JP6942663B2 - 架橋ゴム組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、架橋ゴム組成物に関する。
各種のゴム製品において、パラ系アラミド短繊維を含有する架橋ゴム組成物が用いられている。例えば、特許文献１には、パラ系アラミド短繊維を含有するゴム組成物を用いた伝動ベルトが開示されている。特許文献２には、パラ系アラミド短繊維を含有するゴム組成物を用いたタイヤが開示されている。特許文献３には、パラ系アラミド短繊維を含有するゴム組成物を用いたホースが開示されている。
架橋ゴム組成物にパラ系アラミド短繊維を含有させることにより、引張の貯蔵たて弾性係数の向上を図ることができるが、それに加え、圧縮の貯蔵たて弾性係数の向上も求められている。
本発明の課題は、パラ系アラミド短繊維を含有する圧縮の貯蔵たて弾性係数の高い架橋ゴム組成物を提供することである。
本発明は、ゴム成分と、前記ゴム成分に分散した繊維長が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下で且つフィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘ以上５．０ｄｔｅｘ以下のパラ系アラミド短繊維とを含有する架橋ゴム組成物である。
本発明によれば、パラ系アラミド短繊維として、フィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘ以上のものを含有していることにより、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得ることができる。
以下、実施形態について詳細に説明する。
実施形態に係る架橋ゴム組成物は、ゴム成分と、パラ系アラミド短繊維として、フィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘ以上のものとを含有する。なお、以下、「フィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘ以上のパラ系アラミド短繊維」を「太径アラミド短繊維」という。
実施形態に係る架橋ゴム組成物によれば、パラ系アラミド短繊維として、フィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘ以上のものを含有していることにより、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得ることができる。これは、従来のフィラメント繊度が１．７ｄｔｅｘのパラ系アラミド短繊維に比べ、フィラメント繊度が高い太径アラミド短繊維では、ゴム成分内でのフィブリル化が抑制され、その繊維性能が有効に発現するためであると推測される。
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）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等が挙げられる。ゴム成分は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、伝動ベルト用としては、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）を含むことが好ましく、エチレン-α-オレフィンエラストマーを含む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は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、汎用性の観点から、ＥＰＤＭを含むことがより好ましい。
太径アラミド短繊維を構成するパラ系アラミド短繊維は、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維（ＰＰＴＡ短繊維）を含んでいても、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を含んでいても、それらの両方を含んでいても、いずれでもよい。太径アラミド短繊維を構成するパラ系アラミド短繊維は、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、少なくともポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維（ＰＰＴＡ短繊維）を含むことが好ましい。
太径アラミド短繊維は、ゴム成分に分散している。太径アラミド短繊維は、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、一方向に配向していてもよい。実施形態に係る架橋ゴム組成物における太径アラミド短繊維の含有量（Ｃ１）は、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上１８質量部以下、より好ましくは３質量部以上１５質量部以下、更に好ましくは５質量部以上１２質量部以下である。
太径アラミド短繊維のフィラメント繊度（Ｄ１）は、２．５ｄｔｅｘ以上であるが、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、好ましくは２．７ｄｔｅｘ以上、より好ましくは３．０ｄｔｅｘ以上、更に好ましくは３．３ｄｔｅｘ以上であり、また、好ましくは５．０ｄｔｅｘ以下である。太径アラミド短繊維の繊維長（Ｌ１）は、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下、更に好ましくは２ｍｍ以上４ｍｍ以下である。
