JP2008201829A - Rubber composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はゴム組成物に関し、詳しくは、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物における力学物性の改良に関する。 The present invention relates to a rubber composition, and more particularly to improvement of mechanical properties in a rubber composition containing vapor-grown carbon fibers.
ゴム組成物の性能改良に関しては、これまでに種々検討されてきており、最近では、比較的少量の添加で高い効果を発現できる充填材として、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物も提案されている。 Various attempts have been made to improve the performance of rubber compositions, and recently, rubber compositions containing vapor-grown carbon fibers have also been proposed as fillers that can achieve a high effect with a relatively small amount of addition. Has been.
気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物に関しては、例えば、特許文献1に、基材としてのゴム材料に対し、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したことで、40℃以上でのtanδ値および80℃以上でのモジュラスを改良したゴム組成物が開示されている。また、気相成長炭素繊維を配合した加硫ゴムの加工性や耐疲労性などの力学特性を改良するために、軟化剤(オイル)を配合することも行われている。
上述のように、気相成長炭素繊維を配合した加硫ゴムにオイルを配合することにより、加工性は改良され、気相成長炭素繊維の配合により高くなったモジュラスについても適正範囲に下げることが可能となる。しかしながら、気相成長炭素繊維配合系のゴム組成物の耐疲労性の改良については十分ではなく、破壊強度や破断寿命、耐摩耗性が低下してしまうという問題があった。 As described above, by blending oil with vulcanized rubber blended with vapor-grown carbon fiber, processability is improved, and the modulus increased by blending vapor-grown carbon fiber can be lowered to an appropriate range. It becomes possible. However, the improvement of fatigue resistance of the vapor growth carbon fiber compounded rubber composition is not sufficient, and there is a problem that the fracture strength, fracture life, and wear resistance are lowered.
そこで本発明の目的は、気相成長炭素繊維を配合したゴム組成物において、破壊強度等の力学特性を改良するための技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for improving mechanical properties such as fracture strength in a rubber composition containing vapor-grown carbon fibers.
本発明者らは鋭意検討した結果、気相成長炭素繊維配合系のゴム組成物に対し、特定の分子量範囲の液状ゴムを配合することにより、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by blending a liquid rubber having a specific molecular weight range with a vapor-grown carbon fiber-blended rubber composition, and the present invention has been completed. It came to do.
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ゴム組成物において、数平均分子量1,000〜100,000の液状ゴムが配合されてなることを特徴とするものである。 That is, the rubber composition of the present invention is characterized in that a liquid rubber having a number average molecular weight of 1,000 to 100,000 is blended in a rubber composition containing a rubber component and vapor-grown carbon fibers. It is.
本発明において好適には、前記液状ゴムを、前記ゴム成分100重量部に対し1〜20重量部にて配合する。また、前記液状ゴムとしては、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体およびスチレン−ブタジエン−イソプレン共重合体からなる群から選択される1種以上を好適に用いることができる。さらに、本発明において、前記気相成長炭素繊維は、前記ゴム成分100重量部に対し2〜30重量部にて混合することができる。 In the present invention, the liquid rubber is preferably blended in an amount of 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. The liquid rubber is preferably one or more selected from the group consisting of polyisoprene, polybutadiene, styrene-butadiene copolymer, styrene-isoprene copolymer, and styrene-butadiene-isoprene copolymer. Can do. Furthermore, in this invention, the said vapor growth carbon fiber can be mixed in 2-30 weight part with respect to 100 weight part of said rubber components.
本発明によれば、上記構成としたことにより、破壊強度、耐摩耗性等の力学特性を犠牲にすることなく、加工性、耐疲労性を改良したゴム組成物を実現することが可能となった。 According to the present invention, the above configuration makes it possible to realize a rubber composition with improved workability and fatigue resistance without sacrificing mechanical properties such as fracture strength and wear resistance. It was.
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。
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とともに、数平均分子量1,000〜100,000の液状ゴムが配合されてなる点に特徴を有する。気相成長炭素繊維配合系のゴム組成物に対し、一定の分子量範囲を有する液状ゴムを添加することにより、加硫ゴムの力学特性を改良することが可能となる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
The rubber composition of the present invention is characterized in that it contains a rubber component and vapor-grown carbon fibers and is blended with a liquid rubber having a number average molecular weight of 1,000 to 100,000. By adding a liquid rubber having a certain molecular weight range to a vapor-grown carbon fiber compounded rubber composition, the mechanical properties of the vulcanized rubber can be improved.
