JP7500829B2 - 伝動ベルト用ゴム組成物、伝動ベルトおよび伝動ベルトの製造方法 - Google Patents
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Description
伝動ベルトの圧縮ゴム層に用いられるゴム組成物であって、
クロロプレンゴム、短繊維、接着性改善剤およびカーボンブラックを含み、
前記短繊維がアラミド短繊維を含み、
前記クロロプレンゴム100質量部に対して、前記短繊維の割合が15~38質量部であり、前記アラミド短繊維の割合が5~28質量部であり、前記接着性改善剤の割合が0.10~3.20質量部であり、かつ前記カーボンブラックの割合が30~70質量部である。
本発明のゴム組成物は、耐摩耗性、耐熱性、耐寒性、耐候性などのバランスがよく、短繊維との接着性にも優れる点から、必須のゴム成分としてクロロプレンゴムを含む。クロロプレンゴムは、硫黄変性タイプであってもよく、非硫黄変性タイプであってもよい。
本発明のゴム組成物では、圧縮ゴム層の耐摩耗性を向上し、かつ摩擦係数を低減するために、短繊維を必須成分として含む。特に、短繊維をベルト幅方向に配向させて圧縮ゴム層中に埋設させると、プーリからの押圧に対する伝動ベルトの圧縮変形を抑制できるため、省燃費性を維持しつつ耐摩耗性を向上できる。短繊維をベルト幅方向に配向させる方法としては、例えば、ロールによって圧延する方法などが挙げられる。
短繊維は、伝動ベルトの耐摩耗性を向上させるために、アラミド短繊維を必須繊維として含む。
短繊維は、さらに脂肪族ポリアミド短繊維(ナイロン短繊維)を含んでもよい。必須繊維であるアラミド短繊維は、耐摩耗性を高めるために有効であるが、耐摩耗性と省燃費性とを高度に両立させる点から、脂肪族ポリアミド短繊維と組み合わせるのが好ましい。一方、高度な耐摩耗性が要求される場合は、短繊維としてアラミド短繊維のみを用いてもよい。
短繊維は、さらにアラミド短繊維およびナイロン短繊維以外の他の短繊維を含んでいてもよい。他の短繊維としては、例えば、ポリオレフィン系短繊維(ポリエチレン短繊維、ポリプロピレン短繊維など)、ポリアルキレンアリレート系短繊維[ポリエチレンテレフタレート(PET)短繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)短繊維などのポリC2-4アルキレンC6-14アリレート系短繊維など]、ビニロン短繊維、ポリビニルアルコール系短繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)短繊維などの合成短繊維;綿、麻、羊毛などの天然短繊維;炭素短繊維などの無機短繊維などが挙げられる。これら他の短繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
本発明のゴム組成物は、接着性改善剤を含む。本発明のゴム組成物では、前記クロロプレンゴムおよび前記短繊維に対して、接着性改善剤を配合することにより、耐摩耗性と省燃費性とを向上させつつ、耐亀裂性を向上できる。特に、短繊維および接着性改善剤の割合を調整することにより、高い生産性でゴム組成物を調製できる。
フェノール樹脂(フェノール系樹脂)は、フェノール類にアルデヒド類が縮合した単位を含む共縮合物であってもよい。
アミノ樹脂は、アミノ基含有化合物とアルデヒド類との共縮合物であってもよい。アミノ樹脂は、中性またはアルカリ性条件下で、アミノ基含有化合物とアルデヒド類とを反応させることにより得られる反応生成物(例えば、初期縮合物またはプレポリマー)であってもよい。
本発明のゴム組成物における接着性改善剤(第1の接着性改善剤)の割合は、クロロプレンゴム100質量部に対して0.10~3.20質量部程度の範囲から選択でき、例えば0.2~3.1質量部、好ましくは0.25~3質量部、さらに好ましくは0.3~2.5質量部、より好ましくは0.5~2質量部、最も好ましくは0.8~1.5質量部である。接着性改善剤の割合が少なすぎると、耐亀裂性が低下する虞がある。逆に接着性改善剤の割合が多すぎると、練り工程(混練工程)に粘着が発生し、生産性が低下する虞がある。
本発明のゴム組成物は、耐摩耗性を向上させるために、さらに所定量のカーボンブラックを含む。本発明では、前記短繊維と前記接着性改善剤との組み合わせにより、耐摩耗性を向上できるため、カーボンブラックを多量に配合することなく、耐摩耗性を向上できる。そのため、屈曲性も向上できる。
