JP4752957B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、更に詳しくは、走行初期からグリップ性能が高く、かつそのグリップ性能が長く持続すると共に、耐摩耗性及び耐ブローアウト性を向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
高速走行用の空気入りタイヤ、特に競技用タイヤには、優れたグリップ性能が走行初期から発現し、しかもそのグリップ性能が長く持続することが求められると共に、耐摩耗性と耐ブローアウト性が高いことが要求される。
空気入りタイヤのグリップ性能を向上する手段としては、トレッド用ゴム組成物に小粒径のカーボンブラック等の充填剤を多量に配合するようにしている。しかし、ゴム組成物にカーボンブラックを多量に配合すると耐摩耗性、耐ブローアウト性が低下し、また長時間の高速走行によりグリップ性能が徐々に低下してしまうという問題があった。
このグリップ性能と耐ブローアウト性とを両立するため、特許文献1は、ガラス転移温度(Tg)が高いスチレンブタジエンゴムと軟化点が60〜100℃のジペンテン芳香族ビニル共重合体又はα−ピネン樹脂を配合したタイヤトレッド用ゴム組成物を提案している。しかしながら、このゴム組成物は、連続走行後半のグリップ性能及び耐ブローアウト性について未だ改善の余地があると共に、走行初期のグリップ性能及び耐摩耗性が不足するという問題があった。
特開平10−204216号公報
本発明の目的は、走行初期からグリップ性能が高く、かつそのグリップ性能が長く持続すると共に、耐摩耗性及び耐ブローアウト性を向上するようにしたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。
上記目的を達成する本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、天然ゴムを10〜30重量%とガラス転移温度が−35℃〜0℃のスチレンブタジエンゴムを70〜90重量%とからなるゴム成分100重量部に対し、軟化点が100〜150℃の粘着性付与樹脂を10〜50重量部、窒素吸着比表面積が250〜400m2/gのカーボンブラックを70〜130重量部、硫黄を1〜3重量部、スルフェンアミド系加硫促進剤を0.5〜4重量部、チウラム系加硫促進剤を1.5〜5重量部配合し、かつスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量(A重量部)とチウラム系加硫促進剤の配合量(T重量部)の合計が硫黄の配合量(S重量部)に対する重量比(A+T)/Sを、2以上3.5以下にすると共に、前記粘着性付与樹脂が芳香族変性テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする。
前記ゴム組成物が他の充填剤を含むときは、他の充填剤と前記カーボンブラックとの合計を前記ゴム成分100重量部に対し、80〜130重量部にするとよい。
このタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤは、競技用タイヤとして好適である。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、ガラス転移温度が−35℃〜0℃のスチレンブタジエンゴムを70〜90重量%含むゴム成分100重量部に対し、軟化点が100〜150℃の粘着性付与樹脂を10〜50重量部、窒素吸着比表面積が250〜400m/gのカーボンブラックを70〜130重量部、硫黄を1〜3重量部、スルフェンアミド系加硫促進剤を0.5〜4重量部、チウラム系加硫促進剤を1.5〜5重量部配合すると共に、スルフェンアミド系加硫促進剤(A重量部)とチウラム系加硫促進剤(T重量部)の配合量合計(A+T)が硫黄の配合量(S重量部)に対する重量比(A+T)/Sを、2以上4以下にしたので、連続走行後半のグリップ性能を優れたものにすると共に、耐摩耗性及び耐ブローアウト性を向上することができる。また、ゴム成分が天然ゴムを10〜30重量%含むと共に、スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度、粘着性付与樹脂の軟化点、カーボンブラックの窒素吸着比表面積及び加硫促進剤と硫黄の重量比(A+T)/Sのすべてを上記の特定の範囲内にすることにより、走行初期のグリップ性能を向上することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分は天然ゴムとスチレンブタジエンゴムとからなる。天然ゴムを配合することにより、走行初期からのグリップ性能を向上する。また、耐摩耗性をより高くすることができる。ゴム成分中の天然ゴムの含有量は10〜30重量%、好ましくは15〜25重量%にする。天然ゴムの含有量が10重量%未満であると、走行初期のグリップ性能が不足する。また天然ゴムの含有量が30重量%を超えると、連続走行後半のグリップ性能が悪化する。