本発明に用いる液状ゴムは、数平均分子量1,000〜100,000、好ましくは5,000〜70,000、より好ましくは10,000〜50,000のものである。数平均分子量が1,000未満であると、低応力傾向となり、強度低下を招き、一方、100,000を超えると、高応力傾向となり、疲労性の低下を招き、いずれの場合も本発明の所期の効果が得られない。 The liquid rubber used in the present invention has a number average molecular weight of 1,000 to 100,000, preferably 5,000 to 70,000, more preferably 10,000 to 50,000. When the number average molecular weight is less than 1,000, the stress tends to be low and the strength is reduced. On the other hand, when it exceeds 100,000, the stress tends to be high and the fatigue property is reduced. The desired effect cannot be obtained.
かかる液状ゴムとしては、具体的には、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−ブタジエン−イソプレン共重合体(SIBR)等を挙げることができ、これらは1種または2種以上で用いることができる。 Specific examples of the liquid rubber include polyisoprene, polybutadiene, styrene-butadiene copolymer, styrene-isoprene copolymer, styrene-butadiene-isoprene copolymer (SIBR), and the like. It can be used by 1 type (s) or 2 or more types.
本発明のゴム組成物における液状ゴムの配合量は、好適には、ゴム成分100重量部に対し1〜20重量部とする。液状ゴムの配合量が、多すぎても少なすぎても本発明の所期の効果を十分に得ることができない。 The blending amount of the liquid rubber in the rubber composition of the present invention is preferably 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. If the blending amount of the liquid rubber is too much or too little, the desired effect of the present invention cannot be obtained sufficiently.
本発明のゴム組成物におけるゴム成分としては、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。 The rubber component in the rubber composition of the present invention is not particularly limited, and natural rubber (NR), general-purpose synthetic rubber such as emulsion polymerization styrene-butadiene rubber, solution polymerization styrene-butadiene rubber, high cis-1,4 polybutadiene. Rubber, low cis-1,4 polybutadiene rubber, high cis-1,4 polyisoprene rubber, diene special rubber, for example, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, chloroprene rubber, olefin special rubber, for example, ethylene- Propylene rubber, butyl rubber, halogenated butyl rubber, acrylic rubber, chlorosulfonated polyethylene, and other special rubbers such as hydrin rubber, fluorine rubber, polysulfide rubber, and urethane rubber can be used. From the balance between cost and performance, natural rubber or general-purpose synthetic rubber is preferably used.
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り、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。 The vapor-grown carbon fiber is a fine fibrous structure on the order of 10 −2 to 10 −1 times that of normal carbon fiber (CF) (average diameter of 5 μm or more and length of about 100 μm). In the present invention, by using this vapor grown carbon fiber as a filler for the rubber composition, it is possible to obtain excellent effects of improving various properties with a small amount of addition.
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0.05〜0.3μm、特には0.07〜0.2μm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1〜40μm、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。 In the present invention, any vapor growth carbon fiber may be used, but the fiber diameter is preferably 0.04 to 0.4 μm, more preferably 0.05 to 0.3 μm, particularly 0.07 to 0. Use a 2 μm one. Further, the fiber length is not particularly limited, and those having an average fiber length of 0.5 to 50 μm, more preferably 1 to 40 μm, and particularly 1.5 to 25 μm can be used. Further, as the specific surface area, 5 to 50 m 2 / g, and particularly preferably in the range of 8~30m 2 / g. Such vapor-grown carbon fiber is easily available on the market, and for example, vapor-grown carbon fiber VGCF (registered trademark) manufactured by Showa Denko KK can be used.
また、気相成長炭素繊維は、酸化処理されたものを用いてもよい。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。 The vapor grown carbon fiber may be oxidized. Examples of the oxidation treatment method include chemical treatment using nitric acid, sulfuric acid, perchloric acid or a mixture of these acids, and physical treatment such as corona discharge treatment, plasma treatment, and ozone treatment. Furthermore, in addition to the oxidation treatment, vapor-grown carbon fibers treated with a coupling agent can also be used. Examples of such coupling agents include titanate-based, aluminum-based, and silane-based coupling agents, These coupling agents can be treated by a method such as dissolving in a solvent and impregnating the vapor growth carbon fiber.
気相成長炭素繊維の配合量は、好適には、ゴム成分100重量部に対し、2〜30重量部、特には2〜20重量部とする。気相成長炭素繊維の配合量が少なすぎると、熱伝導性の向上が十分ではなく、一方、多すぎると、疲労性等、一部力学特性の低下を招き、好ましくない。 The compounding amount of the vapor growth carbon fiber is preferably 2 to 30 parts by weight, particularly 2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. If the amount of vapor-grown carbon fiber is too small, the thermal conductivity is not sufficiently improved. On the other hand, if the amount is too large, some mechanical properties such as fatigue properties are lowered, which is not preferable.
