JP2015500961A - ケナフ強化ゴム組成物からなる伝動ベルト - Google Patents

Abstract

本発明は、エラストマー組成物とエラストマー組成物をベースにした伝動ベルトについてであり、 エラストマー組成物はケナフ繊維を含む。

Description

本発明は、伝動ベルトの分野に関し、より具体的にはベルトに適したゴム組成物に関してであり、特に、ベルトで使用するための天然のケナフ繊維で補強されたゴム組成物に関する。

一般的な伝動ベルトは、Ｖベルト、平ベルト、歯付きまたは同期ベルト及びマルチリブドベルトを含む。一般的なベルト構造はエラストマーのベルト本体を備え、らせん状の、又はらせん状に巻かれ心線、又は他の織られた引張部材がそのベルト本体に埋め込まれており、しばしば他の繊維強化材は、ベルト本体に埋め込まれるか、又はベルト表面の１つ以上を被覆する。

エラストマーベルト本体は、１つ以上の加硫ゴム組成物、又は熱可塑性エラストマー、又は他のエラストマー組成物を含んでもよい。使用されるエラストマー組成物には、その中に分散された様々な繊維強化材が含まれている。多くの利用可能な繊維のうち、商業的成功をおさめているものは比較的少ない。なぜなら、様々な処理と性能は、繊維とエラストマーとの間の優れた密着性、分散性、耐摩耗性、耐熱性、耐環境性、コスト、補強効果、等を含むことを必要とするからである。

米国特許公開第２０１０／００７６１１８Ａ１号明細書は、タイヤゴムに使用する化学修飾されたセルロース・ミクロフィブリル、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）を開示している。セルロース・ミクロフィブリルの化学修飾は、ゴムへの分散性と、ゴムとの接着性を向上させるために有効であることが教示されている。予め水媒質中において、ゴムラテックスと化学修飾されたセルロース・ミクロフィブリルとの複合体を形成することにより調製したマスターバッチの形式で、化学修飾されたセルロース・ミクロフィブリルを用いる方法は、良好な引張特性及びタイヤ性能特性を達成するために必要である。

ケナフは、生分解性の熱可塑性組成物として示唆されている。米国特許公開第２００６／０１４７６９５Ａ１号明細書は、例えば、電気・電子機器等の製品に使用するポリ乳酸樹脂として、結晶性熱可塑性樹脂中のケナフ靭皮繊維の使用を開示している。組成物の衝撃強度を向上させるために、使用前にケナフ断片を除去するか、又は軟化した成分を使用するか、高強度耐衝撃性繊維を追加することが教示されている。また、樹脂との相溶性、耐衝撃性、及び／又は難燃性を向上させるために、ケナフ繊維の表面処理が必要になる可能性が教示されている。

米国特許公開第２００５／０２５０９３Ａ１号明細書は、ポリ乳酸樹脂や、その再利用されたシュレッダーダストに基づいた部品から作られた成形品の剛性と衝撃強度を増加させるために、ケナフ等の多くの天然繊維を使用することを開示している。

米国特許第６，６６３，７３３号明細書は、車両用の板状の又はシート状の製品を形成するために有用な、合成樹脂をベースにした製品を製造するための技術を開示している。例えば、粉末にしたケナフの芯の生成物等を粉末にした植物生成物が、製品の比重を低減する目的で教示されている。

このように、先行技術は、ケナフ繊維で強化された合成ゴムに基づいたベルトで使用される実質的なゴム組成物は開示も示唆もしていない。

本発明は、システム及び伝動ベルト用エラストマー組成物を提供する方法を対象とする。本発明の利点は、環境に配慮した補強材を用い、低コスト繊維を用いた比較的高い合成の係数を達成する高価値ゴム化合物の提供する利点を含む。

本発明は、ケナフ繊維を含むエラストマー組成物を有するエラストマーベルト本体を有する伝動ベルトを対象とする。好ましくはケナフ繊維は靭皮繊維である。好ましくは、ケナフ繊維は、主成分であるエラストマー１００部当たり１〜５０重量部の量でエラストマー組成物中に存在してもよい。ケナフ繊維は、１〜３ｍｍの平均繊維長を有する短い靭皮繊維であってもよい。組成物はまた、ゴム系エラストマーとこれらの天然繊維との相溶性を向上させるために相溶化剤又はカップリング剤を含むことができる。ケナフ繊維は、接着剤で処理されるか、又はマスターバッチ商法で提供することができる。

