JP6927398B2 - ゴム組成物、その製造方法および建設車両用タイヤ - Google Patents
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Description
一般的に低発熱性を得るには、カーボンブラックの配合量を減少させる手法があるが、貯蔵弾性率(E’)が低下し、ゴムの歪が大きくなってタイヤ破壊の原因となり得る。
このように、大型タイヤにおける低発熱性と耐久性とはトレードオフの関係にある。
しかし、特許文献1に開示された技術では、タイヤ耐久性を損なわずにタイヤ大型化に伴い要求される低発熱性を満足させることはできない。
すなわち本発明は以下の通りである。
前記ゴム組成物は、少なくとも前記ヒドラジド化合物および前記カーボンブラックを混合して混合物を得る第1工程と、前記第1工程で得られた混合物に前記亜鉛華を混合して混合物を得る第2工程とを経て調製され、
前記第1工程の混合時の最高到達温度は140〜170℃であり、かつ
前記組成物が下記式(2)の物性を有する
ことを特徴とするゴム組成物。
1500≦{20℃における貯蔵弾性率(E’)×破断伸び(EB)}≦6000 (2)
2.前記式(2)が、下記式(20)を満たすことを特徴とする前記1に記載のゴム組成物。
1700≦{20℃における貯蔵弾性率(E’)×破断伸び(EB)}≦5000(20)
3.シリカを30質量部以下の割合で含むことを特徴とする前記1または2に記載のゴム組成物。
4.建設車両用タイヤのアンダートレッドに用いられる、前記1〜3のいずれかに記載のゴム組成物。
5.天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを80質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、下記式(1)で表されるヒドラジド化合物を0.5〜3.0質量部、亜鉛華を1〜5質量部、および窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜150m2/gのカーボンブラックを30〜60質量部の割合で混合するゴム組成物の製造方法であって、
前記ゴム組成物は、少なくとも前記ヒドラジド化合物および前記カーボンブラックを混合して混合物を得る第1工程と、前記第1工程で得られた混合物に前記亜鉛華を混合して混合物を得る第2工程とを経て調製され、
前記第1工程の混合時の最高到達温度は140〜170℃であり、かつ
前記組成物が下記式(2)の物性を有する
ことを特徴とするゴム組成物の製造方法。
1500≦{20℃における貯蔵弾性率(E’)×破断伸び(EB)}≦6000 (2)
6.前記1〜3のいずれかに記載のゴム組成物をアンダートレッドに用いた建設車両用タイヤ。
本発明のゴム組成物を、とくに建設車両用タイヤのアンダートレッドに用いることにより、大型タイヤの発熱性をさらに低減することができる。
本発明で使用されるジエン系ゴムは、天然ゴム(NR)および/または合成イソプレンゴム(IR)を必須成分とする。本発明の効果の観点から、ジエン系ゴム全体を100質量部としたときに、NRおよび/またはIRの配合量は80質量部以上が好ましい。なお、NR、IR以外のジエン系ゴムを使用することもでき、例えばスチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム(NBR)等を挙げることができる。また、ジエン系ゴムの分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。
本発明で使用されるヒドラジド化合物は、下記式(1)で表される。
本発明で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜150m2/gであることが必要である。窒素吸着比表面積(N2SA)が60m2/g未満であると、耐久性が低下する。逆に窒素吸着比表面積(N2SA)が150m2/gを超えると、発熱性が悪化する。なお、本発明の効果が向上するという観点から、窒素吸着比表面積(N2SA)は80〜130m2/gであることが好ましい。なお、窒素吸着比表面積(N2SA)はJIS K6217−2に準拠して求めた値である。
本発明のゴム組成物は、ジエン系ゴム100質量部に対し、前記式(1)で表されるヒドラジド化合物を0.5〜3.0質量部、亜鉛華を1〜5質量部、および窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜150m2/gのカーボンブラックを30〜60質量部の割合で混合して調製される。
前記ヒドラジド化合物の配合量が0.5質量部未満であると、配合量が少な過ぎて本発明の効果を奏することができない。逆に3.0質量部を超えると発熱性が悪化する。
前記亜鉛華の配合量が1質量部未満では発熱性、耐久性が共に悪化し、逆に5質量部を超えると耐久性が悪化する。
前記カーボンブラックの配合量が30質量部未満では、耐久性が悪化する。また60質量部を超えると、発熱性および耐久性が悪化する。
