JP4076942B2 - ゴム組成物およびそれを用いた競技用タイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ゴム組成物およびそれを用いた競技用タイヤに関する。

モトクロス競技用タイヤはブロックの高さが２ｃｍ以上もあり、パターン効果を充分に発揮するためにはゴム硬度が高いことが必要である。そのために、プロセスオイルを少なく、カーボンの充填量を多くした配合となっている。

従来の配合では、外部からの仕事によるタイヤの温度上昇が安定するまでのグリップ（初期グリップ）や低温でのグリップ性能が犠牲になっている。とくにスタジアム内に特設されたショートサーキットでは、スタート時の性能が重要視されており、初期グリップを改善することが求められている。

例えば、特許文献１〜４には、タイヤの操縦安定性、転がり抵抗、耐摩耗性、ウェットスキッド性能を改善するための技術が開示されている。しかし、乗用車用のタイヤを対象にしたこれらの技術では、溶液重合ＳＢＲのビニル量が少ないなどの理由から、競技用タイヤに要求される高いグリップ性能を発現するための３０〜１００℃までの比較的高温域でのエネルギーロスが少ないという問題点を有しており、競技用タイヤに要求されるグリップ性能を満足することはできなかった。

特開平８−３３３４８４号公報 特開平１１−２０９５１７号公報 特開平１１−２０９５１８号公報 特開２００２−３３２３８１号公報

本発明は、競技用タイヤに要求されるようなグリップ性能が改善され、かつ高硬度、高剛性であるゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明は、スチレン含量が３０％以上であり、かつビニル量が３５％以上であるスチレンブタジエン共重合体ゴム２０〜９５重量％、ならびにブタジエンゴム５〜８０重量％からなるゴム成分１００重量部に対して、窒素比表面積が１６０〜３００ｍ²／ｇであるカーボンブラック１０〜１００重量部、カーボンブラックの配合量の２０〜１００重量％のシリカ、およびオイル１５〜７０重量部を含むゴム組成物であって、カーボンブラックとシリカの合計量が２０〜１２０重量部である、ゴム組成物に関する。

前記ゴム組成物の硬度が６５〜８５であり、複素弾性率が５．０〜２５．０であり、かつ損失正接が０．２５〜０．４５であることが好ましい。

また、本発明は、前記ゴム組成物を用いた競技用タイヤに関する。

モトクロス競技において、サイドグリップ性能の向上、トラクション性能の向上、ブレーキ性能の向上により周回走行時間（ラップタイム）が短縮される。とくに気温の低い冬季での状況下や、タイヤ温度が上昇安定するまでの性能が改善される。

本発明のゴム組成物は、スチレンブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）からなるゴム成分、カーボンブラック、シリカならびにオイルからなる。

本発明で使用するゴム成分は、ＳＢＲおよびＢＲからなる。必要に応じて、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）およびアクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）から選択されるゴムを含んでもよい。

本発明のゴム成分は、ＳＢＲを２０〜９５重量％含む。ＳＢＲの含有量の下限については４０重量％であることが好ましく、５０重量％であることがより好ましい。含有量の上限については９５重量％であることが好ましく、９０重量％であることがより好ましい。ＳＢＲが２０重量％未満であると、連続走行にともなう発熱による温度上昇のため、グリップ性能の低下が大きくなり、９５重量％をこえると、ゴムの柔軟性が損なわれ、初期のグリップ性能が低下する。

ＳＢＲにおけるスチレン含量は３０％以上である。スチレン含量の下限については３５％であることがより好ましい。スチレン含量の上限については５０％であることが好ましく、４５％であることがより好ましい。スチレン含量が３０％未満であると、グリップ性能に寄与するエネルギーロスが必要なレベルに到達しなくなり、５０％をこえると、樹脂に近くなり、ゴムの特性である柔軟性が損なわれる傾向がある。

ＳＢＲにおけるビニル量は３０％以上である。ビニル量の下限については３５％であることが好ましく、４０％であることがより好ましい。ビニル量の上限については７５％であることが好ましく、７０％であることがより好ましい。ビニル量が３０％未満であると、ゴムの柔軟性が損なわれる傾向があり、７５％をこえると、強度が低下する傾向がある。

