JP5407305B2

JP5407305B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP5407305B2
Application number: JP2008306945A
Authority: JP
Inventors: 秀一中野
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: JP2010132716A

Description

本発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関する。さらに詳しくは、レース用タイヤのトレッド部の形成などに有効に用いられるタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。

レース用タイヤに求められる性能の一つとして、良好なグリップ性能に加え、耐摩耗性にすぐれていることが挙げられる。グリップ性能向上の手法の一つとして、ガラス転移点Tgの高い、高スチレン含有率のSBRを使用する方法があるが、耐摩耗性が悪化しまた熱ダレが大きいことから、あまり有用な方法とはいえない。

タイヤのグリップ性と共に工場作業性にすぐれたタイヤトレッド用ゴム組成物として、ジエン系ゴムに(水添)テルペン系樹脂を配合したものが提案されているが、ジエン系ゴムとしては天然ゴムまたは合成ゴムが用いられ、好ましくはLi系重合開始剤で重合されたSBRであり、結合スチレン量が10〜50重量％、ブタジエン部のビニル結合量が20〜70％という特定のSBRが用いられている。
特開２００４−１８７６０号公報

また、タイヤの初期グリップ性および走行安定性を向上させるタイヤトレッド用ゴム組成物として、ゴム成分に軟化点が130℃以上の水添テルペン樹脂および軟化点が130〜190℃であり、インデンを含有するC₉樹脂を配合したものが提案されており、ゴム組成物中には窒素吸着比表面積(N₂SA)が約80〜280m²/gのカーボンブラック、例えばHAF、ISAF、SAFカーボンブラックをゴム成分100質量部に対して60〜200質量部配合することが好ましいとされている。ゴム成分としては天然ゴムまたは合成ゴムが用いられるとされているが、好ましくはSBRであるとされ、またインデンを含有するC₉樹脂を併用しない場合には、初期グリップ性能は良好であるものの、走行中のグリップ低下が大きいため走行安定性が低いとされている。
特開２００８−１６９２９６号公報

さらに、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、SBR、ポリブタジエンゴムおよびNBRの少なくとも一種のジエン系ゴムに、熱膨張性マイクロカプセルおよび軟化点が50〜90℃であるテルペン樹脂を配合し、ゴム加工による氷上摩擦性能の低下を抑制したタイヤ用ゴム組成物が本出願人によって提案されており、このゴム組成物には窒素吸着比表面積(N₂SA)が好ましくは70m²/g以上、さらに好ましくは80〜200m²/gのカーボンブラックを配合し得るとされているが、ジエン系ゴムとしては、その実施例すべてで天然ゴムとポリブタジエンゴムとの重量比50：50のブレンドゴムが用いられている。
特許第３９９５５６５号公報

本出願人はまた、ジエン系ゴムに対し、α-ピネンまたはβ-ピネンと芳香族ビニルとの共重合体、α-ピネン、β-ピネン、ジペンテンの少なくとも2種と芳香族ビニルとの共重合体およびこれらの共重合体の水素添加物の少なくとも一種を配合したゴム組成物を提案しており、このゴム組成物はタイヤの転動抵抗を悪化させることなくウエットグリップを向上させている。このゴム組成物中には、さらにカーボンブラック等を含有せしめることができるとされ、その実施例ではカーボンブラックN339(HAFカーボンブラックに相当し、それのN₂SAは100m²/g以下である)が用いられている。
特開平９−３０９９７８号公報

本発明の目的は、天然ゴム主体のタイヤトレッド用ゴム組成物であって、強度を損なうことなく高温での発熱が高く、かつ耐摩耗性も良化し、したがってレース用タイヤのトレッド部形成などに有効に用いられるものを提供することにある。

かかる本発明の目的は、天然ゴムを80〜100重量％含有するジエン系ゴム100重量部に対し、窒素吸着比表面積(N₂SA)が120〜320m²/gのカーボンブラック85〜150重量部およびテルペン系樹脂80〜150重量部を配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物によって達成される。

本発明に係る天然ゴムリッチ、小粒径カーボンブラックおよびテルペン系樹脂の多量配合というタイヤトレッド用ゴム組成物から形成させたトレッド部は、強度を損なうことなく高温での発熱が高く、かつ耐摩耗性も良化し、したがってレース用タイヤのトレッド部形成などに有効に用いられる。このような特徴を有するトレッド部を形成させた空気入りタイヤ(サイズ245／40R18)を車両に装着し、実際にサーキットを時速200km以上で20ラップ走行した際のグリップ性能(ドライバーフィーリング)および耐摩耗性を評価すると、石油外資源比率を増加させたレース用タイヤとして十分なる性能を示すことが確認された。特に、実タイヤ性能としては、特に温まった後のグリップ感が高く、耐摩耗性についても、通常のレース用タイヤに比べ長い寿命を有している。

