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JP6348231B1 - ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルト - Google Patents

ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルト Download PDF

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Abstract

ゴム組成物は、ゴム成分と、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維と、シリカと、カーボンブラックとを含有する。シリカの含有量がカーボンブラックの含有量よりも多い。

Description

本発明は、ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルトに関する。
ゴム成分と補強材とを含有するゴム組成物を各種のゴム製品に用いることが知られている。例えば、特許文献１には、ゴム成分と、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維と、シリカと、カーボンブラックとを含有するゴム組成物で形成された伝動ベルトが開示されている。
特開２０００−３２０６１８号公報
本発明は、ゴム成分と、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維と、シリカと、カーボンブラックとを含有し、前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維の含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して３質量部以上であり、前記シリカの含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して２０質量部以上６０質量部以下であり、前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して５質量部以上３５質量部以下であり、前記シリカの含有量が前記カーボンブラックの含有量よりも多く、且つ列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数の反列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数に対する比が６．０以上であるゴム組成物である。
本発明は、ベルト本体の少なくとも一部が本発明のゴム組成物で形成された伝動ベルトである。
Ｖベルトから切り出した一部分の斜視図である。 Ｖリブドベルトから切り出した一部分の斜視図である。 歯付ベルトから切り出した一部分の斜視図である。
以下、実施形態について詳細に説明する。
実施形態に係るゴム組成物は、ゴム成分に架橋剤を含む各種のゴム配合物が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されてゴム成分が架橋した架橋済みゴム組成物である。そして、この実施形態に係るゴム組成物は、ゴム成分と、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維（以下「ＰＰＴＡ短繊維」という。）と、シリカと、カーボンブラックとを含有する。
ここで、ゴム成分としては、例えば、エチレン-α-オレフィンエラストマー、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、水素添加アクリロニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等が挙げられる。ゴム成分は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましく、主成分がエチレン-α-オレフィンエラストマーであることがより好ましい。エチレン-α-オレフィンエラストマーとしては、例えば、エチレンプロピレンジエンモノマー（以下「ＥＰＤＭ」という。）、エチレンプロピレンコポリマー（ＥＰＭ）、エチレンブテンコポリマー（ＥＢＭ）、エチレンオクテンコポリマー（ＥＯＭ）等が挙げられる。エチレン-α-オレフィンエラストマーを主成分とするゴム成分は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。エチレン-α-オレフィンエラストマーは、汎用性の観点から、ＥＰＤＭがより好ましい。ゴム成分におけるエチレン-α-オレフィンエラストマーの含有量は５０質量％よりも高いが、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。
ゴム成分がエチレン-α-オレフィンエラストマーを含む場合、エチレン-α-オレフィンエラストマーのエチレン含量は、好ましくは４０質量％以上６０質量％以下、より好ましくは５０質量％以上５５質量％以下である。
エチレン-α-オレフィンエラストマーがＥＰＤＭの場合、ジエン成分としては、例えば、エチリデンノボルネン（ＥＮＢ）、ジシクロペンタジエン、１，４−ヘキサジエン等が挙げられる。これらのうちエチリデンノボルネンが好ましい。ジエン成分がエチリデンノボルネンの場合、ＥＮＢ含量は、好ましくは４．０質量％以上５．０質量％以下、より好ましくは４．３質量％以上４．７質量％以下である。
ゴム成分の１２５℃におけるムーニー粘度は、好ましくは２０ＭＬ１＋４（１２５℃）以上４０ＭＬ１＋４（１２５℃）以下、より好ましくは２５ＭＬ１＋４（１２５℃）以上３０ＭＬ１＋４（１２５℃）以下である。ムーニー粘度は、ＪＩＳＫ６３００に基づいて測定される。
ＰＰＴＡ短繊維としては、市販品では、例えば、デュポン社製のケブラー２９、ケブラー４９、ケブラー１１９、及びケブラー１２９、並びに帝人社製のトワロンが挙げられる。ＰＰＴＡ短繊維の単糸の繊度は、好ましくは１．０ｄｔｅｘ以上２．０ｄｔｅｘ以下である。ＰＰＴＡ短繊維の繊維長さは、好ましくは０．８ｍｍ以上６ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。ＰＰＴＡ短繊維の含有量（Ａ）は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３質量部以上２０質量部以下、より好ましくは５質量部以上１５質量部以下である。ＰＰＴＡ短繊維は、ゴム組成物内においてフィブリル化していることが好ましい。
シリカのＢＥＴ比表面積は１５０ｍ２／ｇ以上２００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積はＩＳＯ９２７７に基づいて測定される。シリカは、湿式沈降法で製造された湿式沈降法シリカであることが好ましい。シリカの含有量（Ｂ）は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは２０質量部以上６０質量部以下、より好ましくは３０質量部以上５０質量部以下である。
カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック（ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、Ｎ−３３９、ＨＡＦ、Ｎ−３５１、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＥＣＦ、Ｎ−２３４など）、サーマルブラック（ＦＴ、ＭＴなど）、チャネルブラック（（ＥＰＣ、ＣＣなど）、アセチレンブラック等が挙げられる。カーボンブラックは、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。カーボンブラックはＦＥＦが好ましい。カーボンブラックの含有量（Ｃ）は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上３５質量部以下、より好ましくは１５質量部以上２５質量部以下である。
