(57)【要約】【課題】氷上制動性能、および乾路面での調整安全性と耐磨耗性を向上させたスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物を提供する。【解決手段】天然ゴム（ＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）を原料ゴムとし、パラフェニレンテレフタルアミドと３，４−オキシジフェニレンテレフタルアミドの共重合体纎維を、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、１〜１０重量部含むことを特徴とするスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムおよびブタジエンゴムを原料ゴムとするスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物において、
パラフェニレンテレフタルアミドと３，４−オキシジフェニレンテレフタルアミドの共重合体（co-poly-（paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide））纎維を、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、１〜１０重量部含むことを特徴とする、スタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項２】
前記パラフェニレンテレフタルアミドと３，４−オキシジフェニレンテレフタルアミドの共重合体（co-poly-（paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide））纎維は、ヤング率（Young's Modulus）が２０〜２１ＧＰａ、引張強度（Tensile Strength）が３，０００〜３，２５０ＭＰａであることを特徴とする、請求項１に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項３】
前記パラフェニレンテレフタルアミドと３，４−オキシジフェニレンテレフタルアミドの共重合体（co-poly-（paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide））纎維が、その短繊維表面をＲＦＬ（Resocinal formaldehide Liquid）溶液で処理されることを特徴とする、請求項１に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項４】
前記ゴムは、気泡直径２０〜１４０μｍの独立気泡を単位面積１ｍｍ２当たり３０〜１２０個持つ発泡ゴムであることを特徴とする、請求項１に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項５】
前記ゴム組成物は、発泡剤を、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、３〜４重量部含むことを特徴とする、請求項４に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項６】
前記ゴム組成物は、通常のゴム配合剤を含むことを特徴とする、請求項１または４に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項７】
前記ゴム配合剤は、カーボンブラック、シリカ、プロセスオイル、酸化亜鉛、ステアリン酸、硫黄、促進剤および老化防止剤よりなる群から選択されることを特徴とする、請求項６に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項８】
前記カーボンブラックおよびシリカを、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、４０〜９０重量部含むことを特徴とする、請求項７に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【請求項９】
前記プロセスオイルを、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、２０〜３５重量部含むことを特徴とする、請求項７に記載のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物に関し、より詳しくは、通常のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物に使用される天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムおよびブタジエンゴムを原料ゴムとし、これに特定のポリアラミド系纎維を適切に配合することで、冬期の氷雪路面での駆動力および制動力だけでなく、乾路面での調整安定性能と耐摩耗性能を向上させたスタッドレススノータイヤのトレッド用ゴム組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冬季用タイヤはスパイクタイヤとスタッドレスタイヤに大別されるが、このうち、スパイクタイヤは氷雪地域での摩擦力増大を目的として、トレッドにスパイクピンを装着したもので、氷雪路面に対する制動性能および駆動性能に優れている。
