JP4722873B2 - ゴム組成物およびそれを用いたランフラットタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いたランフラットタイヤに関する。

近年、タイヤのパンク時においても安全走行を可能とするランフラットタイヤが開発されている。これらは、サイドウォール部に高弾性率の分厚い補強ゴム層を配置することによって、タイヤがパンクした時、タイヤの剛性を維持し、繰り返し屈曲変形を受けた場合においてもゴム破損を軽減し、ある程度の距離を走行可能にするものである。これにより、スペアタイヤを常備する必要性がなくなり、車輌全体における重量の軽量化を図ることで、低燃費性を向上させることができる。しかしながら、ランフラットタイヤのパンク時におけるランフラット走行には、速度および距離の面で制限があり、その耐久性を改善させる必要がある。

特許文献１には、ジエン系ゴム、所定のカーボンブラック、所定の薄板状天然鉱石ならびに硫黄または硫黄化合物を所定量含有することにより、低発熱性および高強度を両立し、ランフラット耐久性を改善し得るゴム組成物およびそれをサイドウォール部補強層に用いたランフラットタイヤが開示されている。しかしながら、薄板状天然鉱石は比重が高いため、これをゴムに配合すると、容積あたりの重量が重くなってしまうため、低燃費性が低下し、さらに、ランフラット耐久性、低発熱性および破壊強度においても、いまだ改善の余地がある。

特開２００５−２６４１５０号公報

本発明は、破壊強度、低発熱性、ランフラット耐久性および低燃費性をすべて向上させることができるゴム組成物およびそれを用いたランフラットタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して、平均アスペクト比が３〜８０であり、平均粒子径が２〜８０μｍである薄片状グラファイトを５〜１２０重量部含有するゴム組成物に関する。

前記ジエン系ゴム成分中に、ブタジエンゴムを２０〜８０重量％含有することが好ましい。

前記ブタジエンゴムは、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン結晶を含有するブタジエンゴムであることが好ましい。

前記ゴム組成物は、破断強度が１０ＭＰａ以上であり、損失弾性率Ｅ”および複素弾性率Ｅ^*が式（１）：
Ｅ”／（Ｅ^*）²≦７．０×１０^-9Ｐａ^-1
を満たすことが好ましい。

前記ゴム組成物は、サイドウォール部補強ゴム層に使用されることが好ましい。

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いたサイドウォール部補強ゴム層を有するランフラットタイヤに関する。

本発明は、ジエン系ゴム成分および所定の薄片状グラファイトを所定量含有することにより、破壊強度、低発熱性、ランフラット耐久性および低燃費性をすべて向上させることができるゴム組成物およびそれを用いたランフラットタイヤを提供することができる。

本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム成分および薄片状グラファイトを含有する。

ジエン系ゴム成分としては、たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、スチレンイソプレンゴム、イソプレンブタジエンゴムなどがあげられ、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、低発熱性に優れるという理由から、ＮＲ、ＢＲが好ましい。

ＮＲとしては、ＲＳＳ♯３グレードなどのゴム工業において一般的なものを使用することができる。

ジエン系ゴム成分中のＮＲの含有率は、充分なゴム強度が得られる点から、２０重量％以上が好ましく、４０重量％以上がより好ましい。また、ＮＲの含有率は、低発熱性に優れる点から、８０重量％以下が好ましく、７０重量％以下がより好ましい。

ＢＲとしては、高硬度のゴムが得られるという理由から、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン結晶を含有するＢＲ（ＳＰＢ含有ＢＲ）が好ましい。

ＳＰＢ含有ＢＲとしては、とくに制限されるわけではないが、宇部興産（株）製のＶＣＲ４１２やＶＣＲ６１７などを使用することができる。

ジエン系ゴム成分中のＢＲの含有率は、低発熱性に優れる点から、２０重量％以上が好ましく、３０重量％以上がより好ましい。また、ＢＲの含有率は、充分なゴム強度が得られる点から、８０重量％以下が好ましく、６０重量％以下がより好ましい。

