WO2021256123A1 - タイヤ - Google Patents
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Abstract
トレッド面を構成する第一層と、前記第一層の半径方向内側に隣接する第二層と、前記第二層の半径方向内側に隣接する第三層を少なくとも備えたトレッドを有するタイヤであって、前記第一層、前記第二層および前記第三層がゴム成分および可塑剤を含有するゴム組成物により構成され、前記第一層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE1と前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2との差(AE1-AE2)が1.0質量%以上であり、前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2と前記第三層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE3との差(AE2-AE3)が1.0質量%以上であるタイヤ。
Description
本発明は、タイヤに関する。
特許文献1には、トレッドの最表面に位置するトレッド表面ゴム層と、当該トレッド表面ゴム層よりタイヤ径方向内側に位置するトレッド内側ゴム層とを含むトレッドゴムを備えた空気入りタイヤが開示されている。このようなタイヤにおいては、トレッド表面ゴム層を相対的に剛性の高いゴム層とし、トレッド内側ゴム層を相対的に剛性の低いゴム層としている。これにより、トレッド表面ゴム層が例えばタイヤ表面のタイヤ周方向の陸部剛性を向上させて耐摩耗性能を向上させ、また、トレッド内側ゴム層が、例えばヒステリシスロスを抑制して、タイヤの低燃費性能を向上させている。
しかしながら、前記のようなタイヤの場合、トレッド表面ゴム層が摩耗して低発熱なトレッド内側ゴム層が露出すると、ウェットグリップ性能が急激に低下するおそれがある。
本発明は、摩耗後もウェットグリップ性能を維持しつつ低燃費性能の向上を図ることができるタイヤを提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意検討の結果、トレッド部に3層以上のゴム層を設け、かつ、タイヤ半径方向外側のゴム層からタイヤ半径方向内側のゴム層に向かって可塑剤の一定以上の濃度勾配を付けることにより、前記課題が解決されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
〔1〕トレッド面を構成する第一層と、前記第一層の半径方向内側に隣接する第二層と、前記第二層の半径方向内側に隣接する第三層を少なくとも備えたトレッドを有するタイヤであって、前記第一層、前記第二層および前記第三層がゴム成分および可塑剤を含有するゴム組成物により構成され、前記第一層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE1と前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2との差(AE1-AE2)が1.0質量%以上であり、前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2と前記第三層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE3との差(AE2-AE3)が1.0質量%以上であるタイヤ、
〔2〕前記AE1-AE2が2.0質量%以上である、上記〔1〕記載のタイヤ、
〔3〕前記AE2-AE3が2.0質量%以上である、上記〔1〕または〔2〕記載のタイヤ、
〔4〕前記第一層を構成するゴム組成物の0℃におけるtanδが1.00以上である、上記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔5〕前記第一層を構成するゴム組成物のJIS K 6251に準じて測定した破断時伸びが610%以上である、上記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔6〕前記第一層を構成するゴム組成物の0℃における複素弾性率(0℃E*)が50MPa以上である、上記〔1〕~〔5〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔7〕前記第一層を構成するゴム組成物のガラス転移温度が-10℃以上である、上記〔1〕~〔6〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔8〕前記第一層を構成するゴム組成物のガラス転移温度が-7℃以上である、上記〔1〕~〔7〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔9〕前記第一層を構成するゴム組成物の30℃におけるtanδが0.25以上である、上記〔1〕~〔8〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔10〕前記第一層を構成するゴム組成物の30℃におけるtanδが0.30以上である、上記〔1〕~〔9〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔11〕前記第二層を構成するゴム組成物の0℃におけるtanδが0.60以上である、上記〔1〕~〔10〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔12〕前記第二層を構成するゴム組成物のJIS K 6251に準じて測定した破断時伸びが500%以上である、上記〔1〕~〔11〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔13〕前記第二層を構成するゴム組成物の0℃における複素弾性率(0℃E*)が25MPa以上である、上記〔1〕~〔12〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔14〕前記第一層および前記第二層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、シリカとカーボンブラックを合計で40~160質量部含有し、かつシリカとカーボンブラックの合計含有量に対するシリカの含有量の割合が60質量%以上である、上記〔1〕~〔13〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔15〕前記第一層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、シリカを100質量部以上含有する、上記〔1〕~〔14〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔16〕前記第一層および前記第二層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、可塑剤を10質量部以上含有する、上記〔1〕~〔15〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔17〕前記第一層および前記第二層を構成するゴム成分が、スチレンブタジエンゴムを50質量%以上含有する、上記〔1〕~〔16〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔18〕タイヤ内腔に、シーラント、制音体、およびタイヤモニタリング用の電子部品からなる群より選ばれる少なくとも1つを備える、上記〔1〕~〔17〕のいずれかに記載のタイヤ、に関する。
〔1〕トレッド面を構成する第一層と、前記第一層の半径方向内側に隣接する第二層と、前記第二層の半径方向内側に隣接する第三層を少なくとも備えたトレッドを有するタイヤであって、前記第一層、前記第二層および前記第三層がゴム成分および可塑剤を含有するゴム組成物により構成され、前記第一層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE1と前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2との差(AE1-AE2)が1.0質量%以上であり、前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2と前記第三層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE3との差(AE2-AE3)が1.0質量%以上であるタイヤ、
〔2〕前記AE1-AE2が2.0質量%以上である、上記〔1〕記載のタイヤ、
〔3〕前記AE2-AE3が2.0質量%以上である、上記〔1〕または〔2〕記載のタイヤ、
〔4〕前記第一層を構成するゴム組成物の0℃におけるtanδが1.00以上である、上記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔5〕前記第一層を構成するゴム組成物のJIS K 6251に準じて測定した破断時伸びが610%以上である、上記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔6〕前記第一層を構成するゴム組成物の0℃における複素弾性率(0℃E*)が50MPa以上である、上記〔1〕~〔5〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔7〕前記第一層を構成するゴム組成物のガラス転移温度が-10℃以上である、上記〔1〕~〔6〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔8〕前記第一層を構成するゴム組成物のガラス転移温度が-7℃以上である、上記〔1〕~〔7〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔9〕前記第一層を構成するゴム組成物の30℃におけるtanδが0.25以上である、上記〔1〕~〔8〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔10〕前記第一層を構成するゴム組成物の30℃におけるtanδが0.30以上である、上記〔1〕~〔9〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔11〕前記第二層を構成するゴム組成物の0℃におけるtanδが0.60以上である、上記〔1〕~〔10〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔12〕前記第二層を構成するゴム組成物のJIS K 6251に準じて測定した破断時伸びが500%以上である、上記〔1〕~〔11〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔13〕前記第二層を構成するゴム組成物の0℃における複素弾性率(0℃E*)が25MPa以上である、上記〔1〕~〔12〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔14〕前記第一層および前記第二層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、シリカとカーボンブラックを合計で40~160質量部含有し、かつシリカとカーボンブラックの合計含有量に対するシリカの含有量の割合が60質量%以上である、上記〔1〕~〔13〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔15〕前記第一層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、シリカを100質量部以上含有する、上記〔1〕~〔14〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔16〕前記第一層および前記第二層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、可塑剤を10質量部以上含有する、上記〔1〕~〔15〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔17〕前記第一層および前記第二層を構成するゴム成分が、スチレンブタジエンゴムを50質量%以上含有する、上記〔1〕~〔16〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔18〕タイヤ内腔に、シーラント、制音体、およびタイヤモニタリング用の電子部品からなる群より選ばれる少なくとも1つを備える、上記〔1〕~〔17〕のいずれかに記載のタイヤ、に関する。