ＰＰＴＡ短繊維とシリカとの含有量の和（Ａ＋Ｂ）は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３０質量部以上７０質量部以下、より好ましくは４０質量部以上６０質量部以下である。ＰＰＴＡ短繊維の含有量（Ａ）は、シリカの含有量（Ｂ）よりも少ないことが好ましい。ＰＰＴＡ短繊維の含有量（Ａ）のシリカの含有量（Ｂ）に対する比（Ａ／Ｂ）は、好ましくは０．１０以上０．４０以下、より好ましくは０．２０以上０．３０以下である。
ＰＰＴＡ短繊維とカーボンブラックとの含有量の和（Ａ＋Ｃ）は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１０質量部以上５０質量部以下、より好ましくは２０質量部以上４０質量部以下である。ＰＰＴＡ短繊維の含有量（Ａ）は、カーボンブラックの含有量（Ｃ）よりも少ないことが好ましい。ＰＰＴＡ短繊維の含有量（Ａ）のカーボンブラックの含有量（Ｃ）に対する比（Ａ／Ｃ）は、好ましくは０．３０以上０．７０以下、より好ましくは０．４０以上０．６０以下である。
シリカとカーボンブラックとの含有量の和（Ｂ＋Ｃ）は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは４０質量部以上８０質量部以下、より好ましくは５０質量部以上７０質量部以下である。シリカの含有量（Ｂ）はカーボンブラックの含有量（Ｃ）よりも多い。シリカの含有量（Ｂ）のカーボンブラックの含有量（Ｃ）に対する比（Ｂ／Ｃ）は、好ましくは１．０より大きくかつ３．０以下、より好ましく１．５以上２．５以下、更に好ましくは２．０以上２．５以下である。
実施形態に係るゴム組成物は、架橋剤として硫黄が配合されて架橋したものであっても、また、架橋剤として有機化酸化物が配合されて架橋したものであっても、更に、架橋剤として硫黄及び有機過酸化物が併用して配合されて架橋したものであっても、いずれでもよい。架橋剤の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１質量部以上５質量部以下である。
実施形態に係るゴム組成物には、その他のゴム配合物として、例えば、軟化剤、加工助剤、加硫促進助剤、加硫促進剤、共架橋剤等を含有していてもよい。
軟化剤としては、例えば、パラフィン系オイルなどの鉱物油系軟化剤、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落下生油、木ろう、ロジン、パインオイルなどの植物油系軟化剤、石油系軟化剤が挙げられる。軟化剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。軟化剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば５質量部以上１５質量部以下である。
加工助剤としては、例えば、ステアリン酸、ポリエチレンワックス、脂肪酸の金属塩等が挙げられる。加工助剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。加工助剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば０．５質量部以上１．５質量部以下である。
加硫促進助剤としては、例えば、酸化亜鉛（亜鉛華）や酸化マグネシウムなどの金属酸化物、金属炭酸塩、脂肪酸及びその誘導体等が挙げられる。加硫促進助剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。加硫促進助剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば３質量部以上７質量部以下である。
加硫促進剤としては、例えば、スルフェンアミド系、チウラム系、ジチオカルバメート系のもの等が挙げられる。加硫促進剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。加硫促進剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば２質量部以上６質量部以下である。
共架橋剤としては、例えば、ビスマレイミド系共架橋剤、ＴＡＩＣ、１，２−ポリブタジエン、不飽和カルボン酸金属塩、オキシム類、グアニジン、トリメチロールプロパントリメタクリレート等が挙げられる。共架橋剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。共架橋剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば４質量部以上８質量部以下である。
実施形態に係るゴム組成物は、ＰＰＴＡ短繊維以外のナイロン短繊維、ポリエステル短繊維、綿短繊維、メタ系アラミド短繊維等を含有していてもよい。
実施形態に係るゴム組成物の列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’１（２５℃）は、好ましくは、５００ＭＰａ以上６５０ＭＰａ以下、より好ましくは５５０ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下である。実施形態に係るゴム組成物の反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’２（２５℃）は、好ましくは５０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下、より好ましくは７０ＭＰａ以上８０ＭＰａ以下である。
実施形態に係るゴム組成物の列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’１（２５℃）の反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’２（２５℃）に対する比（Ｅ’１（２５℃）／Ｅ’２（２５℃））は、好ましくは５．００以上１０．０以下、より好ましくは７．００以上８．００以下である。
実施形態に係るゴム組成物の列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’１（１００℃）は、好ましくは３５０ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、より好ましくは４００ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下である。実施形態に係るゴム組成物の反列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’２（１００℃）は、好ましくは４０ＭＰａ以上８０ＭＰａ以下、より好ましくは５０ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下である。
実施形態に係るゴム組成物の列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’１（１００℃）の反列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’２（１００℃）に対する比（Ｅ’１（１００℃）／Ｅ’２（１００℃））は、好ましくは６．００以上１２．０以下、より好ましくは７．００以上１０．０以下、更に好ましくは７．００以上８．００以下である。