本発明のゴム成分は、ＢＲを５〜８０重量％含む。ＢＲの配合量の上限については４０重量％であることが好ましく、３０重量％であることがより好ましい。ＢＲの配合量が１０重量部未満であると、ブロック高さの高いタイヤにつきまとうブロックの引裂きが多発する傾向があり、８０重量部をこえると、グリップ性能に寄与するエネルギーロスが必要なレベルに到達しなくなる。

本発明で使用するカーボンブラックとしては、とくに制限されないが、たとえば、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ、ＧＰＦ、ＦＥＦなどを用いることができる。詳細には、窒素比表面積（Ｎ₂ＳＡ）が１６０〜３００ｍ²／ｇのものがあげられる。Ｎ₂ＳＡの下限については１７０ｍ²／ｇであることが好ましい。Ｎ₂ＳＡの上限については２５０ｍ²／ｇであることが好ましく、２２０ｍ²／ｇであることがより好ましい。Ｎ₂ＳＡが１６０ｍ²／ｇ未満であると、求められるゴムの強度を発現しにくく、Ｎ₂ＳＡが３００ｍ²／ｇをこえると、低温での硬度が必要以上に硬くなり、ゴムの柔軟性が損なわれ、低温でのグリップ性能や初期グリップが損なわれる傾向がある。

ゴム組成物におけるカーボンブラックの配合量は、１０〜１００重量部である。カーボンブラックの配合量の下限については５０重量部であることが好ましく、６０重量部であることがより好ましい。カーボンブラックの配合量の上限については９０重量部であることが好ましく、８０重量部であることがより好ましい。カーボンブラックの配合量が１０重量部未満であると、カーボンブラックによる補強の効果が低く、耐摩耗性能が損なわれ、１００重量部をこえると、必要以上に硬度が高くなり、ゴムの柔軟性およびグリップ性能が損なわれる傾向がある。

前記カーボンブラックのセチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）吸着比表面積は、１２０〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。ＣＴＡＢ吸着比表面積の下限については１５０ｍ²／ｇであることがより好ましい。ＣＴＡＢ吸着比表面積の上限については２００ｍ²／ｇであることがより好ましい。ＣＴＡＢ吸着比表面積が１２０ｍ²／ｇ未満では、カーボンブラックによる補強の効果が低く、耐摩耗性能が損なわれ、３００ｍ²／ｇをこえると、必要以上に硬度が高くなり、ゴムの柔軟性およびグリップ性能が損なわれる。

さらに、前記カーボンブラックの圧縮ジブチルフタレート吸油量（２４Ｍ４ＤＢＰ）は９０〜１３０ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。２４Ｍ４ＤＢＰの下限については１００ｍｌ／１００ｇであることがより好ましい。２４Ｍ４ＤＢＰの上限については１１５ｍｌ／１００ｇであることがより好ましい。２４ＭＤＢＰが９０ｍｌ／１００ｇ未満では、カーボンブラックによる補強の効果が低く、耐摩耗性能が損なわれる傾向があり、１３０ｍｌ／１００ｇをこえると、必要以上に硬度が高くなり、ゴムの柔軟性およびグリップ性能が損なわれる傾向がある。

本発明で使用するシリカの種類としては、とくに制限はなく、たとえば、乾式法シリカ（無水ケイ酸）、湿式法シリカ（含水ケイ酸）などがあげられる。

ゴム組成物におけるシリカの含有量は、カーボンブラックの配合量の２０〜１００重量％である。シリカの含有量の上限については７０重量％であることが好ましく、５０重量％であることがより好ましい。シリカの配合量がカーボンブラックの２０重量％未満であると、初期グリップ性能の改善が顕著に出ず、１００重量％をこえると、耐摩耗性能が損なわれる。

シリカとしては、たとえば、ＢＥＴ比表面積が８０〜２７０ｍ²／ｇのシリカを含有することができる。ＢＥＴ比表面積の下限については１００ｍ²／ｇであることが好ましい。ＢＥＴ比表面積の上限については２２０ｍ²／ｇであることが好ましい。ＢＥＴ比表面積が８０ｍ²／ｇ未満のシリカでは、シリカの補強効果が低く、耐摩耗性能が損なわれる傾向があり、２７０ｍ²／ｇをこえるシリカでは、ゴム中への分散しにくく、充分な性能を発揮させることができない。

