JPWO2017135095A1 - スタッドレスタイヤ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、氷上性能に優れたスタッドレスタイヤを提供する。本発明は、ゴム成分及び短繊維を含有し、前記短繊維の解繊割合が５０〜９５％である加硫ゴムを用いて形成されたトレッドを有するスタッドレスタイヤに関する。

Description

本発明は、スタッドレスタイヤ及びその製造方法に関する。

スパイクタイヤによる粉塵公害を防止するために、スパイクタイヤの禁止が法制化され、寒冷地では、スパイクタイヤに代わってスタッドレスタイヤが使用されるようになった。

スタッドレスタイヤは、一般路面に比べ路面凹凸が大きい氷雪上路面に対応するため、材料面及び設計面での工夫がなされており、例えば、特許文献１では、短繊維を配合することによって氷上性能を高める方法が提案されている。しかしながら、スパイクタイヤの氷上性能に及ぶものではなく、氷上性能の更なる改善が求められている。

特開２０００−１６８３１５号公報

本発明は、前記課題を解決し、氷上性能に優れたスタッドレスタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ゴム成分及び短繊維を含有し、前記短繊維の解繊割合が５０〜９５％である加硫ゴムを用いて形成されたトレッドを有するスタッドレスタイヤに関する。

前記短繊維がナイロン繊維であることが好ましい。

前記ゴム成分１００質量部に対する前記短繊維の含有量が１〜５０質量部であることが好ましい。

本発明はまた、前記スタッドレスタイヤの製造方法であって、前記ゴム成分及び加硫剤を混練りする第１仕上げ練り工程と、前記第１仕上げ練り工程により得られた混練物に、前記短繊維を投入して混練りする第２仕上げ練り工程とを含む方法により、前記加硫ゴムが調製されるスタッドレスタイヤの製造方法に関する。

前記第２仕上げ練り工程において、前記短繊維を複数回に分割して投入することが好ましい。

本発明によれば、短繊維の解繊割合が所定の範囲内である加硫ゴムを用いて形成されたトレッドを有するスタッドレスタイヤであるため、優れた氷上性能を発揮することができる。

本発明のスタッドレスタイヤは、ゴム成分及び短繊維を含有し、短繊維の解繊割合が５０〜９５％である加硫ゴムを用いて形成されたトレッドを有する。

本発明では、短繊維の解繊割合を上記の範囲内に調整することにより、加硫ゴム中に繊維片を適度に残存させることができるため、短繊維による引っ掻き効果や撥水効果を高めることができる。また、短繊維の解繊割合を上記の範囲内に調整することにより、加硫ゴムの柔軟性が向上するため、氷に対する追従性を高めることができる。これらの作用により、スタッドレスタイヤの氷上性能を改善することができる。

ゴム成分としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、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）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＩＢＲ）などのジエン系ゴムが挙げられる。なかでも、良好な氷上性能が得られるという理由から、ＮＲ、ＢＲが好ましい。

ＮＲとしては特に限定されず、例えば、ＳＩＲ２０、ＲＳＳ♯３、ＴＳＲ２０などを使用できる。

ゴム成分１００質量％中のＮＲの含有量は、好ましくは２０質量％以上、より好ましくは４０質量％以上、更に好ましくは５０質量％以上である。また、該含有量は、好ましくは９０質量％以下、より好ましくは８０質量％以下、更に好ましくは７０質量％以下である。ＮＲの含有量が上記範囲内であると、良好な氷上性能が得られる。

ＢＲとしては特に限定されず、例えば、日本ゼオン（株）製のＢＲ１２２０、宇部興産（株）製のＢＲ１３０Ｂ、ＢＲ１５０Ｂなどの高シス含有量のＢＲ、宇部興産（株）製のＶＣＲ４１２、ＶＣＲ６１７などのシンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するＢＲなどを使用できる。なかでも、シス含量が９０質量％以上のＢＲが好ましい。

ゴム成分１００質量％中のＢＲの含有量は、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは２０質量％以上、更に好ましくは３０質量％以上である。また、該含有量は、好ましくは８０質量％以下、より好ましくは６０質量％以下、更に好ましくは５０質量％以下である。ＢＲの含有量が上記範囲内であると、良好な氷上性能が得られる。

