JP2004352922A - 水素化ニトリルゴム組成物及びこれを用いた伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】優れたゴム物性を保持しつつ接着性を向上させた水素化ニトリルゴム組成物及びこれを用いた伝動ベルトを提供することを目的とする。
【解決手段】歯付ベルト１の少なくとも歯部２に、水素化ニトリルゴム１００質量部に対して、カーボンブラックとシリカが総量で４５〜６０質量部添加されているとともに、カーボンブラックとシリカの配合比が５：４〜５：１となるよう調節されてなり、シランカップリング剤がシリカの５〜２０質量％配合された水素化ニトリルゴム組成物を用いた構成からなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた物性を保持しつつ、接着性を向上させた水素化ニトリルゴム組成物を用いた伝動ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、伝動ベルトに求められる品質が年々過酷なものとなっている。中でも自動車エンジンに使用される伝動ベルトは、エンジンルーム内の温度に耐えられるものでなければならず元々環境温度としては厳しいものであったが、エンジンルーム内の温度は更に上昇する傾向にあって、伝動ベルトにとっても極高温に耐えうるものが求められている。また、省スペース化、エンジンのコンパクト化に伴って、エンジンルームもかなり狭くなってきており、ベルトの細幅化の要求もある。
【０００３】
耐熱性の改善の要求に対しては、歯ゴム、背ゴムを構成するゴム組成物として水素化ニトリルゴムを有機過酸化物架橋させたものを用いることが提案されている。（例えば特許文献１参照）そして細幅化の要求については、カーボンブラックなどの補強材や、有機過酸化物や加硫促進剤、共架橋剤を増量することによってゴム物性を向上させ、幅狭化に対応しようという検討がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−８７９３７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、繰り返し圧縮力を受ける伝動ベルトにカーボンブラックを高充填したゴム組成物を使用した場合には、カーボンブラックの大きな凝集塊が発生して補強性、耐摩耗性、引張り強さ、ヒステリシスが発揮されず、しかも屈曲疲労性に劣り、早期ベルト寿命の原因になっていた。
また、有機過酸化物や加硫促進剤、共架橋剤を増量することによって対応した場合、ゴム物性は向上するものの、心線とゴムベルト本体との接着力が低下してしまい、細幅化による負荷に耐えられないという結果となった。
【０００６】
本発明はこのような問題に対処するものであり、硬度、モジュラスなどの優れたゴム物性を保持しつつ、接着性を向上させた水素化ニトリルゴム組成物及びこれを用いた伝動ベルトを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本願請求項１の発明では、水素化ニトリルゴム１００質量部に対して、カーボンブラックとシリカが総量で４５〜６０質量部添加されているとともに、カーボンブラックとシリカの配合比が５：４〜５：１となるよう調節されてなり、シランカップリング剤がシリカの５〜２０質量％配合されたことを特徴とする水素化ニトリルゴム組成物にあり、接着性を改善するとともに硬度、モジュラスなどの物性を低下させることのないゴム組成物を得ることができる。
【０００８】
本願請求項２の発明では、請求項１記載の水素化ニトリルゴム組成物であって、シランカップリング剤がビニル系シランカップリング剤であることを特徴とした水素化ニトリルゴム組成物にあり、シランカップリング剤としてビニル基を有するものを選択することで、耐熱性の向上に効果がある。
【０００９】
本願請求項３の発明では、請求項１または２記載の水素化ニトリルゴム組成物であって、架橋剤として有機過酸化物が配合されたことを特徴とする水素化ニトリルゴム組成物にあり、硫黄架橋に比べて、有機過酸化物架橋は耐熱性の改善に効果がある。
【００１０】
本願請求項４の発明では、伝動ベルトを構成するゴム層の少なくとも一部に、水素化ニトリルゴム１００質量部に対して、カーボンブラックとシリカが総量で４５〜６０質量部添加されているとともに、カーボンブラックとシリカの配合比が５：４〜５：１となるよう調節されてなり、シランカップリング剤がシリカの５〜２０質量％配合された水素化ニトリルゴム組成物を用いたことを特徴とする伝動ベルトである。
【００１１】
本願請求項５の発明では、請求項４記載の伝動ベルトであって、シランカップリング剤がビニル系シランカップリング剤であることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１２】
