JP2007262147A - ゴム組成物及び伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】エチレン−α−オレフィンエラストマーの特徴である高い耐熱性、耐寒性に加えて、引き裂き抵抗力に優れたゴム組成物を提供する。
【解決手段】ゴム成分としてエチレン−α−オレフィンエラストマーと、架橋剤として有機過酸化物と、加硫促進剤としてエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して０．５〜５．０質量部のジチオカルバミン酸亜鉛塩とを含有する。有機過酸化物架橋のエチレン−α−オレフィンエラストマーによって、高い耐熱性や耐寒性を得ることができ、しかもジチオカルバミン酸亜鉛塩による加硫促進によって、高い引き裂き抵抗力を得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機過酸化物架橋するエチレン−α−オレフィンエラストマーを主成分とするゴム組成物、及びこのゴム組成物を用いた伝動ベルトに関するものである。

近年、省エネルギー化、コンパクト化の社会的要請を背景に、自動車のエンジンルームの雰囲気温度は従来に比べて上昇してきており、それに伴って、エンジンルーム内で使用される伝動ベルトの使用環境温度も上昇してきている。また自動車用エンジンにおいては、低燃費化を実現するために燃料の噴出量を抑制したエンジンが多種開発されており、このようなエンジンでは回転変動率が大きくなっている。この影響はエンジン補機にも及び、回転変動による補機駆動用ベルトにかかる負荷も大きくなっている。

従来、伝動ベルトの製造に用いられるゴムとしては、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム等が使用されてきたが、上記のような高温雰囲気では、ゴム層にクラックが発生するおそれがあり、使用に耐えることができないという問題があった。

これに対して、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー等のエチレン−α−オレフィンエラストマーは、特に架橋剤として有機過酸化物を用いた場合に、優れた耐熱性、耐寒性を発揮することが知られている（例えば特許文献１、特許文献２等参照）。このため、高温雰囲気で使用される伝動ベルトをこのようなエチレン−α−オレフィンエラストマーで作製することが行なわれている。
特開２０００−２８３２４３号公報（段落[０００８][０００９]） 特表２００１−５００９１０号公報

しかし、有機過酸化物架橋したエチレン−α−オレフィンエラストマーは、耐引き裂き抵抗力が十分満足されるものではなく、上記のような回転変動が大きい補機駆動用の伝動ベルトなどとして使用した場合、伝動ベルトの圧縮層に亀裂が発生するおそれがあり、特に圧縮層にリブ部を設けたＶリブドベルトの場合にこのリブ部の亀裂の進行が早く、早期にリブ欠けが発生して故障に至るおそれがあるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、エチレン−α−オレフィンエラストマーの特徴である高い耐熱性、耐寒性に加えて、引き裂き抵抗力に優れたゴム組成物を提供することを目的とするものであり、また耐熱性、耐寒性、引き裂き抵抗力に優れた伝動ベルトを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係るゴム組成物は、ゴム成分としてエチレン−α−オレフィンエラストマーと、架橋剤として有機過酸化物と、加硫促進剤としてエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して０．５〜５．０質量部のジチオカルバミン酸亜鉛塩とを含有して成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る伝動ベルトは、ベルト長手方向に沿って心線が埋設された接着層と圧縮層とを有する伝動ベルトにおいて、少なくとも圧縮層が請求項１に記載のゴム組成物で形成されていることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項２において、圧縮層にベルト長手方向に沿った複数のリブ部を設けたＶリブドベルトであることを特徴とするものである。

本発明によれば、有機過酸化物架橋のエチレン−α−オレフィンエラストマーによって、高い耐熱性や耐寒性を得ることができるものであり、しかもジチオカルバミン酸亜鉛塩による加硫促進によって、高い引き裂き抵抗力を得ることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明のゴム組成物において、エチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）やエチレン−プロピレン−ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）などを用いることができるものであり、これらを単独で、あるいはこれらの混合物を使用することができる。ＥＰＤＭのジエンモノマーの例としては、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエンなどを挙げることができる。耐熱性や耐摩耗性を考慮すれば、エチレンとα−オレフィンと非共役ジエンとの共重合体であるＥＰＤＭが好ましく、中でもエチレン含量が５１〜６８質量％であって、且つ二重結合が０．２〜７．５質量％のものが好ましい。このＥＰＤＭとしてはヨウ素価が３〜４０のものを用いるのが好ましく、ヨウ素価が３未満であると、ゴム組成物の加硫が十分でなく、摩耗や粘着の問題が発生するおそれがあり、またヨウ素価が４０を超えると、ゴム組成物のスコーチが短くなって扱い難くなり、耐熱性が悪くなるおそれがある。