短繊維としては、例えば、グラスファイバー、カーボンファイバーなどの非金属無機短繊維や、セルロース繊維、レーヨン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ウレタン繊維、アラミド繊維などの非金属有機短繊維などが挙げられる。なかでも、氷上性能の改善効果が高いという理由から、非金属有機短繊維が好ましく、ナイロン繊維がより好ましい。また、ナイロン繊維を構成するナイロンとしては、例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６−ナイロン６６共重合体、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン４６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロンＭＸＤ６などが挙げられる。

短繊維の解繊割合は、５０％以上であればよいが、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。５０％未満では、氷上性能の改善効果が充分に得られないおそれがある。また、短繊維の解繊割合は、９５％以下であればよいが、９０％以下が好ましく、８０％以下がより好ましい。９５％を超えると、加硫ゴム中の繊維片の量が少なくなり、氷上性能の改善効果が充分に得られないおそれがある。
なお、短繊維の解繊割合は、加硫ゴムの調製後、加硫ゴム中に残存している格子の数から算出することができる。通常の短繊維の１片には、元々１６個の格子が存在しており、例えば、加硫ゴムの調整後に残存している格子が４個であれば、解繊された格子は１２個であるため、解繊割合は７５％となる。

短繊維の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上、より好ましくは５質量部以上、更に好ましくは１０質量部以上である。１質量部未満では、氷上性能の改善効果が充分に得られないおそれがある。また、該含有量は、好ましくは５０質量部以下、より好ましくは３０質量部以下、更に好ましくは２０質量部以下である。５０質量部を超えると、短繊維が分散しにくくなり、所望の解繊割合に調整することが困難になるおそれがある。

本発明で使用する加硫ゴムは、充填剤として、カーボンブラックを含有することが好ましい。カーボンブラックの補強効果により、本発明の効果がより良好に得られる。

カーボンブラックとしては特に制限されず、ＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦなど、トレッド用加硫ゴムに配合される一般的なものを使用することができる。

カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、５０ｍ^２／ｇ以上が好ましく、８０ｍ^２／ｇ以上がより好ましく、１００ｍ^２／ｇ以上が更に好ましい。５０ｍ^２／ｇ未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、カーボンブラックのＮ_２ＳＡは、２５０ｍ^２／ｇ以下が好ましく、２００ｍ^２／ｇ以下がより好ましく、１８０ｍ^２／ｇ以下が更に好ましい。２５０ｍ^２／ｇを超えると、カーボンブラックが分散しにくくなり、加工性が悪化する傾向がある。
なお、カーボンブラックのＮ_２ＳＡは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−２：２００１に準拠して測定される。

カーボンブラックのジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）は、５０ｍｌ／１００ｇ以上が好ましく、１００ｍｌ／１００ｇ以上がより好ましい。５０ｍｌ／１００ｇ未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、カーボンブラックのＤＢＰは、２００ｍｌ／１００ｇ以下が好ましく、１３５ｍｌ／１００ｇ以下がより好ましい。２００ｍｌ／１００ｇを超えると、カーボンブラックが分散しにくくなり、加工性が悪化する傾向がある。
なお、カーボンブラックのＤＢＰは、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−４：２００１に準拠して測定される。

カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは２５質量部以上、更に好ましくは３５質量部以上である。１０質量部未満では、充分な補強性が得られない傾向がある。また、該含有量は、好ましくは１００質量部以下、より好ましくは８０質量部以下、更に好ましくは７０質量部以下である。１００質量部を超えると、カーボンブラックが分散しにくくなり、加工性が悪化する傾向がある。

本発明で使用する加硫ゴムには、前記成分以外にも、タイヤ工業において一般的に用いられている配合剤、例えば、ワックス、ステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤などの材料を適宜配合してもよい。

上記加硫ゴムは、ゴム成分及び加硫剤を混練りする第１仕上げ練り工程と、第１仕上げ練り工程により得られた混練物に、短繊維を投入して混練りする第２仕上げ練り工程とを含む方法により、調製されることが好ましい。これにより、短繊維の解繊割合が所定の範囲内である加硫ゴムを容易に調製することができる。
以下、上記加硫ゴムの調製方法についてより詳細に説明する。

