JP5415956B2 - 伝動ベルト - Google Patents

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Description

本発明は、伝動ベルトに関する。
従来、耐熱性等の点で優れているエチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分と、有機化された粘土鉱物とを含むゴム組成物を用いて、ゴム成形体の破断強度、破断伸度などといった力学的特性を向上させることが知られている。
例えば、特許文献1では、ゴム成分としてのエチレン・α−オレフィン共重合体と、オクタデシルアミンで有機化されたモンモリロナイトと、エポキシ化合物とを含むゴム組成物を用いて、そのゴム組成物でなるゴム成形体の力学的特性を向上させることが提案されている。また、特許文献2では、エチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分と、オクタデシルアミンで有機化されたモンモリロナイトとを含むゴム組成物に、さらに加硫剤および加硫促進剤を加えることにより、そのゴム組成物でなるゴム成形体の力学的特性を向上させることが提案されている。さらには、特許文献3では、極性基を有するエチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分と、オクタデシルアミンで有機化されたモンモリロナイトとが配合されたゴム組成物を用いて、該ゴム組成物が架橋されてなるゴム成形体の力学的特性等を向上させることが提案されている。
しかし、この種のゴム組成物は、その組成物で成形されたゴム成形体の破断強度、破断伸度という力学的特性を向上させ得るものではあるが、屈曲耐性という力学的特性を未だ十分に向上させ得るものではない。従って、ゴム成形体の破断強度、破断伸度に加え、屈曲耐性といった力学的特性をもさらに向上させ得るゴム組成物が要望されている。また、ゴム組成物が用いられてなるゴムベルトなどの成形体には、その屈曲耐性などの力学的特性の向上が要望されている。
日本国特開2004−256730号公報 日本国特開2000−080207号公報 日本国特開2000−159937号公報
そこで、本発明は、上記問題点および要望に鑑み、成形体の力学的特性を顕著に向上させ得るゴム組成物を提供し、力学的特性に優れた伝動ベルト提供することを課題とする。
発明に係る伝動ベルトは、加硫されたゴム組成物によって形成されてなる伝動ベルトであって、前記加硫されたゴム組成物の破断強度が25〜35MPaであり、前記ゴム組成物には、エチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分と有機アンモニウムイオンにより有機化された有機化粘土鉱物とが配合されており、前記エチレン・α−オレフィン共重合体のエチレン含量が60〜85質量%であり、前記ゴム成分の125℃におけるムーニー粘度が10〜55であり、前記ゴム成分100質量部に対して前記有機化粘土鉱物が6〜30質量部配合されていることを特徴とする。
以上のように、本発明においては、ゴム組成物によって形成される成形体の力学的特性を、従来のものに比べて顕著に向上させ得るという効果を奏する。したがって、本発明の伝動ベルトには、優れた力学的特性が付与され得る。
一実施形態のVリブドベルトを示す断面図。 ベルト走行試験機を示す概略図。
符号の説明
1・・・Vリブドベルト
2・・・背面層(帆布)
3・・・接着層
4・・・抗張体(心線)
5・・・圧縮層
6・・・リブ
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態のゴム組成物は、エチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分と有機アンモニウムイオンにより有機化された有機化粘土鉱物とが配合されている。また、前記エチレン・α−オレフィン共重合体のエチレン含量が60〜85質量%であり、前記ゴムの125℃におけるムーニー粘度が10〜55であり、前記ゴム成分100質量部に対して前記有機化粘土鉱物が6〜30質量部配合されている。
前記ゴム成分には前記エチレン・α−オレフィン共重合体の他、他のゴム成分が含まれ得る。前記ゴム成分に含まれている前記エチレン・α−オレフィン共重合体の量は40〜100質量%であることが好ましく、80〜100質量%であることがより好ましい。ゴム成分に占めるエチレン・α−オレフィン共重合体の割合が、40質量%以上であることにより、低コストで耐熱性、耐候性に優れたゴム成形体になり得るという利点がある。また、100質量%であることにより、低コストで耐熱性、耐候性により優れ、燃焼時等に有害物質を生じうるハロゲンをゴム成分中に含有させないという利点がある。従って、前記エチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分は、エチレン・α−オレフィン共重合体のみからなることがより好ましい。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体は、少なくともエチレンおよびα−オレフィンが共重合したものである。前記エチレン・α−オレフィン共重合体としては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、エチレン・オクテン共重合体、エチレン・ブテン共重合体などが挙げられる。なかでも、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(EPDM)が低コストでしかも加工性に優れ、架橋が容易であるという点で好適である。硫黄加硫速度が速く、加硫後にバランスがとれた物性を発揮させ得る点で、エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体がより好適である。なお、前記ゴム組成物に含有されるエチレン・α−オレフィン共重合体は、1種類であってもよく、2種類以上が混合されていてもよい。
前記エチレン・α−オレフィン共重合体の前記エチレン含量は60〜85質量%である。前記エチレン含量が60質量%未満である場合、ゴムベルトなどのゴム成形体の力学的特性を、従来のゴム成形体に比べて顕著に向上できないおそれがある。また、エチレン含量が85質量%を超える市販品の入手は困難であることから、本実施形態に係るゴム組成物の配合を、市販品を用いて容易に実施できるという点で、前記エチレン含量は、85質量%以下であることが好ましい。
なお、複数種類のエチレン・α−オレフィン共重合体を本実施形態に係るゴム組成物に配合する場合においては、それぞれのエチレン含量を加重平均した値が60〜85質量%であればよく、例えば、エチレン含量55質量%のエチレン・α−オレフィン共重合体と、エチレン含量85質量%のエチレン・α−オレフィン共重合体とを等量混合して、平均70質量%とさせる場合も本発明の意図する範囲である。
しかし、成形体の力学的特性をより確実に向上させうる点においては、含有される全てのエチレン・α−オレフィン共重合体が、エチレン含量60〜85質量%のいずれかであることが好ましい。
前記エチレン含量は、前記エチレン・α−オレフィン共重合体の重合時の配合量によって調整できる。
なお、前記エチレン・α−オレフィン共重合体は市販のものを用いることができる。
前記他のゴム成分としては、一般的に用いられるゴム、例えば、天然ゴム、ポリイソプレン、エポキシ化天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ブチルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレンなどを挙げることができ、これらは、単独、あるいは複数混合して本実施形態のゴム組成物に用いることができる。
前記ゴム成分は、前記エチレン・α−オレフィン共重合体を含み、前記他のゴム成分をも含み得るものである。前記ゴム成分の125℃における前記ムーニー粘度は10〜55である。このムーニー粘度は、架橋前の前記ゴム成分を用いて測定したものである。前記ムーニー粘度が55を超える場合、ゴムベルトなどのゴム成形体の力学的特性を顕著に向上できないおそれがある。また、市販品のゴムによって10未満のムーニー粘度となるゴム成分を構成させることは困難であることから、材料入手が容易であるという点において、前記ゴム成分のムーニー粘度の値は、10以上であることが好ましい。
前記ムーニー粘度は、例えば、各ゴム成分の分子量を調整することによって調整できる。具体的には、ゴム成分を構成するゴムの分子量を大きくするとムーニー粘度を下げることができ、ゴム成分を構成するゴムの分子量を小さくするとムーニー粘度を下げることができる。
前記ムーニー粘度は、粘度を表す指標として用いられ、JIS K6300-1:2001に規定された方法によって測定される値である。より具体的には、ローター形状はL、予熱時間は1分、ローターの回転時間は4分で測定される。ここで、ML1+4(125℃)25という表記においては、MはムーニーのM、Lはローター形状のL、(1+4)は予熱時間の1分とローターの回転時間の4分、25はムーニー粘度の値を表している。
前記有機化粘土鉱物は有機アンモニウムイオンにより有機化された粘土鉱物である。前記有機化粘土鉱物としては、前記粘土鉱物に前記有機アンモニウムイオンを反応させて得られたものを挙げることができる。また、例えば、市販の有機化粘土鉱物を用いることもできる。
前記有機化粘土鉱物が前記ゴム組成物に配合される量は、前記ゴム成分100質量部に対して6〜30質量部である。前記有機化粘土鉱物の量が前記ゴム成分100質量部に対して6質量部未満である場合、ゴムベルトなどのゴム成形体の力学的特性を、従来のものに比べて顕著に向上できないおそれがあり、30質量部を超える配合量とすると、ゴムベルトなどのゴム成形体の力学的特性を低下させるおそれがある。
前記有機化粘土鉱物が前記ゴム組成物に配合される量は、前記ゴム成分100質量部に対して10〜30質量部であることが好ましい。前記有機化粘土鉱物の量が前記ゴム成分100質量部に対して10質量部以上であることにより、ゴムベルトなどのゴム成形体の力学的特性がより顕著に向上するという利点がある。
なお、前記有機化粘土鉱物の質量は、有機化される前の粘土鉱物の質量ではなく、有機化されたあとの有機化粘土鉱物の質量を表す。
前記粘土鉱物としては、通常、層状構造を持つ層状粘土鉱物が挙げられる。該層状粘土鉱物は、粘土の主成分であり、該層状粘土鉱物としては、層状の結晶構造をもったケイ酸塩鉱物が例示される。ここで、層状の結晶構造としては、ケイ酸四面体層−アルミナ八面体層−ケイ酸四面体層の3層が積み重なっている構造が例示される。その単位層は厚さ約1nmであり、単位層間隔は0.1〜1μmであり、その構造は極めて薄い板状である。
前記層状粘土鉱物は、通常、アスペクト比の高い板状構造物である。アスペクト比の高い板状構造物を高分子組成物に分散させると、高分子組成物の耐熱性・難燃性・ガスバリア性・寸法安定性などの向上が見込まれる。
前記層状粘土鉱物は、単位層の負電荷の密度や分布などの違いによりその特性が異なるものである。
また、前記層状粘土鉱物としては,粘土鉱物の層間を大きく開いて粘土鉱物を膨潤させることができるという点で、粘土鉱物の陽イオンの交換容量が50〜200ミリ当量(meq)/100gであるものが好ましい。50ミリ当量(meq)/100g以上であることにより、アンモニウムイオンが交換されやすく、粘土鉱物を容易に膨潤させ得るという利点がある。また、200ミリ当量(meq)/100g以下であることにより、粘土鉱物の層間の結合力が強固となりにくく、粘土鉱物を容易に膨潤させ得るという利点がある。
前記層状粘土鉱物としては、例えば、珪酸マグネシウムまたは珪酸アルミニウム等から構成される層状フィロ珪酸塩で、価数の小さなイオンで同形置換されて負に帯電しているものなどが挙げられる。また、層厚さが0.6〜2nmで、一片の長さが2〜1,000nmの範囲のものも挙げられる。
前記層状粘土鉱物としては、具体的には、モンモリロナイト、サポナイト、バイデライト、ノントロナイト、ヘクトライト、スティブンサイト等のスメクタイト系粘土鉱物やバーミキュライト、ハロイサイト、膨潤性マイカ、カオリナイトなどが例示され、こららは、前記ゴム組成物に単独、あるいは複数混合して配合されうる。これらは天然のものであっても、合成されたものであってもよい。なかでも分散性に優れる点からモンモリロナイトが好ましい。
前記有機化粘土鉱物を有機化させるための有機アンモニウムイオンは、層状粘土鉱物の層間のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン等と置き換わることにより、剪断力による層の剥離を容易にし、ゴム組成物中にあるゴム成分などの有機物との相溶性を向上させ得るものである。前記有機アンモニウムイオンは、分子中にアルキル鎖を有する、及び/又は、分子中のアルキル鎖の一部にカルボン酸が共有結合している構造を持つものであり、アンモニウムイオン基を有する有機物である。なお、ゴム組成物中にあるゴム成分などの有機物との相溶性をより向上させるという点で、アルキル鎖の炭素数は6以上が好ましい。
前記有機アンモニウムイオンとしては、例えば、飽和有機アンモニウムイオンとして、ヘキシルアンモニウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、2−エチルヘキシルアンモニウムイオン、ドデシルアンモニウムイオン、オクタデシルアンモニウムイオン、ジオクチルジメチルアンモニウムイオン、トリオクチルアンモニウムイオン、ジメチルジオクタデシルアンモニウムイオン、トリメチルオクタデシルアンモニウムイオン、ジメチルオクタデシルアンモニウムイオン、メチルオクタデシルアンモニウムイオン、トリメチルドデシルアンモニウムイオン、ジメチルドデシルアンモニウムイオン、メチルドデシルアンモニウムイオン、トリメチルヘキサデシルアンモニウムイオン、ジメチルヘキサデシルアンモニウムイオン、メチルヘキサデシルアンモニウムイオン、ジメチルステアリルベンジルアンモニウムイオン等が、また、不飽和有機アンモニウムイオンとして、1−ヘキセニルアンモニウムイオン、1−ドデセニルアンモニウムイオン、9−オクタデセニルアンモニウムイオン(オレイルアンモニウムイオン)、9,12−オクタデカジエニルアンモニウムイオン(リノールアンモニウムイオン)、9,12,15−オクタデカトリエニルアンモニウムイオン(リノレイルアンモニウムイオン)、オレイルビス−(2−ヒドロキエチル)メチルアンモニウムイオン等が挙げられる。あるいは、これらが複数混合されたものが挙げられる。なかでも、ゴムベルトなどのゴム成形体の力学的特性を顕著に向上できるという点で、ジメチルジオクタデシルアンモニウムイオン、トリメチルオクタデシルアンモニウムイオンが好ましく、ジメチルジオクタデシルアンモニウムイオンがさらに好ましい。
前記有機化粘土鉱物としては、有機化モンモリロナイトが好ましい。前記有機化モンモリロナイトとしては、例えば、ヘキシルアンモニウム処理モンモリロナイト、オクチルアンモニウム処理モンモリロナイト、2−エチルヘキシルアンモニウム処理モンモリロナイト、ドデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、オクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、ジオクチルジメチルアンモニウム処理モンモリロナイト、トリオクチルアンモニウム処理モンモリロナイト、ジメチルジオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、トリメチルオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、ジメチルオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、メチルオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、トリメチルドデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、ジメチルドデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、メチルドデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、トリメチルヘキサデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、ジメチルヘキサデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、メチルヘキサデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、ジメチルステアリルベンジルアンモニウム処理モンモリロナイト、オレイルビス−(2−ヒドロキエチル)メチルアンモニウム処理モンモリロナイト等を挙げることができ、これらは、単独、あるいは複数混合してゴム組成物に配合させることができる。なかでも、ゴムベルトなどのゴム成形体の力学的特性を顕著に向上できるという点で、ジメチルジオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、トリメチルオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイトが好ましく、ジメチルジオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイトがさらに好ましい。
前記有機化粘土鉱物は、その有機物含量が25〜42質量%であることが好ましい。25質量%以上であることにより、ゴム組成物中でより均一に分散しやすくなるという利点があり、42質量%以下であることにより、ゴム組成物中でより均一に分散しやすくなるという利点がある。前記有機物含量は、次に示す熱重量測定によって求められる値である。なお、前記有機物含量は、粘土鉱物に反応させる有機アンモニウムイオンの量を変えることにより調整できる。
前記有機物含量は、熱重量測定によって求められ、具体的には、有機化粘土鉱物における有機物量(ナトリウムイオンと置換された有機物)を、熱重量分析装置(商品名「TG/DTA−110」:セイコーインスツルルメンツ社製)で測定することによって求められる。測定条件は、リファレンス:アルミナ、測定温度範囲:25〜600℃、昇温速度:10℃/分とする。なお、600℃まで昇温後10分間ホールドする。
前記ゴム組成物には、本発明の効果を損ねない範囲において、一般的なゴム組成物に通常用いられる、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、架橋助剤、無機充填材などの他、カーボンブラック、オイルなどの可塑剤、老化防止剤、加工助剤などを含有させることができる。
前記加硫剤としては、硫黄系加硫剤や有機過酸化物系加硫剤などを用いることができる。硫黄系加硫剤としては、例えば、粉末イオウ、沈降性イオウ、高分散性イオウ、表面処理イオウ、不溶性イオウ、ジモルフォリンジサルファイド、アルキルフェノールジサルファイド等が挙げられる。有機過酸化物系加硫剤としては、例えば、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−ブチルパーオキシ−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−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、ビス(t−ブチルパーオキシ−ジイソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチル−ヘキシルカーボネート等が挙げられる。
前記加硫促進剤としては、例えば、ジチオカルバミン酸亜鉛系加硫促進剤としての、ペンタメチレンジチオカルバミン酸ピペリジン塩、ピペコリルジチオカルバミン酸ピペコリン塩、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、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、N−エチル−N−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、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム、ジブチルジチオカルバミン酸ナトリウム、ジメチルジチオカルバミン酸銅、ジメチルジチオカルバミン酸第2鉄、ジエチルジチオカルバミン酸テルル等を用いることができる。
また、チアゾール系、チウラム系、スルフェンアミド系のものを用いることができ、チアゾール系加硫促進剤としては、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトチアゾリン、ジベンドチアジル・ジスルフィド、2−メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩などが例示され、前記チウラム系加硫促進剤としては、テトラメチルチウラム・モノスルフィド、テトラメチルチウラム・ジスルフィド、テトラエチルチウラム・ジスルフィド、N,N’−ジメチル−N,N’−ジフェニルチウラム・ジスルフィドなどが例示され、前記スルファミド系加硫促進剤としては、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド、N,N’−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミドなどが例示される。
また、その他の加硫促進剤としてビスマレイミド、エチレンチオウレアなども例示される。これらの加硫促進剤は、単独であってもよく、2種類以上混合されていてもよい。
前記加硫助剤としては、例えば、ステアリン酸などの脂肪酸、酸化亜鉛などの金属酸化物などを挙げることができる。
前記架橋助剤としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、1,2−ポリブタジエン、不飽和カルボン酸の金属塩、オキシム類、グアニジン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、N−N’−m−フェニレンビスマレイミドなどが例示される。
前記無機充填材としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、ハイドロタルサイトなどが例示される。
前記カーボンブラックとしては、例えば、一般呼称で分類されるFEF系、ISAF系、HAF系等のゴム用カーボンブラックが挙げられる。前記カーボンブラックの前記ゴム組成物中の配合量としては、前記ゴム成分100質量部に対して30〜100質量部であることが好ましい。30〜100質量部であることにより、架橋後の成形体の弾性率が適度に保たれるという利点がある。
このように、前記カーボンブラックを前記ゴム組成物中に配合することは、本実施形態のゴム組成物をゴムベルトに適用する場合に有利となる。カーボンブラックの配合によって、ゴムベルトなどのゴム成形体に用途に適した適度な硬さを付与することができるためである。ただし、その配合量が多すぎるとゴムベルトなどのゴム成形体が脆くなる傾向にある。
前記ゴム組成物は、加硫成形した成形体の破断強度が25〜35MPaであり、破断伸度が550〜700%であるものが好ましい。前記破断強度および前記破断伸度は、実施例に記載された方法で測定される。
前記ゴム組成物は、一般的な方法によって製造できる。具体的には、例えば、二軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサーなどを用いて、所定の配合で上記に示した成分を含むゴム組成物を混練することにより製造できる。
また、このようにして製造したゴム組成物を、例えば、射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形、スラッシュ成形等により成形し、必要に応じて加硫処理し、各種成形体として用いることができる。
なお、前記有機化粘土鉱物を粘土鉱物と有機アンモニウムイオンとで調製する場合は、例えば次のようにして有機化粘土鉱物を調製することができる。有機アンモニウムイオンと水と塩酸とが混合されている溶液に有機化される前の粘土鉱物を加え、加熱しながら所定時間撹拌する。過剰の水で洗浄しながら、吸引ろ過等により水分を除去して塊状物を得て、この塊状物を真空乾燥等により乾燥し、得られた塊状物をミキサー、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェットミル、揺漬機等により粉砕処理し、所望の形状、大きさに調整し、有機化粘土鉱物を調製することができる。
次に、本発明のゴムベルトについて説明する。
ムベルトの種類としては、コンベヤベルトなどの搬送ベルト、Vリブドベルト、Vベルト、平ベルト、丸ベルトなどの伝動ベルト、を挙げることができる。これらのゴムベルトは、少なくとも一が前記ゴム組成物を用いて形成されている。
ここで、さらに具体的に、本発明のゴムベルトの一実施形態として、圧縮層に前記ゴム組成物を用いたVリブドベルトについて、図面を参照しながら説明する。
図1には、ゴムベルトの一実施形態として、Vリブドベルト1の好ましい態様が示されている。
本実施形態のVリブドベルト1は、無端状に形成されており、ベルト断面は、図1に示すように内周側ほど狭幅となる台形に形成されたリブ6がベルトの幅方向に複数個(具体的には3個)内周側に連設された形態を成している。
このVリブドベルト1の内周側、すなわち、プーリに巻き掛けられた際に内側となる側には、内側のゴム層たる圧縮層5が形成され、該圧縮層5の外周側に接着層3が形成され、該接着層3の外周側にはVリブドベルト1の最外層となる背面層2が形成されている。
前記圧縮層5は、エチレン含量が60〜85質量%のエチレン・α−オレフィン共重合体を含む、125℃におけるムーニー粘度が10〜55であるゴム成分と、前記ゴム成分100質量部に対して6〜30質量部の有機化粘土鉱物とが配合されたゴム組成物で形成されている。また、前記接着層3には、厚さ方向中央部に補強等の目的で、抗張体として心線4が埋設されている。また、前記背面層2は、帆布を用いて形成されている。
前記圧縮層5には、ベルト長手方向に連続する断面略V字状の溝が2条形成されており、該溝により互いに分離された3条のリブ6がベルト長手方向に延在された状態となるように形成されている。このリブ6は、内周側ほど狭幅となるように形成されている。
前記圧縮層5には、短繊維が含まれ得るが、短繊維が含まれないことによりゴムベルトを製造するときの加工工程を短縮できるという点で、前記圧縮層5には短繊維が含まれていないことが好ましい。前記短繊維として挙げられるものとしては、例えば、長軸方向の長さが0.1〜8mm、太さに対する前記長さの比(L/D)の範囲が30〜300のものなどである。前記短繊維の材質としては、特に限定されるものではなく、分子中に脂肪族骨格を有するポリアミド、全芳香族ポリアミド系樹脂であるアラミド、アセタール化ポリビニルアルコール、ポリエステル等が挙げられる。
前記接着層3は、通常、厚さ0.1〜10mmで形成されている。また、前記接着層3を形成しているゴム組成物としては、例えば、一般的にVリブドベルトの接着層に用いられるゴム組成物が挙げられる。
前記接着層3に用いられている前記心線4は、通常、横断面の直径が0.2〜5mmの紐状体であり、ベルト長手方向に埋設されて用いられているものである。その材質による種類としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートといったポリエステル、分子中に脂肪族骨格を有するポリアミド、全芳香族ポリアミド系樹脂であるアラミド、アセタール化ポリビニルアルコール等の合成繊維、ガラス繊維、スチールコード等が挙げられる。
前記心線4の太さに対する接着層3の厚さ割合の範囲としては、通常、(接着層の厚さ/心線の太さ)=0.5〜2が挙げられる。
前記心線4としては、接着剤処理液によって処理され、接着剤が担持されたものを挙げることができる。なお、必ずしも接着剤処理液によって処理され、接着剤が担持されたものである必要はないが、心線4とゴム組成物との接着力をより大きくするため、前記心線4には接着剤が担持されていることが好ましい。
前記接着剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、レゾルシン−ホルマリン−ラテックス接着剤(以下、RFL接着剤ともいう)を挙げることができる。前記RFL接着剤は、一般的に比較的安価である点で好適である。
前記RFL接着剤は、通常、レゾルシンとホルマリンとをレゾルシン/ホルマリンのモル比1/3〜3/1にて塩基性触媒の存在下にて縮合させて、レゾルシン−ホルマリン樹脂(レゾルシン−ホルマリン初期縮合物、以下、RFという)の5〜80質量%濃度の水溶液を調製し、これとゴムラテックスとを混合することによって調製されたものである。RFL接着剤において、固形分濃度は、特に限定されるものではなく、通常、10〜50質量%である。ゴムラテックスとしては、特に限定されるものではなく、ビニルピリジンスチレンブタジエン、ブタジエン、スチレンブタジエン、2,3−ジクロロブタジエン、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキルクロロスルホン化ポリエチレン、これら共重合体の混合物等が好ましい。また、ビニルピリジンスチレンブタジエン、ブタジエン、スチレンブタジエンからなる群より選ばれた1種以上のゴムラテックスがさらに好ましい。積層し複数のRFL層を形成させたり、2種類以上のラテックスを混合させたりすることも可能である。また、好適なレゾルシン・ホルマリン混合物とラテックスとの質量比率としては、レゾルシン・ホルマリン混合物/ラテックス=0.5〜0.1/1が挙げられる。
また、例えば、前記心線4をRFL接着剤処理液によって処理する前に、前処理として、エポキシ化合物及び/又はイソシアネート化合物を含有する接着剤処理液で処理して、前記心線4に2層構造の接着剤を担持させることも可能である。
前記エポキシ化合物としては、例えば、エチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールやポリエチレングリコール等のポリアルキレングリコールと、エピクロルヒドリンのようなハロゲン含有エポキシ化合物との反応生成物が挙げられる。また、レゾルシン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジメチルメタン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、レゾルシン−ホルムアルデヒド樹脂等の多価フェノール類とハロゲン含有エポキシ化合物との反応生成物なども挙げられる。
前記イソシアネート化合物としては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレン2,4−ジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ポリアリールポリイソシアネート等が挙げられる。また、上記イソシアネートにフェノール類、第3級アルコール類、第2級アルコール類等のブロック化剤を反応させてポリイソシアネートのイソシアネート基をブロック化したブロック化ポリイソシアネートも挙げられる。
さらに、例えば、2層構造の接着剤が担持された前記心線4を、その後接着されることとなる接着層3の組成と同じ組成を有する組成物の接着剤処理液で後処理して、前記心線4に3層構造の接着剤を担持させることも可能である。
前記背面層2は、通常、厚さ0.1〜1mmで形成されている。前記背面層2に用いられている前記帆布としては、例えば、糸を用いて、平織、綾織、朱子織等に製織した布を挙げることができる。その材質としては、特に限定されるものではなく、ポリエステル、綿、分子中に脂肪族骨格を有するポリアミド、全芳香族ポリアミド系樹脂であるアラミド、アセタール化ポリビニルアルコール、ポリエステル等が挙げられる。
なお、前記背面層2は、前記帆布のみで形成されているものに限られない。また、前記背面層2としては、Vリブドベルトに用いられる一般的なゴム組成物を用いてシート状の未加硫ゴムシートを調製し、このゴムシートを加硫前の前記接着層3に当接させ、加硫することにより形成させたものも例示される。
なお、本実施形態のVリブドベルトの他にも、エチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分と有機アンモニウムイオンにより有機化された有機化粘土鉱物とが配合された前記ゴム組成物が、前記圧縮層5だけではなく、前記接着層3または前記背面層2に用いられて形成されている実施形態のVリブドベルトもあり得る。一方、前記接着層3または前記背面層2にのみ前記ゴム組成物が用いられて形成されている実施形態もあり得る。
また、他の実施形態としては、例えば、前記圧縮層5、前記接着層3、前記背面層2の区別なく単一の前記ゴム組成物で一体化された層の中に前記心線4が配列されているVリブドベルトが挙げられる。
また、例えば、心線2ではなく帆布が前記接着層3に埋設されたVリブドベルトの実施形態も挙げられる。
本実施形態のVリブドベルトは、例えば、次のような方法で製造できる。まず、前記圧縮層5のゴム組成物を構成する各種成分を、ニーダー、バンバリーミキサー、ロール、二軸混練機などの一般的なゴムの混練手段にて混練して未加硫ゴム組成物とする。次に、この未加硫ゴム組成物を、カレンダーロールなどのシーティング手段によりシート化する。さらに、シート化した未加硫ゴム組成物を円筒金型上で、前記帆布、同様にしてシート化した前記接着層のゴムシート、および、抗張体などとともに積層する。続いて、加硫缶などを用いて架橋一体化させ筒型予備成形体を調製する。そして、筒型予備成形体に研削砥石などを用いて所定のリブを形成させた後に、所定リブ数に切り出す。
なお、ここでは詳述しないが、Vリブドベルトや、Vベルト、平ベルトなどといったゴムベルトにおける従来公知の技術事項を、本発明の効果が著しく損なわれない範囲において、本発明のゴムベルトにも採用することができる。
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1]
(ゴム組成物の製造)
<エチレン・α−オレフィン共重合体>
エチレン・α−オレフィン共重合体としては、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(以下、EPDMともいう)を用いた。なお、ジエンとしてエチリデンノルボルネン(以下、ENBともいう)を用いているEPDMを用いた。用いたエチレン・α−オレフィン共重合体の詳細を以下に示す。
・EPDM(ダウケミカル社製、商品名「NORDEL IP 4725P」)
:100質量部
エチレン含量70質量%、ENB含量5質量%、
ムーニー粘度ML1+4(125℃)25
<有機化粘土鉱物>
・有機化モンモリロナイト:10質量部
ジメチルジオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト
(ホージュン社製 商品名「エスベンNX」)、有機物含量41.8質量%
<ゴム組成物中のその他の成分>
・カーボンブラック(東海カーボン社製、商品名「シースト3」):30質量部
HAF、算術平均粒子径28nm
・オイル(サンオイル社製、商品名「サンパー2280」):5質量部
・酸化亜鉛(堺化学工業社製、商品名「亜鉛華3種」):5質量部
・ステアリン酸(日本油脂社製、商品名「ビーズステアリン酸椿」):1質量部
・加硫促進剤(ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛):1質量部
(大内新興化学社製、商品名「ノクセラーPZ」)
・硫黄(鶴見化学工業社製、商品名「オイル硫黄」):2質量部
上記のEPDMと、有機化粘土鉱物とを二軸押出機で混練合し、ロールによりシート出しした後、再び二軸押出機で混練りを行った。得られた混合物とその他の成分とをバンバリーミキサーを用いて混練して実施例1のゴム組成物を製造した。
(Vリブドベルトの製造)
<圧縮層用ゴム組成物の未加硫シートの作製>
上記のようにして得られたゴム組成物をカレンダーロールによりシート成形し、厚さ0.8mmの圧縮層用ゴム組成物の未加硫シートを調製した。
<接着層用ゴム組成物の未加硫シートの作製>
下記の配合でバンバリーミキサーを用いて混練して接着層用ゴム組成物を作製し、さらに作製したゴム組成物を、カレンダーロールによりシート成形し、厚さ0.4mmの接着層用ゴム組成物の未加硫シートを調製した。
・EPDM(三井化学社製、商品名「3085」、エチレン含量62質量%
プロピレン含量33.5質量%、ジエン含量4.5質量%):100質量部
・カーボンブラック(昭和キャボット社製、商品名「IP600」):50質量部
・シリカ(トクヤマ社製、商品名「トクシールGu」):20質量部
・パラフィンオイル(日本サン社製、商品名「サンフレックス2280」):10質量部
・加硫剤(日本油脂社製DCP、商品名「パークミルD」):2.5質量部
・加硫助剤(花王社製ステアリン酸):1質量部
・加硫助剤(堺化学工業社製 酸化亜鉛):5質量部
・粘着付与剤(日本ゼオン社製石油樹脂、商品名「クイントンA−100」):5質量部
・短繊維(綿粉):2質量部
<RFL接着組成物の調製>
レゾルシン7.31質量部とホルマリン(37質量%)10.77質量部とを混合し、水酸化ナトリウム水溶液(固形分0.33質量%)を加えて攪拌し、その後、水160.91質量部加え、5時間熟成して、レゾルシン−ホルマリン樹脂(レゾルシン−ホルマリン初期縮合物、以下「RF」という、レゾルシン/ホルマリン比=0.5)水溶液を作製した。
次いで、RF水溶液にクロロスルホン化ポリエチレンラテックス(固形分40%)をRF/ラテックス比=0.25(固形分量45.2質量部)となるよう混合し、さらに、水を加えて固形分濃度20%となるよう調整した後、12時間熟成しつつ攪拌を行いRFL接着組成物の調製を行った。
<抗張体(心線)の作製>
帝人社製のポリエステルコード(1000デニール/2×3、上撚り9.5T/10cm(Z)、下撚り2.19T/10cm)を4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートのトルエン溶液(イソシアネート固形分20質量%)に浸漬後、240℃×40秒で熱風乾燥し、前処理を行った。この前処理後の心線を上記RFL接着組成物に浸漬した後、200℃×80秒の熱風乾燥し、さらに、EPDM(三井化学社製、商品名「3085」、エチレン含量62質量%、プロピレン含量33.5質量%、ジエン含量4.5質量%)のトルエン溶液に浸漬し、60℃×40秒の熱風乾燥を行った。
<帆布>
帆布としてポリエステル綿帆布[(広角に加工した時点での特性)糸の材質:ポリエステルと綿との混紡帆布;ポリエステルと綿との質量比 50:50;糸構成 経糸:20S/2(20番手を2本よりあわせたものの意味)、緯糸:20 S/2(20番手を2本よりあわせたものの意味);撚り数:経糸S撚り 59回/10cm、緯糸:59回/10cm;織り方:平織り物を、経糸と緯糸との交差角度が、120°になるように加工;糸密度 経糸:85本/5cm、緯糸:85本/5cm]を用いた。
表面が平滑な円筒状の成形ドラムの外周に、上記の帆布、上記の接着層用ゴム組成物の未加硫シートを巻きつけた後、上記の抗張体(心線)を螺旋状にスピニングした。さらにその上に上記の接着層用ゴム組成物の未加硫シートを積層し、最後に、上記の圧縮層用ゴム組成物の未加硫シートを4枚積層した。次いで、この積層体を加硫缶内に挿入し、内圧0.59MPa、外圧0.88MPa、温度165℃×35分間の条件で蒸気加硫し、環状物を作製した。
この環状物を駆動ロールと従動ロールとでなる第1の駆動システムに取り付けて、走行させながら、研削砥石で幅10mm当たり3本のリブを周方向に沿って形成し、この後、この環状物を駆動ロールと従動ロールとでなる第2の駆動システムに取り付けて、走行させながら裁断し、実施例1のVリブドベルト(幅10mm、周長1000mm)を製造した。
[実施例2]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイトの配合量を20質量部とした点以外は、実施例1と同様にして、実施例2のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例3]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイトの配合量を30質量部とした点以外は、実施例1と同様にして、実施例3のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例4]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイトの配合量を6質量部とした点以外は、実施例1と同様にして、実施例4のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例5]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをJSR社製、商品名「EP51」{エチレン含量67質量%、ENB含量5.8質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)23}とし、このEPDMと有機化モンモリロナイトとをバンバリーミキサーで混練りし、ロールによりシート出した後、二軸押出機で混練りした点以外は、実施例1と同様にして、実施例5のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例6]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをLANXESS社製、商品名「BUNA EP G 2470LM」{エチレン含量69質量%、ENB含量4.2質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)22}とした点以外は、実施例5と同様にして、実施例6のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例7]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをDSM社製、商品名「Kelton 1446A」{エチレン含量60質量%、ENB含量6.6質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)10}とした点以外は、実施例4と同様にして、実施例7のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例8]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをDSM社製、商品名「Kelton 5508」{エチレン含量70質量%、ENB含量4.5質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)55}とした点以外は、実施例4と同様にして、実施例8のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例9]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをダウケミカル社製、商品名「NDR 4820P」{エチレン含量85質量%、ENB含量4.9質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)21}とした点以外は、実施例1と同様にして、実施例9のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例10]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをLANXESS社製、商品名「BUNA EP G 6250」{エチレン含量62質量%、ENB含量2.3質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)55}とした点以外は、実施例4と同様にして、実施例10のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例11]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイトをホージュン社製、商品名「エスベンE」{トリメチルオクタデシルアンモニウム処理モンモリロナイト、有機物含量25.6質量%}10質量部とした点以外は、実施例1と同様にして、実施例11のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
参考例12]
圧縮層用ゴム組成物のカーボンブラックの配合量を30質量部に代えて70質量部とした以外は、実施例1と同様にして、参考例12のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
参考例13]
圧縮層用ゴム組成物のカーボンブラックの配合量を30質量部に代えて100質量部とした以外は、実施例1と同様にして、参考例13のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[実施例14]
圧縮層用ゴム組成物のカーボンブラックの配合量を30質量部に代えて10質量部とした以外は、実施例1と同様にして、実施例14のゴム組成物を製造した。
参考例15]
圧縮層用ゴム組成物のカーボンブラックの配合量を30質量部に代えて110質量部とした以外は、実施例1と同様にして、参考例15のゴム組成物を製造した。
[実施例16]
圧縮層用ゴム組成物にカーボンブラックを配合しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、実施例16のゴム組成物を製造した。
[比較例1]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイトを5質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例1のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例2]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイト50質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例2のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例3]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイトを配合せず、カーボンブラックを70質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例3のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例4]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをダウケミカル社製、商品名「Nordel IP 4640」{エチレン含量55質量%、ENB含量5質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)40}100質量部とした点以外は実施例4と同様にして、比較例4のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例5]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをJSR社製、商品名「EP57c」{エチレン含量66質量%、ENB含量4.5質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)58}100質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例5のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例6]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをダウケミカル社製、商品名「Nordel IP 4520」{エチレン含量50質量%、ENB含量4.9質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)20}100質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例6のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例7]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをLANXESS社製、商品名「BUNA EP T 6861」{エチレン含量60質量%、ENB含量8.0質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)60}100質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例7のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例8]
圧縮層用ゴム組成物のEPDMをLANXESS社製、商品名「BUNA EP G 4670」{エチレン含量70質量%、ENB含量4.7質量%、ムーニー粘度ML1+4(125℃)59}100質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例7のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
[比較例9]
圧縮層用ゴム組成物の有機化モンモリロナイトの配合量を10質量部に代えて35質量部とした点以外は実施例1と同様にして、比較例9のゴム組成物およびVリブドベルトを製造した。
(引張試験による破断強度、破断伸度)
各実施例、各参考例、各比較例で製造したゴム組成物を用いて加硫成形されたシートを作製した。
該シートを用いてJIS K6251に準じたダンベル状3号形の評価用サンプルを作製し、引張試験による破断強度(MPa)、破断伸度(%)を評価した。また、その破断強度(MPa)と破断伸度(%)との積である抗張積を算出した。試験機としては東洋精機社製「ストログラフAE」を用いた。なお、評価用サンプルの加硫条件は実施例1のVリブドベルトの製造時の加硫条件と同様とした。
また、引張試験は、JIS K6251に準じて実施し、切断時引張応力(TSb)の値を破断強度とし、切断時伸び(Eb)の値を破断伸度として評価を行った。
評価結果を表1に示す。
(デマッチャ屈曲試験による破断時屈曲回数)
各実施例、各参考例、各比較例で製造したゴム組成物を用いて評価用サンプルを作製し、JIS K6260に準じて、ストローク60〜80mm、温度23℃の条件下でデマッチャ屈曲試験による破断時屈曲回数を評価した。試験機としては上島製作所社製 FT−1500seriesを用いた。なお、評価用サンプルの加硫条件は、実施例1のVリブドベルトの製造時における加硫条件と同様とした。評価結果を表1に示す。
(ベルト走行試験による屈曲耐久時間の評価)
図2はVリブドベルトの屈曲耐久性評価におけるベルト走行試験機の概略図である。このベルト走行試験機は、上下に配設されたプーリ径120mmの大径のリブプーリ(上側が従動プーリ51、下側が駆動プーリ52)と、それらの上下方向の中間右方に配されたプーリ径70mmのアイドラープーリ54と、その右方に配されたプーリ径55mmの小径のリブプーリ53とで構成されている。アイドラープーリ54は、ベルト巻き付け角度が90°となるように配置されている。
各実施例、各参考例、各比較例で製造したVリブドベルトを、リブ側が当接するように3つのリブプーリ51〜53に巻き掛け、ベルト背面が接触するようにアイドラープーリ54に巻き掛け、834Nのセットウェイトが負荷されるようにリブプーリ53を側方に引っ張り、120℃の条件下で、下側のリブプーリ52を4900rpmで回転させるベルト走行試験を行った。一定時間ごとに走行を停止し、ベルトのリブ表面を目視で観察し、割れが認められるまでの走行時間を屈曲耐久時間とした。評価結果を表1および表2に示す。
Figure 0005415956
Figure 0005415956
表1および表2から以下のことが認識できる。即ち、実施例のゴム組成物でなる成形体では、比較例のゴム組成物の場合と比較して、破断強度、破断伸度、破断時屈曲回数といった力学的特性が顕著に向上している。また、実施例のVリブドベルトでは、比較例のVリブドベルトと比較して、ベルト屈曲耐久時間という力学的特性が顕著に向上している。

Claims (3)

  1. 加硫されたゴム組成物によって形成されてなる伝動ベルトであって、
    前記加硫されたゴム組成物の破断強度が25〜35MPaであり、前記ゴム組成物には、エチレン・α−オレフィン共重合体を含むゴム成分と有機アンモニウムイオンにより有機化された有機化粘土鉱物とが配合されており、前記エチレン・α−オレフィン共重合体のエチレン含量が60〜85質量%であり、前記ゴム成分の125℃におけるムーニー粘度が10〜55であり、前記ゴム成分100質量部に対して前記有機化粘土鉱物が6〜30質量部配合されていることを特徴とする伝動ベルト。
  2. 前記ゴム組成物には、カーボンブラックがさらに配合されており、該カーボンブラックが、前記ゴム成分100質量部に対して30〜100質量部配合されている請求項1記載の伝動ベルト。
  3. 前記ゴム組成物圧縮層が形成されてなる請求項1又は2に記載の伝動ベルト。
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