JPH05132585A - タイヤ用難燃ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐摩耗性を含む耐久性を損なわずに高度な難
燃性を有するタイヤ用難燃ゴム組成物を提案することで
ある。 【構成】 少なくもトレッドゴムを含むタイヤのゴム組
成物にして、難燃剤を重量％にして４．０以上、２５．
０以下の範囲の値を占めて配合したゴム組成物の酸素指
数を１９．８以上、２７．５以下の範囲の値としたタイ
ヤ用難燃ゴム組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、地下鉄、モノ
レール及び新都市交通用車両等の電気車両や航空機、一
般自動車、建設車両、及び産業車両用タイヤに用いるゴ
ム組成物に関し、耐摩耗性、耐発熱性、耐クラック性及
び耐カット性等タイヤに要求される耐久性を保持しつ
つ、燃焼し難いタイヤ用ゴム組成物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ゴムタイヤ（以降単にタイヤと
称す）は高温の火炎にさらされたり、高電圧、高電流の
短絡により生じるスパークに遭うと燃焼し易い性質を有
している。また、一旦着火し燃焼状態に至れば、容易に
消火し得ないばかりでなく燃焼温度が高く他への延焼を
促し、更にカーボンを含んだ有毒ガスを発生する危険が
ある。特に多くの人員を輸送するタイヤ式電気車両の場
合、タイヤが燃焼することは多くの人命に拘わり、特に
地下鉄車両の場合は密閉空間内であり、モノレール等の
いわゆる新都市交通車両の場合は高架式であることから
問題は一層深刻である。

【０００３】また、航空機にあっては特にランディング
の際タイヤに苛酷な制動力を加えざるを得ない緊急時、
トレッドが局部的に高温になり発火することが想定され
る。一般自動車では、引火、爆発の恐れがある危険物輸
送の場合に、タイヤが異常高温になり、発火の恐れなし
とは言えない。これらの諸点から、発火や着火し難く、
かつ、燃焼し難いタイヤの出現が強く望まれるようにな
った。

【０００４】前記要望に対し、特開平１−２７３７０３
で難燃性タイヤ、即ち、少なくとも一方のサイドウォー
ル部のゴム露出面に厚さが０．３ｍｍから３．０ｍｍの
難燃ゴム組成物層を形成するタイヤが提案されている。
これは特にモノレール等に使用されるタイヤにあって
は、装着箇所が電気火花を発生する電動モーターの集電
装置近傍に位置することから、サイドウォール部に限定
し難燃ゴム組成物を適用せんとしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然るに、前記開示技術
は、発明者等の実験によれば、約６９０℃の火炎温度で
完全燃焼に至った。これは、例え難燃ゴム組成物をタイ
ヤ外皮ゴムの外面に用いても、この難燃ゴム組成物の物
性上の制約からタイヤ外皮ゴム部の極一部にのみ適用せ
ざるを得ず、使用量不足であったことによるものであ
る。

【０００６】また、前記開示技術によるゴム組成物その
ものの強力や発熱性等の物性の点に不具合があり、実用
性に問題があった。

【０００７】更に、難燃ゴム組成物にハロゲン化炭化水
素、金属酸化物及び金属水酸化物を単独ないし組み合わ
せ用いるのは公知であり、これら従来技術による難燃ゴ
ム組成物は、例えば、コンベアベルトやホ−スに用いら
れている。しかし、これらのゴム製品はタイヤに比べ静
的条件の下での使用であり、このゴム組成物を仮にタイ
ヤに適用すれば、厳しい動的使用条件、即ち、大負荷荷
重の下で、転動接地による繰り返し屈曲変形で生じる大
きな圧縮・引っ張り歪み振幅、トレッド面に作用する圧
力と変位等により、タイヤの基本的な要求特性である耐
摩耗性、耐発熱性、耐クラック性及び耐カット性に重大
な欠陥を生じ、事実上、タイヤ成立が不可能であった。

