(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024121792
(43)【公開日】2024-09-06
(54)【発明の名称】ゴム組成物ならびにその製造方法および用途
(51)【国際特許分類】
C08L 23/16 20060101AFI20240830BHJP
F16G 1/06 20060101ALI20240830BHJP
F16G 5/20 20060101ALI20240830BHJP
F16G 5/06 20060101ALI20240830BHJP
C08K 3/04 20060101ALI20240830BHJP
C08L 23/08 20060101ALI20240830BHJP
C08K 3/013 20180101ALI20240830BHJP
【FI】
C08L23/16
F16G1/06
F16G5/20 B
F16G5/06 A
C08K3/04
C08L23/08
C08K3/013
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024014173
(22)【出願日】2024-02-01
(31)【優先権主張番号】P 2023028504
(32)【優先日】2023-02-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000006068
【氏名又は名称】三ツ星ベルト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100142594
【弁理士】
【氏名又は名称】阪中 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100090686
【弁理士】
【氏名又は名称】鍬田 充生
(72)【発明者】
【氏名】吉田 健人
(72)【発明者】
【氏名】吉村 健太郎
【テーマコード(参考)】
4J002
【Fターム(参考)】
4J002BB151
4J002DA036
4J002DE017
4J002DF017
4J002DJ007
4J002DJ016
4J002DJ037
4J002DJ057
4J002DK007
4J002FD016
4J002FD017
4J002GM01
(57)【要約】
【課題】石油外資源率および電気伝導性の高いゴム組成物を提供する。
【解決手段】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を含むゴム組成物を調製する。このゴム組成物の石油外資源率は30質量%以上である。前記エチレン-α-オレフィンエラストマーは、石油外資源由来の原料を含む原料で形成されている。前記カーボンブラックの割合は、前記ポリマー成分100質量部に対して40~80質量部である。前記ゴム組成物は、石油外資源由来の無機充填剤をさらに含んでいてもよい。前記エチレン-α-オレフィンエラストマーの平均ムーニー粘度[ML(1+4)125℃]は41以上であってもよい。前記エチレン-α-オレフィンエラストマーのエチレン含有率は45質量%以上であってもよい。この組成物の架橋物を含むローエッジコグドVベルト1を作製してもよい。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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を含み、かつ石油外資源率が30質量%以上である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が、石油外資源由来の原料を含む原料で形成され、かつ
前記カーボンブラックの割合が、前記ポリマー成分100質量部に対して40~80質量部であるゴム組成物。
【請求項2】
石油外資源由来の無機充填剤をさらに含む請求項1記載のゴム組成物。
【請求項3】
前記エチレン-α-オレフィンエラストマーの平均ムーニー粘度[ML(1+4)125℃]が41以上である請求項1または2記載のゴム組成物。
【請求項4】
前記エチレン-α-オレフィンエラストマーのエチレン含有率が45質量%以上である請求項1または2記載のゴム組成物。
【請求項5】
前記カーボンブラックのDBP吸収量が60mL/100g以上である請求項1または2記載のゴム組成物。
【請求項6】
架橋物のゴム硬度Hs(タイプA)が92度以上である請求項1または2記載のゴム組成物。
【請求項7】
架橋物において、熱老化後の破断伸び保持率が40%以上である請求項1または2記載のゴム組成物。
【請求項8】
架橋物の電気抵抗値が6MΩ以下である請求項1または2記載のゴム組成物。
【請求項9】
セルロース系短繊維をさらに含む請求項1または2記載のゴム組成物。
【請求項10】
前記ポリマー成分と前記カーボンブラックとを混合する請求項1または2記載のゴム組成物の製造方法。
【請求項11】
請求項1または2記載のゴム組成物の架橋物を含む伝動ベルト。
【請求項12】
ローエッジコグドVベルトである請求項11記載の伝動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、CO2排出量を低減できる環境配慮型のゴム組成物ならびにその製造方法および用途に関する。
【背景技術】
【0002】
ゴムと繊維部材との複合体で形成されるタイヤ、ホース、伝動ベルト、搬送ベルトなどの成形体は、強度と柔軟性を両立できるために、自動車や一般産業用機械など、様々な用途で利用されている。伝動ベルトとしては、歯付ベルトなどのかみ合い伝動ベルト、平ベルト、Vベルト、Vリブドベルトなどの摩擦伝動ベルトが挙げられる。また、Vベルトには、摩擦伝動面(V字状側面)が露出したゴム層であるローエッジ(Raw-Edge)タイプ(ローエッジVベルト)と、摩擦伝動面が外被布(カバー布)で覆われたラップド(Wrapped)タイプ(ラップドVベルト)とがあり、摩擦伝動面の表面性状(ゴム層とカバー布との摩擦係数)の違いから用途に応じて使い分けられている。さらに、ローエッジVベルトには、コグを設けないローエッジVベルトの他、ベルトの下面(内周面)のみにコグを設けて屈曲性を改善したローエッジコグドVベルトや、ベルトの下面(内周面)および上面(外周面)の両方にコグを設けて屈曲性を改善したローエッジコグドVベルト(ローエッジダブルコグドVベルト)がある。
【0003】
伝動ベルトは、ゴム組成物の架橋物、撚りコードなどで形成される芯体、補強布などで形成されている。なかでも、ゴム組成物は、ポリマー成分、カーボンブラックなどの補強剤、可塑剤、架橋剤、老化防止剤などを含み、伝動ベルトの質量の大部分を占める。ポリマー成分として天然ゴムを含む伝動ベルトも存在するが、耐久性の向上を目的として、近年ではクロロプレンゴム、水素化ニトリルゴム、EPDMなど、石油由来の合成ゴムを使用した伝動ベルトが主流となっている。カーボンブラックを始めとするその他も成分も石油由来のものが多く、伝動ベルトの石油由来資源の含有率は高い。
【0004】
近年、SDGs(Sustainable Development Goals)、カーボンニュートラル、グリーントランスフォーメーション(GX)などの標語に代表されるように、工業製品の製造者にはCO2排出量の少ない環境配慮型製品の提供が求められている。しかしながら、上記の通り、伝動ベルトを構成するゴム組成物は石油由来資源を多く含むものであり、環境負荷が大きい。そのため、石油由来資源の含有率を少なくする試みが行われている。
【0005】
例えば、特許文献1(特開2011-214663号公報)および特許文献2(国際公開第2011/158586号)には、ポリマー成分として天然ゴムを用いるとともに、カーボンブラックの配合量を比較的少なくすることで、石油外資源率を高めた伝動ベルトが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2011-214663号公報
【特許文献2】国際公開第2011/158586号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、天然ゴムは多くの合成ゴムと比較して、硬度、耐摩耗性、耐熱老化性、耐候性などの点で劣り、伝動ベルトの耐久性を低下させる原因となる。また、いずれの文献においても、カーボンブラックは天然ゴム100質量部に対して10質量部以下が好ましいとされ、実施例でも少量しか含まれていない。カーボンブラックの配合量が少なくなると、ゴム硬度や耐摩耗性が低下しやすい上に、電気伝導性が低下して帯電しやすくなるという問題がある。伝動ベルトが帯電すると、センサーなどの電子機器を誤作動させる可能性がある上、火花の原因となるなど安全上の問題もある。
【0008】
従って、本発明の目的は、石油外資源率および電気伝導性の高いゴム組成物ならびにその製造方法および用途を提供することにある。
【0009】
本発明の他の目的は、石油外資源率の高い伝動ベルトでありながら、耐久性および電気伝導性の高い伝動ベルトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者等は、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、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を組み合わせ、前記エチレン-α-オレフィンエラストマーを、石油外資源由来の原料を含む原料で形成し、前記カーボンブラックの割合を前記ポリマー成分100質量部に対して40~80質量部に調整し、ゴム組成物の石油外資源率を30質量%以上に調整することにより、石油外資源率および電気伝導性を向上できることを見出し、本発明を完成した。
【0011】
