JPH01197540A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ウェット操縦安定性能および低温性能の改良
されたタイヤトレンド用ゴム組成物に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、自動車用タイヤに要求される性能として、安全性
、経済性、乗り心地性等があるが、近年の高速道路網の
発達に伴い、車両の高速走行時における低発熱性と、よ
り安全に走行するためのコーナリング特性、ブレーキ性
能等の操縦性能の向上が求められている。

また、タイヤの運動性能、特にグリップ性能を高めるた
めには、トレッドゴムの高ヒステリシスロス化を図り、
路面との摩擦力を大きくする必要がある。すなわち、路
面と絶えず接触しているトレッド表面は、路面の微細な
凹凸によって高速度の変形を受けており、この周期的変
形過程において生じるヒステリシスロスによるエネルギ
ーの散逸が大きい程、摩擦力は大きくなる。しかも摩擦
面における変形はきわめて高速であるから、ウィリアム
ス−ランゾル−フェリーの温度時間換算側によれば、タ
イヤの使用される温度よりも低い温度で測定されたヒス
テリシスロスに依存することが知られている。実際に、
ヒステリシスロスの尺度であるｔａｎ　δ（損失係数）
、特に０℃付近で測定したｔａｎ　δとタイヤの常温に
おける摩擦係数、−４０°Ｃ〜−６０℃付近で測定した
ｔａｎ　δとタイヤの低温における摩擦係数は良好な相
関関係を示す。

一方タイヤが使用されている温度環境は、幅が広く、特
に低温領域（０℃〜−３０℃）では、室温で良好な摩擦
係数を示すゴム組成物を使用すると滑り易くなる。この
原因は、低温における剪断弾性率Ｇ°が高くなり過ぎて
、路面の凹凸に追従できなくなることおよび仮に追従で
きたとしても、−４０℃〜−６０℃付近におけるｔａｎ
δが低くなってしまうため、摩擦力が十分に発揮できな
くなることが主因である。

したがって、常温における高グリップ性と低温における
高グリップ性とを両立させるためには、０℃付近のｔａ
ｎ　δを大きくし、同時に低温（−４０°Ｃ〜−６０°
Ｃ付近）のｔａｎ　δを大きくする、すなわち、ｔａｎ
　δの温度依存性を小さくすればよい。

従来、ゴムのヒステリシスロスの大きいゴム組成物とし
て、高スチレン含有量のスチレン−ブタジェン共重合体
ゴム（以下、ＳＢＲと略す）が知られている。このＳＢ
Ｈのスチレン含有率を大きくすると、０℃付近のｔａｎ
　δが大きくなるため、グリップ性能は向上する。しか
し、スチレン含有率の増大は粘弾性温度分散曲線を単に
高温側にシフトするするにすぎないから、低温性能が悪
化し、さらには耐摩耗性の低下が同時にもたらされるこ
とになる。また、ｔａｎ　δピークに対応する弾性率の
急激な変化も高温側に移動するから、低温特性が劣ると
いう欠点がある。すなわち、低温になるにしたがって、
弾性率が急激に上昇してしまい、ゴムが路面の凹凸に追
従できなくなり、ｔａｎ　δが大きいにもかかわらず、
ゴムとしてのエネルギーの散逸はむしろ小さくなり、結
果として制動性能が低下する。あるいはより温度が低下
すると、脆性破壊に到ると言う危険がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、常温並びに低温におけるドライおよび
ウェット操縦安定性能を改良し、さらに低温脆化特性を
改良する、高運動性のタイヤトレッド用ゴム組成物をを
提供することである。

〔発明の構成〕

このような本発明の目的は、 ガラス転移温度（Ｔｇ）が−４５℃以下であるジエン系
ゴム、ポリイソプレンゴム、天然ゴムから選ばれた少な
くとも１種の原料ゴム１００重量部、窒素吸着比表面積
（Ｎ２Ｓ＾）が１２０ｍ”／ｇ以上のカーボンブラック
１００〜２００重量部およびプロセスオイルを必須成分
として含有し、かつ−３０℃における剪断貯蔵弾性率Ｇ
’　、＋４０℃における伸長貯蔵弾性率Ｅ°、０℃にお
ける損失係数（ｔａｎδ）が次式の関係を満足すること
を特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物によって達成
することができる。

Ｇ’　＜　５００　ＭＰａ Ｅ″　　＞６ＭＰａ ｔａｎ　δ＞０．５ Ｅ’　　＋　６Ｘｔａｎ　δ≧１２ 本発明の目的、特にグリップ性能と低温特性を高度にバ
ランスさせるためには、０℃付近のｔａｎ　δを大きく
し、かつ−１０℃以下の弾性率の急上昇を抑制する必要
がある。したがって、本発明のゴム組成物を構成するゴ
ム成分は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）が−４５℃以下
であるジエン系共重合体ゴム、ポリイソプレンゴム（以
下、ＩＲと略す）、天然ゴム（以下、ＮＲと略す）から
選ばれた少なくとも１種であることが必要である。これ
らのゴム成分のガラス転移温度（Ｔｇ）が−４５℃より
も高いと、低温における剪断弾性率Ｇ”が大きくなり、
低温特性、たとえばスノー、アイスグリップ性を十分向
上させることができなくなり、脆化温度も高くなるから
好ましくない。

