JP6271823B1 - ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルト - Google Patents

Abstract

ゴム組成物は、クロロプレンゴム又はエチレン−α−オレフィンエラストマーを主体とするゴム成分に、セルロースナノファイバ及びカーボンブラックが分散している。セルロースナノファイバの含有量はゴム成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下であり、且つカーボンブラックの含有量はゴム成分１００質量部に対して５質量部以上６０質量部以下である。

Description

本発明は、ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルトに関する。

セルロースナノファイバは、化学的に安定で且つ物理的に強固な材料として注目を集めている。特許文献１には、クロロプレンゴム等のゴム成分にセルロースナノファイバが分散して含有されたゴム組成物でタイヤを形成することが開示されている。

特開２０１４−０８８５０３号公報

本発明は、クロロプレンゴム又はエチレン−α−オレフィンエラストマーを主体とするゴム成分に、セルロースナノファイバ及びカーボンブラックが分散した伝動ベルト用のゴム組成物であって、前記セルロースナノファイバがＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバを含み、前記セルロースナノファイバの含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下であり、且つ前記カーボンブラックの含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して５質量部以上４０質量部以下である。

本発明は、ベルト本体の少なくとも一部が本発明のゴム組成物で形成された伝動ベルトである。

シングルコグドＶベルトの一片の斜視図である。 ダブルコグドＶベルトの一片の斜視図である。 耐クラック性評価用ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。 耐摩耗性評価用ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

実施形態に係るゴム組成物は、クロロプレンゴム（以下、「ＣＲ」という。）又はエチレン−α−オレフィンエラストマーを主体とするゴム成分に、セルロースナノファイバ（以下、「ＣＮＦ」という。）及びカーボンブラック（以下、「ＣＢ」という。）が分散した未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されてゴム成分が架橋したものである。そして、ＣＮＦの含有量がゴム成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下であり、且つＣＢの含有量がゴム成分１００質量部に対して５質量部以上６０質量部以下である。

このような実施形態に係るゴム組成物によれば、ＣＲ又はエチレン−α−オレフィンエラストマーを主体とするゴム成分に、ＣＮＦ及びＣＢが分散し、ＣＮＦの含有量がゴム成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下であり、且つＣＢの含有量がゴム成分１００質量部に対して５質量部以上６０質量部以下であることにより、動的使用において、貯蔵たて弾性係数の温度依存性が小さく、そのため温度変化に伴う変形の大きさの差が小さく、損失正接が小さく、そのため発熱を抑制することができ、しかも優れた耐摩耗性を得ることができる。

ここで、ゴム成分は、ＣＲ又はエチレン−α−オレフィンエラストマーを主体とする。ゴム成分におけるＣＲ又はエチレン−α−オレフィンエラストマーの含有量は５０質量％よりも多く、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。なお、ゴム成分は、主体がＣＲの場合、それ以外にエチレン−α−オレフィンエラストマー、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）やスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を含んでいてもよい。また、ゴム成分は、主体がエチレン−α−オレフィンエラストマーの場合、それ以外にＣＲ、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）やスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を含んでいてもよい。

ＣＲとしては、例えば、Ｇタイプの硫黄変性ＣＲ、Ｗタイプのメルカプタン変性ＣＲ、Ａタイプの高結晶ＣＲ、低粘度ＣＲ、カルボキシル化ＣＲ等が挙げられる。ゴム成分の主体がＣＲの場合、ゴム成分のＣＲは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、硫黄変性ＣＲを含むことがより好ましく、硫黄変性ＣＲを主体として含むことが更に好ましく、硫黄変性ＣＲのみで構成されることがより更に好ましい。ゴム成分は、同様の観点から、硫黄変性ＣＲのみで構成されることがより一層好ましい。

エチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、例えば、エチレン・プロピレンコポリマー（ＥＰＲ）、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー（以下、「ＥＰＤＭ」という。）、エチレン・オクテンコポリマー、エチレン・ブテンコポリマー等が挙げられる。ゴム成分の主体がエチレン−α−オレフィンエラストマーの場合、ゴム成分のエチレン−α−オレフィンエラストマーは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、ＥＰＤＭを含むことがより好ましく、ＥＰＤＭを主体として含むことが更に好ましい。