すなわち、本発明の態様[1]としてのゴム組成物は、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を含み、かつ石油外資源率が30質量%以上である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が、石油外資源由来の原料を含む原料で形成され、かつ
前記カーボンブラックの割合が、前記ポリマー成分100質量部に対して40~80質量部である。
【0012】
本発明の態様[2]は、前記態様[1]のゴム組成物が、石油外資源由来の無機充填剤をさらに含む態様である。
【0013】
本発明の態様[3]は、前記態様[1]または[2]において、前記エチレン-α-オレフィンエラストマーの平均ムーニー粘度[ML(1+4)125℃]が41以上である態様である。
【0014】
本発明の態様[4]は、前記態様[1]~[3]のいずれかの態様において、前記エチレン-α-オレフィンエラストマーのエチレン含有率が45質量%以上である態様である。
【0015】
本発明の態様[5]は、前記態様[1]~[4]のいずれかの態様において、前記カーボンブラックのDBP吸収量が60mL/100g以上である態様である。
【0016】
本発明の態様[6]は、前記態様[1]~[5]のいずれかの態様において、架橋物のゴム硬度Hs(タイプA)が92度以上である態様である。
【0017】
本発明の態様[7]は、前記態様[1]~[6]のいずれかの態様のゴム組成物の架橋物において、熱老化後の破断伸び保持率が40%以上である態様である。
【0018】
本発明の態様[8]は、前記態様[1]~[7]のいずれかの態様において、架橋物の電気抵抗値が6MΩ以下である態様である。
【0019】
本発明の態様[9]は、前記態様[1]~[8]のゴム組成物が、セルロース系短繊維をさらに含む態様である。
【0020】
本発明には、態様[10]として、前記ポリマー成分と前記カーボンブラックとを混合する前記態様[1]~[9]のいずれかの態様のゴム組成物の製造方法も含まれる。
【0021】
本発明には、態様[11]として、前記態様[1]~[9]のいずれかの態様のゴム組成物の架橋物を含む伝動ベルトも含まれる。
【0022】
本発明の態様[12]は、前記態様[11]の伝動ベルトが、ローエッジコグドVベルトである態様である。
【発明の効果】
【0023】
本発明では、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を組み合わせ、前記エチレン-α-オレフィンエラストマーを、石油外資源由来の原料を含む原料で形成し、前記カーボンブラックの割合を前記ポリマー成分100質量部に対して40~80質量部に調整し、ゴム組成物の石油外資源率を30質量%以上に調整しているため、石油外資源率および電気伝導性を向上できる。このゴム組成物を伝動ベルトに利用すると、石油外資源率の高い伝動ベルトでありながら、耐久性および電気伝導性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【
図1】
図1は、本発明のローエッジコグドVベルトの一例を示す概略部分断面斜視図である。
【
図2】
図2は、
図1のローエッジコグドVベルトをベルト長手方向に切断した概略断面図である。
【
図3】
図3は、実施例で得られた架橋ゴム成形体の4%曲げ応力(短繊維直交方向)の測定方法を説明するための概略斜視図である。
【
図4】
図4は、実施例で得られたローエッジコグドVベルトの耐亀裂走行試験のレイアウトを示す概略図である。
【
図5】
図5は、実施例で得られたローエッジコグドVベルトの耐摩耗性走行試験のレイアウトを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
[ゴム組成物]
本発明のゴム組成物は、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(A)と、カーボンブラック(B)とを含む。
【0026】
(A)ポリマー成分
ポリマー成分(A)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。さらに、エチレン-α-オレフィンエラストマーは、石油外資源由来の原料を含む原料で形成されている。本発明では、ポリマー成分(A)として、このようなバイオマス由来のエチレン-α-オレフィンエラストマーを用いることにより、CO2排出量を低減できる環境配慮型のゴム組成物を調製できる。
【0027】
なお、本願において、石油外資源は、石油以外の有機質資源または無機質資源を意味する。
【0028】
詳しくは、石油外資源は、バイオマスであってもよく、例えば、容易に再生可能な植物であってもよい。バイオマス由来のエチレン-α-オレフィンエラストマーは、エチレン成分としてサトウキビなどの植物由来のバイオエタノールから作られたエチレンで形成されていてもよい。植物はその成長過程で大気中からCO2を吸収しており、製品となった際のCO2排出量を相殺することができ、実質的なCO2排出量を低減することができる。そのため、本発明では、ポリマー成分として、石油外資源率の高いエチレン-α-オレフィンエラストマーを使用することで、CO2排出量を低減できる。
【0029】
エチレン-α-オレフィンエラストマーの石油外資源率は、ゴム組成物の石油外資源率が30質量%以上になるように調整できれば特に限定されず、10質量%以上であってもよいが、例えば10~100質量%、好ましくは30~90質量%、さらに好ましくは50~85質量%、より好ましくは60~80質量%、最も好ましくは65~75質量%である。石油外資源率が低すぎると、ゴム組成物の石油外資源率を30質量%以上に調整するのが困難となる虞がある。
【0030】
なお、本願において、エチレン-α-オレフィンエラストマーの石油外資源率は、植物中の炭素には大気中と同じ濃度の14C放射性同位体が含まれるのに対して、石油中には14C放射性同位体が全く含まれていないことを利用して、14C放射性同位体の濃度を測定することにより、石油外資源率を推定する方法で測定でき、具体的には、ASTM D6866-22に準拠して測定できる。
【0031】
エチレン-α-オレフィンエラストマーは、構成単位として、エチレン単位、α-オレフィン単位を含んでいればよく、ジエン単位をさらに含んでいてもよい。そのため、エチレン-α-オレフィンエラストマーには、エチレン-α-オレフィン共重合体ゴム、エチレン-α-オレフィン-ジエン三元共重合体ゴムなどが含まれる。
【0032】
α-オレフィン単位を形成するためのα-オレフィンとしては、例えば、プロピレン、ブテン、ペンテン、メチルペンテン、ヘキセン、オクテンなどの鎖状α-C3-12オレフィンなどが挙げられる。これらのα-オレフィンのうち、プロピレンなどのα-C3-4オレフィン(特にプロピレン)が好ましい。
【0033】
ジエン単位を形成するためのジエンモノマーとしては、通常、非共役ジエン系単量体が利用される。非共役ジエン系単量体としては、例えば、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、1,4-ヘキサジエン、シクロオクタジエンなどが例示できる。これらのジエンモノマーのうち、エチリデンノルボルネン、1,4-ヘキサジエン(特に、エチリデンノルボルネン)が好ましい。
【0034】
代表的なエチレン-α-オレフィンエラストマーとしては、例えば、エチレン-α-オレフィンゴム[エチレン-プロピレンゴム(EPM)、エチレン-ブテンゴム(EBM)、エチレン-オクテンゴム(EOM)など]、エチレン-α-オレフィン-ジエンゴム[エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体(EPDM)]などが例示できる。
【0035】
これらのエチレン-α-オレフィンエラストマーは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、耐熱性、耐寒性、耐候性に優れる点から、エチレン-α-C3-4オレフィン-ジエン三元共重合体ゴムなどのエチレン-α-オレフィン-ジエン三元共重合体ゴムが好ましく、EPDMが特に好ましい。そのため、EPDMの割合は、エチレン-α-オレフィンエラストマー全体に対して50質量%以上であってもよく、好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上(特に95質量%以上)であり、100質量%(EPDMのみ)であってもよい。
【0036】
エチレン-α-オレフィンエラストマーにおいて、エチレン-α-オレフィンエラストマー中のエチレンの含有率(エチレン単位の割合)は45質量%以上であってもよく、例えば45~80質量%、好ましくは50~78質量%、さらに好ましくは55~75質量%、より好ましくは60~73質量%、最も好ましくは65~72質量%である。エチレン含有率が少なすぎると、伝動ベルトに利用した場合、耐摩耗性が低下する虞があり、多すぎると、加工性および耐亀裂性が低下する虞がある。
【0037】
なお、本願において、エチレン含有率は、エチレン-α-オレフィンエラストマーを構成する全単位中のエチレン単位の質量割合を意味し、慣用の方法により測定できるが、モノマーとしてのエチレンに基づく割合であってもよい。
【0038】
さらに、本願において、エチレン-α-オレフィンエラストマーが複数種である場合、エチレン含有率は質量比に基づく平均値(平均エチレン含有率)を意味する。すなわち、平均エチレン含有率は、それぞれのエチレン-α-オレフィンエラストマーのエチレン含有率と質量分率との積の合計である。
【0039】
エチレン-α-オレフィンエラストマーにおいて、エチレンとα-オレフィンとの割合(質量比)は、前者/後者=40/60~90/10、好ましくは45/55~85/15、さらに好ましくは50/50~80/20、より好ましくは55/45~75/25である。特に、エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体において、エチレンとプロピレンとの割合(質量比)は、前者/後者=45/55~80/20、好ましくは50/50~78/22、さらに好ましくは60/40~77/23、より好ましくは65/35~75/25、最も好ましくは70/30~75/25であってもよい。
