(57)【要約】【課題】耐摩耗性等の物理的特性に優れたゴム組成物を安定して実現できるようにする。【解決手段】ゴム成形品は、ゴム層を備えたゴム成形品を対象とし、ゴム層は、ポリマーと、ポリマー中に分散したフィラーとを含む。フィラーは、プラズマ照射されたカーボンブラック、クレイ及びシリカのうちの少なくとも１つである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム層を備えたゴム成形品であって、
前記ゴム層は、
ポリマーと、
前記ポリマー中に分散したフィラーとを含み、
前記フィラーは、プラズマ照射されたカーボンブラック、クレイ及びシリカのうちの少なくとも１つであることを特徴とするゴム成形品。
【請求項２】
前記フィラーは、超臨界流体の存在下において前記ポリマーと混練することにより、前記ポリマー中に分散していることを特徴とする請求項１に記載のゴム成形品。
【請求項３】
前記フィラーは、大気圧においてプラズマ照射されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム成形品。
【請求項４】
前記ゴム層と接着された補強層をさらに備え、
伝動ベルトとして成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム成形品。
【請求項５】
前記ゴム層と接着された補強層をさらに備え、
コンベアベルトとして成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴム成形品。
【請求項６】
フィラーにプラズマを照射することによりプラズマ処理フィラーを形成する工程（ａ）と、
前記プラズマ処理フィラーとポリマーとを混練する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とするゴム組成物の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｂ）では、超臨界流体の存在下において混練を行うことを特徴とする請求項６に記載のゴム組成物の製造方法。
【請求項８】
前記超臨界流体は、二酸化炭素又は窒素からなることを特徴とする請求項７に記載のゴム組成物の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ａ）は、
前記フィラーを帯電させることにより前記フィラーに含まれる凝集塊を解砕する工程と、
凝集塊が解砕された前記フィラーにプラズマを照射する工程とを含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のゴム組成物の製造方法。
【請求項１０】
前記プラズマの照射は、大気圧において行うことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のゴム組成物の製造方法。
【請求項１１】
前記フィラーは、カーボンブラック、クレイ及びシリカのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に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、ゴム成形品及びゴム組成物の製造方法に関し、特に伝動ベルト及びコンベアベルト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な分野においてゴム成形品が使用されている。ゴム成形品の特性は、ポリマーだけでなくフィラー及び架橋剤等をはじめとする種々の添加剤によって決まる。中でもフィラーはゴム成形品の特性に大きく影響する。また、フィラーの物理的及び化学的性質だけでなく、フィラーがポリマー中においてどのように分散しているかがゴム成形品の引っ張り特性、圧縮特性及び硬度等の物理的な特性に大きく影響する。これらの物理的な特性は、ゴム成形品の耐摩耗性及び耐屈曲疲労性等を決定するため、フィラーの分散性はゴム成形品の製品寿命を決定する重要な要素である。
【０００３】
フィラーの分散性は、フィラーの粒径、形状及び表面状態等の様々なファクターによって決まる。中でも、フィラーの表面状態はポリマーとの相溶性に大きく影響するため、フィラーの分散性を特に大きく変化させる。フィラーの表面状態は、基本的にはフィラーの材質によって決まるが、フィラーの表面を改質することにより必要な特性を積極的に付与することも検討されている。
【０００４】
例えば、カーボンブラックの表面をシリカにより修飾することによりカーボンブラックを配合した場合にもシリカ並の粘弾性特性を実現する方法が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
また、シリカの表面をビニルモノマーにより修飾することによりシリカの補強性を改良する方法が検討されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００６】
さらに、シリカをプラズマ処理することによりシランカップリング剤との反応性を向上させ、補強性を向上させることも検討されている（例えば、特許文献３を参照。）。このような表面を改質したフィラーを配合することにより、優れた特性のゴム成形品が実現されると期待される。
【特許文献１】特開平１０−２５４２８号公報
