(57)【要約】【課題】走行時の耐疲労性や耐磨耗性が向上したゴム組成物を提供する。また、本発明は、発熱を抑制し上記性能に優れたゴム組成物を製造する方法を提供する。【解決手段】ゴムに無機粒子が含有されてなるゴム組成物において、該ゴム組成物に、直径が１０〜１０００ｎｍである合成繊維をゴム１００重量部に対して０．５〜３０重量部含有させる。ゴム組成物を混練り工程を得て製造し、該混練り工程において、無機粒子と合成繊維とを、ゴム１００重量部に対して合成繊維を０．５〜３０重量となるようゴムの中に投入し、該無機粒子と該合成繊維とをゴム中に分散させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムに無機粒子が含有されてなるゴム組成物において、該ゴム組成物に、直径が１０〜１０００ｎｍである合成繊維がゴム１００重量部に対して０．５〜３０重量部含有されていることを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】
合成繊維の引張強度が１．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘである請求項１記載のゴム組成物。
【請求項３】
請求項１記載の合成繊維の切断伸び率が１５〜６０％であり、かつ１５０℃における乾熱収縮率が５〜１５％である請求項１に記載の記載ゴム組成物。
【請求項４】
合成繊維の繊維長が０．５〜３０ｍｍである請求項１記載のゴム組成物。
【請求項５】
アスペクト比が５００〜３０，０００，０００である請求項１記載のゴム組成物。
【請求項６】
合成繊維が海島型複合繊維から海成分を除去して溶出して得られる合成繊維である請求項１記載のゴム組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のゴム組成物からなるタイヤ。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のゴム組成物からなるベルト。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載のゴム組成物からなるホース。
【請求項１０】
ゴム組成物を混練り工程を得て製造し、該混練り工程において、無機粒子と合成繊維とを、ゴム１００重量部に対して合成繊維を０．５〜３０重量となるようゴムの中に投入し、該無機粒子と該合成繊維とをゴム中に分散させることを特徴とするゴム組成物の製造方法。
【請求項１１】
混練り時の温度を合成繊維の融点未満で行う請求項１０記載のゴム組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維の直径が１０〜１０００ｎｍであって、引張強度が１．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘであることを特徴する繊維を含むゴム組成物、ゴム組成物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ、ベルト、およびホースなどの高耐久性が求められる産業用ゴム部品においては、耐久性や剛性を向上させるために、カーボンブラックを含有させることが知られている（引用文献１など）。
上記のようにカーボンブラックを充填したタイヤにおいては、さらに耐摩耗性等を改善するため、特定の窒素比表面積、ＤＢＰ給油量などを有する２種類のカーボンブラックをゴムに含有させることが提案されている（引用文献２）。
しかしながら、上記のようにカーボン等の無機粒子をタイヤに充填したタイヤにおいては、タイヤの成形時や走行時においてタイヤが発熱しクラックが生じ易く、耐疲労性や耐摩耗性が十分でないといった問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１７３４号公報
【特許文献２】特開昭６２−１２９３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記背景技術に鑑みなされたものであり、走行時の耐疲労性や耐磨耗性が向上したゴム組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、発熱を抑制し上記性能に優れたゴム組成物を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、極めて細いナノレベルの合成繊維をゴム組成物に含有させることにより、シリカやカーボンブラック等の無機粒子がタイヤ等のゴム組成物に充填されていても該ゴム組成物の成形時の発熱や、タイヤやベルト等の走行時における発熱を抑制することができ、クラックが発生し難く、耐疲労性や耐摩耗性が格段に向上し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。
【０００６】