ゴム組成物には、必要に応じて、他のフィラー(カーボンブラック以外のフィラー、例えば、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなど)、亜鉛末などの金属粉、架橋剤(加硫剤)、共架橋剤(加硫助剤)、架橋促進剤(加硫促進剤)、架橋遅延剤(加硫遅延剤)、金属酸化物(例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化アルミニウムなど)、軟化剤(パラフィンオイル、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、可塑剤、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、帯電防止剤などを含んでいてもよい。なお、金属酸化物は架橋剤として作用してもよい。
本発明の伝動ベルトは、プーリと接触可能な圧縮ゴム層を有する伝動ベルトであれば、特に限定されず、芯体層(接着ゴム層)と、この芯体層の一方の面に形成された圧縮ゴム層と、前記芯体層の他方の面に形成された伸張ゴム層とを備えた伝動ベルトであってもよい。さらに、伝動ベルトのなかでも、耐摩耗性が要求される摩擦伝動ベルトが好ましい。
伸張ゴム層は、圧縮ゴム層を形成するためのゴム組成物で例示されたゴム成分、短繊維、接着性改良剤、カーボンブラックおよび添加剤から選択された成分を含むゴム組成物で形成できる。伸張ゴム層は、圧縮ゴム層と同一のゴム組成物で形成された層であってもよい。
芯体層は、芯体を含んでいればよく、芯体のみで形成された芯体層であってもよいが、層間の剥離を抑制し、ベルト耐久性を向上できる点から、芯体が埋設された架橋ゴム組成物で形成された芯体層(接着ゴム層)であるのが好ましい。接着ゴム層は、伸張ゴム層と圧縮ゴム層本体との間に介在して伸張ゴム層と圧縮ゴム層本体とを接着するとともに、接着ゴム層には芯体が埋設されていてもよい。
接着ゴム層を形成するためのゴム組成物は、圧縮ゴム層を形成するためのゴム組成物と同様に、クロロプレンゴム、架橋剤(酸化マグネシウム、酸化亜鉛などの金属酸化物など)、共架橋剤(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、DPTT、CBSなど)、カーボンブラック、軟化剤(ナフテン系オイルなどのオイル類、芳香族カルボン酸アルキルエステルなど)、加工剤または加工助剤(ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、ワックス、パラフィンなど)、老化防止剤、接着性改善剤(レゾルシノール樹脂、アミノ樹脂など)、フィラー(シリカ、クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなど)、着色剤、粘着付与剤、可塑剤、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、帯電防止剤などを含んでいてもよい。
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、ベルト長手方向に延びて配設され、ベルト長手方向に平行な複数本の心線が配設されていてもよいが、生産性の点から、通常、ローエッジコグドVベルトのベルト長手方向に略平行に、所定のピッチで並列的に延びて螺旋状に配設されている。心線を螺旋状に配設する場合、ベルト長手方向に対する心線の角度は、例えば5°以下であってもよく、ベルト走行性の点から、0°に近いほど好ましい。また、心線のピッチは、0.5~3.0mmの範囲に設定されることが好ましく、0.8~2.0mmの範囲に設定されることがより好ましく、1.0~1.6mmの範囲に設定されることが最も好ましい。
圧縮ゴム層および/または伸張ゴム層の表面には、補強布が積層されていてもよい。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)を圧縮ゴム層および/または伸張ゴム層の表面に積層することにより形成できる。必要であれば、補強布を前記接着処理、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処理や、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(例えば、ローエッジコグドVベルト)の製造方法は、特に限定されず、各層の積層工程(ベルトスリーブの製造方法)に関しては、ベルトの種類に応じて、慣用の方法を利用できる。
(ゴム成分)
クロロプレンゴム:デンカ(株)製「PM-40」
短繊維は、以下の短繊維を用いた。いずれの短繊維も、RFL液[レゾルシノール2.6質量部、37質量%ホルマリン1.4質量部、ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン共重合体ラテックス(日本ゼオン(株)製)17.2質量部、水78.8質量部の混合液]に、浸漬し、乾燥させる接着処理を施した。接着成分(固形分)の付着率は短繊維に対して6質量%に調整した。
パラ系アラミド短繊維A:帝人(株)製「トワロン(登録商標)」、繊維長3mm
パラ系アラミド短繊維B:帝人(株)製「トワロン(登録商標)」、繊維長1mm
