JP5868250B2 - 高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
本発明は高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物およびそれを用いたトレッドを有する空気入りタイヤに関する。
競技用タイヤなどの高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物には、グリップ性能、耐摩耗性能、耐ブロー性能など、種々の性能において優れることが要求され、これらの性能を向上させるために従来から様々な工夫がなされている。
例えば、グリップ性能を向上させるために、トレッド用ゴム組成物にスチレン含有率の高いスチレンブタジエンゴムを用いることが知られている。しかし、このトレッド用ゴム組成物は、最適な高温条件下では優れたグリップ性能を示すが、低温条件下ではゴム組成物の硬度が高いためにゴム組成物の温度上昇が遅く、最適な高温条件下に到達し難いという問題がある。さらに、このゴム組成物は発熱による最終到達温度が高く、温度が上昇し過ぎ、耐摩耗性能および耐ブロー性能が低下するという問題がある。
特許文献１には、スチレン含量の異なる２種のスチレンブタジエンゴムを含有するゴム組成物であって所定の製造方法により得られるタイヤ用ゴム組成物が記載されているが、グリップ性能、耐ブロー性能および耐摩耗性能を向上させることについては考慮されておらず、さらに液状スチレンブタジエンゴムを含有することの開示はない。
特許文献２には、液状スチレンブタジエンゴムおよび芳香族石油樹脂を含有するタイヤトレッド用ゴム組成物とすることで、低温および高温条件下でのグリップ性能、持続性ならびに耐摩耗性を向上させる発明が記載されているが、グリップ性能、耐ブロー性能および耐摩耗性能を向上させるという点では改善の余地がある。
本発明は、低温条件下での発熱速度を維持し、発熱による最終到達温度でのグリップ性能、耐ブロー性能および耐摩耗性能において優れる高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物およびこのゴム組成物を用いたトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、５０〜８０質量％の（Ａ−１）スチレン含有率が３０質量％以下のスチレンブタジエンゴム、および２０〜５０質量％の（Ａ−２）スチレン含有率が４５質量％以上のスチレンブタジエンゴムのみからなる（Ａ）ゴム成分１００質量部に対し、（Ｂ）スチレン含有率が３０質量％以下、質量平均分子量が２０００〜１５０００の液状スチレンブタジエンゴムを２０質量部以上含有する高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物に関する。
また、本発明は前記の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有する空気入りタイヤに関する。
本発明によれば、スチレン含有率の異なるスチレンブタジエンゴムを所定の比率で混合したゴム成分および所定の液状スチレンブタジエンゴムを含有する高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物とすることで、低温条件下での発熱速度を犠牲にすることなく、最終到達温度でのグリップ性能、耐ブロー性能および耐摩耗性能において優れた高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物、および該ゴム組成物を用いたトレッドを有する空気入りタイヤを提供することができる。
本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物は、スチレン含有率の異なるスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を所定の比率で混合したゴム成分（Ａ）を含有する。
ゴム成分（Ａ）は、スチレン含有率の異なるＳＢＲ（Ａ−１）およびＳＢＲ（Ａ−２）のみからなるゴム成分である。ＳＢＲ（Ａ−１）およびＳＢＲ（Ａ−２）は、スチレン含有率が異なることにより相溶性が低く、ゴム組成物中においても完全には相溶せずに混在する。その結果、ＳＢＲ（Ａ−１）およびＳＢＲ（Ａ−２）のそれぞれの特徴を併せ持つゴム組成物を得ることができる。特に、ＳＢＲ（Ａ−１）が海（マトリックス）、ＳＢＲ（Ａ−２）が島の海島構造を形成することで、低温条件下における温度上昇速度、耐ブロー性能および耐摩耗性能を維持し、グリップ性能に優れたトレッド用ゴム組成物とすることができる。
また、前記ゴム成分は、ＳＢＲ（Ａ−１）およびＳＢＲ（Ａ−２）以外のゴム成分として天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）などのタイヤ工業で一般的に用いられるゴム成分を含有する場合より、特にグリップ性能および耐ブロー性能において優れるという点から、ＳＢＲ（Ａ−１）およびＳＢＲ（Ａ−２）のみからなるゴム成分とする。