【特許文献２】特開２００６−２７３５８８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０６８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の表面を改質したフィラーには以下のような問題がある。まず、フィラーの表面を化学的に修飾する場合には、バッチ処理が必要となるためバッチごとのばらつきが大きな問題となる。表面処理状態のわずかな違いにより、フィラーを配合したゴム組成物の特性が大きくばらついてしまう。このため、安定した製品の供給が困難である。
【０００８】
プラズマ処理の場合には、連続的にドライな処理が可能であり、バッチごとのばらつきの影響を排除することが可能である。しかし、従来のフィラーへのプラズマ処理は、シリカとシランカップリング剤との反応性の向上を目的とするものである。このため、プラズマ照射が、フィラーの分散性にどのような影響を与えるかについては、検討されていない。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題を解決し、フィラーの分散性を向上させ、耐摩耗性等の物理的特性に優れたゴム成形品を安定して実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明はゴム成形品を、プラズマ照射されたフィラーが分散したゴム層を備えている構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明に係るゴム成形品は、ゴム層を備えたゴム成形品を対象とし、ゴム層は、ポリマーと、ポリマー中に分散したフィラーとを含み、フィラーは、プラズマ照射されたカーボンブラック、クレイ及びシリカのうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１２】
本発明のゴム成形品は、プラズマ照射されたフィラーが分散したゴム層を備えている。このため、ゴム層におけるフィラーの分散性に優れ、ゴム層の物理的特性が大きく向上する。従って、耐摩耗性及び耐屈曲疲労性等に優れたゴム成形品を安定して実現できる
本発明のゴム成形品において、フィラーは超臨界流体の存在下においてポリマーと混練することにより、ポリマー中に分散していてもよい。
【００１３】
本発明のゴム成形品において、フィラーは大気圧においてプラズマ照射されていてもよい。
【００１４】
本発明のゴム成形品は、ゴム層と接着された補強層をさらに備え、伝動ベルトとして成形されていても、コンベアベルトとして成形されていてもよい。
【００１５】
本発明に係るゴム組成物の製造方法は、フィラーにプラズマを照射することによりプラズマ処理フィラーを形成する工程（ａ）と、プラズマ処理フィラーとポリマーとを混練する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のゴム組成物の製造方法は、フィラーにプラズマを照射する工程を備えている。このため、ポリマーとフィラーとの混練が容易であり、フィラーの分散性が優れたゴム組成物を得ることができる。従って、耐摩耗性及び耐屈曲疲労性等に優れたゴム成形品を安定して実現することが可能となる。
【００１７】
本発明のゴム組成物の製造方法において工程（ｂ）では、超臨界流体の存在下において混練を行ってもよい。この場合において超臨界流体は、二酸化炭素又は窒素としてもよい。
【００１８】
本発明のゴム組成物の製造方法において工程（ａ）は、フィラーを帯電させることによりフィラーに含まれる凝集塊を解砕する工程と、凝集塊が解砕されたフィラーにプラズマを照射する工程とを含む構成としてもよい。
【００１９】
本発明のゴム組成物の製造方法においてプラズマの照射は、大気圧において行ってもよい。
【００２０】
本発明のゴム組成物の製造方法においてフィラーは、カーボンブラック、クレイ及びシリカのうちの少なくとも１つであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るゴム組成物及びその製造方法によれば、フィラーの分散性が向上し、耐摩耗性等の物理的特性に優れたゴム組成物を安定して実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本実施形態に係るゴム組成物は、プラズマ処理されたフィラーが配合されている。プラズマ処理によりフィラーとポリマーとの相溶性が向上し、フィラーの分散性が向上する。その結果、ゴム組成物の耐摩耗性等の物理的特性が大きく向上する。
【００２３】
−プラズマ処理工程−
プラズマ処理を行うフィラーは、通常のゴム組成物中に混練されるものであればどのようなものであってもよい。例えば、カーボンブラック、シリカ、クレイ、炭酸カルシウム、タルク、酸化チタン、マイカ、珪藻土、ウォラストナイト、ゼオライト、瀝青質微粉体、珪砂、軽石粉、スレート粉、アルミナ、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、リトポン、硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、二硫化モリブデン、グラファイト、ガラス繊維、ガラス玉、ガラス中空体、カーボン繊維、炭素中空体無煙炭粉末、クリオライト、シリコーン樹脂微粉末、シリカ球状微粒子、アラミド短繊維及びアルミナ短繊維等が挙げられる。
【００２４】
