JP2023106317A - 伝動ベルト用ゴム組成物および伝動ベルト - Google Patents
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Abstract
Description
前記エチレン-α-オレフィンエラストマーの125℃におけるムーニー粘度が25ML(1+4)125℃以下であり、
前記クレーのpHが5.5以上であり、
前記カーボンブラックおよび前記クレーの総量が、前記ポリマー成分100質量部に対して80~180質量部であり、かつ
前記カーボンブラックと前記クレーとの質量比が、クレー/カーボンブラック=0.2/1~1.2/1である。
本発明の伝動ベルト用ゴム組成物は、エチレン-α-オレフィンエラストマーを含むポリマー成分と、カーボンブラックと、クレーとを含む。
ポリマー成分は、耐熱性、耐寒性、耐候性に優れる点から、エチレン-α-オレフィンエラストマーを含む。
カーボンブラックは、一般的に、一次粒子径、ヨウ素吸着量、BET比表面積などの違いにより、いくつかのグレードに分類されている。一次粒子径の小さいカーボンブラックはゴムに対する補強効果が高い一方で、一次粒子径の大きいカーボンブラックは、ゴムに対する補強効果は低いという特徴を有している。
本発明のゴム組成物においては、充填剤(フィラー)として、カーボンブラックと特定のクレーとを組み合わせることを特徴とする。
本発明のゴム組成物においては、短繊維をさらに含んでいてもよい。短繊維としては、例えば、ポリオレフィン系繊維(ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維など)、ポリアミド繊維(ポリアミド6繊維、ポリアミド66繊維、ポリアミド46繊維、アラミド繊維など)、ポリアルキレンアリレート系繊維[ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)繊維などのポリC2-4アルキレンC6-14アリレート系繊維など]、ビニロン繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維などの合成繊維;綿、麻、羊毛などの天然繊維;炭素繊維などの無機繊維が汎用される。これらの短繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
ゴム組成物は、架橋剤をさらに含んでいてもよい。架橋剤(または加硫剤)は、硫黄系架橋剤および/または有機過酸化物であってもよい。
前記ゴム組成物は、前記架橋剤(特に、硫黄系架橋促進剤)に加えて、架橋促進剤をさらに含んでいてもよい。
ゴム組成物は、共架橋剤をさらに含んでいてもよい。共架橋剤(架橋助剤または共加硫剤co-agent)としては、公知の架橋助剤、例えば、多官能(イソ)シアヌレート[例えば、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリアリルシアヌレート(TAC)など]、ポリジエン(例えば、1,2-ポリブタジエンなど)、不飽和カルボン酸の金属塩[例えば、(メタ)アクリル酸亜鉛、(メタ)アクリル酸マグネシウムなどの(メタ)アクリル酸多価金属塩]、オキシム類(例えば、キノンジオキシムなど)、グアニジン類(例えば、ジフェニルグアニジンなど)、多官能(メタ)アクリレート[例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレートなどのアルカンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートなどのアルカンポリオールポリ(メタ)アクリレートなど]、ビスマレイミド類[例えば、N,N’-1,2-エチレンジマレイミド、N,N′-ヘキサメチレンビスマレイミド、1,6’-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)シクロヘキサンなどのアルキレンビスマレイミド;N,N’-m-フェニレンジマレイミド(MPBM)、4-メチル-1,3-フェニレジマレイミド、4,4’-ジフェニルメタンジマレイミド、2,2-ビス[4-(4-マレイミドフェノキシ)フェニルなどのアレーンビスマレイミドなど]プロパン、4,4’-ジフェニルエーテルジマレイミド、4,4’-ジフェニルスルフォンジマレイミド、1,3-ビス(3-マレイミドフェノキシ)ベンゼンなど]などが挙げられる。