かくして、本発明によれば、ゴムに無機粒子が含有されてなるゴム組成物において、該ゴム組成物に、直径が１０〜１０００ｎｍである合成繊維がゴム１００重量部に対して０．５〜３０重量部含有されていることを特徴とするゴム組成物が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、ゴム組成物を混練り工程を得て製造し、該混練り工程において、無機粒子と合成繊維とを、ゴム１００重量部に対して合成繊維を０．５〜３０重量となるようゴムの中に投入し、該無機粒子と該合成繊維とをゴム中に分散させることを特徴とするゴム組成物の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、耐疲労性および耐摩耗性に優れたゴム組成物を提供できる。また、本発明の製造方法によれば、かかるゴム組成物の発熱を抑制し上記ゴム組成物を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のゴム組成物は、無機粒子が含有されているゴム組成物である。該組成物を構成するゴムとしては、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。
また、上記組成クマロン樹脂、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。
【００１０】
なお、本発明が対象とするゴム組成物は、上記ゴム組成物に、カーボンブラック、シリカ等の無機粒子の充填剤（以下、無機充填剤と称することがある）が含有されている。しかしながら、このように無機粒子を含有させることにより、ゴム組成物の耐久性は向上するものの、成形時および走行時においてタイヤが発熱し、クラックが生じるようになる。
【００１１】
したがって、本発明においては、上記の無機粒子が含有されてなるゴム組成物に、直径が１０〜１０００ｎｍである合成繊維がゴム１００重量部に対して０．５〜３０重量部含有されていることが肝要である。本発明者らは、このように極めて細いナノレベルの合成繊維（以下、微細合成繊維と称することがある）をゴム組成物に含有させたところ、成形時および走行時においてタイヤやベルトの発熱が格段に抑制されクラックが生じにくく、耐疲労性や耐摩耗性が向上することを見出した。さらに、このような現象は通常の一般的に用いられる太い繊度を有する補強用繊維をゴムに練りこんだ場合では上記効果は得られず、ナノレベルの繊維を練りこんだとき起きる現象であることもわかった。
【００１２】
本発明で用いられる合成繊維を構成するポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド、ポリスチレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンなどが挙げられ、溶融紡糸可能なポリマーであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明で用いられる合成繊維は、前述したように直径が１０〜１０００ｎｍである必要あり、好ましくは５０〜７００ｎｍ、より好ましくは１００〜５００ｎｍである。上記合成繊維の直径が１０ｎｍ未満では十分な耐久性が得られず、かかるナノサイズの合成繊維を用いることにより、高い耐久性を得ることができる。また、かかる効果を得る上で繊度のばらつきは小さいほうが好ましく、ＣＶ％値で０〜２５％であることが好ましい。
【００１４】
さらに、上記合成繊維の繊維長は、あまり短すぎても取り扱い性が悪くなり、長すぎても繊維が分散し難くなり前述した耐疲労性や耐摩耗性の改善効果が得られ難くなる傾向にあるため、０．５〜３０ｍｍが好ましい。
【００１５】
本発明で用いられる合成繊維は、引張強度が１．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘ（好ましくは２．０〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘ）、切断伸び率が１５〜６０％（好ましくは３０〜６０％）、１５０℃における乾熱収縮率が５〜１５％（好ましくは５〜１２％）であることが好ましい。特に引張強度は１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であると、ゴム混練時に繊維が千切れやすくなり、目的とする耐疲労性や耐摩耗性が得られに難くなる傾向にある。切断伸び率もまた、１５〜６０％を外れてしまうとゴム混練時、繊維自体の耐久性が低いために、目的とする耐疲労性や耐摩耗性が得られに難くなる傾向にある。１５０℃乾熱収縮率についても、上記範囲から外れることで同様の傾向が見られる。
【００１６】
上記物性を有する合成繊維としては、ＷＯ２００５／０９５６８６パンフレットに記載されている海島型複合繊維から海成分を溶出して得られる微細合成繊維が好ましい。特に、繊維としてはポリエステル繊維またはポリアミド繊維が好ましい。
【００１７】
