JP6161711B2 - 平ベルト及びその製造方法 - Google Patents
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Description
部材準備工程では、ゴム成分、及び熱可塑性樹脂の海と繊維径が300〜1000nmのナノファイバー16の収束体の多数の島との海島構造を有する複合材料を、複合材料の熱可塑性樹脂の融点又は軟化温度以上の温度下で混練した後に圧延することにより、ベルト内周面を構成する内側ゴム層11を形成するための未架橋ゴム組成物シートを作製する(ゴム組成物作製ステップ)。
成形架橋工程では、図5(a)に示すように、円筒金型41の外周に外側ゴム層13用の未架橋ゴムシート13’を巻き付けた後、その上に心線保持層12用の未架橋ゴムシート12’を巻き付ける。このとき、心線保持層12用の未架橋ゴムシート12’に特定の方向に配向した有機短繊維が含まれている場合には、未架橋ゴムシート12’の列理方向、つまり、有機短繊維の配向方向を円筒金型41の軸方向に一致させる。これにより、製造される平ベルトBは、心線保持層12がベルト幅方向に配向した有機短繊維を含むこととなる。
研磨・仕上げ工程では、加硫缶から円筒金型41を取り出し、円筒金型41上に形成された円筒状のベルトスラブSを脱型した後、その外周面及び内周面を研磨して内側及び外側の厚さを均一化させる。
(ゴム組成物)
以下の実施例1〜6及び比較例1〜3のゴム組成物を作製した。それぞれの詳細構成については表1にも示す。
試験用バンバリーミキサーに、ゴム成分としてのEPDM(Dow Chemical社製EPDM 商品名:Nordel IP 4640)、並びに、このゴム成分100質量部に対して、カーボンブラック(東海カーボン社製FEF 商品名:シーストSO)65質量部、プロセスオイル(サン石油社製 商品名:サンパー2280)10質量部、加工助剤としてのステアリン酸(新日本理化社製 商品名:ステアリン酸50S)1質量部、加硫促進助剤としての酸化亜鉛(堺化学社製 商品名:酸化亜鉛3種)5質量部、及び老化防止剤(大内新興化学興業社製 商品名:ノクラックMB)2質量部を投入し、ローターの回転数を82rpmとして70W・hのエネルギーに達するまで混練した後、ゴム成分100質量部に対して複合材料A(帝人社製ポリエチレン樹脂-PETナノファイバー複合材料)4.3質量部を投入して、複合材料Aに含まれるポリエチレン樹脂の融点よりも高い140℃の温度に達するまでさらに混練した。
複合材料Aの配合量を、ゴム成分100質量部に対して8.6質量部としたことを除いて実施例1と同一構成の実施例2の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
複合材料Aの配合量を、ゴム成分100質量部に対して13.5質量部としたことを除いて実施例1と同一構成の実施例3の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
複合材料Aの代わりに、ゴム成分100質量部に対して、複合材料B(帝人社製ポリエチレン樹脂-PETナノファイバー複合材料)4.3質量部を配合したことを除いて実施例1と同一構成の実施例4の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
複合材料Bの配合量を、ゴム成分100質量部に対して8.6質量部としたことを除いて実施例4と同一構成の実施例5の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
複合材料Bの配合量を、ゴム成分100質量部に対して13.5質量部としたことを除いて実施例4と同一構成の実施例6の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
複合材料Aを配合していないことを除いて実施例1と同一構成の比較例1の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
複合材料Aを配合せずに、6,6−ナイロン繊維の有機短繊維(帝人社製 商品名:CFN3000、繊維径:26μm、繊維長:3mm、アスペクト比:115)の含有量をゴム成分100質量部に対して25.5質量部配合したことを除いて実施例1と同一構成の比較例2の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