フィラーとして用いるカーボンブラックとしては、例えば、チャネルブラック；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、Ｎ−３３９、ＨＡＦ、Ｎ−３５１、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＥＣＦ又はＮ−２３４等のファーネスブラック；ＦＴ又はＭＴ等のサーマルブラック；アセチレンブラック等が挙げられる。カーボンブラックの添加量は、ポリマー１００質量部に対して５〜１３０質量部とすることが好ましい。
【００２５】
クレイとしては、層状粘土鉱物、有機化粘土鉱物等が挙げられる。また、その添加量はポリマー１００質量部に対して５質量部〜４０質量部とすればよい。
【００２６】
シリカは、ゾル−ゲル法、湿式法、乾式法等の各種製法により得られたものを用いればよい。特に、補強効果並びに低発熱性と湿潤時の摩擦特性等の観点から湿式シリカが好ましい。シリカのミクロ構造は特に制限されないが、ゴム分子との相互作用を高めることから窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１００ｃｍ2／ｇ〜３００ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１５０ｍｌ／１００ｇ〜３００ｍｌ／１００ｇにあるものが好ましい。また、その添加量はポリマー１００質量部に対して５質量部〜７０質量部程度とすればよい。
【００２７】
プラズマ処理は、例えば、空気、酸素、窒素、含フッ素ガス及びアルゴン、ヘリウム又はネオン等の希ガス等をガス種とするプラズマを照射すればよい。また、これらの混合気体であってもよい。プラズマの生成雰囲気は大気圧であっても減圧下であってもよい。また、プラズマはグロー放電、コロナ放電又は火花放電等により発生させればよい。
【００２８】
また、連続してプラズマを照射する方がバッチ間のばらつきを小さくし、より安定した特性を得ることができる。
【００２９】
さらに、フィラーの表面を均一にプラズマ処理するために、フィラー中の凝集塊を解砕した後、プラズマ照射を行うことが好ましい。解砕は例えばフィラー粒子を静電気イオンにより帯電させ、フィラー粒子同士を反発させることにより行えばよい。
【００３０】
フィラーへのプラズマ照射はどのような装置を用いて行ってもよいが、例えば図１に示すような装置を用いれば、連続的に均一なプラズマ処理ができる。図１に示すプラズマ照射装置は、チャンバ２０内に設置した筒型の加熱炉３０においてフィラーを連続的に処理する。プラズマ２１は誘導コイル３２を備えたプラズマ発生管３１を用いて発生させる。誘導コイル３２にはマッチング回路３４を介して高周波電源３３が接続されている。プラズマ２１の発生状態はラジカル量センサ５１によりモニタすることができる。
【００３１】
プラズマ発生管３１の一端には導入管３５が接続されており、フィラー供給装置４０から供給されたフィラー２３はプラズマ発生管３１に連続的に導入され、プラズマ照射が行われる。プラズマ照射されたフィラー２４は、プラズマ発生管３１の他端から排出され捕集容器５３に回収される。
【００３２】
フィラーを導入管３５に導く際には、イオナイザ４５によりイオン化したガスを用いる。これにより、フィラー粒子は帯電し、フィラー粒子同士の間に静電的な反発力が生じる。その結果、フィラー粒子はほぼ１粒子ごとに解砕された状態となり、均一なプラズマ処理を行うことが可能となる。また、フィラー供給装置４０には計量装置４９が接続されており、フィラーの供給量等を管理できる。
【００３３】
プラズマ発生管３１において発生させるプラズマのガス種は、バルブ５２を介して供給するガスを変更することにより、任意に設定することができる。また、チャンバ２０には、ガス供給口２６と、排気口２７とが設けられており、チャンバ２０内を所定のガスで満たすことが可能である。
【００３４】
−混練工程−
プラズマ処理工程において形成されたプラズマ処理フィラーは、既知のゴムの混練方法によりポリマーと混練すればよい。この際に、単一種類のプラズマ処理フィラーを混練しても、複数種類のプラズマ処理フィラーを混練してもよい。
【００３５】
未架橋ゴムであるポリマーは、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−α−オレフィン共重合体ゴム（例えば、ＥＰＤＭ、ＥＰＲ等）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、クロロスルホンかポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）等が挙げられる。原料ゴムは、単一種だけを用いてもよく、また、複数種を混合して用いてもよい。
【００３６】
ポリマーの形態は、粉状であってもよく、また、粒状であってもよく、さらに、ペレット状であってもよい。
【００３７】
また、混練工程において、プラズマ処理フィラー以外の、架橋剤、老化防止剤、可塑剤及び架橋促進剤等の配合剤を適宜配合してもよい。
【００３８】
架橋剤としては、例えば、硫黄、硫黄化合物、オキシム類、ニトロソ化合物、ポリアミン、有機過酸化物等が挙げられる。架橋剤は、単一種だけを用いてもよく、また、複数種を混合して用いてもよい。架橋剤の添加量は、原料ゴム１００質量部に対して０．５〜５質量部とすることが好ましい。なお、成形架橋工程で電子線架橋等の架橋剤を用いない加工を行う場合には、架橋剤は必ずしも必要でない。
【００３９】
