(57)【要約】【課題】  混練によるゴム物性への影響を排除して、混練条件を変えた場合であっても、所望のゴム物性を確実に実現することができるゴム組成物およびそれを用いたタイヤを提供する。【解決手段】  ゴム成分と、気相成長炭素繊維とを含むゴム組成物である。混練後における気相成長炭素繊維の、長さが０．５〜１０００μｍの範囲内であり、かつ、直径が０．０１〜５０μｍの範囲内である。混練後における気相成長炭素繊維の、平均長さと平均直径とから得られるアスペクト比の値は、好適には０．０１〜１００００の範囲内である。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム成分と、気相成長炭素繊維とを含むゴム組成物であって、混練後における前記気相成長炭素繊維の、長さが０．５〜１０００μｍの範囲内であり、かつ、直径が０．０１〜５０μｍの範囲内であることを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】
混練後における前記気相成長炭素繊維の、平均長さと平均直径とから得られるアスペクト比の値が０．０１〜１００００の範囲内である請求項１記載のゴム組成物。
【請求項３】
前記ゴム成分１００重量部に対し、前記気相成長炭素繊維が０．１〜１００重量部配合されている請求項１または２記載のゴム組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム組成物を用いたことを特徴とするタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関し、詳しくは、タイヤを初めとする各種ゴム物品に用いられ、混練条件を変えた場合でも所望のゴム物性が確実に得られるゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴム業界においては、従来、所定のゴム物性を得ることを目的として、ゴム成分に対し炭素繊維を配合することが一般的に行われている。特に、所定形状の炭素繊維を配合することにより所望の物性を有するゴム組成物を得る技術については、これまでに種々提案されてきている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ゴム成分に対し、シリカ質充填剤に加えて所定の平均直径の気相成長炭素繊維を配合することで、シリカ配合による特性を低下させることなく導電性の向上を図った帯電防止性ゴム組成物が記載されている。当該文献には、用いる気相成長炭素繊維の平均直径が０．０１〜３μｍ、特には０．０５〜０．５μｍの範囲内にあることで、ゴムを混練する際に気相成長炭素繊維が破砕されず、上記目的を良好に達成することができる一方、気相成長炭素繊維の平均直径が０．０１μｍ未満であると、ゴムの混練の際に、気相成長炭素繊維がゴム中に良好に分散せずに凝集してしまう傾向を生じ、また、気相成長炭素繊維の平均直径が３μｍを超えると、ゴムとの混練に際し気相成長炭素繊維が破砕されてしまう傾向を生じることがある旨も記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、弾性材料に対し、充填材として、所定の寸法を有する炭素繊維とカーボンブラックとが配合されてなる弾性体組成物が記載されており、炭素繊維としては、好適には長さ０．１〜３０μｍ、直径２〜６０ｎｍの中空繊維であるいわゆるカーボンナノチューブや、気相成長法で製造されてなる、長さ１〜５０μｍ、直径０．０５〜０．５μｍの繊維、いわゆる気相成長炭素繊維が好適であることも記載されている。
【０００５】
その他、繊維材料の配合により樹脂組成物の特性を改良する技術としては、例えば、特許文献３に、射出成形時の流動性に優れ、機械的強度の大きい成形品の得られる熱可塑性樹脂組成物を実現することを目的として、熱可塑性樹脂にガラス繊維を添加して溶融混練した樹脂中のガラス繊維長分布のうち、５００μｍ以上のものおよび１５００μｍ以上のものをそれぞれ所定比率に規定したガラス繊維強化熱可塑性樹脂組成物が記載されており、特許文献４には、成形性、耐熱性等のナイロン樹脂本来の特性にも均衡して優れた振動溶着に適したナイロン樹脂組成物を得ることを目的として、ナイロン樹脂に対し、所定の平均繊維径を有するガラス繊維およびアニーリング時の溶着部強度保持率を向上できる量の銅化合物を、それぞれ所定量で溶融混練してなる溶着用樹脂組成物が記載されている。
