JPH01289843A - タイヤ用ゴム組成物 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タイヤ用ゴム組成物に関し、特に機械的強度
が向上したタイヤ用ゴム組成物に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、タイヤ用ゴム組成物の補強用配合剤としてカーボ
ンブラックが使用されてきたが、タイヤ用ゴム組成物、
特に低燃費用タイヤ用ゴム組成物に対して高度な性能が
要求されるようになり、カーボンブラックによる補強だ
けでは充分に対応しきれなくなってきた。そこで、ミク
ロ有機短繊維により補強したゴム組成物（特開昭５７−
１０６３２号公報）、チタン酸アルカリ金属単結晶短繊
維により補強した。ゴム組成物（特開昭５７−２３４８
号公報）等、極細な短繊維を用いることにより、補強す
るとともに応力の集中を緩和させたタイヤ用ゴム組成物
が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術におけるミクロ有機短繊維
を用いた場合、ゴム組成物の強度、反発弾性、耐亀裂成
長性等の補強には前記ミクロ有機短繊維自身の物性に由
来する限界があった。また、例えば前記ミクロ有機短繊
維で補強されたタイヤ用ゴム組成物を低燃費用のタイヤ
として用いた場合、通常の使用条件下で自動車を走行さ
せたときのタイヤの発熱温度である３０〜１２０℃の間
に、前記ミクロ有機短繊維のアモルファス部分のガラス
転移温度が存在すると、ヒステリシス・ロスを軽減でき
ないという問題があり、低燃費タイヤ用ゴム組成物とし
ては不充分であった。

一方、チタン酸アルカリ金属単結晶短繊維を用いた場合
は、繊維自身の物性が高いので、ゴム組成物も高物性が
期待されるが、前記チタン酸アルカリ金属単結晶短繊維
は、その表面をシランカップリング剤またはチタネート
カップリング剤で処理してもゴムとの親和力が弱く、例
えば自動車のタイヤとして用いた場合、走行時に発生す
る熱を効果的に放熱することができず、充分な補強効果
が得られなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、高弾性
でかつ耐亀裂成長性および放熱性に優れた、反発弾性の
高いタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、短繊維補強ゴムの利点を生がすとともに
、耐熱性、高放熱材料として知られる表面改質気相成長
法炭素繊維のゴム組成物に対する補強性について鋭意研
究した結果、ゴム組成物への配合剤として、表面改質気
相成長法炭素繊維とカーボンブラックを併用することに
より、特定の併用範囲内で相乗的に耐亀裂成長性が著し
く改善される上、カーボンブラックのみを配合した場合
に較べて、反発弾性が著しく高くなることを見出し、本
発明に到達した。

すなわち本発明は、天然ゴムおよび／または合成ゴム１
００重量部に対して、１〜５０重量部の表面改質気相成
長法炭素繊維、および重量比で前記表面改質気相成長法
炭素繊維の０．１〜１３倍のカーボンブランクを配合し
たことを特徴とするものである。

本発明に用いるゴムとは高弾性の高分子材料であり、具
体的には天然ゴムまたは／および合成ゴムである。合成
ゴムとしては、例えばスチレン−ブタジェンゴム、ブタ
ジェンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、クロロプ
レンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ア
クリルゴム、塩素化ポリエチレンゴム、フン素ゴム、シ
リコーンゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム等があげられ
る。

本発明における表面改質気相成長法炭素繊維とは、炭化
水素類と特定の有機金属化合物の混合液を、必要に応じ
てキャリアーガスとともに加熱帯域に導入し、炭化水素
類を熱分解し、触媒反応させることにより得られる極め
て細径の気相成長法炭素繊維（製造方法は、例えば特開
昭５８−１８０６１号公報、特開昭６１−２８２４２７
号公報等が参照される）を改質したものである。改質は
、前記気相成長法炭素繊維を窒素、酸素および塩化水素
の混合ガス雰囲気下で加熱帯域に導入し、該炭素繊維に
酸性官能基が１０μｅｑ／ｇ以上導入されるまで加熱し
てその繊維表面を酸化処理したものである。このような
気相成長法炭素繊維の表面改質方法は、例えば特願昭６
２−２７７３６３号、特願昭６２−２８０７９号、特開
昭６２−２８０８０号、特願昭６２−２７７３６４号に
記載されている。また、表面改質気相成長法炭素繊維と
しては、前記気相成長法炭素繊維の表面をプラズマ処理
等により活性化した後、有機重合性単量体と反応させる
ことにより得られる、表面に有機質を有するものを用い
てもよい。このような表面に有機質を有する表面改質気
相成長法炭素繊維の製造方法は、例えば特願昭６２−２
７２７１号に開示されている。