上記内容は、以下の本発明の詳細な説明がより良く理解されることができるように本発明の特徴及び技術的利点をむしろ広く概説した。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明のさらなる特徴及び利点を以下に述べる。開示された概念及び特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実施するために改変し又は他の構造を設計するための基礎として容易に利用することができるということを当業者であれば理解されたい。かかる等価の構造は添付の特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範囲から逸脱するものではないことも当業者であれば認識されたい。その機構（organization）及び操作方法の双方に関して本発明に特有であると考えられる新規な特徴は、さらなる目的及び利点とともに、添付の図面と関連して考慮されれば以下の説明からより良く理解されるであろう。しかしながら、各図は例示及び説明の目的でのみ設けられたものであり本発明の範囲の定義として意図されたものでないことを明確に理解されたい。

この明細書に組み込まれその一部を構成し、同一参照番号が同一構成部を指し示す添付図面は、本発明の実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。

本発明の実施形態に従って構成された同期ベルトの一部分が断面図となっている部分的な斜視図である。

本発明の実施形態に従って構成されたＶ−ベルトの一部分が断面図となっている部分的な斜視図である。

本発明の実施形態に従って構成されたマルチＶ−リブドベルトの一部分が断面図となっている部分的な斜視図である。

いくつかの実施例と比較例化合物についての周波数に対する動的弾性率のグラフである。

いくつかの実施例と比較例化合物についての周波数に対するtanδのグラフである。

いくつかの実施例と比較例化合物についてのサイクルに対する粒界亀裂成長のグラフである。

いくつかの実施例と比較例化合物についてのサイクルに対するこばかけ成長のグラフである。

本発明は、可撓性伝動ベルトに有用なエラストマー組成物にケナフ繊維を使用することに関する。ケナフ（Hibiscus cannabinus L.)は、アフリカ原産の一年生草本である。ケナフはアメリカ合衆国にとって新しい作物である。 ケナフは、主に次に示す南部の温暖な地域、ミシシッピ州、テキサス州、カリフォルニア州、ルイジアナ州、ニューメキシコ州及びジョージア州で栽培されている。 ケナフは、９０−１５０日の生育期を有し、高さ２．４−６ｍの高さまで成長する。その１本の真っ直ぐな茎は、外側は繊維状の樹皮で、内側は２つの異なるタイプの繊維、つまり、靭皮とコアファイバによって生成された木質の芯で構成される。靭皮繊維は、その茎の約２６−３５ｗｔ％（重量パーセント）を構成し、靭皮部分が３５ｗｔ％以上である遺伝株が開発されている。収穫されたケナフの茎は、ケナフ靭皮繊維のリボンを生産する芯から樹皮を分けるために通常最初に剥皮される。これらのリボンは、繊維束又は単一の繊維にすることができる。繊維を風乾した後に（含水率約１０％）、ケナフ作物を収穫することが好ましい。乾燥は、作物を畑に生えたままにしておくことにより達成される。

一般に、ケナフ靭皮繊維は、長さが平均２．６ｍｍ、平均の長さ／直径のアスペクト比が１２４である、直径が２１μｍの中空管であり、針葉樹の種に非常に類似している。芯繊維は、平均長が０．５ｍｍであり、広葉樹のものと厳密に一致する。

ケナフ靭皮繊維束（ＫＢＦＢ）の主要成分は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンである。各成分の量は、栽培環境、地理的起源、世代、植物の位置（根から先端まで）、及び浸水・分離技術によって大きく変化する。http://www.hempologv.org/CURRENT%20HISTORY/1996%20HEMP%20COMPOSITES.htmlで入手できる、ロイドＥ．Ｈ．（Lloyd E. H.）及びＤ．セーバー（D. Seber）著、「複合材料への靭皮繊維の応用（Bast fiber applicationsfor composites）」（１９９６年）は、６０．８重量％はセルロース、２０．３重量％はヘミセルロース、１１．０重量％はリグニン、３．２重量％は抽出物、及び４．７重量％は灰分であると報告した。モハンティら（Mohanty et al）は、「バイオファイバー、生分解性ポリマーとバイオコンポジット：概要（Biofibres, biodegradablepolymers and biocomposites: an overview）」Macromolecular materials and engineering,276-277(1): 1-24 (２０００年)において、セルロース量がより低く（３１−３９ｗｔ％）、リグニン量がより高い（１５−１９ｗｔ％）と報告した。ラウエルら（Rowell et al.）は、「繊維特性に変化をもたらす評価と因子（Characterizationand factors effecting fiber properties）」、Frollini E, LeaoAL, Mattoso LHCが編者である「天然ポリマー及び農業繊維ベースの複合物：前処理、特性及び用途（Natural polymersand agrofibers based composites: preparation, properties and applications）」San Carlos,Brazil: L.H.C., Embrapa. pp. 115-134 (２０００年)において、４４−５７ｗｔ％はセルロースで、１５−１９ｗｔ％はリグニンであると報告した。

