JP4790147B2

JP4790147B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP4790147B2
Application number: JP2001127607A
Authority: JP
Inventors: 泉齊脇; 孝雄和田; 章弘峯
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: JP2002322318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、とりわけグリップ性能および耐摩耗性能を両立するタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤトレッドゴム、とくに、高性能の乗用車や自動２輪車に使われる高性能タイヤや、競技車両用のレーシングタイヤなどに使用するトレッドゴムは、優れた走行中のブレーキ性能、トラクション性能およびコーナーリング中のグリップ性能が要求される。
【０００３】
従来のトレッドゴムでは、これらの性能を満足させる目的で、路面とトレッド表面で発生する摩擦係数を高めるために、スチレン成分含有率の高いスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）を用いる方法や、充填剤や軟化剤を高充填する方法などがとられていた。
【０００４】
しかしながら、これらの手段では、グリップ性能と耐摩耗特性との両立は困難であった。
【０００５】
スチレン成分含有率の高いＳＢＲを用いた場合は、グリップ性能は向上するが、コーナーリング中にトレッド表面に大きな力が加わると、大きな変形が繰り返されることにより、アブレージョン摩耗が発生する。ゴムに加わる力が大きいほど、ゴムが柔らかいほど、変形は大きくなる。ある一定方向の連続した変形により、その垂直方向に波状に発生する摩耗を、アブレージョン摩耗という。その波の間隔、深さが大きいほど、外観がわるくなるだけでなく、ゴムと路面の接触面積が小さくなり、性能低下が起こる。
【０００６】
また、充填剤および軟化剤を増やした場合も、グリップ性能と耐摩耗性能の両立は困難であった。すなわち、低弾性率、高ｔａｎδを達成し、グリップ性能を改善することはできるが、３００％伸張時の弾性率も低下した。大変形の歪み領域での弾性率が低いゴムはアブレーション摩耗が発生しやすく、引っ張り試験で測定した３００％伸張時の弾性率とアブレージョン摩耗の波の間隔には相関があることがわかっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ゴム組成物の大変形領域での高い弾性率と、高いｔａｎδ／（歪みの小さい領域での弾性率）を両立させて、グリップ性能および耐摩耗性能に優れるタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
ゴム成分１００重量部、シリカ５０〜１４０重量部、オイル３０〜７０重量部、および、シリカに対して３〜２０重量％のシランカップリング剤を含むゴム組成物において、
ゴム成分１００重量部に対するシリカの重量をａ重量部としたときに、重量変化率ΔＷ％が、式（１）：
ΔＷ≧−０．５×ａ＋２７０（１）
を満たし、
ΔＷが２５０以下であるタイヤトレッド用ゴム組成物を加硫した加硫ゴムに関する。
【０００９】
前記ゴム組成物は、さらにゴム成分１００重量部に対してカーボンブラックを５〜７０重量部含み、シリカおよびカーボンブラックの合計量に対してそれぞれの添加量が５０〜９５重量％および５〜５０重量％であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分、シリカ、オイルおよびシランカップリング剤を含み、さらにカーボンブラックを含むことができる。
【００１１】
本発明に用いられるゴム成分としては、たとえば、ＳＢＲ、天然ゴム、イソブチレンゴム、アクリロニトリロブタジエンゴム、ブチルゴム、ｐ−メチルスチレン／イソブチレン共重合体などのジエン系ゴムがあげられる、これらは、単独で、または任意に組み合わせて用いることができる。
【００１２】
ゴム成分としてＳＢＲを用いる場合、ＳＢＲの結合スチレン量は、１５〜６０重量％であることが好ましい。結合スチレン量が１５重量％未満では充分なグリップ性能が得られない傾向があり、６０重量％をこえると耐摩耗性能が低下する傾向がある。
【００１３】
シリカとしては、従来からタイヤの分野で用いられているものを、とくに制限なく使用することができる。シリカのチッ素吸着比表面積は１００〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。さらに補強性という点から、チッ素吸着比表面積は１００〜２００ｍ²／ｇであることが望ましい。
【００１４】
カーボンブラックとしては、従来からタイヤの分野で用いられているものを、とくに制限なく使用することができる。カーボンブラックのチッ素吸着比表面積は７０〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。チッ素吸着比表面積が７０ｍ²／ｇ未満では分散性改良効果や補強効果が小さくなる傾向があり、３００ｍ²／ｇをこえると分散性が低下し、発熱が増大し、耐摩耗性能が低下する傾向がある。
【００１５】
前記カーボンブラックの例としては、たとえば、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなどがあげられる。
【００１６】
前記シリカの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、５０〜１４０重量部である。シリカの配合量が５０重量部未満では補強効果が得られにくく、１４０重量部をこえると分散性が低下し、耐摩耗性能が低下する。
【００１７】
さらにカーボンブラックを配合する場合、シリカの配合量は、シリカおよびカーボンブラックの合計量に対して、５０〜９５重量％であることが好ましい。シリカの配合量が５０重量％未満では充分なグリップ性能と耐摩耗性能が得られない傾向がある。
【００１８】