【0040】
エチレン-α-オレフィンエラストマー(特に、EPDMなどのエチレン-α-オレフィン-ジエン三元共重合体ゴム)のジエン含有率は、例えば0.1~15質量%、好ましくは1~10質量%、さらに好ましくは2~7質量%、より好ましくは3~6質量%、最も好ましくは4~5質量%である。ジエン含有率が多すぎると、高度な耐熱性が担保できない虞がある。ジエン含有率が少なすぎると、伝動ベルトに利用した場合、加工性および耐亀裂性が低下する虞があり、逆に多すぎると、耐摩耗性が低下する虞がある。
【0041】
なお、本願において、ジエン含有率は、エチレン-α-オレフィンエラストマーを構成する全単位中のジエンモノマー単位の質量割合を意味し、慣用の方法により測定できるが、モノマーに基づく割合であってもよい。
【0042】
ジエンモノマーを含むエチレン-α-オレフィンエラストマーのヨウ素価は、例えば3~40、好ましくは5~30、さらに好ましくは10~20である。ヨウ素価が小さすぎると、ゴム組成物の架橋が不十分になって摩耗や粘着が発生し易く、逆にヨウ素価が大きすぎると、ゴム組成物のスコーチが短くなって扱い難くなると共に耐熱性が低下する傾向がある。
【0043】
エチレン-α-オレフィンエラストマー(未架橋のエチレン-α-オレフィンエラストマー)のムーニー粘度[ML(1+4)125℃]は41以上であってもよく、例えば41~85、好ましくは43~80、さらに好ましくは45~70、より好ましくは50~60、最も好ましくは53~57である。ムーニー粘度が低すぎると、伝動ベルトに利用した場合、耐摩耗性が低下する虞があり、逆に高すぎると、加工性および耐亀裂性が低下する虞がある。
【0044】
なお、本願において、ムーニー粘度は、JIS K 6300-1(2013)のムーニー粘度試験に準じた方法で測定でき、試験条件は、L形ロータを使用し、試験温度125℃、予熱1分、ロータ作動時間4分である。ムーニー粘度は、キャビティ内において表面に溝が設けられたロータと接するように未架橋のエチレン-α-オレフィンエラストマーを充填し、ロータを回転させるのに必要なトルクを測定することにより、ゴムの流動性(加工のしやすさ)を表す指標として用いられる。
【0045】
さらに、本願において、エチレン-α-オレフィンエラストマーが複数種である場合、ムーニー粘度は質量比に基づく平均値(平均ムーニー粘度)を意味する。すなわち、平均ムーニー粘度は、それぞれのエチレン-α-オレフィンエラストマーのムーニー粘度と質量分率との積の合計である。
【0046】
ポリマー成分(A)中のエチレン-α-オレフィンエラストマーの割合は50質量%以上であればよく、好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、最も好ましくは100質量%(エチレン-α-オレフィンエラストマーのみ)である。ポリマー成分中のエチレン-α-オレフィンエラストマーの割合が少なすぎると、耐熱性および耐寒性が低下する虞がある。
【0047】
バイオマス由来のエチレン-α-オレフィンエラストマーは、バイオEPDMとして市販されており、例えば、ARLANXEO社製「Keltan eco 5470」「Keltan eco 6950」「Keltan eco 8550」などが利用できる。これらのバイオEPDMでは、エチレン成分の全てがサトウキビ由来の原料で形成されているため、エチレン含有率が、そのまま各バイオEPDMの石油外資源率に相当する。
【0048】
ポリマー成分(A)は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、エチレン-α-オレフィンエラストマーに加えて、他のゴム成分、例えば、ジエン系ゴム[天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン共重合体ゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム(ニトリルゴム);水素化ニトリルゴム(水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマーを含む)などの前記ジエン系ゴムの水添物など]、オレフィン系ゴム(ポリオクテニレンゴム、エチレン-酢酸ビニル共重合体ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴムなど)、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどを含んでいてもよい。
【0049】
他のゴム成分の割合は、ポリマー成分中50質量%以下であってもよく、好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。
【0050】
ゴム組成物中のポリマー成分(A)の割合は、例えば10~80質量%、好ましくは20~70質量%、さらに好ましくは25~60質量%、より好ましくは30~50質量%、最も好ましくは35~45質量%である。
【0051】
(B)カーボンブラック
カーボンブラック(B)は、石油由来の原料で形成されており、石油外資源率は0質量%である。これに対して、本発明では、前述の通り、ポリマー成分として、石油外資源由来の原料を含む原料で形成されたエチレン-α-オレフィンエラストマーを用いるため、石油外資源率を高めつつ、比較的多量のカーボンブラックを含有させることが可能となる。その結果、本発明のゴム組成物を伝動ベルトに利用すると、高硬度、耐熱老化性、耐摩耗性、耐屈曲疲労性に優れ、電気伝導性が高い伝動ベルトを提供できる。
【0052】
カーボンブラック(B)の基本特性は、一次粒子径の大きさ、アグリゲートの凝集構造(ストラクチャー)、表面性状(BET比表面積、ヨウ素吸着量など)の3つが重要とされている。
【0053】
本発明において、カーボンブラック(B)の平均一次粒子径は10~100nm程度の範囲から選択でき、例えば10~70nm、13~50nm、さらに好ましくは15~40nm、より好ましくは18~30nm、最も好ましくは20~25nmである。カーボンブラック(B)の平均一次粒子径が小さすぎると、ゴム組成物中のカーボンブラックの分散性が低下する虞があり、逆に大きすぎると、カーボンブラックによる補強性が低下する虞がある。
【0054】
なお、本願において、カーボンブラック(B)の平均一次粒子径の測定方法としては、例えば、透過型電子顕微鏡などを用いて個数基準で測定できる。
【0055】
アグリゲートとは、複数の一次粒子が枝分かれしながら鎖状に凝集した形態を意味し、その枝分かれの程度、すなわちストラクチャーの発達の程度を評価する方法として、DBP(ジブチルフタレート)吸収量が用いられる。ストラクチャーの発達したカーボンブラック(B)はアグリゲート間の空隙が大きくなり、DBP吸収量が大きくなる。本発明では、DBP吸収量の大きい(ストラクチャーの発達した)カーボンブラック(B)は、アグリゲート同士が連なって電気を通す経路を形成し易くなり、架橋ゴム組成物の電気抵抗値を低減し易いため、電気伝導性を向上でき、ゴム組成物の石油外資源率を高めても電気伝導性を向上できると推定できる。
【0056】
カーボンブラック(B)のDBP吸収量は、電気伝導性を向上できる点から、大きい方が好ましく、60mL/100g以上であればよいが、例えば60~500mL/100g程度の範囲から選択でき、好ましくは80mL/100g以上、さらに好ましくは100mL/100g以上、より好ましくは105mL/100g以上、最も好ましくは110mL/100g以上であり、100~200mL/100g(好ましくは105~180mL/100g、さらに好ましくは110~150mL/100g)であってもよい。DBP吸収量が小さすぎると、架橋ゴムの電気伝導性が低下する虞がある。
【0057】
なお、本願において、カーボンブラック(B)のDBP吸収量は、JIS K 6217-4(2017)に準じ、非圧縮試料について測定できる値(OAN)を意味する。
【0058】
カーボンブラック(B)のBET比表面積は、例えば10~160m2/g、好ましくは30~150m2/g、さらに好ましくは50~140m2/g、より好ましくは80~130m2/g、最も好ましくは100~120m2/gである。BET比表面積が小さすぎると、架橋ゴムの硬度およびモジュラスが低下する虞があり、逆に大きすぎると、架橋ゴムの硬度が高くなりすぎる虞がある。
【0059】
なお、本願において、BET比表面積とは、BET法により窒素ガスを用いて測定した比表面積を意味する。
【0060】
カーボンブラック(B)のヨウ素吸着量は、例えば15~150g/kg、好ましくは30~140g/kg、さらに好ましくは50~135g/kg、より好ましくは100~130g/kg、最も好ましくは110~125g/kgである。ヨウ素吸着量が少なすぎると、架橋ゴムの硬度およびモジュラスが低下する虞があり、逆に多すぎると、カーボンブラック(B)自体の調製が困難となる虞がある。
【0061】
なお、本願において、カーボンブラック(B)のヨウ素吸着量の測定方法としては、ASTM D1510-17の標準試験法に準拠して測定できる。
【0062】
カーボンブラック(B)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して40~80質量部であり、好ましくは45~78質量部、さらに好ましくは50~75質量部、より好ましくは55~73質量部、最も好ましくは60~70質量部である。カーボンブラック(B)の割合が少なすぎると、伝動ベルトに利用した場合、架橋ゴムが柔らかすぎて耐久性が低下し、電気伝導性も低下し、逆に多すぎると、架橋ゴムが硬すぎて耐屈曲疲労性および圧延性が低下する。
