JPS5813090B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタイヤトレッド用ゴム組成物の製造方法に関し
、更に詳しくは特定のゴム成分およびカーボンプラック
を二段混練することにより得られるタイヤトレッド用ゴ
ム組成物の製造方法に関する。

最近、自動車の低燃費性、特に自動車タイヤの転勤抵抗
の低減が強く望まれている。

しかし従来のタイヤにおいては、タイヤの転勤抵抗を低
減しようとすると、ウエット制動性が低下し、またウエ
ット制動性を改善しようとすると転勤抵抗が増したり、
耐摩耗性が低下するという問題があった。

一般にこれらのタイヤ特性はタイヤトレッドゴム材料の
エネルギー損失特性に依存するところが大きいと考えら
れるので、転勤抵抗低減とウエット制動性および耐摩耗
性の向上とは、従来経験的に互いに相予盾するゴム材料
特性と考えられていた。

タイヤの転勤抵抗を低減するにはタイヤトレッドゴム材
料としては車の走行時にタイヤが路面との接触部に受け
る荷重とタイヤの回転に伴う繰り返し変形作用によって
生ずるエネルギー損失の少いことが必要であり、ゴム材
料試験としては一般に反撥弾性のような動的損失特性で
転動抵抗の目安とすることができる。

さらにこの反撥弾性も車の走行状態を考慮すると７０℃
付近の温度で評価する必要がある。

車の安全性の点で重要な性能であるぬれた路面での制動
性としてのウエットスキツド抵抗を向上させるにはトレ
ッドゴム材料としてはタイヤに制動をかけて路面をすべ
らせた場合に路面の凹凸に追従して、ゴム材料が変形す
ることによって生じる摩擦抵抗としてのエネルギー損失
が大きいことが必要である。

さらに前記２特性に加えて、タイヤの経済性の観点から
の耐摩耗性も重要な特性であり、高い水準の転動抵抗低
減とウエット制動性のバランスを保ちつつ、耐摩耗性を
大幅には害さないトレッド材料の開発と製造方法の開発
が省エネルギー、省資源を達成するために大きな課題と
なっている。

本発明者らは先ずこの要望を満足するタイヤトレッド用
ゴム組成物を得ることを目的に種々検討を重ねてきた。

その中でアール・シー・ケラー（Ｒ．Ｃ．Ｋｅｌｌｅｒ
）の文献〔インプルーブメント・オブ・タイヤトラクシ
ョン・ウイズ・クロロブチル−ｙバー（Ｉｍｐｒｏｖｅ
ｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｉｒｅ Ｔｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔ
ｈｃｈｌｏｒｏｂｕｔｙｌ Ｒｕｂｂｅｒ）、タイヤサ
イエンス・アンド・テクノロジー（Ｔｉｒｅ Ｓｃｉｅ
ｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、１（２）Ｍａ
ｙ、（１９７３）１９０一２０１ページ〕等にあるよう
なハロゲン含有ポリイソブチレン・イソプレンゴム（以
下、ハロゲン化プチルゴムという）と天然ゴムおよびジ
エン系合成ゴムの組合せをより詳細に検討した結果、ハ
ロゲン化ブチルゴム（Ｉ）と天然ゴムまたはシス−１・
４−結合単位が少くとも９０％のポリイソプレンゴム（
ＩＩ）と１・２結合単位が２０％以下のポリブタジエン
ゴム（■）の３者を主体基材ゴムとする限定された組成
割合の混合ブレンドが前記２特性（転動動抵抗およびウ
エット制動性能）が高い水準であり、さらに耐摩耗性も
許容できるレベルであることを見出し特願昭５４−４２
０１１号（昭和５４年４月９日、特開昭５５−１３５１
４８号公報参照）を出願した。

しかしながら、該特許出願により前記諸特性を有したト
レッド材料の開発は一定限度解決されたものの、更に一
層反撥弾性の向上が望まれていた。

本発明の目的はかかる要求に応じて、自動車の低燃費性
を向上させるタイヤトレッド用ゴム組成物を得るに際し
、特別な混線方法を応用し、従来の技術では得られない
転動抵抗の低減とウエット制動性の向上を同時に満足し
、耐摩耗性のバランスを保ったタイヤとするものである
。

