JP5495301B2

JP5495301B2 - サイド補強型ランフラットタイヤ

Info

Publication number: JP5495301B2
Application number: JP2009231964A
Authority: JP
Inventors: 大亮中嶋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: JP2011079916A

Description

本発明はサイド補強型ランフラットタイヤに関し、詳しくは、射出方向のみならず、射出幅方向および厚さ方向についても高い熱伝導性を有するゴム組成物を、サイド補強型ランフラットタイヤのサイドウォール部を構成するゴムへ適用したサイド補強型ランフラットタイヤに関する。

電子部品やタイヤ等のゴム製品においては、発生する熱を効率よく外部へ排出するために、熱伝導率の高いゴムが求められている。

通常、こうしたニーズに応えるために、ゴム中に高熱伝導率のフィラーを添加することでゴム組成物の熱伝導率を高める手法がとられている。この場合、熱を伝えるにあたってはフィラーの連続性が重要であることから、多量のフィラーを添加する必要があるが、多量のフィラーを添加したゴムは、流動性が低いために加工性が悪く、また、強度の低下や繰り返し曲げによる亀裂が発生するなど、ゴムとしての特性が大きく損なわれてしまう。しかし、添加するフィラーの量が少量であると、フィラー同士の接触効率が下がるため、フィラー間で熱が伝わり難くなり、熱伝導率の向上効果が十分に得られない。

一方、アスペクト比の高い繊維状材料をフィラーとして用いることで、フィラー間である程度の連続性が確保され、アスペクト比の小さい粒子状フィラーを添加するよりも高い熱伝導率の向上効果が得られることも知られている（例えば、特許文献１）。また、特許文献２には、粒径の異なる２種類の窒化ホウ素をマトリックス樹脂に分散させ、さらにアスペクト比が４〜５のカーボン繊維を分散させることにより、熱伝導性を向上させる技術が開示されている。

特開２００８−１１５３３０号公報特開２００１−１１０９６１号公報

特許文献１記載の手法によれば、熱伝導率フィラーの繊維軸方向の連続性が高いため、ゴム射出方向へは配向により高い熱伝導率向上効果が得られる。しかしながら、繊維径方向では繊維間距離が大きくなるため、射出方向に対する幅方向および厚さ方向の熱伝導率の向上効果は、むしろ粒子状フィラーよりも劣ってしまい、用途が限定されるものとなっていた。また、特許文献２に記載の手法では、高熱伝導率を得るためには、粒子状である窒化ホウ素の添加量を多くせざるを得ず、ゴム特性が著しく低下してしまうという難点があった。

そこで、本発明の目的は、ゴム特性の低下を抑制しつつ、射出方向のみならず、射出幅方向および厚さ方向についても高い熱伝導性を有するゴム組成物を、サイド補強型ランフラットタイヤのサイドウォール部を構成するゴムへ適用したサイド補強型ランフラットタイヤを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、下記構成とすることにより、上記課題を解消することができることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のサイド補強型ランフラットタイヤは、フィラーとして、熱伝導率１０〜１２００（Ｗ／ｍＫ）、フィラー径１〜２０（μｍ）、アスペクト比５〜１０００を有する繊維状フィラーと、熱伝導率１〜５００（Ｗ／ｍＫ）、メディアン径０．５〜１００（μｍ）、嵩密度０．０１〜５．０（ｇ／ｍＬ）を有する粒子状フィラーとを、それぞれ少なくとも一種ずつ含み、
前記粒子状フィラーが、テトラポッド状酸化亜鉛ウィスカ、多孔質カーボン、多孔質セラミックス、ゼオライトおよび多孔質シリカからなる群より選ばれた少なくとも１種であり、前記繊維状フィラーのゴム組成物全体に占める体積分率Ｖｉ（％）と、前記粒子状フィラーのゴム組成物全体に占める見掛け体積分率Ｖｍ（％）との合計Ｖｉ＋Ｖｍが、５０％以下であるゴム組成物をサイド補強型ランフラットタイヤのサイドウォール部を構成するゴムへ適用したことを特徴とするサイド補強型ランフラットタイヤを提供することができる。

本発明においては、前記繊維状フィラーが、炭素繊維、セラミックス繊維、金属繊維、金属酸化物ウィスカ、金属窒化物ウィスカ、金属炭化物ウィスカ、炭素ウィスカ、ケイ素ウィスカおよび金属ウィスカからなる群より選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。また、本発明においては、前記Ｖｉと前記Ｖｍとの比Ｖｉ／Ｖｍが、０．３〜３．０の範囲であることが好ましい。これらにより、本発明の効果を良好に得ることができる。