本発明によれば、摩耗後もウェットグリップ性能を維持しつつ低燃費性能の向上を図ることができるタイヤが提供される。
本開示の一実施形態であるタイヤは、トレッド面を構成する第一層と、前記第一層の半径方向内側に隣接する第二層と、前記第二層の半径方向内側に隣接する第三層を少なくとも備えたトレッドを有するタイヤであって、前記第一層、前記第二層および前記第三層がゴム成分および可塑剤を含有するゴム組成物により構成され、前記第一層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE1と前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2との差(AE1-AE2)が1.0質量%以上(好ましくは2.0質量%以上)であり、前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2と前記第三層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE3との差(AE2-AE3)が1.0質量%以上(好ましくは2.0質量%以上)である。
本開示のタイヤは、トレッド面を構成する第一層の半径方向内側に隣接し、かつ第一層よりも低発熱な第二層を配置することで、ウェットグリップ性能を維持しつつ低燃費性能の向上を図ることができる。
本開示のタイヤは、タイヤ半径方向外側のゴム層からタイヤ半径方向内側のゴム層に向かって可塑剤の一定以上の濃度勾配を付けることにより、走行中の刺激によってタイヤ半径方向外側のゴム層からタイヤ半径方向内側のゴム層へ可塑剤の移行が促進され、摩耗によって第二層が露出した際にもウェットグリップ性能を担保することができることから、ウェットグリップ性能が長期にわたって持続することができるものと考えられる。
本開示の一実施形態であるタイヤの作製手順について、以下に詳細に説明する。但し、以下の記載は本発明を説明するための例示であり、本発明の技術的範囲をこの記載範囲にのみ限定する趣旨ではない。なお、本明細書において、「~」を用いて数値範囲を示す場合、その両端の数値を含むものとする。
図1は、本開示に係るタイヤのトレッドの一部が示された拡大断面図である。図1には、本開示に係るトレッドのうち、そのトレッド面に溝が形成されていない部分が、拡大して示されている。図2において、上下方向がタイヤの半径方向であり、左右方向がタイヤの軸方向であり、紙面に垂直な方向がタイヤの周方向である。
図示される通り、本開示のタイヤのトレッド部は、第一層2、第二層3および第三層4を備え、第一層2の外面がトレッド面1を構成し、第二層3が第一層2の半径方向内側に隣接し、第三層4が第二層3の半径方向内側に隣接している。第一層2は、典型的にはキャップトレッドに相当する。第二層3および第三層4は、典型的にはベーストレッドまたはアンダートレッドに相当する。また、本発明の目的が達成される限り、第三層4とベルト層との間に、さらに1または2以上のゴム層を有していてもよい。
図1において、両矢印t1は第一層2の厚み、両矢印t2は第二層3の厚み、両矢印t3は第三層4の厚みである。図1には、溝が形成されていないトレッド面上の任意の点が、記号Pとして示されている。記号Nで示される直線は、点Pを通り、この点Pにおける接平面に垂直な直線(法線)である。本明細書では、厚みt1、t2およびt3は、図1の断面において、溝が存在しない位置におけるトレッド面上の点Pから引いた法線Nに沿って測定される。
本開示において、第一層2の厚みt1は特に限定されないが、ウェットグリップ性能の観点から、1.0mm以上が好ましく、1.5mm以上がより好ましく、2.0mm以上がさらに好ましい。一方、発熱性の観点からは、第一層2の厚みt1は、10.0mm以下が好ましく、9.0mm以下がより好ましく、8.0mm以下がさらに好ましい。
本開示において、第二層3の厚みt2は特に限定されないが、1.5mm以上が好ましく、2.0mm以上がより好ましく、2.5mm以上がさらに好ましい。また、第二層3の厚みt2は、10.0mm以下が好ましく、9.0mm以下がより好ましく、8.0mm以下がさらに好ましい。
本開示において、第三層4の厚みt3は特に限定されないが、1.0mm以上が好ましく、1.5mm以上がより好ましい。また、第三層4の厚みt3は、10.0mm以下が好ましく、9.0mm以下がより好ましく、8.0mm以下がさらに好ましい。
第一層2の厚みt1に対する第二層3の厚みt2の比(t2/t1)は、低燃費性能の観点から、0.4以上が好ましく、0.5以上がより好ましく、0.7以上がさらに好ましく、0.9以上が特に好ましい。一方、ウェットグリップ性能の観点からは、5.0以下が好ましく、4.5以下がより好ましく、4.0以下がさらに好ましく、3.5以下が特に好ましい。
第二層3の厚みt2に対する第三層4の厚みt3の比(t3/t2)は、本開示の効果をより良好に発揮する観点から、0.2以上が好ましく、0.3以上がより好ましく、0.4以上がさらに好ましい。一方、第二層3の厚みt2に対する第三層4の厚みt3の比(t3/t2)は、本開示の効果をより良好に発揮する観点から、3.0以下が好ましく、2.0以下がより好ましく、1.5以下がさらに好ましく、0.9以下が特に好ましい。
本開示のタイヤは、タイヤ内腔に、シーラント、制音体、タイヤモニタリングのための電子部品等を設けてもよい。
シーラントとしては、一般にパンク防止用として、トレッド部のタイヤ内周面に用いられるものを好適に使用することができる。そのようなシーラント層の具体例としては、例えば、特開2020-23152号公報に記載のものが挙げられる。シーラントの厚さは、通常、1~10mmであることが好ましい。シーラントの幅は、通常、ベルト層の最大幅の85~115%であることが好ましく、95~105%であることが好ましい。
制音体としては、タイヤ内腔で制音効果を発揮できるものであればいずれも好適に用いることができる。そのような制音体の具体例としては、例えば、特開2019-142503号公報に記載のものが挙げられる。制音体は、例えば、多孔質状のスポンジ材により構成される。スポンジ材は、海綿状の多孔構造体であり、例えばゴムや合成樹脂を発泡させた連続気泡を有するいわゆるスポンジそのものの他、動物繊維、植物繊維または合成繊維等を絡み合わせて一体に連結したウエブ状のものを含む。また「多孔構造体」には、連続気泡のみならず独立気泡を有するものを含む。制音体としては、ポリウレタンからなる連続気泡のスポンジ材が挙げられる。スポンジ材としては、例えば、エーテル系ポリウレタンスポンジ、エステル系ポリウレタンスポンジ、ポリエチレンスポンジなどの合成樹脂スポンジ、クロロプレンゴムスポンジ(CRスポンジ)、エチレンプロピレンゴムスポンジ(EDPMスポンジ)、ニトリルゴムスポンジ(NBRスポンジ)などのゴムスポンジを好適に用いることができ、とりわけエーテル系ポリウレタンスポンジを含むポリウレタン系またはポリエチレン系等のスポンジが、制音性、軽量性、発泡の調節可能性、耐久性などの観点から好ましい。
制音体は、トレッド部の内腔面に固着される底面を有する長尺帯状をなし、タイヤ周方向にのびる。このとき周方向の外端部を互いに突き合わせて略円環状に形成し得る他、外端部間を周方向に離間させてもよい。
本開示における「0℃tanδ」は、温度0℃、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下での損失正接tanδを指す。第一層2を構成するゴム組成物の0℃tanδは、ウェットグリップ性能の観点から、1.00以上が好ましく、1.05以上がより好ましく、1.10以上がさらに好ましく、1.15以上が特に好ましい。また、第二層3を構成するゴム組成物の0℃tanδは、0.60以上が好ましく、0.64以上がより好ましく、0.68以上がさらに好ましい。一方、第一層2、第二層3、および第三層4を構成するゴム組成物の0℃tanδは、低燃費性能の観点から、1.60以下が好ましく、1.55以下がより好ましく、1.50以下がさらに好ましい。なお、第一層2を構成するゴム組成物の0℃tanδの値は、第二層3を構成するゴム組成物の0℃tanδの値よりも大きいことが好ましい。第一層2を構成するゴム組成物の0℃tanδと第二層3を構成するゴム組成物の0℃tanδとの差は、0.10以上が好ましく、0.20以上がより好ましく、0.30以上がさらに好ましく、0.40以上が特に好ましい。
本開示における「30℃tanδ」は、温度30℃、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下での損失正接tanδを指す。第一層2を構成するゴム組成物の30℃tanδは、ウェットグリップ性能の観点から、0.25以上が好ましく、0.28以上がより好ましく、0.29以上がさらに好ましく、0.30以上がさらに好ましく、0.31以上がさらに好ましく、0.32以上がさらに好ましく、0.33以上が特に好ましい。また、第二層3を構成するゴム組成物の30℃tanδは、0.15以上が好ましく、0.17以上がより好ましく、0.19以上がさらに好ましく、0.21以上が特に好ましい。一方、第一層2、第二層3、および第三層4を構成するゴム組成物の30℃tanδは、低燃費性能の観点から、0.65以下が好ましく、0.60以下がより好ましく、0.55以下がさらに好ましく、0.50以下がさらに好ましく、0.45以下が特に好ましい。なお、第一層2を構成するゴム組成物の30℃tanδの値は、第二層3を構成するゴム組成物の30℃tanδの値よりも大きいことが好ましい。第一層2を構成するゴム組成物の30℃tanδと第二層3を構成するゴム組成物の30℃tanδとの差は、0.02以上が好ましく、0.04以上がより好ましく、0.06以上がさらに好ましく、0.08以上が特に好ましい。
本開示におけるEBは、JIS K 6251に準じて、23℃雰囲気下にて、引張速度3.3mm/秒の条件で測定された破断時伸び(切断時伸び)を指す。第一層2を構成するゴム組成物のEBは、表面の平滑さ維持の観点から、610%以上が好ましく、620%以上がより好ましく、630%以上がさらに好ましく、640%以上が特に好ましい。また、第二層3を構成するゴム組成物のEBは、500%以上が好ましく、510%以上がより好ましく、520%以上がさらに好ましく、530%以上が特に好ましい。EBを前記の範囲とすることで、タイヤ摩耗時の表面状態がより平滑に保たれやすくなり、実接地面積の減少が抑制され、結果としてタイヤ摩耗後のウェットグリップ性能の低下が抑制できると考えられる。なお、第一層2、第二層3、および第三層4を構成するゴム組成物のEBの上限値は特に制限されない。
本開示における「0℃E*」は、温度0℃、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下での複素弾性率E*を指す。第一層2を構成するゴム組成物の0℃E*は、アンカー摩擦の観点から、50MPa以上が好ましく、55MPa以上がより好ましく、60MPa以上がさらに好ましい。また、第二層3を構成するゴム組成物の0℃E*は、アンカー摩擦の観点から、25MPa以上が好ましく、30MPa以上がより好ましく、35MPa以上がさらに好ましい。一方、第一層2、第二層3、および第三層4を構成するゴム組成物の0℃E*は、路面追従性の観点から、85MPa以下が好ましく、80MPa以下がより好ましく、75MPa以下がさらに好ましい。なお、第一層2を構成するゴム組成物の0℃E*の値は、第二層3を構成するゴム組成物の0℃E*の値よりも大きいことが好ましい。第一層2を構成するゴム組成物の0℃E*と、第二層3を構成するゴム組成物の0℃E*との差は、5MPa以上が好ましく、8MPa以上がより好ましく、12MPa以上がさらに好ましい。0℃E*を前記の範囲とすることにより、路面追従性とアンカー摩擦のバランスが向上し、タイヤ摩耗後のウェットグリップ性能の低下が抑制できると考えられる。
