JPH03252432A - 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］ 本発明はゴム組成物に係り、特に、凍結した路面や水膜
の張った路面における摩擦力が大きく、しかも、優れた
耐摩耗性を有するゴム組成物であって、タイヤのトレッ
ドや靴底材料として好適なゴム組成物に関する。

［従来の技術］ 冬期における低温の路面、特に路面上の水や雪が凍結し
て水面を形成した路面上を車で走行する場合、車に装着
されたタイヤのトレッドゴムと水面との間の摩擦力は水
面でない乾燥した通常の路面上の摩擦力より大幅に低い
。このため、氷面を有する路面上を車で安全に走行する
には、スパイクタイヤを車に装着したり、タイヤの外周
にタイヤチェーンを装着して、タイヤのトレッドゴムと
水面との間の摩擦力が低くならないように維持されてい
る。しかしながら、タイヤチェーンを装着したタイヤ又
はスパイクタイヤを車に装着した場合、車がカーブして
走行したり、急発進、急停止したりする際、スパイクタ
イヤのスパイク又はタイヤチェーンが路面を傷付ける。

そして、傷付いた路面の一部が切欠されて粉末となり、
この路面が乾燥したときに、粉末が風により吹き上げら
ね粉塵を撒き散らすという問題点がある。また、前記ス
パイクタイヤ又はタイヤチェーン付きタイヤを装着した
車が路面を走行する際、スパイクタイヤのスパイク又は
タイヤチェーンが路面を衝打して騒音を発生するという
問題点もある。

これに対して、近年、トレッドゴム自体に摩擦力向上の
ための工夫を加える技術が採用されている。その第１の
方法として、トレッドゴムを適当な方法で発泡させ、独
立気泡を生成させる方法がある（特開昭６３−８９５４
７）。即ち、このようにして得られるトレッドゴムの水
面は、多数の気孔で覆われているため、水面に対する吸
盤効果、吸水効果及び気孔部のミクロな運動に伴うエネ
ルギーロスの発現によって、氷上高摩擦性を発現する。

この手法は実際のタイヤトレッドに取入れられ、スタッ
ドレスタイヤとして市販されている。また、トレッドゴ
ムに各種の異物（砂、もみがらのような天然物等）を混
入し、タイヤ走行時にこれらの異物が抜は落ちることに
よって気孔を発生させる方法も検討されている。この方
法は、氷上高摩擦化のメカニズムと１７では発泡と同一
のものである。

第２の方法として、各種の高硬度材料をトレッドゴム中
に混入し、この高硬度材料中の水面に対するひっかき効
果を利用してトレッドゴムの氷上高摩擦化を実現しよう
としたものがある（特公昭４６−３１７３２．特開昭５
１−１４７８０３゜特公昭５６−５２０５７）。この方
法は、明らかに前記第１の方法とは異なったメカニズム
によるトレッドゴムの氷上高摩擦化法である。実際、多
くの場合、これらの高硬度材料を多量に混入すればする
程、トレッドゴムは氷上高摩擦化される傾向にある。

［発明が解決しようとする課９１ ところで、道路等の路面に接触するゴム材料に対しては
、それらの本来の機能を満たすことと共に、耐摩耗性が
優れているということが不可欠の条件である。即ち、た
とえどんなに氷上高摩擦性が優れていても、耐摩耗性が
悪ければトレッドゴムとしては実用性に欠けるものとな
る。

しかしながら、上記従来のいずれの方法についても氷上
高摩擦性と耐摩耗性とを兼備するゴム材料を得ることが
できず、高硬度材料混入ゴムの場合でも、氷上高摩擦性
と耐摩耗性との両立が極めて難しく、これらの特性は宿
命的な二律背反現象と言われている。

本発明は上記従来の問題点を解決し、氷上高摩擦性と耐
摩耗性とを兼備する高特性ゴム組成物を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のゴム組成物は、ゴム材料中に、該ゴム材料との
親和性の向上処理を表面に施した異形形状の高硬度粒子
を配合してなるゴム組成物を特徴とする。

即ち、本発明は基本的には前記第２の方法に沿っている
が、ゴムに対する高硬度材料の補強法に顕著な独自性を
示すものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず、本発明で使用される高硬度粒子について説明する
。