前記カーボンブラックを配合する場合には、その配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、５〜７０重量部であることが好ましい。カーボンブラックの配合量が７０重量部をこえると作業性が低下し、分散性が低下する傾向がある。
【００１９】
さらにカーボンブラックの配合量は、シリカおよびカーボンブラックの合計量に対して、５〜５０重量％であることが好ましい。カーボンブラックの配合量が５０重量％をこえると目的とする充分なグリップ性能と耐摩耗性能が得られない傾向がある。
【００２０】
オイルとしては、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルなどが使用できる。これらは単独でまたは任意に組み合わせて用いることができる。
【００２１】
オイルの配合量は、ゴム成分１００重量部に対し、３０〜７０重量部である。オイルの配合量が３０重量部未満では充分なグリップ性能が得られず、７０重量部をこえると耐摩耗性能が低下する。
【００２２】
シランカップリング剤としては、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができる。具体的には、スルフィド系、メルカプト系、ビニル系、アミノ系、グリシドキシ系、ニトロ系、クロロ系などのシランカップリング剤を使用することができる。
【００２３】
スルフィド系のシランカップリング剤としては、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２−トリメトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、２−トリエトキシシリルエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、３−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、３−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィドなどがあげられる。
【００２４】
メルカプト系のシランカップリング剤としては、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、２−メルカプトエチルトリメトキシシラン、２−メルカプトエチルトリエトキシシランなどがあげられる。
【００２５】
ビニル系のシランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどがあげられる。
【００２６】
アミノ系のシランカップリング剤としては、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどがあげられる。
【００２７】
グリシドキシ系のシランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランなどがあげられる。
【００２８】
ニトロ系のシランカップリング剤としては、３−ニトロプロピルトリメトキシシラン、３−ニトロプロピルトリエトキシシランなどがあげられる。
【００２９】
クロロ系のシランカップリング剤としては、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどがあげられる。
【００３０】
これらのなかでも、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）テトラスルフィド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トリスルフィド、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが好適に用いられる。シランカップリング剤は、１種のみで、または、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３１】
前記シランカップリング剤の配合量は、前記シリカに対して、３〜２０重量％である。シランカップリング剤の配合量が３重量％未満では、シランカップリング剤による効果が充分に得られず、２０重量％をこえるとコストが上がる割に、それに見合う効果が得られない。
【００３２】
本発明のゴム組成物には、前記成分のほかに、たとえば、ステアリン酸、酸化亜鉛などの加硫助剤、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、ワックス、老化防止剤、などを配合することができる。
【００３３】
加硫剤として硫黄を配合する場合、硫黄の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、０．１〜１０重量部であることが好ましい。
【００３４】
本発明のゴム組成物は、バンバリーミキサー、ニーダーなどで前記の成分を混練りすることにより得られる。このときの混練り温度は、１３０〜１８０℃であることが好ましい。混練り温度が１３０℃未満ではシリカとシランカップリング剤が充分に反応しない傾向があり、１８０℃をこえると硫黄原子により架橋反応が促進されてゲル化が起こり、ゴム肌がわるくなる傾向がある。混練り時間は、１〜２０分であることが好ましい。混練り温度が１分未満ではシリカとシランカップリング剤の反応が充分に行なわれない傾向があり、２０分をこえると粘度が上昇しすぎる傾向がある。
【００３５】
加硫剤および加硫促進剤を配合する場合は、前述の混練り工程ののち、これらを加えて、オープンロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどで混練りし、そののち加硫する。このときの混練り温度は１２０℃以下であることが好ましい。混練り温度は、加硫剤の分散性の点とゴム焼けを起こさないという点から、加硫温度以下であればよい。加硫温度以下の温度は、製品の種類やサイズによって異なるが、通常は８０〜１２０℃である。
【００３６】
本発明のゴム組成物の重量変化率ΔＷ％は、ゴム成分１００重量部に対するシリカの重量をａ重量部としたときに、式（１）を満たすことが必要である。シリカの重量が少ないわりに重量変化率が小さくなりすぎると目標とする充分なグリップ性能と耐摩耗性能が得られない。