本発明のゴム組成物には、上記気相成長炭素繊維および液状ゴムに加えて、カーボンブラックやシリカ等の充填剤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1〜90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。 In addition to the above vapor-grown carbon fiber and liquid rubber, fillers such as carbon black and silica can be blended with the rubber composition of the present invention. As the carbon black, known ones such as those of HAF grade can be used, and the blending amount thereof can be in the range of 1 to 90 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component. In addition, additives generally used in the rubber industry, for example, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, reinforcing materials, anti-aging agents, softening agents, etc. can be appropriately blended. The product can be suitably used.
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および液状ゴムと、所望に応じその他の配合成分とを混合、混練りすることにより得ることができる。混合方法としては、通常のゴムの混合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。また、本発明のゴム組成物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。 The rubber composition of the present invention can be obtained by mixing and kneading vapor-grown carbon fibers and liquid rubber with rubber components and other compounding components as required. As a mixing method, a known method used for mixing ordinary rubber can be used, and there is no particular limitation. The rubber composition of the present invention is preferably used after being vulcanized. As a crosslinking method, sulfur, a peroxide, a metal oxide or the like is added and crosslinked by heating, or a photopolymerization initiator is used. Examples thereof include a method of adding and crosslinking by light irradiation, and a method of crosslinking by irradiation with an electron beam or radiation.
本発明のゴム組成物は、気相成長炭素繊維とともに液状ゴムを配合したことにより、破断寿命や破壊強度等を損なうことなく加工性や耐疲労性を向上することが可能となったものであり、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。 The rubber composition of the present invention can improve workability and fatigue resistance without impairing the fracture life, fracture strength, etc. by blending liquid rubber with vapor-grown carbon fibers. It can be used in a wide range of electrical and electronic parts, tires, belts, and other various products.
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
下記の表1中に示す配合にて、実施例および比較例のゴム組成物をそれぞれ調製した。まず、ラボプラストミル(東洋精機(株)製)を用いて、NRを70℃にて60rpmで30秒間素練りした後、下記表1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60rpmで更に混合した(ノンプロ配合)。次いで、得られた混合物を取り出して、冷却、秤量した後、練生地に加硫促進剤および硫黄を投入し、ラボプラストミルを用いて、70℃にて50rpmで再度混合した(プロ配合)。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
The rubber compositions of Examples and Comparative Examples were prepared with the formulations shown in Table 1 below. First, using a lab plast mill (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), NR was masticated at 70 rpm at 60 rpm for 30 seconds, and then the vulcanization accelerators and additives except for sulfur shown in Table 1 below were added. The mixture was further mixed at 70 ° C. at 60 rpm (non-pro blending). Next, after the obtained mixture was taken out, cooled and weighed, a vulcanization accelerator and sulfur were added to the kneaded dough and mixed again at 50 ° C. at 70 ° C. using a lab plast mill (professional blending).
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、2mm厚の加硫ゴムシートを作製した。得られた加硫ゴムシートの破断寿命および引っ張り破断強度を、下記に従い評価した。これらの結果を、下記の表1中に併せて示す。 The kneaded mixture was vulcanized at 150 ° C. for 15 minutes using a high-temperature press to prepare a vulcanized rubber sheet having a thickness of 2 mm. The rupture life and tensile rupture strength of the obtained vulcanized rubber sheet were evaluated according to the following. These results are also shown in Table 1 below.
<破断寿命>
繰り返し疲労試験を行って破断回数を測定した。
<Breaking life>
Repeated fatigue tests were performed to determine the number of breaks.
<引っ張り破断強度>
引っ張り試験を行って破断強度(TB)を測定した。
<Tensile breaking strength>
A tensile test was performed to measure the breaking strength (TB).
*2)液状ポリイソプレンゴム(LIR),実施例1:LIR50(数平均分子量50,000),実施例2:LIR30(数平均分子量30,000)(いずれも(株)クラレ製)
*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
* 2) Liquid polyisoprene rubber (LIR), Example 1: LIR50 (number average molecular weight 50,000), Example 2: LIR30 (number average molecular weight 30,000) (all manufactured by Kuraray Co., Ltd.)
* 3) N- (1,3-Dimethylbutyl) -N'-phenyl-P-phenylenediamine * 4) N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide
上記表1に示すように、気相成長炭素繊維配合系のゴム組成物に対し所定分子量の液状ゴムを配合することで、従来の気相成長炭素繊維配合系の欠点である、破断寿命等の力学特性の低下を抑制できることが確かめられた。 As shown in Table 1 above, by blending a liquid rubber having a predetermined molecular weight with a vapor-grown carbon fiber-blended rubber composition, it is a drawback of the conventional vapor-grown carbon fiber-blended system, such as the fracture life. It was confirmed that the deterioration of mechanical properties can be suppressed.
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JP2009197198A (en) * | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Nissin Kogyo Co Ltd | Carbon fiber composite material and process for producing carbon fiber composite material |
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