(57)【要約】【課題】ゴム本来の物性を維持しつつ、耐摩耗性、耐久性にも優れたゴム組成物およびそれを用いたベルトを提供する。【解決手段】ゴムポリマーに全芳香族ポリアミド繊維を含有するゴム組成物であって、該全芳香族ポリアミド繊維の直径が２５〜７０μｍ、長さが１．０〜６．０ｍｍであり、ゴムポリマー１００重量部に対して全芳香族ポリアミド繊維が５〜５０重量部含まれており、該ゴム組成物の横断面において、該ゴム組成物の全厚さに対して表面から５％の表層部分に、該ゴム組成物に含まれる全芳香族ポリアミド繊維全重量の３０〜８０重量％が存在し、かつゴム組成物表面から平均繊維長が０．１〜０．８ｍｍの全芳香族ポリアミド繊維が突出していることを特徴とするゴム組成物とする。また、上記ゴム組成物を用いたベルトとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムポリマー中に全芳香族ポリアミド繊維を含有するゴム組成物であって、該全芳香族ポリアミド繊維の直径が２５〜７０μｍ、長さが１．０〜６．０ｍｍであり、ゴムポリマー１００重量部に対して全芳香族ポリアミド繊維が５〜５０重量部含まれており、該ゴム組成物の横断面において、該ゴム組成物の全厚さに対して表面から５％の表層部分に、該ゴム組成物に含まれる全芳香族ポリアミド繊維全重量の３０〜８０重量％が存在し、かつゴム組成物表面から平均繊維長が０．１〜０．８ｍｍの全芳香族ポリアミド繊維が突出していることを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】
全芳香族ポリアミド繊維が、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維である請求項１記載のゴム組成物。
【請求項３】
請求項１または２記載のゴム組成物を用いたベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に伝動ベルトに好適に用いられる、耐久性を向上させたゴム組成物およびそれを用いたベルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
伝動ベルトをはじめとする動力伝動用部材においては、低騒音性、動的負荷容量の向上、及び耐摩耗性等の高度の要求が課せられている。従来から、こうした特性を満足するベルトとして、ベルトの動力伝達部接触表面に繊維を含む層を存在させることが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には特定のアスペクト比のケブラーパイルを静電植毛によって、動力伝動側及び被伝動側の少なくとも一方の動力伝達表面に立毛層を設け、軽量、低騒音性、動力伝動効率に優れた動力伝動用部材とすることが記載されている。確かにこの方法により、軽量、低騒音性、動力伝動効率は向上するものの、植毛繊維は互いに絡み合っているわけではなく、実稼動中の様に立毛層表面から長期にわたって高い圧縮剪断応力がかかった場合、繊維と接着剤との接着強度はそれほど強固なものではなく、例えケブラーのような繊維自身が高耐摩耗性繊維を植毛したとしても、長期間の使用でパイルが毛抜けしやすいという問題がある。
【０００４】
同様の目的で、特許文献２にはベルトの動力伝達表面に繊維を起毛させた不織布を設置したものが提案されている。この方法も低騒音性、動的負荷容量の向上には効果はあるものの、表面の不織布は目付３０〜１００ｇ／ｍ２と記載されているが、このような低目付の不織布を研磨することは工業的に難しく、また研磨斑が大きく一定の起毛密度を得るのが難しい。さらに、ニードルパンチされているものの、バインダーが用いられておらず、起毛された繊維は絡み合いや接着性が劣り、長期にわたって高い圧縮剪断応力がかかった場合、表面から繊維が抜け落ち易いという問題がある。
【０００５】
さらに、特許文献３には、動力伝達部の表面部がアラミド短繊維を含むエラストマーからなり、短繊維が外部に突出しているベルトが、特許文献４には、動力伝達部の表面部最表層のみに、繊維が内部に混入されている加硫エラストマー層を設置したベルトが提案されている。しかしながら、これらのベルトは低騒音性や動的負荷容量の向上には効果はあるものの、やはり上記と同様に表面から繊維が抜け落ちるといった問題を有している。こうした現状から動力伝達部の表面部に、繊維の脱落しにくい耐摩耗性のある繊維質層を有する伝動ベルトの開発が望まれている。
【０００６】