薄片状グラファイトにおける薄片状とは、フレーク状、円盤状などの形状を含む概念のことであり、具体的には、以下の平均アスペクト比および平均粒子径を満たすものをいう。また、本発明では、グラファイトとは、六角板状の結晶構造を有する層状の黒鉛であり、カーボンブラックなどは含まない。

薄片状グラファイトの平均アスペクト比（厚さに対する長径の比）は３以上、好ましくは５以上、より好ましくは１０以上である。薄片状グラファイトの平均アスペクト比が３未満では、充分なゴム硬度を得ることができない。また、薄片状グラファイトの平均アスペクト比は８０以下、好ましくは３０以下である。薄片状グラファイトの平均アスペクト比が８０をこえると、薄片状グラファイトがゴムへ分散し難くなり、破壊強度が低下する。なお、平均アスペクト比は、とくに限定されるわけではないが、たとえば、薄片状グラファイトを電子顕微鏡で観察し、任意の５０個について長径および厚さを測定し、平均長径（ａ）および平均厚さ（ｂ）からａ／ｂとして求められる。

薄片状グラファイトの平均粒子径は２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。薄片状グラファイトの平均粒子径が２μｍ未満では、充分なゴム硬度を得ることができない。また、薄片状グラファイトの平均粒子径は８０μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。平均粒子径が８０μｍをこえると、薄片状グラファイトが破壊の起点となり、耐屈曲疲労性が低下する。なお、薄片状グラファイトの平均粒子径とは、前記平均長径（ａ）のことをいう。

薄片状グラファイトの含有量は、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して５重量部以上、好ましくは１０重量部以上、より好ましくは１５重量部以上である。薄片状グラファイトの含有量が５重量部未満では、本発明のゴム組成物をランフラットタイヤに用いた場合においてランフラット走行時の耐久性が劣る。また、薄片状グラファイトの含有量は１２０重量部以下、好ましくは８０重量部以下、より好ましくは６０重量部以下である。薄片状グラファイトの含有量が１２０重量部をこえると、薄片状グラファイトがゴムへ分散し難く、さらに発熱しやすくなる。

本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム成分および所定の薄片状グラファイトを所定量含有することにより、ランフラットタイヤの軽量化を図り、強度およびランフラット耐久性を向上させることができる。

本発明のゴム組成物には、さらに、カーボンブラックを含有することが好ましい。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、充分な補強性および耐久性が得られる点から、３０ｍ²／ｇ以上が好ましく、３５ｍ²／ｇ以上がより好ましい。また、カーボンブラックのＮ₂ＳＡは、低発熱性に優れる点から、１００ｍ²／ｇ以下が好ましく、８０ｍ²／ｇ以下がより好ましく、６０ｍ²／ｇ以下がさらに好ましい。

カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）は、充分な補強性が得られる点から、５０ｍｌ／１００ｇ以上が好ましく、８０ｍｌ／１００ｇ以上がより好ましい。また、カーボンブラックのＤＢＰは、破断時伸びなどの耐疲労特性に優れる点から、３００ｍｌ／１００ｇ以下が好ましく、２００ｍｌ／１００ｇ以下がより好ましい。

カーボンブラックの含有量は、充分なゴム強度を得られる点から、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して１０重量部以上が好ましく、２０重量部以上がより好ましく、３０重量部以上がさらに好ましい。また、カーボンブラックの含有量は、混練り時の粘度を適正に保ち、加工性に優れる点から、１００重量部以下が好ましく、７０重量部以下がより好ましく、６０重量部以下がさらに好ましい。