ケナフは、生態学的及び経済的な利点、十分な低密度を示し、加工中に表面を傷つけず、高い特定の機械的特性、生分解性及び安価な価格設定を持つセルロース源である。歴史的には、ケナフ繊維は最初に索類として使用された。産業は現在、製紙及び不織布布地におけるケナフの使用を模索している。ケナフ製品の潜在用途には、紙パルプ、索類、草侵食マット（grass erosion mats）、床敷、油吸着剤、培養土、動物用トイレ砂、断熱板、プラスチック用充填材、繊維が含まれる。

表１において、文献によるケナフ繊維と他の繊維の機械的特性とを比較する。ケナフ繊維の顕著な特徴は、Ｅ−ガラス繊維とアラミド繊維に近いヤング率である。その引張強度は、ベルト張力コードの適用のためには十分に高くはないが、 本発明の実施形態によれば、ベルト形状の安定化又は補強及び／又はコードのサポートを提供するために、ラバーベルト化合物を補強する充填剤として使用するのに適している。

本発明を実施するための好ましいケナフ繊維は、樹皮からより長い靭皮繊維であり、より短い芯繊維から分離されて形成されており、ベルト組成物に使用するために有益な長さに細断される。好適な繊維長は、０．５−５ｍｍの範囲であり、もしくは１−４ｍｍの範囲であり、もしくは１−３ｍｍの範囲であり、もしくは２−３ｍｍの範囲である。好ましい添加量は、所望の補強材の量に依存するが、有利には、ベースエラストマー（ＰＨＲ）１００部当たり０．５−５０重量部の範囲であり、もしくは１−３０ＰＨＲの範囲であってもよい。好適な繊維は、バイオテクノロジー・ミルズ社（BioTech Mills, Inc.）から入手することができる。

相溶化剤で、及び／又はエラストマー組成物中で繊維を処理することは、エラストマーマトリックスへの接着性を改善するため、及び／又はベースエラストマー又はエラストマーマトリックス中での分散を改善するために有利である。有益な処理の選択肢は、接着剤、ディップ、ラテックス、又はマスターバッチの形成を含む。

相溶化剤は、例えばマレイン化エチレンプロピレンコポリマー（ＥＰＭ）又はマレイン化エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）等のマレイン化エチレン−α−オレフィンポリマー等のマレイン化ポリマーであってもよい。相溶化剤は、例えば、マレイン化ポリブタジエン等のマレイン化ジエンポリマーであってもよい。相溶化剤は、シラングラフト化ポリマーであってもよい。相溶化剤は、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、ジルコネートカップリング剤等のカップリング剤であってもよい。相溶化剤は、カルボキシル化ポリマー又はオリゴマー又はモノマー、あるいはアクリル酸又はカルボン酸の金属塩等を含む、カルボキシル基又はアクリレート官能性材料とすることもできる。

ケナフ繊維の処理は、レゾルシノール−ホルムアルデヒド−ラテックス（ＲＦＬ）接着剤処理、又はラテックス処理、又はゴム糊処理等とすることができる。ケナフ繊維は、その後ベルト本体のエラストマー化合物に混合するために、マスターバッチとして高負荷でエラストマー又はゴム組成物に配合することができる。好ましくは、ブレンド用エラストマー又はラテックス処理又はＲＦＬ用のラテックスは、ベルト本体のエラストマー化合物に適合するように選択される。