【0063】
(C)石油外資源由来の無機充填剤
本発明のゴム組成物は、無機充填剤として、前記カーボンブラック(B)に加えて、石油外資源由来の無機充填剤(C)をさらに含んでいてもよい。この無機充填剤(C)は、鉱物由来、すなわち石油外資源由来であり、石油外資源率は100質量%であるため、ゴム組成物の石油外資源率を高めることができる。そのため、前記カーボンブラック(B)に石油外資源由来の無機充填剤(C)を組み合わせることにより、ゴム組成物の石油外資源率を高めつつ、充填剤による補強効果を向上できる。
【0064】
前記無機充填剤(C)としては、例えば、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炭酸金属塩;硫酸カルシウムや硫酸バリウムなどの金属硫酸塩など)、鉱物質材料(クレー、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。これらの無機充填剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
【0065】
これらのうち、シリカ(C1)、炭酸金属塩(C2)、金属酸化物(C3)が好ましい。
【0066】
シリカ(C1)には、乾式シリカ、湿式シリカ、表面処理したシリカなどが含まれる。また、シリカは、製法によって、例えば、乾式法ホワイトカーボン、湿式法ホワイトカーボン、コロイダルシリカ、沈降シリカなどにも分類できる。シリカ(C1)は、非晶質シリカであってもよい。これらのシリカは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのシリカのうち、表面シラノール基を有するシリカ(無水ケイ酸、含水ケイ酸)が好ましく、表面シラノール基の多い含水ケイ酸はゴム成分との化学的結合力が強い。
【0067】
シリカ(C1)の平均一次粒子径は、例えば1~500nm、好ましくは3~300nm、さらに好ましくは5~100nm、より好ましくは10~50nmである。
【0068】
なお、本願において、シリカ(C1)の平均一次粒子径の測定方法としては、例えば、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などを用いて測定でき、画像解析により適当なサンプル数(例えば、50サンプル)の算術平均粒子径として算出できる。
【0069】
シリカ(C1)のBET法による窒素吸着比表面積は、例えば50~400m2/g、好ましくは100~300m2/g、さらに好ましくは150~200m2/gである。
【0070】
シリカ(C1)は、前記カーボンブラック(B)の一部を代替するための充填剤として使用してもよい。その場合、シリカの割合は、カーボンブラック(B)100質量部に対して100質量部以下であってもよく、例えば5~100質量部、好ましくは10~90質量部、さらに好ましくは30~80質量部、より好ましくは40~70質量部、最も好ましくは50~65質量部である。シリカ(C1)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば1~40質量部、好ましくは5~35質量部、さらに好ましくは10~30質量部、より好ましくは20~28質量部である。シリカ(C1)の割合が多すぎると、伝動ベルトに利用した場合、ベルトの耐久性が低下する虞がある。
【0071】
炭酸金属塩(C2)としては、炭酸カルシウムが好ましい。炭酸金属塩(C2)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば5~100質量部、好ましくは10~80質量部、さらに好ましくは20~60質量部、より好ましくは30~50質量部、最も好ましくは35~45質量部である。炭酸金属塩(C2)の割合が少なすぎると、石油外資源率を高める効果が小さくなる虞があり、逆に多すぎると、ゴム硬度や電気伝導性などが低下する虞がある。
【0072】
金属酸化物(C3)としては、酸化亜鉛が好ましい。金属酸化物(C3)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば0.1~50質量部、好ましくは0.5~30質量部、さらに好ましくは1~20質量部、より好ましくは2~10質量部、最も好ましくは3~7質量部である。金属酸化物(C3)の割合が少なすぎると、石油外資源率を高める効果が小さくなる虞があり、逆に多すぎると、ゴム硬度や電気伝導性などが低下する虞がある。
【0073】
前記無機充填剤(C)の割合は、カーボンブラック(B)100質量部に対して、例えば300質量部以下であってもよく、例えば10~200質量部、好ましくは20~150質量部、さらに好ましくは30~100質量部、より好ましくは50~90質量部、最も好ましくは60~80質量部である。前記無機充填剤(C)の割合が少なすぎると、石油外資源率を高める効果が小さくなる虞があり、逆に多すぎると、ゴム硬度や電気伝導性などが低下する虞がある。
【0074】
前記無機充填剤(C)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、200質量部以下であってもよく、例えば5~150質量部、好ましくは10~100質量部、さらに好ましくは20~80質量部、より好ましくは30~70質量部、最も好ましくは40~50質量部である。前記無機充填剤(C)の割合が少なすぎると、石油外資源率を高める効果が小さくなる虞があり、逆に多すぎると、ゴム硬度や電気伝導性などが低下する虞がある。
【0075】
(D)短繊維
本発明のゴム組成物は、短繊維(D)をさらに含んでいてもよい。短繊維(D)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。
【0076】
本発明のゴム組成物は、カーボンブラック(B)を比較的多量に含むことにより、ゴムの物性を向上できるため、高剛性な短繊維を使用する必要がない。綿、PET、脂肪族ポリアミド(ナイロン)などの安価な短繊維を使用してもベルトの耐久性を向上することができ、経済性を向上でき、特に、植物由来のセルロース系繊維を使用することにより、石油外資源率を高めることができる。そのため、短繊維(D)を形成する繊維としては、PET繊維などのポリアルキレンアリレート系繊維、ポリアミド6繊維などのナイロン繊維、綿などのセルロース系繊維が好ましく、ポリアルキレンアリレート繊維、セルロース系繊維が特に好ましく、石油外資源率を高めることがでできる上に、耐熱性も向上できる点から、セルロース系繊維が最も好ましい。
【0077】
セルロース系繊維には、セルロース繊維(植物、動物またはバクテリアなどに由来するセルロース繊維)、セルロース誘導体の繊維が含まれる。セルロース繊維としては、例えば、木材パルプ(針葉樹、広葉樹パルプなど)、竹繊維、サトウキビ繊維、種子毛繊維[綿繊維(コットンリンター)、カポックなど]、ジン皮繊維(麻、コウゾ、ミツマタなど)、葉繊維(マニラ麻、ニュージーランド麻など)などの天然植物由来のセルロース繊維(パルプ繊維);ホヤセルロースなどの動物由来のセルロース繊維;バクテリアセルロース繊維;藻類のセルロースなどが例示できる。セルロース誘導体の繊維としては、例えば、セルロースエステル繊維;再生セルロース繊維(レーヨン、キュプラ、リヨセルなど)などが挙げられる。これらのセルロース系繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのセルロース系繊維のうち、綿繊維などのセルロース繊維が好ましい。
【0078】
短繊維(D)の平均繊維径は、例えば1~1000μm、好ましくは3~100μm、さらに好ましくは5~50μm、より好ましくは10~30μmである。繊維径が大きすぎると、架橋ゴムの硬度やモジュラスが低下する虞があり、小さすぎると、均一に分散させるのが困難となる虞がある。
【0079】
短繊維(特に、セルロース系短繊維)(D)の平均繊維長は、例えば1~20mm、好ましくは3~10mm、さらに好ましくは4~8mm、より好ましくは5~7mmである。短繊維(D)の平均長さが短すぎると、伝動ベルトに利用した場合、列理方向の力学特性(例えばモジュラスなど)を十分に高めることができない虞があり、逆に長すぎると、ゴム組成物中の短繊維(D)の分散性が低下する虞がある。
【0080】
ゴム組成物中の短繊維(D)の分散性や接着性の観点から、少なくとも短繊維(D)は接着処理(または表面処理)することが好ましい。なお、全ての短繊維(D)が接着処理されている必要はなく、接着処理した短繊維と、接着処理されていない短繊維(未処理短繊維)とが混在または併用されていてもよい。
【0081】
短繊維(D)の接着処理では、種々の接着処理、例えば、フェノール類とホルマリンとの初期縮合物(ノボラックまたはレゾール型フェノール樹脂のプレポリマーなど)を含む処理液、ゴム成分(またはラテックス)を含む処理液、前記初期縮合物とゴム成分(ラテックス)とを含む処理液、シランカップリング剤、エポキシ化合物(エポキシ樹脂など)、イソシアネート化合物などの反応性化合物(接着性化合物)を含む処理液などで処理することができる。好ましい接着処理では、短繊維(D)は、前記初期縮合物とゴム成分(ラテックス)とを含む処理液、特に少なくともレゾルシン-ホルマリン-ラテックス(RFL)液で処理する。このような処理液は組み合わせて使用してもよく、例えば、短繊維(D)を、慣用の接着性成分、例えば、エポキシ化合物(エポキシ樹脂など)、イソシアネート化合物などの反応性化合物(接着性化合物)で前処理した後、RFL液で処理してもよい。
【0082】