ナイロン66短繊維A:旭化成(株)製「レオナ」、繊維長3mm
ナイロン66短繊維B:旭化成(株)製「レオナ」、繊維長1mm
カーボンブラックFEF:東海カーボン(株)製「シーストSO」
カーボンブラックISAF:東海カーボン(株)製「シースト6」
シリカ:東ソー・シリカ(株)製「NipsilVN3」
亜鉛末:堺化学工業(株)製「M-11」
ナフテン系オイル:出光興産(株)製「ダイアナプロセスオイルNS-90S」
接着性改善剤A(レゾルシノール-ホルムアルデヒド共縮合物):Singh Plasticisers & Resins社製「POWERPLAST PP-1860」
接着性改善剤B(ヘキサメトキシメチルメラミン):Singh Plasticisers & Resins社製「POWERPLAST PP-1890S」
接着性改善剤C(クレゾール-ホルムアルデヒド共縮合物):田岡化学工業(株)製「スミカノール610」
接着性改善剤D(ノボラック系フェノール樹脂):住友ベークライト(株)製「スミライトレジンPR-12687」
酸化マグネシウム:協和化学工業(株)製「キョーワマグ150」
架橋促進剤MBTS(ジベンゾチアジルジスルフィド):大内新興化学工業(株)製「ノクセラーDM」
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」
老化防止剤A(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」
老化防止剤B(4,4'-ビス(α,α-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン):精工化学(株)製「ノンフレックスDCD」
老化防止剤C(マイクロクリスタリンワックス):精工化学(株)製「サンタイトC」
軟化剤:(株)ADEKA製「アデカサイザーC-8」
ステアリン酸:日油(株)製「ビーズステアリン酸つばき」
酸化亜鉛:ハクスイテック(株)製「酸化亜鉛(JIS規格2種)」
共架橋剤(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」
1100dtexのPET繊維束を2本合わせて撚り係数3.0で下撚りした下撚り糸を得た。当該下撚り糸を3本合わせ、撚り係数3.0で上撚りした総繊度6600dtexの諸撚りコードを心線として用いた。短繊維と同様の接着処理を心線に行った。
10番手の綿糸を糸密度70本/50mmで平織りした帆布(目付け180g/m2)を得た。当該帆布に接着ゴム層用ゴム組成物をすり込んだ処理帆布(厚み約0.5mm、目付け約450g/m2)を補強布として用いた。ベルトの内周側、外周側のいずれに対しても同一の補強布を用いた。
ゴム組成物を密閉式混練機(バンバリーミキサー)で練る際の、ゴム組成物の混練機への粘着の有無を評価した。ゴム組成物が混練機から自動的に排出された場合は粘着無し(良好)、混練機に貼り付いたゴム組成物を手鉤で剥がす必要があった場合は粘着有り(問題あり)と判断した。
ゴム組成物を温度160℃、圧力0.9MPaで20分間プレス加熱して、厚さ2mmの架橋ゴムシートを作製した。架橋ゴムシートから直径8mm×厚さ2mmの円板状試験片を採取し、ピンオンディスク摩擦係数測定装置を用いて摩擦力を測定し、摩擦係数を算出した。詳しくは、表面粗さRaが0.8μmである相手材(SUS304)により荷重2.192kgf/cm2で試験片を押し付けて、摩擦速度0~2.0m/秒で摩擦力を測定した。表3~5では、比較例1の摩擦係数を100とした際の相対値で表している。この値が小さい程、伝動ベルトの耐摩耗性や省燃費性が向上する傾向にある。
表3~5に示す組成を有する未架橋のゴム組成物を温度160℃、圧力0.9MPaで20分間プレス加熱して、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た。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%曲げ応力が大きい程、ベルト走行中の座屈変形(ディッシング)に対する抵抗力が高く、耐摩耗性や省燃費性に優れると判断できる。6.3MPa以上を実用的な合格水準と判断した。
測定方法は、JIS K6260:2017(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム-耐屈曲亀裂性及び耐屈曲亀裂成長性の求め方(デマチャ式))に準じた。金型を用いてゴム組成物を架橋することにより、長さ140mm、幅25mm、厚さ6.3mm、長さ方向の中央部分に曲率半径2.38mmの半円形のくぼみを有する試験片(架橋ゴム成形体)を作製した。なお、短繊維はその長さ方向が試験片の長さ方向と平行となるように配向させた。試験方法は、試験片には切込みを入れずに繰返し屈曲変形を与えた際に所定の長さの亀裂が発生するまでの屈曲回数を測定する試験である屈曲亀裂発生試験を採用した。デマチャ式屈曲試験機のつかみ具間の最大距離は75mm、往復運動距離(ストローク)は57mm、往復運動の速度は毎分300回、測定温度(雰囲気温度)は120℃とした。屈曲回数が所定の回数に達した際につかみ具間の距離が65mmとなるように試験機を一時停止させ、亀裂の発生の有無と亀裂の長さ(試験片の幅方向の長さ)を確認した。亀裂の長さが3mmに達した時点で試験終了とした。表3~5では、比較例1の亀裂の長さが3mmに達した際の屈曲回数を100とした際の相対値で表している。この値が大きい程、耐屈曲疲労性(耐亀裂性)に優れていると判断できる。