しかし、スパイクピンを装着したタイヤの場合、氷雪路面でない一般の路面を走行する場合、乗り心地が不良であるだけでなく、騷音、粉塵、道路損傷などの環境汚染を引き起こすことになるから、大部分の国家でその使用を禁止する趨勢となっている。ゴムスパイクを装着したタイヤの場合には、トレッドゴムに比べ、ピンの摩耗が早く起こり、使用途中に容易に切れるという欠点を持っている。
【０００３】
また、前記スパイクと同時に補助器具を使用するか、あるいは新たな重合体を適用して氷雪路面での制動性能を向上させようとする試みがあり、新しいパターンおよび構造改善などの努力なども相当な効果を発揮しているが、更なる改善が必要な実情である。
そのほかにも、ガラス転移温度を調節して常温で硬化させることで、マイクロスパイク（ｍｉｃｒｏ  ｓｐｉｋｅ）作用をするゴムスパイクピンを適用した製品などが商用化されており、濡れた路面での制動力を向上させて燃料消耗を減らすシリカを適用した製品もある。
【０００４】
一方、スタッドレスタイヤとしては、一般のスタッドレスタイヤと有機発泡剤を使用したスタッドレスタイヤおよびその他の異物を使用したスタッドレスタイヤなどがある。このなかで、有機発泡剤を使用したスタッドレスタイヤはタイヤのトレッドゴムに有機発泡剤を混合して加硫させることで製造されるもので、これは、加硫時に生成される気孔によるマイクロセル（ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）効果によって地面とトレッド間の接地面積が広くなって摩擦力が増大し、氷板接地力（ｉｃｅ  ｇｒｉｐ）が向上して氷雪路面上での車両の制動距離を減少させ、滑りを防止するという概念で導入された。
しかし、発泡のみで氷雪路面での性能の改善効果はあると言っても、トレッドブロック剛性が弱くなって耐摩耗性能が低下する問題点を持っている。また、タイヤの使用末期には、老化によってブロック剛性および硬度が増加して氷雪路面での駆動および制動性能が低下する問題点を持っている。
【０００５】
一方、異物を製品に適用した場合には、トレッドゴム組成物に分散された異物が基材ゴムと化学的に結合されているものではなく、物理的に結合されているので離脱現象が酷く、これにより摩耗が不規則になる問題点が発生する。例えば、短繊維または天然纎維などの異物をトレッドゴムに適用して冬季性能を向上させたタイヤが登場することにより、騷音が減少し、路面の破損などの環境問題が多少解消されたが、このような短繊維または天然纎維の場合、形状が球形であるので、走行中に外部からの衝撃によって容易に離脱するから、不規則な異常磨耗および偏磨耗が発生することになる。このような問題はタイヤの寿命を短縮させ、性能低下をもたらして消費者の不満を引き起こしている実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述したように、タイヤトレッド用ゴム組成物に異物として短繊維または天然纎維を適用する場合、氷上駆動および制動性能を向上させることができるが、タイヤに要求されるほかの重要な性能である耐磨耗性、回転抵抗、調整安全性は満足させにくいという問題点を解決するためのもので、高いヤング率および引張強度を持つ特定のポリアラミド系纎維を添加することにより、タイヤの異常磨耗および偏磨耗を予防することができ、氷上制動特性を向上させたスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するため、本発明のスタッドレスタイヤトレッド用ゴム組成物は、通常のスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物に使用される天然ゴム（ＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）を原料ゴムとするスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物において、パラフェニレンテレフタルアミドと３，４−オキシジフェニレンテレフタルアミドの共重合体纎維を、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、１〜１０重量部含むことをその特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によるパラ系ポリアラミド纎維を含むタイヤトレッド用ゴム組成物は、添加されたパラ系ポリアラミド纎維がスタッドタイヤにおけるスタッドの役目を果たし、基本的に氷雪路面での駆動力および制動力を向上させることができる。