ゴム組成物は、カーボンブラックおよびクレー以外のフィラー(他の無機充填剤)をさらに含んでいてもよい。フィラーとしては、例えば、カーボンブラック以外の炭素質材料(グラファイトなど)、金属化合物または合成セラミックス(酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウムなどの金属酸化物;ケイ酸カルシウムなどの金属ケイ酸塩;炭化ケイ素や炭化タングステンなどの金属炭化物;窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの金属窒化物;炭酸マグネシウムや炭酸カルシウムなどの金属炭酸塩;硫酸カルシウムや硫酸バリウムなどの金属硫酸塩など)、クレー以外の鉱物質材料(ゼオライト、ケイソウ土、焼成珪藻土、活性白土、アルミナ、シリカ、タルク、マイカ、セリサイト、ベントナイト、モンモリロナイト、スメクタイトなど)などが挙げられる。酸化亜鉛などの金属酸化物は、架橋剤または架橋促進剤もしくは共架橋剤として作用させてもよい。これらのフィラーは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
ゴム組成物は、他の成分をさらに含んでいてもよい。他の成分としては、例えば、軟化剤または可塑剤(パラフィンオイルやナフテン系オイルなどのオイル類など)、加工剤または加工助剤(ステアリン酸などの脂肪酸、ステアリン酸金属塩などの脂肪酸金属塩、ステアリン酸アマイドなどの脂肪酸アマイド、ワックス、パラフィンなど)、老化防止剤(酸化防止剤、熱老化防止剤、屈曲き裂防止剤、オゾン劣化防止剤など)、着色剤、粘着付与剤、滑剤、カップリング剤(シランカップリング剤など)、安定剤(紫外線吸収剤、熱安定剤など)、難燃剤、帯電防止剤などが挙げられる。これら他の成分は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
前記ゴム組成物の架橋物(硬化物)のゴム硬度Hs(タイプA)は、ベルトの変形を抑制して、耐久性を向上できる点から、例えば88~96度、好ましくは90~96度、さらに好ましくは92~96度、より好ましくは93~95度である。ゴム硬度が低すぎると、ベルトの機械的特性や耐摩耗性が低下する虞があり、ゴム硬度が高すぎると、耐亀裂性の低下や剥離が生じやすくなる虞がある。
本発明の伝動ベルト(動力伝達用ベルト)の種類は、プーリと接触して動力を伝達するベルトであれば特に限定されず、摩擦伝動ベルトであってもよく、かみ合い伝動ベルトであってもよい。
接着ゴム層を形成するためのゴム組成物は、圧縮ゴム層および伸張ゴム層の架橋ゴム組成物と同様に、ポリマー成分、架橋剤(硫黄などの硫黄系加硫剤など)、共架橋剤または架橋助剤(N,N’-m-フェニレンジマレイミドなどのマレイミド系架橋剤など)、架橋促進剤(TMTD、CBS、MBTBSなど)、フィラー(カーボンブラック、シリカなど)、軟化剤(パラフィン系オイルなどのオイル類)、加工剤または加工助剤、老化防止剤、接着性改善剤[レゾルシン-ホルムアルデヒド共縮合物、アミノ樹脂(窒素含有環状化合物とホルムアルデヒドとの縮合物、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサアルコキシメチルメラミン(ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサブトキシメチルメラミンなど)などのメラミン樹脂、メチロール尿素などの尿素樹脂、メチロールベンゾグアナミン樹脂などのベンゾグアナミン樹脂など)、これらの共縮合物(レゾルシン-メラミン-ホルムアルデヒド共縮合物など)など]、着色剤、粘着付与剤、可塑剤、カップリング剤、安定剤、難燃剤、帯電防止剤などを含んでいてもよい。なお、接着性改善剤において、レゾルシン-ホルムアルデヒド共縮合物及びアミノ樹脂は、レゾルシンおよび/またはメラミンなどの窒素含有環状化合物とホルムアルデヒドとの初期縮合物(プレポリマー)であってもよい。