ゴム成分の主体がエチレン−α−オレフィンエラストマーの場合、そのエチレン含量は、好ましくは４５質量％以上６０質量％以下、より好ましくは５０質量％以上５５質量％以下である。ゴム成分の主体がＥＰＤＭの場合、そのジエン成分としては、例えば、エチリデンノボルネン（ＥＮＢ）、ジシクロペンタジエン、１，４−ヘキサジエン等が挙げられる。ジエン成分は、これらのうちのエチリデンノボルネンが好ましい。ゴム成分がＥＰＤＭであり且つそのジエン成分がエチリデンノボルネンである場合には、そのＥＮＢ含量は、好ましくは５．０質量％以上１０質量％以下、より好ましくは７．０質量％以上９．０質量％以下である。

ＣＮＦは、植物繊維を細かくほぐすことで得られる植物細胞壁の骨格成分で構成されている。ＣＮＦの原料パルプとしては、例えば、木材、竹、稲（稲わら）、じゃがいも、サトウキビ（バガス）、水草、海藻等のパルプが挙げられる。これらのうち木材パルプが好ましい。

ＣＮＦとしては、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ及び機械解繊ＣＮＦが挙げられる。ＣＮＦは、これらのうちの１種又は２種を含むことが好ましく、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦを含むことが好ましく、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦを主体として含むことが好ましく、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦのみで構成されることが更に好ましい。

ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦは、原料パルプに含まれるセルロースにＮ−オキシル化合物を触媒として共酸化剤を作用させることにより、セルロース分子中のＣ６位の水酸基を選択的にカルボキシル基に酸化し、それを機械的に微細化して得られるＣＮＦである。Ｎ−オキシル化合物としては、例えば、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（ＴＥＭＰＯ）のフリーラジカルや４−アセトアミド−ＴＥＭＰＯ等が挙げられる。共酸化剤としては、例えば、次亜ハロゲン酸及びその塩、亜ハロゲン酸及びその塩、過ハロゲン酸及びその塩、過酸化水素、並びに過有機酸等が挙げられる。機械解繊ＣＮＦは、原料パルプを、例えば、二軸混練機などの混練機、高圧ホモジナイザー、グラインダー、ビーズミル等の解繊装置により粉砕して得られるＣＮＦである。

ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの繊維径は例えば１ｎｍ以上１０ｎｍであり、また、その分布が狭い。一方、機械解繊ＣＮＦの繊維径は数十ｎｍ乃至数百ｎｍであり、その分布が広い。従って、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ及び機械解砕ＣＮＦは、このような繊維径の大きさ及びその分布により明確に区別することができる。

ＣＮＦは、疎水化処理された疎水化ＣＮＦを含んでいてもよい。疎水化ＣＮＦとしては、セルロースの水酸基の一部又は全部が疎水性基に置換されたＣＮＦ、及び表面処理剤によって疎水化表面処理されたＣＮＦが挙げられる。セルロースの水酸基の一部又は全部が疎水性基に置換されたＣＮＦを得るための疎水化としては、例えば、アミン化、エステル化、アルキル化、トシル化、エポキシ化、アリール化等が挙げられる。これらのうちアミン化が好ましい。具体的には、アミン化された疎水化ＣＮＦは、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦのカルボキシル基がアミン化されたＣＮＦである。表面処理剤によって疎水化表面処理されたＣＮＦを得るための表面処理剤としては、例えば、シランカップリング剤等が挙げられる。

実施形態に係るゴム組成物におけるＣＮＦの含有量（Ａ）は、ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下であり、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、好ましくは３質量部以上１５質量部以下、より好ましくは５質量部以上１０質量部以下である。

ＣＢとしては、例えば、チャネルブラック；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、Ｎ−３３９、ＨＡＦ、Ｎ−３５１、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＥＣＦ、Ｎ−２３４などのファーネスブラック；ＦＴ、ＭＴなどのサーマルブラック；アセチレンブラック等が挙げられる。ＣＢは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、ＦＥＦを含むことがより好ましく、ＦＥＦを主体として含むことが更に好ましく、ＦＥＦのみで構成されることがより更に好ましい。

実施形態に係るゴム組成物におけるＣＢの含有量（Ｂ）はゴム成分１００質量部に対して５質量部以上６０質量部以下であり、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、好ましくは１０質量部以上４０質量部以下、より好ましくは１０質量部以上３０質量部以下である。実施形態に係るゴム組成物におけるＣＮＦの含有量（Ａ）とＣＢの含有量（Ｂ）との和（Ａ＋Ｂ）は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１５質量部以上７０質量部以下、より好ましくは６０質量部以下、更に好ましくは４０質量部以下である。