ＳＢＲとしては、例えば、乳化重合スチレンブタジエンゴム（Ｅ−ＳＢＲ）、溶液重合スチレンブタジエンゴム（Ｓ−ＳＢＲ）が挙げられるが、ＳＢＲ（Ａ−１）およびＳＢＲ（Ａ−２）は、それぞれ乳化重合ＳＢＲ（Ｅ−ＳＢＲ）とすることも、溶液重合ＳＢＲ（Ｓ−ＳＢＲ）とすることもできる。
ＳＢＲ（Ａ−１）のスチレン含有率は、３０質量％以下であり、２７質量％以下であることが好ましい。スチレン含有率が３０質量％を超える場合は、ＳＢＲ（Ａ−２）のスチレン含有率との差が小さく、相溶性が高くなり、グリップ性能、耐ブロー性能および耐摩耗性能を向上させることができなくなる傾向がある。また、ＳＢＲ（Ａ−１）のスチレン含有率は、２３質量％以上であることが、グリップ性能において優れるという点から好ましい。
ゴム成分中のＳＢＲ（Ａ−１）の含有率は、５０質量％以上であり、６０質量％以上であることが好ましい。含有率が５０質量％未満である場合は、ＳＢＲ（Ａ−１）が海、ＳＢＲ（Ａ−２）が島の海島構造を形成することができず、低温条件での発熱速度、耐摩耗性能および耐ブロー性能が低下する傾向がある。また、ＳＢＲ（Ａ−１）の含有率は、８０質量％以下であり、７５質量％以下であることが好ましい。含有率が８０質量％を超える場合は、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。
ＳＢＲ（Ａ−２）のスチレン含有率は、４５質量％以上であり、４７質量％以上であることが好ましい。スチレン含有率が４５質量％未満である場合は、ＳＢＲ（Ａ−１）のスチレン含有率との差が小さく、相溶性が高くなり、グリップ性能、耐ブロー性能および耐摩耗性能を向上させることができなくなる傾向がある。また、ＳＢＲ（Ａ−２）のスチレン含有率は、６０質量％以下であることが、低温条件下での発熱速度において優れるという点から好ましい。
ゴム成分中のＳＢＲ（Ａ−２）の含有率は、２０質量％以上であり、２５質量％以上であることが好ましい。含有率が２０質量％未満である場合は、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、ＳＢＲ（Ａ−２）の含有量は、５０質量％以下であり、４０質量％以下であることが好ましい。含有率が５０質量％を超える場合は、ＳＢＲ（Ａ−１）が海、ＳＢＲ（Ａ−２）が島の海島構造を形成することができず、低温条件での発熱速度、耐摩耗性能および耐ブロー性能が低下する傾向がある。
本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物は、液状ＳＢＲ（Ｂ）を含有する。
液状ＳＢＲ（Ｂ）のスチレン含有率は、３０質量％以下であり、２７質量％以下であることが好ましい。スチレン含有率が３０質量％を超える場合は、低温条件下での発熱速度が低下する傾向がある。また、液状ＳＢＲ（Ｂ）のスチレン含有率は、２０質量％以上であることが好ましく、２３質量％以上であることがより好ましい。スチレン含有率が２０質量％未満である場合は、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。
液状ＳＢＲ（Ｂ）の質量平均分子量は、２０００〜１５０００であり、４０００〜１２０００であることが好ましい。質量平均分子量が２０００未満である場合は、充分なグリップ性能や、耐摩耗性能が得られない傾向がある。また、質量平均分子量が１５０００を超える場合は、低温条件下での発熱速度が低下する傾向がある。なお、本発明における液状ＳＢＲの質量平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定したポリスチレン換算質量平均分子量である。
液状ＳＢＲ（Ｂ）の含有量は、ゴム成分（Ａ）１００質量部に対して２０質量部以上であり、３０質量部以上であることが好ましい。含有量が２０質量部未満である場合は、充分なグリップ性能が得られない傾向がある。また、液状ＳＢＲ（Ｂ）の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して１００質量部以下であることが好ましく、８０質量部以下であることがより好ましい。含有量が１００質量部を超える場合は、耐ブロー性能、耐摩耗性能が低下する傾向がある。
本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物は、補強用充填剤を含有することが好ましい。
補強用充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、クレー、タルクなど、従来からタイヤ用ゴム組成物において用いられているもののなかから任意に選択して用いることができるが、主にカーボンブラックを含有することが好ましい。