短繊維(D)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば5~100質量部、好ましくは10~50質量部、さらに好ましくは15~40質量部、より好ましくは20~30質量部である。短繊維(D)の割合が少なすぎると、架橋ゴムの硬度やモジュラスが低下する虞があり、逆に多すぎると、均一に分散させるのが困難となる虞がある。
【0083】
(E)架橋剤
本発明のゴム組成物は、架橋剤(E)をさらに含んでいてもよい。架橋剤(または加硫剤)(E)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。
【0084】
硫黄系架橋剤としては、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄、塩化硫黄(一塩化硫黄、二塩化硫黄など)などが挙げられる。これらの硫黄系架橋剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。硫黄系架橋剤としては、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄が好ましく、粉末硫黄が最も好ましい。
【0085】
有機過酸化物としては、通常、ゴム、樹脂の架橋に使用されている有機過酸化物、例えば、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアルキルパーオキサイド(例えば、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、1,1-ジ-ブチルパーオキシ-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)-ヘキサン、1,3-ビス(t-ブチルパーオキシ-イソプロピル)ベンゼン、ジ-t-ブチルパーオキサイドなど)などが挙げられる。これらの有機過酸化物は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。さらに、有機過酸化物は、熱分解による1分間の半減期を得る分解温度が150~250℃(例えば175~225℃)程度の過酸化物が好ましい。
【0086】
これらのうち、ベルトの耐摩耗性や耐側圧性を向上できる点から、硫黄系架橋剤が好ましい。なお、硫黄系架橋剤は、天然鉱物を採集した場合は石油外資源に相当するが、近年では石油の脱硫により分離された成分から精製されるのが主となっているため、本願では石油外資源率0質量%の成分とする。
【0087】
架橋剤(E)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば1~10質量部、好ましくは1.5~8質量部、さらに好ましくは2~6質量部、より好ましくは2~5質量部である。架橋剤(E)が硫黄系架橋剤である場合、架橋剤の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば0.5~5質量部、好ましくは1~3質量部、さらに好ましくは1.5~2.5質量部であってもよい。架橋剤(E)の割合が少なすぎると、伝動ベルトに利用した場合、伝動ベルトの耐摩耗性や耐側圧性が低下する虞があり、多すぎると、耐スコーチ性、圧延性および耐亀裂性が低下する虞がある。
【0088】
(F)架橋助剤
本発明のゴム組成物は、前記架橋剤(E)(特に、硫黄系架橋剤)に加えて、架橋助剤(F)をさらに含んでいてもよい。架橋助剤は、石油由来の原料で形成されており、石油外資源率は0質量%である。架橋助剤としては、例えば、架橋促進剤(F1)、共架橋剤(F2)などが挙げられる。
【0089】
(F1)架橋促進剤
架橋促進剤(F1)としては、例えば、チウラム系促進剤[例えば、テトラメチルチウラム・モノスルフィド(TMTM)、テトラメチルチウラム・ジスルフィド(TMTD)、テトラエチルチウラム・ジスルフィド(TETD)、テトラブチルチウラム・ジスルフィド(TBTD)、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド(DPTT)、N,N’-ジメチル-N,N’-ジフェニルチウラム・ジスルフィドなど]、スルフェンアミド系促進剤[例えば、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド(CBS)、N,N’-ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド、N-t-ブチル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド(TBBS)など]、チオモルホリン系促進剤[例えば、4,4’-ジチオジモルホリン(DTDM)、2-(4’-モルホリノジチオ)ベンゾチアゾールなど]、チアゾ-ル系促進剤[例えば、2-メルカプトベンゾチアゾ-ル(MBT)、MBTの亜鉛塩、2-メルカプトベンゾチアゾールジベンゾチアジルジスルフィド(MBTS)、2-メルカプトチアゾリン、ジベンゾチアジル・ジスルフィド、2-(4’-モルホリノジチオ)ベンゾチアゾールなど]、ウレア系またはチオウレア系促進剤[例えば、エチレンチオウレア、トリメチルチオ尿素(TMU)、ジエチルチオ尿素(EDE)など]、グアニジン系促進剤(ジフェニルグアニジン、ジ-o-トリルグアニジンなど)、ジチオカルバミン酸系促進剤[例えば、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛(EZ)、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛(BZ)など]、キサントゲン酸塩系促進剤(イソプロピルキサントゲン酸亜鉛など)など)などが挙げられる。これらの架橋促進剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの架橋促進剤のうち、TMTD、DPTT、CBS、MBTSなどが汎用される。
【0090】
なかでも、チウラム系促進剤とスルフェンアミド系促進剤との組み合わせが好ましい。両者を組み合わせる場合、チウラム系促進剤とスルフェンアミド系促進剤との質量比は、前者/後者=10/1~1/10、好ましくは3/1~1/3、さらに好ましくは2/1~1/2、より好ましくは1.5/1~1/1.5である。
【0091】
架橋促進剤(F1)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば0.2~10質量部、好ましくは0.5~7質量部、さらに好ましくは1~5質量部、より好ましくは1.2~3質量部、最も好ましくは1.3~2質量部である。架橋促進剤(F1)の割合が少なすぎると、伝動ベルトに利用した場合、耐摩耗性や耐側圧性が低下する虞があり、多すぎると、耐スコーチ性、圧延性および耐亀裂性が低下する虞がある。
【0092】
(F2)共架橋剤
共架橋剤(架橋助剤または共加硫剤co-agent)(F2)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’-ジフェニルスルホンジマレイミド、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。
【0093】
これらの共架橋剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、伝動ベルトに利用した場合、耐摩耗性や耐側圧性を向上できる点から、MPBMなどのビスマレイミド類が好ましい。
【0094】
共架橋剤(F2)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば0.1~30質量部、好ましくは0.2~20質量部、さらに好ましくは0.3~10質量部、より好ましくは0.5~5質量部、最も好ましくは0.8~3質量部である。架橋剤(E)が硫黄系架橋剤である場合、共架橋剤(F2)の割合は、ポリマー成分100質量部に対して、例えば0.1~3質量部、好ましくは0.3~2質量部、さらに好ましくは0.5~1.5質量部であってもよい。共架橋剤(F2)の割合が少なすぎると、伝動ベルトに利用した場合、耐摩耗性や耐側圧性が低下する虞があり、多すぎると、耐亀裂性が低下する虞がある。
【0095】
架橋助剤の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば0.3~30質量部、好ましくは0.5~20質量部、さらに好ましくは1~10質量部、より好ましくは1.5~5質量部、最も好ましくは2~3質量部である。
【0096】
(G)可塑剤
本発明のゴム組成物は、可塑剤(G)をさらに含んでいてもよい。可塑剤(G)としては、例えば、脂肪族カルボン酸系可塑剤(アジピン酸エステル系可塑剤、セバシン酸エステル系可塑剤など)、芳香族カルボン酸エステル系可塑剤(フタル酸エステル系可塑剤、トリメリット酸エステル系可塑剤など)、オキシカルボン酸エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、エーテル系可塑剤、エーテルエステル系可塑剤などのオイル類などが挙げられる。これらの可塑剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、エーテルエステル系可塑剤が好ましい。
【0097】
さらに、可塑剤(G)は、石油外資源由来の可塑剤であるのが好ましく、植物由来の可塑剤(植物性可塑剤)であるのが特に好ましい。
【0098】
可塑剤(G)の割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば0.1~30質量部、好ましくは0.2~10質量部、さらに好ましくは0.3~5質量部、より好ましくは0.5~3量部、最も好ましくは0.8~2質量部である。
【0099】
(H)加工剤または加工助剤
加工剤または加工助剤(H)としては、例えば、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、パラフィンなどが挙げられる。これらのうち、植物由来や動物由来などの石油外資源由来の加工剤または加工助剤が好ましく、ステアリン酸などの脂肪酸が特に好ましい。