本願請求項６の発明では、請求項４または５記載の伝動ベルトであって、架橋剤として有機過酸化物が配合されたことを特徴とする伝動ベルトである。
【００１３】
本願請求項７の発明では、請求項４乃至６のいずれかに記載の伝動ベルトであって、伝動ベルトが歯付ベルトであって、少なくとも歯部が前記ゴム組成物で構成されることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる水素化ニトリルゴムは、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、その他の不飽和ニトリルからなるアクリロニトリル結合量が１０〜４０質量％と、１，３−ブタジエン、２，３−ジメチルブタジエン、イソプレン、１，３−ペンタジエン、その他の共役ジエン９０〜６０質量％とからなる共重合体、および更にこれらのモノマーに加えて共重合可能なエチレン性不飽和モノマーを共重合させた多元共重合体が挙げられる。ニトリルゴム中の不飽和ニトリルの量が過少であると硬度、モジュラス、耐油性が低下して伝動ベルトとしての機能を満足できず、また、逆に過多であると耐寒性の低下や硬度、モジュラスなの一般的物性に劣るなどの問題がある。
【００１５】
上記エチレン性不飽和モノマーとしては、スチレン、クロロメチルスチレン、α−メチルスチレンなどのビニル芳香族化合物、（メタ）アクリル酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、エトキシエチルアクリレート、マレイン酸、イタコン酸、モノメチルマレイン酸エステル、ジメチルマレイン酸エステルなどの不飽和ジカルボン酸、これらの不飽和ジカルボン酸のモノエステルおよびジエステルなどが挙げられる。
【００１６】
カーボンブラックは、ベルトの硬度やモジュラスといった物性を高く保つために配合するものであり、例えばＨＡＦ、ＭＡＦ、ＥＰＣ、ＳＡＦ、ＩＳＡＦなどが挙げられる。なかでも窒素吸着比表面積４０〜１２０ｍ^２／ｇ、２４Ｍ４ＤＢＰ吸油量８０〜１３０ｍｌ／１００ｇのものが好ましく用いられる。
【００１７】
シリカは、乾式シリカ、湿式シリカなど限定されるものではないが、コストが低く、加工性が良好である湿式シリカが好ましく用いられる。湿式シリカ（含水ケイ酸）は、一般にはケイ酸ナトリウムと鉱酸および塩類を水溶液中で反応させる方法で得ることができ、乾式シリカに比べ表面に多数のシラノール基を有するために高い極性をもつ。
【００１８】
前記カーボンブラックとシリカは、水素化ニトリルゴム１００質量部に対して総量で４５〜６０質量部添加されているとともに、カーボンブラックとシリカの配合比が５：４〜５：１となるように調節されている。カーボンブラックの配合量が前記割合未満であると、接着性は向上するものの硬度やモジュラスなどの物性が不十分となり伝動ベルトとしての機能を満足できない。一方、カーボンブラックの配合量が前記割合を超えると、ゴム物性は満足するが心線との接着性に劣り、ベルト寿命が短くなるため好ましくない。尚、総量が４５質量部未満だと補強効果に乏しく、総量が６０質量部を超えると硬度が高くなりすぎて伸びが低くなり、屈曲寿命に影響を与えるので好ましくない。
【００１９】
シランカップリング剤は、シリカの表面に存在するシラノール基に作用して、ゴムポリマーへの補強性、分散性を向上させる効果がある。具体的には、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−シアノプロピルジメチルクロロシラン、３−［Ｎ−アリル−Ｎ−（２−アミノエチル）］アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｐ−［Ｎ−（２−アミノエチル）アミノメチル］フェネチルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノメチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、１−（３−アミノプロピル）−１，１，３，３，３−ペンタメチルジシロキサン、３−アミノプロピルトリス（トリメチルシロキシ）シラン、α，ω−ビス（３−アミノプロピル）ポリジメチルシロキサン、α，ω−ビス（３−アミノプロピル）ポリジメチルシロキサン、１，３−ビス（３−アミノプロピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、α，ω−ビス（メルカプトメチル）ポリジメチルシロキサン、α，ω−ビス（メルカプトメチル）ポリジメチルシロキサン、１，３−ビス（メルカプトメチル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