本発明によれば、熱伝導性フィラーの添加量を少量に抑えて、ゴム特性の損失を低減しつつ、射出方向のみならず、射出幅方向および厚さ方向についても高い熱伝導性を有するゴム組成物を、サイド補強型ランフラットタイヤのサイドウォール部を構成するゴムへ適用したサイド補強型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における射出後の繊維状フィラーおよび粒子状フィラーの分散状態の一例を示す概略図である。

以下、本発明の好適実施形態について、詳細に説明する。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、フィラーとを含むものである。本発明においては、かかるフィラーとして、熱伝導率１０〜１２００（Ｗ／ｍＫ）、フィラー径１〜２０（μｍ）、アスペクト比５〜１０００を有する繊維状フィラーと、熱伝導率１〜５００（Ｗ／ｍＫ）、メディアン径０．５〜１００（μｍ）、嵩密度０．０１〜５．０（ｇ／ｍＬ）を有する粒子状フィラーとを、それぞれ少なくとも一種ずつ含むことが肝要である。

上述のように、ゴム組成物中に高熱伝導性を有する繊維状フィラーを含有させることで、繊維状フィラー間で連続性が確保されるので、一定の熱伝導性を得ることができる。しかし、繊維状フィラーはゴムの射出方向に配向してしまうため、射出幅方向および厚さ方向については熱伝導率を十分に向上させることができない。そこで、本発明では、かかる繊維状フィラーとともに、高熱伝導性を有する嵩高い粒子状フィラーを添加することにより、射出幅方向および厚さ方向についても熱伝導率を向上させている。

図１は、本発明のゴム組成物における射出後の繊維状フィラーおよび粒子状フィラーの分散状態の一例を示す概略図であり、粒子状フィラーとして、テトラポッド状の粒子を用いている。図示するように、ゴム組成物１中の繊維状フィラー２は射出方向に配向されている。一方、粒子状フィラー３は、繊維状フィラー２間に均一に分散される。その結果、繊維状フィラー２と粒子状フィラー３とが互いに接触することとなり、少量のフィラー添加量であっても効果的に、ゴム射出方向のみならず射出幅方向および厚み方向についても、熱伝導性を向上させることが可能となる。また、フィラーの添加量が少なくて済むため、ゴム組成物のゴム特性を著しく損なうこともない。なお、図中の矢印は熱の流れを示している。

また、繊維状フィラーおよび粒子状フィラーとの熱伝導率を上記範囲とすることで、各フィラーの添加量を少量に抑えることが可能となる。好適には、繊維状フィラーの熱伝導率は１５０〜１０００（Ｗ／ｍＫ）であり、また、粒子状フィラーの熱伝導率は１〜３００（Ｗ／ｍＫ）である。

さらに、繊維状フィラーと粒子状フィラーとの接触効率およびゴム特性の維持の観点から、繊維状フィラーのフィラー径およびアスペクト比、ならびに、粒子状フィラーのメディアン径および嵩密度は、上記範囲とする必要がある。好適には、繊維状フィラーの、フィラー径は１〜１０（μｍ）、アスペクト比は５０〜３００であり、また、粒子状フィラーの、メディアン径は１０〜８０（μｍ）、嵩密度は０．０５〜０．１（ｇ／ｍＬ）である。なお、嵩密度とは、ＪＩＳＫ５１０１−１２で規定される見掛け密度をいう。

本発明に用いることができる繊維状フィラーとしては、炭素繊維、セラミックス繊維、金属繊維、金属酸化物ウィスカ、金属窒化物ウィスカ、金属炭化物ウィスカ、炭素ウィスカ、ケイ素ウィスカおよび金属ウィスカ等を挙げることができ、これらのうち１種または２種以上を用いることができる。セラミック繊維としては、例えば、窒化ケイ素および炭化ケイ素等を挙げることができ、金属繊維としては、例えば、鉄、銅およびアルミニウム等からなる繊維を挙げることができる。また、金属酸化物ウィスカとしては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化ニッケル等からなるウィスカを挙げることができ、金属窒化物ウィスカとしては、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等からなるウィスカを挙げることができる。金属炭化物ウィスカとしては、例えば、炭化ホウ素、炭化アルミニウム等からなるウィスカを挙げることができる。

また、本発明に用いることができる粒子状フィラーとしては、テトラポッド状酸化亜鉛ウィスカ、多孔質カーボン、多孔質セラミックス、ゼオライトおよび多孔質シリカ等を挙げることができ、これらのうち１種または２種以上を用いることができる。

