JP6958835B2 - ゴム組成物、内周カバーゴム、コンベアベルト及びベルトコンベア - Google Patents
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Description
該ベルトコンベアに装着するベルト(コンベアベルト)は、通常、中に補強材としての芯体を有し、該芯体の上側(コンベアベルトに使用した場合に外周となる面。)のカバーゴム(以下、「外周カバーゴム」と称する。)と内周(コンベアベルトに使用した場合の裏面。下側。)のカバーゴム(以下、「内周カバーゴム」と称する。)で挟んでなる。かかる外周カバーゴムとその裏面に位置する内周カバーゴムでは要求される物性が異なり、内周カバーゴムでは、耐久性の他、省エネルギー性が求められる。省エネルギー性に優れた内周カバーゴムを用いることにより、コンベアベルトと多数のローラとの接触によるエネルギーの損失を減らして(すなわち低ロス化して)電力消費量を低減することができる。
また、特許文献2には、省電力性(すなわち、省エネルギー性)と耐屈曲疲労性に優れるゴム組成物として、天然ゴムとブタジエンゴムとを含むジエン系ゴムと、カーボンブラック1とカーボンブラック2とを含有し、前記天然ゴムの量が前記ジエン系ゴム中の40〜90質量%でありる、前記ブタジエンゴムの量が前記ジエン系ゴム中の60〜10質量%であり、前記カーボンブラック1の窒素吸着比表面積が60〜100m2/gであり、前記カーボンブラック1のジブチルフタレート吸油量が120cm3/100g以下であり、前記カーボンブラック2の窒素吸着比表面積が20〜40m2/gであり、前記カーボンブラック2のジブチルフタレート吸油量が70〜95cm3/100g以下であり、前記カーボンブラック1と前記カーボンブラック2との合計量が、前記ジエン系ゴム100質量部に対して、25〜50質量部である、ゴム組成物が開示されている。
そこで、本発明の課題は、耐久性と、省エネルギー性と、圧延の寸法安定性の全てに優れたゴム組成物を提供すること、及び/又はこのゴム組成物を用いた内周カバーゴム、コンベアベルト及びベルトコンベアを提供することである。
[1] (A)ジエン系重合体、(B)窒素吸着比表面積が100m2/gを超え、かつジブチルフタレート吸油量が100〜140ml/100gであるカーボンブラック(b−1)と、窒素吸着比表面積が60m2/g未満であり、かつジブチルフタレート吸油量が110ml/100g以上であるカーボンブラック(b−2)と、を含有するカーボンブラック、(C)硫黄、及び、(D)加硫促進剤を含有し、(A)ジエン系重合体100質量部に対する前記カーボンブラック(b−1)及び前記カーボンブラック(b−2)の合計含有量が、25〜55質量部であり、(A)ジエン系重合体100質量部に対する(D)加硫促進剤の含有量が、1.5〜2.5質量部であり、(D)加硫促進剤に対する(C)硫黄の含有量が、質量比(硫黄/加硫促進剤)で0.4〜0.8である、ゴム組成物。
[2] (A)ジエン系重合体100質量部に対する(C)硫黄の含有量が1.0〜2.0質量部である、[1]に記載のゴム組成物。
[3] カーボンブラック(b−1)の窒素吸着比表面積が100m2/gを超え、かつ116m2/g以下(好ましくは106〜116m2/g)である、[1]又は[2]に記載のゴム組成物。
[4] カーボンブラック(b−1)のジブチルフタレート吸油量が100〜119ml/100g(好ましくは109〜119ml/100g)である、[1]〜[3]の何れかに記載のゴム組成物。
[5] カーボンブラック(b−1)とカーボンブラック(b−2)の含有量比が、質量比で、(b−1):(b−2)=10:90〜80:20(好ましくは20:80〜60:40、より好ましくは30:70〜50:50)である、[1]〜[4]の何れかに記載のゴム組成物。
[6] カーボンブラック(b−1)とカーボンブラック(b−2)の含有量比が、質量比で、(b−1):(b−2)=10:90〜65:35である、[1]〜[5]の何れかに記載のゴム組成物。
[7] (A)ジエン系重合体が、スチレン−ブタジエンゴムを実質的に含まない、[1]〜[6]の何れかに記載のゴム組成物。
[8] (A)ジエン系重合体が、天然ゴム及びイソプレンゴムから選ばれる1種以上と、ブタジエンゴムとからなり、(A)ジエン系重合体の全量に対する前記天然ゴム及びイソプレンゴムの合計含有量が15〜85質量%であり、(A)ジエン系重合体の全量に対する前記ブタジエンゴムの含有量が85〜15質量%である、[1]〜[7]の何れかに記載のゴム組成物。