ゴム成分としてスチレンブタジエンゴムを用いることにより、グリップ性能を向上する。特にガラス転移温度が−35℃〜0℃、好ましくは−25℃〜−10℃のスチレンブタジエンゴムを配合することにより、走行初期のグリップ性能と連続走行後半のグリップ性能とを兼備することができる。スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度が−35℃より低いと、連続した高速走行後半のグリップ性能が悪化する。またガラス転移温度が0℃を超えると、ゴムの温度依存性が大きくなるため、走行初期のグリップ性能が不足する。また、耐摩耗性及び耐ブローアウト性が低下する。スチレンブタジエンゴムのガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により20℃/分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、転移域の中点の温度とする。なお、スチレンブタジエンゴムが油展品である場合には、油展オイルをアセトン抽出により除いたスチレンブタジエンゴムのガラス転移温度とする。
ゴム成分中のスチレンブタジエンゴムの含有量は70〜90重量%、好ましくは75〜85重量%にする。スチレンブタジエンゴムの含有量が70重量%未満であると、連続走行後半のグリップ性能が悪化する。またスチレンブタジエンゴムの含有量が90重量%を超えると、走行初期のグリップ性能が不足する。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、粘着性付与樹脂を配合することにより連続走行後半のグリップ性能を向上する。粘着性付与樹脂としては、軟化点が100〜150℃、好ましくは110〜140℃、より好ましくは120〜130℃のものを用いる。粘着性付与樹脂の軟化点が100℃未満であると、連続走行後半のグリップ性能を向上する効果が不足する。粘着性付与樹脂の軟化点が150℃を超えると、走行初期のグリップ性能及び耐摩耗性が悪化する。粘着性付与樹脂の軟化点は、JIS K5902に準拠して測定した値とした。
粘着性付与樹脂の配合量は、ゴム成分100重量部に対し10〜50重量部、好ましくは20〜40重量部である。粘着性付与樹脂の配合量が10重量部未満であると、グリップ性能の持続性が低下する。また、粘着性付与樹脂の配合量が50重量部を超えると、走行初期のグリップ性能及びゴム組成物の耐摩耗性が悪化する。さらに、ゴム組成物の加工時において、混合機やロールへの密着性が増大するため、加工性が悪化する。なお、粘着性付与樹脂は軟化剤としての作用も行うため、粘着性付与樹脂の配合量に応じて、アロマオイル等の他の軟化剤の配合量を加減するとよい。
本発明において、粘着性付与樹脂とは、ゴム組成物への粘着付与性を有する樹脂であり、一般には分子量が数百から数千の熱可塑性樹脂で、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴムに配合することによって粘着性を付与する作用を行う。粘着性付与樹脂としては、芳香族変性テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂から選ばれる少なくとも1種のテルペン系樹脂を配合する。
本発明では、カーボンブラックを配合することによりゴム剛性を高くすると共に発熱性を高くしグリップ性能を高くする。カーボンブラックは、窒素吸着比表面積(NSA)が250〜400m/g、好ましくは280〜370m/g、より好ましくは300〜350m/gである。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が250m/g未満の場合には、グリップ性能が十分に得られない。また、ゴム組成物のゴム剛性が不足する。窒素吸着比表面積が400m/gを超えると走行初期のグリップ性能が低下すると共に、耐摩耗性及び耐ブローアウト性が悪化する。また、ゴム粘度が高くなることにより加工性が悪化し製造上好ましくない。カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、JIS K6217−2に準拠して求めた。
カーボンブラックの配合量は、ゴム成分100重量部に対し70〜130重量部、好ましくは80〜120重量部、より好ましくは90〜110重量部にする。カーボンブラック配合量が70重量部未満であるとゴム剛性及びグリップ性能が不足する。また、カーボンブラック配合量が130重量部を超えると、発熱によるゴムの剛性低下が起きやすくなり、連続走行時のグリップ性能の持続性が低くなる。また、耐衝撃性、耐ブローアウト性が低下する。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、窒素吸着比表面積(NSA)が250〜400m/gのカーボンブラック以外の充填剤(以下、「他の充填剤」という。)を配合してもよい。他の充填剤としては、例えば、NSAが250m/g未満或いは400m/gを超えたカーボンブラック、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、マイカ、タルク等を例示することができる。なかでも、窒素吸着比表面積が250m/g未満或いは400m/gを超えたカーボンブラック、シリカが好ましい。特にシリカを、窒素吸着比表面積が250〜400m/gのカーボンブラックと共に使用することにより、走行初期グリップ性能や耐ブローアウト性が向上する。またNSAが250m/g未満のカーボンブラックを、併用することにより、走行初期グリップ性能、耐摩耗性、耐ブローアウト性が向上する。NSAが400m/gを超えたカーボンブラックを、併用することにより、連続性能後半のグリップ性能が向上する。