ゴム成分としては、天然ゴムを80〜100重量％含有するジエン系ゴムが用いられる。20重量％以下の割合で天然ゴムとブレンドして用いられるジエン系ゴムとしては、任意の合成ゴムを使用し得るが、好ましくはSBRが用いられる。天然ゴムのブレンド割合がこれよりも低くなると、石油外資源比率が低下するばかりではなく、特に所望の発熱性や耐摩耗性の改善が図れない。

かかるジエン系ゴムには、その100重量部当り85〜150重量部、好ましくは100〜120重量部のカーボンブラックおよび80〜150重量部、好ましくは90〜120重量部の粘着性付与樹脂が配合される。

カーボンブラックとしては、窒素吸着比表面積(N₂SA；JIS K6217-2準拠)が120〜320m²/g、好ましくは180〜280m²/gのものが用いられる。N₂SAの値がこれよりも小さいものを用いると、発熱が低く、グリップ性能の向上が望めない。また、その配合量が85重量部未満でも、グリップ性能の向上は望めず、一方150重量部よりも多く配合すると、混合が困難となり、分散不良による耐摩耗性の悪化が避けられない。

粘着性付与樹脂としてのテルペン系樹脂は、上記割合で用いられる。テルペン系樹脂の配合量が80重量部未満では、グリップ性能の向上は望めず、一方150重量部よりも多く配合すると、混合加工性が悪化し、互いに密着するようになる。

テルペン系樹脂としては、テルペン樹脂、水添テルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、芳香族変性テルペン樹脂等が用いられ、好ましくは芳香族変性テルペン樹脂が用いられる。芳香族変性テルペン樹脂は、柑橘類由来のα-ピネン、β-ピネン、α-リモネンやジペンテンからカチオン重合法で合成されたテルペン樹脂を、その重合時にベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、フェノール、クレゾール、安息香酸等の芳香族化合物を共存させて得られた変性樹脂である。実際には、市販品であるヤスハケミカル製品U-115(フェノール変性テルペン樹脂；軟化点115℃)、同社製品TO-125(芳香族変性テルペン樹脂；軟化点125℃)、同社製品TO-085(テルペン樹脂；軟化点85℃)等がそのまま用いられる。

これらのテルペン系樹脂は、その軟化点が約80〜160℃、好ましくは約100〜140℃であるものが用いられる。軟化点がこれよりも低いものを用いると、グリップ性能が不十分となり、一方これよりも高い軟化点のものを用いると、ゴムの温まり性に悪影響を及ぼすようになる。

以上の各成分を必須成分とするジエン系ゴム組成物中には、ゴムの配合剤として一般的に用いられている配合剤、例えばジエン系ゴムの種類に応じて硫黄等の加硫剤、チアゾール系、スルフェンアミド系、グアニジン系、チウラム系等の加硫促進剤、タルク、クレー、グラファイト、珪酸カルシウム等の補強剤または充填剤、ステアリン酸、パラフィンワックス、アロマオイル等の加工助剤、酸化亜鉛、老化防止剤、可塑剤などが必要に応じて適宜配合されて用いられる。

組成物の調製は、ニーダ、バンバリーミキサ等の混練機およびオープンロール等を用いる一般的な方法で混練することによって行われ、得られた組成物は、用いられたジエン系ゴム、加硫剤、加硫促進剤の種類およびその配合割合に応じた加硫温度で加硫され、トレッド部を形成させる。かかるトレッド部は、空気入りタイヤ、特にレース用タイヤのトレッド部を形成させる。

次に、実施例について本発明を説明する。

比較例１(標準例)
天然ゴム 70重量部
SBR(日本ゼオン製品Nipol 9526；油展量50重量％) 45 〃
カーボンブラックA(新日化カーボン製品415UD；N₂SA 220m²/g) 100 〃
カーボンブラックB(東海カーボン製品シースト7HM；N₂SA 118m²/g) −
芳香族変性テルペン系樹脂(ヤスハケミカル製品TO-125) 85 〃
酸化亜鉛(正同化学工業製品酸化亜鉛3種) 3 〃
ステアリン酸(日本油脂製品ビーズステアリン酸) 2 〃
老化防止剤(フレキシス社製品SANTOFLEX 6PPD) 2 〃
加硫促進剤(大内新興化学工業製品ノクセラーCZ-G) 2 〃
硫黄(鶴見化学工業製品金華印油入微粉硫黄) 2 〃
以上の各成分をニーダを用いて混練し、ゴム組成物を調製した。