また、従来使用される短繊維または天然纎維の場合、ゴムに配合されると球状を呈するが、ポリアラミド纎維の場合、高いヤング率（Young's Modulus）および引張強度（Tensile Strength）を有するから、元の線状の形状を保ち、外部衝撃によって容易に離脱することがない。また、ポリアラミド繊維は、高いヤング率および引張強度を有することから、本発明のゴム組成物に配合されるゴムを補強して耐磨耗性を維持することができるので、究極にはタイヤの異常磨耗および偏磨耗を予防することができる。
一方、本発明の一実施例による発泡ゴム組成物は、既存の発泡ゴムが有する優れた氷上制動性能を発揮しながらも乾路面での調整安全性と耐摩耗性能を同時に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明によるタイヤトレッド用ゴム組成物の原料ゴムは、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、およびブタジエンゴムである。
天然ゴムは言葉とおりに自然に得られるゴムを指称し、スチレン−ブタジエンゴムはエマルジョン重合方法によって製造されたもので、具体的には、微細構造組成のうち、スチレン含量が２０〜２５％、１００℃ムーニー粘度が５５〜６５、応力緩和時間勾配が−０．３０〜−０．３８のものである。
【００１０】
スチレン−ブタジエンゴムのムーニー粘度が高い場合には加工が難しい。また、微細構造組成のうち、スチレン含量、または応力緩和時間勾配が前記範囲を外れる場合には、加工性が不良になる。このような特性を満足させるスチレン−ブタジエンゴムは、耐摩耗性能を維持しながら氷上制動性能および回転抵抗を向上させることができる。これと共に原料ゴムを構成するブタジエンゴムは溶液重合法によって製造されたジエン系ゴムであって、微細組成のなかで１、４−シスブタジエン含量が９６％以上のブタジエンゴムである。
【００１１】
このように用意された原料ゴムに通常のゴム配合剤を加える。ゴム配合剤の例としては、プロセスオイル、補強剤およびその他の添加剤を挙げることができる。この時、プロセスオイルは、オイル中の芳香族系含量が５〜２５％、ナフテン系含量が２５〜４５重量％、パラフィン系含量が３５〜６５重量％からなることが望ましく、プロセスオイルの組成が前記範囲を外れて芳香族系含量が多くなれば、氷上制動性能が不良になる。プロセスオイルの含量は、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、２０〜３５重量部程度である。
【００１２】
補強剤として添加されるカーボンブラックとシリカは特別に限定されるものではなく、その含量は、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、４０〜９０重量部である。その含量が、原料ゴム１００重量部に対して、４０重量部未満であれば、回転抵抗は向上するが氷上制動性能が不良になり、１００重量部を超えれば、カーボンブラックおよびシリカの分散不良によって加工性が不良になり、発熱が増加して耐磨耗性が低下する逆效果が発生する。
【００１３】
また、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物には、通常にタイヤトレッド用ゴムに添加される酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、硫黄、促進剤などのその他の添加剤が添加されることができる。
【００１４】
一方、本発明のトレッド用ゴム組成物に特徴的に添加されるポリアラミド系纎維はパラ系アラミド纎維であって、具体的には、パラフェニレンテレフタルアミドと３，４−オキシジフェニレンテレフタルアミドの共重合体（co-poly-（paraphenylene/3,4-oxydiphenylene terephthalamide））であり、ヤング率（Young's  modulus）が２０〜２１ＧＰａ、引張強度（Tensile Strength）が３，０００〜３，２５０ＭＰａの機械的特性を持ち、同時に纎維表面にＲＦＬ（Resocinal formaldehide Liquid）溶液で処理されることによりゴムとの化学的結合が可能になるので、既存の短纎維を使用時のように耐摩耗性能が低下することがない。また、高いヤング率および引張強度を持つパラ系ポリアラミド纎維の添加によって硬度が上昇することにより、乾路面での調整安定性能を向上させる効果を得ることができる。
【００１５】
前記のような特性を有するパラ系ポリアラミド纎維をタイヤトレッドゴム組成物に使用すれば、スタッドタイヤのスタッドの役目をすることになり、このような繊維を使用しない場合と比べて、基本的に氷雪路面での駆動力および制動力を、向上させことができる。従来使用した短繊維または天然纎維の場合、ゴム中で球状を呈するが、ポリアラミド纎維の場合、高いヤング率および引張強度によって元の形状である線状形状を保つことにより、外部衝撃によって容易に離脱しないという特性がある。またポリアラミド繊維は高いヤング率および引張強度により、配合されたゴムを補強する役目を果たす。
【００１６】