老化防止剤としては、例えば、アミン系、キノリン系、ヒドロキノン誘導体、モノフェノール系、ポリフェノール系、チオビスフェノール系、ヒンダート・フェノール系、亜リン酸エステル系のもの等が挙げられる。老化防止剤は、単一種だけを用いてもよく、また、複数種を混合して用いてもよい。老化防止剤の添加量は、原料ゴム１００質量部に対して１〜１０質量部とすることが好ましい。
【００４０】
可塑剤としては、例えば、フタル酸誘導体、イソフタル酸誘導体、テトラヒドロフタル酸誘導体、アジピン酸誘導体、アゼライン酸誘導体、セバシン酸誘導体、ドデカン−２−酸誘導体、マレイン酸誘導体、フマル酸誘導体、トリメリット酸誘導体、ピロメリット酸誘導体、クエン酸誘導体、イタコン酸誘導体、オレイン酸誘導体、リシノール酸誘導体、ステアリン酸誘導体、スルホン酸誘導体、リン酸誘導体、グルタール酸誘導体、グリコール誘導体、グリセリン誘導体、パラフィン誘導体、エポキシ誘導体等が挙げられる。可塑剤は、単一種だけを用いてもよく、また、複数種を混合して用いてもよい。可塑剤の添加量は、原料ゴム１００質量部に対して５〜１００質量部とすることが好ましい。
【００４１】
架橋促進剤としては、例えば、グァニジン系、アルデヒド−アミン系、アルデヒド−アンモニア系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チオ尿素系、チウラム系、ジチオカルバメート系、ザンテート系のもの等が挙げられる。架橋促進剤は、単一種だけを用いてもよく、また、複数種を混合して用いてもよい。架橋促進剤の添加量は、原料ゴム１００質量部に対して１〜１０質量部とすることが好ましい。
【００４２】
フィラーがシリカの場合には、シランカップリング剤を配合してもよい。シランカップリング剤としては、ビス−（３−（トリエトキシシリル）プロピル）ポリスルフィド（ポリスルフィド部分のＳ数：２〜８）などのスルフィド系、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト系、３−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系、ビニルトリエトキシシラン等のビニル系の通常ゴム用に使用されるシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤は、単一種だけを用いてもよく、また、複数種を混合して用いてもよい。シランカップリング剤の添加量は、ゴム成分１００質量部に対して０．５質量部〜１５質量部とすることが好ましい。後で説明する超臨界流体を用いた混練を行う場合には、シランカップリング剤を添加することにより、ポリマーとフィラーとの相互作用をより高めるという効果も得られる。
【００４３】
混練はロール、２軸押出混練装置等を用いて行えばよい。また、混練時間等の混練条件については、ゴム配合組成等に基づいて適宜設定すればよい。
【００４４】
混練の順序は、特に規定されない。また、すべての配合剤を一度に混練しても、数回に分けて混練してもよい。例えば、架橋剤を除くプラズマ処理フィラー、架橋促進剤及び老化防止剤等を混練した後、架橋剤を混練してもよい。また、予めプラズマ処理フィラー以外の配合剤を添加したポリマーにプラズマ処理フィラーを混練してもよい。
【００４５】
プラズマ処理フィラーは、通常の混練方法により混練を行った場合にも、優れた分散性を示すが、以下に示すような超臨界流体又は亜臨界流体の存在下において混練を行えば、さらに分散性が向上する。
【００４６】
超臨界流体とは、超臨界状態の流体をいう。超臨界状態とは、温度が流体の臨界温度（Ｔｃ）以上で且つ圧力が流体の臨界圧力（Ｐｃ）以上である状態をいう。
【００４７】
亜臨界流体とは、亜臨界状態の流体をいう。亜臨界状態とは、温度及び圧力の一方のみが臨界状態に達し且つ他方が臨界状態に達していない状態、或いは、温度及び圧力の両方が臨界状態に達していないが、温度及び圧力の少なくとも一方が常温常圧より十分高く臨界状態に近い状態をいう。本出願において、亜臨界状態とは、温度をＴ（摂氏）及び圧力をＰとしたとき、０．５＜Ｔ／Ｔｃ＜１．０且つ０．５＜Ｐ／Ｐｃ、又は、０．５＜Ｔ／Ｔｃ且つ０．５＜Ｐ／Ｐｃ＜１．０の条件を満たす状態をいう。
【００４８】
ゴムの混練にとって好ましい亜臨界状態は、０．６＜Ｔ／Ｔｃ＜１．０且つ０．６＜Ｐ／Ｐｃ、又は、０．６＜Ｔ／Ｔｃ且つ０．６＜Ｐ／Ｐｃ＜１．０の条件を満たす状態である。なお、臨界温度Ｔｃ（摂氏）がマイナスである場合には温度条件は満たされるものとし、超臨界状態の条件が満たされず且つ０．５＜Ｐ／Ｐｃの圧力条件が満たされれば亜臨界状態にあるものとする。
【００４９】
超臨界流体又は亜臨界流体を生じる物質としては、例えば、二酸化炭素、窒素、水素、キセノン、エタン、アンモニア、メタノール、水等が挙げられる。これらのうちゴムの混練には二酸化炭素及び窒素が好適である。
【００５０】
二酸化炭素の臨界温度（Ｔｃ）は３１．１℃であり、臨界圧力（Ｐｃ）は７．３８ＭＰａである。従って、超臨界二酸化炭素は、温度Ｔが３１．１℃以上であり且つ圧力Ｐが７．３８ＭＰａ以上である状態の二酸化炭素である。亜臨界二酸化炭素は、１５．６℃＜Ｔ＜３１．１℃且つ３．６９ＭＰａ＜Ｐ、又は、１５．５５℃＜Ｔ且つ３．６９ＭＰａ＜Ｐ＜７．３８ＭＰａの条件を満たす状態の二酸化炭素である。
【００５１】
窒素の臨界温度（Ｔｃ）は−１４７．０℃であり、臨界圧力（Ｐｃ）は３．４０ＭＰａである。従って、超臨界窒素は、温度Ｔが−１４７．０℃以上であり且つ圧力Ｐが３．４０ＭＰａ以上である状態の窒素である。亜臨界窒素は、超臨界窒素の条件を満たさず且つ１．７０ＭＰａ＜Ｐの条件を満たす状態の窒素である。