このように他の充填剤を配合するときは、NSAが250〜400m/gのカーボンブラックより少ない配合量とし、NSAが250〜400m/gのカーボンブラックと他の充填剤の合計が、ゴム成分100重量部に対し、好ましくは80〜130重量部、より好ましくは90〜120重量部にするとよい。合計配合量が80重量部未満であると、ゴム剛性及びグリップ性能が不足する。また合計配合量が130重量部を超えると、発熱によるゴムの剛性低下が起きやすくなり、連続走行時のグリップ性能の持続性が低くなる。また、耐摩耗性、耐ブローアウト性が低下する。
本発明のゴム組成物は、加硫系配合剤として、硫黄をゴム成分100重量部に対して1〜3重量部、好ましくは1.5〜2.5重量部、スルフェンアミド系加硫促進剤を0.5〜4重量部、好ましくは1.5〜3.5重量部、チウラム系加硫促進剤を1.5〜5重量部、好ましくは2.0〜4.5重量部配合する。硫黄の配合量が1重量部未満であると、ゴム剛性が不足し、連続走行後半のグリップ性能が低下する。また、耐ブローアウト性が低下する。また硫黄の配合量が3重量部を超えると、走行初期及び連続走行後半のグリップ性能が低下する。硫黄としては、タイヤ用ゴム組成物に使用することができる一般的な硫黄を使用することができる。
スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が0.5重量部未満であると、ゴム剛性が低下する。また耐ブローアウト性が低下する。またスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が4重量部を超えると、走行初期及び連続走行後半のグリップ性能が低下する。チウラム系加硫促進剤の配合量が1.5重量部未満であると、ゴム剛性が低下し、連続走行後半のグリップ性能が低下する。また耐ブローアウト性が低下する。またチウラム系加硫促進剤の配合量が5重量部を超えると、加硫速度が速くなり、加工時においてゴム焼けの問題が発生する。走行初期及び連続走行後半のグリップ性能が低下する。
本発明において、ゴム成分100重量部に対する硫黄の配合量をS重量部、スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量をA重量部、チウラム系加硫促進剤の配合量のT重量部とするとき、スルフェンアミド系加硫促進剤とチウラム系加硫促進剤の合計量(A+T)が硫黄の配合量Sに対する重量比(A+T)/Sを、2以上3.5以下に、好ましくは2.3〜3.5より好ましくは2.5〜3.5にする。加硫系配合剤の重量比(A+T)/Sが2未満であると、連続走行後半のグリップ性能が悪化すると共に、耐ブローアウト性が悪化する。また重量比(A+T)/Sが3.5を超えると、走行初期のグリップ性能が悪化すると共に、耐摩耗性が悪化する。
本発明において、スルフェンアミド系加硫促進剤としては、例えばN−シクロヘキシル−ベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド、N−tert−ブチル−ベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド、N−オキシジエチレン−ベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド、N,N−ジシクロヘキシル−ベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド等を例示することができる。なかでもN−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾール−2−スルフェンアミドが好ましい。
またチウラム系加硫促進剤としては、例えばテトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、テトラベンジルチウラムジスルフィド、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィド等を例示することができる。なかでもテトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド、テトラベンジルチウラムジスルフィドが好ましい。
また、ゴム組成物には、上記以外の加硫促進剤、加硫遅延剤、加硫促進助剤、老化防止剤、可塑剤、カップリング剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。本発明のゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。