本開示におけるガラス転移温度(Tg)は、以下の方法により測定されるtanδピーク温度を指す。すなわち、各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から、タイヤ周方向が長辺となるように切り出して作製したゴム試験片(例えば、長さ20mm×幅4mm×厚さ1mm)について、動的粘弾性評価装置(GABO社製のイプレクサーシリーズ)を用いて、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下でtanδの温度分布曲線を測定し、得られた温度分布曲線における最も大きいtanδ値に対応する温度(tanδピーク温度)を、本開示におけるガラス転移温度(Tg)とする。第一層2を構成するゴム組成物のTgは、ウェットグリップ性能の観点から、-10℃以上が好ましく、-8℃以上がより好ましく、-7℃以上がさらに好ましく、-6℃以上がさらに好ましく、-5℃以上がさらに好ましく、-4℃以上が特に好ましい。Tgを-10℃以上にすると、-10℃未満の場合と比較して、Tgより高い温度領域での損失正接tanδがより高くなる傾向がある。また、第二層3を構成するゴム組成物のTgは、-25℃以上が好ましく、-22℃以上がより好ましく、-19℃以上がさらに好ましい。なお、第一層2、第二層3、および第三層4を構成するゴム組成物のTgの上限値は特に制限されないが、20℃以下が好ましく、15℃以下がより好ましく、10℃以下がさらに好ましく、5℃以下がさらに好ましく、0℃以下が特に好ましい。なお、各ゴム層のTgは、前記のゴム成分等の種類や配合量により適宜調整することができる。
第一層2を構成するゴム組成物は、30℃tanδが0.25~0.65、かつTgが-10℃~20℃であることが好ましく;30℃tanδが0.28~0.60、かつTgが-8℃~15℃であることがより好ましく;30℃tanδが0.30~0.55、かつTgが-7℃~10℃であることがさらに好ましく;30℃tanδが0.32~0.50、かつTgが-6℃~5℃であることが特に好ましい。
本開示では、特に言及された場合を除き、タイヤの各部材の寸法および角度は、タイヤが正規リムに組み込まれ、正規内圧となるようにタイヤに空気が充填された状態で測定される。測定時には、タイヤには荷重がかけられない。なお、本明細書において「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えば、JATMAであれば標準リム、TRAであれば“Design Rim”、ETRTOであれば“Measuring Rim”とする。本明細書において「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、JATMAであれば最高空気圧、TRAであれば表“TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES”に記載の最大値、ETRTOであれば“INFLATION PRESSURE”とする。
[トレッド用ゴム組成物]
上述のように、トレッドの各ゴム層を構成するゴム組成物(トレッド用ゴム組成物)は、ゴム成分および可塑剤を含有する。
上述のように、トレッドの各ゴム層を構成するゴム組成物(トレッド用ゴム組成物)は、ゴム成分および可塑剤を含有する。
<ゴム成分>
本開示に係るトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分としてイソプレン系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびブタジエンゴム(BR)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。第一層2および第二層3を構成するゴム成分は、SBRを含むことが好ましく、SBRおよびBRを含むことがより好ましく、SBRおよびBRのみからなるゴム成分としてもよい。第三層4を構成するゴム成分は、イソプレン系ゴムを含むことが好ましく、イソプレン系ゴムおよびBRを含むことがより好ましく、イソプレン系ゴムおよびBRのみからなるゴム成分としてもよい。
本開示に係るトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分としてイソプレン系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびブタジエンゴム(BR)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。第一層2および第二層3を構成するゴム成分は、SBRを含むことが好ましく、SBRおよびBRを含むことがより好ましく、SBRおよびBRのみからなるゴム成分としてもよい。第三層4を構成するゴム成分は、イソプレン系ゴムを含むことが好ましく、イソプレン系ゴムおよびBRを含むことがより好ましく、イソプレン系ゴムおよびBRのみからなるゴム成分としてもよい。
(イソプレン系ゴム)
イソプレン系ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム(IR)および天然ゴム等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。天然ゴムには、非改質天然ゴム(NR)の他に、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素化天然ゴム(HNR)、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム、グラフト化天然ゴム等の改質天然ゴム等も含まれる。これらのイソプレン系ゴムは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
イソプレン系ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム(IR)および天然ゴム等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。天然ゴムには、非改質天然ゴム(NR)の他に、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素化天然ゴム(HNR)、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム、グラフト化天然ゴム等の改質天然ゴム等も含まれる。これらのイソプレン系ゴムは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
NRとしては、特に限定されず、タイヤ業界において一般的なものを用いることができ、例えば、SIR20、RSS#3、TSR20等が挙げられる。
第一層2および第二層3を構成するゴム組成物がイソプレン系ゴム(好ましくは天然ゴム、より好ましくは、非改質天然ゴム(NR))を含有する場合のゴム成分100質量%中の含有量は、ウェットグリップ性能の観点から、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましく、20質量%以下が特に好ましい。また、イソプレン系ゴムを含有する場合の含有量の下限値は特に制限されないが、例えば、1質量%以上、3質量%以上、5質量%以上、10質量%以上、15質量%以上とすることができる。第三層4を構成するゴム組成物がイソプレン系ゴムを含有する場合のゴム成分100質量%中の含有量は、特に制限されないが、例えば、10質量%以上、20質量%以上、30質量%以上、40質量%以上、50質量%以上、60質量%以上とすることができる。
(SBR)
SBRとしては特に限定はなく、溶液重合SBR(S-SBR)、乳化重合SBR(E-SBR)、これらの変性SBR(変性S-SBR、変性E-SBR)等が挙げられる。変性SBRとしては、末端および/または主鎖が変性されたSBR、スズ、ケイ素化合物等でカップリングされた変性SBR(縮合物、分岐構造を有するもの等)等が挙げられる。なかでもS-SBRおよび変性SBRが好ましい。さらに、これらSBRの水素添加物(水素添加SBR)等も使用することができる。これらのSBRは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
SBRとしては特に限定はなく、溶液重合SBR(S-SBR)、乳化重合SBR(E-SBR)、これらの変性SBR(変性S-SBR、変性E-SBR)等が挙げられる。変性SBRとしては、末端および/または主鎖が変性されたSBR、スズ、ケイ素化合物等でカップリングされた変性SBR(縮合物、分岐構造を有するもの等)等が挙げられる。なかでもS-SBRおよび変性SBRが好ましい。さらに、これらSBRの水素添加物(水素添加SBR)等も使用することができる。これらのSBRは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
SBRとしては油展SBRを用いることもできるし、非油展SBRを用いることもできる。油展SBRを用いる場合、SBRの油展量、すなわち、SBRに含まれる油展オイルの含有量は、SBRのゴム固形分100質量部に対して、10~50質量部であることが好ましい。
本開示で使用できるS-SBRとしては、JSR(株)、住友化学(株)、宇部興産(株)、旭化成(株)、ZSエラストマー(株)等より市販されているものを使用することができる。
SBRのスチレン含量は、ウェットグリップ性能および耐摩耗性能の観点から、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましい。また、グリップ性能の温度依存性および耐ブロー性能の観点からは、60質量%以下が好ましく、55質量%以下がより好ましく、50質量%以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、SBRのスチレン含有量は、1H-NMR測定により算出される。
SBRのビニル含量は、シリカとの反応性の担保、ウェットグリップ性能、ゴム強度、および耐摩耗性能の観点から、10モル%以上が好ましく、15モル%以上がより好ましく、20モル%以上がさらに好ましい。また、SBRのビニル含量は、温度依存性の増大防止、破断伸び、および耐摩耗性能の観点から、70モル%以下が好ましく、65モル%以下がより好ましく、60モル%以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、SBRのビニル含量(1,2-結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定される。
SBRの重量平均分子量(Mw)は、ウェットグリップ性能の観点から、20万以上が好ましく、25万以上がより好ましく、30万以上がさらに好ましい。また、架橋均一性の観点から、重量平均分子量は200万以下が好ましく、180万以下がより好ましく、150万以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、SBRの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(例えば、東ソー(株)製のGPC-8000シリーズ、検出器:示差屈折計、カラム:東ソー(株)製のTSKGEL SUPERMALTIPORE HZ-M)による測定値を基に、標準ポリスチレン換算により求めることができる。
第一層2および第二層3を構成するゴム組成物がSBRを含有する場合のゴム成分100質量%中の含有量は、ウェットグリップ性能の観点から、50質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、65質量%以上がさらに好ましく、70質量%以上が特に好ましい。また、SBRのゴム成分中の含有量の上限値は特に制限されず、100質量%としてもよい。なお、第三層4を構成するゴム組成物がSBRを含有する場合のゴム成分100質量%中の含有量は、特に制限されない。
(BR)