図１−３に示す３つの例示的なベルトの実施形態の各々において、主ベルト本体部１２及び又は任意のエラストマー層は、任意の従来の及び／又は適切な硬化したエラストマー組成物から形成することができ、１つ以上のケナフ繊維５と、好ましくは適当な相溶化剤を含む。図に示された繊維は正確な縮尺ではない。この目的のために利用され得る適切なエラストマーは、例えば、ポリウレタンエラストマー（同様にポリウレタン／尿素エラストマー及びいわゆるミラブルガムを含む）（ＰＵ）、ポリクロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ＮＢＲ（ＨＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン（ＡＣＳＭ）、ポリエピクロロヒドリン、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）及びエチレンプロピレンコポリマー（ＥＰＭ）等のエチレン−α-オレフィンエラストマー、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、エチレンオクテン共重合体（ＥＯＭ）、エチレンブテン共重合体（ＥＢＭ）、エチレンオクテン三元共重合体（ＥＯＤＭ）及びエチレンブテン三元共重合体（ＥＢＤＭ）、エチレンビニルアセテートエラストマー（ＥＶＭ）、エチレンメチルアクリレート（ＥＡＭ）及びシリコーンゴム、又はこれらの任意の２種以上の組み合わせが挙げられる。

本発明の１実施形態に従うエラストマーベルト（又は他の物品）本体部１２を形成するために、エラストマーは従来用いられる量で、ケナフ繊維と、従来のゴム配合剤、つまり、充填剤、可塑剤、安定剤、加硫促進剤／硬化剤、架橋助剤、及び促進剤を含むがこれに限定されるものではない、と混合する公知の方法に従って混合される。例えば、エチレン−α−オレフィンエラストマーと、ＦｉＮＢＲ等のジエンエラストマーと使用するための、 α−β有機酸の１種以上の金属塩は、得られた物品の動的性能を向上させるために現在、従来から利用される量で使用することができる。このように、ジメタクリル酸亜鉛及び／又はジアクリル酸亜鉛は、約１−５０ｐｈｒの量で、このような組成物において利用されてもよく、もしくは約５−３０ｐｈｒであってもよく、もしくは約１０−２５ｐｈｒであってもよい。

好適なエラストマーの出発組成物の数が、ＲＴバンダービルトゴムハンドブック（The R. T.Vanderbilt Rubber Handbook）（第１３版、１９９６）に記載されており、ＥＰＭ又はＥＰＤＭ組成物及び特定の高引張弾性率特性を有するような組成物に関して、さらに米国特許第５，６１０，２１７号明細書及び第６，６１６，５５８号明細書に説明されており、その内容は、伝動ベルト本体部の形成に使用するのに適切であり得る種々のエラストマー組成物に関してであり、具体的に参照により本明細書に組み込まれる。関連技術分野の当業者であれば、ここで有用なゴム製品のエラストマー部分中の、あるいはその部分としての利用に適切な出発組成物をいくらでも容易に認識するだろう。自動車の補機駆動アプリケーションに関連する本発明の実施の形態では、エラストマーベルト本体部１２は、例えば、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ＥＢＭ又はＥＯＭ組成物等の好適なエチレン−α−オレフィン組成物から形成されてもよい。本発明の一実施形態によれば、各組成物において、ケナフ繊維と関連した相溶化剤は、有利には、組成物に添加してもよいし、一部又は組成物中に存在する他の繊維の全てに置換されてもよい。

エラストマーベルト本体部１２は、さらに、ケナフ以外の不連続繊維の他のタイプ、例えば、一般的に使用される量の、ステープル又短繊維の形態の綿、ポリエステル、グラスファイバー、アラミド、アクリル及びナイロン、フロック又はパルプを含むがこれに限定されるものではない、を加えてもかまわない。プロファイルされた（例えば、切削や研削などによって）マルチＶリブドベルトに係る好適な実施形態において、このような繊維の充填は、好ましくは、繊維のかなりの部分が、通常ベルトの走行方向を横断する方向に置かれるように形成され、配置されるように、形成され、配置される。しかしながら、流入法に従って製造された成形されたマルチＶリブドベルト及び／又は同期ベルトでは、 繊維の充填は、一般的に同程度の方向性に欠ける。