【特許文献１】特開平８−１２７６７４号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０５０１８１号パンフレット
【特許文献３】特開平８−１３４２６４号公報
【特許文献４】特開平１０−２３１４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、従来、炭素繊維を配合することにより組成物の物性を改良する技術については種々提案されているが、これらは主として配合する炭素繊維の形状に係る改良技術であり、混練前の炭素繊維の形状に着目するものである。この場合、配合ゴムを混練することにより炭素繊維が破砕されてしまう可能性についても考慮はなされているが、十分なものではなく、配合ゴムを混練した後においても炭素繊維が破砕されずに形状が保持されているかどうかや、破砕した場合の炭素繊維の形状変化などについて確認した上で、混練後の炭素繊維の形状により規定する技術は存在しない。従って、従来技術では、混練条件が変われば最終的に得られるゴム組成物の物性にも変動が生ずることとなり、目的とする物性を達成できないおそれがあった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、混練によるゴム物性への影響を排除して、混練条件を変えた場合であっても、所望のゴム物性を確実に実現することができるゴム組成物およびそれを用いたタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは鋭意検討した結果、下記構成とすることにより、上記問題を解消できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、気相成長炭素繊維とを含むゴム組成物であって、混練後における前記気相成長炭素繊維の、長さが０．５〜１０００μｍの範囲内であり、かつ、直径が０．０１〜５０μｍの範囲内であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のゴム組成物においては、好適には、混練後における前記気相成長炭素繊維の、平均長さと平均直径とから得られるアスペクト比の値が０．０１〜１００００の範囲内である。また、前記ゴム成分１００重量部に対し、前記気相成長炭素繊維が０．１〜１００重量部配合されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明のタイヤは、上記本発明のゴム組成物を用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記構成としたことにより、混練によるゴム物性への影響を排除して、混練条件を変えた場合であっても所望のゴム物性を確実に得ることができるゴム組成物およびそれを用いたタイヤを実現することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、気相成長炭素繊維とを含み、混練後における気相成長炭素繊維の長さおよび直径、好ましくはさらに、平均長さと平均直径とから得られるアスペクト比を、所定の範囲内に規定した点に特徴を有する。
【００１４】
具体的には、混練後における気相成長炭素繊維として、長さが０．５〜１０００μｍ、好適には１〜１００μｍの範囲内であり、かつ、直径が０．０１〜５０μｍ、好適には０．１〜２０μｍの範囲内であるものを用いる。前述したように、ゴム組成物中の気相成長炭素繊維の混練による形状変化についてはこれまで十分に検討されていなかったが、本発明においては、後述するようにして混練後のゴム組成物から気相成長炭素繊維を取り出して測定することにより、混練によってその長さや直径等が変動していることを確認した。従って本発明においては、混練後における気相成長炭素繊維の長さおよび直径を上記範囲内に規定することで、所望のゴム物性をより確実に得られるゴム組成物を実現することが可能となったものである。
【００１５】
混練後における気相成長炭素繊維の長さが上記範囲よりも小さくても大きくても、目的とする物性を達成できないため、好ましくない。また、混練後における気相成長炭素繊維の直径が上記範囲よりも小さいと、ゴム成分中に十分に分散させることができず、一方、大きいと、ゴム成分中への分散が悪くなってしまい、いずれも好ましくない。
【００１６】
また、上記のことから、本発明に係る、混練後における気相成長炭素繊維の、平均長さと平均直径とから得られるアスペクト比の値は、好適には０．０１〜１００００、より好適には０．０５〜１００の範囲内である。この範囲内とすることにより、本発明の所期の効果をより良好に得ることができる。