前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）は１００ｍ2／ｇ以上であることが好ましく、１５０ｍ2／ｇ以上であることがより好ましい。Ｎ2ＳＡが１００ｍ2／ｇ未満である場合はグリップ性能において劣る傾向がある。また、カーボンブラックのＮ2ＳＡは、３００ｍ2／ｇ以下であることが好ましく、２５０ｍ2／ｇ以下であることがより好ましい。３００ｍ2／ｇを超える場合は良好な分散が得られ難くなり、耐摩耗性能が悪化する傾向がある。
前記カーボンブラックを含有する場合の含有量は、ゴム成分（Ａ）１００質量部に対して６０〜１８０質量部であることが好ましく、８０〜１００質量部であることがより好ましい。含有量が６０質量部未満の場合は十分なグリップ性能を維持できない恐れがある。また、含有量が１８０質量部を超える場合は、加工性が悪化し、本発明のゴム組成物を得ることが困難となる恐れがある。
本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物は、軟化剤を含有することが好ましい。
軟化剤としては、従来からタイヤ用ゴム組成物に用いられているものであれば特に限定されないが、例えばアロマチックオイル、プロセスオイル、パラフィンオイル等の鉱物油などのオイル、クマロンインデンレジン、石油系レジンなどのレジン、液状ブタジエンゴム、液状イソプレンゴム、液状スチレンイソプレンゴムなどの低分子量の液状ポリマーが挙げられる。なお、本発明における液状ポリマーは液状ＳＢＲ（Ｂ）を含まないものとする。
前記低分子量の液状ポリマーは、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定したポリスチレン換算質量平均分子量が１０００〜２０００００であることが好ましい。ポリスチレン換算質量平均分子量が１０００未満の場合は、耐久性の向上効果が劣る傾向がある。また、ポリスチレン換算質量平均分子量が２０００００を超える場合は粘度が高く生産性が悪化する傾向がある。
本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物は、前記のゴム成分、液状ＳＢＲ（Ｂ）、補強用充填剤および軟化剤以外にも、通常ゴム工業で使用される配合剤、例えば、硫黄、シランカップリング剤、各種老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、各種加硫促進剤などを好適に含有することができる。
本発明のゴム組成物は、競技用タイヤなどの高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物に用いられ、特に、競技用ドライタイヤのトレッド部に用いられることが好ましい。
本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記ゴム成分、および必要に応じてその他の配合剤を混練りし、その後加硫することにより、本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物を製造することができる。
本発明の空気入りタイヤは、本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物を用いてトレッドを製造し、このトレッドを用いて通常の方法により製造される。すなわち、本発明の高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物を未加硫の段階でタイヤのトレッドの形状に押出し加工し、タイヤ成形機上で、通常の方法により、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを成形する。該未加硫タイヤを加硫機中で加熱・加圧し、本発明の空気入りタイヤを得る。
本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は、実施例にのみ限定されるものではない。
以下に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。
ＳＢＲ１：Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ社製のＳＥ ＳＬＲ４６３０（スチレン含有率：２５質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
ＳＢＲ２：試作品（スチレン含有率：３０質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
ＳＢＲ３：日本ゼオン（株）製のＮｉｐｏｌ ９５４１（スチレン含有率：４５質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
ＳＢＲ４：試作品（スチレン含有率：５０質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