本発明に係る高硬度粒子は、ビッカース硬度（Ｈｖ）が
２０以上の高硬度粒子であることが好ましく、このよう
な硬度を有するものであれば、無機材料、有機材料のい
ずれでも良い。具体的にはＡｌ１２０３　、ＺｎＯ，Ｔ
ｉ　０２　、Ｓ　１Ｃ５ｉ、Ｃ，ＳｉＯ２，フェライト
、ジルコニア。

ＭｇＯ等のセラミックス、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌｌ。

Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｃｕ、Ｃｒなどの金属、及びこれら
金属よりなる合金、真ちゅう、ステンレス等、更には、
これら金属の窒化物、酸化物、水酸化物、炭酸塩、ケイ
酸塩、硫酸塩、その他、ガラス、カーボン、カーボラン
ダム、マイカ、ゼオライト、カオリン、アスベスト、モ
ンモリロナイト、ベントナイト、グラファイト、シリカ
、砂、ケイ酸、木材、シラスバルーン、石炭、岩石等の
粉砕物などの天然物、更にまた各種プラスチックが挙げ
られる。

プラスチックとしては、ポリスチレン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリ塩化ビニル、ポリメタク
リル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ナ
イロン、塩化ポリエーテル、ポリ四フッ化エチレン、ア
セチルセルロース、エチルセルロース等の熱可塑性プラ
スチック、更に、フェノール樹脂、ユリア樹脂、不飽和
ポリエステル、エポキシ樹脂、アルキド樹脂、メラミン
樹脂等の熱硬化性プラスチックが通している。

高硬度粒子のビッカース硬度（Ｈｖ）は２０以上が好ま
しいが、より好ましくは３０以上、特に好ましくは５０
以上、最も好ましくは５００以上である。

また、高硬度粒子の粒度は、１０００メツシユオーバー
かつ５０メツシユアンダーが望まれるが、より好ましい
粒度は８００メツシユオーバーかつ６０メツシユアンダ
ーであり、特に好ましい粒度は５００メツシユオーバー
かつ１００メツシユアンダー（即ち１００〜５００メツ
シユ）である。

これらの高硬度粒子は、中実体であっても、中空体であ
っても、発泡体（多孔体）であっても良いが、その形状
は真球形状ではなく、異形形状のものを用いる。このこ
とは、マトリックスとなるゴム材料との接着性を向上さ
せると共に、水面をひっかく効果を大きくするためにも
必要である。

本発明においては、この高硬度粒子の異形形状の程度を
表す指標として異形度を次のように定義する。

即ち、第１図に示す高硬度粒子１の榎式図において、高
硬度粒子の重心Ｐからの最長径（＋２ｍａｘ）と同最短
径（ｉｌｍｉｎ）との比を求め、これから異形度Ｒを次
式で定義する。

本発明の高硬度異形粒子は、上記の異形度Ｒが望ましく
は Ｒ≧　１　、１０ より好ましくは Ｒ≧　１　、２０ 特に好ましくは Ｒ≧　１　、３０ のものである。

このような異形形状の高硬度粒子の表面に、これを配合
するゴム材料との親和性を向上させるための処理を施す
方法としては、ゴム材料及び高硬度粒子の相方に強固に
接着し得る接着剤をコーティングする方法が挙げられる
。また、接着剤の代りに、高硬度粒子表面にメツキ、プ
ラズマ処理、スパッタ処理等により真ちゅうや銅或いは
コバルトを蒸着する方法も挙げられる。この場合には、
マトリックスとなるゴム材料を高イオウ配合とすること
などによって、より強い接着力が得られる。

また、高硬度粒子を接着用ゴム材料でコーティングする
ことも有効である。この場合、接着用ゴム材料としては
マトリックスとなるゴム材料であっても、異なる配合の
ゴム材料であっても良い。マトリックスのゴム材料と異
なる配合のゴム材料とする場合、そのゴム成分としては
一般の固形状ゴム以外にラテックス、エマルジョン又は
熱可塑性ゴムを用いることができる。こわらの接着用ゴ
ム材料は粘度が高い場合には、適当な溶剤を加えて、溶
液として高硬度粒子に塗布すれば良い。