芯体としては、特に限定されないが、通常、ベルト幅方向に所定間隔で配列した心線(撚りコード)を使用できる。心線は、ベルトの長手方向に延びて配設され、通常、ベルトの長手方向に平行に所定のピッチで並列的に延びて配設されている。心線は、少なくともその一部が接着ゴム層と接していればよく、接着ゴム層が心線を埋設する形態、接着ゴム層と伸張ゴム層との間(伸張層側)に心線を埋設する形態、接着ゴム層と圧縮ゴム層との間(圧縮ゴム層側)に心線を埋設する形態のいずれの形態であってもよい。これらのうち、耐久性を向上できる点から、接着ゴム層が心線を埋設する形態が好ましい。
摩擦伝動ベルトにおいて、補強布を使用する場合、圧縮ゴム層の表面に補強布を積層する形態に限定されず、例えば、伸張ゴム層の表面(接着ゴム層と反対側の面)に補強布を積層してもよく、圧縮ゴム層および/または伸張ゴム層に補強層を埋設する形態(例えば、特開2010-230146号公報に記載の形態など)であってもよい。補強布は、例えば、織布、広角度帆布、編布、不織布などの布材(好ましくは織布)などで形成でき、必要であれば、前記接着処理、例えば、RFL液で処理(浸漬処理など)したり、接着ゴムを前記布材にすり込むフリクションや、前記接着ゴムと前記布材とを積層した後、圧縮ゴム層および/または伸張ゴム層の表面に積層してもよい。
本発明の伝動ベルトの製造方法は、特に限定されず、慣用の方法を利用できる。ローエッジコグドVベルトの場合、例えば、補強布(下布)と圧縮ゴム層用シート(未架橋ゴムシート)からなる積層体を、前記補強布を下にして歯部と溝部とを交互に配した平坦なコグ付き型に設置し、温度60~100℃(特に70~80℃)程度でプレス加圧することによってコグ部を型付けしたコグパッド(完全には架橋しておらず、半架橋状態にあるパッド)を作製した後、このコグパッドの両端をコグ山部の頂部から垂直に切断してもよい。さらに、円筒状の金型に歯部と溝部とを交互に配した内母型(架橋ゴムで形成された型)を被せ、この歯部と溝部に係合させてコグパッドを巻き付けてコグ山部の頂部でジョイントし、この巻き付けたコグパッドの上に第1の接着ゴム層用シート(下接着ゴム:未架橋ゴムシート)を積層した後、芯体を形成する心線(撚りコード)を螺旋状にスピニングし、この上に第2の接着ゴム層用シート(上接着ゴム:前記接着ゴム層用シートと同じ)、伸張ゴム層用シート(未架橋ゴムシート)、補強布(上布)を順次巻き付けて成形体を作製してもよい。その後、ジャケット(架橋ゴムで形成されたジャケット)を被せて金型を加硫缶に設置し、温度120~200℃(特に150~180℃)で架橋してベルトスリーブを調製する架橋工程を経た後、カッターなどを用いて、V字状断面となるように切断加工して圧縮ゴム層を形成するカット工程を経てもよい。
(ポリマー)
EPDM1:JSR(株)製「EP123」、エチレン含量58質量%、ジエン含量4.5質量%、ムーニー粘度19.5ML(1+4)125℃
EPDM2:JSR(株)製「EP24」、エチレン含量54質量%、ジエン含量4.5質量%、ムーニー粘度42ML(1+4)125℃。
綿短繊維:橋本(株)製「綿短繊維」、平均繊度(綿番手)8番手、平均繊維長6mm
PET短繊維:弘宇短繊維社製、平均繊維径17μm、平均繊維長3mm
ナイロン短繊維:旭化成(株)製「レオナ」、平均繊維径27μm、平均繊維長3mm
パラ系アラミド短繊維:帝人(株)製「トワロン(登録商標)」、平均繊維径12μm、平均繊維長3mm。
カーボンブラックISAF(ハードカーボン):キャボット社製「ショウブラックN220」