表面改質気相成長法炭素繊維の平均直径は、好ましくは
０．０１〜４μｍ、さらに好ましくは０．０２〜１μｍ
１最も好ましくは０．０５〜０．８μｍである。直径が
小さすぎると、短繊維の強度が不充分なために、加工工
程において短繊維が破損するので充分な補強効果が得ら
れず、また大きすぎるとミクロ短繊維による応力の集中
を緩和する効果が小さ（なる。またアスペクト比は、好
ましくは２〜１０００００．さらに好ましくは１０〜３
００００、最も好ましくは１００〜１００００である。

アスペクト比が小さすぎると、短繊維による補強効果が
充分でなく、また大きすぎるとゴム組成物の粘度が高く
なりすぎて加工性に悪影響を与える。

表面改質気相成長法炭素繊維の配合量は、ゴム組成物に
対して１重量部以上５０重量部以下、特に２重量部以上
３０重量部以下が好ましい。配合量が少なすぎると、充
分な補強効果が期待できず、多すぎると配合自体が困難
となる。

本発明においては、表面改質気相成長法炭素繊維ととも
にカーボンブラックを配合する。ゴムの弾性率は数〜数
十ｋｇ　／　ｃＪ程度であるが、表面改質気相成長法炭
素繊維は、弾性率が３．５Ｘ１０’ｋｇ／　ｃＪと極め
て大きく耐亀裂成長性に優れており、形態がわずかに太
き（なっただけでも繊維末端の剪断応力が著しく大きく
なるので、繊維末端にボイドができ易くなり、亀裂が発
生したときはこのボイドを伝って進行するようになる。

しかし、カーボンブラックを共存させると、繊維末端の
応力集中が緩和されるので、前記表面改質気相成長法炭
素繊維が本来有している耐亀裂成長性が充分に発揮され
るようになる。

本発明に用いられるカーボンブラックとしては、ヨウ素
吸着量（以下、ＩＡという）が４０〜１４０■／ｇで、
かつジブチルフタレート吸油量（以下、ＤＢＰという）
が９０〜１４０ｍｊ！／　１００ｇのものが好ましく、
このようなカーボンブラックを用いることによりタイヤ
用ゴム組成物の破断強度、耐疲労性および分散性が極め
て良好になる。

カーボンブランクの配合量は、タイヤ用ゴム組成物の加
工性や加硫後の物性を考慮すると、重量比で表面改質気
相成長法炭素繊維の０．１〜１３倍の範囲が適当である
。カーボンブランクは、ゴム１００重量部に対して１５
０！ｉ部を超えないことが好ましい。このように表面改
質気相成長法炭素繊維とカーボンブランクを併用するこ
とにより相乗的効果が発揮され、タイヤ用ゴム組成物の
耐亀裂成長性および反発弾性が著しく改善される。カー
ボンブラックの配合量が前記表面改質気相成長法炭素繊
維の０．１倍未満では応力の集中を緩和することができ
ず、１３倍を超えるとゴム組成物の加工性が悪くなる。

本発明において、表面改質気相成長法炭素繊維およびカ
ーボンブラックをゴムに配合する方法としては、加硫剤
や充填剤等の他の配合剤を配合するような通常の方法、
またはマスターバッチ法があげられるが、特に附定され
るものではない。

本発明においては、ゴムに対して表面改質気相成長法炭
素繊維およびカーボンブランク以外に加硫剤、促進剤、
促進助剤、シリカ、クレー等の充填剤、軟化剤等の配合
剤を通常の配合量の範囲内で配合することができる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例中、耐亀裂成長性試験および反発弾性試験は以下
に示す方法によって行なった。いずれも値が大きいほど
物性が良好であることを示す。

耐亀裂成長性試験 タイヤ用ゴム組成物により幅５　ｃｍ、厚み２ｗｍのシ
ート状サンプル片を作成し、該サンプル片の中央に２ｍ
の亀裂を入れ、５０％の歪みを３００サイクル／分の振
動数で与え、サンプル片が切れるまでの時間を計測し、
比較例１の計測値を１００としたときの指数で評価した
。

