JP5497537B2 - フィルム−ゴム複合体をタイヤに用いる方法 - Google Patents
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Description
本発明の方法において、タイヤに用いるとは、例えば、上記フィルム−ゴム複合体を未加硫のタイヤ半製品に用いて、タイヤ製造工程に適用することや加硫済みのタイヤに用いて、タイヤ製造工程に適用すること、並びに、補修、修理整備等においてタイヤ半製品又はタイヤに用いることをいう。例えば、タイヤ製造工程において、予め圧着することにより一体化した上記フィルム−ゴム複合体を、加硫済みのタイヤ本体部分または未加硫のタイヤ本体部分の内周面に配置するように用いることや修理や補修工程で釘穴などの要補修箇所を塞ぐように、予め圧着することにより一体化した上記フィルム−ゴム複合体を用いることなどが挙げられる。
本発明の方法を使用したタイヤは、上記フィルム−ゴム複合体を用いる対象であり、加硫前の半製品の状態のタイヤ又は加硫された製品のタイヤであってもよい。以下、図を参照しながら本発明の方法を使用したタイヤを詳細に説明する。図1は、本発明の方法を使用したタイヤの一実施態様のタイヤ径方向の断面図であり、左右対称のため右半分を図示している。図1に示すタイヤは、一対のビード部1及び一対のサイドウォール部2と、両サイドウォール部2に連なるトレッド部3とを有し、上記一対のビード部1間にトロイド状に延在して、これら各部1,2,3を補強するカーカス4と、該カーカス4のクラウン部のタイヤ半径方向外側に配置された2枚のベルト層からなるベルト5とを備え、更に、該カーカス4の内側のタイヤ内面には上記フィルム−ゴム複合体を用いたインナーライナー6が配置されている。
図示例のタイヤにおいて、カーカス4は、上記ビード部1内に夫々埋設した一対のビードコア7間にトロイド状に延在する本体部と、各ビードコア7の周りでタイヤ幅方向の内側から外側に向けて半径方向外方に巻上げた折り返し部とからなるが、本発明の方法を使用したタイヤにおいて、カーカス4のプライ数及び構造は、これに限られるものではない。
本発明の方法を使用したタイヤは、上記フィルム−ゴム複合体を用い、常法により製造することができる。なお、本発明の方法を使用したタイヤにおいて、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、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができ、コスト面より空気が充填されることが多い。
本発明に用いるフィルム−ゴム複合体は、フィルムとゴム成分中のブチルゴム含有率が97質量%以上のゴム組成物からなるゴムシートを一体化したものである。
以下、本発明の一実施態様を示した図2、従来の態様を示した図3を用いて説明する。ここで、図2は本発明の方法を使用したタイヤの一実施態様のタイヤ赤道方向の概要図である。タイヤ赤道方向の部分断面図によるカーカスプライ4aの周方向ジョイント部4cにおける上記フィルム−ゴム複合体6aを用いたインナーライナー6の構造を示す概要図である。
図3に示した従来のタイヤでは、カーカスプライ4aの周方向ジョイント部4cの端部にはカーカスプライ4aの厚みによる段差がある。従来のブチルゴム系インナーライナー6bが配設され、製造工程や車両装着運転時等における拡張応力や収縮応力が作用すると、いわゆる局所的収縮(ゲージが減る現象)が見られる。応力を分散できずに、狭い箇所に応力が集中すると、局所的収縮発生箇所6dが観察される。ブチルゴム層の厚みが薄く、ブチルゴム含有率が高い場合には、特に前記段差位置などで局所的収縮発生箇所6dが観察され易くなり、インナーライナー割れが生じるおそれまであった。そこで、ブチルゴム系インナーライナー6bの厚さをかなり厚くする、ブチルゴム含有率を減らすなどによってタイヤの軽量化や耐空気透過性等を犠牲にした対応を施す必要があった。
本発明に用いるフィルムは、上記ゴムシートとの一体化性及び応力分散性があればよく、特に限定されない。図2にはフィルムの構造を詳細には示していないが、単層構造のフィルムであってもよく、また複層構造のフィルムであってもよく、市販のフィルムを用いることができる。耐屈曲性向上の為、複層構造が好ましい。また、良好な一体化性及び応力分散性を確保するため、フィルムのヤング率は1MPa〜1500MPaであることが好ましく、フィルム素材及び厚みなどの構造により調整することができる。柔らか過ぎるとブチルゴムと一緒にちぎれてしまい、硬すぎると一体化性が損なわれて剥離してしまうからである。また、一体化、特に圧着による一体化に適するように、フィルムが熱可塑性であることが好ましく、フィルム素材及び表面部分の構造などによりフィルムのヤング率を調整することができる。