複合材料Aを配合せずに、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維の有機短繊維(帝人社製 商品名:CFT3000、繊維径:16μm、繊維長:3mm、アスペクト比:188)の含有量をゴム成分100質量部に対して25.5質量部配合したことを除いて実施例1と同一構成の比較例3の未架橋のゴム組成物シートを作製した。
実施例1〜6及び比較例1〜3のそれぞれについて、プレス成形により架橋したゴム組成物の試験片を作製し、以下の試験を実施した。
JIS K6253に基づいてタイプAデュロメータによりゴム硬さを測定した。
JIS K6251に基づいて列理方向及び反列理方向のそれぞれについて引張試験を行った。そして、列理方向については、10%伸び時における引張応力(M10)、50%伸び時における引張応力(M50)、引張強さ(TB)、及び切断時伸び(EB)を測定した。反列理方向については、10%伸び時における引張応力(M10)、50%伸び時における引張応力(M50)、100%伸び時における引張応力(M100)、引張強さ(TB)、及び切断時伸び(EB)を測定した。また、列理方向の10%伸び時における引張応力(M10)の反列理方向の10%伸び時における引張応力(M10)に対する比、及び列理方向の50%伸び時における引張応力(M50)の反列理方向の50%伸び時における引張応力(M50)に対する比を求めた。
JIS K6394に基づいて、列理方向については、歪み1%時の荷重の1.3倍の荷重を負荷したときの歪みを平均歪みとし、歪み振幅0.1%、周波数10Hz、及び試験温度100℃として引張方法により貯蔵弾性係数(E’)及び損失係数(tanδ)を測定した。反列理方向については、平均歪み5%、歪み振幅1%、周波数10Hz、及び試験温度100℃として引張方法により貯蔵弾性係数(E’)及び損失係数(tanδ)を測定した。また、列理方向の貯蔵弾性係数(E’)の反列理方向の貯蔵弾性係数(E’)に対する比を求めた。なお、測定には、RHEOLOGY社の粘弾性試験機を用いた。
ピン・オン・ディスク型摩擦摩耗試験機を用い、5mm角の試験片における列理方向に直交する面を摺動面とし、その摺動面を、100℃に調温したS45C製のディスク状の相手材の表面に、列理方向及び反列理方向に直交する方向が摺動方向となるように当接させると共に、試験片に上から19.6Nの荷重を負荷し、相手材を80rpmの回転数で回転させ(すべり速度:15.072m/min)、24時間後の摩耗体積を測定した。この試行を2回行い、その平均値を摩耗体積のデータとした。
デマッチャ式屈曲試験機を用い、反列理方向を長さ方向とした試験片を、ストロークを20mm及び毎分の屈曲回数を300回として繰り返し屈曲させ、切断までの屈曲回数を測定した。試行を2回行い、その平均値を切断までの屈曲回数のデータとした。
厚さ2mmのシートを、高速カッターを用いて、列理方向に直交する方向に切断したものを試験片とした。そして、表面粗度計(ミツトヨ社製 フォームトレーサー型番:SV−C4100、サーフテスター型番:SV3000)を用い、カットオフ値条件をλc=0.8mm及びλs=2.5μmとし、且つ走査速度を0.5mm/sec及び走査長さを8mmとして、試験片のカット面の最大高さ粗さ(Ry)を測定した。
表2は試験結果を示す。図12(a)〜(c)は、繊維の体積分率とゴム硬さとの関係、繊維の体積分率と列理方向の10%伸び時における引張応力(M10)との関係、及び繊維の体積分率と列理方向の貯蔵弾性係数(E’)との関係をそれぞれ示す。図13(a)〜(c)は、繊維の体積分率と摩擦係数との関係、ゴム硬さと摩擦係数との関係、及び列理方向の貯蔵弾性係数(E’)と摩擦係数との関係をそれぞれ示す。図14(a)及び(b)は、繊維の体積分率と耐屈曲疲労性評価試験における切断までの屈曲回数との関係、及びゴム硬さと耐屈曲疲労性評価試験における切断までの屈曲回数との関係をそれぞれ示す。
(平ベルト)
上記実施形態と同様の方法により、実施例2及び5並びに比較例1〜3のそれぞれのゴム組成物を用い、列理方向がベルト幅方向となるように内側ゴム層を形成した平ベルトを作製した。