本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、競技用タイヤや一般用の高性能タイヤのトレッド部に使用するのが好適である。このタイヤトレッド用ゴム組成物を使用してトレッド部を構成した空気入りタイヤは、走行初期からのグリップ性能が優れると共に、優れたグリップ性能が長く持続することを可能にすると共に、耐摩耗性及び耐ブローアウト性を向上することができる。
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、これにより本発明の範囲が制限を受けるものではない。
表1〜3に示す配合からなる27種類のゴム組成物(実施例1〜13、参考例1、比較例1〜13)を、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く配合成分を秤量し、16Lのバンバリーミキサーで10分間混練し、温度160℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを16Lのバンバリーミキサーで、硫黄及び加硫促進剤を加え混合し、タイヤトレッド用ゴム組成物を調製した。得られた27種類のゴム組成物を使用して、下記の方法により耐ブローアウト性及び耐摩耗性を評価した。
耐ブローアウト性
フレクソメーター(上島製作所製のフレクソメーターFT−1260)を使用して、JIS K6265に準拠して、耐ブローアウト性を評価した。上記で得られた各ゴム組成物について、150℃で30分間加硫して得た直径17.8mm、高さ25.0mmの円柱状試験片を、温度100℃、静荷重680N、動荷重600N、周波数30Hzの条件で試験し、その切断面に気泡が確認される(ブローアウト)までの試験時間を測定した。得られた結果は、比較例1がブローアウトした試験時間を100とする指数として、表1〜3の「耐ブローアウト性」の欄に示した。この数値が大きいほど、耐ブローアウト性が優れていることを意味する。
耐摩耗性
上記で得られた各ゴム組成物について、JIS K6264に準拠した試験片を160℃で30分間の条件で加硫した。この試験片の耐摩耗性を、FERRY MACHINE CO.製ピコ摩耗試験機を使用し、JIS K6264に準拠した条件でピコ摩耗量を測定した。得られた結果は、比較例1の値を100とする指数として、表1〜3の「耐摩耗性」の欄に示した。この数値が大きいほど、耐摩耗性が優れていることを意味する。
得られた27種類のゴム組成物を使用してトレッド部を構成したタイヤサイズ195/55R15の空気入りタイヤを製作した。得られた空気入りタイヤを、それぞれサイズ15×6Jのリムに組み、空気圧200kPaとし、4輪車両の4輪に装着し、テストドライバーがドライ条件のサーキットコース(1周2km)を10周連続走行させたときの周回毎のラップタイムを計測し、下記の判定方法により走行初期のグリップ性能(走行前半のドライグリップ性能)及びグリップ性能の持続性(走行後半のドライグリップ性能)を評価した。
走行初期のグリップ性能
ドライ条件のサーキットコースを10周連続走行したときの1〜3ラップの平均タイムを、比較例1の空気入りタイヤの平均タイムを基準タイムとし、以下の判定基準により評価した。得られた結果を表1〜3の「初期グリップ性能」の欄に示した。この評点が高いほど走行初期からのグリップ性能が優れることを意味する。
5:平均ラップタイムが、基準タイムより0.5秒以上速い。
4:平均ラップタイムが、基準タイムより0.2秒以上0.5秒未満速い。
3:平均ラップタイムと基準タイムとの差が0.2秒未満の範囲内にある。
2:平均ラップタイムが、基準タイムより0.2秒以上0.5秒未満遅い。
1:平均ラップタイムが、基準タイムより0.5秒以上遅い。
走行後半のグリップ性能
ドライ条件のサーキットコースを10周連続走行したときの8〜10ラップの平均タイムを、比較例1の空気入りタイヤの平均タイムを基準タイムとし、以下の判定基準により評価した。得られた結果を表1〜3の「後半グリップ性能」の欄に示した。この評点が高いほど連続走行後半のグリップ性能が優れ、グリップ性能を持続する性能が優れることを意味する。
5:平均ラップタイムが、基準タイムより0.5秒以上速い。
4:平均ラップタイムが、基準タイムより0.2秒以上0.5秒未満速い。
3:平均ラップタイムと基準タイムとの差が0.2秒未満の範囲内にある。
2:平均ラップタイムが、基準タイムより0.2秒以上0.5秒未満遅い。
1:平均ラップタイムが、基準タイムより0.5秒以上遅い。
Figure 0004752957
Figure 0004752957
Figure 0004752957
なお、表1〜3において使用した原材料の種類を下記に示す。
NR:天然ゴム、STR−20
SBR1:スチレンブタジエンゴム、ガラス転移温度−46℃(旭化成ケミカルズ社製タフデン 2330、ゴム100重量部に対しアロマオイル37.5重量部添加の油展品)
SBR2:スチレンブタジエンゴム、ガラス転移温度−31℃(旭化成ケミカルズ社製タフデン 3335、ゴム100重量部に対しアロマオイル37.5重量部添加の油展品)
SBR3:スチレンブタジエンゴム、ガラス転移温度−18℃(旭化成ケミカルズ社製タフデン 4350、ゴム100重量部に対しアロマオイル50重量部添加の油展品)