フィルムの厚みは、素材や構造によるが、0.1μm〜500μmであることが好ましい。0.1μm未満の場合取り扱いが難しく作業性が低下するからであり、500μmを超えると重量低減効果が小さくなるからである。また、応力分散性の観点から、フィルム厚みは、複合体の全域で均一なことが望ましい。
本発明に用いるフィルムの素材としては、上記ゴムシートとの一体化性及び応力分散性があればよく、柔軟性やガスバリア性を改善できる樹脂が好ましい。例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン6/66、ナイロン6/66/610、ナイロンMXD6などのポリアミド系樹脂;ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリールエステル(PAR)、ポリブチレンナフタレート(PBN)等のポリエステル系樹脂、ポリニトリル系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)等のポリビニル系樹脂等が挙げられ、これらの中でも、柔軟性とガスバリア性の観点から、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)が好ましい。なお、これらの樹脂は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、上記ゴムシートと圧着できるフィルムの素材としては、熱可塑性樹脂が好ましく、圧着による一体化性があるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリニトリル系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリビニル系樹脂などの熱可塑性樹脂又はこれらを主成分とする共重合体や、これら樹脂成分を主成分として含む樹脂組成物が挙げられる。
本発明に用いるゴムシートは、上記フィルムの一体化性及び応力分散性に支えられて、耐空気透過性を発現する主要部品である。以下、ゴム組成などの詳細を説明する。
本発明に用いるゴムシートを構成するゴム組成物は、ゴム成分中のブチルゴム含有率が97質量%以上であることを特徴とする。以下、各成分の詳細を説明する。
本発明に用いるゴム成分中のブチルゴム含有率が97質量%以上であることを特徴とする。さらに、本発明において、ゴム成分中におけるブチルゴムの配合率は、98質量%以上であることが好ましく、より好ましくは100質量%である。即ち、ゴム組成物のゴム成分は、ブチルゴムの配合率が高いほど、さらに全てブチルゴムからなることが好ましい。ゴム成分を全てブチルゴムとすることによって、ゴム組成物の耐空気透過性を向上させることが可能であり、機械的特性や圧着性能などの加工特性に優れたゴム組成物を提供することが可能である。
また、ゴム成分中のブチルゴムは、非ハロゲン化ブチルゴムでもハロゲン化ブチルゴムでもどちらでも、またこれらの混合物でもよい。その中でも、ブチルゴムにおけるハロゲン化ブチルゴムの含有率は40重量%以上が好ましく、50重量%以上がより好ましく、70重量%以上がより一層好ましい。なぜなら、ハロゲン化ブチルゴムが耐空気透過性に優れているためである。ここで、ハロゲン化ブチルゴムとしては、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴム及びその変性ゴムなどが挙げられる。例えば、塩素化ブチルゴムとしては「EnjayButyl HT10−66」(エンジェイケミカル社製、商標)、臭素化ブチルゴムとしては「ブロモブチル2255」(エクソン社製、商標)が挙げられ、変性ゴムとしては、「Expro50」(エクソン社製、商標、イソモノオレフィンとパラメチルスチレンとの共重合体の塩素化又は臭素化変性共重合体)などとして入手可能である。
本発明において、前記ブチルゴムの他にゴム組成物のゴム成分中に3質量%以下配合し得る。この配合し得るゴム成分としては、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレン合成ゴム(IR)、ポリブタジエン(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記ゴム組成物は、上記ゴム成分100重量部当たり、さらにカーボンブラックを0〜100 重量部、層状又は板状無機充填剤を30〜180 重量部、及び分散改良剤を0〜5重量部の割合で含み、かつ該カーボンブラックと該層状又は板状無機充填剤(以下、層状無機充填剤等という)とを合計で30〜200重量部の割合で含むことができる。
上記カーボンブラックの種類は特に制限はなく、従来ゴムの補強用充填剤として慣用されているものの中から任意のものを適宜選択して用いることができ、例えばFEF、SRF、HAF、ISAF、SAF、GPFなどが挙げられる。これらの中では窒素吸着比面積(N2SA)が26〜170m2/gのものが好ましい。なお、窒素吸着比面積はASTM D3037−88に準拠して測定される。
