JP5508347B2 - インナーライナー用ポリマー積層体および空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
本発明の一実施の形態における空気入りタイヤの構造について、図1を用いて説明する。
いる。さらに、ビード部4にはビードコア5が埋設される。また、一方のビード部4から他方のビード部にわたって設けられ、両端を折り返してビードコア5を係止するカーカス6と、該カーカス6のクラウン部外側に2枚のプライよりなるベルト層7とが配置されている。カーカス6のタイヤ半径方向内側には一方のビード部4から他方のビード部4に亘るインナーライナー9が配置されている。ベルト層7は、スチールコードまたはアラミド繊維等のコードよりなる2枚のプライを、タイヤ周方向に対してコードが通常5〜30°の角度になるようにプライ間で相互に交差するように配置される。またカーカスはポリエステル、ナイロン、アラミドなどの有機繊維コードがタイヤ周方向にほぼ90°の角度に配列されており、カーカスとその折り返し部に囲まれる領域には、ビードコア5の上端からサイドウォール方向に延びるビードエーペックス8が配置される。なお、インナーライナー9とカーカス6との間に、インスレーションが配置されていてもよい。
[実施の形態1]
実施の形態1におけるインナーライナー用ポリマーシートの構造について、図2を用いて説明する。
ポリマー組成物は、SIBS、ゴム成分および硫黄を含む。SIBSにゴム成分および硫黄を添加して加熱混合すると、加熱混合中にゴム成分と硫黄とが加硫反応して、SIBSがマトリックス(海)で、ゴム成分が島となる海島構造を形成する。
SIBSのイソブチレンブロックにより、SIBSを含むポリマーシートは優れた耐空気透過性を有する。したがって、SIBSを含むポリマーシートをインナーライナーに用いた場合、耐空気透過性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。
実施の形態1において、インナーライナー用ポリマーシートを構成するポリマー組成物はゴム成分を含む。ゴム成分はポリマー組成物にゴム成分を含む隣接部材との加硫前粘着性を与えることができる。さらに硫黄と加硫反応することにより、ポリマー組成物にカーカスやインスレーションなどの隣接部材との加硫接着性を与えることができる。
実施の形態1において、インナーライナー用ポリマーシートを構成するポリマー組成物は硫黄を含む。
実施の形態1において、インナーライナー用ポリマーシートを構成するポリマー組成物はステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤、加硫促進剤などの添加剤を含むことができる。
実施の形態1において、インナーライナー用ポリマーシートはたとえば以下の方法で製造することができる。2軸押出機に各配合剤を投入して約150〜280℃、50〜300rpmの条件下で混練し、SIBS、ゴム成分、硫黄および必要に応じて各種添加剤が動的架橋されたポリマー組成物のペレットを得る。得られたペレットをTダイ押出機に投入して、所望の厚さのポリマーシートを得る。
[実施の形態2]
実施の形態2におけるインナーライナー用ポリマー積層体の構造について、図3を用いて説明する。
実施の形態2において、インナーライナー用ポリマー積層体の第1層は、実施の形態1のインナーライナー用ポリマーシートと同様のものを用いることができる。
実施の形態2において、第2層は熱可塑性エラストマーおよび硫黄を含む熱可塑性エラストマー組成物からなる。かかる第2層に対し、熱可塑性エラストマー組成物に加え、さらに天然ゴム、イソプレンゴムおよびブチルゴムよりなる群から選択される少なくとも1種のゴム成分を含んでいてもよい。かかるゴム成分の詳細は後述する。
熱可塑性エラストマー組成物は、熱可塑性エラストマーおよび硫黄を含む。熱可塑性エラストマーに硫黄を添加することにより、第1層との加硫前粘着力および加硫接着力が向上する。さらに、カーカスやインスレーションなどの隣接部材との加硫前粘着力および加硫接着力も向上する。