３つのベルトの実施形態について図示されている。図１には、同期ベルト１９が図示されている。ベルト１０は、本発明の１実施形態に係るケナフ繊維５を有するエラストマー本体部１２と、 本体部１２の内周に沿って配置されたシーブ接触部１４を備える。この特定のシーブ接触部１４は、横方向に溝があるプーリ又はスプロケットと噛み合うように設計されている横断歯１６及びランド部１８が交互にある形態である。引張層２０は、ベルト１０を支持及び強度を提供するための本体部１２内に配置される。図示の形態では、引張層２０は、本体部１２の長さに沿って長手方向に整列した複数の引張コード２２の形態である。一般に、当該技術分野に公知の引張層２０の任意のタイプを利用可能であることが理解されるべきである。また、任意の所望の材料、例えば、綿、レーヨン、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、スチール、ガラス、炭素、ＰＢＯ、ポリケトン、玄武岩、ホウ素、さらには低負荷機能を実施するために配向される不連続繊維が引張部材として使用できる。補強織物２４が利用でき、シーブ接触部用のフェイスカバー又はトゥースカバーを形成するように、ベルト１０の交互歯１６及び交互ランド部１８に密接にフィットする。 この織物は、例えば、任意の所望の角度で縦糸と横糸から構成された従来の織り方の任意の所望の構成であってもよく、 又スペースピックコードによって共に保持された経糸から構成されてもよく、 又はニットの、又は編組の構成でもよく、又は不織布等であってもよい。従来の織物は、例えば綿、ポリエステル、ポリアミド、アクリル、アラミド、ポリケトン、麻、ジュート、グラスファイバー、及び様々な他の天然繊維と合成繊維の混合又は組み合わせを含む材料を用いて使用することができる。

図２に標準的なノッチ付きＶベルト２６を示す。Ｖベルト２６は、図１と同様の本発明の実施形態に係るケナフ繊維５と、図１に示すものと同様のコード２２の形態の引張補強層２０を有するエラストマー本体部１２を備える。Ｖベルト２６のエラストマー本体部１２、引張層２０及びコード２２は、上述した図１に記載されたものと同様の材料から構成されてもよい。なお、引張層２０は、任意に、モジュラス又は他の特性の観点から遷移層を提供するために、及び／又はコードと本体との間に接着層として機能するために、本体部の残りの部分とは異なるエラストマー組成物又はゴム材料を含んでもよいことに留意すべきである。ケナフ繊維を含むエラストマー組成物の１実施形態は、所定のベルト構造内で使用されるエラストマー層のいずれか１つ以上で利用することができる。Ｖベルト２６は、図１の伝動ベルトのように、シーブ接触部１４を含む。しかしながら、この実施形態では、シーブ接触部１４は、Ｖシーブ内に押し込むように設計されたベルトの２つの並列した両端である。Ｖベルト２６の底面は、任意で、交互にノッチがくぼんでいる面の形態であるか、谷２８と凸部３０の形態である。Ｖベルトの範疇に含まれる無段変速機（「ＣＶＴ」）アプリケーションのために設計されＶベルトは、多くの場合、ベルト厚よりも比較的広いベルト本体を示す。

図３にマルチＶリブドベルト３２を示す。マルチＶリブドベルト３２は、図１及び２のベルトに示す本発明の１実施形態に係るケナフ繊維５を備えるエラストマー本体部１２と、また前述のように、好ましくはコード２２の形態の引張補強部材２０を備える。長手方向に溝が切られたシーブ接触部１４は、ベルト３２の駆動面３４を定義する対向した側面を有する複数の溝領域と交互になっている、複数の隆起領域又は頂部３６の形態である。図１−３の例のそれぞれにおいて、シーブ接触部１４は本体部１２と一体であり、同一のエラストマー材料から形成されてもよく、又は異なるエラストマー材料を積層してもよい。本発明は図１−３に示す実施形態を参照して示されているが、本発明は、これらの特定の実施形態又は示されているような形態に限定されるものではなく、むしろ、以下に定義される特許請求の範囲内の任意のベルト構造に適用可能であることが理解されるべきである。

以下の実施例は、ベルト用ゴム組成物におけるケナフの使用を示す。２つの基本の配合を使用した。第１の配合は、比較例１（以下「比較例」）であり、綿フロック約１３．８と刻んだポリエステル繊維１３．５ＰＨＲを有する硫黄硬化ＳＢＲ／ＮＲ（７０：３０）のブレンド配合物である典型的なＶベルト本体の配合である。実施例２−４（以下「実施例」）は、表２に示されるように、比較例１と同じ処方を使用しているが、異なるレベルで３ｍｍに刻んだケナフ靭皮繊維をポリエステル繊維の代わりに有し、配合物中に相溶化剤が配合又は配合されていない。

第２の配合は、比較例５であり、刻んだナイロン繊維２０ＰＨＲを有する過酸化物硬化したＥＰＭ処方の典型的なマルチＶリブドベルト合成物である。実施例６及び７は、表３に示されるように、比較例５と同じ配合を使用しているが、３ｍｍに刻んだケナフ靭皮繊維２５ＰＨＲを全てのナイロン繊維の代わりに有し、配合物中に相溶化剤が配合又は配合されていない。

