JP4815704B2

JP4815704B2 - 低温脆化の改良されたタイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP4815704B2
Application number: JP2001205177A
Authority: JP
Inventors: 博幸海藤
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: JP2003020365A

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、更に詳しくは極寒地での使用などに適した低温脆化の改良されたタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は極寒地用空気入りタイヤのトレッド用として使用するのに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用ゴム製品は、極寒地での使用を想定し、−４０℃の脆化試験で壊れないことが要求されている。脆化とは、低温でゴムが硬くなり、定変形時の応力がゴム強度を超えることによる破壊と考えられ、かかる脆化を回避するために、−４０℃における動的弾性率を一定値以下にすることが経験的に行われてきた。しかしながら、−４０℃の動的弾性率が低いにもかかわらず、脆化試験で破壊するサンプルがあり、かかる経験的な製品設計上の障害となっていた。特開昭６２−１２９３２７号公報には、ゴム組成物が低温になるに従い弾性率が急激に上昇し、このようにガラス状になってしまうと柔軟性が失われてわずかの歪みで破壊するようになるが、弾性率が５００MPa 以下であれば脆化温度を越えない旨記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は前述の製品設計上の障害を回避した、低温脆化の改良されたタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、−４０℃、２０Hz、初期歪１０％及び動歪±０．５％で測定した動的粘弾性が式（Ｉ）、（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）：
【０００５】
【数２】

【０００６】
を満足する低温脆化の改良されたタイヤトレッド用ゴム組成物が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者は、脆化温度でのゴムの物性を解析した結果、脆化には弾性率に加えてｔａｎδの寄与があることを見出し、−４０℃、２０Hz、初期歪１０％及び動歪±０．５％で測定した動的粘弾性が式（IV）：
【０００８】
【数３】

【０００９】
を満足すれば低温脆化が起らず、従来脆化すると予想されたＥ’＞５００(MPa）の領域でも使用に耐えることが可能であることを見出した。
【００１０】
一般に、低温でサンプルの破断伸びを越えた時が破壊であるので、粘弾性解析の結果、その時式（Ｖ）が成立する。
【００１１】
【数４】

【００１２】
ここで固体の粘弾性モデルであるＦｏｉｇｔモデルでは、Ｅとηは下式の関係にある。
【００１３】
【数５】

【００１４】
また２０Hz測定なのでω＝１２５．６、破壊時間ｔ＝１０^-3、プラスチック及びゴムの破断時の平均値の強度と伸びを１００MPa と５％とすると式（Ｖ）は（VI）となる。
【００１５】
【数６】