熱可塑性エラストマーとしては、スチレン−イソプレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−イソブチレンジブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−イソプレン・ブタジエン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−エチレン・ブテン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−エチレン・エチレン・プロピレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−ブタジエン・ブチレン−スチレントリブロック共重合体よりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができる。なお、これらの熱可塑性エラストマーはエポキシ基を有するエポキシ変性熱可塑性エラストマーであってもよい。なかでも、スチレン−イソプレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−イソブチレンジブロック共重合体またはエポキシ化スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体を用いることが好ましい。以下、スチレン−イソプレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−イソブチレンジブロック共重合体、エポキシ化スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体について説明する。
スチレン−イソプレン−スチレントリブロック共重合体(以下、SISともいう)のイソプレンブロックはソフトセグメントであるため、SISを含む熱可塑性エラストマー組成物はゴム成分と加硫接着しやすい。したがって、SISを含む熱可塑性エラストマー組成物をインナーライナー用ポリマー積層体に用いた場合、該ポリマー積層体は、たとえばカーカスやインスレーションを形成する隣接ゴムとの接着性に優れているため、エアーインを防ぐことができ、耐久性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。
スチレン−イソブチレンジブロック共重合体(以下、SIBともいう)のイソブチレンブロックはソフトセグメントであるため、SIBを含む熱可塑性エラストマー組成物はゴム成分と加硫接着しやすい。したがって、SIBを含む熱可塑性エラストマー組成物をインナーライナー用ポリマー積層体に用いた場合、該インナーライナーは、たとえばカーカスやインスレーションを形成する隣接ゴムとの接着性に優れているため、エアーインを防ぐことができ、耐久性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。
エポキシ化スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体(以下、エポキシ化SBS)は、ハードセグメントがポリスチレンブロック、ソフトセグメントがブタジエンブロックであり、ブタジエンブロックに含まれる不飽和二重結合部分をエポキシ化した熱可塑性エラストマーである。エポキシ化SBSはソフトセグメントを有するため、エポキシ化SBSを含む熱可塑性エラストマー組成物はゴム成分と加硫接着しやすい。したがって、エポキシ化SBSを含む熱可塑性エラストマー組成物をインナーライナー用ポリマー積層体に用いた場合、該ポリマー積層体は、たとえばカーカスやインスレーションを形成する隣接ゴムとの接着性に優れているため、エアーインを防ぐことができ、耐久性に優れた空気入りタイヤを得ることができる。
上記の第2層に対し、ゴム成分を含む場合、かかるゴム成分は、熱可塑性エラストマーおよびゴム成分の合計に対し、ゴム成分を20質量%以上90質量%以下であることが好ましく、より好ましくは30質量%以上80質量%以下である。20質量%未満であると、第2層がカーカス層と加硫接着しにくくなるおそれがあり、90質量%を超えると、第2層とカーカス層とが加硫接着しすぎるおそれがある。
硫黄は、実施の形態1と同様のものを用いることができる。
実施の形態2において、インナーライナー用ポリマー積層体を構成する熱可塑性エラストマー組成物はステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤、加硫促進剤などの添加剤を含むことができる。これらの添加剤は実施の形態1と同様のものを用いることができる。
実施の形態2において、インナーライナー用ポリマー積層体は、たとえば以下の方法で製造することができる。実施の形態1のインナーライナー用ポリマーシートの製造方法と同様の方法で第1層を作製する。押出成形やカレンダー成形などによって熱可塑性エラストマー組成物をシート化して第2層を作製する。第1層と第2層とを貼り合わせてポリマー積層体を作製する。また、ポリマー組成物および熱可塑性エラストマー組成物のそれぞれのペレットをラミネート押出や共押出などの積層押出をしてポリマー積層体を作製することもできる。
実施の形態3におけるインナーライナー用ポリマー積層体の構造について、図4を用いて説明する。