その対策として、特許文献５では動力伝達部表面に、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドからなる短繊維とポリパラフェニレンテレフタルアミドからなるパルプが重量比率５０／５０から９０／１０で構成されるパラ型芳香族ポリアミド繊維紙を含む層が設ける方法が提案されているが、繊維紙とゴム層の接着性が低く繊維紙が剥離する懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１４３６１号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１４０２号公報
【特許文献３】特開平１−１６４８３９号公報
【特許文献４】特開２００５−３３７４９５号公報
【特許文献５】特開２００８−３２０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ゴム本来の物性を維持しつつ、耐摩耗性、耐久性にも優れたゴム組成物およびそれを用いた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】
【０００９】
上記背景技術に鑑み、鋭意検討した結果、特定の形状を有する芳香族ポリアミド繊維をゴムと混練させたとき、該繊維がゴム組成物表面に分布し、しかも強固に保持され、耐摩耗性に優れたゴム組成物が得られることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
かくして、本発明によれば、ゴムポリマーに全芳香族ポリアミド繊維を含有するゴム組成物であって、該全芳香族ポリアミド繊維の直径が２５〜７０μｍ、長さが１．０〜６．０ｍｍであり、ゴムポリマー１００重量部に対して全芳香族ポリアミド繊維が５〜５０重量部含まれており、該ゴム組成物の横断面において、該ゴム組成物の全厚さに対して表面から５％の表層部分に、該ゴム組成物に含まれる全芳香族ポリアミド繊維全重量の３０〜８０重量％が存在し、かつゴム組成物表面から平均繊維長が０．１〜０．８ｍｍの全芳香族ポリアミド繊維が突出していることを特徴とするゴム組成物が提供される。また、本発明によれば、上記ゴム組成物を用いたベルトが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特定の全芳香族ポリアミド繊維をゴムに混練させることで、ゴム表面部分に繊維を集中して存在させ、しかも適度に繊維を突出させたゴム組成物を提供することができる。また、これによりゴム組成物の耐摩耗性と耐久性を著しく向上させることが可能となり、特にベルトに用い優れた性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のベルトの耐久性試験に用いる装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のゴム組成物は、ゴムポリマーに全芳香族ポリアミド繊維を含有するゴム組成物である。本発明で用いられるゴム組成物の主材料はゴム弾性を発揮できる高分子材料であれば、特に規定するものではない。例えば、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、多硫化ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなどが挙げられ、これらを単独で用いても良いし、ブレンドして用いても良い。
【００１４】
なお、これらゴムには、主成分であるゴム以外に、カーボンブラック、シリカ等の無機充填剤、クマロン樹脂、フェノール樹脂等の有機充填剤、ナフテン系オイル等の軟化剤、老化防止剤、加硫助剤、加工助剤等を必要に応じて含ませてもよい。また、全芳香族ポリアミド繊維以外の有機・無機の繊維フィラーを併用して使用しても良い。特に無機充填剤を添加したゴムマトリックスを用いることが本発明の効果をより得ることができる。  
【００１５】
本発明で使用する全芳香族ポリアミド繊維としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド短繊維、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が好ましく、全芳香族ポリアミド繊維の中で、特に耐摩耗性に優れるコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維を使用すると特に良好なゴム組成物を得る。公知の方法で全芳香族ポリアミド繊維樹脂を溶媒に溶解、湿式紡糸、延伸して得られる。
