JP3834269B2

JP3834269B2 - ゴムシートの製造方法および該ゴムシートからなるタイヤ

Info

Publication number: JP3834269B2
Application number: JP2002190989A
Authority: JP
Inventors: 亮皆越; 良和田中; 拓三岩田; 法夫谷口
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004034346A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短繊維がチューブ状ゴムの円周方向に配向したゴムシートの製造方法および該製造方法より得られるゴムシートからなるタイヤトレッドを有するタイヤに関する。詳細には、氷雪上性能に優れたスタッドレスタイヤのトレッドに最適なゴムシートの製造方法および該製造方法より得られるスタッドレスタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタッドレスタイヤにおいて、氷上性能を向上させるために、有機短繊維や無機短繊維などをトレッドゴムに配合し、氷路面との摩擦力を上げる方法が数多く提案されている。
【０００３】
さらに、短繊維を配合し、かつ短繊維をトレッド面に垂直（トレッド厚さ方向）に配向させ、掘り起こし摩擦力を高め、氷上グリップ性能を向上させる方法が提案されている。
【０００４】
短繊維をトレッド面に垂直に配向させる方法として、特開２０００−１６８３１５号公報では、タイヤの加硫成形時にナイフブレードが未加硫のトレッドに押し込まれることにより、サイピングの近傍で短繊維が押し込み方向に配向されるという方法が提案されている。
【０００５】
また、特開２００１−３１５５０４公報では、カレンダーロールによって短繊維を分散させたゴム組成物を圧延加工し、得られたシートを折りたたむことによってトレッドを製造する方法が提案されている。
【０００６】
しかし、これらの方法では短繊維の配向度が不充分であったり、実際にタイヤを大量に製造することは困難であったりするなど課題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況から、本発明は、粘着摩擦を損なわず、引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）および耐摩耗性の向上に多大な効果を上げることができ、氷雪上性能を大幅に向上し得るタイヤトレッドに適したゴムシートの製造方法および該製造方法により得られるゴムシートからなるトレッドを有するタイヤを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、入れる材料と配向度合いに着案し研究を積み重ねた。その結果、特定の大きさの短繊維を特定量含むゴム組成物を、特殊な押し出しヘッドを備えた押し出し機を用い、特定の条件で押し出すことによって、通常の押し出し法で得られるものとは違った配向をもつ短繊維入りゴムの連続押し出し物が得られることを見いだし、本発明に達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均繊維径が１〜１００μｍで、かつ平均長さが０．１〜５ｍｍの短繊維２〜５０重量部を含有するゴム組成物をチューブ状に押し出し、前記短繊維を該チューブ状ゴムの円周方向に配向させる厚さ２０ｍｍ以下のゴムシートの製造方法であって、前記チューブ状ゴムシートの側壁の一ヵ所を押し出し方向にカットして得られたゴムシートの、２５℃で測定したゴムシート押し出し方向の複素弾性率Ｅａとそれと直角方向の複素弾性率Ｅｂが、
１．１≦Ｅｂ／Ｅａ
をみたすゴムシートを押し出し方向に対して平行にカットして、それぞれ押出方向を回転軸として９０度回転させてカットしたゴムシートのシート面どうしを重ね合わせる工程を含むタイヤトレッド用ゴムシートの製造方法に関する。
【００１１】
また、本発明は、前記製造方法により得られるゴムシートからなるタイヤトレッドを有するタイヤに関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ジエン系ゴムおよび短繊維を含有するゴム組成物からゴムシートを製造する方法に関する。
【００１３】
前記ジエン系ゴムとしては、たとえば天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などがあげられ、これらは単独で、または２種類以上を混練して用いられる。
【００１４】