また、本発明のゴム組成物には、さらに、硫黄または硫黄化合物を含有することが好ましい。

硫黄または硫黄化合物としては、硫黄の表面析出を抑えるという理由から不溶性硫黄が好ましい。

不溶性硫黄の平均分子量は、低温でも分解が起こりにくく、表面析出しにくい点から、１００００以上が好ましく、１０００００以上がより好ましい。また、不溶性硫黄の平均分子量は、ゴム中における分散性に優れる点から、５０００００以下が好ましく、３０００００以下がより好ましい。

硫黄または硫黄化合物の含有量は、充分な硬度が得られ、たわみにくく、破壊しにくい点から、ジエン系ゴム成分１００重量部に対して３重量部以上が好ましく、４重量部以上がより好ましい。また、硫黄または硫黄化合物の含有量は、ブルーミングしにくく、充分な加工性が得られる点から、２０重量部以下が好ましく、１５重量部以下がより好ましい。

また、本発明のゴム組成物には、さらに、加硫促進剤を含有することが好ましい。

加硫促進剤としては、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＴＢＢＳ）、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（ＤＺ）、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアゾリルジスルフィド（ＭＢＴＳ）、ジフェニルグアニジン（ＤＰＧ）などがあげられるが、遅延系加硫促進剤として製造過程において焼けが起こりにくく、加硫特性に優れ、加硫後のゴムの物性においても外力による変形に対して低発熱性に優れ、ランフラットタイヤの耐久性向上に対する効果も大きいという理由から、ＴＢＢＳ、ＣＢＳ、ＤＺなどのスルフェンアミド系加硫促進剤が好ましい。

本発明のゴム組成物には、前記ジエン系ゴム成分、薄片状グラファイト、カーボンブラック、硫黄または硫黄化合物ならびに加硫促進剤以外にも、従来ゴム工業で使用される配合剤、たとえば、ステアリン酸、酸化亜鉛、各種老化防止剤、ワックス、オイルなどを、必要に応じて適宜配合することができる。

本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記ゴム成分、紙繊維、充填剤、必要に応じてその他の配合剤を混練りし、その後加硫することにより、本発明のゴム組成物を製造することができる。

本発明の加硫後のゴム組成物において、破断強度（ＴＢ）は、ランフラット走行時の車輌の荷重により破壊されにくく、充分なランフラット性能が得られる点から、１０ＭＰａ以上が好ましく、１２ＭＰａ以上がより好ましく、１４ＭＰａ以上がさらに好ましい。なお、ＴＢの上限値はとくに設定しないが、通常３０ＭＰａ以下が好ましい。

また、本発明の加硫後のゴム組成物において７０℃における損失弾性率（Ｅ”）および複素弾性率（Ｅ＊）は、式（１）：
Ｅ”／（Ｅ^*）²≦７．０×１０^-9Ｐａ^-1
を満たすことが好ましい。

Ｅ”／（Ｅ^*）²は、ランフラット走行時に発熱しにくく、ゴムの熱劣化を抑制でき、破壊しにくい点から、７．０×１０^-9Ｐａ^-1以下が好ましく、６．０×１０^-9Ｐａ^-1以下がより好ましい。なお、Ｅ”／（Ｅ^*）²の下限値はとくに設定しないが、通常１．０×１０^-9Ｐａ^-1以上が好ましい。

本発明のゴム組成物は、ランフラットタイヤのサイドウォール部補強ゴム層として用いられることが好ましい。ここでサイドウォール部補強ゴム層とはランフラットタイヤのサイドウォール部とカーカス部の間に配置されたライニングストリップ層のことをいい、ランフラットタイヤにおいてサイドウォール部補強用ゴムが存在することで、空気圧が失われた状態でも車輌を支えることができ、優れたランフラット耐久性を付与することができる。

本発明のランフラットタイヤは、本発明のゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、必要に応じて前記配合剤を配合した本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤのサイドウォール部補強ゴム層の形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりランフラットタイヤを得る。