更にまた、高硬度粒子を樹脂でコーティングすることも
極めて有効である。この場合、樹脂としては、ポリエス
テル、水酸化ポリエステル、ポリエーテルポリオール、
ポリカプロラクトン−ポリホール、水酸化ポリエステル
−ポリイソシアネート、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、
エチレン−酢酸ビニル、フェノール樹脂、トリレンジイ
ソシアネート、ビスフェノールＡのグリシジルエーテル
、ポリシロキサン、シリコン樹脂、ＰＶＡ（ポリビニル
アルコール）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート
）、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、ピッチ、メチル
メタクリレート、スチレン等が有効である。

その他、ポリノルボルネン熱可塑性ゴム等の形状記憶性
を有する樹脂で、高硬度粒子の表面をコーティングする
ことも有効である。これらの樹脂は低温（氷結温度）で
は強固に高硬度粒子を固定し、高温になると柔らかくな
ってマトリックスのゴム材料に親和することによって、
大きな改善効果を発揮する。

また、シラン系、チタネート系、クロム系、アルミニウ
ム系のカップリング剤やポリアルキレンオキサイド等に
よる高硬度粒子の表面処理もマトリックスのゴム材料と
の接着性向上に有効である。

上述のようなコーティング材料により高硬度粒子の表面
をコーティングする場合、コート層の厚さ（Ｉｌ）は、
高硬度粒子の直径（実際の高硬度粒子と同じ体積を有す
る球の直径）（ｆｆｌｏ）より小さい方が好ましく（Ｊ
Ｚ≦ρ）、より好ましくは℃≦’ＡＩｔｏ、更に好まし
くは１≦ｋ　ｊＺ　ｏである。

なお、上述の各種処理法は、単独で行なっても良く、２
種以上を組合せて、即ち、２種以上の材料によりコーテ
ィング層を形成するようにしても良い。

本発明においては、このような表面処理を施した高硬度
粒子を１種を単独で使用しても良く、また、前記材質、
粒径又は異形度更には表面処理等の異なる高硬度粒子を
２種以上組合せて用いても良い。

このような高硬度粒子の配合量は、得られるゴム材料の
氷上摩擦係数としては配合量が多い程高摩擦となるため
好ましいが、反面配合量が多いと耐摩耗性が急激に悪化
する。従って本発明において高硬度粒子の望ましい配合
量は、高硬度粒子を含むゴム組成物に対する高硬度粒子
の占める体積分率（真の体積分率）をＶｆとした場合、
２％≦■、≦２０％が望ましく、更に好ましくは３％≦
■、≦１６％、最も好ましくは４％≦Ｖｆ≦１３％であ
る。

なお、本発明において、マトリックスとなるゴム材料に
ついては特に制限はなく、一般のゴム組成物を用いるこ
とができる。即ち、ゴム材料としては一般にゴムに各種
充填剤、オイル、加硫剤等を配合した常識的なゴム組成
物であれば何ら問題はなく、このゴム材料に表面処理を
施した高硬度粒子を混練して、加硫することにより、所
望の製品を得ることができる。

ところで、前述の如く、トレッドゴムを高摩擦化させる
第１の方法はトレッドゴムに多くの気孔を発生させるこ
とであり、第２の方法は高硬度粒子を混入させる方法で
ある。本発明は第２の方法に属し、特に宿命的二律背反
と言われている高摩擦性と耐摩耗性を両立させることが
目的である。

ゴム材料の高摩擦化という現象に対し、第１の方法と第
２の方法は異ったメカニズムに起因しており、従って本
発明の方法に第１の方法を加えることは全く問題はなく
、むしろ有効な方法でもある。即ち、本発明で用いる高
硬度粒子配合ゴム組成物を発泡させる、又は接着不良の
異物を添加するなどしてゴム材料中に気孔を発生させ、
第１のメカニズムと第２のメカニズムを同時に発現させ
ることは有効である。ただし、この場合、耐摩耗性の維
持を十分考慮する必要がある。

［作用］ 周知の通り、混合系において、機能、特に力学機能が理
論通りに伝達されるためには混合系を構成する各成分が
完全に接着されていなければならない。即ち、接着性の
程度がその材料の性能、機能のレヘルを決めるといって
も過言ではない。