[9] (A)ジエン系重合体の全量に対する前記天然ゴム及びイソプレンゴムの合計含有量が45〜85質量%(好ましくは51〜85質量%、より好ましくは55〜75質量%)であり、(A)ジエン系重合体の全量に対する前記ブタジエンゴムの含有量が55〜15質量%(好ましくは49〜15質量%、より好ましくは45〜25質量%)である、[8]に記載のゴム組成物。
[10](A)ジエン系重合体100質量部に対する(C)硫黄の含有量が、1.0〜1.5質量部であり、(A)ジエン系重合体100質量部に対する(D)加硫促進剤の含有量が、1.7〜2.5質量部であり、(D)加硫促進剤の含有量に対する(C)硫黄の含有量の質量比(硫黄/加硫促進剤)が、0.4〜0.6である、[1]〜[9]の何れかに記載のゴム組成物。
[11] コンベアベルトの内周カバーゴム用である、[1]〜[10]の何れかに記載のゴム組成物。
[12] [1]〜[11]の何れかに記載のゴム組成物から得られるコンベアベルトの内周カバーゴム。
[13] [12]の内周カバーゴムを用いたコンベアベルト。
[14] [13]のコンベアベルトを装着したベルトコンベア。
本発明のゴム組成物は、(A)ジエン系重合体、(B)窒素吸着比表面積が100m2/gを超え、かつジブチルフタレート吸油量が100〜140ml/100gであるカーボンブラック(b−1)と、窒素吸着比表面積が60m2/g未満であり、かつジブチルフタレート吸油量が110ml/100g以上であるカーボンブラック(b−2)と、を含有するカーボンブラック、(C)硫黄、及び、(D)加硫促進剤を含有し、(A)ジエン系重合体100質量部に対する、前記カーボンブラック(b−1)及び前記カーボンブラック(b−2)の合計含有量が、25〜55質量部であり、(A)ジエン系重合体100質量部に対する(D)加硫促進剤の含有量が、1.5〜2.5質量部であり、(D)加硫促進剤に対する(C)硫黄の含有量が、質量比(硫黄/加硫促進剤)で0.4〜0.8である、ゴム組成物である。このゴム組成物を用いて得られるコンベアベルトは、優れた耐久性と、省エネルギー性と、圧延の寸法安定性とを併せ持つ。
以下、本発明のゴム組成物の成分について、以下に説明する。
本発明のゴム組成物は、(A)ジエン系重合体(以下、「(A)成分」ともいう。)を含有する。
(A)成分のジエン系重合体としては、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、エチレン−プロピレンゴム(EPR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴムなどが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。本発明では、省エネルギー性と耐久性とを両立させる観点から、2種以上を併用することが好ましく、天然ゴム、イソプレンゴム及びブタジエンゴムから選択される少なくとも2種を併用することがより好ましく、天然ゴム及びイソプレンゴムから選択される少なくとも1つと、ブタジエンゴムとを併用することがさらに好ましく、天然ゴム又はイソプレンゴムと、ブタジエンゴムとを併用することが特に好ましい。
本発明における(A)成分が天然ゴム及び/又はイソプレンゴムとブタジエンゴムからなる場合には、(A)成分の全量に対する、天然ゴム及び/又はイソプレンゴムの合計含有量が15〜85質量%であり、ブタジエンゴムの含有量が85〜15質量%であることが好ましく、天然ゴム及び/又はイソプレンゴムの合計含有量が45〜85質量%であり、ブタジエンゴムの含有量が55〜15質量%からなることがより好ましく、天然ゴム及び/又はイソプレンゴムの合計含有量が51〜85質量%であり、ブタジエンゴムの含有量が49〜15質量%からなることが更に好ましく、天然ゴム及び/又はイソプレンゴムの合計含有量が55〜85質量%であり、ブタジエンゴムの含有量が45〜15質量%からなることが特に好ましく、天然ゴム及び/又はイソプレンゴムの合計含有量が55〜75質量%であり、ブタジエンゴムの含有量が45〜25質量%からなることが最も好ましい。
天然ゴム及び/又はイソプレンゴムが15質量%以上であると、天然ゴム及び/又はイソプレンゴムがゴム成分の海島構造の海になるため、破壊特性が良好となり、耐久性が向上する。一方、ブタジエンゴムが15質量%以上であることにより、省エネルギー性が向上する。
(B)成分のカーボンブラックとしては、省エネルギー性と圧延の寸法安定性とを両立させる観点から、窒素吸着比表面積100m2/gを超え、かつジブチルフタレート吸油量100〜140ml/100gのカーボンブラック(b−1)と、窒素吸着比表面積60m2/g未満で、かつジブチルフタレート吸油量110ml/100g以上のカーボンブラック(b−2)とを併用する。なお、ジブチルフタレート吸油量を、以下「DBP吸油量」ともいう。