【００１６】
即ち、Ｆｏｉｇｔモデルを用いて解析した結果、破壊は低温に伴い複素弾性率Ｅ^* が上昇し、前記式（VI）で示す値を超えると破壊が発生することがわかり、これは図１に示すように多くの実験値とも良く合致することを確認した。
【００１７】
式（Ｉ）を満足する複素弾性率Ｅ^* の範囲において、定数２０００はゴムの凍結時の強度／破断伸度である。但し、強度があまり低いとタイヤトレッドとして問題であるので、
Ｅ^* ≧ １０００×ｆ (III）
であるのが好ましい。特に好ましい範囲は１５００×ｆ≦Ｅ^* ≦２０００×ｆである。
【００１８】
本発明に従えば、−４０℃における複素弾性率Ｅ^* が前記式（Ｉ）の関係を満足すると共に、−４０℃における動的弾性率Ｅ’が式（II）の関係を満足すること、即ち５００MPa を超えるＥ’を有することが、以下の理由で必要である。従来の知見では弾性率が５００MPa 以下であれば、ｔａｎδの値にかかわらず破壊しないので本発明を用いる必要がない。それ以上の領域では安定して耐脆化性を確保することができなかったが、本発明の物性領域にＥ^* とｔａｎδを定めることにより常に使用可能となる。本発明がさらに有効なのはサンプルが非常に硬くなった弾性率１０００MPa 以上のものである。
【００１９】
本発明に従ったタイヤトレッド用ゴム組成物は、例えば従来からタイヤその他の各種ゴム製品用に一般に用いられている天然ゴム、各種ジエン系ゴム（ＢＲ，ＳＢＲ，ＩＲなど）、その他ＩＩＲ，ＳＩＢＲ，ＮＢＲ，ＣＲなどのゴムに、従来からゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤（例えばカーボンブラック、シリカなどの充填剤、軟化剤、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤）などを配合することによって製造することができる。
【００２０】
本発明に従ったタイヤトレッド用ゴム組成物は、前述の如く前記式（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）の関係を満足しなければならないが、かかる関係を満足する配合は当業者であれば日常的な実験の繰り返しにより容易になし得るところである。具体的には配合において、例えば充填剤や軟化剤の配合量を減らして低温のゴム強度を確保することや、ブレンド系では高Ｔｇ成分に充填剤を分散させ、低温域でのｔａｎδの急上昇を抑えることが有効である。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものでないことはいうまでもない。
【００２２】
標準例１、比較例１〜２及び実施例１
試料調製
１．５リットルの密閉式バンバリミキサーを用いて、表Ｉの配合（第１段）に示す配合物（重量部）を４．５分間混合し、温度１５０℃で放出した。次に得られた混合物をオープンロールにて表Ｉの配合（第２段）に示す配合物（重量部）を１６０℃で１０分間配合した。
【００２３】
物性評価
動的弾性率の測定は東洋精機製レオログラフソリッドを用いて、−４０℃、２０Hz、初期歪１０％、動歪±０．５％の伸長変形にて測定した。
脆化試験はＪＩＳＫ６２６１に従い−４０℃にて破壊の有無を測定した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表Ｉの脚注
*1：天然ゴム（ＴＳＲ２０，Ｔｇ＝−７３℃）
*2：日本ゼオン（株）製ＮＳ１１２（Ｔｇ＝−５８℃）
*3：日本ゼオン（株）製ＮＳ１１４（Ｔｇ＝−４７℃）
*4：日本ゼオン（株）製ＮＳ１１６（Ｔｇ＝−３０℃）
*5：日本シリカ（株）製ニプシールＡＱ
*6：東海カーボン（株）製シーストＫＨＡ
*7：デグサ（株）製ＳＩ６９
*8：大内新興化学工業（株）製ノクラック６Ｃ
*9：大内新興化学工業（株）製サンノック
【００２６】
*10：Ｆｌｅｘｓｉｓ製ＳａｎｔｏｃｕｒｅＮＳ
*11：大内新興化学工業（株）製サンセラーＤ−Ｇ
【００２７】
表Ｉに示したように、Ｅ^* が（２０００×ｆ）以下であれば脆性破壊は起こらない。すなわち−４０℃での使用に耐えうるゴムは、−４０℃において２０００・ｆ≧Ｅ^* を満足すれば良い。表において標準例はＥ’が５００MPa 以下の通常のゴム配合であり、−４０℃の脆化試験で故障しない。比較例１及び２は低温度脆化を考慮していないもので、−４０℃の脆化試験で破損した。実施例１は本発明の式を満足するように調製した組成物であり、−４０℃のＥ’が比較例より大きいにもかかわらず破損しない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に従えば、前記式（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）を満足するようにゴム組成物を配合することによって、−４０℃で衝撃破壊しないタイヤトレッド用ゴム製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多くの実験モデルにおける−４０℃におけるｔａｎδと複素弾性率Ｅ^* との関係を示すグラフ図並びにこれに式（Ｉ）及び式(III）の関係式をブロットしたグラフ図である。

Claims

−４０℃、２０Hz、初期歪１０％及び動歪±０．５％で測定した動的粘弾性が下式：（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）：

を満足する低温脆化の改良されたタイヤトレッド用ゴム組成物。