JP2009102630A

JP2009102630A - ゴム組成物

Info

Publication number: JP2009102630A
Application number: JP2008254790A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Maeda; 光明前田; Takayuki Yako; 貴之八子; Hideo Takeichi; 秀雄武市; Toshio Morita; 利夫森田; Akihiko Sakata; 明彦坂田
Original assignee: Showa Denko KK; Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2009-05-14
Also published as: WO2009044721A1

Abstract

【課題】気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、強度を低下させることなく、安価に高い熱伝導性および導電性を実現できる技術を提供する。
【解決手段】ゴム成分１００重量部に対し、繊維径２０ｎｍ〜１２０ｎｍ、繊維長２μｍ〜２０μｍ、アスペクト比２０〜１０００である気相成長炭素繊維が、１〜５０重量部配合されてなるゴム組成物である。さらに、ゴム成分１００重量部に対し、カーボンブラックおよび／またはシリカが１０〜１００重量部配合されてなることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明はゴム組成物に関し、詳しくは、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物の改良に関する。

一般に、気相成長炭素繊維をゴム中に配合することにより、得られるゴム組成物の熱伝導性および導電性は高くなる。これにより、例えば、ゴム中の熱を放熱しやすくなり、ゴム組成物の耐久性の向上や加硫時間の短縮が可能となることから、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物に係る技術は、これまでに種々提案されてきている（例えば、特許文献１参照）。

また、ゴム物性の改良の目的で、気相成長炭素繊維を加熱処理により黒鉛化してなる黒鉛化気相成長炭素繊維をゴム組成物中に配合することも公知であり、その黒鉛化度が高いほど電気伝導性および熱伝導性の向上効果が高いことが、例えば、特許文献２に開示されている。
特開２００３−３２７７５３号公報（特許請求の範囲等）特開平８−１２７６７４号公報（特許請求の範囲等）

上述のように、黒鉛化した気相成長炭素繊維を配合することで、配合物の熱伝導性および導電性を高められるなどの利点があるが、この黒鉛化気相成長炭素繊維は表面が安定化しているため、ポリマーの補強性がほとんどなく、強度が低下するという問題があった。また、材料が高価であることから、強度を落とさずに安価に高い伝熱性および導電性のゴム組成物を得るためには、さらに高い伝熱性・導電性を有する材料が必要となる。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、強度を低下させることなく、安価に高い熱伝導性および導電性を実現できる技術を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、ゴム成分に対し配合する気相成長炭素繊維の寸法を所定に規定することで、上記問題を解消しうるゴム組成物が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００重量部に対し、繊維径２０ｎｍ〜１２０ｎｍ、繊維長２μｍ〜２０μｍ、アスペクト比２０〜１０００の気相成長炭素繊維が１〜５０重量部配合されてなることを特徴とするものである。

本発明のゴム組成物においては、さらに、前記ゴム成分１００重量部に対し、カーボンブラックおよび／またはシリカが１０〜１００重量部配合されてなることが好ましい。

本発明によれば、上記構成としたことにより、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、強度を低下させることなく、安価に高い熱伝導性および導電性を実現でき、優れた熱伝導性、導電性および強度、さらにはコスト性を兼ね備えたゴム組成物を実現することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明のゴム組成物は、ゴム成分１００重量部に対し、特定の径、繊維長およびアスペクト比を有する気相成長炭素繊維が、１〜５０重量部、好適には１〜１５重量部配合されてなるものである。ゴム気相成長炭素繊維の配合量が１重量部未満であると十分な熱伝導性および導電性の向上効果が得られず、一方５０重量部を超えると強度が低下してしまい、いずれにしても本発明の所期の効果が得られない。

本発明に用いる気相成長炭素繊維は、繊維径が２０ｎｍ〜１２０ｎｍ、好適には２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、繊維長が２μｍ〜２０μｍ、好適には５μｍ〜２０μｍ、さらに好適には１０μｍ〜２０μｍであって、アスペクト比が２０〜１０００、好適には３０〜１０００、さらに好適には１００〜１０００のものである。かかる条件を満足する気相成長炭素繊維を用いることで、本発明による所期の効果を得ることができる。このような気相成長炭素繊維は市場で容易に入手可能であり、例えば、昭和電工（株）製の気相法炭素繊維ＶＧＣＦ−Ｓ、ＶＧＣＦ−Ｘを用いることができる。

また、本発明において、気相成長炭素繊維は、酸化処理して用いてもよい。この酸化処理の方法としては、硝酸、硫酸、過塩素酸またはこれらの酸の混合物で処理する化学的処理や、コロナ放電処理、プラズマ処理、オゾン処理等の物理的処理などが挙げられる。さらに、酸化処理に加えて、カップリング剤で処理した気相成長炭素繊維を用いることもでき、かかるカップリング剤としては、チタネート系、アルミニウム系、シラン系のカップリング剤を挙げることができ、これらカップリング剤を溶剤に溶解して、気相成長炭素繊維に含浸する等の方法で処理することができる。

本発明のゴム組成物においては、ゴム成分に対し上記気相成長炭素繊維を配合してなるものであればよく、それ以外の配合成分には特に制限されるものではない。

ゴム成分としては、特に制限されず、天然ゴム（ＮＲ）、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、ウレタンゴム等のいずれを用いることもできる。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を用いる。