(b−1)成分は、特に、粒径に対して表面積が大きいことから、粒径に対して表面積が小さいにカーボンブラックに比べ、加硫時にゴム成分とインターラクションしやすくなり、その結果、圧延による成形に際して寸法安定性が得られると推察する。
なお、本明細書において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積及びジブチルフタレート吸油量は、JIS K 6217(1997)に準じて測定した値である。
(b−1)成分と(b−2)成分との合計に対する(b−1)成分の含有比率を10質量%以上とすることで、圧延の寸法安定性を向上させることができる。
(b−1)成分と(b−2)成分との合計に対する(b−2)成分の含有比率を20質量%以上とすることで、省エネルギー性を向上させることができる。
(C)成分の硫黄としては、特に制限されないが、例えば、粉末硫黄、沈降性硫黄、高分散性硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄、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などが挙げられる、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(C)成分の含有量を1.0質量部以上とすることで、省エネルギー性が良好となる。
(C)成分の含有量を2.0質量部以下とすることで、耐久性が良好となる。
(D)成分の加硫促進剤としては、特に制限されないが、例えば、アルデヒド・アンモニア系、グアニジン系、チオウレア系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、ジチオカルバミン酸塩系等の加硫促進剤が挙げられる。これらの中で、特に、スルフェンアミド系の加硫促進剤が好ましい。
アルデヒド・アンモニア系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、ヘキサメチレンテトラミン等が挙げられる。
グアニジン系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、ジフェニルグアニジン等が挙げられる。
チオウレア系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、エチレンチオウレア等が挙げられる。
チアゾール系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、ジベンゾチアジルジスルフィド(DM)、2−メルカプトベンゾチアゾール及びそのZn塩等が挙げられる。
スルフェンアミド系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CZ)、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(NS)等が挙げられる。
チウラム系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等が挙げられる。
ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤としては、具体的には、例えば、Na−ジメチルジチオカーバメート、Zn−ジメチルジチオカーバメート、Te−ジエチルジチオカーバメート、Cu−ジメチルジチオカーバメート、Fe−ジメチルジチオカーバメート、ピペコリンピペコリルジチオカーバメート等が挙げられる。
加硫促進剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
D)成分の含有量が1.5質量部未満の場合、十分な省エネルギー性が得られない。
D)成分の含有量が2.5質量部超の場合、十分な耐久性が得られない。
本発明のゴム組成物において、((D)加硫促進剤に対する(C)硫黄の含有量が、質量比(硫黄/加硫促進剤)で0.4〜0.8であり、0.4〜0.7であることが好ましく、0.4〜0.6であることが更に好ましい。
質量比(硫黄/加硫促進剤)の含有量比を上記範囲とすることで、ゴム組成物が硬くなり、省エネルギー性が向上する。
質量比(硫黄/加硫促進剤)が0.4未満の場合、十分な耐久性が得られない。
質量比(硫黄/加硫促進剤)が0.7超の場合、十分な省エネルギー性が得られない。