伝動効率試験は、図5に示すように、駆動軸に連結された直径φ95mmの駆動(Dr.)プーリと、従動軸に連結された直径φ110mmの従動(Dn.)プーリとからなる2軸走行試験機を用いて行なった。駆動軸および従動軸はモータと連結されるとともに、トルク計とデジタルタコメータが装着されており、回転数とトルクを調節可能となっている。各プーリにローエッジコグドVベルトを掛架し、軸荷重300Nでベルトに張りを与えた。駆動プーリの回転数が約3,000rpm、トルクが2Nmとなるように調節し、その時の駆動軸と従動軸のトルクおよび回転数を測定した。測定温度(雰囲気温度)は25℃とした。
P2=T2×ρ2
η=P2/P1=(T2×ρ2)/(T1×ρ1)
摩耗耐久試験は、図6に示すように、直径60mmの駆動(Dr.)プーリと、直径145mm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1000N、駆動プーリの回転数を6500rpm、従動プーリの負荷を15N・mとし、60℃の雰囲気温度にてベルトを20時間走行させた。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0.4mm未満であれば耐摩耗性に優れる(実用的な合格水準)と判断した。
亀裂耐久試験は、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9000rpm、従動プーリの負荷を10N・mとし、100℃の雰囲気温度にてベルトを96時間走行させた。走行後のベルトのコグ谷に発生した亀裂の深さ(ベルト厚み方向の長さ)を測定し、亀裂の深さが3mm未満であれば耐亀裂性に優れる(実用的な合格水準)と判断した。
(ゴム層の形成)
表2(接着ゴム層)および表3~5(圧縮ゴム層および伸張ゴム層)のゴム組成物としては、それぞれ、バンバリーミキサーなどの公知の方法を用いてゴム練りを行い、得られた練りゴムをカレンダーロールに通して圧延ゴムシート(接着ゴム層用シート、圧縮ゴム層用シート、伸張ゴム層用シート)を作製した。
補強布(下布)と、圧縮ゴム層用シート(未架橋ゴム)との積層体を、補強布を下にして、前記コグ部に対応する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た。当該積層体を75℃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)を作製した。次に、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た。
2,6…補強布
3…伸張ゴム層
4…芯体層
4a…芯体
5…圧縮ゴム層
Claims (5)
- 伝動ベルトの圧縮ゴム層に用いられるゴム組成物であって、
前記伝動ベルトが、ローエッジVベルト、ローエッジコグドVベルトまたはVリブドベルトであり、
前記ゴム組成物が、クロロプレンゴム、短繊維、接着性改善剤およびカーボンブラックを含み、
前記短繊維がアラミド短繊維および脂肪族ポリアミド短繊維を含み、
前記接着性改善剤が、フェノール樹脂および/またはアミノ樹脂を含み、
前記クロロプレンゴム100質量部に対して、前記短繊維の割合が15~38質量部であり、前記アラミド短繊維の割合が5~28質量部であり、前記脂肪族ポリアミド短繊維の割合が25質量部以下であり、前記接着性改善剤の割合が0.1~3.2質量部であり、かつ前記カーボンブラックの割合が30~70質量部である、ゴム組成物。 - 前記脂肪族ポリアミド短繊維の平均繊維長が1.5mm以上である請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記カーボンブラックがソフトカーボンを含む請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 請求項1または2に記載のゴム組成物を含む圧縮ゴム層を含む伝動ベルト。
- 請求項1または2に記載のゴム組成物を混練し、圧縮ゴム層を形成するための未架橋ゴムシートを製造する混練工程を含む、伝動ベルトの製造方法。
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