(57)【要約】【課題】ゴム配合時、特にはゴム練り作業時の作業性が良好で、かつ、高価格となることなく優れた熱伝導性を発現するゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供する。【解決手段】ゴム材料を基材とし、充填剤として、かさ密度が１〜１０ｇ／ｃｍ３であり、かつ、熱伝導率が０．４〜１．０Ｗ／ｍＫである炭素繊維を含有するゴム組成物及びそれを用いたタイヤである。炭素繊維の平均径が１〜２０μｍであることが好ましく、炭素繊維の含有量が、ゴム材料１００質量部に対して０．０１〜１００質量部であることが好ましい。さらに、炭素繊維以外の充填剤として、カーボンブラックおよび／または無機充填剤を含有することが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム材料を基材とし、充填剤として、かさ密度が１〜１０ｇ／ｃｍ３であり、かつ、熱伝導率が０．４〜１．０Ｗ／ｍＫである炭素繊維を含有することを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】
前記炭素繊維の平均径が１〜２０μｍである請求項１記載のゴム組成物。
【請求項３】
前記炭素繊維の含有量が、前記ゴム材料１００質量部に対して０．０１〜１００質量部である請求項１または２記載のゴム組成物。
【請求項４】
前記炭素繊維以外の充填剤として、カーボンブラックおよび／または無機充填剤を含有する請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム組成物。
【請求項５】
請求項１〜４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、ゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関し、詳しくは、ゴム配合時、特にはゴム練り作業時の作業性が良好で、優れた熱伝導性を発現するゴム組成物及びそれを用いたタイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気電子部品、タイヤ、ベルト等の各種製品には、その特性に応じて、種々の天然ゴムや各種合成ゴムを基材としたゴム組成物が使用されている。かかる製品の性能や機能は、基材としてのゴム材料と同様に、種々配合されている充填剤等の副資材や加硫条件などによっても大きく影響を受ける。
【０００３】
例えば、天然ゴムの補強効果を得るための充填剤としてはカーボンブラックやシリカが広く知られており、熱伝導性を高めるためにはアルミナや窒化ホウ素等を、また、電気伝導性を付与するためには銅やニッケルのような金属粉や導電性カーボンを、夫々配合する等の手法が取られている。
【０００４】
また、特許文献１では、気相成長炭素繊維を利用することにより高弾性率で耐亀裂成長性、反発弾性に優れた、熱伝導性が高いゴム組成物が得られることが報告されている。さらに、特許文献２では、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るために、ゴムとシリカと、その平均直径が０．０１〜３μｍの気相成長炭素繊維とを含有するゴム組成物が報告されている。
【０００５】
しかしながら、従来知られている充填剤においては、高い効果を得るためには配合量を増大するしかなく、結果として、充填剤の均一な分散を得ることができず性能にバラツキが出たり、粘度の上昇や物性の低下が大きくなって成型性が悪化したり、あるいは、得られたゴム物品の力学物性が低下して実用に供し得なくなるなどの欠点をも伴うものであった。
【０００６】
そこで、比較的少量の添加によっても高い効果を発現し、かつ、力学物性などの他の性能に悪影響を及ぼさない充填剤を使用することにより、諸物性のバランスがとれ、特には機械的特性を維持しつつ、熱伝導性および電気伝導性を向上した加硫ゴム組成物を提供することを目的として、特許文献３には、ゴム材料を基材とし、充填剤として、レーザー回析式粒度分布測定装置で測定したサイズ分布の、数平均が５μｍ以下、重量平均が２０μｍ以下である炭素繊維を含有する方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４には、ゴム材料を基材とし、充填剤として平均アスペクト比が１０未満である気相成長炭素繊維を配合する方法が開示されている。さらに、特許文献５には、炭素繊維の平均径０．５ｎｍから５００ｎｍであるゴム組成物が開示されており、熱伝導性を示すタイヤ材料としてナノメートルオーダー（φ：〜数１００ｎｍ）の気相成長炭素繊維が有力であった。
【特許文献１】特開平１−２８７１５１号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開平８−１２７６７４号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献３】特開２００６−２９８９４６号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献４】特開２００３−３２７７５３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献５】特開２００４−１４３１８７号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３〜５記載の方法では、ゴム配合時に熱伝導性を付与するために充填剤として直径の小さい気相成長炭素繊維等を使用しており、そのため必然的にかさ密度が低くなり作業性が大幅に悪くなるという問題点があった。特に、特許文献５記載のように、直径がナノメートルオーダーの場合は顕著である。また、繊維直径の細い気相成長炭素繊維は価格が高いという問題点もある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ゴム配合時、特にはゴム練り作業時の作業性が良好で、かつ、高価格となることなく優れた熱伝導性を発現するゴム組成物及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】