実施形態に係るゴム組成物におけるＣＮＦの含有量（Ａ）のＣＢの含有量（Ｂ）に対する比（Ａ／Ｂ）は、好ましくは０．０５０以上２．０以下、より好ましくは１．０以下、更に好ましくは０．５以下である。実施形態に係るゴム組成物におけるゴム成分１００質量部に対するＣＮＦの含有量（Ａ）は、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、ＣＢの含有量（Ｂ）よりも少ないことが好ましい。

実施形態に係るゴム組成物は、短繊維が分散して含有されていてもよい。短繊維としては、例えば、パラ系アラミド短繊維、メタ系アラミド短繊維、ナイロン６短繊維、ナイロン６，６短繊維、ナイロン４，６短繊維、ポリエチレンテレフタレート短繊維、ポリエチレンナフタレート短繊維等が挙げられる。短繊維は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、パラ系アラミド短繊維を含むことがより好ましく、パラ系アラミド短繊維を主体として含むことが好ましく、パラ系アラミド短繊維のみで構成されることがより更に好ましい。

パラ系アラミド短繊維としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維（例えば、デュポン社製のケブラー、帝人社製のトワロン）及びコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維（例えば帝人社製のテクノーラ）が挙げられる。パラ系アラミド短繊維は、これらのうちの１種又は２種を含むことが好ましく、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維を含むことがより好ましく、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維を主体として含むことが更に好ましく、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維のみで構成されることがより更に好ましい。

短繊維の繊維長は、好ましくは０．５．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、より好ましくは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。短繊維の繊維径は、好ましくは５．０μｍ以上７０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。

実施形態に係るゴム組成物における短繊維の含有量（Ｃ）は、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３質量部以上２５質量部以下、より好ましくは５質量部以上２０質量部以下である。実施形態に係るゴム組成物におけるＣＮＦの含有量（Ａ）と短繊維の含有量（Ｃ）との和（Ａ＋Ｃ）は、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１５質量部以上４０質量部以下、より好ましくは２５質量部以下である。実施形態に係るゴム組成物におけるＣＮＦの含有量（Ａ）とＣＢの含有量（Ｂ）と短繊維の含有量（Ｃ）との和（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）は、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３０質量部以上９０質量部以下、より好ましくは６０質量部以下、更に好ましくは４０質量部以下である。

実施形態に係るゴム組成物におけるＣＮＦの含有量（Ａ）の短繊維の含有量（Ｃ）に対する比（Ａ／Ｃ）は、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、好ましくは０．０５０以上１．３以下、より好ましくは０．４０以下である。実施形態に係るゴム組成物におけるゴム成分１００質量部に対するＣＮＦの含有量（Ａ）は、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さくすると共に発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、短繊維の含有量（Ｃ）よりも少ないことが好ましい。

実施形態に係るゴム組成物を形成する未架橋ゴム組成物には、ＣＲ又はエチレン−α−オレフィンエラストマーの架橋剤が配合されている。ＣＲの架橋剤としては、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物が挙げられる。架橋剤は、酸化亜鉛及び酸化マグネシウムを併用することが好ましい。酸化亜鉛の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３質量部以上７質量部以下、より好ましくは４質量部以上６質量部以下である。酸化マグネシウムの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３質量部以上７質量部以下、より好ましくは４質量部以上６質量部以下である。エチレン−α−オレフィンエラストマーの架橋剤としては、例えば、有機過酸化物及び硫黄が挙げられる。架橋剤は、有機過酸化物を用いてもよく、また、硫黄を用いてもよく、さらには、それらを併用してもよい。有機過酸化物又は硫黄の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１質量部以上５質量部以下である。

実施形態に係るゴム組成物は、その他に、可塑剤、加工助剤、加硫促進助剤、加硫促進剤等のゴム配合剤を含有していてもよい。

実施形態に係るゴム組成物におけるＪＩＳＫ６２５３：２０１２に基づいてタイプＡデュロメータを用いて測定されるゴム硬さは、好ましくはＡ８０以上Ａ９５以下である。

実施形態に係るゴム組成物におけるＪＩＳＫ６２５１：２０１０に基づいて測定される列理方向の引張強さは、好ましくは２０．０ＭＰａ以上３５．０ＭＰａ以下、より好ましくは２５．０ＭＰａ以上３０．０ＭＰａ以下である。実施形態に係るゴム組成物におけるＪＩＳＫ６２５１：２０１０に基づいて測定される列理方向の切断時伸びは、好ましくは１０％以上４０％以下、より好ましくは１５％以上３０％以下である。