本発明者らは前記特願昭５４−４２０１１号の原料ゴム
成分を用いたタイヤトレッド用ゴム組成物を製造する方
法について検討した結果、特開昭５０−１１２４４５号
や〔ラバー・ケミストリ・アンド・テクノロジー（Ｒｕ
ｂｂｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ）第４７巻、第４８頁、１９７４年〕等に述べら
れている特殊な二段混練法が諸物性の向上に効果を有す
ることに着目した。

その結果、特に限定されたハロゲン化ブチルゴム（Ｉ）
と天然ゴムまたはポリイソプレン・ゴム（■）とポリブ
タジエン・ゴム（■）を主体とした原料ゴム成分とカー
ボンブラックから主として成るゴム組成物を前記の特殊
な二段混練方法で調製することによって、従来の結果か
らは予想できない著しい反撥弾性の向上とウエツトスキ
ツド抵抗および耐摩耗性のバランスの優れたゴム組成物
を得ることができることを見い出し本発明に到達した。

すなわち、第１段混練としてハロゲン化ブチルゴム（Ｉ
）とポリブタジエンゴム（■）の合計量の５０％以上を
少くとも含む原料ゴム成分４０〜７０重量部に対して、
全配合量の９０重量％以上にあたるカーボンブラックを
添加して機械的に混練し、さらに第２段混練として、残
余のゴムおよびカーボンブラックならびに他の配合剤を
添加して、最終的に原料ゴム（Ｉ）（■）および（■）
の合計量１００重量部あたりカーボンブラック４０〜７
０重量となる配合を行えば、驚くべきことに前記先行技
術に示されている通常の一般混練法（以下、一段混練法
ととう）によって得られるゴム組成物に比較して、ウエ
ットスキツド抵抗と耐摩耗性を同等以上に保ち、反撥弾
性を著しく向上させ得ることを見い出したのである。

本発明において予め混練する第１段混線に用いる原料ゴ
ム成分が少くともハロゲン化プチルゴム（Ｉ）とポリブ
タジエンゴム健の合計重量の５０％以上を含むものに限
定されているのはこの合計重量の５０％未満では反撥弾
性は一段混練法より高くなるが、耐摩耗性が一段混練法
より低下するからである。

本発明において予め混練する第１段混線に用いる原料ゴ
ムの混線割合が全配合量の９０％以上のカーボンブラッ
クに対して該原料ゴム成分４０−７０重量部と限定され
るのは原料ゴム成分が４０重量部未満では前記量の割合
のカーボンブラックを一度に添加して混練することが通
常使用される密閉型混合機、ロール等の混合機では困難
であるとともに混線時の発熱が大きくなったり、カーボ
ンブラックの分散不良を生じ、耐摩耗性等が予想外に悪
い結果となるからである。

また原料ゴム成分量が７０重量部を超えるとゴムに対す
るカーボンブラックの濃度が低くなって、本発明の効果
が現われず、本発明の反撥弾性向上効果が少くなるから
である。

第１段混線における原料ゴム成分とカーボンブラックと
の混線に際しては必要に応じて、プロセス油を最高３０
重量部までの範囲で添加することによって混練操作を容
易に実施することができる。

この量を超えると本発明の効果が失われる。

本発明に使用されるハロゲン化ブチルゴム（Ｉ）として
は塩素化ブチルゴム（塩素含有量１．０−１．５重量％
）または臭素化ブチルゴム（臭素含有量１．８−２．０
重量％）あるいはこれらの混合物であり、ポリイソプレ
ンゴム則としてはシスー１・４允結合単位が少くとも９
０％以上のものであり、ポリブタジエンゴム（■）とし
ては１・２結合単位が２０％以下のものである。

上記ゴム成（Ｉ）（■）および（■）の好ましい範囲は
前記特願昭５４−４２０１１号に示したように該タイヤ
トレッド組成物がウエットスキツド抵抗のバランスを保
ちつつ、耐摩耗性を大幅には害さないで高い水準の転勤
抵抗の低減が得られる範囲である。

すなわち、ハロゲン化ブチルゴム（Ｉ）５〜３０重量部
、天然ゴムまたはポリイソプレンゴム（■）９５重量部
以下であり、またポリプタジエンゴム（■）は該ハロゲ
ン化ブチルゴム（Ｉ）の１０倍量より５０重量部少ない
量以下であり、かつ該ハロゲン化プチルゴム（Ｉ）より
２０重量部少ない量以下の範囲である。