本発明のゴム組成物において、前記カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム100質量部に対し、35〜50質量部であることが好ましい。
本発明におけるゴム組成物には、前記した成分に加えて、加硫又は架橋剤;加硫又は架橋促進剤;シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウムのような各種充填剤;老化防止剤;可塑剤;樹脂;硬化剤などのゴム組成物に一般的に配合されている各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練して組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。
本発明のゴム組成物をアンダートレッドに用いることにより、本発明の上記効果が一段と高まる。
すなわち、本発明のゴム組成物は、少なくとも前記ヒドラジド化合物および前記カーボンブラックを混合して混合物を得る第1工程と、前記第1工程で得られた混合物に前記亜鉛華を混合して混合物を得る第2工程とを経て調製され、前記第1工程の混合時の最高到達温度は140〜170℃である。
例えば、第1工程では、前記ジエン系ゴム、前記ヒドラジド化合物、前記カーボンブラック、さらにその他の成分(但し下記加硫系を除く)を混合して混合物を得る。第1工程は、公知のミキサーを用いて行うことができる。混練時間は、例えば2〜5分である。また、第1工程の混合時の最高到達温度は140〜170℃である。最高到達温度が140℃未満であると、発熱性の改善が得られない。逆に170℃を超えると、耐久性が悪化する。さらに好ましい最高到達温度は145〜160℃である。
この第1工程で、前記ヒドラジド化合物と前記カーボンブラックと前記ジエン系ゴムが相互作用する。
第1工程終了後、得られた混合物はミキサー外に放出され、冷却される。
1500≦{20℃における貯蔵弾性率(E’)×破断伸び(EB)}≦6000 (2)
前記式(2)を満たさない場合は、耐久性を損なうことなく、低発熱性に優れるゴム組成物を得るという本発明の効果を奏することができない。前記式(2)の物性は、前記ヒドラジド化合物、前記カーボンブラック、硫黄の配合量を調整することにより達成される。
1700≦{20℃における貯蔵弾性率(E’)×破断伸び(EB)}≦5000(20)
なお、前記貯蔵弾性率(E’)は、JIS K6394に準拠し、粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み10%、振幅±2%、周波数20Hz、20℃の条件で測定した値(MPa)とする。
また、前記破断伸び(EB)は、JIS K 6251に準拠し、室温で測定される(MPa)。
サンプルの調製
表1に示す配合(質量部)および工程順において、1.7リットルの密閉式バンバリーミキサーを用い、表1に示す各成分を4分間混合し、表1に示す最高到達温度に到達した時点で、得られた混合物をミキサー外に放出した(第1工程)。
第1工程終了後、リミル工程を行いまたは行わず、得られた混合物に対し加硫系を加え混合した(ファイナル工程)。なお、リミル工程を行った場合は、混合温度を150℃、混合時間を3分とした。
次に得られたゴム組成物を所定の金型中で160℃、20分間プレス加硫して加硫ゴム試験片を得、以下に示す試験法でゴムの物性を測定した。
tanδ(60℃):JIS K6394:2007に準じて、粘弾性スペクトロメーター(東洋精機製作所製)を用い、伸張変形歪率10±2%、振動数20Hz、温度60℃の条件で、tanδ(60℃)を測定した。結果は、標準例の値を100として指数表示した。指数が大きいほど低発熱性であることを示す。
タイヤ発熱性:実車テストにて発熱性を評価した。タイヤサイズ46/90R57の試験タイヤがTRA規格の規定リムに組み付けられ、TRA規格の基準空気圧、荷重が付与される。また、試験タイヤが、試験車両である建設車両の総輪に装着される。発熱性の評価は、試験車両が走行速度10[km/h]にて60分間走行した前後のトレッド部のタイヤ内面温度が計測される。そして、この計測結果に基づいて、標準例を基準(100)とした指数評価が行われる。この評価は、数値が大きいほどトレッド部の温度上昇が小さく、低発熱性であることを示す。なお、各例で作製された加硫ゴム試験片は、試験タイヤのアンダートレッドに使用した。
タイヤ耐久性:ドラムテストにて耐久性を評価した。タイヤサイズ46/90R57の試験タイヤがTRA規格の規定リムに組み付けられ、TRA規格の基準空気圧が付与される。耐久性の評価は、試験タイヤが走行速度10[km/h]、TRA基準荷重の120%で200時間ドラム走行し、解体後のアンダートレッドの外観で評価される。評価基準は以下の通りである。なお、各例で作製された加硫ゴム試験片は、試験タイヤのアンダートレッドに使用した。
○:アンダートレッド内部又は周辺部材との界面に亀裂の発生なく、良好である。
