JP3992814B2

JP3992814B2 - 重荷重用空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP3992814B2
Application number: JP01867898A
Authority: JP
Inventors: 智弘草野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2018-01-30
Also published as: JPH11209515A; AU1131999A; US6211281B1; ES2160472B1; ES2160472A1; AU738877B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は重荷重用空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、耐摩耗性及び発熱性能（低発熱性）に優れたカーボンブラック補強ゴム組成物をトレッドに用いてなる、特に建設車両用などとして好適な重荷重用空気入りタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気入りタイヤのトレッドゴム等の耐摩耗性を改良する方法として、カーボンブラックの粒子径やストラクチャー（凝集体）等のコロダイル特性に着目しての改良がなされている。かかるカーボンブラックの改良としては、一般には、カーボンブラックの粒子径が小さく、かつストラクチャーの大きいものを使用することにより、カーボンブラックとポリマー間の相互作用を強め、ゴム補強性を向上させる手法や、カーボンブラックの配合量を多くする手法がとられている。
【０００３】
しかし、一般に微粒子化することは低発熱性（発熱性能）を悪化させる傾向にあるので、特に苛酷な条件で使用されることの多いトラック、バス等用の重荷重用空気入りタイヤにとっては問題が大きく、また、微粒子化し過ぎたカーボンブラックを使用すると、カーボンとポリマーの結合相、いわゆるカーボンゲルが増加して未加硫粘度が上昇し、このため加工性が著しく低下し、また配合ゴム中でのカーボンの分散度も低下して耐摩耗性が逆に低下するという問題点があった。
また、カーボンブラックを添加し過ぎると配合ゴムが硬くなり過ぎて工業的に加工することが困難となるという問題点があった。しかもこの際、ゴム物性上もカーボンブラックが配合ゴム中で分散不良を起こし耐摩耗性の向上が図れなかった。
【０００４】
一方、ストラクチャーが大きいカーボンブラックを使用すると、ゴムの弾性率が高くなり、耐疲労性が低下するという問題が生じる。
このように、従来のカーボンブラックによる耐摩耗性向上の手法は、一方では、発熱性能に悪影響を与えることになり、特に重荷重用空気入りタイヤの耐摩耗性の改良効果には限界にあった。
他方、最近では、カーボンブラックの一次粒子の凝集体分布をシャープ化することにより、ゴム補強の阻害要因と考えられる凝集体の大粒径成分の割合を減少させる手法も提案されている（特開昭６３−２６４６４７号公報，特開平６−２７９６２４号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、トレッドゴムの耐摩耗性を悪化させることなく、発熱性能が著しく改良された重荷重用空気入りタイヤを提供すること目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の好ましい性質を有する重荷重用空気入りタイヤを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、補強用充填剤として、単にカーボンブラックを微粒子化したものを使用した場合には、ゴムの発熱性能が悪化し、また分散性の悪化に伴い、従来以上の耐摩耗性を向上することは期待できないが、微粒子化と同時にカーボンブラック凝集体分布の分布幅をより広げれば、カーボンブラック補強ゴムの発熱性能及び分散性の低下が抑制される一方で、耐摩耗性も大きく改良されること、そして、イソプレン系ゴムに、特定の性状を有するカーボンブラック及び場合により特定の性状を有するシリカを、それぞれ所定の割合で配合してなるゴム組成物を用いた重荷重用空気入りタイヤがその目的に適合しうることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、（Ａ）イソプレン系ゴムと、その１００重量部当たり、（Ｂ）窒素吸着比表面積が１２０〜１６０ｍ²／ｇ、