JP2003327754A - ゴム組成物 - Google Patents
ゴム組成物Info
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Abstract
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、表面をコーティ
ング処理した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
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。
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。
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。
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。
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表面を樹脂コーティングするこ
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。
を基材とし、表面を樹脂コーティングした気相成長炭素
繊維を配合することを特徴とする。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。
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。
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。
は、特に制限されず、適宜必要性能に応じた繊維径、繊
維長、アスペクト比のものを用いることができるが、好
適には、平均直径が0.04〜0.4μm、さらには
0.05〜0.3μm、特には0.07〜0.3μmの
範囲であり、平均長さが0.5〜50μm、さらには1
〜50μm、特には1.5〜25μmの範囲であるもの
を用いる。また、比表面積が5〜50m2/g、特には
8〜30m2/gの範囲であるものを用いることが好ま
しい。具体的には、市販品として、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。
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。
〜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。
その表面を樹脂コーティングすることを必須とする。樹
脂コーティングの方法としては、本発明の目的を達成し
得る方法であれば特に限定されないが、簡便であるとの
観点から有機溶剤又は水系溶剤に溶解させた溶液に気相
成長炭素繊維を含浸させる方法が好ましい。有機溶剤と
しては、トルエン、キシレン、ヘキサン、アセトン、エ
タノール、テトラヒドロフラン等、及びそれらの混合物
などが挙げられ、樹脂が水溶性のものであれば水あるい
は必要に応じて有機溶媒を混合したり、界面活性剤など
を添加した水系添加剤が挙げられる。含浸の際の温度条
件は限定されないが、使用する溶液の沸点以下で、か
つ、粘度がなるべく低くなるような条件が好ましい。
を達成し得るものであれば特に限定されないが、極性部
分を有することが好ましい。特には、極性基を有するモ
ノマーを共重合した樹脂であるか又は極性基を有する物
質で変性した樹脂であることが好ましく、例えばマレイ
ン酸を共重合したポリエチレン等が挙げられる。
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。
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。充填材としては、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。
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。
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50℃におけるヒス
テリシスロス(tanδ)を測定した。 (2)熱電動性 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80℃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。
「VGCF」(登録商標))40gを入れ、約0.3g
のマレイン酸共重合ポリエチレン(ニュクレル)を溶解
させたトルエン500mlを静かに注ぎ入れ、均一に混
合するようにゆっくりと攪拌した。時々攪拌しながら、
約3時間放置後、60℃の真空乾燥機にて重量が一定に
なるまで乾燥し、樹脂コーティングVGCFを得た。
尚、使用したVGCFは線径が150nm、長さ15μ
m(アスペクト比100)であり、1本あたりの表面積
が7.10×10-8cm2(比表面積14m2/g)、体
積が2.65×10-13cm3、重量が5.3×10-13
gであった。比重1の樹脂が、VGCF表面を5nm覆
うと仮定すると必要樹脂量は0.007g/g(樹脂
0.28g/VGCF40g)と計算された。該コーテ
ィング処理VGCF及び各種添加剤を第1表に示す配合
内容にて、ゴム材料としての天然ゴム(NR)に配合
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。各種物性評価結果を第1表に
示す。
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。
チレンを使用したこと以外は実施例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。
したこと以外は実施例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。 比較例2 気相成長炭素繊維を配合せず、第1表に示す配合割合と
したこと以外は実施例1と同様にして加硫ゴムを作製し
た。評価結果を第1表に示す。
(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
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。
Claims (9)
- 【請求項1】 ゴム材料を基材とし、充填材として表面
に樹脂コーティングした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。 - 【請求項2】 前記樹脂コーティングが樹脂を有機溶剤
又は水系溶剤に溶解させた溶液に気相成長炭素繊維を含
浸させることでなされる請求項1記載のゴム組成物。 - 【請求項3】 前記樹脂が極性部分を有する樹脂である
請求項1又は2に記載のゴム組成物。 - 【請求項4】 前記極性部分を有する樹脂が、極性基を
有するモノマーを共重合した樹脂であるか又は極性基を
有する物質で変性したものである請求項3記載のゴム組
成物。 - 【請求項5】 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
〜4のいずれかに記載のゴム組成物。 - 【請求項6】 前記気相成長炭素繊維が、長さ0.5〜
30μm、直径0.04〜0.4μmである請求項1〜
5のいずれかに記載のゴム組成物。 - 【請求項7】 JIS A硬度が30〜90である請求
項1〜6のいずれかに記載のゴム組成物。 - 【請求項8】 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%配合することを
特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のゴム組成
物。 - 【請求項9】 前記気相成長炭素繊維以外の充填材がカ
ーボンブラックおよび/またはシリカである請求項8記
載のゴム組成物。
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