この好ましい成分範囲を第１図に示す。また成分割合を
式で示せば次のごとくである。

すなわちゴム成分（Ｉ）（ＩＩ）および（ホ）の配合量
をそれぞれｚ，ｘ，ｙとすると、 ９５≧ｘ＞０ （１） ３０≧２≧５ （２） ｙ≦１０ｚ−５０ （３） ｙ≧ｚ−２０ （４） ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ （５） 上記関係式を満足させる配合組成範囲が本発明の構成原
料ゴムとして好ましい範囲である。

なおこの範囲の一部分は、前記特願昭５４−４２０１１
号におけるゴム成分の範囲である。

本発明で使用されるハロゲン化ブチルゴム（Ｉ）は前述
のごとく５〜３０重量部の範囲（式（２））が好しく、
式（３）はウエットスキツド抵抗の限界値を示し、この
線よりポリプタジエンゴム（ホ）の成分加すると耐摩耗
性レベルは改善されるがウエットスキツド抵抗が低いレ
ベルになってしまう。

反撥弾性および耐摩耗性はハロゲン化ブチルゴム量に比
例して順次悪化する。

ハロゲン化ブチルゴム（Ｉ）の成分が３０重量部超とな
るとハロゲン化プチルゴム（Ｉ）の成分の増加する割に
はウエットスキツド抵抗の向上が著しくは認められず、
逆に耐摩耗性が低下し、反撥弾性が低くなり、転動抵抗
を低減する目的には不適当となる。

本発明で使用される天然ゴムあるいはシス−１・４結合
含有量が９０％以上のポリイソプレンゴムのいずれか、
またはその混合物（■）は前述のごとく全ゴム成分中の
９５重量部以下の範囲が好ましく、式（２）と式（３）
を満足する範囲では反撥弾性は主として（■）の成分含
有量のみに影響され、含有量が増えると反撥弾性は順次
向上する。

（■）の成分が９５重量部超になるとウエットスキツド
抵抗が低下して不適当である。

本発明に使用されるポリブタジエンゴム叫の成分はハロ
ゲン化ブチルゴム（Ｉ）の量によって使用される範囲が
変わり、式（３）及び式（４）で示した範囲内にあり、
特に式（４）の範囲の使用限界により、ハロゲン化ブチ
ルゴム（Ｉ）の使用比率が高い場合の耐摩耗性の著しい
低下を抑制する効果がある。

本発明に用いるカーボンブラックは４０ｍμ以下の平均
粒子直径を有することが好ましく、この値を超えると耐
摩耗性が低下するので望ましくない。

また第１段混練において添加するカーボンプラックの濃
度は、第１段混練用ゴム成分に対して重量比で０．７〜
１．３となるのが好ましい、カーホンブラック濃度がゴ
ム１．０に対して１．３を超えると通常使用される混合
機では混合が困難であるためであり、０．７未満では本
発明のカーボンプラックを高濃度に混合するという効果
が現われず、反撥弾性向上効果が少なくなるからである
。

さらに前述のごとく第１段混線時において添加されるカ
ーポンブラック量は４０〜７０重量部の９０％以上であ
り、その際、全配合量のカーボンブラックを混合すると
きに最大の反撥弾性向上効果を有するが、全体のカーボ
ンブラックの１０％以内に賑って、第２段混練をする際
に原料ゴムの残量と一緒に混練することもできる。

第１段混練時においてカーボンブラックの配合量を９０
％未満とすると反撥弾性はあまり向上しない（比較例３
４参照本発明で言う第１段混練とは原料ゴムとカーボン
ブラックを機械的に混練し、一度高充填の分散状態とす
ることである。

この状態を達成するためには１回の密閉型混合機やオー
プンロールによる混練でもよいし、数回に分けて混練を
行い漸次カーボンプラックの充填量を高めて行くやり方
をとっても良い。

又カーボンブラックの高充填の分散状態を一度達成した
後、混合機より第１段混練組成物を出すことなく連続し
て残りゴムを添加しても本発明の二段混練法の主旨を損
なうものではないしかし、ウエット・カーボンマスター
バッチなど機械的に混練していないカーボンマスターバ
ッチに第２段混練で原料ゴムを追加しても不適当である
。