Ricobond1756HSとするRoyaltuf 498は、それぞれ、ＳＢＲ及びＥＰＭ処方におけるケナフ繊維とゴムマトリックスとの間の接着を増加させるために相溶化剤として使用した。Ricobond1756HSはクレイバレー（Cray Valley）により、Ricobondの商標で販売されている無水マレイン酸グラフト化ポリブタジエンであり、Royaltuf 498は、ケムチュラ（Chemtura）により、Royaltufの商標で販売されている無水マレイン酸グラフト化ＥＰＤＭである。

ポリエステルとナイロン繊維の価格は約２ドルから２．５０ドル／ｌｂであり、一方、ケナフ繊維の価格は１ドル／ｌｂ未満であろう。原料コストの比較は、ポリエステルとナイロンを用いた比較例よりもケナフを使用した実施例が約１０％のコスト優位性を示す。刻んだケナフ繊維（〜長さ３ｍｍ）はバイオテクノロジーミルズ社（BioTech Mills, Inc.）から供給された。ツーパス混合は、 ２パス目に硬化剤を添加して、従来の密閉混合機を使用して行った。

従来のゴム業界の慣行に従い、表２及び３に記載されている配合物を混合し、試験した。小さなローターを有するムーニー粘度計を用いたＡＳＴＭＤ−１６４６に従い、３０分間１２１℃で合成物のレオロジー特性を評価した 。表４の結果によって示されるように、ケナフ繊維の代わりにポリエステル繊維を用いた比較例１とナイロン繊維を用いた比較例５は、同程度のムーニー粘度（ＭＶ）スコーチ時間（ｔ５）もたらした。硬化特性は、ローターレス硬化計を用いたＡＳＴＭＤ−５２８９に従って３０分間１７７℃で評価した。再び、トルク差（ＭＨ−ＭＬ）及び化合物の硬化速度は同程度だった。表４の結果によって示されるように、実施例３のみが少し高いＭＨ−ＭＬを示した。

ＡＳＴＭＤ−６２０４に従い、ＰＲＡ２０００試験機で周波数掃引を用い、６６，８０及び１００℃で６．９８％歪みで化合物の動的特性を評価した 。６６℃における合成物の弾性率（Ｇ’）の結果゜は図４に示され、６６℃におけるｔａｎδの結果は図５に示される。Ｇ’とｔａｎδにはいくつかの正常変動があるが、重ねて、ケナフ繊維を用いた本発明の化合物についての結果は、ナイロンやポリエステルのものに匹敵する。これらの結果も表５に示し、６６℃におけるいくつかの追加の歪み掃引データを表６に示す。

化合物の物理的特性は、標準のゴム試験を用いて試験した。表７は、ＡＳＴＭＤ−２２４０に従って試験したゴム硬度の結果を示し、オリジナル及びオーブン老化させた化合物のサンプルのショアＡスケールを示す。ケナフを用いた結果は、ナイロンやポリエステルの結果に匹敵する。

表７はまたＡＳＴＭＤ−６２４、ｄｉｅ−Ｃに従って粒度（ＷＧ）と板目（ＸＧ）を有する２つの異なる方向に試験した引裂の結果を示す。比較例に対して本発明のケナフを用いた実施例では、粒度方向の引裂強さは低下し、板目方向でも低下していることがわかる。

表８は、低歪み領域内での粒度方向の引張試験結果を示す。弾性率は、ＡＳＴＭＤ−４１２（ｄｉｅＣ）に従った一般的な引張弾性率の測定を用いて決定し、「弾性率」は、本明細書ではＡＳＴＭＤ−１５６６及びＤ−４１２で定義された所定の伸長における引張応力を指す。比較例５のナイロン繊維を置き換えることにより、実施例６及び７の低ひずみ領域おける化合物の弾性率はほとんど変わらない。しかし、比較例１のポリエステル繊維を置き換えることにより、実施例２−４の低ひずみ領域での化合物の弾性率を低下させると思われる。この効果は、これらの化合物において、非常に高い充填材の添加（合計１４５ｐｈｒ）がケナフ繊維及びＳＢＲ／ＮＲゴムマトリックスとの間の繊維の分散の困難及び／又は低付着性を生じさせるためであると思われる。表８はまた、低歪み領域における板目方向の引張試験結果を示す。板目方向において、ケナフの実施例の結果は同程度である。