上記層状無機充填剤等は、アスペクト比が5以上30未満のものが好ましく、7〜20の範囲がより好ましい。アスペクト比が5未満では耐空気透過性の向上効果が充分に発揮されないおそれがあり、また30以上の場合は、ゴム成分への分散が悪くなり、むしろ耐空気透過性が悪くなる傾向がある。ここで、アスペクト比は、無機充填剤を電子顕微鏡で観察し、任意の粒子50個について長径と短径を測定し、その平均長径aと平均短径bより、a/bとして求められる。
このようなアスペクト比をもつ層状無機充填剤等を、上記ゴム成分に配合することにより、従来のカーボンブラックや通常形状の無機充填剤よりも少ない配合量で、耐空気透過性を向上させることが可能となる。これは、押出、圧延等の加工工程において層構造を形成し、空気の透過経路を遮り、耐空気透過性が効果的に発揮されるからである。さらに、無機充填剤の配合量を少なくできることから、従来のカーボンブラックや通常形状の無機充填剤に比べて、低温時における硬さ増大が抑えられ、低温時の耐久性を改善できる。
層状無機充填剤等としては、天然品及び合成品のいずれであってもよく、特に制限されない。具体的には、例えばカオリン、クレイ、マイカ、長石、シリカ及びアルミナの含水複合体などが挙げられ、カオリンクレーが好適である。
上記分散改良剤は、ゴム成分中へのカーボンブラックや層状無機充填剤等の分散を向上させ、耐屈曲疲労性などを向上させるために用いられるものである。この分散改良剤としては、例えばシランカップリング剤、ジメチルステアリルアミンなどを挙げることができる。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記ゴム組成物には、上記ゴム成分、カーボンブラック、層状無機充填剤等、分散改良剤の他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、軟化剤、老化防止剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。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。上記ゴム組成物は、ゴム成分に、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。
本発明の方法において、上記フィルムと上記ゴムシートの一体化方法としては、両者の一体化性及び応力分散性が発揮できればよく、特に限定されない。具体的には、共押出法や押出ラミネート法による成形と同時の一体化方法、粘着、貼着、接着、圧着、架橋結合や加硫結合による二次加工での一体化方法が挙げられる。本発明の方法においては、圧着による一体化方法が好ましい。フィルムとゴムシートとの一体化にあたりエア入り等なく簡便にできるからである。一体化の時期は、インナーライナーとしてタイヤに用いるのと同時でもよく、また、予め一体化してもよい。特に、予め圧着することにより一体化することが好ましい。予め圧着することで、作業工程数が増えることを避けるためである。
本発明の方法において、圧着による一体化方法とは、成形品(上記フィルム−ゴム複合体など)の接着面を加熱することにより局所的に溶融させ、かつ軽い荷重を加えることによって溶融樹脂を接着剤として強固な接合を得る一体化方法である。電熱、燃焼ガス法、熱板溶着法、ヒートシール法、熱風溶接法、高周波法、超音波法、摩擦熱法などがある。例えば、熱板溶着法は、金属板などの発熱体を加熱し、上記フィルムの被接合部分に直接接触させて表面を軟化溶融させ、その状態で圧着して熱伝導により接合一体化する方法である。本発明の方法において、圧着方法は特に限定されないが、ロールによる圧着が好ましい。効率的に圧力を加えることができるからである。
本発明の方法において、上記フィルムと上記ゴムシートを0.01MPa〜1MPaの圧着圧で予め圧着することが好ましい。事前に一体化させることで、作業工程数が増えることを避けるためである。
また、タイヤのユニフォーミティの低下を抑制する観点からは、薄ゲージ化が達成できた場合には、2個以上の継ぎ目を形成することが好ましく、5〜20個の継ぎ目を形成することが更に好ましい。なお、積層体が形成する継ぎ目が20個を超えると、インナーライナーとしての作製が困難になる場合がある。タイヤ用インナーライナーを構成する積層体がタイヤ内面に配置された姿勢で複数の継ぎ目を形成する場合、インナーライナーは、例えば、複数枚の積層体の端部分を重ねて継ぎ合わせて接合することにより作製される。
