JP4750312B2 - ゴム組成物及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性率が大きく、主として空気入りタイヤのカーカスプライのコードの埋設、カーカスプライの補強層に用いるゴム組成物及び該ゴム組成物を用いた空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車の性能向上に伴ってタイヤは偏平になり、性能の向上が求められている。各種タイヤ性能の中でも安全面から操縦安定性が重視されている。一方二酸化炭素の排出量の増加に伴う地球温暖化が社会問題になりつつあり、これの解消に自動車の燃費向上が強く要請されており、自動車部品の１つであるタイヤには軽量化が求められている。
【０００３】
ハンドルが切られて曲線走行する自動車に発生した遠心力に対抗してタイヤに発生するコーナーリングフォースが、タイヤに作用する横方向の力によってタイヤが変形して緩和されないようにすれば、操縦安定性がよくなる。変形を小さくするには、タイヤのカーカス剛性を大きくすればよいので、従来よりカーカスプライのコード埋設ゴムの弾性率を大きくしてカーカス剛性を大きくする種々の方法が検討されている。例えば、カーカスプライのコード埋設ゴムに短繊維を配合して弾性率を大きくしたゴム組成物の使用が試みられ、特開平５−５０５５８はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を配合して弾性率を大きくしたゴム組成物の使用を提案し、特開平９−１３６９９５はジエン系ゴムにポリアミド系短繊維を化学的に結合した短繊維バッチをジエン系ゴムに配合したゴム組成物でカーカス部を構成したタイヤを提案した。一般にカーカス剛性が大きくなって変形しにくくなると乗り心地が悪くなり、操縦安定性と二律背反の関係にある。短繊維を配合して弾性率を大きくする方法は、短繊維が配合されたゴム組成物でコードを埋設する工程でコードが進む方向、すなわちコード方向に短繊維が配向してコード方向の剛性を大きくし、エンベロープ効果に関係する直角方向の剛性をあまり大きくしないので、乗り心地を維持して操縦安定性を改良することができる。
【０００４】
一般にタイヤは偏平になれば、サイド部の歪みが大きくなって疲労しやすくなり、耐久性が低下する。耐久性を維持するためにサイド部の剛性を大きくして歪みを小さくする方法の検討がされている。軽量化については、部材を形成するゴム組成物の弾性率を大きくして薄肉化する方法、スチールコードの使用量を減じる方法などが検討されている。スチールコード使用量の低減が最も効果的である。スチールコード使用量の低減によるプライ強度の低下は、炭素含有量、素線径、撚構造を調整して引張り強度を大きくした高強度スチールコードを用いることによって回復できる。しかし、スチールコードの強度を大きくしても低下した剛性が回復されないので、コード埋設ゴムの剛性を増大して回復させる方法の検討が行われている。コード埋設ゴムの高弾性率化は操縦性能の向上、偏平タイヤの耐久性の向上及び軽量化の面から重要で古くから研究がされている。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
短繊維を配合すれば弾性率が大きくなるが、次のような欠点がある。すなわち、コード埋設ゴム中に分散した短繊維は、短繊維を分散させているマトリックスゴムより弾性率が大きくて変形しにくいので、タイヤが使用中繰返し変形する際のマトリックスゴムの変形に追従して変形しない。そのために両者間にずれが生じて疲労しやすくなり、短繊維を配合したゴム組成物をコード埋設ゴムに用いたタイヤは耐久性が劣る。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フエノールフォルムアルデヒド樹脂などの熱硬化性樹脂を配合して硬くしたゴム組成物は、樹脂を多量に配合すれば脆くなって耐疲労性が低下するので大量に配合して弾性率を大幅に増大することができない。特開平９−１３６９９５は実施例が示す弾性率の増加が予想より小さく、改良の余地が残されている。
【０００６】