実施形態に係るゴム組成物におけるＰＰＴＡ短繊維を含有しない場合のゴム組成物の列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’３（１００℃）は、好ましくは４０ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下、より好ましくは５０ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下である。
実施形態に係るゴム組成物の列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’１（１００℃）のＰＰＴＡ短繊維を含有しない場合のゴム組成物の列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数Ｅ’３（１００℃）に対する比（Ｅ’１（１００℃）／Ｅ’３（１００℃））は、好ましくは８．００以上２０．０以下、より好ましくは９．００以上１５．０以下、更に好ましくは１０．０以上１２．０以下である。
これらの貯蔵たて弾性係数は、ＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて、静歪１．５％、動歪０．１％、及び周波数１０Ｈｚとして測定される。
以上の構成の実施形態に係るゴム組成物によれば、ゴム成分と、ＰＰＴＡ短繊維と、シリカと、カーボンブラックとを含有し、また、シリカの含有量（Ｂ）がカーボンブラックの含有量（Ｃ）よりも多いことにより予想を超える程の高弾性率を得ることができる。これは、ＰＰＴＡ短繊維とシリカとの間の相互作用によるものであると推測される。
実施形態に係るゴム組成物は、高弾性率であることから、伝動ベルトのベルト本体を形成する材料として好適に用いることができる。例えば、図１Ａに示すようなＶベルトＢや図１Ｂに示すようなＶリブドベルトＢでは、心線１４が埋設された接着ゴム層１１、内周側の圧縮ゴム層１２、及び外周側の伸張ゴム層１３によりゴム製のベルト本体１０が構成されるが、これらのうちの１種若しくは２種又は全部を実施形態に係るゴム組成物で形成することが好ましく、特に高弾性率が求められる内周側の圧縮ゴム層１２を実施形態に係るゴム組成物で形成することがより好ましい。また、図２に示すような歯付ベルトＢでは、心線１４が埋設された背ゴム層１５及び歯ゴム部１６によりゴム製のベルト本体１０が構成されるが、これらのうちの一方又は両方を実施形態に係るゴム組成物で形成することが好ましく、特に高弾性率が求められる歯ゴム部１６を実施形態に係るゴム組成物で形成することがより好ましい。
なお、実施形態に係るゴム組成物は、伝動ベルトに限定されず、例えばタイヤやホース等のゴム製品にも用いることができる。
以下の実施例及び比較例１乃至３の試験を行った。それぞれの内容については表１及び２にも示す。
（実施例）
ＥＰＤＭ（ＥＰ２２ ＪＳＲ社製、エチレン含量５４質量％、ＥＮＢ含量４．５質量％、ムーニー粘度２７ＭＬ１＋４（１２５℃））をゴム成分とし、このゴム成分１００質量部に対し、ＰＰＴＡ短繊維（ケブラー２９ 東レデュポン社製、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍ）１０質量部、湿式沈降法シリカ（ウルトラジルＶＮ３ エボニック社製）４０質量部、ＦＥＦ（シーストＳＯ 東海カーボン社製）２０質量部、架橋剤の硫黄（セイミＯＴ 日本乾溜工業社製）１．６質量部、軟化剤のプロセスオイル（サンパー２２８０ 日本サン石油社製）、加工助剤のステアリン酸（ステアリン酸Ｓ５０ 新日本理化社製）１質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛（酸化亜鉛３種 白水化学社製）５質量部、スルフェンアミド系加硫促進剤（ノクセラーＭＳＡ−Ｇ 大内新興化学工業社製）２質量部、チウラム系加硫促進剤（ノクセラーＴＢＴ 大内新興化学工業社製）２質量部、及び共架橋剤のｍ−フェニレンジマレイミド（バルノックＰＭ 大内新興化学工業社製）６質量部を含有させてバンバリーミキサーで混練後、カレンダロールで圧延して未架橋ゴム組成物シートを調製した。この未架橋ゴム組成物シートを用い、粘弾性試験用試験片を作製するための架橋済みゴム組成物シートをプレス成形で作製した。
この架橋済みゴム組成物シートから、長さ方向が列理方向及び反列理方向となる短冊状の粘弾性試験用試験片をそれぞれ切り出し、ＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて、それらの２５℃における貯蔵たて弾性係数を測定した。また、列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数を測定した。このとき、静歪１．５％、動歪０．１０％、及び周波数１０Ｈｚとした。なお、この架橋済みゴム組成物シートの断面を顕微鏡観察したところ、ＰＰＴＡ短繊維がフィブリル化しているのが確認された。
また、ＰＰＴＡ短繊維を含有していない架橋済みゴム組成物について列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数を測定した。
（比較例１）
未架橋ゴム組成物シートを調製する際に、ＰＰＴＡ短繊維の代わりにアラミド繊維のコポリパラフェニレン-３，４’-オキシジフェニレンテレフタルアミド短繊維（テクノーラ 帝人社製、繊度１．７ｄｔｅｘ、繊維長３ｍｍ）を含有させたことを除いて実施例と同様の操作を行い、列理方向及び反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数並びに列理方向及び反列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数を測定した。
（比較例２）
未架橋ゴム組成物シートを調製する際に、シリカを含有させずに、ＦＥＦをゴム成分１００質量部に対して６５質量部含有させたことを除いて実施例と同様の操作を行い、列理方向及び反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数並びに列理方向及び反列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数を測定した。
また、ＰＰＴＡ短繊維を含有していない架橋済みゴム組成物について列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数を測定した。
（比較例３）
未架橋ゴム組成物シートを調製する際に、シリカを含有させずに、ＦＥＦをゴム成分１００質量部に対して６５質量部含有させたことを除いて比較例１と同様の操作を行い、列理方向及び反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数並びに列理方向及び反列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数を測定した。
Figure 0006348231
Figure 0006348231
以上の実施例及び比較例１乃至３の試験結果によれば、ＰＰＴＡ短繊維とシリカとを含有する実施例のゴム組成物では、異種のアラミド短繊維を含有する比較例１のゴム組成物、ＰＰＴＡ短繊維を含有するもののシリカを含有していない比較例２のゴム組成物、及び異種のアラミド短繊維を含有し且つシリカを含有していない比較例３のゴム組成物に比べて列理方向の弾性率が予想以上に非常に高いことが分かる。
本発明は、ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルトの技術分野について有用である。
Ｂ Ｖベルト，Ｖリブドベルト，歯付ベルト
１０ ベルト本体
１１ 接着ゴム層
１２ 圧縮ゴム層
１３ 伸張ゴム層
１４ 心線
１５ 背ゴム層
１６ 歯ゴム部