カーボンブラック：東海カーボン（株）製のシースト９（Ｎ１１０、Ｎ2ＳＡ：１４２ｍ2／ｇ）
ＮＲ：ＴＳＲ２０
液状ＳＢＲ１：サートマー社製のＲＩＣＯＮ１００（スチレン含有率：２５質量％、質量平均分子量：５０００）
液状ＳＢＲ２：試作品（スチレン含有率：１５質量％、質量平均分子量：６０００）
液状ＳＢＲ３：試作品（スチレン含有率：４０質量％、質量平均分子量：８０００）
液状ＳＢＲ４：試作品（スチレン含有率：２５質量％、質量平均分子量：２００００）
液状ＢＲ：サートマー社製のＲＩＣＯＮ１３１（質量平均分子量：４５００）
レジン：日塗化学（株）製のエスクロンＧ−９０（クマロンインデンレジン、軟化点：９０℃）
可塑剤：田岡化学工業（株）製のＤＯＳ（セバシン酸ジ２−エチルヘキシル）
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛
ステアリン酸：日本油脂（株）製の椿
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
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−ベンゾチアジルスルフェンアミド）
ＳＢＲ１：Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ社製のＳＥ ＳＬＲ４６３０（スチレン含有率：２５質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
ＳＢＲ２：試作品（スチレン含有率：３０質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
ＳＢＲ３：日本ゼオン（株）製のＮｉｐｏｌ ９５４１（スチレン含有率：４５質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
ＳＢＲ４：試作品（スチレン含有率：５０質量％、ＳＢＲ固形分１００質量部に対しオイル３７．５質量部含有）
カーボンブラック：東海カーボン（株）製のシースト９（Ｎ１１０、Ｎ2ＳＡ：１４２ｍ2／ｇ）
ＮＲ：ＴＳＲ２０
液状ＳＢＲ１：サートマー社製のＲＩＣＯＮ１００（スチレン含有率：２５質量％、質量平均分子量：５０００）
液状ＳＢＲ２：試作品（スチレン含有率：１５質量％、質量平均分子量：６０００）
液状ＳＢＲ３：試作品（スチレン含有率：４０質量％、質量平均分子量：８０００）
液状ＳＢＲ４：試作品（スチレン含有率：２５質量％、質量平均分子量：２００００）
液状ＢＲ：サートマー社製のＲＩＣＯＮ１３１（質量平均分子量：４５００）
レジン：日塗化学（株）製のエスクロンＧ−９０（クマロンインデンレジン、軟化点：９０℃）
可塑剤：田岡化学工業（株）製のＤＯＳ（セバシン酸ジ２−エチルヘキシル）
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛
ステアリン酸：日本油脂（株）製の椿
老化防止剤：住友化学（株）製のアンチゲン６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
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−ベンゾチアジルスルフェンアミド）
実施例１〜６および比較例１〜１１
表１および表２に示す配合内容のうち、各種薬品（硫黄ならびに加硫促進剤１および２を除く）を、（株）神戸製鋼製の１．７Ｌバンバリーミキサーにて混練りし、混練り物を得た。次に、オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄ならびに加硫促進剤を添加して混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、未加硫ゴム組成物を１５０℃で３分間加硫することで試験用ゴム組成物を得た。
表１および表２に示す配合内容のうち、各種薬品（硫黄ならびに加硫促進剤１および２を除く）を、（株）神戸製鋼製の１．７Ｌバンバリーミキサーにて混練りし、混練り物を得た。次に、オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄ならびに加硫促進剤を添加して混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、未加硫ゴム組成物を１５０℃で３分間加硫することで試験用ゴム組成物を得た。
また、前記未加硫ゴム組成物を所定の形状の口金を備えた押し出し機で押し出し成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫することにより、試験用タイヤ（サイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。
＜発熱試験＞