【００１０】
本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、熱伝導性が高く、かさ密度の高い炭素繊維を用いることで前記課題を解決し得ることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明のゴム組成物は、ゴム材料を基材とし、充填剤として、かさ密度が１〜１０ｇ／ｃｍ３であり、かつ、熱伝導率が、０．４〜１．０Ｗ／ｍＫである炭素繊維を含有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のゴム組成物は、前記炭素繊維の平均径が、１〜２０μｍであることが好ましく、さらに、前記炭素繊維の含有量が、前記ゴム材料１００質量部に対して０．０１〜１００質量部であることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、前記炭素繊維以外の充填剤として、カーボンブラックおよび／または無機充填剤を含有することが好ましい。
【００１４】
本発明のタイヤは、前記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】
【００１５】
本発明によると、ゴム配合時、特にはゴム練り作業時の作業性が良好で、かつ、高価格となることなく優れた熱伝導性を発現するゴム組成物及びそれを用いたタイヤを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態について具体的に説明する。
本発明における炭素繊維は、充填剤として使用され、かさ密度が１〜１０ｇ／ｃｍ３、好ましくは１〜８ｇ／ｃｍ３であり、かつ、熱伝導率が０．４〜１．０Ｗ／ｍＫ、好ましくは０．４１〜０．９０Ｗ／ｍＫである。かさ密度が１ｇ／ｃｍ３未満であると炭素繊維の投入等に時間がかかり、ゴム配合時の作業性が悪く、一方、１０ｇ／ｃｍ３を超えるものは存在しない。また、熱伝導率が０．４Ｗ／ｍＫ未満であると十分な熱伝導性を有するゴム組成物を得ることができず、一方、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍＫを超えると他のゴム物性に影響を与え、好ましくない。
【００１７】
ここで、かさ密度の測定方法は、特に限定されず、炭素繊維の質量および体積を測定してかさ密度を求めることができる。
【００１８】
また、熱伝導率の測定方法は、例えば、京都電子（株）製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて、粉体を圧縮することにより測定する。
【００１９】
また、本発明における炭素繊維は、平均径が、１〜２０μｍであることが好ましく、３〜１５μｍであることがさらに好ましい。平均径が、１μｍ未満であるとゴム配合時の作業性が悪くなる場合があり、一方、２０μｍを超えるとゴム物性に影響を与える場合があり、好ましくない。
【００２０】
さらに、本発明における炭素繊維の長さとしては、所望の効果が得られれば特に限定されないが、好ましくは１０〜５００μｍである。
【００２１】
炭素繊維の平均径および長さの測定は、特には限定されないが、例えば、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、写真中に写された炭素繊維から１０００個のサンプルを無作為に選択し、選択した炭素繊維の直径を自動画像処理解析装置（ＬＵＺＥＸＡＰ）の２点間距離測定により求めることができ、また、選択した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ることができる。これら直径および長さの値から、１０００個の平均値を求めることができる。
【００２２】
本発明における炭素繊維としては、例えば、日本グラファイトファイバー株式会社製の炭素繊維ＸＮ−１００−０５Ｍ（商品名）、ＸＮ−１００−１０Ｍ（商品名）およびＸＮ−１００−１５Ｍ（商品名）等が挙げられる。
【００２３】
本発明におけるゴム材料としては、天然ゴム、汎用合成ゴム、例えば、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム、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、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等、ジエン系特殊ゴム、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、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、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。コストと性能とのバランスから、好ましくは、天然ゴムまたは汎用合成ゴムである。
【００２４】
本発明に係る炭素繊維の含有量は、ゴム材料１００質量部に対して０．０１〜１００質量部とすることが好ましい。０．０１質量部未満では所期の性能を十分に得ることができず、また、１００質量部を超えて含有させても、所期の性能のさらなる向上効果は発現しにくく、混合や成型等における作業性が低下するため、いずれも好ましくない。
【００２５】
本発明の組成物においては、本発明に係る炭素繊維以外の各種充填剤を、ゴム材料１００質量部に対して０〜１２０質量部含有することが好適である。更に好適には、充填剤として、カーボンブラックおよび／または無機充填剤を含有させる。組成物中にカーボンブラックおよび／または無機充填剤が適量含有されていると、本発明に係る炭素繊維のみを添加した場合に比してより高い補強効果が得られる。カーボンブラックとしては、ＨＡＦ級のものなど公知のものを使用することができる。また、無機充填剤としては、シリカ、炭酸カルシウム等が挙げられる。
【００２６】
また、本発明のゴム組成物には、上記ゴム成分および炭素繊維の他、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、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。