【００１６】
本発明においては、全芳香族ポリアミド繊維の直径が２５〜７０μｍ、長さが１．０〜６．０ｍｍであり、ゴムポリマー１００重量部に対して全芳香族ポリアミド繊維が５〜５０重量部含まれており、該ゴム組成物の横断面において、該ゴム組成物の全厚さに対して表面から５％の表層部分に、該ゴム組成物に含まれる全芳香族ポリアミド繊維全重量の３０〜８０重量％が存在し、かつゴム組成物表面から平均繊維長が０．１〜０．８ｍｍの全芳香族ポリアミド繊維が突出していることが肝要である。
【００１７】
本発明者らが検討を行ったところ、前記の直径及び長さを有する全芳香族ポリアミド繊維をゴムポリマー１００重量部に対して全芳香族ポリアミド繊維が５〜５０重量部含有させ混練したところ、ゴムの表層部分にゴムが集中して存在し、かつ特定の平均繊維長の芳香族ポリアミド繊維が突出しているゴム組成物が得られ、該ゴム組成物は耐摩耗性や耐久性が向上していることを見出した。
【００１８】
したがって、全芳香族ポリアミド繊維の直径が２５μｍ以下、つまり一般的な全芳香族ポリアミド繊維の直径５．５〜２４．７μｍ（０．３３〜６．６７ｄｔｅｘ）では、上記構成を有する本発明のゴム組成物は得られない。一方、直径が７０μｍを越えると、例えば、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維の場合、ドープ中のアミド系溶媒が残留しやすく、製糸性が悪くなるため、直径は７０μｍ以下とするのが適当である。
【００１９】
また、全芳香族ポリアミド繊維の繊維長は１．０〜６．０ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜３．５ｍｍである。繊維長が１．０ｍｍ未満であると、混練によってゴム組成物の表層部分に繊維を集中して分布させ、かつ前記平均繊維長で繊維がゴム表面に突出した本発明のゴム組成物を得るのが難しくなる。繊維長が６．０ｍｍを超えると、ゴム中への繊維の分散性が悪くなると同時に、１．０ｍｍ未満の場合と同様、本発明の構成のゴム組成物が得られない傾向にある。
【００２０】
前記のとおり全芳香族ポリアミド繊維の含有量はゴムポリマー１００重量部に対して５〜５０重量部であり、かかる量で繊維を添加することで、本発明の構成のゴム組成物を得ることができる。また、上記含有量が５重量部未満であると、耐摩耗性の効果が得られず、５０重量部を超えると、本発明の目的の一つである少ない繊維量で耐摩耗性を得るという目的から乖離してしまうし、ゴム中の分散性も悪化する。
【００２１】
本発明のゴム組成物においては、該組成物表面に平均繊維長０．１〜０．８ｍｍ、このましくは０．１〜０．５ｍｍの全芳香族ポリアミド繊維が突出していることを特徴とする。該平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると十分な耐摩耗性が得られず、０．８ｍｍを超えると繊維の脱落が多くなる。
【００２２】
繊維の表面は未処理でも前述したゴム主成分と密着性の良い樹脂またはゴムで覆われていても良い。上記樹脂としてはレゾルシン・ホリマリン・ラテックス樹脂が例として挙げられ、上記ゴムとしてはそれぞれのマトリックスゴムを溶かしたゴム糊が上げられる。繊維表面を被覆する樹脂またはゴムの量は、繊維１００重量部に対して２０重量部以下とすることが好ましい。
【００２３】
ゴム組成物の表面に突出した繊維はゴム組成物に含まれる全芳香族ポリアミド繊維の２〜１５％であることが好ましい。２％未満であると十分な耐摩耗性を得られず、１５％を超えると、非常な高負荷がかかって、脱落した場合、ゴム内部（表層部）にある繊維量が少なくなる問題が起きやすい。
【００２４】
以上に説明した本発明のゴム組成物は、例えば以下の方法により製造するこことができる。本発明に用いる全芳香族ポリアミド繊維を前記繊維長にカットする方法は特に規定されるものではなく、ギロチン式カットでも、ロータリー式カット、粉砕カットでも良い。好ましくは繊維長分布が狭く、生産性のよい、ギロチン式カット、ロータリー式カットが好ましい。
【００２５】
ゴムに全芳香族ポリアミド繊維を、前記含有量となるよう配合し混合する方法としては、特に制限はなく、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー等を用い、適宜公知の手段、方法によって混練することができる。
【００２６】
