JP6804959B2

JP6804959B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

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Publication number: JP6804959B2
Application number: JP2016239590A
Authority: JP
Inventors: 晋作鎌田
Original assignee: Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP2018095703A

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤ、とりわけモータースポーツ用タイヤにおいては、乾燥路面における高いグリップ性能が要求される。また、モータースポーツ用タイヤは、走行中に高温状態となることで、トレッドゴムの剛性が下がり、それにより急激な発熱が起こることで、操縦安定性及びグリップ性能が低下する。そのため、高温状態での剛性低下による急激な発熱を抑制し、操縦安定性及びグリップ性能の低下を改善することが求められる。

ところで、従来、タイヤ用ゴム組成物にシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン（以下、ＳＰＢということがある。）を配合することが知られている。例えば、特許文献１には、耐摩耗性、耐破壊特性及びウェットグリップ性能を低下させずに、低転がり抵抗及び加工性を向上することを目的として、ジエン系ゴムにシリカとともに、融点１２０〜１８０℃のＳＰＢを配合することが開示されている。特許文献２には、ウェットグリップ性能を維持しつつ氷雪制御動性能を向上するために、ジエン系ゴムに融点８０〜２３０℃の高分子化合物を配合することが開示され、該高分子化合物としてＳＰＢが例示されている。特許文献３には、耐摩耗性、破壊特性、低発熱性能及びウェットグリップ性能のバランスを備えつつ、加工性を向上するために、官能基を持つ変性スチレンブタジエンゴムとＳＰＢを配合することが開示されている。しかしながら、乾燥路面における高いグリップ性能を付与したゴム組成物において、その高温状態での剛性低下を抑制するためにＳＰＢを用いることは知られていなかった。

特開平０７−１８８４６１号公報特開２００１−２３３９９４号公報特開２００９−２３５１９１号公報

本発明は、高温状態での剛性低下による急激な発熱を抑制し、操縦安定性及びグリップ性能の低下を改善することができる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。

本実施形態に係るタイヤトレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が１４０〜２５０ｍ^２／ｇであるカーボンブラック１１０〜１５０質量部と、融点が１００℃より大きいシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン５〜３０質量部を含有するものである。

本実施形態に係る空気入りタイヤは、該ゴム組成物からなるトレッドゴムを備えたものである。

本実施形態によれば、高温状態での剛性低下による急激な発熱を抑制し、操縦安定性及びグリップ性能の低下を改善することができる。

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

本実施形態に係るゴム組成物は、ジエン系ゴムと、窒素吸着比表面積が１４０〜２５０ｍ^２／ｇであるカーボンブラックと、融点が１００℃より大きいシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンとを含有するものである。

ゴム成分としてのジエン系ゴムについては、特に限定されず、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン−イソプレンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン−イソプレンゴム、及び、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上混合して用いることができる。

一実施形態として、ジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴムを含むことが好ましく、すなわち、ジエン系ゴムは、スチレンブタジエンゴム単独、又はスチレンブタジエンゴムと他のジエン系ゴムとのブレンドでもよい。例として、ジエン系ゴム１００質量部中にスチレンブタジエンゴムを８０〜１００質量部含むことが好ましい。前記他のジエン系ゴムとしては、ブタジエンゴム及び／又は天然ゴムが好ましい。

補強性充填剤としてのカーボンブラックについては、本実施形態では窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１４０〜２５０ｍ^２／ｇである極めて小粒径のカーボンブラックを用いる。このような小粒径のカーボンブラックを用いることにより、発熱性を高めてモータースポーツ用タイヤのグリップ性能を向上することができ、また補強性を向上することができる。また、カーボンブラックの窒素吸着比表面積が２５０ｍ^２／ｇ以下であることにより、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、１６０〜２２０ｍ^２／ｇであることが好ましく、より好ましくは１８０〜２００ｍ^２／ｇである。ここで、窒素吸着比表面積は、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して測定される。