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が８０〜１３０ミリリットル／１００ｇ、凝集体径分布の最頻値（Ｄst）が６０〜７０ｎｍ及び凝集体径分布の半値幅（ΔＤ₅₀）が６５〜８０ｎｍであるカーボンブラック３０〜７０重量部、及び場合により（Ｃ）窒素吸着比表面積が２１０〜２６０ｍ²／ｇで、かつ吸油量が２００〜２６０ミリリットル／１００ｇであるシリカ３〜２０重量部を含有するゴム組成物からなる重荷重用空気入りタイヤを提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の重荷重用空気入りタイヤに用いられるゴム組成物において、（Ａ）成分のイソプレン系ゴムとしては、天然ゴム及びイソプレンモノマーの重合により得られたポリイソプレン（ＩＲ）が挙げられる。合成ゴムであるポリイソプレンの中でもシス１，４−結合が９８％前後のタイプは、天然ゴムに極めて類似の分子構造を有するため、天然ゴムに近い基本的な特性を有している。
前記ゴム組成物において、（Ｂ）成分として用いられるカーボンブラックは、以下に示す特性を有することが必要である。
まず、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１２０〜１６０ｍ²／ｇの範囲である。このＢＥＴが１２０ｍ²／ｇ未満では充分な耐摩耗性が得られず、１６０ｍ²／ｇを超えると発熱性能が悪化する。耐摩耗性及び発熱性能を考慮すると、このＢＥＴの好ましい範囲は、１２５〜１４５ｍ²／ｇである。なお、該ＢＥＴはＡＳＴＭＤ３０３７−８８に準拠して測定した値である。
【０００８】
また、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が８０〜１３０ミリリットル／１００ｇの範囲である。このＤＢＰが８０ミリリットル／１００ｇ未満では充分な耐摩耗性が得られず、１３０ミリリットル／１００ｇを超えると発熱性能が悪化する。耐摩耗性及び発熱性能を考慮すると、このＤＢＰの好ましい範囲は、８５〜１２０ミリリットル／１００ｇである。なお、該ＤＢＰは、ＪＩＳＫ６２２１−１９８２（Ａ法）に準拠して測定した値である。
さらに、凝集体径分布の最頻値（Ｄst）が６０〜７０ｎｍの範囲であり、凝集体径分布の半値幅（ΔＤ₅₀）が６５〜８０ｎｍの範囲である。Ｄstが６０ｎｍ未満では発熱性能が悪く、７０ｎｍを超えると耐摩耗性の改良効果が充分に発揮されない。一方、ΔＤ₅₀が６５ｎｍ未満では発熱性能の改良効果が不充分であり、８０ｎｍを超えると耐摩耗性の改良効果が充分に発揮されない。
【０００９】
なお、上記Ｄst及びΔＤ₅₀の測定は、遠心沈降法によるものであり、Joyce Loebl 社製、Disk Centrifuge Photosedimentometer （ＤＣＰ）を使用し、次の方法によって測定を行った。まず、乾燥したカーボンブラックを精秤し、微量の界面活性剤を含む２０重量％エタノール水溶液と混合してカーボンブラック濃度５０ｍｇ／リットルの分散液を作成し、これを超音波で充分に分散させ試料溶液とした。ＤＣＰの回転数を８０００ｒｐｍに設定し、スピン液（蒸留水）を１０ミリリットル加えたのち、１ミリリットルのバッファー液（２０重量％エタノール水溶液）を注入した。次いで、試料0.５ミリリットルを注射器で加えたのち、一斉沈降法により、凝集体分布曲線を作成した。
この曲線における最大頻度のストークス相当径をＤstとした。また、この最大頻度の１／２となる大小２点の差をΔＤ₅₀とした。
本発明におけるゴム組成物においては、この（Ｂ）成分のカーボンブラックは、前記（Ａ）成分のイソプレン系ゴム１００重量部に対して、３０〜７０重量部の割合で配合される。この量が３０重量部未満では補強効果が充分に発揮されず、耐摩耗性に劣り、７０重量部を超えると発熱性能が低下する。補強効果及び発熱性能などを考慮すると、このカーボンブラックの好ましい配合量は、４０〜６０重量部の範囲である。
【００１０】
本発明におけるゴム組成物においては、物性をさらに向上させる目的で、所望により、（Ｃ）成分として、以下に示す性状を有するシリカを含有させることができる。
このシリカは、まず、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が２１０〜２６０ｍ²／ｇの範囲である。、このＢＥＴが２１０ｍ²／ｇ未満では耐摩耗性の改良効果が不充分であり、２６０ｍ²／ｇを超えるとゴム組成物の粘度が上昇し、タイヤ製造時の作業性が悪化する。耐摩耗性の改良効果及びタイヤ製造時の作業性などを考慮すると、このＢＥＴの好ましい範囲は、２１０〜２４０ｍ²／ｇである。なお、該ＢＥＴの測定は、３００℃で１時間乾燥後、ＡＳＴＭＤ４８２０−９３に準拠して測定した値である。