実施形態に係るゴム組成物におけるＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて、動歪１．０％及び周波数１０Ｈｚとして測定される２５℃での反列理方向の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）は、好ましくは１０．０ＭＰａ以上７０．０ＭＰａ以下、より好ましくは１５．０ＭＰａ以上４０．０ＭＰａ以下である。１００℃での反列理方向の貯蔵たて弾性係数は、好ましくは１０．０ＭＰａ以上５５．０ＭＰａ以下、より好ましくは１３．０ＭＰａ以上２５．０ＭＰａ以下である。２５℃での反列理方向の貯蔵たて弾性係数に対する１００℃での反列理方向の貯蔵たて弾性係数の比は、好ましくは０．７０以上、より好ましくは０．８０以上、更に好ましくは０．９０以上である。

実施形態に係るゴム組成物におけるＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて、動歪１．０％及び周波数１０Ｈｚとして測定される２５℃での反列理方向の損失正接（ｔａｎδ）は、好ましくは０．１７以下、より好ましくは０．１０以下である。１００℃での反列理方向の損失正接は、好ましくは０．１３以下、より好ましくは０．０８０以下である。

以上の構成の実施形態に係るゴム組成物は、ＣＲをゴム成分の主体とする場合、ＣＲラテックスにＣＮＦを混合し、溶媒を除去することによりＣＲにＣＮＦが分散したマスターバッチを作製し、そのマスターバッチに、或いは、そのマスターバッチにＣＲ等のゴム成分を混練して希釈したものに、ＣＢを含むゴム配合剤を配合して混練することにより未架橋ゴム組成物を得て、その未架橋ゴム組成物を加熱及び加圧してゴム成分を架橋させることにより得ることができる。また、エチレン−α−オレフィンエラストマーをゴム成分の主体とする場合には、疎水性ＣＮＦをトルエン等の溶剤に分散させた分散液と、エチレン−α−オレフィンエラストマーをトルエン等の溶剤に溶解させた溶液とを混合し、溶剤を除去することによりエチレン−α−オレフィンエラストマーにＣＮＦが分散したマスターバッチを作製し、そのマスターバッチを用いればよい。

実施形態に係るゴム組成物は、動的使用における温度変化に伴う変形の大きさの差を小さいと共に発熱を抑制するができることから、伝動ベルト、特には変速ベルトのベルト本体の少なくとも一部を形成する材料として好適に用いることができる。

図１Ａは、伝動ベルトの一例のシングルコグドＶベルトＢ１を示す。このシングルコグドＶベルトＢ１は、例えば小型スクーターや農業機械の変速ベルトとして用いられる。

シングルコグドＶベルトＢ１は、ベルト内周側の圧縮ゴム層１１、ベルト外周側の伸張ゴム層１２、及びそれらの間の接着ゴム層１３が積層されて一体となって構成された断面形状が台形のゴム製のベルト本体１０を有する。接着ゴム層１３の厚さ方向の中間部には、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように配された心線１４が埋設されている。ベルト内周面を構成する圧縮ゴム層１１の表面には内側補強布１５が貼設されており、また、ベルト外周面を構成する伸張ゴム層１２の表面には外側補強布１６が貼設されている。そして、ベルト内周側にはベルト長さ方向に一定ピッチで内側コグ１７が配設されている一方、ベルト外周側は平坦なベルト背面が構成されている。

図１Ｂは、伝動ベルトの他の一例のダブルコグドＶベルトＢ２を示す。このダブルコグドＶベルトＢ２は、例えば大型バギーや大型スクーターの変速ベルトとして用いられる。

ダブルコグドＶベルトＢ２は、シングルコグドＶベルトＢ１と同様、圧縮ゴム層１１、伸張ゴム層１２、及び接着ゴム層１３で構成されたベルト本体１０、接着ゴム層１３に埋設された心線１４、並びにベルト内周面に貼設された内側補強布１５及びベルト外周面に貼設された外側補強布１６を有する。そして、ベルト内周側及びベルト外周側には、ベルト長さ方向に一定ピッチでそれぞれ内側コグ１７及び外側コグ１８が配設されている。

これらのシングルコグドＶベルトＢ１及びダブルコグドベルトＢ２において、ベルト本体１０の少なくとも一部、特に圧縮ゴム層１１が実施形態に係るゴム組成物で形成されていることが好ましい。