【０００８】前記のごとく、従来技術にほぼ完全なタイ
ヤ用難燃ゴム組成物が存在しないのは、特開平１−２７
３７０３に見られるごとく、タイヤとして最も基本的か
つ重要特性である耐摩耗性、耐発熱性、耐クラック性や
耐カット性等の諸性能の向上、改善に意を注ぐに急であ
って、これら諸特性を損ねることなくタイヤ特性を維持
する難燃ゴム組成物をタイヤに適用するには至っていな
いと思考される。

【０００９】本発明は前記した諸問題を解決すべくなさ
れたものであり、その目的は、タイヤ用難燃ゴム組成物
に関し、タイヤの耐摩耗性、耐発熱性、耐クラック性、
耐カット性等のタイヤに要求される基本特性を損ねるこ
となく、大きな熱容量を有する火源、ないし、想定し得
る数多くの燃焼を促す環境に遭遇しても、タイヤの延焼
を遅らせ（遅燃性）、かつ、延焼し難くする（自己消火
性）ゴム組成物を提供することである。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明は、少なくもト
レッドゴムを含むタイヤのゴム組成物にして、難燃剤が
重量％にして４．０以上から２５．０以下の範囲の値を
占めて配合されたゴム組成物の酸素指数を１９．８以
上、２７．５以下の範囲の値としたタイヤ用難燃ゴム組
成物である。

【００１１】本発明においては、前記難燃剤は少なくも
ハロゲン化合物を含み、該化合物の塩素換算されたハロ
ゲンの重量を、難燃剤を配合したゴム組成物の１．６重
量％以上、１０重量％以下の範囲の値とするのが望まし
い。また本発明では、前記ハロゲン化合物をハロゲン化
炭化水素として、このハロゲン炭化水素のハロゲン含有
率を重量％にして３０以上、８０以下の範囲の値とし、
また、前記ハロゲン化炭化水素の分子量が８００以上で
あることが望ましい。

【００１２】更に本発明では、前記難燃剤をハロゲン化
炭化水素、金属酸化物及び金属水酸化物の三種で構成
し、前記金属酸化物が三酸化アンチモンであり、前記金
属水酸化物が水酸化アルミニュウム、または、水酸化マ
グネシュウムであることが望ましい。

【００１３】まず、本発明になるタイヤ用難燃ゴム組成
物に配合する難燃剤の総量は、難燃ゴム組成物に対し重
量％で４．０以上から２５．０以下の範囲とするのが望
ましい。これを、同じく重量％で６．０以上から２２．
０以下とすれば更に好ましく、８．００以上、２０．０
以下とすれば殊更好ましい。

【００１４】前記した量の難燃剤を配合した難燃ゴム組
成物の酸素指数を１９．８以上から２７．５以下の範囲
の値とするのが望ましく、これを２０．２以上から２
７．０以下の範囲とすれば更に好ましく、２０．４以上
２５．０以下とすれば殊更好ましい。尚、本発明で用い
る酸素指数はＪＩＳ Ｋ７２０１に準拠するものであ
る。

【００１５】本発明にあっては、配合される難燃剤に少
なくもハロゲン化合物を用いることを特徴とし、塩素換
算したハロゲンの量が難燃ゴム組成物の１．６重量％以
上１０．０重量％以下とするのが望ましい。

【００１６】また、前記ハロゲン化合物はハロゲン化炭
化水素とするのが好ましい。この際、ハロゲン化炭化水
素のハロゲン含有率が重量％で３０．０以上８０．０以
下の範囲とするのが望ましく、３８．０以上７５．０以
下の範囲とすれば更に好ましく、５０．０以上７２．０
以下の範囲とすれば殊更に好ましい。更にまた、前記ハ
ロゲン化炭化水素の分子量は８００以上であることが望
ましく、これを１０００以上とすれば更に好ましく、３
０００以上とすれば殊更に好ましい。

【００１７】ここで、ハロゲン化炭化水素としては、塩
素化パラフィン、クロロプレン、ポリ塩化ビニル、ヘキ
サブロモベンゼン、テトラブロモビスフェノールＡ及び
その誘導体、もしくは他のハロゲン系難燃剤等のうちか
ら、単独ないし二種以上組み合わせ用いるを可とする。