カーボンブラック1:三菱化学社製ダイヤブラックA、窒素吸着比表面積(NSA)142m/g
カーボンブラック2:コロンビヤンカーボン社製CD2019、窒素吸着比表面積(NSA)340m/g
カーボンブラック3:キャボット社製BLACKPEALS1300、窒素吸着比表面積(NSA)560m/g
粘着性付与樹脂1:芳香族変性テルペン樹脂、軟化点85±5℃、ヤスハラケミカル社製YSレジンTO85
粘着性付与樹脂2:芳香族変性テルペン樹脂、軟化点105±5℃、ヤスハラケミカル社製YSレジンTO105
粘着性付与樹脂3:芳香族変性テルペン樹脂、軟化点125±5℃、ヤスハラケミカル社製YSレジンTO125
粘着性付与樹脂4:テルペンフェノール樹脂、軟化点145±5℃、ヤスハラケミカル社製YSポリスターT145
粘着性付与樹脂5:テルペンフェノール樹脂、軟化点160±5℃、ヤスハラケミカル社製YSポリスターT160
オイル:三共油化工業社製A/Oミックス
老化防止剤:FLEXSYS社製SANTOFLEX 6PPD
酸化亜鉛:正同化学工業社製酸化亜鉛3種
ステアリン酸:日油社製ステアリン酸YR
加硫促進剤1:チウラム系加硫促進剤、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド、大内新興化学工業社製ノクセラー TOT−N(チウラム系加硫促進剤70重量%、シリカ30重量%配合品)、表1〜3中の配合量はチウラム系加硫促進剤としての正味量を示した。
加硫促進剤2:チウラム系加硫促進剤、テトラベンジルチウラムジスルフィド、FLEXSYS社製PERKACIT TBzTD
加硫促進剤3:スルフェンアミド系加硫促進剤、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド、大内新興化学工業社製ノクセラー CZ
硫黄:鶴見化学工業社製油処理硫黄(硫黄100重量部に対しオイル5重量部の配合品)、表1〜3中の配合量は硫黄としての正味量を示した。
表1〜3から明らかなように、天然ゴムを配合しないと初期グリップ性能、耐ブローアウト性及び耐摩耗性が劣る(比較例2)。天然ゴムの配合量が30重量%を超えると後半グリップ性能が劣る(比較例3)。SBRのガラス転移温度が−35℃より低いと、後半グリップ性能が劣る(比較例4)。粘着性付与樹脂の軟化点が100℃より低いと後半グリップ性能が劣る(比較例5)。粘着性付与樹脂の軟化点が150℃より高いと初期グリップ性能が劣る(比較例6)。また、粘着性付与樹脂の配合量が50重量部を超えると初期グリップ性能が劣る(比較例7)。
チウラム系加硫促進剤を配合しないと共にスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量(A)とチウラム系加硫促進剤の配合量(T)の合計(A+T)が硫黄の配合量(S)に対する重量比(A+T)/Sが2未満であると初期グリップ性能、後半グリップ性能、耐ブローアウト性及び耐摩耗性の全てが劣る(比較例8)。重量比(A+T)/Sが4を超えると初期グリップ性能及び耐摩耗性が劣る(比較例9)。
カーボンブラックのNSAが250m/g未満であると初期グリップ性能及び後半グリップ性能が劣る(比較例10)。カーボンブラックのNSAが400m/gを超えると初期グリップ性能、耐ブローアウト性及び耐摩耗性が劣る(比較例13)。カーボンブラックの配合量が70重量部未満であると初期グリップ性能及び後半グリップ性能が劣る(比較例11)。カーボンブラックの配合量が130重量部を超えると、混合のためにオイルを増量する必要があり初期グリップ性能、後半グリップ性能、耐ブローアウト性及び耐摩耗性の全てが劣る(比較例12)。

Claims (3)

  1. 天然ゴムを10〜30重量%とガラス転移温度が−35℃〜0℃のスチレンブタジエンゴムを70〜90重量%とからなるゴム成分100重量部に対し、軟化点が100〜150℃の粘着性付与樹脂を10〜50重量部、窒素吸着比表面積が250〜400m2/gのカーボンブラックを70〜130重量部、硫黄を1〜3重量部、スルフェンアミド系加硫促進剤を0.5〜4重量部、チウラム系加硫促進剤を1.5〜5重量部配合し、かつスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量(A重量部)とチウラム系加硫促進剤の配合量(T重量部)の合計が硫黄の配合量(S重量部)に対する重量比(A+T)/Sを、2以上3.5以下にすると共に、前記粘着性付与樹脂が芳香族変性テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
  2. 前記ゴム組成物が他の充填剤を含み、この他の充填剤と前記カーボンブラックとの合計を、前記ゴム成分100重量部に対し、80〜130重量部にした請求項1に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
  3. 請求項1又は2に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤ。
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