カーボンブラックSRF(ソフトカーボン):キャボット社製「ショウブラックN762」
カーボンブラックFEF(ソフトカーボン):キャボット社製「ショウブラックN550」
クレーA(焼成クレー):Imerys Performance Minerals社製「PoleStar」、pH6.2
クレーB(カオリンクレー):Imerys Performance Minerals社製「Speswhite」、pH4.8
クレーC(カタルポ(ろう石クレー)):(株)エイワ・ライジング製「カタルポ」、pH6.3
クレーD(カオリンクレー):Global Minechem Corporation製「China Clay」、pH7.2
シリカ:エボニックデグサ社製「ウルトラシルVN3」、BET比表面積175m2/g
炭酸カルシウム:丸尾カルシウム(株)製「スーパー1500」。
前記クレーA、B、CおよびDのpHは、JIS K 5101-17-2(2004)に規定される顔料のpH測定方法(常温抽出法)に準拠し、電極はガラス電極を使用して測定した。
パラフィン系オイル:出光興産(株)製「ダイアナプロセスオイルPW90」
老化防止剤DCD(4,4’-ビス(α,α-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン):大内新興化学工業(株)製「ノクラックCD」
老化防止剤ODPA(オクチルジフェニルアミン):精工化学(株)製「ノンフレックスOD-3」
酸化亜鉛:堺化学工業(株)製「酸化亜鉛2種」
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
架橋促進剤TMTD(テトラメチルチウラムジスルフィド):大内新興化学工業(株)製「ノクセラーTT」
架橋促進剤CBS(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド):大内新興化学工業(株)製「ノクセラーCZ」
架橋促進剤MBTS(ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド):大内新興化学工業(株)製「ノクセラーDM」
共架橋剤MPBM(N,N’-m-フェニレンジマレイミド):大内新興化学工業(株)製「バルノックPM」
硫黄:美源化学製「MIDAS」
有機過酸化物:日油(株)製「パーブチルP-40MB」、有効成分40質量%
レゾルシン・ホルマリン共重合物:INDSPEC Chemical Corporation社製「Phenacolite Resin B-18-S」
ヘキサメトキシメチルメラミン:SINGH PLASTICISER & RESINS社製「POWERPLAST PP-1890S」。
1100dtexのアラミド繊維束(フィラメント数1000)を2本合わせて撚り係数3.0で下撚りした下撚り糸を3本合わせ、撚り係数3.0で上撚りした総繊度6600dtexの諸撚りコード(フィラメント数6000)に、接着処理を施した心線。
20番手の綿糸を糸密度75本/50mmで平織りした帆布(目付け280g/m2)に表2に示す組成を有する接着ゴム層用組成物をすり込んだ処理帆布。
[ローエッジコグドVベルトの製造]
歯部と溝部とを交互に配したコグ付き金型の外周に、補強布、表3に示す組成を有する未架橋の圧縮ゴム層用シート、および表2に示す組成を有する未架橋の第1の接着ゴム層用シートをこの順に積層した積層体を、補強布を金型側にした状態で巻き付けた。積層体の外周に可撓性ジャケットを被せた後、金型を加硫缶内に設置し、可撓性ジャケットの周囲に蒸気を注入することにより加圧、加温(約75℃)して、前記補強布、未架橋の圧縮ゴム層用シート、および未架橋の接着ゴム層用シートの積層体を金型のコグ部に圧入した。その後、金型を加硫缶から取り出し、可撓性ジャケットを取り外した。