本発明のゴム組成物のゴム配合中には、上記気相成長炭素繊維に加えて、カーボンブラックおよび／またはシリカを配合することが好ましい。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、その配合量としては、カーボンブラックおよび／またはシリカの総量で、ゴム成分１００重量部に対し１０〜１００重量部の範囲内とすることができる。また、その他、ゴム業界で一般に使用されている添加剤、例えば、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、プロセスオイル、補強材、軟化剤等を適宜配合することができ、これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。

加硫剤としては、硫黄、硫黄含有化合物等が挙げられ、その配合量は、ゴム成分１００重量部に対し硫黄分として０．１〜１０重量部が好ましく、より好ましくは１〜５重量部である。また、加硫促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、２−メルカプトベンゾチアゾール（Ｍ）、ジベンゾチアジルジサルファイド（ＤＭ）、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド（ＣＺ）等のチアゾール系や、ジフェニルグアジニン（ＤＰＧ）等のグアジニン系の加硫促進剤が挙げられ、その使用量は一般に、ゴム成分１００重量部に対し０．１〜７重量部が好ましく、より好ましくは１〜５重量部である。

さらに、プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系、ナフテン系、芳香族系等が挙げられ、引張強度、耐摩耗性の向上を重視する用途には芳香族系が、ヒステリシスロス、低温特性の向上を重視する用途にはナフテン系またはパラフィン系が用いられる。その使用量は、ゴム成分１００重量部に対し０〜１００重量部が好ましく、１００重量部を超えると加硫ゴムの引張強度や低発熱性が悪化する傾向がある。

本発明のゴム組成物は、ゴム成分と、上記所定の気相成長炭素繊維およびその他の配合成分とを混合、混練りすることにより得ることができる。混合方法としては、通常のゴムの混合に使用される公知の手法を用いることができ、特に制限はない。また、本発明のゴム組成物は加硫して使用することが好ましく、架橋方法としては、硫黄、過酸化物、金属酸化物等を添加して加熱により架橋させる方法や、光重合開始剤を添加して光照射により架橋させる方法、電子線や放射線を照射して架橋させる方法等が挙げられる。

本発明のゴム組成物は、例えば、電気電子部品、タイヤのトレッドゴム、ゴムベルト、その他各種製品に幅広く使用することが可能である。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記の表１および２中に示す各配合にて、実施例および比較例のゴム組成物をそれぞれ調製した。まず、ラボプラストミル（東洋精機（株）製）を用いて、天然ゴム（ＮＲ）を７０℃にて６０ｒｐｍで３０秒間素練りした後、下記表１および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６０ｒｐｍで更に混合した（ノンプロ配合）。次いで、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、７０℃にて５０ｒｐｍで再度混合した（プロ配合）。

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、２ｍｍ厚の加硫ゴムシートを作製した。得られた加硫ゴムシートにつき、下記に従い評価を行った。これらの結果を、下記の表１および２中に併せて示す。

＜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、各加硫ゴムシートの熱伝導率を測定した。

＜導電性（体積固有抵抗値）の測定＞
超高抵抗測定装置（アドバンテスト製Ｒ８３４０Ａ、ＴＲ４２サンプルチャンバー）にてφ５ｃｍ電極を用いて、１Ｖ通電５秒後の各加硫ゴムシートの電気抵抗を測定した。

＜ｔａｎδの測定＞
粘弾性試験機（東洋精機（株）製レオログラフソリッドＬＩＲ型）を用いて、各加硫ゴムシートの６０℃におけるｔａｎδを測定した。

＜引張試験＞
温度２０〜２２℃湿度５０〜６０ＲＨ％において、ＪＩＳＫ６３０１に準拠して引張試験を行い、各加硫ゴムシートの３００％伸長時の引張り応力（３００％モジュラス）および破断強度（Ｔｂ）を測定した。

＊１昭和電工（株）製，気相法炭素繊維ＶＧＣＦ−Ｒ（登録商標）（平均繊維径１５０ｎｍ，平均繊維長８μｍ，アスペクト比５０）
＊２昭和電工（株）製，気相法炭素繊維ＶＧＣＦ−Ｓ（平均繊維径１００ｎｍ，平均繊維長１０μｍ，アスペクト比約１００）
＊３昭和電工（株）製，気相法炭素繊維ＶＧＣＦ−Ｘ（平均繊維径２０ｎｍ，平均繊維長２０μｍ，アスペクト比約１０００）
＊４Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド
＊５Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−Ｐ−フェニレンジアミン

上記表１および２中に示すように、本発明の繊維径、繊維長およびアスペクト比に係る条件を満足する気相成長炭素繊維を用いた各実施例のゴム組成物においては、強度を低下させることなく、高い熱伝導性および導電性が得られていることが確認できた。

Claims

ゴム成分１００重量部に対し、繊維径２０ｎｍ〜１２０ｎｍ、繊維長２μｍ〜２０μｍ、アスペクト比２０〜１０００の気相成長炭素繊維が１〜５０重量部配合されてなることを特徴とするゴム組成物。
さらに、前記ゴム成分１００重量部に対し、カーボンブラックおよび／またはシリカが１０〜１００重量部配合されてなる請求項１記載のゴム組成物。
前記気相成長炭素繊維の繊維径が２０ｎｍ〜１００ｎｍ、繊維長が１０μｍ〜２０μｍ、アスペクト比１００〜１０００である請求項１または２記載のゴム組成物。