世界初、ゴムー黄銅接着界面の劣化抑制機構をナノレベルで解明 ータイヤの安全性・耐久性向上に向けた材料設計に道筋ー

2026-06-30 東北大学

東北大学と横浜ゴムの共同研究グループは、自動車タイヤの耐久性を左右するスチールコードとゴムの接着界面において、有機酸コバルトが劣化を抑制する仕組みをナノレベルで初めて解明した。走査透過電子顕微鏡法などを用いた解析により、有機酸コバルトは加硫時にゴム中の硫黄と反応して硫化コバルトのナノ粒子となり、黄銅めっき表面に析出することが判明した。このナノ粒子層は、黄銅成分がゴム内部へ溶出することや界面の空洞化を防ぐバリアとして機能し、接着界面の劣化を抑制してタイヤの接着強度と耐久性を維持することが明らかになった。これまで経験的に利用されてきた有機酸コバルトの作用機構を直接観察によって実証した成果であり、環境規制や供給リスクが懸念されるコバルト代替材料の開発を加速するとともに、安全性・耐久性に優れた次世代タイヤの材料設計や接着技術の高度化に重要な指針を与えることが期待される。

世界初、ゴムー黄銅接着界面の劣化抑制機構をナノレベルで解明 ータイヤの安全性・耐久性向上に向けた材料設計に道筋ー
図1. 有機酸コバルトを添加したゴムと黄銅めっきスチールコードの接着界面の走査透過電子顕微鏡像(白黒表示)とコバルト分布(ピンク表示)。

<関連情報>

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Yohei K. Sato, Tomohiro Miyata, and Katsunori Shimizu
Rubber Chemistry and Technology  Published:05 Jun 2026
DOI:https://doi.org/10.5254/rct.25.00050

ABSTRACT

Incorporating Co organic acids into rubber improves the adhesion between rubber and brass-coated steel wire, a mechanism that is essential for tire safety; however, the details by which these acids improve the adhesion are unknown. We fabricated Co organic acid–containing rubber composites with brass-coated wires and analyzed their adhesive interfaces by using scanning transmission electron microscopy (STEM), revealing the adhesion-enhancing role of Co organic acids at the atomic and nanoscale levels. Elemental mapping by energy-dispersive X-ray spectroscopy provided the first direct visualization of local Co enrichment at the rubber–brass interface. Furthermore, STEM combined with electron energy-loss spectroscopy analyzed the chemical states at the interface, revealing divalent Co2+ in the form of sulfides (CoxSy). These findings suggest that Co reacts with sulfur during vulcanization to form inorganic crystals that cover the surfaces of the brass-coated wires, suppressing the diffusion of Cu and Zn from brass into rubber and the associated void formation within the brass layer. Even after hydrothermal aging, Co remains localized at the interface and continues to suppress the growth of both interfacial and depletion layers. Suppression of Cu/Zn diffusion and void formation, mitigating cohesive fracture within the brass layers on steel wires, should be a primary mechanism by which Co acids enhance rubber adhesion to steel wires and prevent their deterioration under harsh environmental conditions.

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