本発明のゴム組成物には、前記シリカと併用してシランカップリング剤を配合することができる。

シランカップリング剤としては、たとえばビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、トリエトキシシリルプロピルイソシアネート、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−（ポリエチレンアミノ）−プロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ’−ビニルベンジル−Ｎ−トリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン塩などがあげられる。なかでも、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、トリエトキシシリルプロピルイソシアネート、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランが好ましく、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイドがさらに好ましい。

シランカップリング剤の配合量は、前記シリカの配合量の５〜１５重量％であることが好ましい。シランカップリング剤の配合量の下限については８重量％であることが好ましい。また、シランカップリング剤の配合量の上限については１０重量％であることが好ましい。シランカップリング剤の配合量が５重量％未満であると、シリカとゴムのあいだのカップリング効果が低く、耐摩耗性が低下する傾向がある。

本発明のゴム組成物におけるカーボンブラックとシリカの配合量の合計は、ゴム成分１００重量部に対して、２０〜１２０重量部である。カーボンブラックとシリカの合計配合量の下限については５０重量部であることが好ましく、７０重量部であることがより好ましい。カーボンブラックとシリカの合計配合量の上限については１１０重量部であることが好ましい。配合量の合計が２０重量部未満であると、耐摩耗性能が低下し、１２０重量部をこえると、ゴムの硬度が必要以上に高くなり、ゴムの柔軟性が損なわれ、グリップ性能が低下する。

本発明で使用するオイルとしては、アロマチックオイル、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル、可塑剤（エステル系、エーテル系、リン酸系など）など通常軟化剤として考えられるものすべてがあげられる。

ゴム組成物におけるオイルの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜７０重量部である。オイルの配合量の下限については３０重量部であることが好ましく、３５重量部であることがより好ましい。オイルの配合量の上限については６０重量部であることが好ましく、５５重量部であることがより好ましい。オイルの配合量が１５重量部未満であると、ゴムの硬度が必要以上高くなり、ゴムの柔軟性が損なわれ、グリップ性能が低下する。また、７０重量部をこえると、ゴムの強度低下による摩耗悪化また硬度低下によるパターンブロックの倒れによりグリップ性能が低下する。

本発明で使用する加硫促進剤としては、スルフェンアミド系、チアゾール系、グアニジン系、アルデヒド・アミン／アンモニア系などがあげられる。その配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、０．５〜７重量部であることが好ましい。配合量の下限については１重量部であることがより好ましい。配合量の上限については２．５重量部であることがより好ましい。加硫促進剤の配合量が、０．５重量部未満であると、加硫速度が遅く、加硫にかかる時間が長くなり生産性が著しく悪化する傾向があり、７重量部をこえると、加硫速度が速くなりすぎて、混合や押出時でのゴムの焼けが発生し工程上の不具合が多発する傾向がある。

本発明のゴム組成物は、前述の各成分、ゴム成分、カーボンブラック、シリカ、オイルのほかに、通常のゴム組成物に添加される配合剤、例えば、ワックス、老化防止剤、ステアリン酸、亜鉛華、硫黄などを適宜配合できる。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分、カーボンブラック、シリカ、オイルおよび必要に応じてそのほかの配合剤を、通常の加工装置、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練りすることにより得られる。

２５℃でＪＩＳ−Ａ硬度計で測定した本発明のゴム組成物の硬度は、６５〜８５であることが好ましい。硬度の下限については６８であることがより好ましく、７０であることがさらに好ましい。硬度の上限については８０であることがより好ましく、７７であることがさらに好ましい。ゴム組成物の硬度が６５未満であると、ブロック剛性が不充分となり、ブロック倒れによるグリップ性能不足となる傾向があり、８５をこえると、ゴムの柔軟性不足により、グリップ性能が不足する傾向がある。

初期歪み１０％、動歪み２％で７０℃において測定した本発明のゴム組成物の複素弾性率（Ｅ＊）は、５．０〜２５．０であることが好ましい。Ｅ＊の下限については７．０であることがより好ましく、１０．０であることがさらに好ましい。Ｅ＊の上限については２０であることがより好ましく、１８．０であることがさらに好ましい。Ｅ＊が５．０未満であると、ステア応答性が鈍くなり、操縦性能が低下する傾向があり、２５．０をこえると、タイヤ全体の衝撃吸収性がなくなり、安定した接地または操縦安定性を損なう傾向がある。