さらに、吸油量が２００〜２６０ミリリットル／１００ｇの範囲である。この吸油量が２００ミリリットル／１００ｇ未満では発熱性能と耐摩耗性とのバランスを良好に維持することが困難であり、２６０ミリリットル／１００ｇを超えると発熱性能の改良効果が不充分となる。発熱性能と耐摩耗性とのバランス、発熱性能の改良効果などを考慮すると、この吸油量の好ましい範囲は、２２０〜２４０ミリリットル／ｇである。なお、該吸油量は、ＡＳＴＭＤ２４１４−９３に準拠して測定した値である。
【００１１】
この所望により用いられる（Ｃ）成分のシリカは、前記（Ａ）成分のイソプレン系ゴム１００重量部に対して、３〜２０重量部の割合で配合される。この量が上記範囲を逸脱すると、発熱性能と耐摩耗性の改良効果が充分に発揮されない。これらの改良効果の点から、このシリカの好ましい配合量は、５〜１５の範囲である。
また、（Ｂ）成分のカーボンブラックと（Ｃ）成分のシリカとの合計量は、耐摩耗性と発熱性能のバランスなどの点から、前記（Ａ）成分のイソプレン系ゴム１００重量部に対し、４０〜８０重量部の範囲が好ましく、特に４０〜７０重量部の範囲が好適である。
本発明の重荷重用空気入りタイヤは、前記（Ａ）成分のイソプレン系ゴム，（Ｂ）成分のカーボンブラック及び所望により用いられる（Ｃ）成分のシリカを、それぞれ所定の割合で含有し、さらに通常使用される加硫剤，加硫促進剤，加硫助剤，老化防止剤，軟化剤，その他配合剤を適宜含有するゴム組成物を調製し、このゴム組成物をトレッドゴムとして用い、通常の加硫条件に従って加硫成形することにより、製造することができる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１，２及び比較例１〜５
第１表に示す配合内容に基づき、各種ゴム組成物を調製したのち、このゴム組成物をトレッドゴムとして使用し、通常の加硫条件に従い、供試タイヤ（オフザロードタイヤ：３７００Ｒ５７）を作製した。この供試タイヤについて、以下に示す各性能試験を実施した。その結果を第１表に示す。
【００１３】
（１）発熱性能
一定速度、ステップロード条件のドラム試験を実施し、トレッド部内側の定位置で温度測定を行い、比較例１を１００として指数表示した。数値が小さいほど、発熱温度が低く、低発熱性であることを示す。
（２）耐摩耗性
２０００時間走行後の残った溝の深さを数か所測定し、その平均値から、式
耐摩耗性＝〔（供試タイヤの残溝深さ）／（比較例１のタイヤの残溝深さ）〕×１００
によって耐摩耗性を求めた。数値の大きいほど、耐摩耗性がよいことを示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
【表２】

【００１６】
注１）老化防止剤６Ｃ：Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン
２）加硫促進剤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
【００１７】
【発明の効果】
本発明の重荷重用空気入りタイヤは、耐摩耗性を損なうことなく、発熱性能を向上させることができ、発熱性能と耐摩耗性とを良好に両立させることができる。

Claims

（Ａ）イソプレン系ゴムと、その１００重量部当たり、（Ｂ）窒素吸着比表面積が１２０〜１６０ｍ²／ｇ、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が８０〜１３０ミリリットル／１００ｇ、凝集体径分布の最頻値（Ｄst）が６０〜７０ｎｍ及び凝集体径分布の半値幅（ΔＤ₅₀）が６５〜８０ｎｍであるカーボンブラック３０〜７０重量部を含有するゴム組成物からなる重荷重用空気入りタイヤ。
（Ａ）イソプレン系ゴムと、その１００重量部当たり、（Ｂ）窒素吸着比表面積が１２０〜１６０ｍ²／ｇ、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が８０〜１３０ミリリットル／１００ｇ、凝集体径分布の最頻値（Ｄst）が６０〜７０ｎｍ及び凝集体径分布の半値幅（ΔＤ₅₀）が６５〜８０ｎｍであるカーボンブラック３０〜７０重量部及び（Ｃ）窒素吸着比表面積が２１０〜２６０ｍ²／ｇで、かつ吸油量が２００〜２６０ミリリットル／１００ｇであるシリカ３〜２０重量部を含有するゴム組成物からなる重荷重用空気入りタイヤ。