変速用途に用いられるシングルコグドＶベルトＢ１及びダブルコグドベルトＢ２では、プーリへの巻き掛かり径が変動しつつ激しく屈曲される。このとき、屈曲による発熱が生じるが、昇温に伴ってベルトの変形が大きくなると、安定した変速動作を維持することが困難であり、また、発熱自体が大きいと、それがエネルギーロスとなるため、動力伝達効率の低下を招くことになる。しかしながら、実施形態に係るゴム組成物を用いたシングルコグドＶベルトＢ１及びダブルコグドベルトＢ２では、屈曲のような動的使用において、温度変化に伴う変形の大きさの差が小さいので、安定した変速動作を維持することができ、且つ発熱が抑制されるので、動力伝達効率の低下を小さく抑えることができる。また、シングルコグドＶベルトＢ１及びダブルコグドベルトＢ２のような摩擦伝動ベルトでは高い耐摩耗性が求められるが、実施形態に係るゴム組成物を用いれば、優れた耐摩耗性をも得ることができる。

なお、上記実施形態では、ベルト本体の少なくとも一部が実施形態に係るゴム組成物で形成された伝動ベルトとして、シングルコグドＶベルトＢ１及びダブルコグドベルトＢ２を示したが、特にこれに限定されるものではなく、平ベルト、Ｖベルト、Ｖリブドベルト、歯付ベルト等であってもよい。また、実施形態に係るゴム組成物は、伝動ベルトに限定されず、例えばタイヤやホース等のゴム製品にも用いることができる。

（ゴム組成物）
実施例１〜１５及び比較例１〜３のゴム組成物を作製した。それらの構成については表１Ａ及びＢにも示す。

＜実施例１＞
硫黄変性ＣＲラテックス（東ソー社製）に、その中のゴム成分の硫黄変性ＣＲ１００質量部に対してＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ（繊維径３ｎｍ乃至４ｎｍ）１０質量部を混合し、溶媒を除去することにより硫黄変性ＣＲにＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦが分散したマスターバッチを作製した。そして、このマスターバッチに、ゴム成分の硫黄変性ＣＲ１００質量部に対して、ＦＥＦ（シーストＳＯ 東海カーボン社製）２２質量部、パラ系アラミド短繊維（テクノーラ 帝人社製、繊維長３．０ｍｍ及び繊維径約１２μｍ）１６質量部、可塑剤５質量部、ステアリン酸１質量部、酸化亜鉛５質量部、及び酸化マグネシウム５質量部を配合して混練することにより未架橋ゴム組成物を得て、その未架橋ゴム組成物を加熱及び加圧してゴム成分を架橋させたゴム組成物を実施例１とした。

＜実施例２＞
ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの配合量をゴム成分１００質量部に対して１質量部としたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例２とした。

＜実施例３＞
ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの配合量をゴム成分１００質量部に対して５質量部としたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例３とした。

＜実施例４＞
ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの配合量をゴム成分１００質量部に対して２０質量部としたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例４とした。

＜実施例５＞
硫黄変性ＣＲラテックスに代えてメルカプタン変性ＣＲラテックス（Ｂ−３０ 東ソー社製）を用いたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例５とした。

＜実施例６＞
ＦＥＦの配合量をゴム成分１００質量部に対して５質量部としたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例６とした。

＜実施例７＞
ＦＥＦの配合量をゴム成分１００質量部に対して１０質量部としたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例７とした。

＜実施例８＞
ＦＥＦの配合量をゴム成分１００質量部に対して４０質量部としたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例８とした。

＜実施例９＞
ＦＥＦの配合量をゴム成分１００質量部に対して６０質量部としたことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例９とした。

＜実施例１０＞
ＦＥＦに代えてＩＳＡＦ（シースト６００ 東海カーボン社製）を配合したことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例１０とした。

＜実施例１１＞
ＦＥＦに代えてＳＲＦ（シースト９ 東海カーボン社製）を配合したことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例１１とした。

＜実施例１２＞
ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦに代えて機械解繊ＣＮＦ（繊維径数十〜数百ｎｍ）を配合したことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を実施例１２とした。

＜実施例１３＞
−ＴＥＭＰＯ触媒酸化−ソフトブリーチクラフトパルプを塩酸及びイオン交換水で十分に洗浄した後、イオン交換水と混合し、それに２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシルラジカル（ＴＥＭＰＯ）及びＮａＢｒを添加して撹拌した。次いで、そのパルプ混合液に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を加え、ｐＨ調整して撹拌を継続した。そして、得られたパルプ混合液を濾過し、濾物をイオン交換水で十分に洗浄した。このＴＥＭＰＯ触媒酸化処理により、パルプに含まれるセルロース分子中のＣ６位の水酸基を選択的にカルボキシル基に酸化した。

−プロトン化−得られたＴＥＭＰＯ触媒酸化したパルプをイオン交換水と混合して撹拌した。次いで、そのパルプ混合液に塩酸を滴下した。そして、得られたパルプ混合液を濾過し、濾物をイオン交換水で十分に洗浄した。このプロトン化処理により、ＴＥＭＰＯ触媒酸化により導入したカルボキシル基をプロトン化した。

−アミン化−得られたプロトン化したパルプをイオン交換水と混合して撹拌した。次いで、そのパルプ混合液にヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を滴下した。そして、得られたパルプ混合液を濾過し、濾物をイオン交換水で十分に洗浄した後に乾燥させた。このアミン化処理により、ＴＥＭＰＯ触媒酸化により導入し且つプロトン化処理によりプロトン化したカルボキシル基をヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシドで中和して塩を形成し、つまり、第４級アンモニウム化合物のヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシドによりアミン化した。

−解繊−乾燥させたパルプをトルエンに添加してビーズミルで分散させた後、ジェットミル（常光社製）を用いて、得られた分散液に含まれるパルプを解繊させた。この解繊処理により、第４級アンモニウム化合物のヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシドでアミン化された疎水化ＣＮＦ（繊維径３ｎｍ乃至４ｎｍ）がトルエンに分散した分散液を調製した。

この得られた疎水性ＣＮＦをトルエンに分散させた分散液と、ＥＰＤＭ（ＥＰ３３ ＪＳＲ社製、エチレン含量：５２質量％、ＥＮＢ含量：８．１質量％）のトルエン溶液とを、ゴム成分のＥＰＤＭ１００質量部に対する疎水化ＣＮＦの含有量が５質量部となるように混合し、トルエンを除去することによりＥＰＤＭに疎水化ＣＮＦが分散したマスターバッチを作製した。そして、このマスターバッチに、ゴム成分のＥＰＤＭ１００質量部に対して、ＦＥＦ５０質量部、パラ系アラミド短繊維１６質量部、可塑剤５質量部、ステアリン酸１質量部、酸化亜鉛５質量部、共架橋剤（精工化学社製 ハイクロスＭ）１０質量部、有機過酸化物架橋剤（パークミルＤ 日本油脂社製）６質量部を配合して混練することにより未架橋ゴム組成物を得て、その未架橋ゴム組成物を加熱及び加圧してゴム成分を架橋させたゴム組成物を実施例１３とした。

＜実施例１４＞
疎水化ＣＮＦの配合量及びＦＥＦの配合量を、それぞれゴム成分１００質量部に対して１０質量部及び３５質量部としたことを除いて実施例１３と同一構成のゴム組成物を実施例１４とした。

＜実施例１５＞
疎水化ＣＮＦの配合量及びＦＥＦの配合量を、それぞれゴム成分１００質量部に対して２０質量部及び１５質量部としたことを除いて実施例１３と同一構成のゴム組成物を実施例１５とした。

＜比較例１＞
硫黄変性ＣＲラテックスに代えて水素化ニトリルゴムラテックス（ＺＬＸ−Ｂ 日本ゼオン社製）を用いると共に、有機過酸化物架橋剤をゴム成分１００質量部に対して３質量部配合したことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を比較例１とした。

＜比較例２＞
硫黄変性ＣＲラテックスに代えてスチレンブタジエンゴムラテックス（Ｊ−９０４９ ＪＳＲ社製）を用いると共に、有機過酸化物架橋剤をゴム成分１００質量部に対して０．３質量部配合したことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を比較例２とした。

＜比較例３＞
ＦＥＦを配合していないことを除いて実施例１と同一構成のゴム組成物を比較例３とした。

（試験方法）
＜ゴム硬さ＞
実施例１〜１５及び比較例１〜３のそれぞれについて、ＪＩＳＫ６２５３：２０１２に基づいて、タイプＡデュロメータを用いてゴム硬さを測定した。