カーボンブラックの含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して１１０〜１５０質量部である。上記のような小粒径カーボンブラックを、このように高充填にて配合することにより、発熱性を高めることができ、また補強性を向上することができる。また、カーボンブラックの含有量が１５０質量部以下であることにより、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。カーボンブラックの含有量は、より好ましくは１１０〜１４０質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物には、融点が１００℃より大きいシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン（ＳＰＢ）が配合される。このような融点の高いＳＰＢを配合することにより、小粒径カーボンブラックを高充填にて配合したゴム組成物において、高温状態での剛性低下を抑えることができ、高温時の操縦安定性の低下を改善することができる。ＳＰＢの融点は、１００℃超１８０℃以下であることが好ましく、より好ましくは１００℃超１５０℃以下であり、１０５℃以上１３０℃以下でもよい。ここで、融点は、ＪＩＳＫ７１２１に準拠して測定されるＤＳＣ曲線の融解ピーク温度である。

ＳＰＢとしては、結晶化度が２５％以上であるものを用いることが好ましい。結晶化度が２５％以上であることにより、ゴム組成物の剛性改良効果を高めることができる。ＳＰＢの結晶化度は、２５〜５０％であることが好ましく、より好ましくは２５〜４０％である。ここで、結晶化度は、結晶化度０％の１，２−ポリブタジエンの密度を０．８８９ｇ／ｃｍ^３、結晶化度１００％の１，２−ポリブタジエンの密度を０．９６３ｇ／ｃｍ^３として、水中置換法により測定した密度から換算した値である。

ＳＰＢの１，２−ビニル結合含量は、特に限定されないが、７０モル％以上であることが好ましく、より好ましくは８０モル％以上であり、更に好ましくは９０モル％以上である。ここで、ＳＰＢの１，２−ビニル結合含量は、赤外吸収スペクトル法（モレロ法）によって求めた値である。

ＳＰＢの含有量は、ジエン系ゴム１００質量部に対して５〜３０質量部であることが好ましい。５質量部以上配合することにより、高温時の剛性低下を抑制することができる。また、３０質量部以下とすることで、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。ＳＰＢの含有量は、より好ましくは１０〜３０質量部である。なお、ＳＰＢは、ゴム成分というよりも、剛性の高い樹脂に相当するものであるため、上記ジエン系ゴムには含まれない。

本実施形態に係るゴム組成物には、オイルを配合することが好ましい。オイルとしては、一般にゴム組成物に配合される各種オイルを用いることができる。好ましくは、オイルとしては、炭化水素を主成分とする鉱物油を用いることである。すなわち、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、及びアロマ系オイルからなる群から選択される少なくとも１種の鉱物油を用いることが好ましい。

オイルの含有量がＳＰＢの含有量に対して質量比で１．５〜１０．０倍であること、即ち、１．５≦オイル／ＳＰＢ（質量比）≦１０．０であることが好ましい。この質量比が１．５倍以上であることにより、ブローアウトを生じにくくすることができる。ここで、ブローアウトとは、加硫ゴムの動的疲労による発熱により、配合剤中の揮発性物質などがガス状になって多孔質（ポーラス）となり、外部に噴出する現象である。また、上記質量比が１０．０倍以下となるようにＳＰＢの量を確保することにより、高温時の剛性低下を抑制する効果を高めることができる。上記質量比は、より好ましくは１．７〜５．０倍である。

なお、ジエン系ゴム１００質量部に対するオイルの含有量は、特に限定しないが、２０〜６０質量部であることが好ましく、より好ましくは４０〜５５質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物には、石油樹脂、クマロン系樹脂、テルペン系樹脂、フェノール系樹脂、及びロジン系樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の樹脂を配合してもよい。樹脂としては、軟化点が７０〜１００℃の樹脂が好ましく用いられる。このように高温で軟化する樹脂を配合することにより、高温でのＥ’を下げてグリップ性能を向上することができる。樹脂の軟化点は、より好ましくは８０〜１００℃であり、更に好ましくは９０〜１００℃である。ここで、軟化点は、ＪＩＳＫ２２０７に準拠した環球式にて測定される値である。