【００１７】
なお、混練後におけるゴム組成物中から気相成長炭素繊維を取り出すための方法としては、熱分解法や硝酸分解法を好適に用いることができ、その後、取り出した気相成長炭素繊維の透過型電子顕微鏡写真を撮影し、得られた透過型顕微鏡写真を観察、測定することにより、気相成長炭素繊維の直径および長さを求めることができる。具体的には、熱分解法は、以下の手順により行われる。（１）所定量の試料を石英ボードに載せ、窒素気流下、８００〜９００℃に保った石英燃焼管に入れて気相成長炭素繊維以外のゴムおよび有機添加剤を熱分解除去する。（２）放冷後、石英ボードを空気気流下、８００〜９００℃に保った石英燃焼管に入れ、石英ボード上の炭素繊維を完全燃焼させる。また、硝酸分解法は、以下の手順により行われる。（１）所定量の試料をアセトン／クロロホルムで抽出する。（２）乾燥した抽出残分に硝酸を加え、溶液の表面に泡が認められなくなるまで水浴上で加熱してゴム分を分解する。（３）硝酸を傾斜、ろ過で除いた後、分解残分を水酸化ナトリウム溶液、塩酸溶液の順に洗浄する。（４）洗浄後の残分を１００±５℃の空気浴中で９０分乾燥し、放冷後、硝酸分解残分を５００〜６００℃に強熱して残分中の炭素繊維を燃焼させる。
【００１８】
本発明において用いる気相成長炭素繊維としては、上記条件を満足するものであれば特に制限されるものではなく、具体的には例えば、市販品として、昭和電工（株）製の気相法炭素繊維ＶＧＣＦ（登録商標）を好適に用いることができる。
【００１９】
また、かかる気相成長炭素繊維の配合量としては、ゴム成分１００重量部に対し、好ましくは０．１〜１００重量部、より好ましくは１〜５０重量部程度である。本発明のゴム組成物においては、気相成長炭素繊維の配合量を上記範囲内とすることにより、所望の粘弾性、抵抗値等を実現することができる。
【００２０】
本発明のゴム組成物におけるゴム成分としては、用途に応じ、天然ゴムおよび合成ゴムのうちから適宜選択した１種または２種以上を用いることができ、特に制限されるものではない。合成ゴムとしては、汎用合成ゴムとして、例えば、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、高シス−１，４ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、低シス−１，４ポリブタジエンゴム、高シス−１，４ポリイソプレンゴム（ＩＲ）等、ジエン系特殊ゴムとして、例えば、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム等、オレフィン系特殊ゴムとして、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等、その他特殊ゴムとして、例えば、ヒドリンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム等を挙げることができる。
【００２１】
また、本発明のゴム組成物には、上記ゴム成分および気相成長炭素繊維の他、ゴム業界で通常用いられている各種添加剤を、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜配合することができる。例えば、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム等の無機充填剤、シランカップリング剤等のカップリング剤、軟化剤、硫黄等の加硫剤、ジベンゾチアジルジスルフィド等の加硫促進剤、Ｎ−シクロへキシル−２−ベンゾチアジル−スルフェンアミド、Ｎ−オキシジエチレン−ベンゾチアジル−スルフェンアミド等の老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、オゾン劣化防止剤、発泡剤、発泡助剤等が挙げられ、これらは１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、これら各種添加剤としては、市販品を使用することができる。
【００２２】
本発明のゴム組成物は、以上の各成分を適宜選択した装置、条件、手法等にて混練り、熱入れ、押出等することにより調製され、タイヤ等の各種ゴム製品に好適に適用することができる。
【００２３】