前記短繊維は、有機および／または無機短繊維である。なかでも、繊維の剛性が高く、掘り起こし摩擦を向上させることができる点で、無機短繊維が好ましい。さらに、無機短繊維のなかでは、路面を傷つけるおそれがなく、ゴムと摩耗速度の差が小さい点で、非金属無機短繊維がトレッドと氷雪路面の接地を確保するのに適している。さらに、ゴムを混練りする過程で適度な長さに折れて短くなるグラスファイバーが、分散および配向させやすく、複素弾性率の比が適度なゴムが得られやすいので好ましい。
【００１５】
前記短繊維の平均繊維径は１〜１００μｍ、好ましくは３〜５０μｍである。短繊維の平均繊維径が１μｍより小さい場合は、トレッド厚さ方向に配向した短繊維がトレッド表面に作り出す接地圧の高い部分を、短繊維断面積が小さいことにより充分に作り出すことができない。一方、１００μｍより大きい場合、凍結路面とタイヤトレッド表面の水膜を押しのける働きが劣るため、粘着、凝着摩擦が充分に働かない。
【００１６】
前記短繊維の平均長さは、０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．１〜３ｍｍである。短繊維の平均長さが０．１ｍｍより短い場合、表面処理を施していても、走行により短繊維がトレッド面から脱落しやすくなり、水膜を押しのける効果が低下する。一方、５ｍｍより長い場合、短繊維を分散させ配向させにくくなり、ゴムの加工性が低下する。
【００１７】
前記短繊維は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、２〜５０重量部、好ましくは３〜３０重量部含む。短繊維の配合量が２重量部未満の場合は、得られるゴムシートの押出し方向Ｅａとそれと直角方向Ｅｂにおけるゴムシートの複素弾性率の差が小さくなるため、ゴムシートにおける複素弾性率の比Ｅｂ／Ｅａが１．１未満となる。その結果、得られるゴムシートからなるトレッドは、トレッド面と接地面のあいだの水膜を除去する効果が小さくなり、粘着、凝着摩擦、ひっかき、掘り起こし摩擦は改善されない。一方、短繊維の配合量が５０重量部をこえる場合は、ゴムとしてのまとまりが悪くなるため、連続押出し物の形でゴムを得ることが困難となる。
【００１８】
以下に、本発明のゴムシートの製造方法を、図面にもとづき説明するが、本発明の製造方法は、該図面に記載の内容に限定されない。
【００１９】
図１は、本発明のゴムシートの製造方法における、押し出し機とチューブ押し出しヘッドを有する装置の一例を示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、前記ゴム組成物１が押し出し機（スクリュー部）２から押し出し機（ヘッド部）３へ移動し、口金孔径４から押し出される。なお、ヘッド部３におけるゴム組成物の圧力は、上部に設置されたゴム圧力計５で測定される。
【００２１】
口金孔径４から押し出されたゴム組成物１は、円盤６の中心に押し付けられ、円盤６と外壁１１のあいだにそって円状にひろがり、シート状になる。
【００２２】
そののち、ゴムシートは、チューブ状押し出し口７を通り、チューブ状に押し出される。押し出されてきた該チューブ状のゴムシート８は、一部がナイフ９により押し出し方向にカットされて押し出されてくる。
【００２３】
前記装置は、ヘッド部３、口金孔径４、円盤６、チューブ状押し出し口７、ナイフ９からなる特殊な押し出しヘッドを有するため、ゴムが口金より押し出されるときに円盤６の中心に押し当てられる。ついで、ゴムは中心から外側に向かって、円形となって広がっていく。そのとき、短繊維は、ゴムが外側へ進む力よりも円周方向に広がる力が強いため、円周方向に配向する。そのゴムがチューブ状に押し出されることにより、チューブの円周方向に配向されて押し出されてくるというメカニズムにより、該ヘッドから押し出されてくるチューブ状のゴムシートは、図２に示すように、前記短繊維がチューブの円周方向に配向される。すなわち、前記ヘッドを備えた装置を用いて、前記ゴム組成物をチューブ状に押し出すことにより、該チューブ状の円周方向に短繊維が配向したゴムシートが得られる。
【００２４】
前記チューブ状のゴムシートは、厚さを２０ｍｍ以下、好ましくは厚さ３．０〜１０ｍｍとするように調節する。ゴムシートの厚さが２０ｍｍより厚いと、シート内部で短繊維の配向が乱れてしまい、Ｅｂ／Ｅａ≧１．１を満たさない部分が出てくる。その結果、得られるゴムシートからなるトレッドは、トレッド面と接地面のあいだの水膜を除去する効果が小さくなり、粘着、凝着摩擦、ひっかき、掘り起こし摩擦は改善されない。また、ゴムシートの厚さが３ｍｍよりも薄いと、この後の工程でシートをカットして９０度回転させて再び重ね合わせるときの作業性がわるくなる傾向がある。
【００２５】
前記装置において、チューブ内径１０と口金孔径４との比（チューブ内径／口金孔径）は、８以上となるように設定することが好ましい。チューブ内径／口金孔径の比が８よりも小さいと、短繊維の配向が乱れてしまう傾向がある。
【００２６】
なお、図２は、図１で断面図として示した装置のうち、重要な部分の斜視図である。