本発明のゴム組成物には、本発明の効果が著しく損なわれない範囲で、さらにその他の添加剤を加えてもよい。かかる添加剤としては、通常、コンベアベルトのカバーゴムに含有されるものであれば特に制限は無い。該添加剤としては、例えば、ステアリン酸等の脂肪酸、酸化亜鉛(亜鉛華)、老化防止剤、加硫遅延剤(スコーチ防止剤)、オイル、樹脂、ワックス、シリカ、シリカカップリング剤、しゃく解剤、オゾン亀裂防止剤、抗酸化剤、クレー、炭酸カルシウムなどが挙げられる。これらは、市販品を使用できる。
脂肪酸を使用する場合、その使用量は、(A)成分100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましく、1〜5質量部がより好ましい。
酸化亜鉛を使用する場合、その使用量は、(A)成分100質量部に対して、0.5〜10質量部が好ましく、1〜5質量部がより好ましい。
老化防止剤としては、公知の老化防止剤を選択し用いることができる。例えば、N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン(6C)やN−フェニル−N’−イソプロピル−p−フェニレンジアミン(3C)、2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン重合物(RD)などが挙げられる。老化防止剤を使用する場合、その使用量は、(A)成分100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜5質量部がより好ましく、1〜5質量部がさらに好ましい。
(A)成分〜(D)成分と、適宜必要な添加剤を混練することにより、本発明のゴム組成物が得られる。混練方法は、当業者が通常実施する方法に従えばよい。例えば、硫黄、加硫促進剤以外の全成分を、バンバリーミキサー、ブラベンダー、ニーダー、高剪断型ミキサーなどの混合機を用いて80〜200℃(好ましくは100〜180℃)で混練(A練り)した後、硫黄、加硫促進剤を添加(B練り)して混練ロール機などで80〜200℃(好ましくは100〜180℃)で混練する方法や、全成分を一度に前記混合機によって80〜200℃(好ましくは100〜180℃)で混練する方法が挙げられる。
こうして得られるゴム組成物を加熱金型によって成形することにより、本発明のコンベアベルト(外周カバーゴム又は内周カバーゴム)を得ることができる。通常、外周カバーゴムと内周カバーゴムとが、補強材である芯体を挟んで一つのコンベアベルトとなり、ベルトコンベアに装着される。
本発明のゴム組成物は、耐久性と省エネルギー性と寸法安定性を併せ持つため、コンベアベルトの、特に内周カバーゴムとして有用である。
表1に示した配合量(単位:質量部)で硫黄及び加硫促進剤を除く各成分をバンバリーミキサーにて混練(A練り)し、引き続き硫黄及び加硫促進剤を添加して混合(B練り)することによりゴム組成物を得た。
表1の各例で得られたゴム組成物を金型温度160℃、15分で加硫することにより、厚さ2mm・縦40mm・横5mmのシートを得、以下に示す方法に従って省エネルギー性を評価した。
粘弾性スペクトロメーター(東洋精機製作所製)により、チャック間距離10mm、動的歪2%、周波数10Hzの測定条件にて、動的粘弾性測定を行ない、20℃における損失正接(tanδ)を測定した。動的弾性率をE’(単位:N/mm)としたとき、tanδ/E’0.32を求めることにより、低ロス性の指標とした。
(引張強さ(Tb)−耐久性)
表1の各例で得られたゴム組成物を金型温度160℃、15分で加硫し、厚さ2mmのダンベル状3号型試験片を得、以下に示す方法に従って耐久性を評価した。
JIS K 6251に準拠して引張強さ(Tb、単位:kN)を測定し、耐久性の指標とした。
(ゴム寸法安定率)
圧延中、ロールに巻きついたゴムシートの長辺長さと、ロールから切り出した後、ミル収縮後のゴムシート長辺長さとを、それぞれ測定した。下記式から長辺側のゴムシート寸法安定率を求めた。寸法安定率は、値が大きいほうが、寸法安定性が良好であることを示す。
ゴム寸法安定率(%)={圧延後の長辺長さ/圧延中の長辺長さ}×100
結果を表1、表2に示す。
1)天然ゴム、グレード;RSS−3号
2)ブタジエンゴム(1,3−ブタジエン単位中のシス−1,4結合量が、97%である。)、「BR150L」(商品名)、宇部興産株式会社製
3)スチレンブタジエンゴム、「JSR1500」(商品名)、JSR株式会社製
4)「ショウブラック N220」(商品名)(ISAF)、キャボットジャパン株式会社製、窒素吸着比表面積111m2/g及びジブチルフタレート吸油量115ml/100g、(b−1)成分