石油樹脂としては、脂肪族系石油樹脂、芳香族系石油樹脂、脂肪族／芳香族共重合系石油樹脂が挙げられる。脂肪族系石油樹脂は、炭素数４〜５個相当の石油留分（Ｃ５留分）であるイソプレンやシクロペンタジエンなどの不飽和モノマーをカチオン重合することにより得られる樹脂であり（Ｃ５系石油樹脂とも称される。）、水添したものであってもよい。芳香族系石油樹脂は、炭素数８〜１０個相当の石油留分（Ｃ９留分）であるビニルトルエン、アルキルスチレン、インデンなどのモノマーをカチオン重合することにより得られる樹脂であり（Ｃ９系石油樹脂とも称される。）、水添したものであってもよい。脂肪族／芳香族共重合系石油樹脂は、上記Ｃ５留分とＣ９留分を共重合することにより得られる樹脂であり（Ｃ５／Ｃ９系石油樹脂とも称される。）、水添したものであってもよい。クマロン系樹脂は、クマロンを主成分する樹脂であり、クマロン樹脂、クマロン−インデン樹脂、クマロンとインデンとスチレンを主成分とする共重合樹脂などが挙げられる。テルペン系樹脂としては、ポリテルペン、テルペン−フェノール樹脂などが挙げられる。フェノール系樹脂としては、フェノール・ホルマリン樹脂、アルキルフェノールアセチレン樹脂、アルキルフェノールアセチレン樹脂などが挙げられる。ロジン系樹脂としては、例えば天然樹脂ロジン、それを水素添加、不均化、二量化、エステル化などで変性したロジン変性樹脂などを挙げることができる。これらの中でも、脂肪族系石油樹脂、芳香族系石油樹脂、及び脂肪族／芳香族共重合系石油樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の石油樹脂を用いることが好ましい。

上記樹脂の含有量は、特に限定されないが、ジエン系ゴム１００質量部に対して２０〜６０質量部であることが好ましく、より好ましくは４０〜６０質量部である。２０質量部以上であることにより、発熱性を向上することができ、また貯蔵弾性率Ｅ’を下げることができる。また、６０質量部以下であることにより、発熱性が高くなりすぎるのを抑えることができる。また、樹脂とオイルの質量比は、特に限定されないが、オイルの含有量に対する樹脂の含有量の比（樹脂／オイル）で、０．５〜２．０であることが好ましく、より好ましくは０．８〜１．５である。

本実施形態に係るゴム組成物には、上記の成分の他に、ステアリン酸、亜鉛華、老化防止剤、ワックス、加硫剤、加硫促進剤など、ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。加硫剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などの硫黄が挙げられ、特に限定するものではないが、その配合量はジエン系ゴム１００質量部に対して０．１〜８質量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜５質量部である。

本実施形態に係るゴム組成物は、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下で測定した加硫物の損失係数ｔａｎδ及び貯蔵弾性率Ｅ’（ＭＰａ）の比ｔａｎδ／Ｅ’が、０．０５０≦ｔａｎδ／Ｅ’≦０．１５０を満たすものであることが好ましい。１００℃でのｔａｎδが高くなると、発熱性が向上することでグリップ性能は向上するが、Ｅ’が高いと路面に対する追従性に劣ることからゴムと路面との接地面積が十分に確保できず、グリップ性能が低下してしまう。そのため、乾燥路面でのグリップ性能を向上するためには、ｔａｎδ／Ｅ’を大きくする必要があり、特に高速走行条件下で使用されるモータースポーツ用タイヤでは、１００℃におけるｔａｎδ／Ｅ’を大きくする必要がある。一方で、ｔａｎδ／Ｅ’が大きすぎると、ブローアウトが生じやすくなる。そのため、加硫ゴム物性としての１００℃でのｔａｎδ／Ｅ’を０．０５０〜０．１５０に設定することにより、ブローアウトを抑制しつつ、グリップ性能を向上することができる。

ｔａｎδ／Ｅ’は、０．０７０〜０．１４０であることが好ましく、より好ましくは０．１００〜０．１４０である。なお、ｔａｎδ及びＥ’それぞれの値は特に限定されず、例えば、ｔａｎδが０．３０１〜０．５００でもよく、０．３６６〜０．４５３でもよい。また、Ｅ’が２．９〜４．３ＭＰａでもよく、２．９〜３．７ＭＰａでもよい。