、α，ω−ビス（３−メルカプトプロピル）ポリジメチルシロキサン、α，ω−ビス（３−メルカプトプロピル）ポリジメチルシロキサン、１，３−ビス（３−メルカプトメチル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、Ｎ，Ｎ−ビス［（メチルジメトキシシリル）プロピル］アミン、Ｎ，Ｎ−ビス［３−（メチルジメトキシシリル）プロピル］エチレンジアミンＮ，Ｎ−ビス［３−（トリメトキシシリル）プロピル］アミン、Ｎ，Ｎ−ビス［３−（トリメトキシシリル）プロピル］エチレンジアミン、３−メルカプトプロピルトリス（トリメチルシロキシ）シラン、１−トリメトキシシル−４，７，１０−トリアザデカン、Ｎ−［（３−トリメトキシシリル）プロピル］トリエチレンテトラミン、Ｎ−３−トリメトキシシリルプロピル−ｍ−フェニレンジアミン等から選ばれものである。
【００２０】
なかでも耐熱性について注目すると、ビニル基を有するシランカップリング剤が好ましく、具体的にはビニルトリクロロシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス（β−メトキシエトキシ）シラン、Ｎ’−ビニルベンジル−Ｎ−トリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン塩などがある。
【００２１】
シランカップリング剤はシリカの５〜２０質量％配合されることが好ましい。５質量％未満では補強性、分散性を向上させる効果に乏しく、一方、２０質量％を超えるとゴム物性の低下を招く。
【００２２】
本発明の水素化ニトリルゴム組成物には、上記のシリカ、カーボンブラック、シランカップリング剤以外にも必要に応じて種々の添加剤を配合する。例えば、可塑剤、短繊維、架橋剤、老化防止剤、耐熱剤、粘着付与剤、スコーチ防止剤、架橋促進剤、促進助剤、架橋遅延剤、着色剤、紫外線吸収剤、難燃剤、耐油性向上剤、その他充填剤等が挙げられる。
【００２３】
架橋剤は、耐熱性を考慮すると有機過酸化物を選択することが好ましい。有機過酸化物は水素化ニトリルゴム１００質量部に対して、０．２〜１０質量部を配合する。０．２質量部未満であると架橋が不十分となり、引張強さなどの物性が劣ることになり、逆に１０質量部を超えると過架橋となり、伸びが低下し十分なゴム弾性および耐屈曲疲労性を得ることが出来なくなるからである。
【００２４】
具体的には２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−ｐ−ジイソプロピルベンゼン、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーベンゾエート、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ｐ−クロロベンゾイルパーオキサイド、２，４−ジクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ケタールパーオキサイドを挙げることができる。架橋促進剤としては、ステアリン酸、酸化亜鉛などが汎用的に挙げられる。
【００２５】
短繊維は、綿、ポリエステル、ポリアミド、アラミドなどの繊維からなる長さが１〜１０ｍｍ程度の短繊維を用いることができる。また短繊維として径が０．１〜２．０μｍであり、長さが１０μｍ〜１．０ｍの範囲である特殊なサイズの極短繊維を用いると、分散性や均質性をよりレベルの高いものにすることができる。短繊維の水素化ニトリルゴムへの混入量は、水素化ニトリルゴム１００質量部に対して１〜３０質量部の範囲で混入するのが好ましい。１質量部未満であると短繊維でのモジュラスを向上させる効果が十分に得られず、３０質量部を越えると硬度が高くなりすぎるために好ましくない。
【００２６】
可塑剤は、配合することによって加工性を改善せしめ、ベルトに柔軟性を付与するのものである。例えば、ポリジメチルシロキサンオイル、ジフェニルシランジオール、トリメチルシラノール、フタル酸誘導体フタレート系、アジピン酸誘導体アジペート系、トリメリット酸誘導体、セバケート系、フォスフェート系、ポリエーテル系などがある。可塑剤の配合量は３〜２５質量部、好ましくは５〜１５質量部の範囲とする。３質量部未満であると加工性が十分に改善できず、一方２５質量部を超えて配合すると強度が低下し、可塑剤がブリードするといった問題が起こるので好ましくない。
【００２７】
老化防止剤としては、フェニレンジアミン類、フォスフェート類、キノリン類、クレゾール類、フェノール類、ジチオカルバメート金属塩類を挙げることができる。
【００２８】