混練後、通常、タイヤやベルトなどのゴム製品はカレンダーロール等で圧延してシート状に加工されて用いられるが、この際のゴムシートの厚みは０．１〜２０ｍｍ厚の範囲である必要がある。０．１ｍｍ未満であると、本発明のゴム組成物の特徴である表層部に繊維が３０〜８０重量％存在する状態にならない。また、ゴムシート厚みが２０ｍｍを超えても、本発明のゴム組成物は得られない。
【００２７】
また、圧延してシートを作成する際、張力をかけて延伸した後、リラックスをさせる必要がある。張力およびリラックスの値はゴム種およびカレンダーロールの種類、厚みによって異なるので、限定することは困難であるが、リラックス率は５〜５０％の間で行なう必要がある。リラックス率が５％未満であると、本発明のゴム組成物にはならず、５０％を超えると、ゴムシートの収縮制御が困難となり、シート製造に弊害が出る。
【００２８】
上記方法により製造されたゴム組成物は、タイヤ、ベルト、ホース、靴底などの耐摩耗性、高耐久性が求められる用途に適応することが可能であり、特に伝動ベルトに用いることで、その性能を十分に発揮することができる。
【実施例】
【００２９】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３０】
（１）ゴム中の繊維分布測定
後述するゴムコンパウンドの断面をカットし、レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製）で繊維分布状態を調べ、上端から下端を一辺とした正方形面積中に含まれる繊維本数に対して上端、下端からそれぞれ５％の範囲に含まれる繊維本数の割合を％表示する。
【００３１】
（２）ゴム表層に突出している繊維の長さ、本数割合
（１）と同様のサンプルおよび装置で、表面に突出している繊維長および本数を単位面積あたりで算出し、総繊維本数に対する割合を％表示する。
【００３２】
（３）耐磨耗性
各ゴム組成物を１６０℃×２０分の条件で加硫して得られた厚さ７ｍｍのゴムシートから、幅５ｍｍ、長さ１５ｍｍのブロックを切り出して試料とした。オリエンテック株式会社製のピンオンディスク摩擦摩耗試験機を用い荷重５Ｋｇ、周速１００ｒｐｍ条件下、３２０番のサンドペーパー上をサンプルの繊維断面方向が摩耗するように回転摩耗させ、摩耗量を測定した。耐磨耗性は、摩耗量をアラミド繊維添加なしのサンプル（比較例１）を１００とするインデックス表示で示した。なお、このインデックス低い方が、耐磨耗性が良好である。
【００３３】
（４）ベルト耐久性
ドラムに７ｍｍ厚のゴムシートを巻きつけ、蒸気加硫装置を用いて１６０℃×２０分の条件で加硫し、２ｍｍ厚みのベルト状に切り出して試料とした。図１に模式図を示す装置を用いて、ベルト状サンプルに１０Ｋｇの一定荷重がかかるように調整し、周速１２０ｒｐｍで耐久試験を実施した。ベルトが破断した時間をアラミド繊維添加なしのサンプル（比較例１）を１００とするインデックス表示で示した。なお、このインデックスが高い方が、耐久性が良好である。
【００３４】
［実施例１〜７、比較例２〜７］
表２に示す直径（繊度）、繊維長の帝人テクノプロダクツ製テクノーラを、ゴムポリマー１００重量部に対する繊維量で、表１に組成を示すゴムに添加し、バンバリーミキサーで練った。練られたゴムは、カレンダーロールで圧延し、１０％のリラックスをかけ、７ｍｍ厚のゴムシートを作成した。
さらに、ゴム組成物表面に突出した繊維の繊維量、繊維長の最大長、最小長、平均（平均繊維長）を測定し、耐摩耗性、耐久性を評価した。結果を表２に示す。
【００３５】
［比較例１］
繊維を添加しなかった以外はせずに、上記と同様にゴムシートを作成し、耐摩耗性および耐久性を評価した。結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
2011088991.tif 000002
【００３７】
【表２】
2011088991.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のゴム組成物は、ゴム本来の物性を維持しつつ、耐摩耗性にきわめて優れており、タイヤ、ベルト、ホース、靴底などの耐摩耗性、高耐久性が求められる各種用途に用いることができる。このため、このゴム組成物を使用することで優れた耐久性を持つ伝動ベルトを提供することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１．回転ロール
２．オートテンショナー
３．ゴムベルト
【図１】
2011088991.tif 000004