そして、前記未架橋の接着ゴム層用シートの外周に心線を螺旋状に巻き付け、さらにその外周に表2に示す組成を有する未架橋の第2の接着ゴム層用シートと表3に示す組成を有する未架橋の伸張ゴム層用シートとを積層した積層体を、前記未架橋の第2の接着ゴム層用シートを心線側にした状態で巻き付けた。積層体の外周に可撓性ジャケットを被せた後、金型を加硫缶内に設置し、可撓性ジャケットの周囲および金型の内部に蒸気を注入することにより40分間加圧、加温(約170℃)して、ベルトスリーブを作製した。作製したベルトスリーブをカッターでV字状に切断して、ベルトの内周面にコグを有するローエッジコグドVベルト(上幅19mm、厚さ(コグ頂部での厚さ)9mm、外周長さ740mm)を作製した。
スコーチタイムは、ムーニー粘度と同様にロータを回転させるのに必要なトルクを測定するが、ムーニー粘度が最低値から5M(5ポイント)上昇するまでの時間を測定することにより、ゴム組成物の架橋の進行のしやすさを表す指標として用いられる。スコーチタイムは、JIS K 6300-1(2013)のムーニースコーチ試験に準拠し、ロータは、L形ロータを使用し、試験温度125℃、予熱時間1分で、ムーニー粘度が最低値から5M上昇した際の試験時間を測定した。スコーチタイムは、5分以上を合格「〇」とし、5分未満を不合格「×」とした。結果を表4に示す。
オープンロールを用いて、表3に示す組成を有するゴム組成物を2mm厚のシートに圧延する際の作業性について評価した。問題なく圧延を行うことができる場合は〇(良好)、シートに穴あきが発生する場合は△(多少難あり)、シートに多数の穴あきが発生してシート切れを起こす場合は×(許容不可)と判断した。結果を表4に示す。
表3に示す組成を有する未架橋のゴムシートを温度170℃、圧力2MPa、時間30分でプレス架橋し、架橋ゴムシート(100mm×100mm×2mm厚み)を作製した。架橋ゴムシートを3枚重ね合わせた積層物を試料とし、JIS K6253(2012)(加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム-硬さの求め方-)に規定されているスプリング式デュロメータ硬さ試験に準拠して、タイプAデュロメータを用いて架橋ゴムシートのゴム硬度Hs(タイプA)を測定した。ゴム硬度は、88~96度を合格とした。結果を表4に示す。
架橋ゴムのゴム硬度Hs測定のために作製した架橋ゴムシートを試料とし、JIS K6251(2017)に準じ、ダンベル状(5号形)に打ち抜いた試験片を作製した。短繊維の配列方向(列理方向)が引張方向となるようにダンベル状試験片を採取した。試験片の両端をチャック(掴み具)で掴み、試験片を500mm/minの速度で切断するまで引っ張ったときに記録される最大引張力を試験片の初期断面積で除した値(引張強さT)を引張強度(引張強さ)とした。結果を表4に示す。
表3に示す組成を有する未架橋のゴム組成物を温度170℃、圧力2MPa、時間30分でプレス架橋し、架橋ゴム成形体(60mm×25mm×6.5mm厚み)を作製した。短繊維は架橋ゴム成形体の長手方向と平行に配向させた。図4に示すように、この架橋ゴム成形体21を、20mmの間隔を空けて回転可能な一対のロール(直径6mm)22a,22b上に置いて支持し、架橋ゴム成形体の上面中央部において幅方向(短繊維の配向方向と直交する方向)に金属製の押さえ部材23を載せた。押さえ部材23の先端部は、直径10mmの半円状の形状を有しており、その先端部で架橋ゴム成形体21をスムーズに押圧可能である。また、押圧時には架橋ゴム成形体21の圧縮変形に伴って、架橋ゴム成形体21の下面とロール22a,22bとの間に摩擦力が作用するが、ロール22a,22bを回転可能とすることにより、摩擦による影響を小さくしている。押さえ部材23の先端部が架橋ゴム成形体21の上面に接触し、かつ押圧していない状態を初期位置とし、この状態から押さえ部材23を下方に100mm/分の速度で架橋ゴム成形体21の上面を押圧し、曲げ歪が8%となったときの応力を曲げ応力として測定した。測定温度は走行中のベルト温度を想定し、120℃とした。短繊維直交方向の8%曲げ応力が大きい場合はベルト走行中のディッシングと呼ばれる座屈変形に対する抵抗力が高いと判断でき、6~8MPaが良好と云える。結果を表4に示す。