ウエット・カーボンマスターバッチを使用する場合にも
予め機械的に混練してから第２段混練に進める必要があ
る。

本発明に用いるプロセス油は３０重量部以下好ましくは
２０重量部以下であるが、反撥弾性レベルを高めるには
プロセス油は一般には用いない方がよい。

しかし、加工プロセスにおける第１段混練時の高温発熱
等の問題を起さないために３０重量部以下好ましくは２
０重量部以下を単独で混紳するか又は油展ゴムとして含
有させることができる。

本発明のゴム組成物にはゴム工業で汎用される配合剤例
えば酸化亜鉛、加硫促進剤、加硫助剤、プロセス油、老
化防止剤等を適宜添加することができる。

以上本発明の二段混練法により得られたゴム組成物は通
常の方法によりタイヤトレッドとして成型加工すること
ができる。

以下実施例によって本発明を具体的に説明する。

実施例 １ 本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物の効果を明らかに
するために第１表、第２表に示す各原料ゴム、配合剤お
よび混練方法で、小型のバンバリー・ミキサー（１．７
ｌ容積）を用いて実施した。

混練条件は最初のバンバリー側壁温度６０℃、ローター
回転数４０ｒｐｍとし混練温度が１１０℃〜１２０℃に
なるようにジャケット内を制御した。

バンバリー混合機を用いる第１段混練はゴム成分をはじ
めに投入し、３０秒混合後に加硫促進剤、硫黄および第
２段混練に用いる原料ゴムを除いたカーボンプラックお
よびその他の配合剤を投入し、５分で混練を完了した。

このように調製した第１段混練物を６０℃に調整した８
インチロールに捲き付け、追加原料ゴムを１０分間かげ
て第２段混練を行った。

さらに加硫促進剤と硫黄はロールで４分間かけて混合し
、約３．０ｍｍ厚のゴム・シートにする。

加硫は１６０℃、２０分の条件でプレス加硫を実施し、
反撥弾性率（リュプケ反撥弾性試験、７０℃）ウエット
スキツド抵抗、摩耗減量（グッドリッチ式ピコ摩耗試験
）及び引張試験（ＪＩＳ Ｋ ６３０１）を実施した。

第１表には本発明に対応する標準例として一段混練法に
よるゴム物性を示した。

第２表は本発明に用いられるゴム配合を本発明の二段混
練法で得たゴム物性を示した。

標準例１に対応する実施例６、７、８及び９では二段混
練法により反撥弾性と３００％モジュラスがいずれも高
くなり硬度は低い値となっている。

ウエットスキツド抵抗は混練方法に関係しない。

一方耐摩耗性は二段混練法では第１段混練に用いる原料
ゴム組成に依存し、クロロブチルゴムとブタジエンゴム
の合計量の５０％以上を第１段混練に用いる場合に耐摩
耗性は通常の一段混練法より向上するが、逆の場合には
悪くなる傾向を示している。

第１表、第２表に示したゴム物性値の変化を更にわかり
やすくするために第３図、第４図に各原料ゴム組成の物
性値を分類して示した。

第１表に標準例、２、３、４および５についても二段混
練法にすると上記と同様な結果が得られることが第３図
、第４図に示されている。

すなわち本発明の二段混練法を本発明に用いられるゴム
配合に応用すると通常の一段混練法と比較して、反撥弾
性率が向上し、ウエットスキツド抵抗は影響を受けてい
ない。

さらに二段混練法では第１段混練にハロゲン化プチルゴ
ムとブタジエンゴムの合計量の５０％以上を用いると耐
摩耗性が通常の一段混練法より改良される。

このように二段混練法を採用した加硫ゴムは硬度が低目
であるが、３００％モジュラスは高目になる。

また抗張力は混練法によりあまり影響を受けないが、破
断時の伸びは低くなる傾向がある。

実施例２ 本発明の有効性をタイヤとして証明するためにベルト部
にスチール、コード、カーカス部にポリエステルコード
を用いた１６５ＳＲ１３サイズのスチール・ラジアルタ
イヤを作成した。