（ベース練り工程）
通常、第１仕上げ練り工程の前には、ベース練り工程が実施される。ベース練り工程では、ゴム成分と、第１仕上げ練り工程及び第２仕上げ練り工程で投入する薬品以外の薬品とを混練りする。ベース練り工程で投入する薬品としては、例えば、充填剤、ワックス、ステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤などが挙げられる。

ベース練り工程の混練方法としては特に限定されず、バンバリーミキサー、オープンロールなどの一般的なゴム工業で使用される混練機を使用できるが、バンバリーミキサーを使用することが好ましい。

ベース練り工程の排出温度は、好ましくは１３０〜１７０℃、より好ましくは１４０〜１６０℃である。下限未満であると、混練りが不充分となるおそれがあり、上限を超えると、配合材料が劣化するおそれがある。

ベース練り工程は、ゴム成分の一部、及び、充填剤の一部を混練りする第１ベース練り工程と、第１ベース練り工程で得られた混練物に、ゴム成分の残部、及び、充填剤の残部を投入して混練りする第２ベース練り工程と、第２ベース練り工程で得られた混練物を素練りする第３ベース練り工程とで構成されることが好ましい。
なお、第１ベース練り工程では、ゴム成分の一部、及び、充填剤の一部のみを混練し、上述のワックスなどの薬品は、第２ベース練り工程で投入して混練りすることが好ましい。

（第１仕上げ練り工程）
第１仕上げ練り工程では、ゴム成分及び加硫剤を混練りする。加硫促進剤など、加硫反応に寄与する薬品を更に配合する場合は、その薬品も第１仕上げ練り工程で混練りすることが好ましい。

加硫剤としては、例えば、硫黄、アルキルフェノール・塩化硫黄縮合物などが挙げられる。なかでも、硫黄が好ましい。加硫剤の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．１〜５質量部、より好ましくは０．５〜３質量部である。

第１仕上げ練り工程の混練方法としては特に限定されず、バンバリーミキサー、オープンロールなどの一般的なゴム工業で使用される混練機を使用できるが、オープンロールを使用することが好ましい。

第１仕上げ練り工程の排出温度は、好ましくは８０〜１２０℃、より好ましくは９０〜１１０℃である。下限未満であると、混練が不充分となるおそれがあり、上限を超えると、配合材料が劣化するおそれがある。

（第２仕上げ練り工程）
第２仕上げ練り工程では、第１仕上げ練り工程により得られた混練物に、短繊維を投入して混練りする。

第２仕上げ練り工程の混練方法としては特に限定されず、バンバリーミキサー、オープンロールなどの一般的なゴム工業で使用される混練機を使用できるが、オープンロールを使用することが好ましい。

第２仕上げ練り工程の終了条件は、混練時間で設定することが好ましい。第２仕上げ練り工程の混練時間は、好ましくは５〜３０分、より好ましくは１０〜２０分である。下限未満であると、混練が不充分となるおそれがあり、上限を超えると、配合材料が劣化するおそれがある。

第２仕上げ練り工程では、短繊維の全量を一度に投入してもよいが、複数回に分割して投入することが好ましい。これにより、短繊維を均一に解繊することができる。分割する回数は特に限定されないが、２〜５回が好ましい。

（加硫工程）
第２仕上げ練り工程で得られた混練物（未加硫ゴム組成物）を加硫機で加硫することで、加硫ゴムを調製することができる。通常、加硫温度は１６０〜１８０℃であり、加硫時間は１０〜３０分である。

本発明のスタッドレスタイヤは、未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に合わせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成した後、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、製造することができる。

本発明のスタッドレスタイヤは、乗用車、トラック・バス（重荷重車）等に使用でき、特に、トラック・バス（重荷重車）に好適に使用できる。

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

以下に、実施例及び比較例で用いた各種薬品について説明する。
ＮＲ：ＲＳＳ＃３
ＢＲ：日本ゼオン（株）製のＢＲ１２２０（シス含量：９６質量％）
短繊維：（株）暁星ジャパン製のＮＣ−３Ｋ（ナイロン繊維）
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイアブラックＩ（Ｎ２２０、Ｎ_２ＳＡ：１１４ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ：１１４ｍｌ／１００ｇ）
硫黄：軽井沢硫黄（株）製の粉末硫黄