そして、本発明のゴム組成物に含有されるカーボンブラ
ックの量を前記原料ゴム１００重量部当たり１００〜２
００重量部の範囲内にすることによって、本発明ゴム組
成物の０℃付近のｔａｎ　δを向上させ、得られるゴム
組成物のヒステリシスロスを大きくすることができる。

しかしながら、窒素吸着比表面積（Ｎ！Ｓ八）が１２０
ｍ”７ｇ未満のカーボンブラックは、グリップ性能の良
好なゴム組成物を得られなくするから好ましくない。

また、カーボンブラックの配合量が１００重量部未満で
は、耐摩耗性、グリップ性能の上で好ましくないし、２
００重量部を超えると、該カーボンブラックを均一に分
散させることが困難になってゴム組成物の強度を低下さ
せるから好ましくない。

さらに本発明のゴム組成物には、プロセスオイル、好ま
しくは芳香族系プロセスオイルが配合されている必要が
あり、このプロセスオイルが適量、配合されていない時
は、前述した本発明に規定する式の関係を満足するゴム
組成物が得られず、本発明の目的を達成することができ
ない。なお、このプロセスオイルの配合量は、通常のタ
イヤ用ゴム組成物における配合量、すなわち、カーボン
ブラックの配合量に見合う量、たとえば該カーボンブラ
ックの配合量以下、３０％以上がよい。

なお、本発明のゴム組成物には、上記必須成分に加えて
、硫黄、加硫促進剤、老化防止剤、酸化亜鉛などの各種
の加工助剤が適宜、配合されることはいうまでもない。

次に、本発明の上記特定のゴム成分、カーボンブラック
を必須成分として含有するゴム組成物は、前記式で示さ
れる関係を満足することが重要である。以下その理由に
ついて説明する。

第１図は、ゴム組成物の低温脆性破壊温度とその温度に
おける剪断貯蔵弾性率Ｇ゛との関係を示す図であるが、
図から、剪断貯蔵弾性率Ｇ゛が５００　ＭＰａを超える
と脆性破壊を生じる傾向があることが判る。そして、一
般にゴム状物質は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）以下の
温度（低温脆化温度という）では、その弾性率が常温の
それの１００倍以上となり、所謂ガラス状態になり、完
全にゴムとしての柔軟性を失い（脆くなって）僅かの歪
で破壊する。したがって、本発明のゴム組成物は、その
−３０℃における剪断貯蔵弾性率Ｇ°が５００　ＭＰａ
以下であることが必要になるのである。

そして、本発明のゴム組成物は、＋４０℃における伸長
貯蔵弾性率Ｅ′および０℃における損失係数（ｔａｎδ
）が Ｅ′＞６ＭＰａ ｔａｎ　δ＞０．５ Ｅ’＋６ｔａｎ　δ≧１２ の関係を満足する必要がある。

すなわち、本発明のゴム組成物を用いて、ブロックパタ
ーンをもつタイヤのトレッドゴムとした場合に、ウェッ
ト路面での排水性を確保するためには、本発明のゴム組
成物の＋４０℃における伸長貯蔵弾性率Ｅ”は５　ＭＰ
ａ以上であることが必要であり、ウェットグリップの指
標としてのｔａｎ　δは０．５以上であることが必要に
なるのである。

また、第２図は、タイヤトレッドを構成するゴム組成物
の種類を変更してタイヤを作成し、このタイヤを車両（
国産乗用車天座セダン）に装着して、半径３０ｎ＋のウ
ェットスキッドパッド上を旋回した（ウェット円旋回）
時の最大機Ｇ（指数）を測定し、前記ゴム組成物の粘弾
性値として、０℃におけるｔａｎ　δと４０℃における
「を選んで指標とし、上記ウェット円旋回横Ｇ（指数）
を等高線図として図示した図である。

第２図から判るように、＋４０℃における伸長貯蔵弾性
率Ｅ゛と０℃における損失係数（ｔａｎδ）との間には
、交互作用があり、 Ｅ’＋６・ｔａｎ　δ≧１２ の関係を満足することにより、ウェット旋回時の最大機
Ｇ、すなわちウェット操縦安定性に優れたゴム組成物と
することができるのである。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。

なお、窒素吸着比表面積（Ｎ２ＳＡ）、Ｇ“、Ｔｇ、Ｅ
ｏ　とｔａｎδはそれぞれ、次の測定方法により測定し
た。

素Ｕ着比２“　　（Ｎ、Ｓ八）： 八ＳＴ？Ｉ−Ｄ−３０３７−７８に規定されている「窒
素吸着法Ｃによるカーボンブランク表面積の標準試験方
法Ｊ　（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｔｅ
ｓｔｉｎｇ　ＣａｒｂｏｎＢｌａｃｋ　５ｕｒｆａｃｅ
　Ａｒｅａ　ｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｄｓｏｒｐｔ
ｔｏｎＭｅｈｔｏｄ　Ｃ）に準じて測定した値である。