従って、−摩擦特性、耐摩耗性のいずれにおいても、補
強材として混合する高硬度粒子がマド・ソックスゴムと
強く接着しているかどうかは極めて重要なポイントとな
る。

本発明においては高硬度粒子の表面に特定の表面処理を
施し、ゴム材料との接着性を向上させることによって、
氷上高摩擦性と耐摩耗性とを両立させることを可能とし
た。

また、高硬度粒子の形状が異形形状であるため、この表
面処理による接着性改善効果が十分でない場合であって
も、粒子表面の異形状、即ち、凹凸を利用したマトリッ
クスゴム材料へのアンカー効果による物理的嵌合が得ら
れ、優れた改善効果が達成される。

［実施例］ 以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。

実施例１〜４、比較例１〜４ 第１表に示す高硬度粒子に第１表に示す表面処理を施し
たものを、第１表に示す割合で下記配合のゴム材料に配
合したゴム組成物について、その氷上摩擦係数（μ）及
び相対摩耗量を下記方法で測定し、結果を第１表に示し
た。

天然ゴム（ＮＲ）＝１００ カーボン（ＨＡＦ）＝６０ ステアリン酸（ＳｔＡ）＝３ 酸化亜鉛（ＺｎＯ）＝５ 硫黄（Ｓ）＝１．５ 氷上摩擦係数（μ）の測− 第２図に示す如く、下記ランボーン試験サンプルと同一
のゴムサンプル２を取付はボルト３にて、固定した氷４
上に押し付けて回転させるときに発生する摩擦力をロー
ドセルで検出し、Ｌ摩擦係数μを算出した。

なお、測定は氷面上に薄い水膜ができて摩擦係数が最も
小さくなる温度（−２℃）にて、面圧＝５　ｋ　ｇ　／
　ｃ　ｍ”、サンプル回転周速度＝８５ｃｍ／ｓｅｅで
行なった。

祖１口り粍１ノリ札Ｚ ランボーン型摩耗試験機を用いて、室温にて、面圧＝　
７　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ’、スリップ率＝１００％、サ
ンプル回転周速度＝　８５　ｃ　ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃで
行ない、比較例１の場合を１００として相対値で示した
。

第１表より次のことが明らかである。

比較例１は高硬度粒子を含まない基本配合のゴム利料で
あり、この時の氷上摩擦係数μは０．０５、摩耗量は１
００（基準摩耗量）であった。この基本ゴム材料にステ
ンレス粒をｖｆ＝８．０％混合したとき、粒子の表面を
接着剤で処理したものが実施例１であり、処理しないも
のが比較例２である。実施例１は比較例２に比べて氷上
摩擦係数μが高く、また耐摩耗性も優れていることがわ
かる。また、実施例２、実施例３、実施例４は５ｉ０２
粒を各種の処理材でコートしたもので高いμと優れた耐
摩耗性を示す。一方、比較例３は同じ５ｉ０２粒を接着
処理しない場合であり、μが小さく耐摩耗性も非常に悪
い。以上の結果は本発明における高硬度粒子の表面処理
が、耐摩擦性と耐摩耗性の向上に極めて有効であること
を示している。

更に、比較例４は鉄粒の表面をコバルトメツキしたもの
であるが、鉄粒の異形度が非常に小さい（真珠に近い）
ため、μが小さく、耐摩耗性も悪い。

以上の結果から、表面処理した異形形状の高硬度粒子を
配合した本発明のゴム組成物が、ゴム材料の高摩擦性と
耐摩耗性を両立するのに不可欠の因子であることが認め
られる。

［発明の効果コ 以上詳述した通り、本発明のゴム組成物によりば、高摩
擦性で耐摩耗性にも優れたゴム材料が提供される。

このような本発明のゴム組成物は、タイヤのトレッドや
靴底等のゴム材料として極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は異形度Ｒを示す模式図、第２図は水上摩擦係数
の測定方法を示す説明図である。 １・・・高硬度粒子、　　　２・・・ゴムサンプル、３
・・・ボルト、　　　　　４・・・氷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ゴム材料中に、該ゴム材料との親和性の向上処理
   を表面に施した異形形状の高硬度粒子を配合してなるゴ
   ム組成物。