BRとしては特に限定されるものではなく、例えば、シス含量が50%未満のBR(ローシスBR)、シス含量が90%以上のBR(ハイシスBR)、希土類元素系触媒を用いて合成された希土類系ブタジエンゴム(希土類系BR)、シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するBR(SPB含有BR)、変性BR(ハイシス変性BR、ローシス変性BR)等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。変性BRとしては、上記SBRで説明したのと同様の官能基等で変性されたBRが挙げられる。これらのBRは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
BRとしては特に限定されるものではなく、例えば、シス含量が50%未満のBR(ローシスBR)、シス含量が90%以上のBR(ハイシスBR)、希土類元素系触媒を用いて合成された希土類系ブタジエンゴム(希土類系BR)、シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するBR(SPB含有BR)、変性BR(ハイシス変性BR、ローシス変性BR)等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。変性BRとしては、上記SBRで説明したのと同様の官能基等で変性されたBRが挙げられる。これらのBRは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ハイシスBRとしては、例えば、日本ゼオン(株)、宇部興産(株)、JSR(株)等より市販されているものを使用することができる。ハイシスBRを含有することで低温特性および耐摩耗性能を向上させることができる。シス含量は、好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上である。なお、本明細書において、シス含量(シス-1,4-結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析により算出される値である。
希土類系BRとしては、希土類元素系触媒を用いて合成され、ビニル含量が、好ましくは1.8モル%以下、より好ましくは1.0モル%以下、さらに好ましくは0.8%モル以下であり、シス含量が、好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上である。希土類系BRとしては、例えば、ランクセス(株)等より市販されているものを使用することができる。
SPB含有BRは、1,2-シンジオタクチックポリブタジエン結晶が、単にBR中に結晶を分散させたものではなく、BRと化学結合したうえで分散しているものが挙げられる。このようなSPB含有BRとしては、宇部興産(株)等より市販されているものを使用することができる。
変性BRとしては、末端および/または主鎖がケイ素、窒素および酸素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む官能基によって変性された変性ブタジエンゴム(変性BR)が好適に用いられる。
その他の変性BRとしては、リチウム開始剤により1,3-ブタジエンの重合を行ったのち、スズ化合物を添加することにより得られ、さらに変性BR分子の末端がスズ-炭素結合で結合されているもの(スズ変性BR)等が挙げられる。また、変性BRは、水素添加されていないもの、水素添加されているもののいずれであってもよい。
前記で列挙されたBRは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
BRの重量平均分子量(Mw)は、耐摩耗性能の観点から、30万以上が好ましく、35万以上がより好ましく、40万以上がさらに好ましい。また、架橋均一性の観点からは、200万以下が好ましく、100万以下がより好ましい。なお、BRの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(例えば、東ソー(株)製のGPC-8000シリーズ、検出器:示差屈折計、カラム:東ソー(株)製のTSKGEL SUPERMALTIPORE HZ-M)による測定値を基に、標準ポリスチレン換算により求めることができる。
第一層2、第二層3および第三層4を構成するゴム組成物がBRを含有する場合のゴム成分100質量%中の含有量は、ウェットグリップ性能の観点から、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましく、20質量%以下が特に好ましい。また、BRを含有する場合の含有量の下限値は特に制限されないが、例えば、1質量%以上、3質量%以上、5質量%以上、10質量%以上、15質量%以上とすることができる。
(その他のゴム成分)
本開示に係るゴム成分として、前記のイソプレン系ゴム、SBR、およびBR以外のゴム成分を含有してもよい。他のゴム成分としては、タイヤ工業で一般的に用いられる架橋可能なゴム成分を用いることができ、例えば、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合ゴム(SIBR)、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ブチルゴム(IIR)、エチレンプロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、シリコーンゴム、塩化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム(FKM)、アクリルゴム(ACM)、ヒドリンゴム等が挙げられる。これらその他のゴム成分は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本開示に係るゴム成分として、前記のイソプレン系ゴム、SBR、およびBR以外のゴム成分を含有してもよい。他のゴム成分としては、タイヤ工業で一般的に用いられる架橋可能なゴム成分を用いることができ、例えば、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合ゴム(SIBR)、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ブチルゴム(IIR)、エチレンプロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、シリコーンゴム、塩化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム(FKM)、アクリルゴム(ACM)、ヒドリンゴム等が挙げられる。これらその他のゴム成分は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<フィラー>
本開示に係るトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックおよび/またはシリカを含むフィラーが好適に使用される。第一層2および第二層3を構成するゴム組成物は、フィラーとしてシリカを含むことが好ましく、カーボンブラックおよびシリカを含むことがより好ましい。第三層4を構成するゴム組成物は、フィラーとしてカーボンブラックを含むことが好ましい。
本開示に係るトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックおよび/またはシリカを含むフィラーが好適に使用される。第一層2および第二層3を構成するゴム組成物は、フィラーとしてシリカを含むことが好ましく、カーボンブラックおよびシリカを含むことがより好ましい。第三層4を構成するゴム組成物は、フィラーとしてカーボンブラックを含むことが好ましい。
(カーボンブラック)
カーボンブラックとしては、タイヤ工業において一般的なものを適宜利用することができる、例えば、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAF等が挙げられる。これらのカーボンブラックは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラックとしては、タイヤ工業において一般的なものを適宜利用することができる、例えば、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAF等が挙げられる。これらのカーボンブラックは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、補強性の観点から、10m2/g以上が好ましく、20m2/g以上がより好ましく、35m2/g以上がさらに好ましく、50m2/g以上が特に好ましい。また、低燃費性能および加工性の観点からは、200m2/g以下が好ましく、150m2/g以下がより好ましく、100m2/g以下がさらに好ましく、80m2/g以下がさらに好ましい。なお、カーボンブラックのN2SAは、JIS K 6217-2「ゴム用カーボンブラック基本特性-第2部:比表面積の求め方-窒素吸着法-単点法」に準じて測定された値である。
カーボンブラックを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、耐摩耗性能およびウェットグリップ性能の観点から、1質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、5質量部以上がさらに好ましい。また、低燃費性能の観点からは、50質量部以下が好ましく、35質量部以下がより好ましく、20質量部以下がさらに好ましく、10質量部以下が特に好ましい。
(シリカ)
シリカとしては、特に限定されず、例えば、乾式法により調製されたシリカ(無水シリカ)、湿式法により調製されたシリカ(含水シリカ)等、タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。なかでもシラノール基が多いという理由から、湿式法により調製された含水シリカが好ましい。これらのシリカは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカとしては、特に限定されず、例えば、乾式法により調製されたシリカ(無水シリカ)、湿式法により調製されたシリカ(含水シリカ)等、タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。なかでもシラノール基が多いという理由から、湿式法により調製された含水シリカが好ましい。これらのシリカは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカの窒素吸着比表面積(N2SA)は、低燃費性能および耐摩耗性能の観点から、140m2/g以上が好ましく、150m2/g以上がより好ましく、170m2/g以上がさらに好ましく、200m2/g以上が特に好ましい。また、低燃費性能および加工性の観点からは、350m2/g以下が好ましく、300m2/g以下がより好ましく、250m2/g以下がさらに好ましい。なお、本明細書におけるシリカのN2SAは、ASTM D3037-93に準じてBET法で測定される値である。
シリカを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、20質量部以上が好ましく、40質量部以上がより好ましく、50質量部以上がさらに好ましく、60質量部以上が特に好ましい。また、シリカを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、160質量部以下が好ましく、130質量部以下がより好ましく、120質量部以下がさらに好ましく、110質量部以下が特に好ましい。
第一層を構成するゴム組成物がシリカを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、ウェットグリップ性能の観点から、50質量部以上が好ましく、70質量部以上がより好ましく、90質量部以上がさらに好ましく、100質量部以上が特に好ましい。また、耐摩耗性能の観点からは、160質量部以下が好ましく、130質量部以下がより好ましく、120質量部以下がさらに好ましく、110質量部以下が特に好ましい。
第二層を構成するゴム組成物がシリカを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、40質量部以上が好ましく、50質量部以上がより好ましく、60質量部以上がさらに好ましく、70質量部以上が特に好ましい。また、耐摩耗性能の観点からは、130質量部以下が好ましく、120質量部以下がより好ましく、110質量部以下がさらに好ましく、100質量部以下が特に好ましい。
