JP2003327753A - ゴム組成物 - Google Patents

ゴム組成物

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JP2003327753A
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rubber
rubber composition
carbon fiber
grown carbon
vapor
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Shinichi Toyosawa
真一 豊澤
Mitsuaki Maeda
光明 前田
Sei Aoki
勢 青木
Hideo Takechi
秀雄 武市
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 40℃以上でのtanδ値、80℃以上での
モジュラスを改良した気相成長炭素繊維を配合するゴム
組成物を提供すること。 【解決手段】 ゴム材料を基材とし、充填材として平均
アスペクト比が10未満である気相成長炭素繊維を配合
することを特徴とするゴム組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はゴム組成物(以下、
単に「組成物」とも称する)に関し、詳しくは、力学特
性等が良好で、かつ、熱伝導性、電気伝導性に優れたゴ
ム組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】電気電子部品、タイヤ、ベルト等の各種
製品には、その特性に応じて、種々の天然ゴムや各種合
成ゴムを基材としたゴム組成物が使用されている。かか
る製品の性能や機能は、基材としてのゴム材料と同様
に、種々配合されている充填材等の副資材や加硫条件な
どによっても大きく影響を受ける。例えば、天然ゴムの
補強効果を得るための充填材としてはカーボンブラック
やシリカが広く知られており、熱伝導性を高めるために
はアルミナや窒化ホウ素等を、また、電気伝導性を付与
するためには銅やニッケルのような金属粉や導電性カー
ボン、カーボンファイバー(以下「CF」と省略するこ
とがある)などの高電気伝導性の繊維状充填材を、夫々
配合する等の手法が取られている。
【0003】しかしながら、従来知られている充填材に
おいて、高い効果を得るためには配合量を増大するしか
なく、結果として、充填材の均一な分散を得ることがで
きず性能にバラツキが出たり、粘度の上昇や物性の低下
が大きくなって成型性が悪化する、得られたゴム物品の
力学特性が低下して実用に供し得なくなるなどの欠点を
も伴うものであった。これらの課題を解決する方法とし
て、本発明者らの研究グループは比較的少量の添加によ
っても高い効果を発現し、かつ、力学特性などの他の性
能に悪影響を及ぼさない充填材として気相成長炭素繊維
を見出し、基材であるゴム材料に、これらの充填材を配
合したゴム組成物を開発した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、さら
にその力学特性を改良し、具体的には幅広い温度領域で
の動的粘弾性、モジュラス、及び熱伝導率などを改良
し、低ロス性を維持しつつ、80℃以上での破壊特性を
改良し、前記気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物を
多くの用途に使用可能とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、ゴム組成物に使用
する気相成長炭素繊維の平均アスペクト比を10未満に
することによって、熱伝導性や電気伝導性の向上効果を
損なうことなく、力学特性を改良し得ることを見出し、
本発明を完成したものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のゴム組成物は、ゴム材料
を基材とし、充填材として平均アスペクト比が10未満
である気相成長炭素繊維を配合することを必須とする。
ゴム材料としては、天然ゴム、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、ウレタンゴム等を挙げることができる。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
合成ゴムである。
【0007】本発明に係るゴム材料は加硫して使用する
ことが好ましく、架橋方法としては、イオウ、過酸化
物、金属酸化物等を添加して加熱により架橋させる方法
や、光重合開始剤を添加して光照射により架橋させる方
法、電子線や放射線を照射して架橋させる方法等が挙げ
られる。
【0008】本発明に係る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〜、長さ1