【００２７】
図２に示すように、図１の装置で作製されたチューブ状のゴムシートは、一部が押し出し方向にカットされるため（カット部分１２）、押出し方向Ｂに対して直角に配向方向Ａの短繊維を有するゴムシート８が得られる。
【００２８】
また、本発明のゴムシートの製造方法は、図３（ｂ）に示すように、前記ゴムシート８を押し出し方向Ｂに対して平行に細かい間隔でカットして、それぞれ９０度回転させて再び重ね合わせる工程を含むことができる。前記工程により、短繊維がゴムシート面に対して垂直に配向したゴムシートが得られる。該ゴムシートを使用して、通常の方法でトレッドを作製することにより、短繊維がトレッド面に垂直（トレッド厚さ方向）に配向した氷上性能に優れたトレッドが得られる。
【００２９】
また、前記ゴムシートをベーストレッドとして使用することで、操縦安定性に優れたタイヤが得られる。
【００３０】
なお、通常のゴムシートの作製方法、たとえばロールなどを使用して得られるゴムシートでは、短繊維は、押し出し方向に配向する。したがって、該トレッドゴムシートから通常の方法で製造されるトレッドでは、短繊維は、タイヤ周方向に配向している。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、本発明の製造方法から得られるゴムシートの、２５℃で測定したゴムシート押し出し方向の複素弾性率Ｅａとそれと直角方向の弾性率Ｅｂについて、Ｅｂ／Ｅａは１．１以上、好ましくは、１．１〜４、とくに好ましくは１．２〜３．５である。Ｅｂ／Ｅａが１．１より小さい場合、得られるゴムシートからなるトレッドは、接地面に接地圧の高い部分を充分に形成できない。その結果、トレッド面と接地面のあいだの水膜を除去する効果が小さくなり、粘着、凝着摩擦、ひっかき、掘り起こし摩擦は改善されない。また、Ｅｂ／Ｅａが４より大きい場合、該ゴムシートからなるトレッドは、トレッドブロックの剛性が高くなりすぎて、トレッドゴム表面を氷雪路面に追随させることができなくなり、粘着、凝着摩擦が低下する傾向がある。
【００３２】
短繊維がゴムシート面に対して垂直に配向した本発明の製造方法から得られるゴムシートからなるトレッドを有するタイヤは、前記短繊維がトレッド厚さ方向に充分に配向しているため、粘着摩擦を損なわず、引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）および耐摩耗性の向上に多大な効果を有し、氷雪上性能を大幅に向上し得る。
【００３３】
また、本発明の製造方法は、短繊維をトレッド厚さに配向させるための従来の方法と比べて容易である。したがって、本発明は、短繊維がトレッド厚さに配向してなるトレッドタイヤを大量に製造できるという利点もある。
【００３４】
【実施例】
つぎに本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
実施例および比較例で使用した原料、および得られたタイヤの評価方法を、以下にまとめて示す。
（材料）
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＢＲ：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラックＮ２２０：昭和キャボット（株）製のショウブラックＮ２２０
マイクロクリスタリンワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤６ＰＰＤ：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
パラフィンオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスオイル
グラスファイバー：日本板硝子製（フィラメント径３３μｍ、平均長さ３．０ｍｍ）
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末イオウ
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ
【００３６】
（タイヤトレッドゴムシートの押し出し方法）
Ｔ：ゴム組成物を図１に示した装置で押し出し、図３（ｂ）で示した方法で短繊維がゴムシートの面に対して垂直に配向したトレッドゴムシートを作製する。
Ｇ：ゴム組成物を通常の方法で押し出して、短繊維がゴムシートの面に対して平行に配向したトレッドゴムシートを作製する。
【００３７】
実施例１〜３および比較例１〜４
（タイヤの成形方法）
表１に示した配合割合およびトレッドゴムシートの製造条件にしたがい、各ゴムシートを作製した。温度１７０℃、１２分間の加硫条件にて、得られたゴムシートをタイヤトレッドに使用して、通常の方法により各種供試タイヤを成形、作製した。得られたタイヤを用いて、以下に示す試験、評価を行なった。