△:アンダートレッド内部又は周辺部材との界面の最大亀裂長さが5mm未満であり、やや不良である。
×:アンダートレッド内部又は周辺部材との界面の最大亀裂長さが5mm以上であり、不良である。
*2:カーボンブラックISAF(新日化カーボン社製 商品名ニテロン#300、N2SA=120m2/g)
*3:カーボンブラックFEF(東海カーボン社製 商品名シーストSO、N2SA=42m2/g)
*4:シリカ(EVONIK社製商品名ULTRASIL VN3GR)
*5:ヒドラジド化合物1(大塚化学(株)製DC−01、上記式(10)で表されるヒドラジド化合物)
*6:ヒドラジド化合物2(下記式で表されるヒドラジド化合物)
*9:ヒドラジド化合物5(セバシン酸ジヒドラジド、大塚化学(株)製セバシン酸ジヒドラジド(SDH))
*10:ステアリン酸(日油(株)製ビーズステアリン酸YR)
*11:老化防止剤6C(フレキシス製サントフレックス6PPD)
*12:老化防止剤RD(大内新興化学工業(株)製ノクラック224)
*13:亜鉛華(正同化学工業(株)製酸化亜鉛3種)
*14:加硫促進剤(大内新興化学工業(株)製ノクセラーNS)
*15:硫黄(鶴見化学工業株式会社製金華印油入微粉硫黄)
3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸ヒドラジドと3−メチル−2−ペンタノンを加温しながら攪拌した。反応液を濃縮し冷却した後、析出した結晶をろ過し、減圧乾燥して前記式で表される構造のヒドラジド化合物2を得た。
3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸ヒドラジドと3−ペンタノンを加温しながら攪拌した。反応液を濃縮し冷却した後、析出した結晶をろ過し、減圧乾燥して前記式で表される構造のヒドラジド化合物3を得た。
一方、比較例1は、第1工程においてヒドラジド化合物とカーボンブラックとを同時に混合しているので、標準例とほぼ同様の結果を示した。
比較例2は、ファイナル工程で亜鉛華の一部を混合しているものの、第1工程においてヒドラジド化合物とカーボンブラックとを同時に混合しているので、標準例とほぼ同様の結果を示した。
比較例3は、式(10)で表されるヒドラジド化合物を配合せず、代わりにアジピン酸ジヒドラジドを配合したので、低発熱性が劣る。
比較例4は、式(10)で表されるヒドラジド化合物を配合せず、代わりにセバシン酸ジヒドラジドを配合したので、低発熱性が劣る。
比較例5は、カーボンブラックの配合量が本発明で規定する下限未満であるので、耐久性が悪化した。
比較例6は、カーボンブラックの配合量が本発明で規定する上限を超えているので、発熱性および耐久性が悪化した。
比較例7は、ヒドラジド化合物の配合量が本発明で規定する上限を超えているので、発熱性が悪化した。
比較例8は、ヒドラジド化合物の配合量が本発明で規定する下限未満であるので、標準例とほぼ同様の結果を示した。
比較例9は、カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)が本発明で規定する範囲外であるので、耐久性が悪化した。
比較例10は、第1工程における最高到達温度が本発明で規定する下限未満であるので、標準例とほぼ同様の結果を示した。
Claims (4)
- 天然ゴムおよび/または合成イソプレンゴムを80質量部以上含むジエン系ゴム100質量部に対し、下記式(1)で表されるヒドラジド化合物を0.5〜3.0質量部、亜鉛華を1〜5質量部、および窒素吸着比表面積(N2SA)が60〜150m2/gのカーボンブラックを30〜60質量部の割合で混合するゴム組成物の製造方法であって、
前記ゴム組成物は、少なくとも前記ヒドラジド化合物および前記カーボンブラックをミキサーで混合して混合物を得る第1工程と、前記第1工程で得られた混合物を冷却し、再度ミキサーに投入し、再混練するリミル工程と、前記リミル工程で得られた混合物に亜鉛華および加硫系を混合して混合物を得るファイナル工程と、を経て調製され、
前記第1工程の混合時の最高到達温度は145〜160℃であり、かつ
前記組成物が下記式(2)の物性を有する
ことを特徴とするゴム組成物の製造方法。
1500≦{20℃における貯蔵弾性率(E’)×破断伸び(EB)}≦6000 (2) - 前記式(2)が、下記式(20)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
1700≦{20℃における貯蔵弾性率(E’)×破断伸び(EB)}≦5000(20) - シリカを30質量部以下の割合で含むことを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記ゴム組成物が、建設車両用タイヤのアンダートレッドに用いられる、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
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