また有機過酸化物としては、具体的には、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、１，１−ｔ−ブチルペルオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，５−ジ−メチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、２，５−ジ−メチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン−３、ビス（ｔ−ブチルペルオキシジ−イソプロピル）ベンゼン、１，３−ビス（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジ−メチル−２，５−ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルペルオキシベンゾアート、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチル−ヘキシルカーボネート等を挙げることができる。

そして本発明では加硫促進剤としてジチオカルバミン酸亜鉛塩を用いるものであり、このジチオカルバミン酸亜鉛塩としては、具体的には、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジ−ｎ−ブチルジチオカルバミン酸亜鉛、エチルフェニル・ジチオカルバミン酸亜鉛、Ｎ−ペンタメチレンジチオカルバミン酸亜鉛、ジベンジルジチオカルバミン酸亜鉛等を挙げることができる。

そして、ゴム成分として上記のエチレン−α−オレフィンエラストマーを、架橋剤として上記の有機過酸化物を、加硫促進剤として上記のジチオカルバミン酸亜鉛塩を配合して混練することによって、本発明に係るゴム組成物を得ることができるものである。このゴム組成物には、さらに必要に応じて、通常ゴムに配合される、Ｎ，Ｎ´−ｍ−フェニレンジマレイミド、キノンジオキシム類、硫黄等の共架橋剤、カーボンブラック、シリカ等の補強剤、炭酸カルシウム、タルク等の充填剤、補強剤、可塑剤、安定剤、加工助剤、着色剤、短繊維等を配合するようにしてもよく、またこれらの各種配合物を混練する方法も特に限定されるものではなく、バンバリーミキサー、ニーダー等の通常用いられる手段を用いて混練りする方法などを挙げることができる。

ここで、有機過酸化物の配合量は、特に限定されるものでないが、ゴム成分１００質量部に対して０．２〜１０質量部の範囲が好ましい。０．２質量部未満であると、架橋が十分に行なわれないものであり、逆に１０質量部を超えると、十分な弾性が得られなくなる。

また、加硫促進剤としてのジチオカルバミン酸亜鉛塩の配合量は、エチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して０．５〜５．０質量部の範囲に設定されるものである。加硫促進剤としてジチオカルバミン酸亜鉛塩を配合することによって、硬化したゴムの引き裂き抵抗力を高めることができるものであり、ジチオカルバミン酸亜鉛塩の配合量が０．５質量部未満であると、引き裂き抵抗力を高める効果を十分に得ることができない。またジチオカルバミン酸亜鉛塩の配合量が５．０質量部を超えても、架橋促進の効果は変わらないので、経済的に不利になる。

次に、上記のゴム組成物を用いて製造される伝動ベルトについて説明する。伝動ベルトとしてはＶリブドベルト、Ｖベルト、平ベルトなどがあるが、図１にＶリブドベルト１の一例を示す。図１において２は心線であり、ベルト長手方向全長に亘って接着層３内に埋設してある。接着層３の内側には圧縮層４が積層してあり、圧縮層４には複数本の平行なリブ部５が形成してある。リブ部５は断面略Ｖ字形（正確には台形）であって、ベルト長手方向全長に亘って設けてある。接着層３の外側には伸張層６が積層してある。

心線２としては、ポリアリレート繊維、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維などのポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などで形成された高強度・低伸度のコードを用いることができる。心線２にはゴムとの接着性を向上させる目的で接着処理を施すのが好ましい。このような接着処理としては、心線２をレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）などの処理液に浸漬して加熱乾燥することによって行なうことができる。

接着層３と圧縮層４はゴムで形成されるものであり、この接着層３と圧縮層４のうち、少なくとも圧縮層４は上記のゴム組成物で形成されるものである。勿論、接着層３と圧縮層４を同種の上記のゴム組成物で形成するようにしてもよい。