シリカとカーボンブラックのゴム成分100質量部に対する合計含有量は、耐摩耗性能の観点から、40質量部以上が好ましく、50質量部以上がより好ましく、60質量部以上がさらに好ましい。また、低燃費性能および破断時伸びの観点からは、160質量部以下が好ましく、140質量部以下がより好ましく、120質量部以下がさらに好ましい。
第一層2および第二層3を構成するゴム組成物は、低燃費性能、ウェットグリップ性能、および耐摩耗性能のバランスの観点から、ゴム成分100質量部に対するシリカの含有量がカーボンブラックの含有量よりも多いことが好ましい。第一層2および第二層3におけるシリカとカーボンブラックの合計含有量に対するシリカの割合は、60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましく、85質量%以上がさらに好ましく、90質量%以上が特に好ましい。なお、第三層4におけるシリカとカーボンブラックの含有割合は特に制限されないが、シリカとカーボンブラックの合計含有量に対するカーボンブラックの割合を、例えば、50質量%以上、70質量%以上、90質量%以上、100質量%とすることができる。
(シランカップリング剤)
シリカは、シランカップリング剤と併用することが好ましい。シランカップリング剤としては、特に限定されず、タイヤ工業において、従来シリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができるが、例えば、下記のメルカプト系シランカップリング剤;ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド系シランカップリング剤;ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤;3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤;γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシ系シランカップリング剤;3-ニトロプロピルトリメトキシシラン、3-ニトロプロピルトリエトキシシラン等のニトロ系シランカップリング剤;3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシラン等のクロロ系シランカップリング剤等が挙げられる。なかでも、スルフィド系シランカップリング剤および/またはメルカプト系シランカップリング剤が好ましく、メルカプト系シランカップリング剤がより好ましい。これらのシランカップリング剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカは、シランカップリング剤と併用することが好ましい。シランカップリング剤としては、特に限定されず、タイヤ工業において、従来シリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができるが、例えば、下記のメルカプト系シランカップリング剤;ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド系シランカップリング剤;ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤;3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤;γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシ系シランカップリング剤;3-ニトロプロピルトリメトキシシラン、3-ニトロプロピルトリエトキシシラン等のニトロ系シランカップリング剤;3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシラン等のクロロ系シランカップリング剤等が挙げられる。なかでも、スルフィド系シランカップリング剤および/またはメルカプト系シランカップリング剤が好ましく、メルカプト系シランカップリング剤がより好ましい。これらのシランカップリング剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
メルカプト系シランカップリング剤は、下記式(1)で表される化合物、および/または下記式(2)で表される結合単位Aと下記式(3)で表される結合単位Bとを含む化合物であることが好ましい。
(式中、R101、R102、およびR103は、それぞれ独立して、炭素数1~12のアルキル、炭素数1~12のアルコキシ、または-O-(R111-O)z-R112(z個のR111は、それぞれ独立して、炭素数1~30の2価の炭化水素基を表し;R112は、炭素数1~30のアルキル、炭素数2~30のアルケニル、炭素数6~30のアリール、または炭素数7~30のアラルキルを表し;zは、1~30の整数を表す。)で表される基を表し;R104は、炭素数1~6のアルキレンを表す。)
(式中、xは0以上の整数を表し;yは1以上の整数を表し;R201は、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシルもしくはカルボキシルで置換されていてもよい炭素数1~30のアルキル、炭素数2~30のアルケニル、または炭素数2~30のアルキニルを表し;R202は、炭素数1~30のアルキレン、炭素数2~30のアルケニレン、または炭素数2~30のアルキニレンを表し;ここにおいて、R201とR202とで環構造を形成してもよい。)
式(1)で表される化合物としては、例えば、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2-メルカプトエチルトリメトキシシラン、2-メルカプトエチルトリエトキシシランや、下記式(4)で表される化合物(エボニックデグサ社製のSi363)等が挙げられ、下記式(4)で表される化合物を好適に使用することができる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
式(2)で示される結合単位Aと式(3)で示される結合単位Bとを含む化合物としては、例えば、モメンティブ社等より製造販売されているものが挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シランカップリング剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する合計含有量は、シリカの分散性を高める観点から、0.5質量部以上が好ましく、1.0質量部以上がより好ましく、2.0質量部以上がさらに好ましく、4.0質量部以上が特に好ましい。また、耐摩耗性能の低下を防止する観点からは、20質量部以下が好ましく、12質量部以下がより好ましく、10質量部以下がさらに好ましく、9.0質量部以下が特に好ましい。
シランカップリング剤のシリカ100質量部に対する含有量(複数のシランカップリング剤を併用する場合は全ての合計量)は、シリカの分散性を高める観点から、1.0質量部以上が好ましく、3.0質量部以上がより好ましく、5.0質量部以上がさらに好ましい。また、コストおよび加工性の観点からは、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、12質量部以下がさらに好ましい。
フィラーとしては、カーボンブラック、シリカ以外に、さらにその他のフィラーを用いてもよい。そのようなフィラーとしては、特に限定されず、例えば、水酸化アルミニウム、アルミナ(酸化アルミニウム)、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム、タルク、クレー等この分野で一般的に使用されるフィラーをいずれも用いることができる。これらのフィラーは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<可塑剤>
本開示に係るトレッド用ゴム組成物は、可塑剤を含有する。可塑剤としては、例えば、樹脂成分、オイル、液状ゴム、エステル系可塑剤等が挙げられる。
本開示に係るトレッド用ゴム組成物は、可塑剤を含有する。可塑剤としては、例えば、樹脂成分、オイル、液状ゴム、エステル系可塑剤等が挙げられる。
樹脂成分としては、特に限定されないが、タイヤ工業で慣用される石油樹脂、テルペン系樹脂、ロジン系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。これらの樹脂成分は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本明細書において「C5系石油樹脂」とは、C5留分を重合することにより得られる樹脂をいう。C5留分としては、例えば、シクロペンタジエン、ペンテン、ペンタジエン、イソプレン等の炭素数4~5個相当の石油留分が挙げられる。C5系石油樹脂しては、ジシクロペンタジエン樹脂(DCPD樹脂)が好適に用いられる。
本明細書において「芳香族系石油樹脂」とは、C9留分を重合することにより得られる樹脂をいい、それらを水素添加したものや変性したものであってもよい。C9留分としては、例えば、ビニルトルエン、アルキルスチレン、インデン、メチルインデン等の炭素数8~10個相当の石油留分が挙げられる。芳香族系石油樹脂の具体例としては、例えば、
クマロンインデン樹脂、クマロン樹脂、インデン樹脂、および芳香族ビニル系樹脂が好適に用いられる。芳香族ビニル系樹脂としては、経済的で、加工しやすく、発熱性に優れているという理由から、α-メチルスチレンもしくはスチレンの単独重合体またはα-メチルスチレンとスチレンとの共重合体が好ましく、α-メチルスチレンとスチレンとの共重合体がより好ましい。芳香族ビニル系樹脂としては、例えば、クレイトン社、イーストマンケミカル社等より市販されているものを使用することができる。
クマロンインデン樹脂、クマロン樹脂、インデン樹脂、および芳香族ビニル系樹脂が好適に用いられる。芳香族ビニル系樹脂としては、経済的で、加工しやすく、発熱性に優れているという理由から、α-メチルスチレンもしくはスチレンの単独重合体またはα-メチルスチレンとスチレンとの共重合体が好ましく、α-メチルスチレンとスチレンとの共重合体がより好ましい。芳香族ビニル系樹脂としては、例えば、クレイトン社、イーストマンケミカル社等より市販されているものを使用することができる。
本明細書において「C5C9系石油樹脂」とは、前記C5留分と前記C9留分を共重合することにより得られる樹脂をいい、それらを水素添加したものや変性したものであってもよい。C5留分およびC9留分としては、前記の石油留分が挙げられる。C5C9系石油樹脂としては、例えば、東ソー(株)、LUHUA社等より市販されているものを使用することができる。
テルペン系樹脂としては、α-ピネン、β-ピネン、リモネン、ジペンテン等のテルペン化合物から選ばれる少なくとも1種からなるポリテルペン樹脂;前記テルペン化合物と芳香族化合物とを原料とする芳香族変性テルペン樹脂;テルペン化合物とフェノール系化合物とを原料とするテルペンフェノール樹脂;並びにこれらのテルペン系樹脂に水素添加処理を行ったもの(水素添加されたテルペン系樹脂)が挙げられる。芳香族変性テルペン樹脂の原料となる芳香族化合物としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ジビニルトルエン等が挙げられる。テルペンフェノール樹脂の原料となるフェノール系化合物としては、例えば、フェノール、ビスフェノールA、クレゾール、キシレノール等が挙げられる。
ロジン系樹脂としては、特に限定されないが、例えば天然樹脂ロジン、それを水素添加、不均化、二量化、エステル化等で変性したロジン変性樹脂等が挙げられる。
フェノール系樹脂としては、特に限定されないが、フェノールホルムアルデヒド樹脂、アルキルフェノールホルムアルデヒド樹脂、アルキルフェノールアセチレン樹脂、オイル変性フェノールホルムアルデヒド樹脂等が挙げられる。
樹脂成分の軟化点は、ウェットグリップ性能の観点から、60℃以上が好ましく、65℃以上がより好ましい。また、加工性、ゴム成分とフィラーとの分散性向上という観点からは、150℃以下が好ましく、140℃以下がより好ましく、130℃以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、軟化点は、JIS K 6220-1:2001に規定される軟化点を環球式軟化点測定装置で測定し、球が降下した温度として定義され得る。