ΔＷ≧−０．５×ａ＋２７０（１）
【００３７】
ここで重量変化率は以下の方法で測定される。加硫ゴム組成物を、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ２ｍｍの薄片状に切り取ってサンプルとする。サンプル（Ｗｄ）を、トルエン中に２４時間、浸漬して膨潤させたのち、膨潤したサンプルの重量（Ｗｓ）を測定する。測定したＷｄとＷｓから、重量変化率ΔＷ％（ΔＷ＝（Ｗｓ−Ｗｄ）／Ｗｄ×１００）を求める。重量変化率は、加硫ゴムの架橋点密度を評価する指標として一般的なものであって、重量変化率が大きいほど、架橋点密度が疎になることが知られている。
【００３８】
本発明のゴム組成物は、３００％伸張時の弾性率を低下させずに、ｔａｎＤ／（歪みの小さい領域での弾性率）を高くすることができ、タイヤトレッドに用いてグリップ性能および耐摩耗性能の両方を満足させることができる。
【００３９】
【実施例】
以下に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せるものではない。
【００４０】
実施例１〜３および比較例１〜４
（材料）
ＳＢＲ：旭化成工業（株）製のタフデン３３３０（結合スチレン量３０％）
ＳＡＦカーボン：三菱化学（株）製のダイヤブラックＡ（チッ素吸着比表面積１４２ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量１００ｍｌ／１００ｇ）
ワックス：大内興産化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤：フレキシス社製のサントフレックス１３
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
硫黄：鶴見化学（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
（Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）
加硫促進剤ＤＰＧ：住友化学工業（株）製のソクシールＤ
（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルグアニジン）
アロマチックオイル：ジャパンエナジー社製のプロセスＸ−２６０
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ−６９
（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
シリカ：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３（チッ素吸着比表面積２１０ｍ²／ｇ）
【００４１】
（製造方法）
表１の配合にしたがって、ＢＲ型バンバリーミキサーにて硫黄および加硫促進剤以外の材料を約３分間、排出温度１４５℃でベース練りし、得られたゴム組成物と硫黄および加硫促進剤とをオープンロールで約５分間混練りし、シートを作製した。作製したシートを所定のモールドで１７０℃で１２分間加硫し、以下の実験を行なった。
【００４２】
（重量変化率）
シートを、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ２ｍｍの薄片状に切り取ってサンプルとした。サンプルを、トルエン中に２４時間、浸漬して膨潤させたのち、膨潤したサンプルの重量を測定し、このときの重量変化から重量変化率を求めた。重量変化が大きいほど架橋点密度が疎である。
【００４３】
（引っ張り試験）
ＪＩＳ引っ張り試験法Ｋ６２５１に基づき、ダンベル３号に切り抜いたサンプルにて試験を行なった。測定した３００％伸張時の応力（Ｍ３００）を、比較例１の場合を１００として、指数表示した。指数が大きいほど耐アブレージョン摩耗性能に優れる。
【００４４】
（硬度）
ＪＩＳ−Ａ硬度計で、２５℃の雰囲気下で測定した。
【００４５】
（粘弾性）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％として５０℃で２．５％の動的歪みを与えたときの粘弾性を測定した。複素弾性率（Ｅ’）が低いほど、損失正接（ｔａｎδ）が高いほど、グリップ性能がよい傾向にある。ｔａｎδ／Ｅ’を比較例１の場合を１００として、指数表示した。指数が大きいほど、グリップ性能に優れる。
【００４６】
（実車試験）
製造したシートを所定の形状に張り合わせてトレッドを作製した。このトレッドを用いて常法によりタイヤを作製した。このタイヤを自動２輪車に装着し、１周４キロのサーキットを実走行することにより、グリップ性能および摩耗性能を評価し、比較例１の場合を１００として指数表示した。指数が大きいほど、グリップ性能および摩耗性能が高いことを示す。
【００４７】
結果を表１に示す。比較例１〜４は、従来の一般的な高性能タイヤの配合である。このような配合では、グリップ性能および耐摩耗性能の両方を満足させることはできなかった。実施例１〜３は、特定の配合量および重量変化率を有しており、これらはすべて耐アブレージョン摩耗性能およびグリップ性能の両方において優れていた。
【００４８】
【表１】

【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、配合量と重量変化率を特定することによって、耐摩耗性能およびグリップ性能の両方に優れるゴム組成物を提供することができる。

Claims

ゴム成分１００重量部、シリカ５０〜１４０重量部、オイル３０〜７０重量部、および、シリカに対して３〜２０重量％のシランカップリング剤を含むゴム組成物において、
ゴム成分１００重量部に対するシリカの重量をａ重量部としたときに、重量変化率ΔＷ％が、式（１）：
ΔＷ≧−０．５×ａ＋２７０（１）
を満たし、
ΔＷが２５０以下であるタイヤトレッド用ゴム組成物を加硫した加硫ゴム。
さらにゴム成分１００重量部に対してカーボンブラックを５〜７０重量部含み、シリカおよびカーボンブラックの合計量に対してそれぞれの添加量が５０〜９５重量％および５〜５０重量％である請求項１記載の加硫ゴム。