図６は、いくつかのＷＧの結果を示し、図７は１２０℃、２''ストロークにおけるＡＳＴＭＤ−４３０（ｐｉｅｒｃｅｄ）に従ったデマチャ屈曲亀裂成長試験（DeMattia flex crack growth test）のいくつかのＸＧの結果を示す。実施例６及び７に示すように、ナイロン繊維をケナフ繊維に置換すると、材料の耐クラック性を向上させることが分かる。しかし、この現象は、実施例２−４では観察されなかった。デマチャ試験の結果は、ケナフ繊維とポリエステル繊維では同じだった。

表９は、耐摩耗性を調べる２つの摩耗試験、いわゆるＤＩＮ試験（ＤＩＮ５３５１６又はＩＳＯ４６４９）及びＰＩＣＯ摩耗試験（ＡＳＴＭＤ−２２２８）の結果を示す。ＤＩＮ試験結果は、体積損失の点で、値が小さいほど良い。ＰＩＣＯ試験はインデックスとして報告され、高いインデックスは良好な耐摩耗性を示す。ケナフ繊維を有する実施例２−４は、ポリエステル繊維を有する比較例１と同程度の耐摩耗性を有することがわかる。しかし、ケナフ繊維を有する実施例６及び７は、ナイロン繊維を有する比較例５ほど耐摩耗性は良好ではない。

実施例化合物に対する上記試験の結果は、ケナフ繊維は、ベルト化合物中のナイロンとポリエステル繊維の代わりに使用することができることを示す。ケナフを用いた結果は、ムーニー粘度、スコーチ時間、硬化速度、動的特性、材料硬度、及び板目粒引張特性において匹敵する。他のいくつかの特性は、配合にいくつかの調整が必要な功罪相半｛こうざい あいなか｝ばする結果を有している。引裂強度が少し低下を示しているが、化合物はそれでもベルトに有用であろう。ＳＢＲ／ＮＲ化合物中の低ひずみでの粒度係数の低下は、充填材や繊維の添加量を調整することで改善することができるが、このような調整はＥＰＭ化合物には必要ない。なお、ケナフ繊維は、ＥＰＭ化合物の耐屈曲亀裂性能を改善したが、ＳＢＲ／ＮＲ化合物に影響を及ぼさなかったことが観察された。ケナフ強化化合物の耐摩耗性は、ポリエステル強化化合物に匹敵するが、ナイロン繊維強化化合物にやや劣るように思われる。化合物中のケナフ繊維の分散は非常に良いように見えたが、その結果は、おそらく繊維とマトリックスとの間の密着性を向上させるのに有効であることを示している。本明細書に記載されるように、異なる量又は種類の相溶化剤を使用することにより、及び／又は接着繊維処理を使用することにより、接着性を向上させることができた。

表１０に示した第３の配合に基づいて、一連の実施例を評価した。第３シリーズのベースエラストマーはポリクロロプレン（ＣＲ）であった。比較例８において、アラミド繊維の重量によって、エラストマー１００重量部あたりコントロール化合物を９重量部含有していた。アラミド繊維は、テイジンアラミドによってＴｗａｒｏｎの商標で販売されている、１ｍｍにカットされた繊維Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）パラ系アラミド繊維であった。本発明の実施例９−１２は、アラミド繊維より少ない量で、重量で、アラミド繊維に対するケナフの置換比約３：２で置換するケナフ繊維の様々な量を含んでいる。ケナフはＰｒｏｃｏｔｅｘ社から入手した。

化合物のレオロジー特性及び硬化特性は前述のように評価され、その結果を表１１に示す。表４に結果が示されるように、比較例８において、ケナフ繊維をアラミド繊維に置換した結果ムーニー粘度（ＭＶ）の減少をもたらし、使用されるケナフの添加量の増加及びより長い繊維長の観点から驚くべきことである。スコーチ時間（ｔ５）は幾分アラミドをケナフに置換することにより増加する。硬化特性はＭＨやトルク差（ＭＨ−ＭＬ）の増加を示し、コントロールのアラミドよりケナフの方がより多くの補強を示し、それはより長い繊維長とコントロールに比較してより高い負荷に起因する。ケナフの例において、化合物の硬化時間はコントロールと比較して増加した。