（実施例１）
ＮＲ６２質量部、カーボンブラック２５質量部をバンバリーミキサーに投入して混練りし、１５０℃で排出した（第１ベース練り工程）。
次に、第１ベース練り工程で得られた混練物と、ＢＲ３８質量部と、カーボンブラック２５質量部とをバンバリーミキサーに投入して混練りし、１５０℃で排出した（第２ベース練り工程）。
次に、第２ベース練り工程で得られた混練物をバンバリーミキサーに投入して混練りし、１５０℃で排出した（第３ベース練り工程）。
次に、オープンロールを用いて、第３ベース練り工程で得られた混練物に硫黄１質量部を投入して混練し、１００℃で排出した（第１仕上げ練り工程）。
次に、オープンロールを用いて、第１仕上げ練り工程で得られた混練物に短繊維１５質量部を投入して混練りした（第２仕上げ練り工程）。短繊維は５質量部ずつ３回に分割して投入し、全体の混練時間は１０分とした。
次に、第２仕上げ練り工程で得られた混練物（未加硫ゴム組成物）をトレッドの形状に成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、１７０℃で１５分間加硫することにより、試験用スタッドレスタイヤ（タイヤサイズ：１１．００Ｒ２２．５（重荷重車用））を得た。

（実施例２）
第２仕上げ練り工程の混練時間を１２分とした点以外は実施例１と同様に行い、試験用スタッドレスタイヤを製造した。

（実施例３）
第２仕上げ練り工程の混練時間を８分とした点以外は実施例１と同様に行い、試験用スタッドレスタイヤを製造した。

（比較例１）
第２仕上げ練り工程を実施しなかった点以外は実施例１と同様に行い、試験用スタッドレスタイヤを製造した。

（比較例２）
第２仕上げ練り工程の混練時間を５分とした点以外は実施例１と同様に行い、試験用スタッドレスタイヤを製造した。

（比較例３）
第２仕上げ練り工程の混練時間を１５分以上とした点以外は実施例１と同様に行い、試験用スタッドレスタイヤを製造した。

得られた試験用スタッドレスタイヤについて、下記の評価を行った。結果を表１に示す。

（解繊割合）
上記試験用スタッドレスタイヤのトレッドから試験片を切り出し、試験に供した。試験片中に残存している繊維の格子の数を目視で確認し、解繊割合を算出した。

（氷上性能）
試験用スタッドレスタイヤを国産２０００ｃｃのＦＦ車に装着して氷上を実車走行し、時速３５ｋｍ／ｈでロックブレーキを踏み停止させるまでに要した停止距離を測定した。そして、比較例１を１００として、下記式により測定結果を指数表示した。指数が大きいほど、氷上性能（氷上でのグリップ性能）が良好であることを示す。
（氷上性能指数）＝（比較例１の停止距離）／（各配合の停止距離）×１００

表１の結果から、短繊維の解繊割合が所定の範囲内である実施例１〜３では、氷上性能が顕著に改善されることが明らかとなった。

Claims (5)

1. ゴム成分及び短繊維を含有し、
   前記短繊維の解繊割合が５０〜９５％である加硫ゴムを用いて形成されたトレッドを有するスタッドレスタイヤ。
2. 前記短繊維がナイロン繊維である請求項１記載のスタッドレスタイヤ。
3. 前記ゴム成分１００質量部に対する前記短繊維の含有量が１〜５０質量部である請求項１又は２記載のスタッドレスタイヤ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のスタッドレスタイヤの製造方法であって、
   前記ゴム成分及び加硫剤を混練りする第１仕上げ練り工程と、
   前記第１仕上げ練り工程により得られた混練物に、前記短繊維を投入して混練りする第２仕上げ練り工程とを含む方法により、前記加硫ゴムが調製されるスタッドレスタイヤの製造方法。
5. 前記第２仕上げ練り工程において、前記短繊維を複数回に分割して投入する請求項４記載のスタッドレスタイヤの製造方法。