【００２７】
本発明のゴム組成物は、常法に従い適宜装置、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し、タイヤ等の各種ゴム製品に好適に適用することができ、特にタイヤに好適に使用できる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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】
【００３１】
次に、本発明を実施例により更に詳しく説明する。本発明は、この例によって限定されるものではない。
【００３２】
炭素繊維の物性測定
下記の表１記載の炭素繊維について、平均径φ（μｍ）、長さ（μｍ）、かさ密度（圧密）（ｇ／ｃｍ３）および熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）を以下のようにして測定した。得られた結果を下記の表１に併記する。
【００３３】
平均径φ、長さ測定
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、写真中に写された炭素繊維から１０００個のサンプルを無作為に選択し、選択した炭素繊維の直径を自動画像処理解析装置（ＬＵＺＥＸＡＰ）の２点間距離測定により求めた。また、選択した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。
【００３４】
かさ密度（圧密）測定
炭素繊維の質量を測定し、上蓋付きの目盛付き容器に炭素繊維を入れて圧縮して体積を測定して、かさ密度を求めた。
【００３５】
熱伝導率の測定
京都電子（株）製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて熱伝導率を測定して、熱伝導性を評価した。測定条件をそろえるために、密度を０．１ｇ／ｃｍ３の条件で測定した。
【００３６】
【表１】
2009144109.tif 000002
１）ＸＮ−１００−０５Ｍ：炭素繊維（日本グラファイトファイバー株式会社製）
２）ＸＮ−１００−１０Ｍ：炭素繊維（日本グラファイトファイバー株式会社製）
３）ＸＮ−１００−１５Ｍ：炭素繊維（日本グラファイトファイバー株式会社製）
４）ＣＮＴ：下記方法で作製した気相成長炭素繊維
【００３７】
ＣＮＴの作製
硝酸鉄（関東化学株式会社製）、硝酸マグネシウム（関東化学株式会社製）およびモリブデン酸アンモニウム（関東化学株式会社製）を、質量比で（Ｆｅ：Ｍｏ：Ｍｇ＝１０：７：８３）の割合で秤量し、それぞれの前駆体のモル数に対して１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、活性金属化合物溶液を調製した。Ｆｅ＋Ｍｏ＋Ｍｇの合計モル数に対して１．２倍量のシュウ酸を１ｍｏｌ／Ｌになるように９０％エタノールに溶解して、シュウ酸溶液を調製した。活性金属化合物溶液とシュウ酸溶液を混合し、鉄、マグネシウムおよびモリブデンをシュウ酸により同時に沈殿させた。遠心分離（２０００ｒｐｍ、１５分間）した後、上澄み液を廃棄して、９０％エタノールを加えて沈殿溶液を８０℃で４時間真空乾燥し、前駆体を作製した。得られた前駆体を５５０℃で４時間焼成して触媒とした。かかる触媒を横型流通式反応炉中の５０ｍｇ石英ボードの上に配置し、水素／窒素＝１５０ｍＬ／１５０ｍＬ／ｍｉｎの気流中で６５０℃、２０分間還元処理した。次いで、還元処理後の触媒を８００℃まで昇温し、水素をメタンに切り替え、窒素／メタン＝１５０ｍＬ／１５０ｍＬ／ｍｉｎで３０分間反応させ、炭素繊維を作製した。
【００３８】
実施例１〜３及び比較例１、２
混練り条件
表１に示す各種炭素繊維を用いて、ラボプラストミル（東洋精機（株）製）にて、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を７０℃、５０ｒｐｍで３分間素練りした後、下記の表２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℃にて３０ｒｐｍで更に混合した（ノンプロ配合）。得られた混合物を取り出して、冷却、秤量した後、残りの加硫促進剤および硫黄を投入し、プラベンダーを用いて、５０℃にて３０ｒｐｍで再度混合した（プロ配合）。
【００３９】
ゴムシート作製条件
混練りした混合物を高温プレスを用いて１５０℃×１５分にて加硫して、１ｍｍ厚の加硫ゴムシートを作製した。
【００４０】
ゴムシートの熱伝導率の測定
京都電子（株）製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて、ゴムシートの熱伝導率を測定し、比較例２の値を１００として、評価した。数値が大なる程、結果が良好である。ゴムシートの熱伝導率の測定結果を表２に併記する。
【００４１】
ゴムシートの作業性評価
ゴムシートの作製における作業性を評価した。ゴム練り作業時の作業性が良好な場合を○、作業性が悪い場合を×で示し、表２に併記する。
【００４２】
【表２】
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５）ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム（ＪＳＲ社製）
６）ＨＡＦ：カーボンブラック（シースト３、東海カーボン株式会社製）
７）老化防止剤：Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン
８）加硫促進剤：Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド
【００４３】
表２の結果から、高い熱伝導性を示す炭素繊維を用いた平均径φ１０μｍの実施例１〜３においては、平均径２０ｎｍのＣＮＴと同等の熱伝導性を発現することが分かる。また、比較例１においては、かさ密度が低いため作業性が悪い（投入等に時間がかかる）のに対し、実施例１〜３ではＣＮＴに比べかさ密度が高く、作業性が良好であった。さらに、実施例１〜３においては、従来より低いコストでゴム組成物を作製することができた。