00μm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ため、カーボンファイバーを添
加する場合よりも分散性等の問題を生じにくく、かつ、
同様の性能向上効果を得ることができる利点がある。本
発明においては、この気相成長炭素繊維をゴム組成物の
充填材として用いたことにより、少量の添加で優れた諸
特性向上効果を得ることができる。
【0009】本発明において、気相成長炭素繊維の平均
アスペクト比が10未満であることが必須である。平均
アスペクト比が10未満であれば、その他の形状的制約
は特になく、これら低アスペクト比の気相成長炭素繊維
の製造方法も特に限定されない。例えば通常の方法で作
製した長い繊維を短く粉砕してアスペクト比を低減する
方法が挙げられる。具体的には、ボールミル混合機や乳
鉢を用いてメカニカルに粉砕する方法、水系あるいは有
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、これらをふるいわけして平均アスペクト比10
未満の気相成長炭素繊維を得ることができる。本発明に
係る気相成長炭素繊維は平均アスペクト比が10未満で
あれば、その平均直径は特に限定されないが、平均直径
は0.04〜0.4μmの範囲が好ましく、さらには
0.07〜0.3μm、特には0.05〜0.3μmの
範囲であることが好ましい。またその長さについても特
に制限されず、好適には平均長さ0.5〜50μmの範
囲をとることができ、さらには1〜50μm、特には
1.5〜25μmの範囲であることが好ましい。さら
に、比表面積は5〜50m2/g、特には8〜30m2
gの範囲であることが好ましい。また、本発明に係る平
均アスペクト比10未満の気相成長炭素繊維の原料とな
る長繊維の気相成長炭素繊維の形状についても特に制限
はなく、例えば市販品である昭和電工(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。
【0010】気相成長炭素繊維の配合量は、ゴム組成物
全量に対して、0.1〜20体積%の範囲がこのまし
い。配合量がこの範囲内であると、所期の性能を十分に
得ることができるとともに、混合や成型等における作業
性が良好となるからである。また、同様の観点からさら
に0.2〜15体積%の範囲とすることが好ましい。
【0011】本発明のゴム組成物は、ヤング率が0.5
〜10MPaの範囲であることが好ましい。ヤング率が
この範囲であるとクリープ性や強度といったゴム物性が
良好であり、またゴム弾性の面からも好ましいからであ
る。また、JIS A硬度は好ましくは30〜90の範
囲である。
【0012】また、本発明における気相成長炭素繊維は
酸化処理することできる。酸化処理の方法としては、硝
酸、硫酸、過塩素酸又はこれらの酸の混合物で処理する
化学的処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、オゾン処
理等の物理的処理が例示される。
【0013】また、本発明における気相成長炭素繊維は
上記酸化処理に加えて、カップリング剤で処理すること
ができる。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が例示され、
該カップリング剤を溶剤に溶解し、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。
【0014】本発明の組成物においては、気相成長炭素
繊維以外の各種充填材を配合することができ、その配合
量はゴム組成物全量に対して、1〜60体積%、特には
1〜40体積%の範囲が好ましい。充填材として、必要
に応じて種々のものを選択できるが、カーボンブラック
及び/又はシリカを含有することが好ましい。組成物中
にカーボンブラック及び/又はシリカが適量含有されて
いると、気相成長炭素繊維のみを添加した場合に比して
より高い補強効果が得られる。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
きる。尚、ゴム組成物の混合、成型などの手法として
は、通常のゴムの混合、成型に使用される公知の手法を
用いることができ、特に制限はない。
【0015】本発明のゴム組成物は、気相成長炭素繊維
を少量配合することによって、他の物性を大きく変化す
ることなく、また、成型加工性も損なうことなく、熱伝
導性、電気伝導性などの特性の大幅な向上が可能となる
ために、電気電子部品、タイヤ、ベルト、その他各種製
品に幅広く使用することが可能である。尚、本発明のゴ
ム組成物には、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、通常のゴム用添加剤を適宜使用すること
が可能である。
【0016】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。 (物性評価法)実施例1及び比較例1,2で得られるゴ