本発明によるゴム組成物に含有されるパラ系ポリアラミド纎維の含量は、原料ゴム固形分含量１００重量部に対して、１〜１０重量部であることが望ましい。その含量が１０重量部を超えれば、加工性が不良になり、過多使用によって、却ってゴム内での分散性が低下し、耐磨耗性が低下する逆效果が発生する。
また、本発明によるゴム組成物には発泡剤が含まれてもよく、発泡剤は、原料ゴム１００重量部に対して、３〜４重量部で添加することができる。本発明の一実施例による発泡剤が添加されたゴム組成物は、気泡直径２０〜１４０μｍの独立気泡を単位面積１ｍｍ２当たり３０〜１２０個有する発泡ゴムであることを特徴とする。
【００１７】
以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明するが、本発明が実施例によって限定されるものではない。
【００１８】
（実施例１および実施例２と比較例１〜比較例４）
天然ゴムとスチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、カーボンブラックおよび通常の添加剤を下記表１に示す成分比で配合してゴム組成物を製造した後、これを加硫させてゴム試片を製造した。
前記のように得られた試片に対し、低温硬度試験、アイス摩擦係数（氷上での摩擦係数）、粘弾性などを測定した結果を下記表１に示した。
具体的に、低温硬度は、ＡＳＴＭショアＡ硬度計によって、温度調節の可能なチャンバー内で１時間放置した後に測定した（−２０℃での硬度）。アイス摩擦係数は、動的摩擦試験機（Ｓｕｎｎｙ  Ｋｏｋｅｎ社製）によって、２４時間凍らせたアイス路面上で３０ｋｍ／ｈｒ速度で摩擦係数を測定した。
摩耗試験においてはランボルン摩耗試験機を利用して測定を行った。尚、指数が高いほど摩耗性能が優れていることを示す。制動性能指数は、ゴム組成物を利用して１９５／６５Ｒ １５Ｔの規格に従って製造したタイヤを各種路面上で制動試験を行い、その結果を指数に換算した値であって、指数が大きいほど制動距離が短くなる。
【００１９】
【表１】
2006336013.tif 000002
【００２０】
ＳＥＭを利用して、比較例４および実施例２によって得られたゴム試片の表面を観察し、その結果をそれぞれ図１および図２に示した。
図１および２を参照すれば、短繊維または天然纎維は、ゴム中で球状を呈するのに対し、本発明によるパラ系ポリアラミド纎維は、ゴム中で線状の形状を維持していることが分かる。
【００２１】
一方、表１の結果から、短繊維または天然纎維を使用した比較例２の場合、何も添加しなかった比較例１に比べて、スノー／アイス路面での制動性能が大きく向上するが、その添加によって耐摩耗性能は低下することが分かる。
【００２２】
そして、アラミド系短繊維を使用した比較例３の場合は、実施例１に比べて、引張強度が低く、短繊維表面がＲＦＬ処理されないためゴムとの結合力が弱く、耐摩耗性能が低下することが分かる。
【００２３】
しかし、本発明のような特定のパラ系ポリアラミド纎維を使用した実施例１および実施例２の場合、既存の短繊維または天然纎維のように、スノー／アイス制動性能が向上するだけでなく、耐摩耗性能が低下しないことが分かる。
これは、図１および図２で確認できるように、短繊維または天然纎維の場合、ゴム配合時に加わる高いせん断応力（Shear Force）によって纎維の形状変化して球状を呈するからである。一方で、本発明によるパラ系ポリアラミド纎維の場合、高いヤング率および引張強度によって元の形状そのままの線状の形状を保つ。よって、外部衝撃によってゴムから容易に離脱することがない。また高いヤング率および引張強度を有する本発明のパラ系ポリアラミド繊維は、その纎維表面をＲＦＬ溶液で処理することによって、ゴムとの化学的結合（Chemical Bonding）が可能になり、本発明のゴム組成物に配合されたゴム中で補強剤としての役目を果たす。
【００２４】
しかし、このような効果を奏するパラ系ポリアラミド纎維であっても、過量に使用すれば、前記比較例４から分かるように、低温での硬度が過度に上昇して路面との接地（Ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ）性能が低下することによって、スノー／アイス路面での制動性能が低下する。特に、配合ゴム中に分散不良が発生して摩耗性能が低下することになる。よって、本発明のゴム組成物に添加する時、その含量は１０重量部以下であることが望ましい。
【００２５】
（実施例３および実施例４と比較例５〜比較例８）
原料ゴムとして、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムおよびブタジエンゴムを使用し、カーボンブラックとシリカを初めとして、通常の添加剤および発泡剤を下記表２に示す成分比で配合してゴム組成物を製造した後、加硫させてゴム試片を製造した。
【００２６】
実施例３および実施例４と比較例７は本発明によるパラ系ポリアラミド纎維を添加した場合であり、比較例１は通常の発泡ゴムの場合であり、比較例２は氷上制動性向上のための従来の方法であって、短繊維または天然纎維を添加した例である。そして、比較例４は、アラミド纎維として、本発明によるゴム組成物に使用されたものではなく、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）という短繊維を添加した例である。