本発明を適用できる伝動ベルトは、図１に示すような歯付ベルトであり、この歯付ベルト１はベルト長手方向に沿って複数の歯部２と溝部７、ガラス繊維やアラミド繊維などのコードからなる心線３を埋設した背部４からなり、上記歯部２の表面と溝底面９には歯布５が貼着されている。
【００２９】
その他、図示はしないがＶリブドベルト、Ｖベルト、ラップドベルトなど様々なベルトに適用できるものである。また、ベルト全体がこのゴム組成物でできている必要はなく、圧縮ゴム部分のみであったり、背面ゴムのみであったり、ベルトの一部がこのゴム組成物でなっているものも本発明の範囲に含まれる。
【００３０】
【実施例】
実施例１〜５、比較例１〜７
水素化ニトリルゴムとして日本ゼオン社のＺｅｔｐｏｌ ２０１０Ｌ（アクリロニトリル量３６．２質量％、ヨウ素価１１ｍｇ／１００ｍｇ）を準備した。尚、比較例４，５では、前記水素化ニトリルゴム９０質量部に対して、日本ゼオン社製ＺＳＣ２２９５Ｎを１０質量部配合したゴムを準備した。そして、表１に示す配合に従って水素化ニトリルゴム組成物を作製し、下記試験を行なってゴム物性、接着性を評価した。結果を表１に併記する。
【００３１】
１．圧縮永久歪試験
円柱状加硫ゴム試験片を用いて、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準じて行った。（１００℃、２２時間）
【００３２】
２．引張試験
加硫ゴムシートを３号ダンベルで打ち抜いたものを試験片として用い、ＪＩＳ
Ｋ６２５１に準じて行った。
【００３３】
３．接着試験
処理繊維コードを２５ｍｍ幅に密に並べて、水素化ニトリルゴム組成物と温度１５０℃、圧力２ｎＰａで３０分間加圧密着させて、幅２５ｍｍ、長さ１４０ｍｍ、厚さ４ｍｍのシート状試料を得た。この試料を室温雰囲気下で引張試験機を用いて剥離力を求めた。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１に示すように、実施例ではゴム物性、接着性ともに満足する結果が得られたが、比較例１では、接着性は満足するもののゴム物性が不足している。比較例２においては、カーボンブラックを増量することでゴム物性は比較例１より向上するが、接着性が低下することが判った。また比較例３では共架橋剤を増量することでゴム物性は向上するが、接着力に極端な低下が見られた。比較例４ではゴムポリマーをブレンドすることでゴム物性の向上を狙ったが、接着性については問題があった。比較例５では、比較例４にシリカとシランカップリング剤を配合して接着性の向上を図ったが、満足できるほどには至らなかった。比較例６ではカーボンブラックとシリカを同量配合した結果、接着性には改善が見られたもののゴム物性が満足できるものではなかった。比較例７ではシリカをカーボンブラックより多く配合したが、接着性については優れるものの、ゴム物性に難がみられた。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、水素化ニトリルゴムに対して、カーボンブラックとシリカを特定割合で特定量配合するとともに、シランカップリング剤を特定量配合したゴム組成物は優れたゴム物性を保持しつつ、接着性を改善することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する歯付ベルトの断面斜視図である。
【符号の説明】
１ 歯付ベルト
２ 歯部
３ 心線
４ 背部

Claims (7)

1. 水素化ニトリルゴム１００質量部に対して、カーボンブラックとシリカが総量で４５〜６０質量部添加されているとともに、カーボンブラックとシリカの配合比が５：４〜５：１となるよう調節されてなり、シランカップリング剤がシリカの５〜２０質量％配合されたことを特徴とする水素化ニトリルゴム組成物。
2. シランカップリング剤がビニル系シランカップリング剤である請求項１記載の水素化ニトリルゴム組成物。
3. 架橋剤として有機過酸化物が配合された請求項１または２記載の水素化ニトリルゴム組成物。
4. 伝動ベルトを構成するゴム層の少なくとも一部に、水素化ニトリルゴム１００質量部に対して、カーボンブラックとシリカが総量で４５〜６０質量部添加されているとともに、カーボンブラックとシリカの配合比が５：４〜５：１となるよう調節されてなり、シランカップリング剤がシリカの５〜２０質量％配合された水素化ニトリルゴム組成物を用いたことを特徴とする伝動ベルト。
5. シランカップリング剤がビニル系シランカップリング剤である請求項４記載の伝動ベルト。
6. 架橋剤として有機過酸化物が配合された請求項４または５記載の伝動ベルト。
7. 伝動ベルトが歯付ベルトであって、少なくとも歯部が前記ゴム組成物で構成される請求項４乃至６のいずれかに記載の伝動ベルト。

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