ムシートについて、以下の物性で評価した。 (1)動的粘弾性 粘弾性試験機(東洋精機(株)製レオログラフソリッド
L−1R型)を用いてゴムシートの80℃におけるヒス
テリシスロス(tanδ)を測定した。 (2)熱伝導性 京都電子(株)製、迅速熱伝導率計QTM−500を用
いて測定した熱伝導率で熱伝導性を評価した。 (3)力学物性 JIS K6253−1993に準拠して100℃での
引っ張り時のモジュラスを測定し、300%引っ張り時
の値で評価した。
【0017】実施例1 昭和電工(株)製、気相法炭素繊維(VGCF(登録商
標))(繊維径0.15μm、繊維長10〜20μm)
を粉砕、ふるいわけを行い、平均アスペクト比3の気相
成長炭素繊維を得た。ゴム材料としての天然ゴム(N
R)と上記平均アスペクト比3の気相成長炭素繊維及び
各種添加剤とを第1表に示す配合内容にて混合し、以下
に示す混練り条件およびシート作製条件に従い加硫ゴム
組成物のシートを作製した。尚、第1表中の配合量は全
て重量部を表す。評価結果を第1表に示す。
【0018】混練り条件 ラボプラストミル(東洋精機(株)製)を用いて、NR
を70℃にて50rpmで3分間素練りした後、第1表
に示す、加硫促進剤および硫黄を除く各添加剤を投入し
て、70℃にて30rpmで更に混合した(ノンプロ配
合)。得られた混合物を取り出して、冷却、秤量した
後、残りの加硫促進剤および硫黄を投入し、プラベンダ
ーを用いて、50℃にて30rpmで再度混合した(プ
ロ配合)。 シート作製条件 混練りした混合物を高温プレスを用いて150℃×15
分にて加硫して、1mm厚の加硫ゴムシートを作製し
た。
【0019】比較例1 気相成長炭素繊維として、平均アスペクト比100のも
のを使用した以外は実施例1と同様に加硫ゴムシートを
作製した。評価結果を第1表に示す。
【0020】比較例2 気相成長炭素繊維を使用せず、第1表に示す配合内容に
て、ゴム材料としての天然ゴム(NR)と、各種添加剤
とを混合し、実施例1と同様に加硫ゴム組成物のシート
を作製した。評価結果を第1表に示す。
【0021】
【表1】
【0022】1)昭和電工(株)製、気相法炭素繊維
(VGCF(登録商標))(繊維径0.15μm、繊維
長10〜20μm) 2)HAF級カーボンブラック 3)N−(1,3−ジメチルブチル)−N'−フェニル
−P−フェニレンジアミン 4)N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジル・スルフ
ェンアミド
【0023】
【発明の効果】本発明のゴム組成物によれば、少量の添
加であっても、他の諸物性を大きく変化させることな
く、また、成型加工性を損なうこともなく、熱伝導性や
電気伝導性などの特性の大幅な向上効果を得ることがで
き、特に高い熱伝導率及び高温領域での高いモジュラス
を保持したままでtanδ値が低減される。従って、本
発明の加硫ゴム組成物は、電気電子部品、タイヤ、ベル
ト、その他各種製品に幅広く使用することが可能であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 勢 東京都小平市小川東町3−1−1 株式会 社ブリヂストン技術センター内 (72)発明者 武市 秀雄 東京都小平市小川東町3−1−1 株式会 社ブリヂストン技術センター内 Fターム(参考) 4J002 AC011 AC031 AC051 AC071 AC081 AC091 AC111 BB151 BB181 BB241 BB271 BD121 BG041 CH041 CK021 DA016 DA037 DJ017 FA046 FB046 FB076 FB096 FB166

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゴム材料を基材とし、充填材として平均
    アスペクト比が10未満である気相成長炭素繊維を配合
    することを特徴とするゴム組成物。
  2. 【請求項2】 前記気相成長炭素繊維の配合量がゴム組
    成物全量に対して0.1〜20体積%である請求項1記
    載のゴム組成物。
  3. 【請求項3】 前記気相成長炭素繊維が、直径0.04
    〜0.4μmである請求項1又は2に記載のゴム組成
    物。
  4. 【請求項4】 JIS A硬度が30〜90である請求
    項1〜3のいずれかに記載のゴム組成物。
  5. 【請求項5】 前記気相成長炭素繊維以外の充填材をゴ
    ム組成物全量に対して1〜60体積%配合する請求項1
    〜4のいずれかに記載のゴム組成物。
  6. 【請求項6】 前記気相成長炭素繊維以外の充填材がカ
    ーボンブラック及び/又はシリカである請求項5記載の
    ゴム組成物。
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