【００５２】
なお、超臨界流体又は亜臨界流体の存在下には、ゴムの混練に支障を及ぼさない範囲で、その他の液体や気体を共存させてもよい。
【００５３】
このような超臨界流体又は亜臨界流体の存在下でのゴムの混練は、耐熱性及び耐圧性に優れた密閉式のゴム混練室内にローター、ニーディングディスク又はスクリュー等の混練部材が設けられた混練装置を用いることにより行うことができる。混練装置は、ポリマー及びフィラーの供給と、フィラー含有未架橋ゴム組成物の排出とを連続的に行う連続方式のもの、例えば特開２００２−３５５８８０号公報に開示されている２軸押出混練装置等が好ましい。
【００５４】
超臨界流体又は亜臨界流体の存在下でのゴムの混練時には、ポリマー及び添加剤が超臨界流体又は亜臨界流体に溶解すると共に、混練部材によって機械的に攪拌混練される。
【００５５】
混練工程では、超臨界流体又は亜臨界流体の存在下でポリマー、フィラー及び架橋剤を除く配合剤を混練した後、同一の混練装置又は別の混練装置を用いて、得られた混練物と架橋剤とをさらに混練して架橋剤を含有する未架橋ゴム組成物を調製してもよい。このように超臨界流体又は亜臨界流体の存在下での混練の後に架橋剤を添加することにより、超臨界流体又は亜臨界流体の存在下での混練時における架橋反応の進行を防止することができる。
【００５６】
また、混練工程では、超臨界流体又は亜臨界流体の存在下でポリマー及びフィラーを混練した後、同一の混練装置又は別の混練装置、例えば単軸の押出機等を用いて、得られた混練物と架橋剤を含むその他の配合剤とを混練して未架橋ゴム組成物を調製してもよい。
【００５７】
いずれの場合においても、同一の混練装置を用いれば、原材料の投入から架橋剤を含む未架橋ゴム組成物の調製までを一連の操作で行うことができる。
【００５８】
なお、超臨界流体又は亜臨界流体の存在下で混練する前には、ポリマー及びフィラーを混練して予め可塑化させることが好ましく、また、超臨界流体又は亜臨界流体の存在下で混練した後には、混練物を脱気することが好ましい。
【００５９】
−架橋工程−
混練工程により得られた未架橋ゴム組成物を、通常の成形架橋工程により成形及び架橋を行うことにより、架橋済みゴム組成物が得られる。
【００６０】
成形架橋加工方法としては、例えば、プレス、加硫缶、連続加硫機、高周波架橋や放射線架橋や電子線架橋により架橋する特殊架橋機等を用いた加工、トランスファー成形、射出成形、押出成形、射出成形等が挙げられる。
【００６１】
温度、圧力、及び時間等の成形架橋条件については、フィラー含有未架橋ゴムの組成やゴム成形品の要求品質等に基づいて適宜設定する。
【００６２】
成形架橋工程により、未架橋ゴム組成物に含まれるポリマーの分子間が架橋剤又は電子線により架橋されてネットワーク構造が形成される。これにより、架橋済みゴム組成物が得られる。
【００６３】
成形架橋工程は、製造するゴム成形品の種類に応じて行えばよいが、例えば、図２に示すようなゴム層と補強層とを備えたＶリブドベルトを製造する場合には、以下のようにすればよい。
【００６４】
ＶリブドベルトＢは、ベルト外周側の接着ゴム層１１とベルト内周側の圧縮ゴム層１２との二重層に構成されたＶリブドベルト本体１０を備えており、そのＶリブドベルト本体１０のベルト外周側表面に補強布１７が貼設されている。また、接着ゴム層１１には、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように設けられた心線１６が埋設されている。
【００６５】
接着ゴム層１１は、断面横長矩形の帯状に構成され、例えば、厚さ１．０〜２．５ｍｍに形成されている。
【００６６】
接着ゴム層１１は、原料ゴムに種々のゴム配合剤が配合されて混練された未架橋ゴムが加熱及び加圧されて架橋剤により架橋した架橋ゴムで形成されている。
【００６７】
圧縮ゴム層１２は、プーリ接触部を構成する複数のＶリブ１３がベルト内周側に垂下するように設けられている。これらの複数のＶリブ１３は、各々がベルト長さ方向に延びる断面略逆三角形の突条に形成されていると共に、ベルト幅方向に並設されている。各Ｖリブ１３は、例えば、リブ高さが２．０〜３．０ｍｍ、基端間の幅が１．０〜３．６ｍｍに形成されている。また、リブ数は、例えば、３〜６個である（図２では、リブ数が６）。
【００６８】
圧縮ゴム層１２は、ポリマーにフィラー及び種々のゴム配合剤が配合されて混練されたフィラー含有未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されて架橋剤等により架橋した架橋ゴムにより形成されている。なお、圧縮ゴム層１２には、ベルト幅方向に配向するように設けられ、また、Ｖリブ１３表面から突出するように設けられた短繊維１４が含まれていてもよい。  短繊維１４としては、例えば、繊維長１〜３ｍｍのナイロン短繊維、ビニロン短繊維、ポリエステル短繊維、綿短繊維、アラミド短繊維等が挙げられる。
【００６９】
接着ゴム層１１と圧縮ゴム層１２とは、別々の架橋ゴムで形成されていてもよく、また、全く同じ架橋ゴムで形成されていてもよい。接着ゴム層１１及び圧縮ゴム層１２のうちの少なくとも１方を本実施形態のゴム組成物により成形すれば、耐摩耗性に優れた伝動ベルトが実現できる。
【００７０】