【0100】
加工剤または加工助剤(H)の割合は、固形分換算で、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば10質量部以下、好ましくは0.1~5質量部、さらに好ましくは0.1~3質量部、より好ましくは0.2~2質量部、最も好ましくは0.3~1質量部である。
【0101】
(I)他の成分
本発明のゴム組成物は、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、カーボンブラック以外の炭素質材料(グラファイト、カーボンナノチューブなど)、軟化剤(パラフィンオイルやナフテン系オイルなど)、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。
【0102】
これらのうち、老化防止剤が好ましい。老化防止剤は、石油由来の原料で形成されており、石油外資源率は0質量%である。老化防止剤の割合は、固形分換算で、ゴム成分100質量部に対して、例えば0.1~10質量部、さらに好ましくは0.2~5質量部、より好ましくは0.3~3質量部、さらに好ましくは0.5~1.5質量部である。
【0103】
他の成分の合計割合は、ポリマー成分(A)100質量部に対して、例えば0.1~100質量部、好ましくは0.2~50質量部、さらに好ましくは0.3~20質量部、より好ましくは0.5~10質量部である。
【0104】
(J)ゴム組成物の架橋物の特性
本発明のゴム組成物の架橋物のゴム硬度Hs(タイプA)は、伝動ベルトに利用した場合、耐摩耗性や耐側圧性を向上できる点から、92度以上であってもよく、例えば92~98度、好ましくは92.5~97度、さらに好ましくは93~95度である。ゴム硬度が低すぎると、伝動ベルトに利用した場合、耐摩耗性や耐側圧性が低下する虞があり、逆に高すぎると、耐亀裂性が低下する虞がある。
【0105】
なお、本願において、架橋物のゴム硬度は、JIS K 6253(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測定された値Hs(タイプA)を示し、単にゴム硬度と記載する場合がある。詳細には、後述する実施例に記載の方法で測定できる。
【0106】
本発明のゴム組成物の架橋物は、耐熱老化性に優れており、120℃で14日間加熱後の破断伸び(熱老化後の破断伸び保持率)は、加熱前の破断伸びに対して40%以上(特に50%以上)であってもよく、例えば40~90%、好ましくは45~80%、さらに好ましくは48~70%、より好ましくは50~60%である。熱老化後の破断伸び保持率が低すぎると、耐亀裂性が低下する虞がある。
【0107】
なお、本願において、熱老化後の破断伸び保持率は、JIS K 6251(2017)に準拠して測定でき、詳細には、後述する実施例に記載の方法で測定できる。
【0108】
本発明のゴム組成物の架橋物は、石油外資源率が高いにも拘わらず、電気伝導性に優れており、電気抵抗値は6MΩ以下であってもよく、例えば5MΩ以下、好ましくは1MΩ以下、さらに好ましくは0.1MΩ以下、より好ましくは0.05MΩ以下、最も好ましくは0.03MΩ以下であり、例えば0.01~0.05MΩ程度であってもよい。電気抵抗値が高すぎると、架橋物が帯電し易くなる。
【0109】
なお、本願において、架橋物の電気抵抗値は、架橋ゴムシートの両端に絶縁抵抗計で電圧をかけた際に計測される電気抵抗値として測定でき、詳細には、後述する実施例に記載の方法で測定できる。
【0110】
(K)ゴム組成物の製造方法
本発明のゴム組成物の製造方法は、慣用の方法によって各成分を混合(または混練)することにより調製できるが、均一に混合するためには、前記ポリマー成分(A)と前記カーボンブラック(B)とを含む原料(または原料組成物)を混練するのが好ましい。
【0111】
混練は、全ての配合剤を一度に混練してもよいが(1パス練り)、スコーチ(意図せず架橋が進行すること)を防止するために、架橋剤および架橋助剤を除いた成分を混練する親練(A練り)と、親練したゴム組成物に架橋剤および架橋助剤を加えて混練する仕上練(B練り)の2段階で行ってもよい。2段階で混練することで、スコーチを防止しつつ、ゴム組成物中で配合剤を均一に分散させるのが容易になる。混練りは、スコーチを防止したり、ゴム組成物の粘度を適切に保つために、加熱もしくは冷却下で行ってもよい。親練の場合、ゴム組成物の温度は130℃以下が好ましく、より好ましくは70~130℃、さらに好ましくは80~120℃、最も好ましくは90~110℃である。仕上練の場合、ゴム組成物の温度は100℃以下が好ましく、より好ましくは50~100℃、さらに好ましくは65~95℃、最も好ましくは70~90℃である。混練におけるゴム組成物の温度が高すぎるとスコーチが発生する虞があり、低すぎると配合剤の分散性が低下する虞がある。
【0112】
混練方法としては、慣用の混練方法、例えば、ミキシングローラ、ニーダ、バンバリーミキサー、押出機(一軸または二軸押出機など)などを用いた方法などが挙げられる。
【0113】
本発明のゴム組成物は、用途に応じた方法で架橋した架橋物として利用される。架橋温度は、例えば120~200℃(特に150~180℃)である。
【0114】
[伝動ベルト]
本発明のゴム組成物は、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で形成される各種の成形体に利用できるが、エチレン-α-オレフィンエラストマーとカーボンブラックとを組み合わせるため、電気伝導性、耐熱性、耐寒性、耐候性、硬度、耐摩耗性にも優れるため、伝動ベルトに利用するのが好ましい。
【0115】
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。
【0116】
摩擦伝動ベルトとしては、例えば、平ベルト、Vベルト(ラップドVベルト、ローエッジVベルト、ローエッジVベルトの内周側にコグが形成されたローエッジコグドVベルト、ローエッジVベルトの内周側および外周側の双方にコグが形成されたローエッジダブルコグドVベルトなど)、Vリブドベルト、樹脂ブロックベルトなどが挙げられる。
【0117】
かみ合い伝動ベルトとしては、例えば、歯付ベルト、両面歯付ベルトなどが挙げられる。
【0118】
これらの伝動ベルトは、前記ゴム組成物の架橋物を含んでいればよいが、本発明の効果を効果的に発現できる点から、ベルト本体(特に圧縮ゴム層および/または伸張ゴム層)が前記ゴム組成物の架橋物で形成されているのが好ましい。
【0119】
前記伝動ベルトのうち、ベルト全体に占めるゴム組成物の質量割合の大きいVベルトへの適用が好ましい。さらに、プーリとの接触面がゴムで形成されていて静電気を逃がし易い点からローエッジVベルトが好ましく、コグ谷亀裂を防止するために耐亀裂性の向上が求められているローエッジコグドVベルトが特に好ましい。
【0120】
本発明のローエッジコグドVベルトは、ベルトの長手方向に延びる心線の少なくとも一部と接する接着ゴム層と、この接着ゴム層の一方の面に形成された伸張ゴム層と、前記接着ゴム層の他方の面に形成され、その内周面にベルトの長手方向に沿って所定の間隔をおいて形成された複数の凸部(コグ部)を有し、かつその側面でプーリに摩擦係合する圧縮ゴム層とを備えていればよい。このようなローエッジコグドVベルトには、圧縮ゴム層にのみ前記コグ部が形成されたローエッジコグドVベルト、圧縮ゴム層に加えて、伸張ゴム層の外周面にも同様のコグ部が形成されたローエッジダブルコグドVベルトが含まれる。
【0121】
図1は、本発明の伝動ベルト(ローエッジコグドVベルト)の一例を示す概略部分断面斜視図であり、
図2は、
図1の伝動ベルトをベルト長手方向に切断した概略断面図である。
【0122】
この例では、ローエッジコグドVベルト1は、ベルト本体の内周面に、ベルトの長手方向(図中のA方向)に沿って所定の間隔をおいて形成された複数のコグ部1aを有しており、このコグ部1aの長手方向における断面形状は略半円状(湾曲状または波形状)であり、長手方向に対して直交する方向(幅方向または図中のB方向)における断面形状は逆台形状である。すなわち、各コグ部(コグ山部またはコグ頂部)1aは、ベルト厚み方向において、コグ底部(コグ谷部)1bからA方向の断面において略半円状に突出している。ローエッジコグドVベルト1は、積層構造を有しており、ベルト外周側から内周側(コグ部1aが形成された側)に向かって、補強布2、伸張ゴム層3、接着ゴム層4、圧縮ゴム層5、補強布6が順次積層されている。ベルト幅方向における断面形状は、ベルト外周側から内周側に向かってベルト幅が小さくなる逆台形状である。さらに、接着ゴム層4内には、芯体4aが埋設されており、前記コグ部1aは、コグ付き成形型により圧縮ゴム層5に形成されている。
【0123】
コグ部の高さやピッチは、慣用のコグドVベルトと同様である。圧縮ゴム層では、コグ部の高さは、圧縮ゴム層全体の厚みに対して50~95%(特に60~80%)であり、コグ部のピッチ(隣接するコグ部の中央部同士の距離)は、コグ部の高さに対して50~250%(特に80~200%)である。伸張ゴム層にコグ部を形成する場合も同様である。
【0124】
この例では、伸張ゴム層3および圧縮ゴム層5が、前記ゴム組成物の架橋物で形成されている。接着ゴム層、芯体、補強布については、慣用の接着ゴム層、芯体、補強布を利用でき、例えば、以下の接着ゴム層、芯体、補強布であってもよい。
【0125】
(接着ゴム層)
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(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)、無機充填剤(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。