本実施形態に係るゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練し作製することができる。すなわち、第一混合段階で、ジエン系ゴムに対し、カーボンブラック及びＳＰＢとともに、加硫剤及び加硫促進剤を除く他の添加剤を添加混合し、次いで、得られた混合物に、最終混合段階で加硫剤及び加硫促進剤を添加混合してゴム組成物を調製することができる。

このようにして得られるゴム組成物は、空気入りタイヤの接地面を構成するトレッドゴムに用いられる。好ましくは、モータースポーツ用タイヤのトレッドゴムに用いることである。なお、空気入りタイヤのトレッドゴムには、キャップゴムとベースゴムとの２層構造からなるものと、両者が一体の単層構造のものがあるが、接地面を構成するゴムに好ましく用いられる。すなわち、単層構造のものであれば当該トレッドゴムが上記ゴム組成物からなり、２層構造のものであればキャップゴムが上記ゴム組成物からなることが好ましい。

空気入りタイヤの製造方法は、特に限定されない。例えば、上記ゴム組成物を、常法に従い、押出加工によって所定の形状に成形して未加硫のトレッドゴム部材を作製し、該トレッドゴム部材を他の部材と組み合わせて未加硫タイヤ（グリーンタイヤ）を作製した後、例えば１４０〜１８０℃で加硫成型することにより、空気入りタイヤを製造することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

バンバリーミキサーを使用し、下記表１に示す配合（質量部）に従って、まず、第一混合段階で、ジエン系ゴムに対し硫黄及び加硫促進剤を除く他の配合剤を添加し混練し（排出温度＝１６０℃）、次いで、得られた混練物に、最終混合段階で、硫黄と加硫促進剤を添加し混練して（排出温度＝９０℃）、ゴム組成物を調製した。なお、オイル量は加硫ゴムの常温での硬度が略一定になるように変量した。表１中の各成分の詳細は、以下の通りである。

・ＳＢＲ：ＪＳＲ（株）製「ＪＳＲ０２０２」
・カーボンブラック１：三菱化学（株）製「ダイヤブラックＮ３３９」（Ｎ_２ＳＡ：９１ｍ^２／ｇ）
・カーボンブラック２：三菱化学（株）製「ダイヤブラック−ＵＸ１０」（Ｎ_２ＳＡ：１９０ｍ^２／ｇ）
・カーボンブラック３：東海カーボン製「シースト９」（Ｎ_２ＳＡ：１４２ｍ^２／ｇ）
・ＳＰＢ−１：融点＝７１℃、１，２−ビニル結合含量＝９０モル％、結晶化度＝１８％のシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン、ＪＳＲ（株）製「ＲＢ８１０」
・ＳＰＢ−２：融点＝１０５℃、１，２−ビニル結合含量＝９３モル％、結晶化度＝２９％のシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン、ＪＳＲ（株）製「ＲＢ８３０」
・ＳＰＢ−３：融点＝１２６℃、１，２−ビニル結合含量＝９４モル％、結晶化度＝３６％のシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン、ＪＳＲ（株）製「ＲＢ８４０」
・石油樹脂：脂肪族系石油樹脂、日本ゼオン（株）製「クイントンＭ１００」（軟化点：９５℃）
・オイル：アロマ系、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製「プロセスＮＣ１４０」
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ−２０」
・亜鉛華：三井金属鉱業（株）製「亜鉛華１種」
・老化防止剤：住友化学（株）製「アンチゲン６Ｃ」
・ワックス：日本精鑞（株）製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」
・加硫促進剤：住友化学（株）製「ソクシノールＣＺ」
・硫黄：鶴見化学工業（株）製「粉末硫黄」。

各ゴム組成物について、１６０℃で３０分間加硫した試験片（幅５．０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み１．０ｍｍ）を用いて、ｔａｎδとＥ’を測定し、両者の比ｔａｎδ／Ｅ’を求めた。また、１６０℃で３０分間加硫したダンベル状３号形の試験片を作製し、高温時の剛性を測定した。また、各ゴム組成物をトレッドゴムに用いて、常法に従い加硫成型することによりモータースポーツ用タイヤ（タイヤサイズ：３１／７１−１８）を作製した。得られたタイヤについて、運動性能（ラップタイム）とブローアウト性能を測定した。各測定方法は以下の通りである。