本発明においては、繊維状フィラーのゴム組成物全体に占める体積分率Ｖｉ（％）と、粒子状フィラーのゴム組成物全体に占める見掛け体積分率Ｖｍ（％）との合計Ｖｉ＋Ｖｍが、５０％以下であることが好ましい。Ｖｉ＋Ｖｍの合計が５０％を超えると、ゴムの流動性が低下し、加工性が悪化するおそれがあり、また、強度の低下や繰り返し曲げによる亀裂発生等、ゴムとしての特性を失うおそれがある。このＶｉ＋Ｖｍは、好適には５〜３０％である。

また、本発明においては、ＶｉとＶｍとの比Ｖｉ／Ｖｍが、０．３〜３．０の範囲であることが好ましい。Ｖｉ／Ｖｍの値が０．３未満であると、繊維状フィラーの量が不十分となり十分な熱伝導率を得ることができない。一方、３．０を超えると、粒子状フィラーの添加量が少ないため、やはり、十分な熱伝導率を得ることができなくなるおそれがある。

本発明のゴム組成物においては、ゴム成分に対し上記繊維状フィラーおよび粒子状フィラーを配合してなるものであればよく、それ以外の配合成分には特に制限されるものではない。

本発明におけるゴム成分としては、天然ゴム、汎用合成ゴム、例えば、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、高シス−１，４ポリブタジエンゴム、低シス−１，４ポリブタジエンゴム、高シス−１，４ポリイソプレンゴム等、ジエン系特殊ゴム、例えば、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム等、オレフィン系特殊ゴム、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等、その他特殊ゴム、例えば、ヒドリンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム等を挙げることができる。コストと性能とのバランスから、好ましくは、天然ゴムまたは汎用合成ゴムである。

本発明のゴム組成物のゴム配合中には、上記繊維状フィラーおよび粒子状フィラーに加えて、カーボンブラックおよび／またはシリカを配合することが好ましい。カーボンブラックとしては、ＨＡＦ級のものなど公知のものを使用することができる。また、その配合量としては、カーボンブラックおよび／またはシリカの総量で、ゴム成分１００質量部に対し１０〜１００質量部の範囲内とすることができる。また、その他、ゴム業界で一般に使用されている添加剤、例えば、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、プロセスオイル、補強材、軟化剤等を適宜配合することができ、これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。

加硫剤としては、硫黄、硫黄含有化合物等が挙げられ、その配合量は、ゴム成分１００質量部に対し硫黄分として０．１〜１０質量部が好ましく、より好ましくは１〜５質量部である。また、加硫促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、２−メルカプトベンゾチアゾール（Ｍ）、ジベンゾチアジルジサルファイド（ＤＭ）、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド（ＣＺ）等のチアゾール系や、ジフェニルグアジニン（ＤＰＧ）等のグアジニン系の加硫促進剤が挙げられ、その使用量は一般に、ゴム成分１００質量部に対し０．１〜７質量部が好ましく、より好ましくは１〜５質量部である。

さらに、プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系、ナフテン系、芳香族系等が挙げられ、引張強度、耐摩耗性の向上を重視する用途には芳香族系が、ヒステリシスロス、低温特性の向上を重視する用途にはナフテン系またはパラフィン系が用いられる。その使用量は、ゴム成分１００質量部に対し０〜１００質量部が好ましく、１００質量部を超えると加硫ゴムの引張強度や低発熱性が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、上記所定の繊維状フィラーおよび粒子状フィラーと、所望に応じその他の配合成分とを混合、混練りすることにより得ることができる。混合方法としては、通常のゴムの混合に使用される公知の手法を用いることができ、特に制限はない。また、本発明のゴム組成物は加硫して使用することが好ましく、架橋方法としては、硫黄、過酸化物、金属酸化物等を添加して加熱により架橋させる方法や、光重合開始剤を添加して光照射により架橋させる方法、電子線や放射線を照射して架橋させる方法等が挙げられる。

本発明のゴム組成物は、サイド補強型ランフラットタイヤのサイドウォール部を構成するゴムに好適に用いることができる。これにより、サイドウォール部の熱伝導率が向上し、速やかに熱を放散させることが可能となり、これまで以上に応急走行寿命が向上したサイド強化型ランフラットタイヤを得ることができる。