ここで、圧縮層４のリブ部５の表面には綿、ナイロン（登録商標）、ｐ−アラミド、ｍ−アラミドなどの短繊維を突出させるようにしてあり、耐摩耗性やベルト走行時の静粛性を確保できるようにしてある。このようにリブ部５の表面に短繊維を突出させて設けるには、圧縮層４を形成するゴム組成物に短繊維を含有させ、圧縮層４を切削してリブ部５を形成する際に、リブ部５の表面に短繊維の一部を突出させるようにして行なうことができる（この方法は次の製造例１参照）。また圧縮層４に植毛法等で短繊維を付着させた後に、リブ部５を成形することによって、リブ部５の表面に短繊維を設けるようにしてもよい（この方法は次の製造例２参照）。

また、伸張層６は帆布などの補強布によって形成されるものである。この補強布としては、綿、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維等を平織り、綾織り、朱子織りした布を用いることができるものであり、補強布にＲＦＬ処理を行なった後に、ゴムをコーティングしたゴム付き帆布として使用するのが好ましい。

次に、上記のようなＶリブドベルト１の製造方法について説明する。

（製造例１）
円筒状の成形ドラムの外周に、まず伸張層６を形成する補強布を巻き、またその上に接着層３を形成するゴム組成物のシートを巻きつけた後、この上に心線２をスピニングして螺旋状に巻きつけ、さらにこの上に圧縮層４を形成するゴム組成物のシートを巻きつけることによって、未加硫スリーブを作製する。圧縮層４を形成するゴム組成物には短繊維を含有させてある。次に成形ドラムに巻きつけたこの未加硫スリーブを加硫ドラム入れて加硫することによって、円筒状の加硫スリーブを得る。この後に、この加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールの間に懸架して走行回転させながら、加硫スリーブの外周の圧縮層４に切削ホイールを接触させてＶ溝を切削・研磨加工することによって、リブ部５を形成する。リブ部５をこのように切削・研磨する際に、リブ部５の表面に短繊維の一部が突出することになる。そしてこの加硫スリーブを輪切りするように所定幅寸法で切断し、さらに内周と外周を裏返すことによって、図１のようなＶリブドベルト１として仕上げることができるものである。

（製造例２）
円筒状の成形ドラムの外周に膨張収縮自在な可撓性ジャケットを装着し、この可撓性ジャケットの外周に上記の（製造例１）と同様にして、伸張層６を形成する補強布、接着層３を形成するゴム組成物のシート、心線２、圧縮層４を形成するゴム組成物のシートを巻きつけることによって、未加硫スリーブを作製する。次にこの未加硫スリーブの外周に位置する圧縮層４を形成するゴム組成物のシートの表面に静電植毛法等で短繊維を付着させる。この後、内周にリブ部５に対応した凹凸を形成した円筒形の成形型内に、成形ドラムに巻きつけた未加硫スリーブを入れ、可撓性ジャケットを膨張させて未加硫スリーブを成形型の内周に押圧して成形しながら加硫することによって、円筒状の加硫スリーブを得る。この加硫スリーブの圧縮層４にはリブ部５が成形されており、またこのリブ５の表面には短繊維が突出して設けられている。そしてこの加硫スリーブを輪切りするように所定幅寸法で切断し、さらに内周と外周を裏返すことによって、図１のようなＶリブドベルト１として仕上げることができるものである。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

表１の配合量で各配合剤を配合し、これをＢＲバンバリーで混練することによって、実施例１〜３及び比較例１〜３のゴム組成物を得た。

尚、表１において、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンモノマー）は、ジエン成分がエチリデンノルボルネンであり、エチレン含量６０質量％、ジエン成分含量１．２質量％、残がプロピレンである。また有機過酸化物は、１，３−ビス（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン４０質量％と炭酸カルシウム６０質量％の混合物である。

そして、この実施例１〜３及び比較例１〜３のゴム組成物をシート状に成形して加硫することによって、２ｍｍ厚のゴムシートを得た。そしてこのゴムシートについて物性評価を行ない、結果を表２に示す。尚、表２において、「ＨＳ」はＪＩＳ Ｋ６２５３に規格される硬度、「Ｍ１００」はＪＩＳ Ｋ６２５１に規格される１００％伸張時の応力、「ＴＢ」はＪＩＳ Ｋ６２５１に規格される切断時の応力、「ＥＢ」はＪＩＳ Ｋ６２５１に規格される切断時の伸び、「ＴＲ−Ａ」「ＴＲ−Ｂ」はＪＩＳ Ｋ６２５２に規格される引裂き抵抗力である。