本発明においては、合成繊維の平均長さと平均直径との比（合成繊維の平均長さ／平均直径）で表されるアスペクト比が小さすぎると十分な耐疲労性や耐摩耗性の改善効果が得られず、逆に大きすぎるとゴム成分中への分散が悪くなる。このため、上記アスペクト比の値は、５００〜３０，０００，０００であることが好ましく、５００〜３，０００，０００であることがより好ましく、５０００〜３００，０００あることがさらに好ましい。
【００１８】
本発明で用いる合成繊維は海島型複合繊維から得ることができる。例えば、該海島型複合繊維の及び上記の微細合成繊維を製造方法は、ＷＯ２００５／０９５６８６パンフレット記載の方法を用いることが特に好ましい。このため、合成繊維は溶融紡糸可能であることが望ましい。
【００１９】
また、上記合成繊維はゴム混練する前にあらかじめゴムと相互作用を得ることのできる表面処理を施しておくとが、より効果が得られる。
表面処理の方法はゴムポリマーの種類によって異なるが、繊維とゴムの接着に汎用的に用いられるレゾルシンホルマリンラテックス樹脂処理が効果的である。また、繊維の表面が不活性な場合は、前処理として、プラズマ処理、コロナ処理、ＵＶ処理などのドライ処理を施しても良いし、エポキシ処理、イソシアネート処理、ウレタン処理などのウエット処理を施しても良い。
【００２０】
本発明で使用するゴムとしては、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。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。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。
【００２１】
本発明のゴム組成物はゴム１００重量部に対して合成繊維を０．５〜３０重量部、好ましくは２〜３０重量部配合することによって得られる。合成繊維の含有量が０．５重量部より少ない場合、耐疲労性や耐摩耗性の向上という点において十分な効果を得られない。一方、合成繊維の含有量が３０重量部よりも多い場合は、ゴム自体が硬くなり過ぎるだけでなく、合成繊維とゴムを混練りする工程において合成繊維が分散し難くなる。
【００２２】
本発明で得られるゴム組成物は前述した微細合成繊維を含むことによって、優れた性能を示が、具体的には、該合成繊維を含まないゴム組成物に比べて、ゴムの発熱性低減（ｔａｎδ低減）、亀裂防止、耐磨耗性向上の効果が得られる。これはナノサイズの繊維でありながら十分な強度をもつ繊維がゴム中に均一に分散されているためである。
【００２３】
次に、本発明のゴム組成物の製造方法について述べる。本発明のゴム組成物の製造方法としては公知の方法を採用することができ、合成繊維とゴムを混ぜるタイミングとしては、ゴム組成物の製造のプロセスにおいて混ぜやすい時点で混練りすれば良いが、次の方法を好ましく採用することができる。すなわち、ゴム組成物を混練り工程を得て製造し、該混練り工程において、無機粒子と合成繊維とを、ゴム１００重量部に対して合成繊維を０．５〜３０重量となるようゴムの中に投入し、該無機粒子と該合成繊維とをゴム中に分散させる製造方法である。また、合成繊維は、カーボンブラックなどの無機粒子を投入するときに同時に投入することが好ましい。無機粒子と同時に混ぜることで、ゴムの発熱性を低減（ｔａｎδを低減）することができ、クラックの発生を防ぎ、耐疲労性や耐磨耗性の向上効果がより得られる。またこれにより、上記のように、混練り時の温度を合成繊維の融点未満で行うこと容易にできるようになる。
【００２４】
本発明のゴム組成物は、タイヤ、ベルト、ホースなどの高耐久性が求められる産業用ゴム部品として好適に用いることができる。
【実施例】
【００２５】
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。なお、実施例中の各評価項目の測定値は下記の測定方法にしたがって求めた。
（１）繊維の径、繊度ばらつき、繊度、強度、切断伸び率、１５０℃乾熱収縮率
複合繊維から海成分を除去した微細合成繊維束の単繊維繊度は透過型電子顕微鏡ＴＥＭを用いて、倍率３００００倍にて撮影し測定した。また、繊度ばらつきは上記単繊維繊度の標準偏差（σ）と平均値（ｒ）を求め、下記式により算出した。
ＣＶ％＝σ／ｒ×１００
（２）微細合成繊維束の引張強さ及び切断伸び率
複合繊維から海成分を除去した微細合成繊維束の荷重−伸長曲線チャートを室温にて、初期試料長１００ｍｍ、引張速度２００ｍ／分で測定した。上記チャートから、微細合成繊維束の引張強さ（ｃＮ／ｄｔｅｘ）及び切断伸び率（％）を求めた。
（３）１５０℃乾熱収縮率
２０℃、６５％ＲＨの温湿度管理された部屋で２４時間放置後、無荷重状態で、乾燥機内で１７７℃×３０ｍｉｎ熱処理し、熱処理前後の試長差より算出した。
（４）損失正接（ｔａｎδ）