実施形態に係る架橋ゴム組成物は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、ゴム成分に分散した太径アラミド短繊維以外の短繊維を更に含有していてもよい。太径アラミド短繊維以外の短繊維としては、例えば、ナイロン短繊維、ビニロン短繊維、ポリエステル短繊維、綿などのセルロース短繊維、メタ系アラミド短繊維、フィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘ未満のパラ系アラミド短繊維等が挙げられる。太径アラミド短繊維以外の短繊維は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、パラ系アラミド短繊維以外の短繊維を含むことが好ましく、ナイロン短繊維を含むことがより好ましい。
実施形態に係る架橋ゴム組成物における太径アラミド短繊維以外の短繊維の含有量（Ｃ２）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上３０質量部以下、より好ましくは１０質量部以上２０質量部以下である。実施形態に係る架橋ゴム組成物における太径アラミド短繊維以外の短繊維の含有量（Ｃ２）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、太径アラミド短繊維の含有量（Ｃ１）よりも多いことが好ましい。太径アラミド短繊維以外の短繊維の含有量（Ｃ２）の太径アラミド短繊維の含有量（Ｃ１）に対する比（Ｃ２／Ｃ１）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、好ましくは１．１以上２．５以下、より好ましくは１．５以上２．０以下である。
太径アラミド短繊維以外の短繊維のフィラメント繊度（Ｄ２）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、好ましくは３．０ｄｔｅｘ以上１０ｄｔｅｘ以下、より好ましくは５．０ｄｔｅｘ以上８．０ｄｔｅｘ以下である。太径アラミド短繊維以外の短繊維のフィラメント繊度（Ｄ２）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、太径アラミド短繊維のフィラメント繊度（Ｄ１）よりも大きいことが好ましい。太径アラミド短繊維以外の短繊維のフィラメント繊度（Ｄ２）の太径アラミド短繊維のフィラメント繊度（Ｄ１）に対する比（Ｄ２／Ｄ１）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、好ましくは１．１以上３．５以下、より好ましくは２．０以上３．０以下である。
太径アラミド短繊維以外の短繊維の繊維長（Ｌ２）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下、更に好ましくは２ｍｍ以上４ｍｍ以下である。太径アラミド短繊維以外の短繊維の繊維長（Ｌ２）の太径アラミド短繊維の繊維長（Ｌ１）に対する比（Ｌ２／Ｌ１）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、好ましくは０．５０以上１．５以下、より好ましくは０．８０以上１．２以下である。太径アラミド短繊維以外の短繊維の繊維長（Ｌ２）は、表面の耐摩擦摩耗性を改良する観点から、太径アラミド短繊維の繊維長（Ｌ１）と同一であることが好ましい。
実施形態に係る架橋ゴム組成物は、ゴム成分が架橋している。このゴム成分は、有機過酸化物が架橋剤とされて架橋されていても、また、硫黄が架橋剤とされて架橋されていても、さらに、有機過酸化物及び硫黄の両方が架橋剤とされて架橋されていても、いずれでもよいが、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、少なくとも有機過酸化物が架橋剤とされて架橋されていることが好ましい。
架橋剤の有機過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、１，３-ビス（ｔ-ブチルペロキシイソプロピル）ベンゼン、２，５-ジメチル-２，５-ジ（ｔ-ブチルペロキシ）ヘキサン等が挙げられる。有機過酸化物は、これらのうちの１種又は２種以上を含有することが好ましく、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、ジクミルパーオキサイドを含有することが好ましい。架橋前の未架橋ゴム組成物における有機過酸化物の配合量は、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上７質量部以下、より好ましくは２質量部以上５質量部以下である。
実施形態に係る架橋ゴム組成物は、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、ゴム成分が共架橋剤を介することによっても架橋されていてもよい。共架橋剤としては、例えば、Ｎ，Ｎ’-ｍ-フェニレンビスマレイミド、トリメチロールプロパントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリアリルイソシアヌレート、液状ポリブタジェエン等が挙げられる。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く、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、Ｎ，Ｎ’-ｍ-フェニレンビスマレイミドを用いることがより好ましい。架橋前の未架橋ゴム組成物における共架橋剤の配合量は、高い圧縮の貯蔵たて弾性係数を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．５質量部以上７質量部以下、より好ましくは２質量部以上５質量部以下である。
実施形態に係る架橋ゴム組成物は、その他に、必要に応じて、カーボンブラックやシリカなどの補強材、機能性充填材、軟化剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加工助剤、老化防止剤等のゴム配合物を含有していてもよい。