【００２７】
前記のように得たゴム試片に対し、低温硬度、アイス摩擦係数、粘弾性などを測定した結果を下記表２に示した。
【００２８】
前記において、発泡ゴムの気泡数は、肉眼で気泡数を観察してゴム試片１ｍｍ２当たり気泡直径が２０〜１４０μｍの独立気泡の数を測定した。低温硬度は、ＡＳＴＭショアＡ硬度計によって、温度調節可能なチャンバー内で１時間放置した後に測定した（−２０℃での硬度）。
【００２９】
アイス摩擦係数は、動的摩擦試験機（Ｓｕｎｎｙ  Ｋｏｋｅｎ社製）を利用して２４時間凍らせたアイス路面上で３０Ｋｍ／ｈｒの速度で摩擦係数を測定した。摩耗試験においては、ランボルン摩耗試験機を利用して測定を行った。尚、指数が高いほど摩耗性能に優れることを示す。
【００３０】
一方、実車実験において、制動性能指数はゴム組成物を利用して１９５／６５Ｒ １５Ｑの規格に従って製造したタイヤを各種路面上で制動試験を行った結果を指数に換算した値であって、指数が大きいほど制動距離が短くなることを示す。
【００３１】
耐摩耗性能は、１９５／６５Ｒ １５Ｑの規格に従ってタイヤを製造して一定距離を走行した後、タイヤの重さ損失（Ｌｏｓｓ）を測定して相対的な指数で表現し、調整安定性能は、前記規格に従ってタイヤを製造し、一定の距離を走行した時に測定されるラップタイム（Ｌａｐ  Ｔｉｍｅ）を相対的な指数で表現した。
【００３２】
【表２】
2006336013.tif 000003
【００３３】
ＳＥＭを利用して、比較例６および実施例４で得られたゴム試片の表面を観察した結果をそれぞれ図３および図４に示した。
図３および図４を参照すれば、短繊維または天然纎維は、ゴム中で球状を呈しているのに対して、本発明によるパラ系ポリアラミド纎維は、ゴム中で線状の形状を保っていることが分かる。
【００３４】
一方、前記表２の結果から、比較例５と比較例６を比べて見れば、発泡ゴムに短繊維または天然纎維を使用した場合（比較例５）、前記纎維を使用しなかった場合（比較例６）に比べて、スノー／アイス路面での制動性能および乾路面での調整安定性能が大きく向上するが、添加された短繊維または天然纎維によって耐摩耗性能は低下することが分かる。
【００３５】
一方、実施例３および実施例４の場合のように、発泡ゴムに特定のパラ系ポリアラミド纎維を使用する場合、スノー／アイス制動性能および乾路面での調整安定性能は既存の短繊維または天然纎維と同様に向上し、同時に既存の短繊維または天然纎維添加時に低下した耐摩耗性能が元の水準に維持されることが分かる。
【００３６】
これは、短繊維または天然纎維の場合、ゴムへの配合時に加わる高いせん断力によって纎維の形状を保存することができないのに対して、本発明によるパラ系ポリアラミド纎維の場合、高いヤング率および引張強度を有するから、ゴム中で元の線状の形状を保つから、外部衝撃によって容易に離脱することがない。また、高いヤング率および引張強度を有する本発明のパラ系ポリアラミド繊維は、更に、本発明のゴム組成物に配合されるゴムを補強する役目を果たす。
【００３７】
一方、比較例７の場合のように、発泡ゴムに本発明によるパラ系ポリアラミド系纎維を過量に使用すれば、まず低温での硬度が過度に上昇して路面との接地（Ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ）性能が低下して、スノー／アイス路面での制動性能が更に向上することはない。特にポリアラミド系纎維を過量に投入すると、配合ゴム中の分散不良が発生して、却って摩耗性能が低下することになる。
【００３８】
そして、ポリアラミド系纎維を使用しても、比較例８のように、本発明によるポリアラミド系纎維でない場合、比較例６に比べて、引張強度が低く、短繊維表面がＲＦＬ処理されていないため、ゴムとの結合力が弱く、耐摩耗性能が低下することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、タイヤの異常磨耗および偏磨耗を予防することができ、氷上制動特性を向上させたスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】比較例２で収得した短繊維または天然纎維を含む従来のトレッドゴム試片の表面を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２】実施例２で収得したアラミド系纎維を含む本発明の一実施例によるトレッドゴム試片の表面を撮影した走査電子顕微鏡写真である。
【図３】比較例６で収得した短繊維または天然纎維を含む従来の発泡ゴム試片の表面を撮影した走査電子顕微鏡写真である。
【図４】実施例４で収得したアラミド系纎維を含む本発明の一実施例による発泡ゴム試片の表面を撮影した走査電子顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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