各ゴム組成物を１５０℃×３０分の条件で加硫して得られた厚さ２ｍｍのゴムシートから、幅５ｍｍ、長さ４０ｍｍのシートを切り出して試料とした。該試料に対して、上島製作所(株)製スペクトロメーターを用い、チャック間距離：１０ｍｍ、初期歪：２００μｍ、動的歪：２％、周波数：１０Ｈｚ、測定温度：６０℃の条件下で、ゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）を測定した。ゴム組成物の損失正接（ｔａｎδ）が大きいものは発熱が大きいことを示す。
（５）デマチアクラック発生
ＪＩＳ  Ｋ  ６２６０に準拠して、デマチア屈曲試験機にて繰り返し屈曲による亀裂が発生する回数を測定した。ストローク５７ｍｍ、速度３００±１０ｒｐｍ、亀裂が発生したときの屈曲回数を、比較例１を１００とする指数で示した。数値が大きい程、耐疲労性が良好であることを示す。
（６）耐磨耗性試験
ＪＩＳＫ６２６４に準拠して、直径１６．０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状サンプルを用いてＤＩＮ磨耗試験を行った。磨耗した体積量を、比較例１を１００とする指数で示した。数値が小さいほど、耐摩耗性が良好であることを示す。
【００２６】
［実施例１］
２８０℃における溶融粘度が１２００ポイズであるポリエチレンテレフタレート（島成分：ＰＥＴ）と、２８０℃における溶融粘度が１７５０ポイズである、５−ナトリウムスルホイソフタル酸６モル％と、数平均分子量４０００のポリエチレングリコール６重量％を共重合したポリエチレンテレフタレート（海成分）とからなる島数５００の海島繊維型複合未延伸繊維（島／海重量比率＝６０／４０）を、紡糸温度２８０℃、紡糸速度１５００ｍ／分で溶融紡糸して一旦巻き取った。得られた未延伸糸を、延伸温度８０℃、延伸倍率２．５倍でローラー延伸し、次いで１５０℃で熱セットして巻き取った。なお、得られる延伸糸が５０ｄｔｅｘ／１０ｆｉｌであった。これを４％ＮａＯＨ水溶液で、９０℃で４０重量％減量した。得られた微細合成繊維の物性を表１に示す。
【００２７】
得られた微細合成繊維に、該微細合成繊維重量を基準として、エポキシ／ブロックドイソシアネート処理剤を０．８重量％付与した後、さらにレゾルシンホルマリンラテックス樹脂を３．０重量％付与した。さらにこれを繊維長３０ｍｍにカットした（アスペクト比＝３０×１０６ｎｍ／５２０ｎｍ＝５８×１０３）。
【００２８】
天然ゴム８０重量部及びＢＲ２０重量部を１２０℃、１．５分素練りし、上記のカットした微細合成繊維３重量部、カーボンブラック５３重量部、酸化亜鉛５重量部、ステアリン酸２重量部、アロマオイル８重量部、６ＰＰＤ２重量部、ＴＭＱ１重量部、ＣＢＳ１．５重量部、硫黄１．５重量部を共に添加し、１５０℃、３．５分間で混練りした。結果を表１に示す。
【００２９】
［実施例２、３及び、比較例２］
微細合成繊維の含有量を３重量部から表１のように変更した以外は実施例１と同様にした。結果を表１に示す。
【００３０】
［実施例５］
微細合成繊維のカットする繊維長を３０ｍｍから５ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にした。結果を表１に示す。
【００３１】
［実施例６］
実施例１の海島繊維型複合未延伸繊維に代えて、２８０℃における溶融粘度が１４００ポイズのナイロン６（島成分：Ｎｙ６）と、２８０℃における溶融粘度が１７５０ポイズである、５−ナトリウムスルホイソフタル酸６モル％と、数平均分子量４０００のポリエチレングリコール６重量％を共重合したポリエチレンテレフタレート（海成分）からなる島数５００の海島繊維型複合未延伸繊維（島／海重量比率＝７０／３０）を用い、実施例１と同様にして延伸糸を得、４％ＮａＯＨ水溶液で、９０℃で３０重量％減量した以外は実施例１と同様にした。結果を表１に示す。
【００３２】
［比較例１］
実施例１において、微細合成繊維を含有させなかった以外は、実施例１と同様にした。結果を表１に示す。
【００３３】
［比較例３］
実施例１の海島繊維型複合未延伸繊維において、紡糸口金を変更し、島数を１００とした以外は実施例１と同様にした。結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例４］
実施例１において、島／海重量比率を９５／５に変更し、４％ＮａＯＨ水溶液による減量率を５重量％に変更した以外は実施例１と同様にした。結果を表１に示す。
【００３５】
［比較例４］
微細合成繊維の含有量を３重量部から３５重量部に変更し、ゴム組成物を作成しようとしたが、混練工程において混ざらず作成することができなかった。
【００３６】
【表１】
2008303335.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のゴム組成物は、タイヤ、ベルト、ホースなど疲労性、耐摩耗性が求められる産業用ゴム部品に好適に用いることができる。また、本発明の製造方法によれば、上記のゴム組成物を容易に製造することができる。