(57)【要約】【課題】気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、従来に比し高い熱伝導率を得ることのできる技術を提供する。【解決手段】ゴム成分と気相成長炭素繊維とを含むシート状のゴム組成物２０であって、厚さ０．１〜０．５ｍｍのゴムシート１が２枚以上積層されてなる。ゴムシート１を、１枚ごとにそのシート加工方向が略直交するよう積層することが好ましく、また、そのシート加工方向に対し４０〜５０°の方向に切断して積層することも好ましい。気相成長炭素繊維は、好適には、ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部混合されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム成分と気相成長炭素繊維とを含むシート状のゴム組成物であって、厚さ０．１〜０．５ｍｍのゴムシートが２枚以上積層されてなることを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】
前記ゴムシートが、１枚ごとにそのシート加工方向が略直交するよう積層されてなる請求項１記載のゴム組成物。
【請求項３】
前記ゴムシートが、そのシート加工方向に対し４０〜５０°の方向に切断されて積層されてなる請求項１または２記載のゴム組成物。
【請求項４】
前記気相成長炭素繊維が、前記ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部混合されてなる請求項１〜３のうちいずれか一項記載のゴム組成物。
【請求項５】
さらに、カーボンブラックが、前記ゴム成分１００重量部に対し４０〜７０重量部混合されてなる請求項１〜４のうちいずれか一項記載のゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゴム組成物に関し、詳しくは、加工方法の改良により、熱伝導性を向上したゴム組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の熱伝導率を有するゴムを、カーボンブラック配合系で得ようとすると、多量の混合が必要となって実用性に欠ける。これに対し、気相成長炭素繊維のような高結晶であるアスペクト比（繊維状）を持った材料を混合することで、カーボンブラック量の１％以下の混合量で同等の性能が得られることが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、さらに高熱伝導率のゴム配合を得るために気相成長炭素繊維を多量に混合すると凝集が生じてしまい、少量時のような分散が得られないため、混合量に比例した性能向上は得られなかった。
【０００３】
また、上記のようなゴム組成物を加工する場合には、従来、シート厚さは５〜１０ｍｍ程度、あるいは、２０ｍｍ厚を一気にシート化する方法が用いられているが、気相成長炭素繊維のような材料を多量に混合して単純にシート化した場合には、上記したように凝集して分散不良が生じてしまい、混合量に比例した性能を有するゴムシートは得られない。さらに、気相成長炭素繊維のような繊維状の材料は、アスペクト比の関係から方向性を持つ。したがって、用途によって性能の低い方向が律速になる場合には、その分、混合量を増加する必要が生じ、上記と同様に凝集の問題が生ずることとなっていた。
【０００４】
ゴムの加工方法に係る改良技術としては、例えば、特許文献２に、ゴム成分と導電性炭素繊維とを含有するゴム組成物を有機溶剤中に溶解、分散させてタイヤ用導電性ゴム糊とし、これをタイヤ表面に塗布して導電性薄膜を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１８４９１６号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】特開２００４−２７７５０４号公報（特許請求の範囲等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、気相成長炭素繊維は、ゴム成分に対し単に多量に配合すると凝集して分散が困難となることから、従来の手法では所望の高熱伝導率を有するゴム組成物は得られなかった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、従来に比し高い熱伝導率を得ることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は鋭意検討した結果、加工方法の改良により、ゴム組成物中における気相成長炭素繊維の方向性を適切に制御することで、全方向につきバランス良く熱伝導率の向上を図ったゴム組成物を得ることが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明のゴム組成物は、ゴム成分と気相成長炭素繊維とを含むシート状のゴム組成物であって、厚さ０．１〜０．５ｍｍのゴムシートが２枚以上積層されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、前記ゴムシートを、１枚ごとにそのシート加工方向が略直交するよう積層することが好ましく、また、前記ゴムシートを、そのシート加工方向に対し４０〜５０°の方向に切断して積層することも好ましい。また、前記気相成長炭素繊維は、前記ゴム成分１００重量部に対し５〜２０重量部の範囲で混合することが好ましい。さらに、本発明のゴム組成物には、カーボンブラックを、前記ゴム成分１００重量部に対し４０〜７０重量部の範囲で混合することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記構成としたことにより、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、従来に比し高い熱伝導率を、方向性を生ずることなく得ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１（ａ），（ｂ）に、本発明のゴム組成物１０の一例の平面図および断面図を示す。図中のＸはシート加工方向、Ｙはシート加工方向に直交する方向を示す（以下において同様）。本発明のゴム組成物１０は、ゴム成分と気相成長炭素繊維とを少なくとも含むシート状のゴム組成物であって、図示するように、厚さ０．１〜０．５ｍｍのゴムシート１が２枚以上、図示する例では９枚、積層されてなる点に特徴を有する。なお、本発明においてシート加工方向とは、ロール加工等によりシーティング（圧延）されたシートにおける加工方向を意味している。