実施の形態3において、インナーライナー用ポリマー積層体の第1層は、実施の形態1のインナーライナー用ポリマーシートと同様のものを用いることができる。
実施の形態3において、第2層を構成する第2a層42aおよび第2b層42bは、それぞれ熱可塑性エラストマーがスチレン−イソプレン−スチレントリブロック共重合体よりなるSIS層、熱可塑性エラストマーがスチレン−イソブチレンジブロック共重合体よりなるSIB層、および熱可塑性エラストマーがエポキシ化スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体よりなるエポキシ化SBS層の中から選択される。なかでも第2a層42aとして、SIS層、第2b層42bとしてエポキシ化SBS層を用いることが好ましい。
実施の形態3において、インナーライナー用ポリマー積層体は実施の形態2と同様の方法で作製することができる。
本発明の一実施の形態における空気入りタイヤは、たとえば以下の方法で製造することができる。
(ポリマー組成物の作製)
表2に示す配合処方にしたがって各配合剤を2軸押出機(スクリュ径:φ50mm、L/D:30、シリンダ温度:200℃)に投入し、200rpmで混練してペレット化した。得られたペレットをオープンロールでシーティングして、厚さ4.0mmのポリマー組成物サンプルを作製した。
表2に示す配合処方にしたがって各配合剤を2軸押出機(スクリュ径:φ50mm、L/D:30、シリンダ温度:200℃)に投入し、200rpmで混練してペレット化した。得られたペレットをTダイ押出機(スクリュ径:φ80mm、L/D:50、ダイギャップ幅:500mm、シリンダ温度:220℃、フィルムゲージ:0.3mm)に投入して、厚さ0.3mmのポリマーシートを作製した。
得られたポリマーシートをタイヤのインナーライナー部分に適用して生タイヤを準備した。該生タイヤを金型内で170℃で20分間プレス成形して、195/65R15サイズの加硫タイヤを作製した。加硫タイヤを100℃で3分間冷却した後、加硫タイヤを金型から取り出し空気入りタイヤを得た。
JIS K 6300「未加硫ゴムの試験方法」に準じて、(株)島津製作所製のムーニー粘度試験機「ムーニービスコメーターSMV−202」を用い、1分間の予熱によって熱せられた130℃の温度条件にて、小ローターを回転させ、4分間経過した時点でのポリマー組成物のムーニー粘度(ML1+4、130℃)を測定した。ムーニー粘度が小さいほど加工性に優れることを示す。
カーカス層(配合:スチレンブタジエンゴム100質量部、カーボンブラック50質量部、硫黄2質量部、厚さ:2.0mm)のシートを準備した。
(加硫前の粘着力指数)=(各配合の加硫前の粘着力)÷(比較例1の加硫前の粘着力)×100。
前記ポリマーシートとカーカス層のシートとを貼り合わせて、170℃で20分間加熱し、加硫接着力測定用のサンプルを作製する。引張剥離試験により剥離力を測定することで加硫接着力とした。下記計算式により、比較例1を基準(100)として、各配合の加硫接着力を指数で表示した。加硫接着力指数が大きいほど、加硫接着力が強く、好ましいことを示す。
(加硫接着力指数)=(各配合の加硫接着力)÷(比較例1の加硫接着力)×100。
下記計算式により、比較例1を基準(100)として、各配合を用いた空気入りタイヤの重量を指数で表示した。軽量化効果指数が大きいほど、タイヤ重量が軽く、好ましいことを示す。
(軽量化効果指数)=(比較例1のタイヤ重量)÷(各配合のタイヤ重量)×100。
(株)神戸製鋼所製の転がり抵抗試験機を用い、製造した195/65R15サイズの空気入りタイヤをJIS規格リム15×6JJに組み付け、荷重3.4kN、空気圧230kPa、速度80km/時間の条件下で、室温(38℃)にて走行させて、転がり抵抗を測定した。下記計算式により、比較例1を基準(100)として、各配合の転がり抵抗を指数で表示した。転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が低減され、好ましいことを示す。
(転がり抵抗指数)=(比較例1の転がり抵抗)÷(各配合の転がり抵抗)×100。
製造した195/65R15サイズのタイヤをJIS規格リム15×6JJに組み付け、初期空気圧300Kpaを封入し、90日間室温で放置し、空気圧の低下率(%/月間)を計算した。
総合判定の判定基準は表1の通り。
試験結果を表2に示す。
(注2)NR:天然ゴム TSR20。
(注3)SIBS:カネカ(株)社製の「シブスターSIBSTAR 102T」(スチレン−イソブチレン−スチレントリブロック共重合体、重量平均分子量100,000、スチレン単位含有量25質量%、ショアA硬度25)。