【0126】
なお、このゴム組成物において、ポリマー成分としては、前記圧縮ゴム層および伸張ゴム層のゴム組成物のポリマー成分と同系統または同種のポリマーを使用する場合が多い。接着ゴム層のポリマー成分としても、石油外資源由来の原料を含む原料で形成されたエチレン-α-オレフィンエラストマーを用いてもよいが、圧縮ゴム層に比べて、ポリマー成分が少量であるため、経済性の点から、石油資源由来のエチレン-α-オレフィンエラストマーを用いてもよい。
【0127】
架橋剤、架橋助剤、軟化剤および老化防止剤の割合は、それぞれ、前記圧縮ゴム層および伸張ゴム層のゴム組成物と同様の範囲から選択できる。また、接着ゴム層のゴム組成物において、無機充填剤の合計割合は、ポリマー成分100質量部に対して10~100質量部、好ましくは20~80質量部、さらに好ましくは30~50質量部である。また、接着性改善剤(レゾルシン-ホルムアルデヒド共縮合物、ヘキサメトキシメチルメラミンなど)の合計割合は、ポリマー成分100質量部に対して0.1~20質量部、好ましくは1~10質量部、さらに好ましくは2~8質量部である。
【0128】
(芯体)
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、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。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、1.0~2.5mmの範囲に設定されることが好ましく、1.5~2.0mmの範囲に設定されることがより好ましい。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。
【0129】
心線を構成する繊維としては、前記短繊維と同様の繊維が例示できる。前記繊維のうち、高モジュラスの点から、エチレンテレフタレート、エチレン-2,6-ナフタレートなどのC2-4アルキレン-アリレートを主たる構成単位とするポリエステル繊維(ポリアルキレンアリレート系繊維)、アラミド繊維などの合成繊維、炭素繊維などの無機繊維などが汎用され、ポリエステル繊維(ポリエチレンテレフタレート系繊維、ポリエチレンナフタレート系繊維)、アラミド繊維が好ましい。これらの繊維は、複数のフィラメントを含むマルチフィラメント糸の形態で使用されてもよい。マルチフィラメント糸の繊度は、例えば200~5000dtex(特に500~2000dtex)である。マルチフィラメント糸に含まれるフィラメント数は、50~5000本程度の範囲から選択でき、例えば50~1500本、好ましくは100~1000本、さらに好ましくは300~500本である。
【0130】
心線としては、通常、マルチフィラメント糸を使用した撚りコード(例えば、諸撚り、片撚り、ラング撚りなど)を使用できる。心線(撚りコード)の繊度は、例えば3000~30000dtex、好ましくは10000~25000dtex、さらに好ましくは15000~20000dtexである。心線(撚りコード)に含まれるフィラメント数は、500~15000本程度の範囲から選択でき、例えば500~12000本、好ましくは2000~10000本、さらに好ましくは4000~6000本である。心線の平均線径(撚りコードの直径)は、例えば0.5~3.0mmであってもよく、好ましくは1.0~2.0mm、さらに好ましくは1.5~1.7mmである。
【0131】
心線は、ポリマー成分との接着性を改善するため、圧縮ゴム層および伸張ゴム層の短繊維と同様の方法で接着処理(または表面処理)されていてもよい。心線も短繊維と同様に、少なくともRFL液で接着処理するのが好ましい。
【0132】
(補強布)
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。
【0133】
[伝動ベルトの製造方法]
本発明の伝動ベルトの製造方法は、特に限定されず、ベルトの種類に応じて、慣用の方法を利用できる。
【0134】
例えば、以下にローエッジコグドVベルトの代表的な製造方法について説明する。まず、補強布(下布)と圧縮ゴム層用シート(未架橋ゴムシート)との積層体を、前記補強布を下側にして、前記コグ部(コグ山部1a及びコグ底部1b)に対応する歯部と溝部とが交互に配された平坦なコグ付き成形型に接触させて設置し、温度60~100℃(特に70~80℃)程度でプレス加圧することにより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)を作製する。そして、このコグパッドの両端を適所(特にコグ山部の頂部)から垂直に切断して必要な長さを得る。
【0135】
次に、前記コグ部に対応する歯部と溝部とを交互に配した内母型を、円筒状金型の外周に被せ、内母型の歯部と溝部に係合させてコグパッドを巻き付けて両端(特にコグ山部の頂部)で接合し、このコグパッドの外周に第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、その外周に第2の接着ゴム層用シート(上接着ゴム:未架橋ゴムシート)、伸張ゴム層用シート(未架橋ゴムシート)を順次に巻き付けて未架橋成形体を作製する。
【0136】
その後、未架橋成形体にジャケットを被せた状態で、公知の架橋装置(加硫缶など)に配置し、温度120~200℃(特に150~180℃)で架橋成形を行い、架橋ベルトスリーブを作製する。そして、カッターなどを用いて、V状に切断加工して無端状のローエッジコグドVベルトを得る。
【0137】
この際、コグパッドを作製することなく、内母型の外周に補強布および圧縮ゴム層用シートを積層してもよい。この方法では、架橋成形の際に補強布および圧縮ゴム層用シートが内母型の溝部に圧入されることにより、コグ部が形成される。
【0138】
補強布を含まないローエッジコグドVベルトでは、圧縮ゴム層用シートと第1の接着ゴム層用シートとを予めプレス加圧した積層体を調製してもよい。
【0139】
なお、伸張ゴム層用シートおよび圧縮ゴム層用シートにおいて、短繊維の配向方向をベルト幅方向に配向させる方法としては、慣用の方法、例えば、所定の間隙を設けた一対のカレンダーロール間にゴムを通してシート状に圧延し、圧延方向に短繊維が配向した圧延シートの両側面を圧延方向と平行方向に切断するとともに、ベルト成形幅(ベルト幅方向の長さ)となるように圧延シートを圧延方向と直角方向に切断し、圧延方向と平行方向に切断した側面同士をジョイントする方法などが挙げられる。例えば、特開2003-14054号公報に記載の方法などを利用できる。このような方法で短繊維を配向させた未架橋シートは、前記方法において、短繊維の配向方向がベルトの幅方向となるように配置して架橋される。
【実施例0140】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、使用材料の詳細を以下に示す。
【0141】
[使用材料]
(ポリマー)
EPDM-A:ARLANXEO社製「Keltan eco 5470」、エチレン含有率70質量%、ジエン含有率4.6質量%、ムーニー粘度[ML(1+4)125℃]55
EPDM-B:ダウ・ケミカル社製「Nordel 4520」、エチレン含有率50質量%、ジエン含有率4.9質量%、ムーニー粘度[ML(1+4)125℃]20
EPDM-C:ダウ・ケミカル社製「Nordel 4640」、エチレン含有率55質量%、ジエン含有率4.9質量%、ムーニー粘度[ML(1+4)125℃]40
EPDM-D:JSR(株)製「EP24」、エチレン含有率54質量%、ジエン含有率4.5質量%
【0142】
(充填剤)
カーボンブラックISAF:東海カーボン(株)製「シースト6」、DBP吸収量114mL/100g、BET比表面積119m2/g、ヨウ素吸着量121g/kg
カーボンブラックHAF:東海カーボン(株)製「シースト3」、DBP吸収量101mL/100g、BET比表面積79m2/g、ヨウ素吸着量80g/kg
カーボンブラックFEF:キャボットジャパン(株)製「N550」
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」
酸化亜鉛:堺化学工業(株)製「酸化亜鉛2種」
セルロース系短繊維:橋本社製「綿カット糸」、平均繊維長6mm
ポリエステル短繊維:帝人(株)製「テトロン」、平均繊維径25μm、平均繊維長3mm
【0143】
(架橋剤および架橋助剤)
硫黄:美源化学社製「MIDAS」
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(2,2'-ジ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(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」
【0144】
(他の成分)
植物性可塑剤(ポリエチレングリコール-ジ-2-エチルヘキソエート):ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製「リオノンDEH-40」
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PW-90」
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
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」
接着性改善剤A(レゾルシン・ホルムアルデヒド共縮合物):INDSPEC Chemical Corporation社製「Penacolite Resin(B-18-S)」
接着性改善剤B(ヘキサメトキシメチルメラミン):SINGH PLASTICISER & RESINS社製「POWERPLAST PP-1890S」