樹脂成分を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、ウェットグリップ性能の観点から、1質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、5質量部以上がさらに好ましく、7質量部以上が特に好ましい。また、発熱性抑制の観点からは、60質量部以下が好ましく、50質量部以下がより好ましく、40質量部以下がさらに好ましく、30質量部以下が特に好ましい。
オイルとしては、例えば、プロセスオイル、植物油脂、動物油脂等が挙げられる。前記プロセスオイルとしてはパラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル等が挙げられる。また、環境対策で多環式芳香族(polycyclic aromatic compound:PCA)化合物の含量の低いプロセスオイルを使用することもできる。前記低PCA含量プロセスオイルとしては、軽度抽出溶媒和物(MES)、処理留出物芳香族系抽出物(TDAE)、重ナフテン系オイル等が挙げられる。
オイルを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の観点から、1質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、5質量部以上がさらに好ましく、7質量部以上が特に好ましい。また、耐摩耗性能の観点からは、120質量部以下が好ましく、100質量部以下がより好ましく、80質量部以下がさらに好ましく、60質量部以下が特に好ましい。なお、本明細書において、オイルの含有量には、油展ゴムに含まれるオイル量も含まれる。
液状ゴムは、常温(25℃)で液体状態のポリマーであれば特に限定されないが、例えば、液状ブタジエンゴム(液状BR)、液状スチレンブタジエンゴム(液状SBR)、液状イソプレンゴム(液状IR)、液状スチレンイソプレンゴム(液状SIR)、液状ファルネセンゴム等が挙げられる。これらの液状ゴムは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
液状ゴムを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、1質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、5質量部以上がさらに好ましく、7質量部以上が特に好ましい。また、液状ゴムの含有量は、50質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましく、20質量部以下がさらに好ましい。
エステル系可塑剤としては、例えば、アジピン酸ジブチル(DBA)、アジピン酸ジイソブチル(DIBA)、アジピン酸ジオクチル(DOA)、アゼライン酸ジ2-エチルヘキシル(DOZ)、セバシン酸ジブチル(DBS)、アジピン酸ジイソノニル(DINA)、フタル酸ジエチル(DEP)、フタル酸ジオクチル(DOP)、フタル酸ジウンデシル(DUP)、フタル酸ジブチル(DBP)、セバシン酸ジオクチル(DOS)、リン酸トリブチル(TBP)、リン酸トリオクチル(TOP)、リン酸トリエチル(TEP)、リン酸トリメチル(TMP)、チミジントリリン酸(TTP)、リン酸トリクレシル(TCP)、リン酸トリキシレニル(TXP)等が挙げられる。これらのエステル系可塑剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
第一層2を構成するゴム組成物において、可塑剤のゴム成分100質量部に対する含有量(複数の可塑剤を併用する場合は全ての合計量)は、ウェットグリップ性能の観点から、10質量部以上が好ましく、20質量部以上がより好ましく、30質量部以上がさらに好ましく、40質量部以上が特に好ましい。第二層3を構成するゴム組成物において、可塑剤のゴム成分100質量部に対する含有量は、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、15質量部以上がさらに好ましい。また、第一層2、第二層3および第三層4を構成するゴム組成物において、可塑剤のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の観点から、120質量部以下が好ましく、100質量部以下がより好ましく、90質量部以下がさらに好ましく、80質量部以下が特に好ましい。
<その他の配合剤>
本開示に係るゴム組成物には、前記成分以外にも、従来タイヤ工業で一般に使用される配合剤、例えば、ワックス、加工助剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤等を適宜含有することができる。
本開示に係るゴム組成物には、前記成分以外にも、従来タイヤ工業で一般に使用される配合剤、例えば、ワックス、加工助剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤等を適宜含有することができる。
ワックスを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、ゴムの耐候性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、ブルームによるタイヤの白色化防止の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
加工助剤としては、例えば、脂肪酸金属塩、脂肪酸アミド、アミドエステル、シリカ表面活性剤、脂肪酸エステル、脂肪酸金属塩とアミドエステルとの混合物、脂肪酸金属塩と脂肪酸アミドとの混合物等が挙げられる。これらの加工助剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。加工助剤としては、例えば、Schill+Seilacher社、パフォーマンスアディティブス社等より市販されているものを使用することができる。
加工助剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の改善効果を発揮させる観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、耐摩耗性および破壊強度の観点からは、10質量部以下が好ましく、8質量部以下がより好ましい。
老化防止剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アミン系、キノリン系、キノン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩等の老化防止剤が挙げられ、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、N-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン、N-シクロヘキシル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン等のフェニレンジアミン系老化防止剤、および2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン重合体、6-エトキシ-2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン等のキノリン系老化防止剤が好ましい。これらの老化防止剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
老化防止剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、ゴムの耐オゾンクラック性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、耐摩耗性能やウェットグリップ性能の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
ステアリン酸を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、加硫速度の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
酸化亜鉛を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、耐摩耗性能の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
加硫剤としては硫黄が好適に用いられる。硫黄としては、粉末硫黄、油処理硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄等を用いることができる。
加硫剤として硫黄を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、十分な加硫反応を確保する観点から、0.1質量部以上が好ましく、0.3質量部以上がより好ましく、0.5質量部以上がさらに好ましい。また、劣化防止の観点からは、5.0質量部以下が好ましく、4.0質量部以下がより好ましく、3.0質量部以下がさらに好ましい。なお、加硫剤として、オイル含有硫黄を使用する場合の加硫剤の含有量は、オイル含有硫黄に含まれる純硫黄分の合計含有量とする。
硫黄以外の加硫剤としては、例えば、アルキルフェノール・塩化硫黄縮合物、1,6-ヘキサメチレン-ジチオ硫酸ナトリウム・二水和物、1,6-ビス(N,N’-ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサン等が挙げられる。これらの硫黄以外の加硫剤は、田岡化学工業(株)、ランクセス(株)、フレクシス社等より市販されているものを使用することができる。
加硫促進剤としては、例えば、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド-アミン系若しくはアルデヒド-アンモニア系、イミダゾリン系、またはキサンテート系加硫促進剤等が挙げられる。これら加硫促進剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、スルフェンアミド系、グアニジン系、およびチアゾール系加硫促進剤からなる群から選ばれる1以上の加硫促進剤が好ましく、スルフェンアミド系加硫促進剤がより好ましい。
スルフェンアミド系加硫促進剤としては、例えば、N-tert-ブチル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(TBBS)、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CBS)、N,N-ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(DCBS)等が挙げられる。なかでも、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CBS)が好ましい。
グアニジン系加硫促進剤としては、例えば、1,3-ジフェニルグアニジン(DPG)、1,3-ジ-o-トリルグアニジン、1-o-トリルビグアニド、ジカテコールボレートのジ-o-トリルグアニジン塩、1,3-ジ-o-クメニルグアニジン、1,3-ジ-o-ビフェニルグアニジン、1,3-ジ-o-クメニル-2-プロピオニルグアニジン等が挙げられる。なかでも、1,3-ジフェニルグアニジン(DPG)が好ましい。
チアゾール系加硫促進剤としては、例えば、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾチアゾールのシクロヘキシルアミン塩、ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド等が挙げられる。なかでも、2-メルカプトベンゾチアゾールが好ましい。