(注4)カーボンブラック:東海カーボン(株)社製の「シーストV」(N660、窒素吸着比表面積:27m2/g)。
(注5)ステアリン酸:花王(株)社製の「ステアリン酸ルナックS30」。
(注6)酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)社製の「亜鉛華1号」。
(注7)老化防止剤:大内新興化学(株)社製の「ノクラック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)。
(注8)加硫促進剤:大内新興化学(株)社製の「ノクセラーDM」(ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド)。
(注9)硫黄:鶴見化学工業(株)社製の「粉末硫黄」。
(SIBの製造)
攪拌機付き2L反応容器に、メチルシクロヘキサン(モレキュラーシーブスで乾燥したもの)589mL、n−ブチルクロライド(モレキュラーシーブスで乾燥したもの)613ml、クミルクロライド0.550gを加えた。反応容器を−70℃に冷却した後、α−ピコリン(2−メチルピリジン)0.35mL、イソブチレン179mLを添加した。さらに四塩化チタン9.4mLを加えて重合を開始し、−70℃で溶液を攪拌しながら2.0時間反応させた。次に反応容器にスチレン59mLを添加し、さらに60分間反応を続けた後、大量のメタノールを添加して反応を停止させた。反応溶液から溶剤などを除去した後に、重合体をトルエンに溶解して2回水洗した。このトルエン溶液をメタノール混合物に加えて重合体を沈殿させ、得られた重合体を60℃で24時間乾燥することによりスチレン−イソブチレンジブロック共重合体を得た。
表3に示す配合処方にしたがって各配合剤を混合した後、参考例1と同様の方法で熱可塑性エラストマーシートを作製した。得られた熱可塑性エラストマーシートについて以下の評価を行った。
参考例1と同様の方法で加硫前の粘着力を測定し、比較例1を基準(100)として、各配合の加硫前の粘着力を指数で表示した。得られた指数について以下の基準で評価した。
A:60以上
B:40〜59
C:39以下
(カーカス層との加硫接着力)
参考例1と同様の方法で加硫接着力を測定し、比較例1を基準(100)として、各配合の加硫接着力を指数で表示した。得られた指数について以下の基準で評価した。
A:80以上
B:60〜79
C:59以下
(評価結果)
試験結果を表3に示す。
(注11)SIB:上記の(SIBの製造)で得られたSIB(スチレン−イソブチレンジブロック共重合体、重量平均分子量70,000、スチレン単位含有量15質量%)。
(注12)エポキシ化SBS:ダイセル化学工業(株)社製の「エポフレンドA1020」(エポキシ変性スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、重量平均分子量100,000、エポキシ当量500)。
(注13)天然ゴム:TSR20。
(注14)ブチルゴム:エクソンモービル(株)製の「エクソンクロロブチル1066」。
(注5)ステアリン酸:花王(株)社製の「ステアリン酸ルナックS30」。
(注6)酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)社製の「亜鉛華1号」。
(注7)老化防止剤:大内新興化学(株)社製の「ノクラック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)。
(注8)加硫促進剤:大内新興化学(株)社製の「ノクセラーDM」(ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド)。
(注9)硫黄:鶴見化学工業(株)社製の「粉末硫黄」。
(ポリマー組成物の作製)
参考例1〜4、比較例1〜7と同様の配合および方法でポリマー組成物を作製した。
表2および表3に示す配合処方にしたがって各配合剤を2軸押出機(スクリュ径:φ50mm、L/D:30、シリンダ温度:200℃)に投入し、200rpmで混練してペレット化した。得られたペレットを共押出機(シリンダ温度:200℃)に投入し、2層からなる厚さ0.3mmのポリマー積層体を得た。
得られたポリマー積層体をタイヤのインナーライナー部分に適用して生タイヤを準備した。なお、ポリマー積層体は、第1層が生タイヤの半径方向の最も内側に配置され、第2層が生タイヤのカーカス層に接するように配置した。該生タイヤを金型内で170℃で20分間プレス成形して、195/65R15サイズの加硫タイヤを作製した。加硫タイヤを100℃で3分間冷却した後、加硫タイヤを金型から取り出し空気入りタイヤを得た。