【0145】
[心線(処理コード)]
1220dtexのPET繊維束(フィラメント数384)を3本合わせて撚り係数3.0で下撚りした下撚り糸を5本合わせ、撚り係数3.0で上撚りした総繊度18300dtexの諸撚りコード(フィラメント数5760)に接着処理を施した心線。心線径1.6mm。
【0146】
[外周面を被覆する補強布(処理帆布)]
経糸および緯糸として10番手の綿糸を用い、経糸および緯糸の糸密度70本/50mmで平織りした帆布(目付け約180g/m2)の両面に接着ゴムを刷り込む処理(フリクション処理)を施した処理帆布(厚み約0.5mm、目付け約450g/m2)。
【0147】
実施例1~5および比較例1~4
[架橋ゴムのゴム硬度Hs]
表2に示す組成を有するゴム組成物を親練の温度105℃、仕上練の温度80℃の2段階で混練してシート状に圧延した後、得られた未架橋のゴムシートを温度165℃、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。得られ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 K 6253(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。結果を表2に示す。
【0148】
[4%曲げ応力(短繊維直交方向)]
表2に示す組成を有する未架橋ゴム組成物を温度165℃、圧力2MPaで30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さ方向と平行に配向させた。
図3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4%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23℃および120℃とした。短繊維直交方向の4%曲げ応力が大きい程、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る。
【0149】
[熱老化後の破断伸び保持率]
表2に示す組成を有するゴム組成物を親練の温度105℃、仕上練の温度80℃の2段階で混練してシート状に圧延した後、得られた未架橋のゴムシートを温度165℃、圧力2MPaで時間30分プレス架橋し、架橋ゴムシート(100mm×100mm×2mm厚み)を作製した。得られた架橋ゴムシートをスーパーダンベルカッター((株)ダンベル製)で打抜いて、ダンベル状3号形の試験片を作製した。JIS K 6257(2017)に準拠し、作製した試験片を120℃に設定したギヤー式老化試験機中に14日間放置した後取り出した。取り出した試験片を23℃で24時間放置した後、JIS K 6251(2017)に準拠し、破断伸びを測定した。引張速度は500mm/min、試験温度は23℃とした。以下の式で破断伸び保持率を計算した。結果を表2に示す。
【0150】
破断伸び保持率(%)=(熱老化後の破断伸び/熱老化前の破断伸び)×100。
【0151】
[電気抵抗値]
表2に示す組成を有するゴム組成物を親練の温度105℃、仕上練の温度80℃の2段階で混練してシート状に圧延した後、得られた未架橋のゴムシートを温度165℃、時間30分でプレス架橋し、厚み2mmの架橋ゴムシートを作製した。得られたゴムシートから、長さ100mm、幅5mm、厚み2mmの電気抵抗値測定用試料を打ち抜いた。試料の長さ方向の両端に絶縁抵抗計の電極端子を取り付けた後、500Vの電圧をかけ、1分後の電気抵抗値を測定した。測定は、室温23℃、相対湿度50%で実施した。結果を表2に示す。
【0152】
[ベルトの作製]
歯部と溝部とを交互に配したコグ付き金型の外周に、表2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1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、圧縮ゴム層用シートを金型側にした状態で巻き付けた。そして、前記未架橋の第1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1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2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。さらに伸張ゴム層用シートの外周に処理帆布を2重に巻きつけた積層体を作製した。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16.6mm、厚さ(コグ頂部での厚さ)13.5mm、外周長1140mm)を作製した。
【0153】
【0154】
[耐亀裂性の評価(クラック発生までの時間)]
図4に示すように、直径125mmの駆動(Dr.)プーリと、直径125mmの従動(Dn.)プーリと、直径85mmのアイドラ(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、ベルトに798Nの初張力を与えた上で、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90°となるように調節した。駆動プーリの回転数は4900rpm、従動プーリの負荷は8.8kW、アイドラプーリは無負荷、雰囲気温度85℃でベルトを走行させ、深さ(ベルト厚み方向への長さ)1mm以上のクラックが発生するまでの時間を測定した。クラックが発生するまでの時間が長い程耐亀裂性に優れると判断でき、150時間以上を合格とした。
【0155】
[耐摩耗性の評価(摩耗率)]
図5に示すように、直径180mmの駆動(Dr.)プーリと、直径180mm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。各プーリにローエッジコグドVベルトを掛架し、軸荷重を1764N、駆動プーリの回転数を1140rpm、従動プーリの負荷を70N・mとし、23℃の雰囲気温度にてベルトを70時間走行させた。走行前後のベルトの質量を測定し、質量変化率(摩耗率)を評価した。摩耗率が小さい程耐摩耗性に優れると判断でき、0.35%以下を合格とした。
【0156】
摩耗率(%)=[(走行前のベルト質量-走行後のベルト質量)/走行前のベルト質量]×100。
【0157】
[総合判定]
総合判定は、石油外資源率が30質量%以上、ゴム硬度が92以上、4%曲げ応力が2.4MPa以上、熱老化後の破断伸び保持率が40%以上、電気抵抗値が6MΩ以下、クラック発生までの時間が150時間以上、摩耗率が0.35%以下の条件を充足するローエッジコグドVベルトを〇(合格)とし、前記条件の少なくとも1つの条件を充足しないローエッジコグドVベルトを×(不合格)とした。
【0158】
得られたローエッジコグドVベルトの評価結果を表2に示す。
【0159】
【0160】
実施例1~8は石油外資源率が高い上に、電気抵抗値は低く、摩耗率も小さかった。
【0161】
実施例1~4を比較すると、実施例1が最も石油外資源率が高く、耐亀裂性や耐摩耗性も高い水準にあった。実施例2~4はポリマー成分の一部にバイオEPDMではないEPDM(石油外資源率が0%のEPDM)を用いているために石油外資源率は低下するものの、ゴム物性やベルト評価は実施例1と同程度であり、価格面などを考慮してバイオEPDMではないEPDMを混合して用いることも可能であることが分かった。
【0162】
また、実施例5のように、実施例4に対してカーボンブラックの一部をシリカに置き換えることで、石油外資源率を高めることも有効であることが分かった。
【0163】
実施例6のように、実施例4に対してDBP吸収量の小さいカーボンブラックを使用することで、電気抵抗値が上昇することが分かった。
【0164】
実施例7のように、実施例1に対してカーボンブラックの一部をシリカに置き換えることで、実施例5と同様に、電気抵抗値を比較的低く保ちながら石油外資源率を高めることが可能であることが分かった。
【0165】
実施例8のように、実施例4に対してセルロース系短繊維の代わりにポリエステル短繊維を用いることで、総合判定は〇であるが、石油外資源率が低下し、120℃における4%曲げ応力が低下することが分かった。
【0166】
一方、バイオEPDMを全く用いなかった比較例1では石油外資源率が格段に低く、CO2排出量を十分に低減することが不可能となる。
【0167】
比較例2~3はバイオEPDMを全く用いずに、カーボンブラックの一部をシリカに置き換えることで石油外資源率を高めることを試みた例であるが、電気抵抗値は高く、耐摩耗性も低水準であった。比較例4はバイオEPDMを用いているもののカーボンブラックの割合が少ないために、電気抵抗値が高かった。
【0168】
これらの結果より、カーボンブラックの一部をシリカに置き換えるのみでは電気抵抗値が高くなってしまう上に、石油外資源率を十分に高めることは難しいことが分かった。電気抵抗値を低く抑えつつ石油外資源率を十分に高めるためには、バイオEPDMの使用は必須であることが分かった。
本発明のゴム組成物は、ゴムを利用する成形体、例えば、タイヤ、ホース、伝動ベルト、搬送ベルトなどに利用できるが、伝動ベルトに利用するのが特に好ましい。伝動ベルトは、例えば、平ベルト、Vベルト(ラップドVベルト、ローエッジVベルト、ローエッジコグドVベルト、ローエッジダブルコグドVベルトなど)、Vリブドベルト、樹脂ブロックベルトなどの摩擦伝動ベルト;歯付ベルト、両面歯付ベルトなどのかみ合い伝動ベルトなどに利用できる。なかでも、ベルト全体に占めるゴム組成物の質量割合の大きいVベルトへの適用が好ましい。さらに、プーリとの接触面がゴムで形成されていて静電気を逃がし易い点からローエッジVベルトが好ましく、コグ谷亀裂を防止するために耐亀裂性の向上が求められているローエッジコグドVベルトが特に好ましい。