実施形態に係る架橋ゴム組成物は、ゴム成分と太径アラミド短繊維及び架橋剤を含むゴム配合物とを、ゴム混練機を用いて混練して未架橋ゴム組成物を調製し、それをゴム製品に対応した加工方法により加熱及び加圧してゴム成分を架橋させることにより得ることができる。ゴム混練機としては、例えば、密閉式のニーダーやバンバリーミキサー、開放式のオープンロールが挙げられる。
実施形態に係る架橋ゴム組成物の列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数は、好ましくは６５．０ＭＰａ以上、より好ましくは７０．０ＭＰａ以上である。この圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）は、ＪＩＳＫ６２６５：２００１に基づいて測定されるものである。
実施形態に係る架橋ゴム組成物の列理方向の１００℃における引張の貯蔵たて弾性係数は、好ましくは２５５ＭＰａ以上、より好ましくは２６５ＭＰａ以上である。この引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）は、ＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて測定されるものである。
実施形態に係る架橋ゴム組成物の列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）の引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）に対する比は、好ましくは０．２６０以上、より好ましくは０．２７０以上である。
実施形態に係る架橋ゴム組成物は、例えば、伝動ベルト、タイヤ、ホース等のゴム製品に適用することができ、特に使用時に激しい圧縮変形を受ける伝動ベルトへの適用が好適である。
（架橋ゴム組成物）
以下の実施例１〜２及び比較例の架橋ゴム組成物を調製した。それぞれの構成については表１にも示す。
以下の実施例１〜２及び比較例の架橋ゴム組成物を調製した。それぞれの構成については表１にも示す。
＜実施例１＞
ゴム成分をＥＰＤＭ（ＪＳＲ Ｔ７２４１ ＪＳＲ社製）とし、このゴム成分１００質量部に対して、補強材のＦＥＦカーボンブラック（シーストＳＯ 東海カーボン社製）４５質量部、機能性充填材の粉状の超高分子量ポリエチレン樹脂（ハイゼックスミリオン２４０Ｓ 三井化学社製）１０質量部、軟化剤のオイル（サンパー２２８０ 日本サン石油社製）１０質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛（酸化亜鉛３種 堺化学工業社製）５質量部、加工助剤のステアリン酸（ルナック 花王社製）１質量部、共架橋剤（バルノックＰＭ 大内新興化学社製）４質量部、架橋剤の有機過酸化物（ペロキシモンＦ４０（純度４０質量％） 日油社製）７質量部（有効成分：２．８質量部）、並びに、ナイロン短繊維（レオナ６６ 旭化成社製、フィラメント繊度：６．７ｄｔｅｘ、繊維長：３ｍｍ）１８質量部、及びフィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘの太径ＰＰＴＡ短繊維（ケブラー 東レ・デュポン社製、繊維長：３ｍｍ）１０質量部を添加して混練した未架橋ゴム組成物を調製し、これを加熱及び加圧して圧縮試験及び引張試験用の架橋ゴム組成物を作製し、それを実施例１とした。
ゴム成分をＥＰＤＭ（ＪＳＲ Ｔ７２４１ ＪＳＲ社製）とし、このゴム成分１００質量部に対して、補強材のＦＥＦカーボンブラック（シーストＳＯ 東海カーボン社製）４５質量部、機能性充填材の粉状の超高分子量ポリエチレン樹脂（ハイゼックスミリオン２４０Ｓ 三井化学社製）１０質量部、軟化剤のオイル（サンパー２２８０ 日本サン石油社製）１０質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛（酸化亜鉛３種 堺化学工業社製）５質量部、加工助剤のステアリン酸（ルナック 花王社製）１質量部、共架橋剤（バルノックＰＭ 大内新興化学社製）４質量部、架橋剤の有機過酸化物（ペロキシモンＦ４０（純度４０質量％） 日油社製）７質量部（有効成分：２．８質量部）、並びに、ナイロン短繊維（レオナ６６ 旭化成社製、フィラメント繊度：６．７ｄｔｅｘ、繊維長：３ｍｍ）１８質量部、及びフィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘの太径ＰＰＴＡ短繊維（ケブラー 東レ・デュポン社製、繊維長：３ｍｍ）１０質量部を添加して混練した未架橋ゴム組成物を調製し、これを加熱及び加圧して圧縮試験及び引張試験用の架橋ゴム組成物を作製し、それを実施例１とした。
＜実施例２＞
太径ＰＰＴＡ短繊維として、フィラメント繊度が３．３ｄｔｅｘのもの（ケブラー 東レ・デュポン社製、繊維長：３ｍｍ）を用いたことを除いて実施例１と同様にして、圧縮試験及び引張試験用の架橋ゴム組成物を作製し、それを実施例２とした。
太径ＰＰＴＡ短繊維として、フィラメント繊度が３．３ｄｔｅｘのもの（ケブラー 東レ・デュポン社製、繊維長：３ｍｍ）を用いたことを除いて実施例１と同様にして、圧縮試験及び引張試験用の架橋ゴム組成物を作製し、それを実施例２とした。
＜比較例＞
太径アラミド短繊維に代えて、フィラメント繊度が１．７ｄｔｅｘのＰＰＴＡ短繊維（ケブラー 東レ・デュポン社製、繊維長：３ｍｍ）を用いたことを除いて実施例と同様にして、圧縮試験及び引張試験用の架橋ゴム組成物を作製し、それを比較例とした。
太径アラミド短繊維に代えて、フィラメント繊度が１．７ｄｔｅｘのＰＰＴＡ短繊維（ケブラー 東レ・デュポン社製、繊維長：３ｍｍ）を用いたことを除いて実施例と同様にして、圧縮試験及び引張試験用の架橋ゴム組成物を作製し、それを比較例とした。
（試験方法）