Claims (12)

  1. ゴム成分と、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維と、シリカと、カーボンブラックとを含有し、
    前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維の含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して３質量部以上であり、
    前記シリカの含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して２０質量部以上６０質量部以下であり、
    前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して５質量部以上３５質量部以下であり、
    前記シリカの含有量が前記カーボンブラックの含有量よりも多く、且つ列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数の反列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数に対する比が６．０以上であるゴム組成物。
  2. 請求項１に記載されたゴム組成物において、
    前記ゴム成分がエチレン-α-オレフィンエラストマーを主成分とするゴム組成物。
  3. 請求項１又は２に記載されたゴム組成物において、
    列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数の前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維を含有していない場合のゴム組成物の列理方向の１００℃における貯蔵たて弾性係数に対する比が８．０以上であるゴム組成物。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維の含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して２０質量部以下であるゴム組成物。
  5. 請求項１乃至４のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記シリカと前記カーボンブラックとの含有量の和が、前記ゴム成分１００質量部に対して４０質量部以上８０質量部以下であるゴム組成物。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記シリカの含有量の前記カーボンブラックの含有量に対する比が１．０より大きくかつ３．０以下であるゴム組成物。
  7. 請求項１乃至６のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維と前記シリカとの含有量の和が、前記ゴム成分１００質量部に対して３０質量部以上７０質量部以下であるゴム組成物。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維の含有量の前記シリカの含有量に対する比が０．１０以上０．４０以下であるゴム組成物。
  9. 請求項１乃至８のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維と前記カーボンブラックとの含有量の和が、前記ゴム成分１００質量部に対して１０質量部以上５０質量部以下であるゴム組成物。
  10. 請求項１乃至９のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維の含有量の前記カーボンブラックの含有量に対する比が０．３０以上０．７０以下であるゴム組成物。
  11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維が前記ゴム組成物内においてフィブリル化しているゴム組成物。
  12. ベルト本体の少なくとも一部が請求項１乃至１１のいずれかに記載されたゴム組成物で形成された伝動ベルト。
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