：０．１、ＣａＯ：０．４）
フッ素雲母Ｂ：コープケミカル（株）製マイクロマイカＭＫ−３００（平均粒子径１０〜２０μｍ、アスペクト比２０〜４０、固相法により作製、非膨潤性、ＳｉＯ₂：５２．４，ＭｇＯ：２８．５、Ｆ：７．９、Ｋ₂Ｏ：７．６、Ｆｅ₂Ｏ₃：０．４、Ａｌ₂Ｏ₃：０．４、ＣａＯ：０．１）
ガラス繊維：日本硝子繊維（株）製のマイクログラス・チョップドストランド（繊維径１０μｍ、繊維長０．３ｍｍ）
カーボンブラックＩＳＡＦ：三菱化学（株）製のダイヤブラックＩ（Ｎ₂ＳＡ １４２ｍ²／ｇ）
シリカ：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３（Ｎ₂ＳＡ ２１０ｍ²／ｇ）
ミネラルオイル：出光興産（株）製のパラフィン系プロセスオイルＰＳ−３２
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
酸化亜鉛：住友金属化学工業（株）製の亜鉛華１号
ステアリン酸：日本油脂（株）製のつばき
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ２６６（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
硫黄：軽井沢硫黄（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
加硫促進剤ＤＰＧ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ

実施例１〜６および比較例１〜２
表１に示す配合にしたがい、加硫剤・加硫促進剤以外の材料を、バンバリーミキサーを用いて混練りし、そののちロールを用い、加硫剤・加硫促進剤を加えて混練りした。得られた混練り物を１７０℃で１５分間加硫し、下記の試験に用いた。結果を表１に示す。

（ランボーン摩耗試験）
ランボーン摩耗試験機を用いて、荷重１．５ｋｇｆ、スリップ率４０％の条件で３分間摩耗させて摩耗重量を測定した。この摩耗重量を比重より摩耗体積（以下摩耗量）に変換した。比較例１の摩耗量の値を１００とし、指数で表示した。指数が大きいほど摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れる。

（氷上摩擦試験）
（株）上島製作所製の高速氷上摩擦試験機ＦＲ−６０１０を用いて、−５℃の氷温上で荷重１０ｋｇｆをかけて、時速２０ｋｍ／時間から制動をかけてスリップ率と摩擦係数μのデータを取り、最大摩擦係数（ｐｅｅｋ μ）を測定した。

表１に示すように、フッ素雲母を配合することにより、耐摩耗性を大きく犠牲にすることなく、氷上摩擦性能を大きく改善できることがわかった（実施例１〜５）。また、フッ素雲母の配合量は３重量部以上とすることで氷上摩擦性能が改善でき、配合量が多いほど改善効果が大きくなった（実施例１、３〜５）。ただし、配合量の増加とともに耐摩耗性が低下し、２０重量部をこえると耐摩耗性が著しく低下することがわかった（比較例２）。このことより、フッ素雲母を３〜２０重量部配合することにより耐摩耗性を大きく犠牲せずに氷上摩擦性能を大きく改善できることがわかった。

さらにガラス繊維を配合することにより、氷上摩擦性能がさらによくなることもわかった（実施例６）。

Claims (2)

1. ゴム成分１００重量部に対して、
   フッ素含有率が、７．５〜１０．５重量％であるフッ素雲母を３〜２０重量部、
   シリカを５〜５０重量部、
   シランカップリング剤を前記シリカの配合量の２〜１５重量％、
   ガラス繊維を１〜２０重量部、および
   チッ素吸着比表面積が１３０〜１６０ｍ²／ｇであるカーボンブラックを２０〜７０重量部含有するゴム組成物。
2. 前記フッ素雲母のアスペクト比が、１０〜１００である請求項１記載のゴム組成物。