【００１８】本発明になるタイヤ用難燃ゴム組成物に配
合する難燃剤はハロゲン化炭化水素、金属酸化物及び金
属水酸化物の三種から構成することが望ましい。

【００１９】ここで、金属酸化物の総量は、ゴム組成物
の重量に対し０．３重量％以上から１１．０重量％以下
の範囲とするのが望ましく、０．３重量％以上９．０重
量％以下とすれば更に好ましく、これを更に０．５重量
％以上６．０重量％以下とすれば殊更好ましい。また、
前記金属酸化物には三酸化アンチモン、亜鉛華、酸化マ
グネシゥム、酸化カルシゥム、酸化バリゥム等のうちか
ら選択的に単独、又は組み合わせて用いるを可とする
が、特に三酸化アンチモンを用いるのが好ましい。

【００２０】また、前記金属水酸化物の総量は、ゴム組
成物の重量に対し１５．０重量％以下とするのが望まし
く、０．３重量％以上から１２．０重量％以下の範囲と
するのが更に好ましく、０．６重量％以上１１．０重量
％以下の範囲内とすれば殊更好ましい。金属水酸化物は
水酸化アルミニュムまたは水酸化マグネシゥムのうち、
少なくも一種を用いるのが望ましい。

【００２１】また、本発明になるタイヤ用難燃ゴム組成
物のエラストマーとして、天然ゴム、スチレンーブタジ
エン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、アクリロニト
リルーブタジエン共重合体ゴム、エチレンープロピレン
ー共役ジエン三元共重合体ゴム、ブチルゴム、ハロゲン
化ブチルゴム、フッ素ゴム、エピクロロヒドリンゴム等
を用いる事が可能である。

【００２２】しかしゴムタイヤの諸性能を考慮すれば、
前記の諸エラストマーのうち、天然ゴム、スチレンーブ
タジエン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、アクリロ
ニトリルーブタジエン共重合体ゴム、エチレンープロピ
レンー共役ジエン三元共重合体ゴム、ブチルゴム、ハロ
ゲン化ブチルゴム等を単独ないしブレンドして用いるの
が好ましい。

【００２３】更にまた、本発明の難燃ゴム組成物に配合
する他のゴム薬品として、カーボン等の補強剤、充填
剤、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、軟化
剤、老化防止剤等の従来のタイヤに使用する全ての配合
剤を用いることができる。

【００２４】本発明になる難燃ゴム組成物は、少なく
も、タイヤのトレッドゴムに適用するものであり、その
他の、例えば、サイドウォールゴムやゴムチェーファー
にも用いることができるのは勿論である。

【００２５】

【作用】発明者等は、各種実験の結果、タイヤに適用さ
れる難燃ゴム組成物中の難燃剤の量及び種類を限定した
時にのみ、実際の熱容量の大きな火源に遭遇したタイヤ
に十分な難燃性を付与し、かつ、前記したごとき厳しい
使用条件の下でタイヤとして求められる力学的諸特性を
維持させ得ることを見いだし、本発明に至った。

【００２６】まず、難燃ゴム組成物中に配合される難燃
剤の重量が該ゴム組成物の４．０％未満ではタイヤの諸
性能は維持されるものの、難燃性は付与されず完全燃焼
に至る。また、難燃剤の占める重量が２５．０％を越え
ると十分な難燃性を付与し得るが、タイヤとして極めて
重要特性である耐摩耗性が実用不可迄低下し、更に、耐
クラック性と耐発熱性までも大幅に悪化し不可である。

【００２７】更に、タイヤの諸特性と難燃性の両立は、
前記難燃剤の重量％の範囲のみで一元的に実現されず、
これに酸素指数の値の範囲を限定し、組み込む事で両立
を実現し得る。即ち、酸素指数が１９．８未満では、タ
イヤの諸性能は維持し得るものの、十分な熱容量を有す
る火源に遭遇すれば燃焼し、十分な難燃性を付与し得な
い。また、この値が２７．５を越えると、十分な難燃性
は得られるものの、タイヤの耐摩耗性のみならず他の耐
久性、例えば、耐クラック性と耐発熱性が実用不可の領
域まで低下し不所望である。