補強布１７は、例えば、綿、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等の糸で形成された平織、綾織、朱子織等に製織した織布で構成されている。補強布１７は、Ｖリブドベルト本体１０に対する接着性を付与するために、成形加工前にＲＦＬ水溶液に浸漬して加熱する接着処理及び／又はＶリブドベルト本体１０側となる表面にゴム糊をコーティングして乾燥させる接着処理が施されている。なお、補強布１７が設けられず、ベルト外周側表面部分が架橋ゴムで構成されていてもよい。また、補強布１７は、編物で構成されていてもよい。
【００７１】
心線１６は、ポリエステル繊維（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート繊維（ＰＥＮ）、アラミド繊維、ビニロン繊維等の撚り糸で構成されている。心線１６は、Ｖリブドベルト本体１０に対する接着性を付与するために、成形加工前にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する接着処理及び／又はゴム糊に浸漬した後に乾燥させる接着処理が施されている。
【００７２】
Ｖリブドベルトだけでなく平型ベルト、歯付ベルト等他の種類の伝動ベルトも同様にして形成することができる。
【００７３】
また、ゴム層と繊維又は金属等からなる補強層とを積層すればコンベアベルトを形成することができる。図３は、コンベアベルトの一例を示している。
【００７４】
コンベアベルトは、帆布層６３を中心層とし、その両側に接着ゴム層６１が設けられている。コンベアベルトの上下の最外層には、それぞれカバーゴム層６２と裏カバーゴム層６４とが設けられている。カバーゴム層６２及び裏カバーゴム層６４は、特に耐摩耗性が要求されるため、これらの層の少なくとも一方を本実施形態のゴム組成物により成形すれば、耐摩耗性に優れたコンベアベルトが得られる。なお、カバーゴム層６２及び裏カバーゴム層６４は１層であってもよいし、同一又は異なるゴム組成物が２層以上積層されていてもよい。また、カバーゴム層６２と裏カバーゴム層６４とが同一の構成であっても、異なる構成であってもよい。
【００７５】
接着ゴム層６１に用いるゴム組成物は特に限定されず、通常のコンベアベルトに用いられるものを適宜選択して用いればよい。帆布層６３は特に限定されず、通常のコンベアベルトに用いられるものを適宜選択して用いればよい。例えば、綿布と化学繊維又は合成繊維とからなるものにゴム糊を塗布、浸潤させたもの、ＲＦＬ処理したものを折り畳んだもの、特殊織のナイロン帆布、スチールコード等を挙げることができる。帆布層６３は、単独で用いてもよいし、２種以上のものを積層して用いてもよい。
【００７６】
コンベアベルトの製造方法は特に限定されず、通常用いられる方法等を採用すればよい。例えば、まず、ゴム組成物をシート状にプレフォームし、１５０℃〜１７０℃の温度で１０分〜６０分間加圧することにより加硫を行いカバーゴム層等の各層を製造する。次に、得られた各層を帆布上に所定の順序で積層することにより耐摩耗性コンベアベルトを製造することができる。
【００７７】
以下に、本発明に係るゴム組成物及びその製造方法について実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【００７８】
＜第１の実施例＞
表１に示すように、プラズマ処理フィラーの種類及び混練方法が異なるＡ〜Ｆの６種類のゴム組成物を調製した。また、比較例として、プラズマ処理していないフィラーを配合してＧ〜Ｌの６種類のゴム組成物を調製した。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
ポリマーには、ペレット状のＥＰＤＭ（デュポン・ダウ・エラストマージャパン社製  商品名：ノーデル４７２５Ｐ）を用いた。
【００８１】
ゴム組成物Ａ及びＢには、プラズマ処理したカーボンブラック（ＨＡＦ級、東海カーボン社製  商品名：シースト３）をフィラーとして７０質量部添加した。ゴム組成物Ｇ及びＨにはプラズマ処理していないカーボンブラックを７０質量部添加した。
【００８２】
ゴム組成物Ｃ及びＤには、プラズマ処理したクレイ（ホージュン社製  商品名：エスベンＮＸ）を１０質量部添加した。ゴム組成物Ｉ及びＪにはプラズマ処理していないクレイを１０質量部添加した。
【００８３】
ゴム組成物Ｅ及びＦには、プラズマ処理したシリカ（東ソー・シリカ社製  商品名：ニプシールＶＮ３）を７０質量部添加した。ゴム組成物Ｋ及びＬにはプラズマ処理していないシリカを７０質量部添加した。
【００８４】
ゴム組成物Ａ〜Ｌには共通成分として、５質量部の酸化亜鉛（堺化学工業社製  商品名：酸化亜鉛３種）、１質量部のステアリン酸（新日本理化社製  商品名：ステアリン酸５０Ｓ）、５質量部のプロセスオイル（日本サン石油社製  商品名：サンパー２２８０）、１．２質量部の架橋促進剤（大内新興化学社製  商品名：ノクセラーＰＺ）及び１．６７質量部の架橋剤（鶴見化学工業社製  商品名：オイル硫黄）を配合した。また、シリカを配合したゴム組成物ＧとＯには、シランカッリング剤（デグサ社製  商品名：Ｓｉ６９）を８質量部配合した。
【００８５】
プラズマ照射は、図１に示した連続式の大気圧プラズマ照射装置を用い、フィラーを帯電させることにより凝集塊を解砕し、フィラー粒子が分散した状態においてプラズマが照射されるようにして行った。
【００８６】