このトレッドゴム組成物は第１表及び第２表に示した標
準例１、２、実施例６および１０である。

下記の条件で測定された転動抵抗値およびウエット制動
摩擦係数を第３表に示した。

転動抵抗測定・・・・・・・・・ドラム径１７０７ｍｍ
、タイヤ内圧１．９ｋｇ／ｃｍ２、荷重４２０ｋｇを負
荷し、予備走行を１００ｋｍ／ｈｒで３０分実施し、そ
の後４０ｋｍ／ｈｒ１６０ｋｍ／ｈｒ、８０ｋｍ／ｈｒ
および１００ｋｍ／ｈｒで３回測定し、その測定値を平
均し、さらに簡単にあらわすために４０ｋｍ／ｈｒ〜１
００ｋｍ／ｈｒの間で単純に平均した。

ウエット制動摩擦係数測定・・・・・・・・・アスファ
ルト路面における制動摩擦係数をトレーラ一方式で測定
し、３回測定の平均値とした（４０ｋｍ／ｈｒと８０ｋ
ｍ／ｈｒでの値を測定）。

実施例６、１０は標準例１、２と比較して転動抵抗で８
％低減しているが、ウエット制動摩擦係数は影響を受け
ていない。

なお、本実施例ではタイヤによる耐摩耗性の評価を行な
っていないが、ピコ摩耗試験は乗用車用タイヤの耐摩耗
性を的確に予測することが知られており、タイヤによる
評価の欠如は本発明の主旨を損うものではない。

以上述べたごとく本発明の製造方法によって得られたタ
イヤトレッド用ゴム組成物は従来の製造方法によって得
られた組成物に比してウエットスキツド抵抗および耐摩
耗性を同等以上に保ち、反撥弾性を著しく向上させたも
のであり、特に第一段混練において添加するカーボンブ
ラックの濃度を第一段混練用ゴム成分に対して一定割合
で配合することによって、また構成原料ゴム（Ｉ）（Ｉ
Ｉ）および叫の範囲を限定することによって、該ゴム組
成物はさらに反撥弾性の著しく向上したウエットスキツ
ド抵抗および耐摩耗性が好ましいバランスを有したもの
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるゴム成分の好ましい組成比をあ
らわす三角図表であり、第２図は通常の一段混練法にお
けるゴム組成と反撥弾性、ウエットスキツド抵抗および
耐摩耗性の関係をあらわす三角図表であり、第３図の１
〜４は本発明における二段混練法を用いた実施例、およ
び比較例の第１段混練のゴム組成と反撥弾性、ウエット
スキツド抵抗ならびに耐摩耗性の関係をあらわす三角図
表の一部であり、カツコ内の数字は上段よりそれぞれ注
：（１０）、（１１）、（１２）に定義した撥弾性指数
、ウエットスキツド指数およびピコ摩耗減量指数を示す
。 第４図の１〜４は本発明における二段混練法を用いた実
施例および比較例のゴム組成と加硫物性の関係をあらわ
す三角図表の一部であり、カツコ内の数字は上段よりそ
れぞれ、加硫ゴムの抗張力、伸び、３００％モジュラス
およびＪＩＳ硬度の値を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（Ｉ）塩素または臭素含有ポリイソブチレン・インプ
   レンゴムを５重量部以上３０重量部以下（■）天然ゴム
   またはポリイソプレンゴムを９５重量部以下、 （■）ポリブタジエンゴムを塩素または臭素含有ポリイ
   ソブチレン・イソプレンゴムの１０倍量より５０重量部
   少ない量以下で、かつ該塩素または臭素含有ポリイソプ
   チレン・イソプレンゴムより２０重量部少ない量以上、 からなるゴム成分１００重量部に対し、 カーボンブラック４０〜７０重量部ならびに加硫促進剤
   、イオウを配合、混練してタイヤトレッド用ゴム組成物
   を製造する方法において、第１段混練としてゴム成分４
   ０〜７０重量部を使用し、該ゴム成分が前記（Ｉ）塩素
   または臭素含有ポリイソブチレン・インプレンゴムなら
   びに（■）ポリブタジエンゴムの全配合量のうちの少な
   くとも５０％を含み、該ゴム成分に対してカーボンブラ
   ツクを全配合量の９０％以上添加して混練したのち、 第２段混練として前記ゴム成分ならびにカーボンプラッ
   クの残量を前記第１段混練物に添加して混練することを
   特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物の製造方法。 ２ 前記カーボンプラックが第１段混練において、ゴム
   成分に対し重量比で０．７〜１．３の量を添加される、
   特許請求の範囲第１項記載のタイヤトレンド用ゴム組成
   物の製造方法。