本発明は、耐疲労性を損なわずに弾性率を大きくし、空気入りタイヤのカーカスプライを形成するコードの埋設ゴムに主として用いられるゴム組成物及び該ゴム組成物でカーカスプライのコードを埋設してなるタイヤを提供することを目的にしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ポリアミド系、ポリビニルアルコール系またはセルローズ系短繊維、レゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物、メラミンにフォルムアルデヒドを反応させて得たヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンペンタメチルエーテル、多価メチロールメラミンなどまたはこれらの混合物のメラミン誘導体及びシリカを配合したゴム組成物が加硫されるとき、レゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物とメラミン誘導体が、シリカの存在下で反応してゴムに短繊維を接着させて硬化する。シリカはゴムと短繊維の接着力増強剤とし作用する。シリカが存在しないときは、レゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物とメラミン誘導体は反応して硬化するが、強力なゴムと短繊維の接着は得られない。
【０００８】
上記ゴム組成物をカーカスプライのコード埋設ゴムに使用したタイヤが繰り返し変形を受けたとき、短繊維はゴムに接着しているのでマトリックゴムの変形に追従して変形し、マトリックスゴム中に単に分散していたときに見られたずれが生じにくくなって埋設ゴムの耐疲労性がよくなる、と同時に短繊維の変形に対する抵抗が加わるので弾性率も大きくなる。レゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物とメラミン誘導体が反応した熱硬化性樹脂も弾性率増加に寄与する。弾性率が大きくなったことによる耐疲労性の低下は、一般に耐疲労性が悪いと言われているブタジエンゴムを少量配合することにより回復し得る。少量のブタジエンゴムをブレンドしたゴム成分に短繊維、レゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物、メラミン誘導体及びシリカが配合されることにより、弾性率が大きくなり、しかも耐疲労性も改良されて本発明の課題が解決できる。
【０００９】
本発明は、シス１、４結合含有量が９０％以上のブタジエンゴムが５〜２０重量部ブレンドされたゴム成分１００重量部に対して、０．５〜５重量部のレゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物と、０．５〜５重量部のメラミン誘導体と、長さが１０〜５０００μｍかつ径が３〜１０μｍである１〜１０重量部の短繊維と、４〜１５重量部のシリカとを混合することにより得られたゴム組成物及び該ゴム組成物をカーカスプライのコード埋設ゴムに用いたタイヤである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明ゴム組成物のゴム成分は、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴムなどのタイヤに一般使用されるシス１、４結合含有量が９０％以上のブタジエンゴムを除いたジエン系ゴムの単独又はこれらのブレンド８０〜９５重量部とシス１、４結合含有量が９０％以上のブタジエンゴム２０〜５重量部よりなる。シス１、４結合含有量が９０％未満のブタジエンゴムは、弾性率を大きくしたために生じる耐疲労性の低下を改善する効果が小さいので好ましくない。ブタジエンゴムのブレンド率が５重量部未満では耐疲労性改善効果が小さく、２０重量部より多くなるとブタジエンゴムの耐疲労性が劣る難点が現れる。メラミン誘導体はメラミンとフォルムアルデヒドとを反応させて得られたヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンペンタメチルエーテル、多価メチロールメラミンまたはこれの混合物であってメチレンドナーとして作用する。メラミン誘導体及びメチレアクセプターとして作用するレゾルシン、レゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物の配合量は、繊維との接着をよくするための練り込接着剤として配合する一般量すなわち０．５〜５重量部であって、０．５重量部未満では配合した効果が現われず、メラミン誘導体が５重量部より多くなると耐疲労性が悪くなり、レゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物が５重量部より多くなると硬くなりすぎて脆くなり、耐疲労性が悪くなる。配合量が特定範囲より少ないまたは多いゴム組成物を用いたタイヤは耐久性が低下する。レゾルシンとメラミン誘導体の反応による短繊維とゴムの接着はシリカが存在すると強くなる。シリカの配合量は４〜１５重量部にされ、４重量部未満では短繊維とゴムの接着力を向上させる効果が小さく、１５重量部より多くなれば却って接着力を低下させる。本発明に用いる短繊維は、レゾルシンとメラミン誘導体によって大きな接着力でゴムと接着するポリアミド系、ポリビニルアルコール系、セルローズ系短繊維である。ポリエステル系はゴムとの接着が悪いので好ましくない。短繊維の長さは１０〜５０００μmが好ましく、１０μm未満では弾性率向上作用が小さく、５０００μmより長くなると混合中相互に絡って分散が悪くなる。配合量１〜１０重量部にされ、１重量部未満では弾性率向上作用が小さく、１０重量部より多くなれば脆くなり、耐久性が低下する