ポリマー組成物について、参考例1と同様の方法でムーニー粘度を測定した。
ポリマー積層体を100gfで30秒間保持した後、剥離させた力を加硫前の粘着力として測定した。下記計算式により、比較例8を基準(100)として、各ポリマー積層体の加硫前の粘着力を指数で表示した。加硫前粘の着力指数が大きいほど、加硫前の粘着力が強く、好ましいことを示す。
(加硫前の粘着力指数)=(各配合の加硫前の粘着力)÷(比較例8の加硫前の粘着力)×100。
ポリマー積層体を170℃で20分間加熱し、加硫接着力測定用のサンプルを作製する。引張剥離試験により剥離力を測定することで加硫接着力とした。下記計算式により、比較例8を基準(100)として、各ポリマー積層体の加硫接着力を指数で表示した。加硫接着力指数が大きいほど、加硫接着力が強く、好ましいことを示す。
(加硫接着力指数)=(各配合の加硫接着力)÷(比較例8の加硫接着力)×100。
下記計算式により、比較例8を基準(100)として、各ポリマー積層体を用いた空気入りタイヤの重量を指数で表示した。軽量化効果指数が大きいほど、タイヤ重量が軽く、好ましいことを示す。
(軽量化効果指数)=(比較例8のタイヤ重量)÷(各配合のタイヤ重量)×100。
参考例1と同様の方法で空気入りタイヤの転がり抵抗を測定した。下記計算式により、比較例8を基準(100)として、各ポリマー積層体を用いた空気入りタイヤの転がり抵抗を指数で表示した。転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が低減され、好ましいことを示す。
(転がり抵抗指数)=(比較例8の転がり抵抗)÷(各配合の転がり抵抗)×100。
参考例1と同様の方法で静的空気圧低下率(%/月間)を測定した。
総合判定の判定基準は表4の通り。
試験結果を表5および表6に示す。
試験結果を表5および表6に示す。
Claims (5)
- スチレン−イソブチレン−スチレントリブロック共重合体を5質量%以上40質量%以下ならびに天然ゴム、イソプレンゴムおよびブチルゴムよりなる群から選択される少なくとも1種のゴム成分を60質量%以上95質量%以下含むポリマー成分100質量部に対して、硫黄を0.1質量部以上5質量部以下含むポリマー組成物よりなる第1層および、熱可塑性エラストマー100質量部に対して、硫黄を0.1質量部以上5質量部以下含む熱可塑性エラストマー組成物よりなる第2層を備え、
前記第2層は、前記熱可塑性エラストマーがスチレン−イソブチレンジブロック共重合体よりなるSIB層、および前記熱可塑性エラストマーがエポキシ化スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体よりなるエポキシ化SBS層の少なくともいずれかを備え、
前記スチレン−イソブチレンジブロック共重合体は直鎖状であり、重量平均分子量が4万以上12万以下であり、かつスチレン単位含有量が10質量%以上35質量%以下であり、
前記エポキシ化スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体は重量平均分子量が1万以上40万以下であり、かつスチレン単位含有量が10質量%以上30質量%以下であり、エポキシ当量が50以上1,000以下である、インナーライナー用ポリマー積層体。 - 前記ポリマー組成物は前記ポリマー成分100質量部に対して、さらにステアリン酸1質量部以上5質量部以下、酸化亜鉛0.1質量部以上8質量部以下、老化防止剤0.1質量部以上5質量部以下および加硫促進剤0.1質量部以上5質量部以下を含む、請求項1に記載のインナーライナー用ポリマー積層体。
- 前記熱可塑性エラストマー組成物は、前記熱可塑性エラストマー100質量部に対して、さらにステアリン酸1質量部以上5質量部以下、酸化亜鉛0.1質量部以上8質量部以下、老化防止剤0.1質量部以上5質量部以下および加硫促進剤0.1質量部以上5質量
部以下を含む、請求項1または2に記載のインナーライナー用ポリマー積層体。 - 前記スチレン−イソブチレン−スチレントリブロック共重合体は重量平均分子量が5万以上40万以下であり、かつスチレン単位含有量が10質量%以上30質量%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のインナーライナー用ポリマー積層体。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のインナーライナー用ポリマー積層体をインナーライナー部に適用した空気入りタイヤ。
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