各ゴム組成物の混練には二軸押出混練装置（日本製鋼社製  型番：ＴＥＸ３０α）を用いた。また、ゴム組成物Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、Ｊ及びＬの混練は超臨界流体の存在下で行った。
【００８７】
本実施例において用いた２軸混練装置は、長尺のゴム混練室を備え、その上流端に原料供給部及び下流端に練りゴム排出部がそれぞれ設けられている。ゴム混練室には、各々、外径が３０ｍｍであり且つその外径に対する長さの比が５９．９である一対のスクリューが並列に長さ方向に沿って設けられていると共に、長さ方向に沿って１７個のシリンダＣ１〜Ｃ１７に空間が仕切られている。
【００８８】
また、原料供給部直下のシリンダＣ１に水冷式の温調機構が設けられており、これにより原料の融解を防止するように構成されている。また、その他のシリンダＣ２〜Ｃ１７のそれぞれに温調機構が設けられており、これにより独立した加熱及び冷却が可能なように構成されている。また、シリンダＣ７にはガス供給管が接続されている。
【００８９】
混練は、スクリュー回転数を２００ｒｐｍ、ガス供給管からシリンダＣ７への二酸化炭素の供給量を０．５ｋｇ／時、シリンダＣ１１及び１２の圧力を１．７３Ｐａ、未架橋ゴム組成物の押出排出量を６ｋｇ／時にそれぞれ設定して行った。また、逆ニーディングディスク及びシールリングの構成、並びにシリンダＣ７〜１０の設定温度を操作することにより、シリンダＣ７〜Ｃ１０内を温度が１２０℃で圧力が９ＭＰａの超臨界二酸化炭素の存在条件とした。なお、温度はシリンダＣ７〜Ｃ１０内における混練物の温度であり、圧力はシリンダＣ１０内の圧力である。
【００９０】
本実施例においては、シリンダＣ１〜Ｃ６において混練して可塑化した材料を、超臨界二酸化炭素の存在条件のシリンダＣ７〜Ｃ１０内においてさらに混練した。シリンダＣ７〜Ｃ１０においては架橋剤及び架橋促進剤を添加しない状態で混練を行った。架橋剤及び架橋促進剤は、シリンダＣ１５において混練物に添加した。シリンダＣ１５〜Ｃ１７においてさらに架橋剤及び架橋促進剤が添加された混練物をさらに混練した。
【００９１】
得られた、未架橋ゴム組成物は、摩擦摩耗試験用の試験片に成形架橋した。試験片は、５ｍｍ角で高さが１０ｍｍの角柱状とした。摩耗試験は、ピンディスク型の摩擦摩耗試験機を用い、５ｍｍ角の底面に対して、面圧が０．８ＭＰａ、摩擦速度が０．２５ｍ／ｓ、摩擦面温度が１００℃の条件で２４時間行った。試験前後における試験片の重量変化量を、各試料の比重で除すことにより摩耗体積を求めた。なお、相手材にはねずみ鋳鉄（ＦＣ２００）を用いた。
【００９２】
表１に示すように、カーボンブラック、クレイ及びシリカのいずれの場合においても、プラズマ照射フィラーを用いることにより未照射のフィラーよりも摩耗体積が減少し、耐摩耗性が大きく向上した。これは、プラズマ照射によりフィラーの分散性が向上したことによると考えられる。また、超臨界流体の存在下において混練を行うことにより、耐摩耗性をさらに向上させることができた。これは、超臨界流体によりポリマー中におけるフィラーの分散性がさらに向上したためであると考えられる。
【００９３】
なお、超臨界流体は、二酸化炭素に代えて窒素等を用いてもよい。また、超臨界流体に代えて亜臨界流体の存在下において混練を行った場合にも同様の効果が得られる。
【００９４】
＜第２の実施例＞
表２に示す３種類のゴム組成物Ｍ、Ｎ及びＯについてＶリブドベルトを成形し、耐摩耗性を評価した。ゴム組成物の混練には第１の実施例と同じ二軸押出混練装置を用いた。また、フィラーへのプラズマ照射も第１の実施例と同様に行った。
【００９５】
【表２】
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【００９６】
Ｖリブドベルトは、ベルト周長を１０００ｍｍ、ベルト幅を１０ｍｍ及びベルト厚さを４ｍｍとし、リブ数を３個とした。厚さが０．８ｍｍのシート状にプレフォームしたゴム組成物Ｍ、Ｎ及びＯを架橋成形して圧縮ゴム層とした。接着ゴム層は、通常のＥＰＤＭゴム組成物及び補強布をナイロン製の織布をＲＦＬ処理及びゴム糊処理したものを用いた。心線はポリエステル繊維（ＰＥＴ）製の撚り糸をＲＦＬ処理及びゴム糊処理したものとした。
【００９７】
図４は、Ｖリブドベルトの耐摩耗性試験評価用のベルト走行試験機７０のプーリレイアウトを示す。このベルト走行試験機７０は、左右に配されたプーリ径６０ｍｍの一対の駆動リブプーリ７１及び従動リブプーリ７２からなる。
【００９８】
成形したＶリブドベルトのそれぞれについて、まず、初期ベルトベルト質量を計測した。次に、Ｖリブ側が接触するように駆動リブプーリ７１と従動リブプーリ７２とにＶリブドベルトを巻き掛け、１１７７Ｎのデッドウェイトが負荷されるように駆動リブプーリ７１を側方に引っ張ると共に、７Ｗの回転負荷を従動リブプーリ７２にかけた。室温において駆動リブプーリ７１を３５００ｒｐｍの回転速度で２４時間回転させるベルト走行試験を実施した後、走行後ベルト質量を測定し、次式に基づいて摩耗率を算出した。
【００９９】
【数１】
2009227859.tif 000005
【０１００】
表２に示すように、プラズマ照射を行ったフィラーを用いたゴム組成物Ｍ及びＮにより成形したＶリブドベルトは、プラズマ照射していないフィラーを用いたゴム組成物Ｏにより成形したＶリブドベルトよりも、摩耗率が小さかった。また、混練の際に超臨界流体を用いた方が、摩耗率が小さくなった。これは、フィラーへのプラズマ照射により、フィラーの分散性が向上したことを示している。また、フィラーへのプラズマ照射と超臨界流体の存在下における混練とを組み合わせることにより、さらにフィラーの分散性が向上することが明らかとなった。