5)「ショウブラック N550」(商品名)(FEF)、キャボットジャパン株式会社製、窒素吸着比表面積42m2/g及びジブチルフタレート吸油量115ml/100g、(b−2)成分
6)「ショウブラック N110」(商品名)(SAF)、キャボットジャパン株式会社製、窒素吸着比表面積140m2/g及びジブチルフタレート吸油量154ml/100g、(b−1)成分でも(b−2)成分でもない。
7)「60%不溶性硫黄」(商品名)、日本乾溜工業株式会社製
8)「ノクセラーNS−F」(商品名)、大内新興化学工業株式会社製
比較例1のように、(硫黄/加硫促進剤)が0.8を超える場合には、省エネルギー性が低下する。
比較例2のように、(b−2)成分を含まない場合には、省エネルギー性が低下する。
比較例3のように、(b−1)成分を含まない場合には、圧延の寸法安定性が低下する。
比較例4、6、7のように、(D)成分を過剰に含有する場合には、耐久性が低下する。
比較例5のように、(硫黄/加硫促進剤)が0.8を超える場合には、耐久性が低下する。
比較例8のように、(b−1)を含まず、その他のカーボンブラックを含む場合には、省エネルギー性が低下する。
比較例9のように、(硫黄/加硫促進剤)が0.4に満たない場合には、耐久性が低下する。
Claims (13)
- (A)ジエン系重合体、
(B)窒素吸着比表面積が100m2/gを超え、かつジブチルフタレート吸油量が100〜140ml/100gであるカーボンブラック(b−1)と、窒素吸着比表面積が60m2/g未満であり、かつジブチルフタレート吸油量が110ml/100g以上であるカーボンブラック(b−2)と、を含有するカーボンブラック、
(C)硫黄、及び、
(D)加硫促進剤を含有し、
(A)ジエン系重合体100質量部に対する前記カーボンブラック(b−1)及び前記カーボンブラック(b−2)の合計含有量が、25〜55質量部であり、
(A)ジエン系重合体100質量部に対する(D)加硫促進剤の含有量が、1.5〜2.5質量部であり、
(D)加硫促進剤に対する(C)硫黄の含有量が、質量比(硫黄/加硫促進剤)で0.4〜0.8である、ゴム組成物。 - (A)ジエン系重合体100質量部に対する(C)硫黄の含有量が1.0〜2.0質量部である、請求項1に記載のゴム組成物。
- カーボンブラック(b−1)の窒素吸着比表面積が100m2/gを超え、かつ116m2/g以下である、請求項1又は2に記載のゴム組成物。
- カーボンブラック(b−1)のジブチルフタレート吸油量が100〜119ml/100gである、請求項1〜3の何れか1項に記載のゴム組成物。
- カーボンブラック(b−1)とカーボンブラック(b−2)の含有量比が、質量比で、(b−1):(b−2)=10:90〜80:20である、請求項1〜4の何れか1項に記載のゴム組成物。
- カーボンブラック(b−1)とカーボンブラック(b−2)の含有量比が、質量比で、(b−1):(b−2)=10:90〜65:35である、請求項1〜5の何れか1項に記載のゴム組成物。
- (A)ジエン系重合体が、天然ゴム及びイソプレンゴムから選ばれる1種以上と、ブタジエンゴムとからなり、
(A)ジエン系重合体の全量に対する前記天然ゴム及びイソプレンゴムの合計含有量が15〜85質量%であり、
(A)ジエン系重合体の全量に対する前記ブタジエンゴムの含有量が85〜15質量%である、請求項1〜6の何れか1項に記載のゴム組成物。 - (A)ジエン系重合体の全量に対する前記天然ゴム及びイソプレンゴムの合計含有量が45〜85質量%であり、
(A)ジエン系重合体の全量に対する前記ブタジエンゴムの含有量が55〜15質量%である、請求項7に記載のゴム組成物。 - (A)ジエン系重合体100質量部に対する(C)硫黄の含有量が、1.0〜1.5質量部であり、
(A)ジエン系重合体100質量部に対する(D)加硫促進剤の含有量が、1.7〜2.5質量部であり、
(D)加硫促進剤の含有量に対する(C)硫黄の含有量の質量比(硫黄/加硫促進剤)が、0.4〜0.6である、請求項1〜8の何れか1項に記載のゴム組成物。 - コンベアベルトの内周カバーゴム用である、請求項1〜9の何れか1項に記載のゴム組成物。
- 請求項1〜10の何れか1項に記載のゴム組成物から得られるコンベアベルトの内周カバーゴム。
- 請求項11の内周カバーゴムを用いたコンベアベルト。
- 請求項12のコンベアベルトを装着したベルトコンベア。
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