本発明のサイド補強型ランフラットタイヤは、上記要件を満足することのみが重要であり、それ以外のタイヤ構造の詳細や材料などについては特に制限されるものではなく、常法により製造することができる。また、タイヤ内に充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を変えた空気、又は窒素等の不活性ガスを用いることができる。

本発明のゴム組成物は、サイド補強型ランフラットタイヤ以外にも、例えば、電気電子部品、タイヤのトレッドゴム、ゴムベルト、その他各種製品に幅広く使用することが可能である。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記の表１〜４中に示す配合に従い、実施例および比較例のゴム組成物をそれぞれ調製した。まず、ラボプラストミル（東洋精機（株）製）を用いて、天然ゴム１００質量部を７０℃にて６０ｒｐｍで３０秒間素練りした後、各熱伝導性フィラーを下記表中に示すＶｉ（％）およびＶｍ（％）となるように投入して、７０℃にて６０ｒｐｍで更に混合した（ノンプロ配合）。次いで、得られた混合物を取り出して、冷却、秤量した後、加硫促進剤として、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミドを１質量部および硫黄１．５質量部を投入し、プラベンダーを用いて、７０℃にて５０ｒｐｍで再度混合した（プロ配合）。

混練りした混合物を、射出成型にてシート状に加工した。得られたシート状の混合物を、高温プレスを用いて１５０℃×１５分にて加硫して、２ｍｍ厚の加硫ゴムシートを作製した。得られた加硫ゴムシートにつき、下記に従い、熱伝導率および強力の評価を行った。これらの結果を、下記の表１〜４中に併せて示す。

＜熱伝導率の測定＞
京都電子工業（株）製のホットディスク法熱物性測定装置ＴＰＳ−２５００を用いて、各加硫ゴムシートの射出方向、射出幅方向および厚み方向の熱伝導率を測定した。得られた結果を表１〜４に併記する。

＜強力の測定＞
ＪＩＳＫ６２５１（２００４）に準拠してダンベル３号試験片を用いて２５℃で引張試験を行い加硫ゴムシートの強力を求めた。得られた結果を表１〜４に併記する。

※１：帝人（株）：ラヒーマ（登録商標）
※２：電気化学工業（株）：デンカアルセン（登録商標）
※３：虹技（株）：ＫＣメタルファイバー
※４：ＡＣＭＬＬＣ：Ｓｉｌａｒ
※５：自社製作品

※６：（株）アムテック：パナテトラ（登録商標）
※７：日清オイリオグループ（株）：フィトポーラスＳＨ（登録商標）
※８：アスザック（株）：ＡＺＰ−６０
※９：東北ゼオライト工業（株）：ソイラックス
※１０：日本板硝子工業（株）：ＰＣ−ＰＷ

上記表１〜４より、本発明のゴム組成物においては、ゴム特性の低下を抑制しつつ、射出方向のみならず、射出幅方向および厚さ方向についても高い熱伝導性が得られていることがわかる。

１ゴム組成物
２繊維状フィラー
３粒子状フィラー

Claims

フィラーとして、熱伝導率１０〜１２００（Ｗ／ｍＫ）、フィラー径１〜２０（μｍ）、アスペクト比５〜１０００を有する繊維状フィラーと、熱伝導率１〜５００（Ｗ／ｍＫ）、メディアン径０．５〜１００（μｍ）、嵩密度０．０１〜５．０（ｇ／ｍＬ）を有する粒子状フィラーとを、それぞれ少なくとも一種ずつ含み、
前記粒子状フィラーが、テトラポッド状酸化亜鉛ウィスカ、多孔質カーボン、多孔質セラミックス、ゼオライトおよび多孔質シリカからなる群より選ばれた少なくとも１種であり、前記繊維状フィラーのゴム組成物全体に占める体積分率Ｖｉ（％）と、前記粒子状フィラーのゴム組成物全体に占める見掛け体積分率Ｖｍ（％）との合計Ｖｉ＋Ｖｍが、５０％以下であるゴム組成物をサイド補強型ランフラットタイヤのサイドウォール部を構成するゴムへ適用したことを特徴とするサイド補強型ランフラットタイヤ。
前記繊維状フィラーが、炭素繊維、セラミックス繊維、金属繊維、金属酸化物ウィスカ、金属窒化物ウィスカ、金属炭化物ウィスカ、炭素ウィスカ、ケイ素ウィスカおよび金属ウィスカからなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１記載のサイド補強型ランフラットタイヤ。
前記Ｖｉと前記Ｖｍとの比Ｖｉ／Ｖｍが、０．３〜３．０の範囲である請求項１または２記載のサイド補強型ランフラットタイヤ。