実施例１〜２及び比較例のそれぞれの架橋ゴム組成物について、軸方向が列理方向に一致する円柱状の試験片を作成し、ＪＩＳＫ６２６５：２００１に基づいて、フレクソメータ（ＦＴ−１２００ 上島製作所社製）を用い、試験温度１００℃、試験静荷重２５０Ｎ、試験動荷重２５０Ｎ、及び試験周波数１０Ｈｚとして、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）を測定した。また、長さ方向が列理方向に一致する短冊状の試験片を作成し、ＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて、動的粘弾性試験機を用い、試験温度１００℃、試験動歪０．１％、及び試験周波数１０Ｈｚとして、列理方向の１００℃における引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）を測定した。そして、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）の引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）に対する比を算出した。
実施例１〜２及び比較例のそれぞれの架橋ゴム組成物について、軸方向が列理方向に一致する円柱状の試験片を作成し、ＪＩＳＫ６２６５：２００１に基づいて、フレクソメータ（ＦＴ−１２００ 上島製作所社製）を用い、試験温度１００℃、試験静荷重２５０Ｎ、試験動荷重２５０Ｎ、及び試験周波数１０Ｈｚとして、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）を測定した。また、長さ方向が列理方向に一致する短冊状の試験片を作成し、ＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて、動的粘弾性試験機を用い、試験温度１００℃、試験動歪０．１％、及び試験周波数１０Ｈｚとして、列理方向の１００℃における引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）を測定した。そして、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）の引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）に対する比を算出した。
（試験結果）
試験結果を表１に示す。この表１によれば、太径ＰＰＴＡ短繊維を用いた実施例１及び２は、比較例と対比して、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）及び引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）のいずれも高く、加えて、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）の引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）に対する比も高いことが分かる。
試験結果を表１に示す。この表１によれば、太径ＰＰＴＡ短繊維を用いた実施例１及び２は、比較例と対比して、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）及び引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）のいずれも高く、加えて、列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）の引張の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）に対する比も高いことが分かる。
本発明は、架橋ゴム組成物の技術分野について有用である。
Claims (7)
- ゴム成分と、前記ゴム成分に分散した繊維長が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下で且つフィラメント繊度が２．５ｄｔｅｘ以上５．０ｄｔｅｘ以下のパラ系アラミド短繊維と、を含有する架橋ゴム組成物。
- 請求項１に記載された架橋ゴム組成物において、
列理方向の１００℃における圧縮の貯蔵たて弾性係数の引張の貯蔵たて弾性係数に対する比が０．２６０以上である架橋ゴム組成物。 - 請求項１又は２に記載された架橋ゴム組成物において、
前記ゴム成分に分散した前記パラ系アラミド短繊維以外の繊維長が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である短繊維を更に含有する架橋ゴム組成物。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載された架橋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含む架橋ゴム組成物。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載された架橋ゴム組成物において、
前記ゴム成分は、有機過酸化物が架橋剤とされて架橋されている架橋ゴム組成物。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載された架橋ゴム組成物において、
前記ゴム成分が共架橋剤を介することによっても架橋されている架橋ゴム組成物。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載された架橋ゴム組成物において、
前記パラ系アラミド短繊維がポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維を含む架橋ゴム組成物。
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