実施例として、エポキシ変性エチレン−ビニルアルコール共重合体製単層構造フィルム(厚み20μm)、熱硬化性ウレタンエラストマー製単層構造フィルム(厚み20μm)、変性エチレン−ビニルアルコール共重合体/熱可塑性ポリウレタン製5層構造フィルム(厚み100μm)と表1に示す組成のゴムシートを一体化して表2〜表3に示す諸元(ブチルゴム含有率〜ジョイント部重なり)を具えるフィルム−ゴム複合体を作成した。該フィルム−ゴム複合体の剥離抗力を評価した。評価方法は下記に示す。評価結果は表2〜3に示す。また、該フィルム−ゴム複合体をインナーライナーとして具える試験タイヤを試作し、タイヤ性能を評価した。評価方法は下記に示す。評価結果を表2〜3に示す。比較例も、実施例に準じて作成し、評価した。評価結果を表2〜3に示す。
5」と天然ゴムとの混合物であり、配合は表2〜3のブチルゴム含有率による
2:旭カーボン社製「旭#55(N660)」GPF
3:竹原化学社製「カオリンクレー」
4:大内新興化学工業社製「ノクセラーDM」
実施例1〜8及び11〜13では、加圧可能なロール装置を用いて、上記フィルムと上記ゴムシートを0.1〜0.8MPaの圧着圧で予め圧着して一体化させた。実施例9では、製造時に製造プロセスの1工程としてドラム上で巻きつかせて、圧着して一体化させた。実施例10では、上記フィルムと上記ゴムシートをCSM系接着剤により接着して一体化した。
(複合体の剥離抗力)
複合体の剥離抗力は、フィルム−ゴム複合体についてJIS K6854に準拠してT型剥離試験を行い、剥離抗力を測定し、一体化の度合いを評価した。測定値は比較例1の剥離抗力を100として指数表示した。
カーカスとの剥離抗力は、カーカスと、フィルム−ゴム複合体、ブチルゴム(比較例2〜4)又はフィルム(比較例5)との一体化物についてJIS K6854に準拠してT型剥離試験を行い、剥離抗力を測定した。測定値は比較例1の剥離抗力を100として指数表示した。
ゴムシートのきれは、生タイヤで外観確認、きれの有無を確認して評価した。評価結果を○:きれが無い場合、×:きれがある場合で表示した。
エア保持性(走行タイヤ)は、上記作製のタイヤについて空気圧140kPaで80km/hの速度に相当する回転ドラム上に加重6kNで押し付けて、10,000km走行を実施した。未走行タイヤと、上記条件で走行したタイヤを用い、エア保持性を下記条件で評価した。
エア保持性(未走行タイヤ)は、試験タイヤを6JJ×15のリムに装着した後内圧を240kPaとし、この3ヶ月後の内圧を測定し、下記式:
エア保持性=((240−b)/(240−a))×100
[式中、aは試験タイヤの3ヶ月後の内圧、bは下記比較例1記載の未走行タイヤ(通常のゴムインナーライナーを用いた空気入りタイヤ)の3ヶ月後の内圧である]で評価した。また他の測定値は、比較例1の値を100として指数化した。
耐久性は、上記走行タイヤを行い、走行タイヤの外観、インナーライナーのはがれの有無(目視観察)、インナー割れなどの不具合の有無(目視観察)で評価した。評価結果を
○:不具合がない場合、×:不具合がある場合で表示した。
2 サイドウォール部
3 トレッド部
4 カーカス
4a カーカスプライ
4b コード
4c カーカスプライの周方向ジョイント部
5 ベルト
6 インナーライナー
6a フィルム−ゴム複合体を用いたインナーライナー
6a1 フィルム
6a2 ゴムシート
6b 従来のブチルゴム系インナーライナー
6c インナーライナーの周方向ジョイント部
6d 従来のブチルゴム系インナーライナーの局所的収縮発生箇所
7 ビードコア
8 ベルト補強層
Claims (5)
- フィルムとゴム成分中のブチルゴム含有率が97質量%以上のゴム組成物からなるゴムシートを一体化したフィルム−ゴム複合体をタイヤに用いる方法であって、
該タイヤが、一枚以上のカーカスプライよりなるカーカスを具え、
該カーカスの内側のタイヤ内面に該フィルム−ゴム複合体を配置しており、
該カーカスプライ及び該フィルム−ゴム複合体が、該タイヤの内面に配置された姿勢で各々少なくとも一つの周方向ジョイント部を形成しており、該フィルム−ゴム複合体の周方向ジョイント部と該カーカスプライの周方向ジョイント部同士が重ならないことを特徴とする方法。 - 前記フィルムの−20℃でのヤング率が、1MPa〜1500MPaであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記フィルムが、熱可塑性であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記フィルムと前記ゴムシートを予め圧着することにより一体化することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記フィルムと前記ゴムシートを0.01MPa〜1MPaの圧着圧で予め圧着することを特徴とする請求項4に記載の方法。
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