【００１２】
従来のように厚さ５ｍｍ以上程度でシート化する加工方法を用いた場合、凝集により所望の高熱伝導率を有するゴム組成物は得られなかったが、あえて厚さ０．１〜０．５ｍｍにてシート化し、この薄いゴムシートを複数枚積層する方法を用いることで、得られるゴム組成物の熱伝導率を、同等量の気相成長炭素繊維配合ゴム組成物対比で、２０％以上向上することが可能となった。したがって本発明によれば、気相成長炭素繊維の配合量を増やすことなく熱伝導率を向上でき、配合量を減量できるとともに、分散性の改良効果についても相乗的に得られ、結果として、得られるゴム組成物において配合量に比例した性能を得ることができる。ここで、積層するゴムシート１の厚さが０．１ｍｍ未満では加工性が悪化し、一方、０．５ｍｍを超えると分散性の改善効果が弱くなる傾向がある。
【００１３】
また、本発明において、上記ゴムシートは、図２に示すように、１枚ごとにそのシート加工方向Ｘが略直交するよう積層することが好ましい。ゴムシートは通常、シート加工方向に異方性を生ずるが、１枚ごとにシート加工方向が略直交するよう積層することで、得られるゴム組成物においてこの異方性を相殺して、熱伝導率の方向性を解消することができる。したがってこの場合、好適には、ゴムシートを偶数枚で積層する。
【００１４】
さらに、上記ゴムシートは、図２に示すように、そのシート加工方向に対し４０〜５０°の方向、特には略４５°の方向に切断して積層することが好ましい。これにより、シート加工方向に直交する方向に切断した場合に比し、積層ゴムシートの長手方向およびこれに直交する方向のいずれについても、熱伝導率をより向上することができる。シート加工方向とこれに直交する方向との性能がほぼ同等に得られる角度が４０〜５０°であり、これより大きくても小さくても、いずれの場合も性能に方向性が生じる。特に、最適な角度である略４５°に切断すれば、積層ゴムシートの長手方向およびこれに直交する方向のいずれにおいても同等の高い性能が得られる。
【００１５】
なお、ゴムシートの積層枚数は、所望の熱伝導率により、ゴムシートの厚さおよび目的のゴム組成物の厚さとの関係で適宜決定すればよく、特に制限されるものではないが、例えば、４〜２０枚、特には５〜１０枚とする。
【００１６】
ゴムシートのゴム配合としては、ゴム成分に対し気相成長炭素繊維が混合されてなるものであれば、それ以外の配合成分については、所望に応じ適宜決定することができ、特に制限されるものではない。
【００１７】
ゴム成分としては、特に制限されず、天然ゴム（ＮＲ）、汎用合成ゴム、例えば、乳化重合スチレン−ブタジエンゴム、溶液重合スチレン−ブタジエンゴム、高シス−１，４ポリブタジエンゴム、低シス−１，４ポリブタジエンゴム、高シス−１，４ポリイソプレンゴム等、ジエン系特殊ゴム、例えば、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム等、オレフィン系特殊ゴム、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等、その他特殊ゴム、例えば、ヒドリンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム等のいずれを用いることもできる。コストと性能とのバランスから、好ましくは、天然ゴムまたは汎用合成ゴムを用いる。
【００１８】
また、気相成長炭素繊維は、通常のカーボンファイバー（ＣＦ）（平均直径５μｍ以上、長さ１００μｍ程度）の１０-2〜１０-1倍程度のオーダーの微細な繊維状構造体である。本発明においては、いかなる気相成長炭素繊維を用いてもよいが、好適には繊維径０．０４〜０．４μｍ、より好適には０．０７〜０．３μｍ、特には０．０５〜０．３μｍのものを用いる。また、その繊維長についても特に制限されず、好適には平均繊維長０．５〜５０μｍ、より好適には１〜５０μｍ、特には１．５〜２５μｍの範囲のものを用いることができる。さらに、比表面積としては、５〜５０ｍ2／ｇ、特には８〜３０ｍ2／ｇの範囲内であることが好ましい。かかる気相成長炭素繊維は市場で容易に入手可能であり、例えば、昭和電工（株）製の気相法炭素繊維ＶＧＣＦ（登録商標）を用いることができる。
【００１９】
また、気相成長炭素繊維として、平均アスペクト比が１０未満であるものを用いることも好ましく、これにより得られる配合ゴムにおいて、熱伝導性や電気伝導性の向上効果を損なうことなく、力学特性が向上する。このような低アスペクト比の気相成長炭素繊維は、例えば、通常の方法で製造された長い気相成長炭素繊維を、短く粉砕することにより得ることができる。具体的には、ボールミル混合機や乳鉢を用いて機械的に粉砕する方法や、水系または有機溶媒中に分散させて超音波をかけて粉砕する方法などがあり、これらをふるい分けすることで、平均アスペクト比１０未満の気相成長炭素繊維を得ることができる。
【００２０】