混練りは、混練り装置への投入体積、ローターの回転速度、ラム圧等や、混練り温度、混練り時間、混練り装置等の諸条件について特に制限はなく、所望に応じ適宜選択することができる。混練り装置としては、例えば、ロールなどの開放式混練機やバンバリーミキサーなどの密閉式混練機等が挙げられ、市販品を好適に使用することができる。
【００２４】
熱入れまたは押出についても、熱入れまたは押出の時間、熱入れまたは押出の装置等の諸条件について特に制限はなく、所望に応じ適宜選択することができる。また、熱入れまたは押出の装置についても、市販品を好適に使用することができる。  
【００２５】
また、本発明のタイヤは、トレッド、ベルトなどの部材に上記本発明のゴム組成物を用いたものであればよく、これにより熱伝導による放熱効果で発熱を抑制することができるものであり、その具体的な構造や他の材料等については特に制限されるものではない。なお、本発明の空気入りタイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を、具体的な実施例に基づき詳細に説明する。
下記の表１に示す配合にてゴム組成物を調製し、以下の混練条件に従い混練を行った後、以下の熱分解法または硝酸分解法のうちのいずれかを選択して、試料に含まれる炭素繊維を取り出した。
【００２７】
（混練条件）
ラボプラストミル（東洋精機（株）製）を使用して、ＮＲを７０℃，５０ｒｐｍで素練りした後、下記表１中に示す加硫促進剤および硫黄を除く各添加剤を投入して、７０℃，５０ｒｐｍで４分混練した。得られた混合物を取り出し、冷却、秤量した後、残りの加硫促進剤および硫黄を投入して、７０℃，５０ｒｐｍで１分１５秒混練した。
【００２８】
（熱分解法）
混練したゴム組成物約０．２ｇを石英ボードに載せ、窒素気流下、８００〜９００℃に保った石英燃焼管に入れ、ゴムおよび有機添加剤を熱分解除去した。放冷後、石英ボードを空気気流下、８００〜９００℃に保った石英燃焼管に入れ、石英ボード上の炭素繊維を完全燃焼させた。
【００２９】
（硝酸分解法）
混練したゴム組成物約０．５ｇをアセトン／クロロホルムで抽出した。次いで、乾燥した抽出残分に硝酸を加え、溶液の表面に泡が認められなくなるまで水浴上で加熱してゴム分を分解した。硝酸を傾斜、ろ過で除いた後、分解残分を水酸化ナトリウム溶液、塩酸溶液の順に洗浄した。洗浄後の残分を１００±５℃の空気浴中で９０分乾燥し、放冷後硝酸分解残分を５００〜６００℃に強熱して残分中の炭素繊維を燃焼させた。
【００３０】
取り出した気相成長炭素繊維の透過型電子顕微鏡写真を撮影し、この写真を観察して、写真中に写された気相成長炭素繊維から１０００個のサンプルを無作為に選択した。選択した気相成長炭素繊維の直径を自動画像処理解析装置（ＬＵＺＥＸ  ＡＰ）の２点間距離測定により求めた。また、選択した気相成長炭素繊維の長さを自動画像処理解析装置（ＬＵＺＥＸ  ＡＰ）の書き込み線測定により求めた。これら直径および長さの値から、１０００個の平均値を求めた。
【００３１】
（動的粘弾性測定）
レオメトリックス（株）製のＡＲＥＳを用い、周波数１５Ｈｚ、測定温度５０℃、歪１％でＧ’（動的貯蔵弾性率）およびｔａｎδ（損失係数）を測定した。
【００３２】
（引張り強さおよび切断時伸び）
ＪＩＳ  Ｋ  ６２５１に準拠して引張試験を行い、加硫ゴムの引張り強さ（Ｔｂ）および切断時伸び（Ｅｂ）を測定した。
【００３３】
（体積抵抗率）
三菱化学（株）製のロレスタおよびハイレスタを用いて、各ゴム組成物からなる加硫ゴムシートの体積抵抗率を測定した。
【００３４】
（熱伝導率）
京都電子（株）の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて、各ゴム組成物からなる加硫ゴムシートの熱伝導率を測定した。
【００３５】
これらの結果を、下記の表１中に示す。
【００３６】
【表１】
2007045942.tif 000002
＊１）気相成長炭素繊維：昭和電工（株）製、気相法炭素繊維ＶＧＣＦ−Ｒ（登録商標）
＊２）気相成長炭素繊維：昭和電工（株）製、気相法炭素繊維ＶＧＣＦ−Ｈ（登録商標）
＊３）黒鉛化カーボンブラック：東海カーボン（株）製、品番トーカブラック＃３８５５
＊４）老化防止剤：Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェレニンジアミン
＊５）加硫促進剤：大内新興化学（株）製  商品名ノクセラーＣＺ、Ｎ−シクロへキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド