JP2021055058A - ゴム組成物および摩擦伝動ベルト - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のゴム組成物は、エラストマー成分に対して、ポリビニルピロリドン系樹脂と非吸水性短繊維との組み合わせを配合することによって前述のような効果を奏する。特に、ポリビニルピロリドン系樹脂に対して、短繊維として非吸水性短繊維を組み合わせているにも拘わらず、被水時の耐発音性も向上できた効果は、本発明者等にとって意外な効果であり、そのメカニズムの詳細は不明であるものの、事後的に分析すると以下のように推定できる。
(2)液状であるため、接触面への供給や放散の影響で、接触面での機能の持続性に限りがある
(3)可塑剤や界面活性剤の添加は、ゴムの物性(弾性率)の低下、内部発熱の増加(トルクロスの増加)が生じる。
(2)耐発音効果の持続性(効果が長時間持続される)
(3)高いグリップ性、すなわち高い伝達性能を維持できる(スリップロスが少ない)
(4)ゴムの物性(弾性率)低下、内部発熱の増加(トルクロスの増加)が生じない
(5)耐亀裂性に優れ、耐久寿命が長い。
本発明のゴム組成物(硬化性ゴム組成物)は、エラストマー成分を含む。エラストマー成分としては、加硫または架橋可能なゴムを用いてもよく、例えば、ジエン系ゴム[天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、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(ニトリルゴム)、水素化ニトリルゴムなど]、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。これらのエラストマー成分は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性、耐候性に優れ、ベルト重量を低減できる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマーが好ましい。
本発明のゴム組成物は、エラストマー成分に加えて、ポリビニルピロリドン(PVP)系樹脂をさらに含む。
[式中、ηrel:PVP系樹脂水溶液の水に対する相対粘度、c:PVP系樹脂水溶液中のPVP系樹脂濃度(質量%)]
本発明のゴム組成物は、エラストマー成分およびPVP系樹脂に加えて、非吸水性短繊維(非セルロース系短繊維)をさらに含む。
本発明のゴム組成物は、ベルトの伝達効率、耐久性および耐発音性を向上させるために、吸水性繊維を実質的に含んでいない。
本発明のゴム組成物は、エラストマー成分、PVP系樹脂および非吸水性短繊維に加えて、慣用の架橋剤(または加硫剤)をさらに含んでいてもよい。エラストマー成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーである場合、架橋剤は、有機過酸化物、硫黄系加硫剤であってもよい。
本発明のゴム組成物は、エラストマー成分、PVP系樹脂および非吸水性短繊維に加えて、補強剤をさらに含んでいてもよい。補強剤としては、例えば、カーボンブラック、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなどが挙げられる。これらの補強剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、カーボンブラック、シリカが好ましく、カーボンブラックが特に好ましい。
本発明のゴム組成物は、ゴムの配合剤として利用される慣用の添加剤をさらに含んでいてもよい。慣用の添加剤としては、例えば、共架橋剤(ビスマレイミド類など)、加硫助剤または加硫促進剤(チウラム系促進剤など)、加硫遅延剤、金属酸化物(酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化アルミニウムなど)、軟化剤(パラフィンオイルや、ナフテン系オイル等のオイル類など)、加工剤または加工助剤(ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、ワックス、パラフィン、脂肪酸アマイドなど)、シランカップリング剤、老化防止剤(酸化防止剤、熱老化防止剤、屈曲き裂防止剤、オゾン劣化防止剤など)、着色剤、粘着付与剤、安定剤(紫外線吸収剤、熱安定剤など)、難燃剤、帯電防止剤などが挙げられる。これらの添加剤は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。なお、金属酸化物は架橋剤として作用してもよい。
本発明のゴム組成物の調製方法は、慣用の方法によって各成分を混合(または混練)することにより調製できるが、均一に混合するためには、エラストマー成分、PVP系樹脂、非吸水性短繊維などを加熱下で混練するのが好ましい。加熱温度は、例えば120℃以下、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜100℃、より好ましくは70〜90℃である。加熱温度が高すぎると、エラストマー成分が架橋する虞がある。
本発明のゴム組成物の硬化物(架橋体)は、熱老化後のμ−V特性(摩擦係数−滑り速度曲線の傾き)に優れており、150℃、720時間の熱老化後の硬化物のμ−V特性は、例えば0〜−0.1、好ましくは−0.01〜−0.095、さらに好ましくは−0.03〜−0.09、最も好ましくは−0.05〜−0.085である。μ−V特性が小さすぎると(グラフの傾きが大きすぎると)、ベルトの耐発音性が低下する虞がある。
本発明のゴム組成物の硬化物は、耐グリップ性や耐久性などに優れるため、各種成形体として利用できるが、摩擦伝動ベルトの伝達効率や耐久性などのベルト性能を維持しつつ、耐発音性を向上できるため、摩擦伝動ベルトの摩擦伝動面(プーリとの接触面)を形成するゴム層として利用するのが好ましい。
EPDM1:The Dow Chemical Company製「Nordel(登録商標)IP3640」、ムーニー粘度(125℃)≒40、エチレン含有量55質量%、ジエン含有量1.8質量%
EPDM2:三井化学(株)製「EPT4045M」、ムーニー粘度(125℃)≒45、エチレン含量51質量%、ジエン含量7.6質量%
ナイロン短繊維:平均繊維径27μm、平均繊維長3mm(ナイロン66短繊維)
ポリエステル短繊維:平均繊維径25μm、平均繊維長3mm(PET短繊維)
アラミド短繊維:平均繊維径15μm、平均繊維長8mm(メタ系アラミド短繊維)
綿短繊維:平均繊維長6mm
ポリビニルピロリドン1:日本触媒(株)製「ポリビニルピロリドンK−30」、K値27.0〜33.0
ポリビニルピロリドン2:日本触媒(株)製「ポリビニルピロリドンK−90」、K値88.0〜96.0
ポリビニルピロリドン3:富士フィルム和光純薬(株)製「ポリビニルピロリドンK−25」、K値22.5〜27.0
界面活性剤:花王(株)製「エマルゲンLS−106」、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル
ポリビニルアルコール:電気化学工業(株)製「デンカポバールF−300S」、ポリビニルアルコール疎水基変性品、ケン化度93.0〜97.0モル、粘度平均重合度1700、融点206℃、疎水基の種類:アルキル基
カーボンブラック:東海カーボン(株)製「シースト3」
シリカ:エボニックインダストリーズ AG社製「Ultrasil VN3」BET比表面積180m2/g
パラフィンオイル:出光興産(株)製「ダイアナ(登録商標)PW−90」(パラフィン系プロセスオイル)
酸化亜鉛:ハクスイテック(株)製、「酸化亜鉛2種」
ステアリン酸:日油(株)製、「ステアリン酸つばき」
老化防止剤1:ベンズイミダゾール系老化防止剤、大内新興化学工業(株)製「ノクラックMB」
老化防止剤2:ジフェニルアミン系老化防止剤、大内新興化学工業(株)製「ノクラックAD−F」
共架橋剤:大内新興化学工業(株)製「バルノックPM」
有機過酸化物:日油(株)製「パーブチルP−40MB」
硫黄:美源化学社製
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製「ノクセラー(登録商標)DM」
カーボンブラック分散液:東海カーボン(株)製「Aqua−Black162」固形分19.2質量%
綿織布:綿糸20s/2、経糸70本/5cm、緯糸70本/5cmの平織織布
心線:1,000デニールのPET繊維を2×3の撚り構成で、上撚り係数3.0、下撚り係数3.0で諸撚りしたトータルデニール6,000のコードを接着処理した撚糸コード、心線径1.0mm。
[圧縮ゴム層]
ベルトの伝動面(プーリとの接触面)を形成する圧縮ゴム層には、表3〜6に示す配合の圧縮ゴム層用ゴム組成物をバンバリーミキサーを用いて140℃で混練し、カレンダーロールで所定の厚みに圧延したシートを用いた。
接着ゴム層用シートは、表1に示す配合の接着ゴム層用ゴム組成物をバンバリーミキサーを用いて混練し、カレンダーロールで、所定の厚みに圧延した。
伸張層を形成するための綿織布には、未処理の綿織布(綿糸20s/2、経糸70本/5cm、緯糸70本/5cmの平織)を、カーボンブラック分散液およびRFL液(ラテックス、レゾルシンおよびホルマリン)を含む表2に示す伸張層用組成物(黒染め液)に10秒間浸漬し、テンターにより120°の広角度処理を行い、150℃で4分間熱処理した綿織布を用いた。
圧縮ゴム層用の未架橋ゴムシートを、プレス機を用いて30分間の加圧および加熱(温度170℃、面圧力2.0MPa)して架橋ゴムシートを作製した。
架橋ゴムシートから直径8mm×厚さ2mmの円板状試験片を採取し、ピンオンディスク摩擦係数測定装置を用いて、摩擦力を測定し、摩擦係数を算出した。詳しくは、表面粗さRaが0.8μmである相手材(SUS304)により荷重2.192kgf/cm2で試験片を押し付けて、30ml/分の水量で、測定するときのみ試験片に水をかけながら、摩擦速度0〜2.0m/秒で摩擦力を測定し、摩擦速度(相手材に対する滑り速度)に対する摩擦係数の曲線の傾きを最小二乗法により算出した。なお、この傾きは、滑り速度に対する摩擦係数の変化を表す。
架橋ゴムシートから、断面形状が長方形(厚さ2.0mm、幅4.0mm)で、長さが40mmの試験片を採取した。このとき、圧延の反列理方向を長さ方向として採取した。そして、粘弾性測定装置(上島製作所製「VR−7121」)のチャックに、チャック間距離15mmで試験片をチャックして固定し、初期歪(静的歪)1.0%を与え、周波数10Hz、動的歪0.2%(すなわち、前記初期歪1.0%を中心位置または基準位置として長手方向に±0.2%の歪みを付与しつつ)、昇温速度1℃/分で70℃での弾性率(E’)および損失正接(tanδ)を求めた。
表面が平滑な円筒状の成形モールドの外周に、伸張層を形成するための綿織布を巻き付け、この綿織布の外周に、心線となる撚糸コードを所定間隔で螺旋状にスピニングし、さらにその外周に、未架橋の接着ゴム層用シート、圧縮ゴム層用シートを順に巻き付けて、未架橋成形体を形成した。そして、未架橋成形体の外周に加硫用ジャケットを被せた状態で、未架橋成形体を装着した成形モールドを架橋装置(所謂、加硫缶)内に収容し、所定の加熱・加圧条件(180℃、0.9MPa)で架橋を行った後、成形モールドから脱型して筒状の架橋スリーブを得た。そして、この架橋スリーブの外表面を研削ホイールにより研削して所定のVリブ部を形成した後、カッター刃を用いて架橋スリーブをベルト長手方向に所定の幅で切断して、3PK1100のVリブドベルト(リブ数:3個、周長:1100mm、ベルト形:K形、ベルト厚み:4.3mm、リブ高さ:約2mm、リブピッチ:3.56mm)、6PK1100のVリブドベルト(リブ数:6個、周長:1100mm、ベルト形:K形、ベルト厚み:4.3mm、リブ高さ:約2mm、リブピッチ:3.56mm)に仕上げた。なお、切断したベルトの内周側と外周側とを反転させることにより、内周側にVリブ部を有する圧縮ゴム層を備えたVリブドベルトが得られた。
1)発音限界角度試験(ミスアライメント発音評価試験)
発音限界角度試験(ミスアライメント発音評価試験)は、直径101mmの駆動プーリ(Dr.)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL1)、直径120mmのミスアライメントプーリ(W/P)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL2)、直径61mmのテンションプーリ(Ten)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL3)を順に配置した図1に示すレイアウトの試験機を用いて行った。アイドラープーリ(IDL1)とミスアライメントプーリの軸離(スパン長)を135mmに設定し、全てのプーリが同一平面上(ミスアライメントの角度0°)に位置するように調整した。
伝達性能試験は、直径120mmの駆動プーリ(Dr.)、直径120mmの従動プーリ(Dn.)を順に配置した図3に示すレイアウトの試験機を用いた。そして、試験機の両プーリに3PK1100のVリブドベルトを掛架し、駆動プーリの回転数2000rpm、ベルト張力15.3kgf/3リブの試験条件で走行させ、従動プーリに徐々に負荷を与え、駆動プーリの入口付近においてVリブドベルトの摩擦伝動面に定期的(約60秒間隔)に300mlの水を注水して、ベルトのスリップ率が2%になったときの伝達動力(kw)を計測した。
外径120mmの駆動プーリ(Dr.)、外径85mmのアイドラプーリ(IDL)、外径120mmの従動プーリ(Dn.)、外径45mmのテンションプーリ(Ten.)を順に配置した図4に示すレイアウトの試験機を用いた。試験機の各プーリに3PK1100のVリブドベルトを掛架し、Vリブドベルトのテンションプーリへの巻き付け角度が90°、アイドラプーリへの巻き付け角度が120°になるように調整した。駆動プーリの回転数を4900rpm(回転方向は図の矢印の方向)、ベルト張力40kgf/3リブ、雰囲気温度120℃とし、また従動プーリには負荷12PSを与えて、400時間を上限として走行させた。400時間に到達する前にベルトのゴム層に亀裂などの異常が発生した場合は、その時間を寿命と判断し走行を打ち切った。400時間を完走しても寿命となるような故障や異常が生じなかった場合は、400時間以上の走行寿命を有するベルトと判断して、耐亀裂性に優れるベルトと判定した。
直径55mmの駆動プーリ(Dr.)と、直径55mmの従動プーリ(Dn.)とで構成される図5に示すレイアウトの二軸走行試験機を用いた。試験機に6PK1100のVリブドベルトを掛架し、500N/ベルト1本の張力でVリブドベルトに所定の初張力を付与し、従動プーリ無負荷で駆動プーリを2000rpmで回転させたときの、駆動トルクと従動トルクとの差をトルクロスとして算出した。なお、この測定で求まるトルクロスは、Vリブドベルトに起因するトルクロス以外に、試験機の軸受けに起因するトルクロスも含まれている。そのため、ベルトとしてのトルクロスが実質0と考えられる金属ベルト(材質:マルエージング鋼)を予め走行させ、その駆動トルクと従動トルクとの差を軸受けに起因するトルクロス(軸受け損失)として求めた。そしてVリブドベルトを走行させて算出したトルクロス(ベルトと軸受けの二つに起因するトルクロス)から、軸受けに起因するトルクロス(軸受け損失)を差し引いた値を、ベルト単体に起因するトルクロスとして求めた。なお、上記トルクロス(軸受け損失)は所定の初張力で金属ベルトを走行させたときのトルクロス(例えば、初張力500N/ベルト1本でVリブドベルトを走行させた場合、この初張力で金属ベルトを走行させたときのトルクロスが軸受け損失となる)である。
Claims (9)
- エラストマー成分、ポリビニルピロリドン系樹脂および非吸水性短繊維を含み、かつ吸水性繊維を実質的に含まないゴム組成物。
- 前記エラストマー成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーを含む請求項1記載のゴム組成物。
- 前記ポリビニルピロリドン系樹脂のK値が10〜100である請求項1または2記載のゴム組成物。
- 前記非吸水性短繊維が脂肪族ポリアミド短繊維を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記ポリビニルピロリドン系樹脂の割合が前記エラストマー成分100質量部に対して1〜20質量部である請求項1〜4のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記ポリビニルピロリドン系樹脂の割合が前記非吸水性短繊維100質量部に対して3〜100質量部である請求項1〜5のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 前記非吸水性短繊維の割合が、前記エラストマー成分100質量部に対して15〜50質量部である請求項1〜6のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- セルロース系繊維を含まない請求項1〜7のいずれか一項に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載のゴム組成物の硬化物で形成された摩擦伝動面を有する摩擦伝動ベルト。
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