さらに、気相成長炭素繊維は、酸化処理して用いてもよい。この酸化処理の方法としては、硝酸、硫酸、過塩素酸またはこれらの酸の混合物で処理する化学的処理や、コロナ放電処理、プラズマ処理、オゾン処理等の物理的処理などが挙げられる。さらに、酸化処理に加えて、カップリング剤で処理した気相成長炭素繊維を用いることもでき、かかるカップリング剤としては、チタネート系、アルミニウム系、シラン系のカップリング剤を挙げることができ、これらカップリング剤を溶剤に溶解して、気相成長炭素繊維に含浸する等の方法で処理することができる。
【００２１】
気相成長炭素繊維の配合量は、ゴム成分１００重量部に対し、好適には５〜２０重量部である。気相成長炭素繊維の配合量が少なすぎると所望の高熱伝導率が得られず、一方、多すぎると凝集による分散性悪化の問題を生ずる。
【００２２】
ゴムシートのゴム配合中には、上記気相成長炭素繊維に加えて、カーボンブラックを配合することができる。カーボンブラックとしては、ＨＡＦ級のものなど公知のものを使用することができ、その配合量としては、ゴム成分１００重量部に対し４０〜７０重量部、特には４０〜６０重量部の範囲内とすることができる。また、その他、ゴム業界で一般に使用されている添加剤、例えば、加硫剤、加硫促進剤、補強材、老化防止剤、軟化剤等を適宜配合することができ、これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。
【００２３】
本発明のゴム組成物は、ゴム成分に対し気相成長炭素繊維と、所望に応じその他の配合成分とを混合、混練りして得られた配合ゴムを、薄通しにより厚さ０．１〜０．５ｍｍにシート加工してゴムシートを得、これを２枚以上積層することにより製造することができる。このような加工方法を用いることで、ゴム組成物の性能を向上するとともにその性能の方向性をなくすことができるため、ゴム組成物の用途の適用範囲が広がるものである。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。
下記の表１に示すゴム配合にて、以下の加工工程に従い、それぞれ表中に示す厚さのゴムシートを作製した。使用したロールの構成を以下に示す。
【００２５】
（ロールの構成）
仕様：３インチ（２本ロール）試験ロール（３インチはロールの外径寸法）
ロール幅：２５０ｍｍ（３インチロール外径を確保している範囲）
回転数：可変（通常１２ｒｐｍ／Ｍａｘ２０ｒｐｍ）
熱源：電熱仕様（ゴム７０℃／Ｍａｘ２００℃）
【００２６】
（加工工程）
（１）混合
ラボプラストミル（東洋精機製）を用いて、１ノンプロ混合（ゴム＋カーボンブラック＋気相成長炭素繊維＋ステアリン酸＋老化防止剤）を５分間、２プロ混合（ノンプロゴム＋加硫促進剤＋加硫剤）を１分間、それぞれ行った。
（２）ロール加工（シーティング：圧延→シート化）
熱入れ：１分・１ｍｍ：１分・０．５ｍｍ：１分・０．１ｍｍ：２分
（３）成型
所定の厚さでシーティング後、冷却し、４５°の型紙をのせて裁断した後、交互に積層して任意の厚さに枚数を調整した（表１参照）。比較例については、２ｍｍ厚のシートをそのまま用いた（図３）。
（４）加硫（１５０℃×１５分）
２ｍｍ厚×１００ｍｍ×１５０ｍｍのモールドにシート化したゴムをのせてプレスで加硫した。プレス形状は３００ｍｍ×３００ｍｍの１段プレスであった。
（５）室温冷却
２４時間室温にて放置した。
（６）熱源
電熱プレス３００℃を用いた。
【００２７】
得られた各ゴム組成物につき、シート加工方向およびこれに直交する方向の熱伝導率を、京都電子（株）製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて測定した。その結果を、比較例１のシート加工方向の熱伝導率を１００とした指数にて、下記の表１中に示す。
【００２８】
【表１】
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＊１）昭和電工（株）製  気相法炭素繊維ＶＧＣＦ（登録商標）
＊２）Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル・スルフェンアミド
＊３）硫黄
【００２９】
上記表１中に示すように、気相成長炭素繊維が混合された厚さ０．１〜０．５ｍｍのゴムシートを２枚以上積層してなる実施例のゴム組成物においては、気相成長炭素繊維を配合しない場合、および、１枚のゴムシートのみからなる場合のいずれに比しても、良好な熱伝導性が得られ、また、複数枚のゴムシートをシート加工方向に対し４５°の方向に切断して、１枚ごとにシート加工方向が略直交するようにして２枚以上積層した実施例においては、シート加工方向とこれに直交する方向とで同等の熱伝導性が得られており、方向性を生ずることなく、バランスよく熱伝導性が向上できていることが確かめられた。ロール加工方向に対し単に４５°の角度をつけた場合、９０°の場合の熱伝導性を超えることはないが、薄いシートを積層することで、若干向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明のゴム組成物の一例を示す平面図および断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明のゴム組成物の他の例を示す平面図および断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、比較例１のゴム組成物を示す平面図および断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ゴムシート
１０  ゴム組成物
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008115331.tif 000006