・ｔａｎδ：ＪＩＳＫ６３９４に準拠して、（株）東洋精機製作所製の粘弾性試験機を使用し、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下（伸長変形）でｔａｎδを測定した。

・Ｅ’：ＪＩＳＫ６３９４に準拠して、（株）東洋精機製作所製の粘弾性試験機を使用し、周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下（伸長変形）でＥ’を測定した。

・高温時の剛性：ＪＩＳＫ６２５１に準拠して、（株）上島製作所製の自動引張り試験機にて、１００℃の条件下で１００％伸び時のモジュラス（１００％引張応力：Ｓ１００）を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど、Ｓ１００が高く、すなわち高温時の剛性が高いことを示す。

・運動性能（ラップタイム）：タイヤ４本を実車（レース専用車両）に装着し、プロドライバーの運転によるクローズドサーキット（１周：３．５ｋｍ）の周回タイムを計測し、４０周回の平均タイムを求めた。平均タイムの逆数について比較例１の値を１００として指数で示した。指数が大きいほどラップタイムが速く、運動性能に優れていることを示す。

・ブローアウト性能：ラップタイム計測と併せて、トレッドに発生するブローアウトを目視にて評価した。ラップタイム計測試験終了後にブローアウトが確認された場合は「×」、ブローアウトが確認されなかった場合は「○」で示す。

結果は、表１に示す。比較例１は、小粒径カーボンブラックを高充填で配合したものであり、ｔａｎδ／Ｅ’で表されるグリップ性能が高く、実車でもラップタイムの速いものであったが、終盤の周回で操縦安定性とグリップ性能の低下によりラップタイムが遅くなり、その結果、トータルのラップタイムが遅くなり、運動性能に劣るものであった。比較例２では、比較例１に対し、高融点のＳＰＢを配合したことにより高温での剛性が高く、高温時の操縦安定性には優れていたが、カーボンブラックが小粒径ではないため、十分な発熱性が得られず（ｔａｎδ／Ｅ’が小さく）、そのため、実車でのラップタイムが遅く、運動性能に劣るものであった。比較例３では、比較例１に対し、融点の低いＳＰＢを配合したものであり、十分な発熱性は得られたものの、高温での剛性が低く、そのため、実車でのラップタイム計測において終盤の周回で操縦安定性とグリップ性能が低下してラップタイムが遅くなり、運動性能が低下した。比較例５では、ＳＰＢの配合量が多すぎ、またそれに伴いオイルも増量したことにより、発熱性が高くなりすぎて、実車でのラップタイム計測において終盤の周回で操縦安定性とグリップ性能が低下してラップタイムが遅くなり、またブローアウトも発生した。

これに対し、実施例１〜７では、小粒径のカーボンブラックを高充填で配合したものにおいて、高融点のＳＰＢを配合したことにより、ｔａｎδ／Ｅ’を所定の範囲内としつつ、高温での剛性を高めることができ、高温状態での発熱性と操縦安定性のバランスが良好であった。また、実車でのラップタイム計測において、剛性低下による急激な発熱を抑えて、操縦安定性及びグリップ性能を維持することができ、そのため、終盤の周回でのラップタイムの遅れを抑制して、優れた運動性能を示していた。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその省略、置き換え、変更などは、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims

スチレンブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が１４０〜２５０ｍ^２／ｇであるカーボンブラック１１０〜１５０質量部と、融点が１００℃より大きいシンジオタクチック−１，２−ポリブタジエン５〜３０質量部と、鉱物油２０〜６０質量部と、軟化点が７０〜１００℃の樹脂２０〜６０質量部を含有する、タイヤトレッド用ゴム組成物。
前記シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンの結晶化度が２５％以上である、請求項１に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±１％及び温度１００℃の条件下で測定した加硫物の損失係数ｔａｎδ及び貯蔵弾性率Ｅ’（ＭＰａ）が、０．０５０≦ｔａｎδ／Ｅ’≦０．１５０を満たす請求項１又は２に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
前記鉱物油の含有量が前記シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンの含有量に対して質量比で１．５〜１０．０倍である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴム組成物からなるトレッドゴムを備えた空気入りタイヤ。