＜引張特性＞
実施例１〜１５及び比較例１〜３のそれぞれについて、ＪＩＳＫ６２５１：２０１０に基づいて、列理方向の引張強さ及び切断時伸びを測定した。

＜粘弾性特性＞
実施例１〜１５及び比較例１〜３のそれぞれについて、ＪＩＳＫ６３９４：２００７に基づいて、２５℃及び１００℃における反列理方向の貯蔵たて弾性係数（Ｅ’）及び損失正接（ｔａｎδ）を測定した。測定条件は、動歪１．０％及び周波数１０Ｈｚとした。また、２５℃における貯蔵たて弾性係数に対する１００℃における貯蔵たて弾性係数の比を算出した。

＜ベルト特性＞
実施例１〜１５及び比較例１〜３のそれぞれを反列理方向がベルト長さ方向となるようにベルト本体の圧縮ゴム層を形成するゴム組成物として用いた図１Ａに示すのと同様の構成のシングルコグドＶベルトＢ１を作製した。

−耐クラック性−
図２は、耐クラック性評価用のベルト走行試験機２０を示す。

このベルト走行試験機２０は、プーリ径φ４０ｍｍの駆動プーリ２１とその右側方に設けられたプーリ径４０ｍｍの従動プーリ２２とを備える。従動プーリ２２は、軸荷重（デッドウェイトＤＷ）を負荷できるように左右に可動に設けられている。

実施例１〜１５及び比較例１〜３のそれぞれを用いたシングルコグドＶベルトＢ１について、ベルト走行試験機２０の駆動プーリ２１及び従動プーリ２２間に巻き掛けると共に、従動プーリ２２に対して右側方に６００Ｎの軸荷重を負荷してベルト張力を与え、１００℃の雰囲気温度下において駆動プーリ２１を３０００ｒｐｍの回転数で回転させてベルト走行させた。そして、定期的にベルト走行を停止してクラックの発生の有無を目視確認した。クラックの発生が確認されるまでのベルト走行時間を耐クラック寿命とした。なお、ベルト走行時間の最長を２４０時間とした。

−耐摩耗性・ベルト温度―
図３は、耐摩耗性評価用のベルト走行試験機３０を示す。

このベルト走行試験機３０は、プーリ径φ６０ｍｍの駆動プーリ３１とその左側方に設けられたプーリ径１００ｍｍの従動プーリ３２とを備える。従動プーリ３２は、軸荷重（デッドウェイトＤＷ）を負荷できるように左右に可動に設けられている。

実施例１〜１５及び比較例１〜３のそれぞれを用いたシングルコグドＶベルトＢ１について、ベルト質量を測定した後、ベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１及び従動プーリ３２間に巻き掛けると共に、従動プーリ３２に対して左側方に７００Ｎの軸荷重を負荷してベルト張力を与え、且つ従動プーリ３２に１０Ｎ・ｍの回転負荷を与え、５０℃の雰囲気温度下において駆動プーリ３１を４２００ｒｐｍの回転数で回転させて２００時間ベルト走行させた。そして、非接触型温度計を用いてベルト走行時のベルト背面の最高温度をベルト温度として記録した。また、ベルト走行後に再びベルト質量を測定した。ベルト走行前のベルト質量からベルト走行後のベルト質量を減じ、それをベルト走行前のベルト質量で除した百分率をベルト摩耗率として算出し、実施例１のベルト摩耗率を１００として摩耗指数を算出した。

（試験結果）
表２Ａ及びＢは試験結果を示す。

表２Ａ及びＢによれば、ＣＲ又はＥＰＤＭに所定量のＣＮＦ及びＦＥＦを配合した実施例１〜１５では、反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数に対する１００℃における貯蔵たて弾性係数の比が０．７５以上と高いので、貯蔵たて弾性係数の温度依存性が小さく、従って、温度変化に伴う変形の大きさの差が小さいことが予想され、且つ２５℃の損失正接が０．１６以下並びに１００℃の損失正接が０．１３以下と低く、従って、動的使用における発熱が小さいことが予想される。また、ベルト特性では、耐クラック寿命が８６．４時間以上と長く且つ実施例６、７、及び１１〜１５を除いて摩耗指数が１００以下と低いことが分かる。更に、ベルト走行時のベルト温度が１００℃以下と低く、従って、発熱が小さいことが分かる。