実施例にもとづいて、本発明を具体的に説明するが本発明はこれらのみに限定されるものではない。

つぎに、実施例および比較例で用いた各種薬品について、まとめて説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＶＣＲ４１２（ＳＰＢの平均粒子径：２５０ｎｍ、ＳＰＢの含有率：１２重量％）
カーボンブラック（ＦＥＦ）：三菱化学（株）製のダイヤブラックＥ（Ｎ₂ＳＡ：４１ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量：１１５ｍｌ／１００ｇ）
薄片状グラファイト：（株）中越黒鉛工業所製のＢＦ−１８Ａ（アスペクト比：４０、平均粒子径：１８μｍ）
セリサイト：日本フォラム（株）製のＫＭ−８（アスペクト比：１５、平均粒子径：１７μｍ）
ステアリン酸：日本油脂（株）製の椿
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン６Ｃ（Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ−７５（ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド）
不溶性硫黄：四国化成工業（株）製のミュークロンＯＴ
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）

実施例１〜２および比較例１〜２
表１に示す配合処方にしたがい、（株）神戸製鋼所製のバンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を１５０℃で４分間混練りし、混練り物を得た。次に、オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、８０℃の条件下で３分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物をタイヤのサイドウォール部補強ゴム層の形状に成形し、他のタイヤ部材と貼り合わせて加硫することにより、実施例１〜２および比較例１〜２のランフラットタイヤ（タイヤサイズ：２１５／４５ＺＲ１７）を作製した。

（引張り試験）
ランフラットタイヤのライニングストリップ層から厚さ２ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―引張特性の求め方」に準じ、３号ダンベルを用いて引張り試験を実施し、各配合の破断強度（ＴＢ）をそれぞれ測定した。ＴＢが大きい程、強度が優れることを示す。

（粘弾性試験）
前記試験片を用いて、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて周波数１０Ｈｚ、初期歪１０％、動歪１％の条件下で、７０℃における粘弾性（複素弾性率Ｅ^*および損失弾性率Ｅ”）を測定し、Ｅ”／（Ｅ＊）²を算出した。Ｅ”／（Ｅ＊）²の値が小さいほど低発熱性に優れることを示す。

（タイヤ重量）
各配合のランフラットタイヤの重量を測定し、比較例１のタイヤの重量（１２．６０ｋｇ）を基準として、式（２）：
（タイヤ重量差）＝（各配合のタイヤの重量）−（比較例１のタイヤの重量）
により、各配合のタイヤとの重量差（ｇ）を算出した。なお、タイヤ重量差が小さいほど低燃費性に優れることを示す。

（ランフラット性能）
前記ランフラットタイヤを気内圧０ｋＰａにてドラム上を８０ｋｍ／時の速度で走行させ、タイヤが破壊されるまでの走行距離を測定した。さらに式（３）：
（ランフラット性能指数）＝（各配合の走行距離）÷（比較例１の走行距離）×１００
により、比較例１を１００として指数表示（ランフラット性能指数）した。ランフラット性能指数が大きいほどランフラット耐久性に優れることを示す。

上記試験の評価結果を表１に示す。

Claims (4)

1. シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン結晶を含有するブタジエンゴムを２０〜８０重量％含有するジエン系ゴム成分１００重量部に対して、
   平均アスペクト比が３〜８０であり、平均粒子径が２〜８０μｍである薄片状グラファイトを５〜１２０重量部含有するゴム組成物を用いたサイドウォール部補強ゴム層。
2. 前記薄片状グラファイトの平均アスペクト比が４０〜８０である請求項１記載のサイドウォール部補強ゴム層。
3. 加硫後の前記ゴム組成物の破断強度が１０ＭＰａ以上であり、
   損失弾性率Ｅ”および複素弾性率Ｅ^*が式（１）：
   Ｅ”／（Ｅ^*）²≦７．０×１０^-9Ｐａ^-1
   を満たす請求項１または２のいずれかに記載のサイドウォール部補強ゴム層。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のサイドウォール部補強ゴム層を有するランフラットタイヤ。