加硫促進剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、1質量部以上が好ましく、2質量部以上がより好ましい。また、加硫促進剤のゴム成分100質量部に対する含有量は、8質量部以下が好ましく、7質量部以下がより好ましく、6質量部以下がさらに好ましい。加硫促進剤の含有量を上記範囲内とすることにより、破壊強度および伸びが確保できる傾向がある。
本開示に係るゴム組成物は、公知の方法により製造することができる。例えば、前記の各成分をオープンロール、密閉式混練機(バンバリーミキサー、ニーダー等)等のゴム混練装置を用いて混練りすることにより製造できる。
混練り工程は、例えば、加硫剤および加硫促進剤以外の配合剤および添加剤を混練りするベース練り工程と、ベース練り工程で得られた混練物に加硫剤および加硫促進剤を添加して混練りするファイナル練り(F練り)工程とを含んでなるものである。さらに、前記ベース練り工程は、所望により、複数の工程に分けることもできる。
混練条件としては特に限定されるものではないが、例えば、ベース練り工程では、排出温度150~170℃で3~10分間混練りし、ファイナル練り工程では、70~110℃で1~5分間混練りする方法が挙げられる。加硫条件としては、特に限定されるものではなく、例えば、150~200℃で10~30分間加硫する方法が挙げられる。
第一層2を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE1と第二層3を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2との差(AE1-AE2)は、1.0質量%以上であり、1.5質量%以上が好ましく、2.0質量%以上がより好ましく、2.5質量%以上がさらに好ましく、3.0質量%以上が特に好ましい。アセトン抽出量の差を前記の範囲とすることにより、濃度勾配により走行中に第一層2から第二層3へとオイル等のアセトン抽出成分を移行させやすくし、トレッド部の摩耗によって第二層3が露出するころには、第二層3に十分な可塑剤が含まれるため、ウェットグリップ性能を長期にわたって持続することが可能になると考えられる。また、AE1-AE2の上限値は特に制限されないが、一般に30質量%以下であり、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。
第二層3を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2と第三層4を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE3との差(AE2-AE3)は、1.0質量%以上であり、1.5質量%以上が好ましく、2.0質量%以上がより好ましく、2.5質量%以上がさらに好ましく、3.0質量%以上が特に好ましい。また、AE2-AE3の上限値は特に制限されないが、一般に30質量%以下であり、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。
なお、該アセトン抽出量は、上記加硫ゴム組成物に含有される可塑剤中の有機低分子化合物の濃度の指標となるものである。アセトン抽出量は、JIS K 6229-3:2015に準拠して各加硫ゴム試験片を24時間アセトンに浸漬して可溶成分を抽出し、抽出前後の各試験片の質量を測定し、下記式により求めることができる。
アセトン抽出量(質量%)={(抽出前のゴム試験片の質量-抽出後のゴム試験片の質量)/(抽出前のゴム試験片の質量)}×100
アセトン抽出量(質量%)={(抽出前のゴム試験片の質量-抽出後のゴム試験片の質量)/(抽出前のゴム試験片の質量)}×100
[タイヤ]
本開示に係るタイヤは、第一層2、第二層3、および第三層4を含むトレッドを備えるものであり、空気入りタイヤ、非空気入りタイヤを問わない。また、空気入りタイヤとしては、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、二輪車用タイヤ、高性能タイヤ等が挙げられ、特に乗用車用タイヤとして好適に使用される。なお、本明細書における高性能タイヤとは、グリップ性能に特に優れたタイヤであり、競技車両に使用する競技用タイヤをも含む概念である。
本開示に係るタイヤは、第一層2、第二層3、および第三層4を含むトレッドを備えるものであり、空気入りタイヤ、非空気入りタイヤを問わない。また、空気入りタイヤとしては、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、二輪車用タイヤ、高性能タイヤ等が挙げられ、特に乗用車用タイヤとして好適に使用される。なお、本明細書における高性能タイヤとは、グリップ性能に特に優れたタイヤであり、競技車両に使用する競技用タイヤをも含む概念である。
第一層2、第二層3、および第三層4を含むトレッドを備えたタイヤは、前記のゴム組成物を用いて、通常の方法により製造できる。すなわち、ゴム成分に対して上記各成分を必要に応じて配合した未加硫のゴム組成物を、所定の形状の口金を備えた押し出し機で第一層2、第二層3、および第三層4の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、通常の方法にて成型することにより、未加硫タイヤを形成し、この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより、タイヤを製造することができる。
本開示を実施例に基づいて説明するが、本開示は、実施例のみに限定されるものではない。
以下、実施例および比較例において用いた各種薬品をまとめて示す。
NR:TSR20
SBR:旭化成(株)製のタフデン4850(未変性S-SBR、スチレン含量:40質量%、ビニル含量:46モル%、Mw:35万、ゴム固形分100質量部に対してオイル分50質量部含有)
BR:宇部興産(株)製のUBEPOL BR(登録商標)150B(ビニル含量:1.5モル%、シス含量:97%、Mw:44万)
カーボンブラック:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN330(N2SA:75m2/g)
シリカ:エボニックデグサ社製のウルトラシルVN3(N2SA:175m2/g、平均一次粒子径:15nm)
シランカップリング剤:モメンティブ社製のNXT-Z45(メルカプト系シランカップリング剤)
樹脂成分:東ソー(株)製のペトロタック100V(C5C9系石油樹脂、軟化点:96℃、Mw:3800、SP値:8.3)
液状ゴム:クレイバレー社製のRicon100(液状SBR)
オイル:H&R(株)製のVivaTec500(TDAEオイル)
老化防止剤:住友化学(株)製のアンチゲン6C(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)
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックN
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華2種
硫黄:軽井沢硫黄(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
NR:TSR20
SBR:旭化成(株)製のタフデン4850(未変性S-SBR、スチレン含量:40質量%、ビニル含量:46モル%、Mw:35万、ゴム固形分100質量部に対してオイル分50質量部含有)
BR:宇部興産(株)製のUBEPOL BR(登録商標)150B(ビニル含量:1.5モル%、シス含量:97%、Mw:44万)
カーボンブラック:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN330(N2SA:75m2/g)
シリカ:エボニックデグサ社製のウルトラシルVN3(N2SA:175m2/g、平均一次粒子径:15nm)
シランカップリング剤:モメンティブ社製のNXT-Z45(メルカプト系シランカップリング剤)
樹脂成分:東ソー(株)製のペトロタック100V(C5C9系石油樹脂、軟化点:96℃、Mw:3800、SP値:8.3)
液状ゴム:クレイバレー社製のRicon100(液状SBR)
オイル:H&R(株)製のVivaTec500(TDAEオイル)
老化防止剤:住友化学(株)製のアンチゲン6C(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)
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックN
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華2種
硫黄:軽井沢硫黄(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
(実施例および比較例)
表1に示す配合処方にしたがい、1.7Lの密閉型バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を排出温度150~160℃になるまで1~10分間混練りし、混練物を得た。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、4分間、105℃になるまで練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を用いて、トレッドの第一層、第二層および第三層の形状に合わせて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを作製し、170℃で加硫して表2に記載の各試験用タイヤ(サイズ:205/65R15、リム:15×6JJ、内圧:230kPa)を得た。
表1に示す配合処方にしたがい、1.7Lの密閉型バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を排出温度150~160℃になるまで1~10分間混練りし、混練物を得た。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、4分間、105℃になるまで練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を用いて、トレッドの第一層、第二層および第三層の形状に合わせて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを作製し、170℃で加硫して表2に記載の各試験用タイヤ(サイズ:205/65R15、リム:15×6JJ、内圧:230kPa)を得た。
<第一層、第二層および第三層のアセトン抽出量(AE量)の測定>
加硫後の各ゴム試験片を24時間アセトンに浸漬し、可溶成分を抽出した。抽出前後の各試験片の質量を測定し、下記計算式によりアセトン抽出量を求めた。
アセトン抽出量(質量%)={(抽出前のゴム試験片の質量-抽出後のゴム試験片の質量)/(抽出前のゴム試験片の質量)}×100
加硫後の各ゴム試験片を24時間アセトンに浸漬し、可溶成分を抽出した。抽出前後の各試験片の質量を測定し、下記計算式によりアセトン抽出量を求めた。
アセトン抽出量(質量%)={(抽出前のゴム試験片の質量-抽出後のゴム試験片の質量)/(抽出前のゴム試験片の質量)}×100
なお、前記第一層、第二層および第三層の各ゴム試験片は、各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から切り出したものを用いた。第一層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE1と第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2との差(AE1-AE2)および第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2と第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE3との差(AE2-AE3)の値を表2に示す。
<損失正接tanδおよび複素弾性率E*測定>