初期歪み１０％、動歪み２％で７０℃において測定した本発明のゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）は、０．２５〜０．４５であることが好ましい。ｔａｎδの下限については０．２８であることがより好ましく、０．３０であることがさらに好ましい。ｔａｎδの上限については０．４３であることがより好ましい。ｔａｎδが０．２５未満であると、ブロックの変形にともなうエネルギーロスが不充分でグリップ性能が不足する傾向があり、０．４５をこえると、ブロックの変形による抵抗が大きく、加速が鈍くなる傾向がある。

本発明のゴム組成物は、競技用タイヤに使用される。競技用タイヤにおける高さ１５ｍｍ以上のブロック ランド比は２３％前後であり、各ブロックにかかる荷重が大きいので、ゴム組成物は、高硬度、高剛性であることが要求される。

本発明の競技用タイヤは、バンバリーやニーダーでの混練り後のゴムを押出機により板状に押し出されたものをゴム引き布やビードとなるワイヤーコードと組み合わされて、金型中で加熱することにより製造される。

以下に、実施例１および比較例１で用いた材料を示す。
ＳＢＲ：旭化成（株）製のタフデン（Ｒ）４３５０（スチレン含量：３９％、ビニル量：４０％）
ＢＲ：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ １５０Ｂ
カーボンブラック：Ｎ₂ＳＡ１８０ｍ²／ｇ、ＣＴＡＢ吸着比表面積１６０ｍ²／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ１０２ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック
シリカ：日本シリカ工業（株）製のニプシルＡＱ
オイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスオイルＡＨ−２４
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：フレキシス社製のサントフレックス１３
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２号
シランカップリング剤：デクッサ社製のＳｉ６９
硫黄：軽井沢精錬所（株）製のイオウ
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＤ

実施例１および比較例１
表１の配合にしたがって、硫黄および加硫促進剤を除く材料を、バンバリー型ミキサーを用いて混練りした。つぎに、硫黄および加硫促進剤を添加し、８インチロールを用いて混練りした。得られたゴム組成物を用いて試験ゴムを作製し、得られた試験ゴムについて、以下の試験を実施した。結果を表１に示す。

硬度（ＪＩＳ−Ａ）
作製したゴム組成物の硬度を、２５℃および０℃においてＪＩＳ−Ａ硬度計で測定した。

粘弾性（ＶＥＳ）
（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、動歪み２％で７０℃における複素弾性率（Ｅ＊）と損失正接（ｔａｎδ）を測定した。このＥ＊値が大きいほど剛性が高く、操縦安定性に優れる。またｔａｎδ値が小さいほど発熱しにくい。

操縦安定性能評価
本発明のゴム組成物を使用してタイヤを作製し、操縦安定性能を評価評価した。作製されたタイヤをホンダＣＲ２５０に装着し、アウトドア・モトクロス専用コースにおいて走行し、５点を満点とする官能評点で評価した。

ラップタイムは１周走行するにかかった時間をストップウォッチにて計測した。走行後には、タイヤのブロック欠けを評価した。

実施例１を比較例１と比べると、走行スタート直後の操縦安定性能が改善され
、ラップタイムが短縮できた。また、耐摩耗性についても良好であった。

Claims (3)

1. スチレン含量が３０％以上であり、かつビニル量が３５％以上であるスチレンブタジエン共重合体ゴム２０〜９５重量％、ならびにブタジエンゴム５〜８０重量％からなるゴム成分１００重量部に対して、
   窒素比表面積が１６０〜３００ｍ²／ｇであるカーボンブラック１０〜１００重量部、
   カーボンブラックの配合量の２０〜１００重量％のシリカ、およびゴム成分１００重量部に対して
   オイル１５〜７０重量部
   を含むゴム組成物であって、カーボンブラックとシリカの合計量が２０〜１２０重量部である、ゴム組成物。
2. 硬度が６５〜８５であり、複素弾性率が５．０〜２５．０であり、かつ損失正接が０．２５〜０．４５である請求項１記載のゴム組成物。
3. 請求項１または２記載のゴム組成物を用いた競技用タイヤ。