<ベルト内周面の見掛けの摩擦係数μ’>
各平ベルトについて、長さ250mmの平ベルト片21を切り出し、それを、図2に示すように、外径が75mmの平プーリ22に、巻き掛け角度90°として巻き掛け、平ベルト片21の上側の端をチャッキングしてロードセル23に接続すると共に、鉛直に垂下する下側の端をチャッキングして重錘24を取り付け、そして、平ベルト片21のロードセル23から平プーリ22までの部分の張力を高めるように平プーリ22を20m/sの周速で回転させ、そのときの重錘24による緩み側張力Ts(=19.6N)及びロードセル23により検出される張り側張力Ttから、Eulerの式に基づいて上記式(1)によりベルト内周面の見掛けの摩擦係数μ’を求めた。
図15はベルト走行試験機50を示す。
表4は試験評価結果を示す。
B’ ベルト成形体
10 平ベルト本体
11 内側ゴム層
11’,12’,13’ 未架橋ゴム組成物シート
12 心線保持層
13 外側ゴム層
14 心線
14’ 線材
15 単一ゴム層
16 ナノファイバー
17 補強布
21 平ベルト片
22,31,32,33 平プーリ
23 ロードセル
24 重錘
30 ベルト伝動装置
41 円筒金型
42 ゴムスリーブ
50 ベルト走行試験機
51 駆動プーリ
52 従動プーリ
Claims (10)
- ベルト内周面を構成する部分が、エチレン−α−オレフィンエラストマーをゴム成分とするゴム組成物で形成された平ベルトであって、
前記ゴム組成物には、繊維径が300〜1000nmの有機繊維のナノファイバーがベルト幅方向に配向して含まれており、
前記ベルト内周面の見掛けの摩擦係数が0.70以上である平ベルト。 - 請求項1に記載された平ベルトにおいて、
前記ナノファイバーは、その繊維長が0.3〜5mmで、且つ繊維径に対する繊維長の比が500〜10000である平ベルト。 - 請求項1又は2に記載された平ベルトにおいて、
前記ナノファイバーがポリエチレンテレフタレート繊維のナノファイバーである平ベルト。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
前記ゴム組成物におけるナノファイバーの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して1〜20質量部である平ベルト。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
前記ゴム組成物におけるナノファイバーの体積分率が1〜15体積%である平ベルト。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
前記ゴム組成物には、繊維径が10μm以上の有機短繊維が含まれていない平ベルト。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
前記ゴム組成物には補強剤が配合されており、その含有量が前記ゴム成分100質量部に対して30〜80質量部である平ベルト。 - ベルト内周面を構成する部分がゴム組成物で形成され、前記ゴム組成物に、繊維径が300〜1000nmの有機繊維のナノファイバーが含まれている平ベルトの製造方法であって、
ゴム成分、及び熱可塑性樹脂の海と繊維径が300〜1000nmの有機繊維のナノファイバーの収束体の多数の島との海島構造を有する複合材料を、前記複合材料の熱可塑性樹脂の融点又は軟化温度以上の温度下で混練することにより、前記ベルト内周面を構成する部分を形成するための未架橋ゴム組成物を作製するゴム組成物作製ステップを含む平ベルトの製造方法。 - 請求項8に記載された平ベルトの製造方法において、
前記複合材料は、前記熱可塑性樹脂の海ポリマー中に前記ナノファイバーが互いに独立し且つ並列して島状に存在したコンジュゲート繊維をロッド状に切断したものである平ベルトの製造方法。 - 請求項8又は9に記載された平ベルトの製造方法において、
前記ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーであり、且つ前記複合材料の熱可塑性樹脂がポリエチレン樹脂である平ベルトの製造方法。
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