【００１１】
【実施例】
天然ゴム、高シスＢＲ（シス１４結合含有量９７％ブタジエンゴム、日本合成ゴム株式会社製、商品名ＢＲ０１）、低シスＢＲ（シス１４結合含有量３５％ブタジエンゴム、旭化成工業株式会社製、商品名ジエン３５ＮＦ）を第１表に示す重量部比率でブレンドしたゴム成分１００重量部に対し、短繊維（長さ１００〜２００μm、平均径７μmのナイロン系短繊維）、レゾルシン（住友化学工業株式会社製、商品名スミカノールＴ６２０）、メラミン誘導体（三井サイテック株式会社製、商品名サイレッツ９６３Ｌ）、シリカを第１表に示す重量部割合で配合し、他にカーボンブラック（Ｎ３３０）４５重量部、亜鉛華２重量部、ステアリン酸１重量部、硫黄２．５重量部、加硫促進剤ＣＢＳ１重量部、老化防止剤１重量部を配合し、バンバリミキサーを用いて通常法で混合し、混合ゴムを得た。混合ゴムの一部をテストロールで圧延してシートにし、シートを列理方向と列理直角方向それぞれに裁断して動的弾性率測定用試片に加硫成型し、下記の条件で列理方向と列理直角方向の貯蔵弾性率Ｅ´を測定した。結果を第１表に比較例１の列理直角方向の貯蔵弾性率Ｅ´を１００にした指数で示した。残余の混合ゴムをカーカースプライのコード埋設ゴムに用いてサイズ１９５／６５Ｒ１５のタイヤを試作した。各試作タイヤについて下記条件で耐久性とコーナリングフォースを測定した。結果を第１表に示した。
【００１２】
【表１】

【００１３】
試験条件
貯蔵弾性率Ｅ'
岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて温度２３℃、伸張率１０％、振動数３０Hzの条件下で測定した。
耐久性
各試作タイヤに内圧２２０kPa充填し、ドラム試験機上を試験荷重４１０kg、速度８０km／hでタイヤが破壊するまで走行した距離を測定した。耐久性を次の式で計算した指数で示した。値が大きい程好ましい。
（各試作タイヤの走行距離）／（比較例１タイヤの走行距離）×１００
コーナリングフォース
各試作タイヤに内圧２２０kPa充填し、スリップ角を１°にしてドラム試験機上を試験荷重４１０kg、速度８０km／h走行の条件で測定し、次の式で計算した指数で示した。値が大きい程好ましい。
（各試作タイヤのコーナリングフォース）
／（比較例１タイヤのコーナリン グフォース）×１００。
【００１４】
実施例は、コントロールの比較例１より貯蔵弾性率が１桁大きく耐久性、コーナリングフォースがよくなっている。比較例２〜５は短繊維が配合されているので貯蔵弾性率が大きくなっているが、比較例２はＢＲがブレンドされていないため耐久性が劣り、比較例３はＢＲのブレンド率が２０重量部より多いため耐久性が劣る。比較例４はレゾルシンとメラミン誘導体が配合されていないために耐久性が劣り、実施例２と比較してコーナリングフォースの増大が小さい。比較例５はシリカが配合されていないために耐久性が劣る。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、ゴム成分に少量のブタジエンゴムをブレンドし、短繊維、レゾルシン又はレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物、メラミン誘導体、シリカを配合することによりゴム組成物の弾性率を大幅に大きくさせ、該ゴム組成物をカーカスプライのコード埋設ゴムに使用することによりタイヤの操縦安定性と耐久性を向上させる効果を有する。

Claims (3)

1. シス１、４結合含有量が９０％以上のブタジエンゴムを５〜２０重量部含むゴム成分１００重量部に対して、０．５〜５重量部のレゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物と、０．５〜５重量部のメラミン誘導体と、長さが１０〜５０００μｍかつ径が３〜１０μｍである１〜１０重量部の短繊維と、４〜１５重量部のシリカとを混合することにより得られたことを特徴とするゴム組成物。
2. カーカスプライのコード埋設ゴムが、請求項１記載のゴム組成物でなることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 請求項１記載のゴム組成物を、カーカスプライのコード埋設ゴムに用いて、該ゴム組成物を加硫することにより、前記レゾルシンまたはレゾルシン・フォルムアルデヒド樹脂初期縮合物と前記メラミン誘導体を前記シリカの存在下で反応させて前記ゴム成分に前記短繊維を接着させてなることを特徴とする空気入りタイヤ。