【０１０１】
＜第３の実施例＞
表３に示す３種類のゴム組成物Ｐ、Ｑ及びＲについてコンベアベルトを成形し、耐摩耗性を評価した。本実施例においては、ポリマーにスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ、ＪＳＲ社製  商品名：ＳＢＲ１５００）を用い、カーボンブラックとしてＩＳＡＦ級（昭和キャボット社製  商品名：Ｎ２２０）を用いた。また、接着付与剤にはマロン・インデン樹脂を用い、老化防止剤にはアミン系（大内新興化学社製  商品名：ノクラック６Ｃ）を用いた。架橋剤には鶴見化学工業社製のオイル硫黄を用い、架橋促進剤には大内新興化学社製のノクセラーＣＺを用い、オイルには神戸油化学社製のシンタックＨＡ３０を用いた。ゴム組成物の混練には第１の実施例と同じ二軸押出混練装置を用いた。また、フィラーへのプラズマ照射も第１の実施例と同様に行った。
【０１０２】
【表３】
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【０１０３】
ゴム組成物Ｐ、Ｑ及びＲをそれぞれ図３に示すコンベアベルトのカバーゴム層６２及び裏カバーゴム層６４として用いた。カバーゴム層６２の厚さは５ｍｍとし、裏カバーゴム層６４の厚さは３ｍｍとした。
【０１０４】
得られたコンベアベルトを、粒径が５０ｍｍ以下の鉱石を約８００トン／分の搬送量となるように２００ｍ／分の速度で運転した後のカバーゴム層の厚さを測定することにより、コンベアベルトの耐摩耗性を評価した。
【０１０５】
プラズマ照射していないフィラーを用いたゴム組成物Ｒを用いたコンベアベルトは、２００時間が経過する前に亀裂が生じた。一方、プラズマ照射したフィラーと用いたゴム組成物Ｐ及びＱを用いたコンベアベルトは、３００時間経過後においても亀裂等は生じなかった。また、カバーゴム層の摩耗量も小さく良好な耐摩耗性を示した。これは、プラズマ照射によりフィラーの分散性が向上したことによると考えられる。また、プラズマ照射したフィラーを超臨界流体の存在下において混練した場合には、さらに良好な耐摩耗性を示した。
【０１０６】
以上の、実施形態及び各実施例においては、ゴム成形品について説明を行った。しかし、プラズマ照射フィラーによるポリマー中におけるフィラーの分散性向上の効果は、ゴム以外のポリマーにおいても同様に得られる。このため、プラズマ照射フィラーを用いることによりゴム成形品だけでなく樹脂成形品においても、耐摩耗性等を向上させることができる。例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ナイロン、ポリアセタール（ＰＯＭ）又はアクリロニトリルブタジエン共重合体（ＡＢＳ）等にプラズマ照射フィラーを適用することにより耐摩耗性等に優れた精密ギア等の樹脂製品を実現できる。また、樹脂とフィラーとの混練の際にも超臨界流体を用いれば、さらにフィラーの分散性が向上し、耐摩耗性等を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明に係るゴム組成物及びその製造方法は、耐摩耗性等の物理的特性に優れたゴム組成物を安定して実現でき、特に伝動ベルト及びコンベアベルト等の耐摩耗性を必要とするゴム成形品を実現するためのゴム成形品及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ照射装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＶリブドベルトの一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るコンベアベルトの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例におけるベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０      Ｖリブドベルト本体
１１      接着ゴム層
１２      圧縮ゴム層
１３      Ｖリブ
１４      短繊維
１６      心線
１７      補強布
２０      チャンバ
２１      プラズマ
２３      フィラー
２４      フィラー
２６      ガス供給口
２７      排気口
３０      加熱炉
３１      プラズマ発生管
３２      誘導コイル
３３      高周波電源
３４      マッチング回路
３５      導入管
４０      フィラー供給装置
４５      イオナイザ
４９      計量装置
５１      ラジカル量センサ
５２      バルブ
５３      捕集容器
６１      接着ゴム層
６２      カバーゴム層
６３      帆布層
６４      裏カバーゴム層
６９      Ｓｉ
７０      ベルト走行試験機
７１      駆動リブプーリ
７２      従動リブプーリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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