【００２８】次いで、前記難燃剤は少なくもハロゲン化
合物を含むことが好ましい。これは、各種の難燃剤のう
ちハロゲン系の難燃剤が最も難燃効果が高く、最小限の
配合部数で最大限の効果が期待でき、これによりゴム組
成物の物性の低下が抑えられる理由による。また、ハロ
ゲン化合物総量の塩素換算されたハロゲンの重量が難燃
ゴム組成物の重量に対し１．６％未満では大きな難燃効
果が期待できず、１０％を越えるとタイヤの力学的特
性、特に耐摩耗性が大きく低下し、タイヤとして成立せ
ず不可である。

【００２９】本発明に於いて、ハロゲン化合物をハロゲ
ン化炭化水素としたのは、マトリックスゴムとの相溶性
が良好であり、ハロゲンが遊離する融解温度（分解点）
が高く、タイヤ用ゴム組成物として好適だからである。
この場合、ハロゲン化炭化水素のハロゲン含有率が３
０．０重量％未満では、タイヤの諸性能は確保し得るも
のの、十分な難燃性は得られず不可であり、８０．０重
量％を越えるとタイヤの力学特性、特に耐摩耗性と亀裂
成長性が著しく劣化し不所望である。

【００３０】また、ハロゲン化炭化水素の分子量を８０
０以上としたのは、８００未満では融点が、例えば、１
００℃以下と低いため、タイヤ走行に伴う温度上昇によ
り難燃ゴム組成物の物性、例えば、弾性率や引張り強力
を著しく低下させ、時には、融解したハロゲン化炭化水
素が他のタイヤ部材に移行し、該部材の物性低下をもた
らし、単にタイヤ性能低下に止まらず故障に迄至らしめ
るからである。

【００３１】更に本発明に於いて、難燃剤をハロゲン化
炭化水素、金属酸化物及び金属水酸化物の三種で構成す
るとしたのは、第一に、タイヤ諸性能に及ぼす望ましく
ない影響を僅少に抑えるに適し、第二に、それぞれ異な
る難燃化作用を効果的に組み合わすに好適だからであ
る。即ち、ハロゲン化炭化水素は燃焼反応における活性
基、例えば、ＨＯ・ラジカルを失活させて燃焼の連鎖反
応を停止させ、かつ、ポリマー分子の炭化等による自己
消火性と遅燃性とを付与し、金属酸化物はハロゲン化炭
化水素と協同し自己消火性と遅燃性に相乗効果を与え、
金属水酸化物は多量の結晶水を放出し大量の熱量を吸収
して自己消火性を発揮するからである。

【００３２】前記金属酸化物の総量をゴム組成物の重量
に対し０．３重量％以上１１．０重量％以下としたの
は、０．３重量％未満では十分な難燃性が得られず、１
１．０重量％を越えるとゴム物性の引張り強力の低下が
著しく、タイヤの耐摩耗性と耐亀裂成長性に実用上不可
の問題が生じるからである。

【００３３】また、前記金属水酸化物の総量をゴム組成
物の重量に対し０．３重量％以上１５．０重量％以下と
したのは、０．３重量％未満では十分な難燃性が得られ
ず、１５．０重量％を越えるとタイヤ用ゴム組成物とし
ての力学的特性、特に引張り強力の低下が著しく、これ
をタイヤ特性で見れば、耐摩耗性と耐亀裂成長性が実用
上耐えられない迄低下するからである。

【００３４】

【実施例】表１に、本発明になる難燃ゴム組成物の配合
例をＮｏ．１からＮｏ．３迄に示し、本発明の効果を実
証すべく準備した従来例と比較例のゴム組成物の配合例
をＮｏ．４からＮｏ．７に示す。尚、配合剤はゴム１０
０重量部に対する重量部を示す。