各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から、タイヤ周方向が長辺となるように、長さ20mm×幅4mm×厚さ1mmで切り出して作製した各ゴム試験片について、GABO社製動的粘弾性測定装置イプレクサー(登録商標)シリーズを用いて、温度0℃および30℃、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下で損失正接tanδを測定した。また、各ゴム試験片について、温度0℃、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下で複素弾性率E*を測定した。なお、サンプルの厚み方向はタイヤ半径方向とした。
各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から、タイヤ周方向が長辺となるように、長さ20mm×幅4mm×厚さ1mmで切り出して作製した各ゴム試験片について、GABO社製動的粘弾性測定装置イプレクサー(登録商標)シリーズを用いて、温度0℃および30℃、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下で損失正接tanδを測定した。また、各ゴム試験片について、温度0℃、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下で複素弾性率E*を測定した。なお、サンプルの厚み方向はタイヤ半径方向とした。
<ガラス転移温度(Tg)の測定>
各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から、タイヤ周方向が長辺となるように、長さ20mm×幅4mm×厚さ1mmで切り出して作製した各ゴム試験片について、GABO社製のイプレクサーシリーズを用いて、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下で損失正接tanδの温度分布曲線を測定し、得られた温度分布曲線における最も大きいtanδ値に対応する温度(tanδピーク温度)をガラス転移温度(Tg)とした。なお、サンプルの厚み方向はタイヤ半径方向とした。
各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から、タイヤ周方向が長辺となるように、長さ20mm×幅4mm×厚さ1mmで切り出して作製した各ゴム試験片について、GABO社製のイプレクサーシリーズを用いて、周波数10Hz、伸長歪み2.5%の条件下で損失正接tanδの温度分布曲線を測定し、得られた温度分布曲線における最も大きいtanδ値に対応する温度(tanδピーク温度)をガラス転移温度(Tg)とした。なお、サンプルの厚み方向はタイヤ半径方向とした。
<引張試験>
各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から、タイヤ周方向が引張方向となるように切り出した厚さ1mmのダンベル状7号形の試験片を作製し、JIS K 6251:2017「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム-引張試験特性の求め方」に準じて、23℃雰囲気下にて、引張速度3.3mm/秒の条件で引張試験を実施し、破断時伸びEB(%)を測定した。なお、サンプルの厚み方向はタイヤ半径方向とした。
各試験用タイヤのトレッド部のゴム層内部から、タイヤ周方向が引張方向となるように切り出した厚さ1mmのダンベル状7号形の試験片を作製し、JIS K 6251:2017「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム-引張試験特性の求め方」に準じて、23℃雰囲気下にて、引張速度3.3mm/秒の条件で引張試験を実施し、破断時伸びEB(%)を測定した。なお、サンプルの厚み方向はタイヤ半径方向とした。
<ウェットグリップ維持性能>
各試験用タイヤを車両(国産FF2000cc)の全輪に装着して湿潤アスファルト路面において、速度100km/hでブレーキをかけた地点からの制動距離を測定した。さらに、前記のタイヤを80℃で7日間熱劣化させた後に、トレッド部の厚さが新品時の50%となるように、トレッドラジアスに沿ってトレッド部を摩耗させた各試験用タイヤを前記車両の全輪に装着して湿潤アスファルト路面において、速度100km/hでブレーキをかけた地点からの制動距離を測定した。そして、各試験用タイヤについて、下記式により摩耗前後でのウェットグリップ性能維持指数を計算し、対照タイヤ(比較例6)の維持指数を100として換算し、各試験用タイヤのウェットグリップ維持性能とした。数値が高いほど、摩耗前後でのウェットグリップ性能の変化が少なく、新品時のウェットグリップ性能が維持されていることを示す。
(対照タイヤのウェットグリップ性能維持指数)=(対照タイヤの新品時の制動距離)/(対照タイヤの摩耗後の制動距離)
(各試験用タイヤのウェットグリップ性能維持指数)=(各試験用タイヤの新品時の制動距離)/(各試験用タイヤの摩耗後の制動距離)
(各試験用タイヤのウェットグリップ維持性能)=(各試験用タイヤのウェットグリップ性能維持指数)/(対照タイヤのウェットグリップ性能維持指数)×100
各試験用タイヤを車両(国産FF2000cc)の全輪に装着して湿潤アスファルト路面において、速度100km/hでブレーキをかけた地点からの制動距離を測定した。さらに、前記のタイヤを80℃で7日間熱劣化させた後に、トレッド部の厚さが新品時の50%となるように、トレッドラジアスに沿ってトレッド部を摩耗させた各試験用タイヤを前記車両の全輪に装着して湿潤アスファルト路面において、速度100km/hでブレーキをかけた地点からの制動距離を測定した。そして、各試験用タイヤについて、下記式により摩耗前後でのウェットグリップ性能維持指数を計算し、対照タイヤ(比較例6)の維持指数を100として換算し、各試験用タイヤのウェットグリップ維持性能とした。数値が高いほど、摩耗前後でのウェットグリップ性能の変化が少なく、新品時のウェットグリップ性能が維持されていることを示す。
(対照タイヤのウェットグリップ性能維持指数)=(対照タイヤの新品時の制動距離)/(対照タイヤの摩耗後の制動距離)
(各試験用タイヤのウェットグリップ性能維持指数)=(各試験用タイヤの新品時の制動距離)/(各試験用タイヤの摩耗後の制動距離)
(各試験用タイヤのウェットグリップ維持性能)=(各試験用タイヤのウェットグリップ性能維持指数)/(対照タイヤのウェットグリップ性能維持指数)×100
<低燃費性能>
転がり抵抗試験機を用い、各試験用タイヤを、リム15×6JJ、内圧230kPa、荷重3.43kN、速度80km/hで走行させたときの転がり抵抗を測定した。対照タイヤ(比較例6)の転がり抵抗を100とし、下記計算式により指数表示した。数値が大きいほど低燃費性能が良好であることを示す。
(低燃費性能指数)=(対照タイヤの新品時の転がり抵抗)/(各試験用タイヤの新品時の転がり抵抗)×100
転がり抵抗試験機を用い、各試験用タイヤを、リム15×6JJ、内圧230kPa、荷重3.43kN、速度80km/hで走行させたときの転がり抵抗を測定した。対照タイヤ(比較例6)の転がり抵抗を100とし、下記計算式により指数表示した。数値が大きいほど低燃費性能が良好であることを示す。
(低燃費性能指数)=(対照タイヤの新品時の転がり抵抗)/(各試験用タイヤの新品時の転がり抵抗)×100
ウェットグリップ維持性能および低燃費性能の総合性能(ウェットグリップ維持性能指数および低燃費性能指数の総和)は、200超を性能目標値とする。
表1および表2の結果より、トレッド部に3層以上のゴム層を設け、かつ、可塑剤の配合量を、タイヤ半径方向外側のゴム層からタイヤ半径方向外側のゴム層に向かって一定以上の勾配を付けた本開示のタイヤは、ウェットグリップ維持性能および低燃費性能の総合性能が改善されていることがわかる。
1・・・トレッド面
2・・・第一層
3・・・第二層
4・・・第三層
2・・・第一層
3・・・第二層
4・・・第三層
Claims (18)
- トレッド面を構成する第一層と、前記第一層の半径方向内側に隣接する第二層と、前記第二層の半径方向内側に隣接する第三層を少なくとも備えたトレッドを有するタイヤであって、
前記第一層、前記第二層および前記第三層がゴム成分および可塑剤を含有するゴム組成物により構成され、
前記第一層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE1と前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2との差(AE1-AE2)が1.0質量%以上であり、
前記第二層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE2と前記第三層を構成するゴム組成物のアセトン抽出量AE3との差(AE2-AE3)が1.0質量%以上であるタイヤ。 - 前記AE1-AE2が2.0質量%以上である、請求項1記載のタイヤ。
- 前記AE2-AE3が2.0質量%以上である、請求項1または2記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物の0℃におけるtanδが1.00以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物のJIS K 6251に準じて測定した破断時伸びが610%以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物の0℃における複素弾性率(0℃E*)が50MPa以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物のガラス転移温度が-10℃以上である、請求項1~6のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物のガラス転移温度が-7℃以上である、請求項1~7のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物の30℃におけるtanδが0.25以上である、請求項1~8のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物の30℃におけるtanδが0.30以上である、請求項1~9のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第二層を構成するゴム組成物の0℃におけるtanδが0.60以上である、請求項1~10のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第二層を構成するゴム組成物のJIS K 6251に準じて測定した破断時伸びが500%以上である、請求項1~11のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第二層を構成するゴム組成物の0℃における複素弾性率(0℃E*)が25MPa以上である、請求項1~12のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層および前記第二層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、シリカとカーボンブラックを合計で40~160質量部含有し、かつシリカとカーボンブラックの合計含有量に対するシリカの含有量の割合が60質量%以上である、請求項1~13のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、シリカを100質量部以上含有する、請求項1~14のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層および前記第二層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、可塑剤を10質量部以上含有する、請求項1~15のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記第一層および前記第二層を構成するゴム成分が、スチレンブタジエンゴムを50質量%以上含有する、請求項1~16のいずれか一項に記載のタイヤ。
- タイヤ内腔に、シーラント、制音体、およびタイヤモニタリング用の電子部品からなる群より選ばれる少なくとも1つを備える、請求項1~17のいずれか一項に記載のタイヤ。
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