反発弾性試験 ＪＩＳＫ６３０１に従って行ない、耐亀裂成長性と同様
に比較例１の計測値を１００としたときの指数で評価し
た。

実施例１〜４ 天然ゴム１００ｆｆｌｆｆｉ部、ヘビーアロマオイル５
重量部、ステアリン酸２重量部、フェニル−β−ナフチ
ルアミン１重量部、亜鉛華４重量部、Ｎ−オキシジエチ
レンベンゾチアゾールスルフェンアミド０．５重量部、
硫黄１．７５重量部からなるゴム組成物に対して、窒素
、酸素および塩化水素がそれぞれ９７．１．２ｖｏｆｆ
％からなる混合ガス雰囲気下で、５００℃で２０分間加
熱して表面を改質した、酸性官能基が６５μｓｑ／ｇ、
平均繊維径０．１μｍ、平均繊維長２０μｍの表面改質
気相成長法炭素繊維を、各々３０．２０．１０および５
ＭＭ部、およびＩＡが８０■／ｇＳＤＢＰが１０５　ｍ
　ｌ！　／　１００　ｇのＨＡＦカーボンブラックを各
々２０．３０．４０および４５重量部配合して各種タイ
ヤ用ゴム組成物を作成し、これらの耐亀裂成長性試験お
よび反発弾性試験を行なった。なお、上記表面改質気相
成長法炭素繊維の表面酸性官能基量は滴定法により求め
た。

表面改質気相成長法炭素繊維の平均径および平均長は以
下のように測定した。

Ｔ　：短繊維の平均径 ｒｉ：短繊維の径 Ｔ　：短繊維の平均長 βｉ：短繊維の長さ ｎｔ：ｒｉの径またはｎｉの長さを有する短繊維の数 Σｎｉ　：　２００ 実施例５〜７ 亜鉛華の配合量を３重量部、ＨＡＦカーボンブラックの
配合量を各々４０重量部、表面改質気相成長法炭素繊維
の配合量を各々５．２０および４０重量部とした以外は
、実施例１〜４と同様の条件でタイヤ用ゴム組成物を作
成し、同様の試験を行なった。

比較例１ 表面改質気相成長法炭素繊維を配合しないで、ＨＡＦカ
ーボンブラックの配合量を５０重量部配合した以外は、
実施例１〜４と同様の条件でタイヤ用ゴム組成物を作成
し、同様の試験を行なった。

比較例２ 表面改質気相成長法炭素繊維の配合量を５０重量部とし
、ＨＡＦカーボンブラックの配合をな（した以外は、実
施例１〜４と同様の条件でタイヤ用ゴム組成物を作成し
、同様の試験を行なった。

比較例３ ヘビーアロマオイルを配合しないで、ＨＡ　Ｆカーボン
ブラックの配合量を４０重量部とし、表面改質気相成長
法炭素繊維の代わりにチタン酸ナトリウム単結晶短繊維
を１０重量部配合させた以外は、実施例１〜４と同様の
条件でタイヤ用ゴム組成物を作成し、同様の試験を行な
った。なお、チタン酸ナトリウム単結晶短繊維としては
、その表面をアイソタクチックポリプロピレンでコーテ
ィングしたもの、すなわち８０℃のトルエンに２．６％
の濃度となるようにアイソタクチックポリプロピレンを
溶解せしめた溶液に浸漬した後、乾燥したものを用いた
。

実施例１〜７および比較例１〜３のゴム組成および試験
結果を第１表に示す。

以下余白 第　　　１　　　表 本楊帷：表面改質気相衣長法炭素繊維 実施例１〜７のタイヤ用ゴム組成物の耐亀裂成長性およ
び反発弾性は、比較例１に較べ共に向上しており、特に
耐亀裂成長性は著しく改善された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タイヤ用ゴム組成物の反発弾性が向上
し、耐亀裂成長性が改善されるので、クリープが大幅に
小さくなる。また、本発明によるタイヤ用ゴム組成物は
、高歪下、高温度下においても耐亀裂成長性、カット性
および反発弾性に優れ、ヒステリシス・ロスが著しく低
下するため、特に低燃費用のタイヤのトレッド、サイド
オール、ヘルドコークスゴム等、広範囲の用途に応用で
きる。

代理人　弁理士　川　北　武　長

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）天然ゴムおよび／または合成ゴム１００重量部に
   対して、１〜５０重量部の表面改質気相成長法炭素繊維
   、および重量比で前記表面改質気相成長法炭素繊維の０
   ．１〜１３倍のカーボンブラックを配合したことを特徴
   とするタイヤ用ゴム組成物。