【００３５】また、タイヤサイズ１３／８０Ｒ２０のス
チールラジアルタイヤのトレッドゴム層全体に前記配合
例Ｎｏ．１からＮｏ．７を適用し、タイヤとしてのの難
燃性及び耐摩耗性と、耐久性として最も問題が生じ易い
耐セパレーション性との実験結果を併せて、同じく表１
の下段に示した。

【００３６】難燃性は以下の実験方法を用いて評価し
た。即ち、前記各実施例、従来例及び各比較例のタイヤ
それぞれを標準リムに装着し、一旦標準空気圧を充填し
タイヤをリムに十分定着させた後、空気圧をほぼ大気圧
に戻し、車両に装着したのと同様状態に軸を水平に保持
し、ブタンガスバーナーを用い、バーナーの火口をタイ
ヤトレッドの下方約５ｃｍの位置に固定し、火炎温度約
１０００℃、火炎の高さ約１０ｃｍ、幅約１０ｃｍ、厚
さ約１ｃｍの炎で１５分間加熱した。その後ガスバーナ
ーの炎を消し、何分後に自己消炎したか、或は、燃焼を
継続し完全燃焼に至ったかを評価した。

【００３７】また、耐久性のうち耐摩耗性は前記の各タ
イヤを実際の車両に装着、走行させて評価し、更に、耐
セパレーション性と発熱性はドラム試験機により評価し
たものである。これら耐久性の値は従来例のタイヤを１
００として指数で表１に示した。値は大なる程良い。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかなように、従来例のみなら
ず、例え難燃剤を添加配合しても、本発明に従わない比
較例（配合例７）は、タイヤ諸性能を満足させてはいる
ものの、完全燃焼し本発明の目的を達成していない。ま
た、配合例５及び６の比較例のタイヤにおいては、難燃
性には優れた性能を示したが、耐摩耗性をはじめとする
他の耐久性が許容し得ない迄低下し、タイヤとして全く
実用性に欠けるものであった。

【００４０】これに反し、本発明による実施例は配合例
Ｎｏ．３のタイヤで従来例に対し耐久性でやや劣る結果
を示したものの、許容し得る限度が確保され、難燃性と
タイヤ性能の両立を達成し得ている。配合例Ｎｏ．１と
Ｎｏ．２の実施例のタイヤは、耐久性においても従来例
とほぼ同等であり、優れた難燃性を示した。

【発明の効果】本発明によれば、電気車両その他各種車
両や航空機に使用されるタイヤとして要求される耐摩耗
性、耐セパレーション性及び耐発熱性等の基本性能を損
なうことなく、高温度で大きな熱容量を有する火源に遭
遇しても、極めて高度な難燃性を有するタイヤ用難燃ゴ
ム組成物を提供できる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくもトレッドゴムを含むタイヤのゴ
   ム組成物にして、 難燃剤が重量％にして４．０以上から２５．０以下の範
   囲の値を占めて配合されたゴム組成物の酸素指数を１
   ９．８以上、２７．５以下の範囲の値としたタイヤ用難
   燃ゴム組成物。
2. 【請求項２】 前記難燃剤は少なくもハロゲン化合物を
   含み、該化合物の塩素換算されたハロゲンの重量を、難
   燃剤を配合したゴム組成物の１．６重量％以上、１０重
   量％以下の範囲の値とした請求項１記載の難燃ゴム組成
   物。
3. 【請求項３】 前記ハロゲン化合物がハロゲン化炭化水
   素であり、ハロゲン含有率を重量％にして３０以上、８
   ０以下の範囲の値とした請求項２記載の難燃ゴム組成
   物。
4. 【請求項４】 前記ハロゲン化炭化水素の分子量が８０
   ０以上である請求項３記載の難燃ゴム組成物。
5. 【請求項５】 前記難燃剤をハロゲン化炭化水素、金属
   酸化物及び金属水酸化物の三種で構成した請求項１記載
   の難燃ゴム組成物。
6. 【請求項６】 前記金属酸化物が三酸化アンチモンであ
   る請求項５記載の難燃ゴム組成物。
7. 【請求項７】 前記金属水酸化物が水酸化アルミニュウ
   ム、または、水酸化マグネシュウムである請求項５記載
   の難燃ゴム組成物。