表１２は、ＣＲ組成物中のアラミドをケナフに置換したことによる硬化した化合物の物性を示している。硬度と引裂強度の結果は、全て互いに匹敵した。粒度及び板目方向の引張試験結果は、最も多く加えた実施例１２を除いて同等だった。実施例１２の強度と弾性率特性は、予想されるよりも低いようだ。別の観点から、実施例９−１０の物理的特性は予想よりも高くなる可能性がある。これは実施例９−１１の繊維の２種類の間の相乗作用を示す可能性がある。なぜなら繊維の混合物を有する実施例９−１１の繊維は、１種類の繊維しか有さない比較例８か又は実施例１２のどちらよりも高い特性を有していたからである。表１２はまた、引張試験の結果と同じ傾向を示すように見えるＰｉｃｏ摩耗指数の結果を示す。

この例のシリーズから、実施例１１は、最も良い全体の性質を持つものとして選ばれ、それゆえ、実施例１１は比較例８を使用したコントロールのベルトと比較するために、Ｖベルトの形状に成形した。Ｖベルトの構造は、背面側のノッチの表布と下側のノッチ上の別布でデザインされている、デュアルノッチド可変速度(ＣＶＴ)ベルトだった。強化された引張コードは、接着ゴム糊に埋め込まれた標準的なアラミド引張コードを含む。ケナフやアラミド繊維が加えられた組成物は、ベルト本体のオーバーコード部及びアンダーコード部の両方で使用された。生じたベルトは２つの耐久試験、１つは４０Ｎｍの負荷で、もう１つは３６Ｎｍの負荷でテストされた。４０Ｎｍの耐久試験では、２つのコントロールのベルトの故障を示す滑り前の平均は６．３時間だった（２つのテストされたそれぞれのベルトは７．３及び５．２時間）。４０Ｎｍの耐久試験では、実施例１１のベルトは６．３時間走行され、２つのコントロールのベルトのちょうど平均だった。３６Ｎｍの耐久試験では、故障を示すノッチの亀裂前に２００．４時間走行した。３６Ｎｍの耐久試験では、実施例１１を用いた本発明のベルトは、ルート割れの故障を示す前に３１４．０時間走行した。このように、本発明のベルトは、この負荷レベルでは、コントロールのベルトよりも５０％長い寿命を有していた。亀裂故障モード下におけるベルト寿命の向上は、上記第１の実施の配合物（ＥＰＭ組成物）によって示される改善された耐クラック性と一致する。

このように、本発明の様々な実施形態によれば、ベルト用途におけるケナフ繊維は、匹敵する又はより高価な合成繊維よりも良好な性能を提供することができ、ベルト本体のゴム組成物に用いる環境に優しい補強充填材を提供する。

同様に、本明細書に記載の本発明に係る合成物は、自動車、工業用及び他の用途で使用される他のエラストマーのデバイスに使用することができる。

本発明及びその利点が詳細に説明されてきたが、当然、様々な変更、置換及び代替が、特許請求の範囲で定義される本発明の精神及び適用範囲を逸脱することなく行われ得る。更に、本願の範囲は明細書に記載されたプロセス、機械、製造法、物質の組成、手段、方法、及び工程からなる特定の実施形態に限定されるものではない。ここで説明した実施形態と実質上同じ機能を演じ、あるいは実質上同じ結果をもたらす、既存のあるいは後に開発されるプロセス、機械、製造法、物質の組成、手段、方法、及び工程を本発明に従って利用できることは、当業者ならば本発明の開示から容易に理解できる。従って、添付の特許請求の範囲は、それらの範囲にそのようなプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法又は工程を含むように意図される。ここに開示された発明は、ここ明示されない任意の要素がない状態で適切に実施されてもかまわない。

Claims (7)

1. エラストマーベルト本体を備える伝動ベルトであって、前記エラストマーベルト本体は、ケナフ繊維を含むエラストマー組成物を含むベルト。
2. 前記ケナフ繊維は、靭皮繊維を含む請求項１に記載のベルト。
3. 前記ケナフ繊維は、主成分であるエラストマー１００部当たり１〜５０重量部の量で前記エラストマー組成物中に存在する請求項１に記載のベルト。
4. 前記ケナフ繊維は、１〜３ｍｍの平均繊維長を有する短い靭皮繊維である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のベルト。
5. 前記組成物は、さらに、主成分である前記エラストマー中に存在する前記ケナフ繊維の分散又は接着を助ける相溶化剤を含む請求項３に記載のベルト。
6. 前記エラストマー組成物は、さらに、短繊維の第２のタイプを含む請求項１に記載のベルト。
7. 前記短繊維の第２のタイプはアラミド繊維である請求項６に記載のベルト。

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