一方、ゴム成分を水素化ニトリルゴムとした比較例１及びゴム成分をスチレンブタジエンゴムとした比較例２では、反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数に対する１００℃における貯蔵たて弾性係数の比がいずれも０．６０と低いので、貯蔵たて弾性係数の温度依存性が大きく、従って、温度変化に伴う変形の大きさの差が大きいことが予想され、且つ２５℃の損失正接がいずれも０．１８並びに１００℃の損失正接がそれぞれ０．１４及び０．１５と高く、従って、動的使用における発熱が大きいことが予想される。また、ベルト特性では、耐クラック寿命がそれぞれ４２時間及び３１時間と短く且つ摩耗指数が１０３及び１９５と高いことが分かる。更に、ベルト走行時のベルト温度がそれぞれ１０２℃及び１０４℃と高い、従って、発熱が大きいことが分かる。

ＦＥＦを配合していない比較例３では、反列理方向の２５℃における貯蔵たて弾性係数に対する１００℃における貯蔵たて弾性係数の比が０．７１と実施例１〜１５に比べるとやや低い程度であり、また、２５℃及び１００℃の損失正接がそれぞれ０．０６９及び０．０４９と低く、従って、動的使用における発熱が小さいことが予想され、更に、ベルト特性については、耐クラック寿命が８２．４時間と実施例１〜１５よりもやや短い程度であり、また、ベルト走行時のベルト温度が８４℃と実施例１〜１５と同等レベルであることが分かる。しかしながら、摩耗指数が２０５と著しく高いことが分かる。

本発明は、ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルトの技術分野について有用である。

Ｂ１ シングルコグドＶベルト
Ｂ２ ダブルコグドＶベルト
１０ ベルト本体
１１ 圧縮ゴム層
１２ 伸張ゴム層
１３ 接着ゴム層
１４ 心線
１５ 内側補強布
１６ 外側補強布
１７ 内側コグ
１８ 外側コグ
２０，３０ ベルト走行試験機
２１，３１ 駆動プーリ
２２，３２ 従動プーリ

Claims (14)

1. クロロプレンゴム又はエチレン−α−オレフィンエラストマーを主体とするゴム成分に、セルロースナノファイバ及びカーボンブラックが分散した伝動ベルト用のゴム組成物であって、
   前記セルロースナノファイバがＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバを含み、
   前記セルロースナノファイバの含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下であり、且つ前記カーボンブラックの含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して５質量部以上４０質量部以下であるゴム組成物。
2. 請求項１に記載されたゴム組成物において、
   前記ゴム成分の主体が硫黄変性クロロプレンゴムであるゴム組成物。
3. 請求項１に記載されたゴム組成物において、
   前記ゴム成分の主体がエチレン・プロピレン・ジエンターポリマーであるゴム組成物。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたゴム組成物において、
   前記カーボンブラックがＦＥＦを含むゴム組成物。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載されたゴム組成物において、
   前記セルロースナノファイバの含有量と前記カーボンブラックの含有量との和が、前記ゴム成分１００質量部に対して１５質量部以上７０質量部以下であるゴム組成物。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載されたゴム組成物において、
   前記セルロースナノファイバの含有量の前記カーボンブラックの含有量に対する比が０．０５０以上２．０以下であるゴム組成物。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載されたゴム組成物において、
   前記セルロースナノファイバの含有量が前記カーボンブラックの含有量よりも少ないゴム組成物。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載されたゴム組成物において、
   短繊維が更に分散して含有されたゴム組成物。
9. 請求項８に記載されたゴム組成物において、
   前記短繊維がパラ系アラミド短繊維を含むゴム組成物。
10. 請求項８又は９に記載されたゴム組成物において、
    前記セルロースナノファイバの含有量と前記短繊維の含有量との和が、前記ゴム成分１００質量部に対して１５質量部以上４０質量部以下であるゴム組成物。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記セルロースナノファイバの含有量と前記カーボンブラックの含有量と前記短繊維の含有量との和が、前記ゴム成分１００質量部に対して３０質量部以上９０質量部以下であるゴム組成物。
12. 請求項８乃至１１のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記セルロースナノファイバの含有量の前記短繊維の含有量に対する比が０．０５０以上１．３以下であるゴム組成物。
13. 請求項８乃至１２のいずれかに記載されたゴム組成物において、
    前記セルロースナノファイバの含有量が前記短繊維の含有量よりも少ないゴム組成物。
14. ベルト本体の少なくとも一部が請求項１乃至１３のいずれかに記載されたゴム組成物で形成された伝動ベルト。

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