ホワイトカーボンブラックは、一定の補強特性を持つ白色の無機添加剤であり、ゴム製品の製造、特に白色、淡色、または着色ゴム製品の製造において、カーボンブラックの代替としてゴム材料の補強に使用できます。オフロードタイヤ、エンジニアリングタイヤ、ラジアルタイヤなどの製造においてホワイトカーボンブラックを使用すると、自動車用タイヤの総合性能が向上し、タイヤの走行距離が伸びる効果があります。では、ゴムタイヤにおけるホワイトカーボンブラックの具体的な機能とは何でしょうか？また、タイヤ製造においてホワイトカーボンブラックを使用する際に注意すべき点は何でしょうか？
1. タイヤにおける白色カーボンブラックの役割
タイヤ製造に白色カーボンブラックを添加することで、タイヤの転がり抵抗を低減し、燃料消費量を削減し、タイヤの滑り抵抗と安全性能を大幅に向上させることができます。研究によると、カーボンブラックを白色カーボンブラックに置き換えることで、ゴム材料のペイン効果と高温時の損失角tan tan δを効果的に低減し、タイヤの転がり抵抗を向上させることができます。白色カーボンブラックのみを使用したトレッドコンパウンドを使用すると、転がり抵抗を20%、タイヤの遅延性能を約50%低減でき、燃料を3%以上節約できます。
タイヤのトレッド配合に白色カーボンブラックを添加することで、タイヤの様々な特性が大幅に向上します。特に、耐摩耗性、ウェットグリップ、転がり抵抗のバランスが改善されます。
2. タイヤにおける白色カーボンブラックの使用不足
白色カーボンブラックをゴムタイヤの補強材として使用する場合、その界面面積が小さいため、ゴムとの親和性が低く、凝集しやすく、混合時の分散性に悪影響を及ぼします。また、加硫工程において加硫遅延効果が生じ、他の成分と容易に反応する可能性があります。さらに、白色カーボンブラックは他の配位剤を吸着しやすく、分散性に悪影響を及ぼします。脱水しやすく、酸化ケイ素基を形成しやすいため、結合性に悪影響を及ぼします。構造硬化により、保管中に粘度が上昇します。したがって、タイヤメーカーは、白色カーボンブラックを使用する際に、その適用効果を向上させるための対策を講じる必要があります。
3. タイヤへの白色カーボンブラック添加効果を向上させる方法
実際の製造工程では、改質剤を用いることでタイヤ中のカーボンブラックの添加効果を調整できます。中でもカップリング剤が主なものであり、シランカップリング剤が最も一般的に使用されています。シランカップリング剤中のシロキシ基は無機物と反応性があり、有機官能基は有機物と反応性または相溶性があります。シランカップリング剤が無機物と有機物の界面に存在すると、有機マトリックスと無機マトリックスからなる結合層が形成されます。
シリカで強化されたタイヤの配合に適切な量のシランカップリング剤を添加することで、エラストマーとシリカ分子の間に強力な結合が形成され、破断伸度と引裂抵抗がさらに向上し、ヒステリシス性能が低減される。
実際の製造工程では、ゴムタイヤメーカーは高分散白色カーボンブラックを使用することもできます。高分散白色カーボンブラックは、タイヤのウェットスキッド抵抗と低転がり抵抗をより確実に確保するだけでなく、ゴム材料の耐摩耗性と加工性も向上させます。現在、多くのタイヤ製造工程で再生ゴムが使用されています。今回は、再生ゴムを含むタイヤ材料に白色カーボンブラックを使用する際のヒントをご紹介します。