各試験用ゴム組成物を用い、下記の試験条件でフレクソメーター（レオ・ラボ（株）製）による繰り返し圧縮変形を与え、ゴム組成物の自己発熱による温度上昇速度と到達温度を計測した。結果は、比較例１におけるゴム組成物の温度上昇速度および到達温度を１００として指数表示した。指数が大きいほど、上昇速度が速いこと、および到達温度が高いことを示す。試験結果を表１および表２に示す。
試験条件
初期温度：４０℃
繰り返し圧縮歪：２０％
周波数：１０Ｈｚ
各試験用ゴム組成物を用い、下記の試験条件でフレクソメーター（レオ・ラボ（株）製）による繰り返し圧縮変形を与え、ゴム組成物の自己発熱による温度上昇速度と到達温度を計測した。結果は、比較例１におけるゴム組成物の温度上昇速度および到達温度を１００として指数表示した。指数が大きいほど、上昇速度が速いこと、および到達温度が高いことを示す。試験結果を表１および表２に示す。
試験条件
初期温度：４０℃
繰り返し圧縮歪：２０％
周波数：１０Ｈｚ
＜グリップ性能試験＞
各試験用タイヤを用いて、ドライアスファルト路面のテストコース（１周約５ｋｍ）にて１０周の実車走行を行なった。その際における操舵時のコントロール性をテストドライバーが評価し、比較例１を１００として指数表示した。指数が大きいほど、ドライ路面におけるグリップ性が高いことを示す。試験結果を表１および表２に示す。
各試験用タイヤを用いて、ドライアスファルト路面のテストコース（１周約５ｋｍ）にて１０周の実車走行を行なった。その際における操舵時のコントロール性をテストドライバーが評価し、比較例１を１００として指数表示した。指数が大きいほど、ドライ路面におけるグリップ性が高いことを示す。試験結果を表１および表２に示す。
＜耐摩耗性能試験＞
各試験用タイヤを用いて、ドライアスファルト路面のテストコース（１周約５ｋｍ）にて１０周の実車走行を行なった。走行後のタイヤトレッドゴムの残溝量を計測し（新品時１５ｍｍ）、比較例１の残溝量を１００として指数表示した。指数が大きいほど耐摩耗性能が高いことを示す。試験結果を表１および表２に示す。
各試験用タイヤを用いて、ドライアスファルト路面のテストコース（１周約５ｋｍ）にて１０周の実車走行を行なった。走行後のタイヤトレッドゴムの残溝量を計測し（新品時１５ｍｍ）、比較例１の残溝量を１００として指数表示した。指数が大きいほど耐摩耗性能が高いことを示す。試験結果を表１および表２に示す。
＜耐ブローアウト性能試験＞
各試験用ゴム組成物を用い、下記の試験条件でフレクソメーター（レオ・ラボ（株）製）による繰り返し圧縮変形を与え、ゴム組成物が自己発熱によりブローアウトするまでの時間を測定した。結果は、比較例１におけるゴム組成物がブローアウトするまでの時間を１００として指数表示した。指数が大きいほど、ブローアウトするまでの時間が長く、耐ブロー性能において優れることを示す。試験結果を表１および表２に示す。
各試験用ゴム組成物を用い、下記の試験条件でフレクソメーター（レオ・ラボ（株）製）による繰り返し圧縮変形を与え、ゴム組成物が自己発熱によりブローアウトするまでの時間を測定した。結果は、比較例１におけるゴム組成物がブローアウトするまでの時間を１００として指数表示した。指数が大きいほど、ブローアウトするまでの時間が長く、耐ブロー性能において優れることを示す。試験結果を表１および表２に示す。
表１および表２の結果より、スチレン含有率の異なるスチレンブタジエンゴムを所定の比率で混合したゴム成分および所定の液状スチレンブタジエンゴムを含有する高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物は、低温条件下での発熱速度を犠牲にすることなく、最終到達温度でのグリップ性能、耐ブロー性能および耐摩耗性能において優れることがわかる。
Claims (3)
- ５０〜８０質量％の（Ａ−１）スチレン含有率が３０質量％以下の固形スチレンブタジエンゴム、および
２０〜５０質量％の（Ａ−２）スチレン含有率が４５質量％以上のスチレンブタジエンゴムのみからなる（Ａ）ゴム成分１００質量部に対し、
（Ｂ）スチレン含有率が２０〜３０質量％、質量平均分子量が２０００〜１５０００の液状スチレンブタジエンゴムを２０質量部以上含有する競技用タイヤのトレッド用ゴム組成物。 - クマロンインデンレジンを含有する請求項１記載の競技用タイヤのトレッド用ゴム組成物。
- 請求項１または２記載の競技用タイヤのトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有する空気入りタイヤ。
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| JP2012091240A JP5868250B2 (ja) | 2012-04-12 | 2012-04-12 | 高性能タイヤのトレッド用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ |
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