【００３８】
（複素弾性率）
温度２５℃、測定周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％および動歪み１％の条件で、岩本製作所（株）製の粘弾性スペクトロメーターを用いて測定した。なお、サンプルは、押し出した各ゴムシートを１７０℃で１２分間加硫し、厚さ１．０ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ５ｍｍの形状のゴム片を切り出して測定に使用した。ゴムシート押し出し方向の複素弾性率をＥａとし、それに対して直角方向の複素弾性率をＥｂとした。
【００３９】
（氷上性能）
１９５／６５Ｒ１５サイズでタイヤを作成し、排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ乗用車に装着し、時速３０ｋｍ／ｈからの氷盤上での制動停止距離を求めた。比較例１を基準として下記式にて求めた指数によって評価した。指数が大きいほど氷上性能に優れている。
（比較例１の制動停止距離）÷（制動停止距離）×１００
なお、テスト実施前にタイヤの表面のならし走行を、おのおの２００ｋｍ実施した。
【００４０】
（耐摩耗性）
１９５／６５Ｒ１５サイズでタイヤを作成し、国産ＦＦ車に装着し、走行距離４０００ｋｍ時のタイヤトレッド部の溝深さを測定し、タイヤ溝深さが１ｍｍ減るときの走行距離を算出した。比較例１を基準として下記式にて求めた指数によって評価した。指数が大きいほど耐摩耗性に優れている。
（１ｍｍ溝深さが減るときの走行距離）÷（比較例１の溝深さが１ｍｍ減るときの走行距離）×１００
結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
タイヤトレッドゴムシートの作製において、通常の押出し方法を使用した比較例１では、氷上性能の改善効果が少ない。
【００４３】
タイヤトレッドゴムシートの作製において、グラスファイバーの配合量が少なかった比較例２では、氷上性能が悪化した。
【００４４】
タイヤトレッドゴムシートの作製において、該ゴムシートの厚さを厚くした比較例３では、氷上性能および耐摩耗性の改善が少なかった。
【００４５】
タイヤトレッドゴムシートにおける複素弾性率の比Ｅｂ／Ｅａの値が１．１未満であった比較例４では、氷上性能および耐摩耗性の改善が少なかった。
【００４６】
これらに対して、特許請求範囲の製造条件および製造方法で作製したゴムシートをトレッドに使用した実施例１および２では、氷上性能および耐摩耗性が著しく改善された。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、短繊維が一定方向に配向した、充分な配向度を有するゴムシートが容易に得られる。
【００４８】
また、本発明の特許請求の範囲における請求項２記載の製造方法により得られるゴムシートをタイヤトレッドに使用することで、粘着摩擦および掘り起こし摩擦を向上させることができ、氷上性能に優れたスタッドレスタイヤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゴムシートの製造方法における、押し出し機および押し出しヘッドを有する装置の断面図である。
【図２】図１の装置の部分斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、ゴムシートにおける複素弾性率の測定方向を示した斜視図である。
図３（ｂ）は、短繊維をゴムシート面に対して垂直に配向させる方法を示した説明図である。
【符号の説明】
１ゴム組成物
２押し出し機（スクリュー部）
３押し出し機（ヘッド部）
４口金孔径
５ゴム圧力計
６円盤
７チューブ状押し出し口
８ゴムシート
９ナイフ
１０チューブ内径
１１外壁
１２カット部分
Ａ短繊維の配向方向
Ｂ押し出し方向

Claims

ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均繊維径が１〜１００μｍで、かつ平均長さが０．１〜５ｍｍの短繊維２〜５０重量部を含有するゴム組成物をチューブ状に押し出し、前記短繊維を該チューブ状ゴムの円周方向に配向させる厚さ２０ｍｍ以下のゴムシートの製造方法であって、前記チューブ状ゴムシートの側壁の一ヵ所を押し出し方向にカットして得られたゴムシートの、２５℃で測定したゴムシート押し出し方向の複素弾性率Ｅａとそれと直角方向の複素弾性率Ｅｂが、
１．１≦Ｅｂ／Ｅａ
をみたすゴムシートを押し出し方向に対して平行にカットして、それぞれ押出方向を回転軸として９０度回転させてカットしたゴムシートのシート面どうしを重ね合わせる工程を含むタイヤトレッド用ゴムシートの製造方法。
請求項１記載の製造方法により得られるゴムシートからなるタイヤトレッドを有するタイヤ。