このゴム組成物を用いて165℃、20分間のプレス加硫を行い、加硫物について強度(300％伸張時モジュラス、100℃)およびtanδ(60℃)を測定すると共に、このゴム組成物から形成されたトレッド部を有する空気入りタイヤを装着した実車評価を行った。
強度(300％伸張時モジュラス、100℃)：JIS K6251準拠
標準例を100とする指数で表示
指数が大きい程強度が高いことを示している
tanδ(60℃)：岩本製作所製粘弾性スペクトロメーターを用い、伸張変形歪率10±
2％、振動数20Hz、温度60℃の条件下で測定し、標準例を100とする指
数で表示
指数が大きい程発熱が高く、グリップ性能が向上していることを示している
実車評価：サイズ245／40R18の空気入りタイヤを車両に装着し、サーキットを走行し
、サーキットで20ラップ走行した際のグリップ性能の評価(ドライバーに
よるフィーリングテストを行い、最も良好であるものを５とする５〜１の
５段階で評価)および耐摩耗性の測定(走行後のタイヤ残溝深さを測定し、
標準例を100とする指数で表示；指数が大きい程耐摩耗性がよいことを示
している)を行った

比較例２〜６、実施例１〜２
比較例１において、ジエン系ゴム、カーボンブラックおよび芳香族変性テルペン樹脂の種類および使用量(重量部)が、それぞれ下記表に示されるように変更した。なお、比較例６では、カーボンブラックに代えてシリカ(デグッサ製品7000GR)が用いられた。

以上の各比較例および実施例で得られた測定結果は、ジエン系ゴム、カーボンブラック、シリカおよび芳香族変性テルペン樹脂の種類および使用量と共に、次の表に示される。
表
比較例実施例
1 2 3 4 5 6 1 2
〔ゴム組成物〕
天然ゴム (部) 70 100 100 100 100 100 100 90
SBR(油展量50％) (部) 45 15
カーボンブラックA(部) 100 100 100 80 100 100
カーボンブラックB(部) 100
シリカ (部) 100
芳香族変性 80 100 70 160 100 100 100 100
テルペン樹脂 (部)
〔測定結果〕
300％モジュラス 100 102 95 80 105 98 120 112
tanδ(60℃) 100 110 122 125 95 90 130 133
実車評価
グリップ性能 3 4 2 5 2 1 4 5
耐摩耗性 100 103 101 90 107 95 140 125

以上の結果から、次のようなことがいえる。
(1) ジエンゴム中、天然ゴムが80重量％未満では、特に所望の発熱性および耐摩耗性の改善が図れない。また、天然ゴム量が80重量％以上では、石油外資源比率が増加する。
(2) カーボンブラックのN₂SA値が120m²/g未満では、発熱が低く、グリップ性能の向上が望めない。その配合量が85重量部未満でも、グリップ性能の向上は望めず、一方150重量部よりも多く配合すると、混合が困難となり、分散不良による耐摩耗性の悪化が避けられない。
(3) カーボンブラックを85重量部より少なく用いると、発熱が低く、グリップ性能も劣っている。
(4) 芳香族変性テルペン樹脂の配合量が80重量部未満では、グリップ性能の向上は望めず、一方150重量部よりも多く配合すると、混合加工性が悪化し、密着するようになる。
(5) カーボンブラックに代えてシリカを用いると、発熱を低く、グリップ性能が低下するようになる。

Claims

天然ゴムを80〜100重量％含有するジエン系ゴム100重量部に対し、窒素吸着比表面積(N₂SA)が120〜320m²/gのカーボンブラック85〜150重量部およびテルペン系樹脂80〜150重量部を配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物。
20重量％以下のSBRが天然ゴムとブレンドされたジエン系ゴムが用いられた請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
テルペン系樹脂が芳香族変性テルペン樹脂である請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成物。
請求項１、２または３記載のタイヤトレッド用ゴム組成物から形成されたトレッド部を有する空気入りタイヤ。
レース用タイヤとして用いられる請求項４記載の空気入りタイヤ。