上記の短繊維直交方向での8%曲げ応力の測定方法において、図5に示すように、架橋ゴム成形体を作製する際に短繊維をゴム成形体の長手方向と直角に配向させた以外は同様にして測定した。つまり、金属製の押さえ部材23と短繊維の配向方向は平行であった。短繊維平行方向の8%曲げ応力が小さい場合はベルトの屈曲性が良好であると判断でき、2~3MPaが良好と云える。結果を表4に示す。
耐久走行試験は、図6に示すように、直径58mmの駆動(Dr.)プーリと、直径120mmの従動(Dn.)プーリとからなる2軸走行試験機を用いて行った。この2つのプーリにローエッジコグドVベルトを掛架し、軸荷重を500N、駆動プーリの回転数を6000rpm、従動プーリの負荷を7N・mとし、60℃の雰囲気温度にてベルトを75時間走行させた。走行後のベルト側面を目視で観察し、接着ゴム層と心線との間における剥離の有無を調べ、剥離した場合、その長さを測定した。また、走行前後のベルトの上幅を測定し、上幅の変化量(摩耗減量)が0.3mm未満の場合を、耐摩耗性が良好と判断した。結果を表4に示す。
逆曲げ走行試験は、図7に示すように、直径115mmの駆動(Dr.)プーリと、直径95mmの従動(Dn.)プーリと、直径90mmの背面アイドラ(Id.)プーリとからなる3軸走行試験機を用いて行った。各プーリにローエッジコグドVベルトを掛架し、従動プーリに2つのロールを介して垂下した40kgfの錘(W)を作用させることによりベルトに張りを与えた上で、背面アイドラプーリにおける接触角(ベルトとプーリが接触している円弧に対する中心角)が15°となるように調節した。駆動プーリの回転数は3,600rpm、従動プーリおよび背面アイドラプーリは無負荷、雰囲気温度110℃にて60時間走行させた。走行後のベルト側面(コグ谷部)を目視で観察し、亀裂の有無を調べた。結果を表4に示す。
2,6…補強布
3…伸張ゴム層
4…接着ゴム層
4a…芯体
5…圧縮ゴム層
Claims (10)
- エチレン-α-オレフィンエラストマーを含むポリマー成分と、カーボンブラックと、クレーとを含む伝動ベルト用ゴム組成物であって、
前記エチレン-α-オレフィンエラストマーの125℃におけるムーニー粘度が25ML(1+4)125℃以下であり、
前記クレーのpHが5.5以上であり、
前記カーボンブラックおよび前記クレーの総量が、前記ポリマー成分100質量部に対して80~180質量部であり、かつ
前記カーボンブラックと前記クレーとの質量比が、クレー/カーボンブラック=0.2/1~1.2/1であるゴム組成物。 - 架橋物のゴム硬度Hs(タイプA)が88~96度である請求項1記載のゴム組成物。
- 短繊維をさらに含み、架橋物において、短繊維直交方向の8%曲げ応力が6~8MPaである請求項1または2記載のゴム組成物。
- 短繊維をさらに含み、架橋物において、短繊維平行方向の8%曲げ応力が2~3MPaである請求項1~3のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記短繊維がアラミド短繊維を含まない請求項3または4記載のゴム組成物。
- 前記クレーが焼成クレーを含む請求項1~5のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記カーボンブラックがハードカーボンブラックを含む請求項1~6のいずれか一項に
記載のゴム組成物。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載のゴム組成物の架橋物を含む伝動ベルト。
- ローエッジコグドVベルトである請求項8記載の伝動ベルト。
- 変速ベルトである請求項9記載の伝動ベルト。
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