５断　蔵　性率Ｇ゛： レオメトリックス（ＲＨＥＯＭＥＴＲＩＣ３）社製の動
的粘弾性測定装置を使用し、周波数２０Ｈｚ、剪断歪０
．５χの条件下に測定した。

互旦困転捲基壌ハ： デュポン（ＤＯＦＯＮＴ）社製サーマルアナライザー（
ＴＨＥＲＭＡＬ　ＡＮＡＬＹＺＥＲ）を使用して昇温温
度１０℃／分の条件下に測定し、ガラス転移の変曲点の
接線とベースラインの外挿との交点（外挿開始温度）を
’ｒｇとした。

率Ｅ゛および、係数ｔａｎδ： 岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを使用し、周
波数２０！Ｉｚ、初期歪１０χ、動歪±２χの条件下で
測定した。

実施例１および比較例１〜３、従来例１〜３表１に示す
配合材料を使用し、表２および３に示す配合組成を有す
るゴム組成物を作成し、それらのゴム組成物の加硫後の
動的粘弾性特性を測定してそれぞれ、表２に併せて示し
た。

（以下、余白） なお、上記表２に表示したゴム成分、カーボンブラック
およびプロセス油以外の配合剤および配合組成は、表３
に示す通りであり、表２に示すゴム組成吻合てについて
同一である。

表３ 表３中、老化防止剤は、Ｎ−（１，３−ジメチルブチル
）−Ｎ’−フェニル−Ｐ−フェニレンジアミンであり、
加硫促進剤は、トシクロヘキシルーベンゾチアジルスル
フエンアミドである。

表２に示す通り、Ｎｏ、　　１〜５の結果を対比すると
、ゴム成分のＴｇが低くなるにつれて、−３０℃のＧｏ
が小さくなり、低温特性が向上していることが判る。ま
たＮｏ、　１　、　　Ｎｏ、　４およびＮｏ。

５はいずれも、Ｇｏが５００ＭＰａ以下であり、本発明
に規定する式の関係を満足しており、低温特性およびウ
ェット操縦安定性に優れている。

Ｎｏ、　　６とＮｏ、　７は、カーボンブラックの配合
効果を示し、Ｎ２ＳＡが１２０ｍ”／ｇ以下のＮ３３９
を配合したゴム組成物は、ｔａｎ　δが不十分で、ヒス
テリシスロスが小さいため、ウェット性能に劣っている
。

Ｎｏ、８〜Ｎｏ、ｆ３を対比すると、力〜ポンプラック
の配合量が本発明に規定する範囲を満足しない場合は、
ヒステリシスロスが小さい（０℃ｊａｎ　δ値）ため、
ウェットグリップ性能が劣っている。また、弐（Ｅ’　
＋　６・ｔａｎδ≧１２〕の関係を満足していないため
、ウェット操縦安定性能が劣っている。

さらにＮｏ、　１４に示す通り、プロセスオイルの配合
量が、不適当で、余りに多すぎると、本発明に規定する
式の関係をイ足することができず、ウェット操縦安定性
の低いもの等になるのである。

〔発明の効果〕

本発明のゴム組成物の有する前述したゴム特性は、タイ
ヤトレッド用として極めて有用であり、またその優れた
グリップ性能並びに低温特性により寒冷地で使用される
タイヤのトレッド用としても有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ゴム組成物の低温脆性破壊温度とその温度に
おける剪断貯蔵弾性率Ｇ゛との関係を示す図、第２（財
）は、タイヤのトレッドを構成するゴム組成物の０℃に
おけるｔａｎ　δと４０℃におけるＥｏをそれぞれＸ軸
とｙ軸とする座標における、タイヤを車両に装着して測
定したウェット円旋回した時の最大機Ｇ（指数）の等高
線図である。 代理人　弁理士　小　川　信　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガラス転移温度（Ｔｇ）が−４５℃以下であるジエン系
   ゴム、ポリイソプレンゴム、天然ゴムから選ばれた少な
   くとも１種の原料ゴム１００重量部、窒素吸着比表面積
   （Ｎ＿２ＳＡ）が１２０ｍ＾２／ｇ以上のカーボンブラ
   ック１００〜２００重量部およびプロセスオイルを必須
   成分として含有し、かつ−３０℃における剪断貯蔵弾性
   率Ｇ′、＋４０℃における伸長貯蔵弾性率Ｅ′、０℃に
   おける損失係数（ｔａｎδ）が次式の関係を満足するこ
   とを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。 Ｇ′＜５００ＭＰａ Ｅ′＞６ＭＰａ ｔａｎδ＞０．５ Ｅ′＋６×ｔａｎδ≧１２