表２にみられるように、ＥＰＤＭ１００質量部に対して０．５〜５．０質量部の範囲でジチオカルバミン酸亜鉛塩を配合した各実施例のものは、優れた引き裂き抵抗が得られるものであった。一方、比較例１では優れたモジュラス（Ｍ１００）を得られるものの、引き裂き抵抗力が低いものであり、また比較例２ではジチオカルバミン酸亜鉛塩を配合しているが、配合量が少ないので、十分な引き裂き抵抗を得ることができないものであった。

次に、実施例１〜３及び比較例１〜３のゴム組成物を接着層及び圧縮層を形成するゴム組成物として用い、上記の（製造例２）のようにしてＶリブドベルトを作製した。そしてこのＶリブドベルトについて、１２０℃における高温低張力屈曲疲労試験、８５℃における高温高張力耐久試験、６％スリップ強制磨耗試験を行なった。結果を表３に示す。

ここで、高温低張力屈曲疲労試験は、３ＰＫ１１００のＶリブドベルトを、径１２０ｍｍの駆動プーリ、径１２０ｍｍの従動プーリ、および径４５ｍｍのテンションプーリ（巻き付け角９０度）に装着し、駆動プーリと従動プーリの間にある径８５ｍｍのアイドラープーリを接触角１２０度にてベルト背面に当接させた状態で、雰囲気温度１２０℃、ベルト張力５５９Ｎ（５７ｋｇｆ）、駆動プーリの回転数４９００ｒｐｍ、従動プーリの負荷１２ＰＳの条件で走行させ、３００時間走行後のリブ部の亀裂を調べることによって、行なった。

また高温高張力耐久試験は、３ＰＫ１１００のＶリブドベルトを、径１２０ｍｍの駆動プーリ、径１２０ｍｍの従動プーリ、および径４５ｍｍのテンションプーリ（巻き付け角９０度）に装着し、雰囲気温度８５℃、ベルト張力８８３．６Ｎ（８５ｋｇｆ）、駆動プーリの回転数が４９００ｒｐｍの条件で走行させ、走行５００時間を打ち切りとして、ベルトの状態を調べることによって、行なった。

また６％強制スリップ試験は、３ＰＫ１１００のＶリブドベルトを径８０ｍｍの駆動プーリ、径８０ｍｍの従動プーリ、および径１２０ｍｍのテンションプーリ（巻き付け角９０度）に装着し、室温雰囲気、駆動プーリの回転数３０００ｒｐｍ、従動プーリの負荷６．９Ｎ・ｍの条件で２４時間走行させ、走行前後のベルト重量差を走行前のベルト重量で除して摩耗率を求めることによって、行なった。

表３にみられるように、各実施例のものでは、各試験において良好な結果が得られた。一方、比較例１のものは、耐摩耗性には優れているが、屈曲疲労試験では亀裂が確認され、また高温高張力試験では引き裂き抵抗力の低さから心線ポップアウトが早期に発生した。比較例２のものでは、老化による引き裂き抵抗力の低下によって、走行末期に亀裂や心線ポップアップが発生した。比較例３のものは、耐久走行では問題はみられないが、磨耗試験では磨耗量が多く、また粘着も若干みられた。

Ｖリブドベルトを示す一部破断した斜視図である。

符号の説明

１ Ｖリブドベルト
２ 心線
３ 接着層
４ 圧縮層
５ リブ部
６ 伸張層

Claims (3)

1. ゴム成分としてエチレン−α−オレフィンエラストマーと、架橋剤として有機過酸化物と、加硫促進剤としてエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して０．５〜５．０質量部のジチオカルバミン酸亜鉛塩とを含有して成ることを特徴とするゴム組成物。
2. ベルト長手方向に沿って心線が埋設された接着層と圧縮層とを有する伝動ベルトにおいて、少なくとも圧縮層が請求項１に記載のゴム組成物で形成されていることを特徴とする伝動ベルト。
3. 圧縮層にベルト長手方向に沿った複数のリブ部を設けたＶリブドベルトであることを特徴とする請求項２に記載の伝動ベルト。
   

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