JP4633366B2 - ベルト用ゴム組成物及びゴムベルト - Google Patents

Description

本発明は、ベルト用ゴム組成物及びゴムベルトに係り、詳しくは不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムを用いたベルトにおいて硬度を上げると共に圧延等の加工性に優れたベルト用ゴム組成物及びゴムベルトに関する。

近年、エンジンの高出力化、高回転化に伴い動力を伝達するベルトの使用環境温度が上昇し、ベルトに求められる負荷も大きくなっている。従来のベルトとしては主としてクロロプレンゴムを素材としていたが、クロロプレンゴムでは高雰囲気下で硬化しやすく早期に硬化によるクラックを生じたり、また、高温雰囲気下での側圧剛性不足によりベルトがプーリ内へ落ち込むように変形しディッシングと呼ばれる座屈変形を起こしてしまい動力の伝達ができなくなったり、心線と接着ゴムとの剥離が発生することによって心線が飛び出すポップアウトなどの故障を引き起こしベルト寿命に至ることがあった。

そこで特許文献１に開示されているように、耐摩耗性及び耐熱性に優れたベルトとして水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）にメタクリル酸亜鉛などの不飽和カルボン酸金属塩を分散させたゴムを使用したベルトが提案されている。

又、特許文献２には水素化ニトリルゴムにメタクリル酸亜鉛などの不飽和カルボン酸金属塩を分散させて強度を向上させたゴムに、シリカとトリアリルイソシアヌレートを配合しても良いということが開示されている。

特開平５−２７１４７２号 特開平５−３９３６４号

しかし、高負荷伝動の要求は更に高まっている。又、単に不飽和カルボン酸金属塩を含んだ水素化ニトリルゴムを用いるだけでは、未加硫ゴムの粘度が高くなってしまって加工性に劣るなどの不具合もあることから、ゴムの硬度は今までのものよりも高く、しかも圧延性などの加工性を低下させることなく、硬度を高くすることのできるベルト用ゴム組成物及びゴムベルトの提供を行う。

本発明は、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムからなる伝動若しくは搬送に用いられるベルト用ゴム組成物において、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムをマトリックスゴムとし、該マトリックスゴム１００質量部に対してシリカを１０〜６０質量部添加し、共架橋剤としてトリメチロールプロパンメタクリレートを１〜１０質量部及び有機過酸化物を０.２〜１０質量部添加したことを特徴とするベルト用ゴム組成物にある。

請求項２に記載の発明は、マトリックスゴムは不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムを１：１〜１：９の割合で混合したものである請求項１に記載のベルト用ゴム組成物である。

請求項３に記載の発明は、シリカの配合量が該マトリックスゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部である請求項１又は２に記載のベルト用ゴム組成物にある。

請求項４に記載の発明は、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムからなる伝動若しくは搬送用途に用いられるベルトにおいて、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムをマトリックスゴムとし、該マトリックスゴム１００質量部に対してシリカを１０〜６０質量部添加し、共架橋剤としてトリメチロールプロパンメタクリレートを１〜１０質量部含み、有機過酸化物により架橋したゴムからなるゴムベルトにある。

請求項５に記載の発明は、マトリックスゴムは不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムとを１：１〜１：９の割合で混合したものである請求項４に記載のゴムベルトにある。

請求項６に記載の発明は、シリカの添加量が該マトリックスゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部である請求項４又は５に記載のゴムベルトにある。

本発明によると、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムからなる伝動若しくは搬送に用いられるベルト用ゴム組成物において、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムをマトリックスゴムとし、該マトリックスゴム１００質量部に対してシリカを１０〜６０質量部添加し、共架橋剤としてトリメチロールプロパンメタクリレートを１〜１０質量部及び有機過酸化物を０.２〜１０質量部添加したことを特徴とするベルト用ゴム組成物であることから、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）にシリカと特定の共架橋剤を多量に配合することによって、未架橋時には粘度が上がることが無く圧延や成形などの加工が容易であり、架橋後は非常に高硬度で強度の高いベルトを得ることができる。又、トリメチロールプロパントリメタクリレートは他の共架橋剤に比べ、架橋後の伸びが大きくなり、耐引き裂き性に優れている。

請求項２に記載の発明によると、マトリックスゴムは不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムを１：１〜１：９の割合で混合したものである請求項１に記載のベルト用ゴム組成物であることから、必要に応じて不飽和カルボン酸金属塩を含有したＨ−ＮＢＲと不飽和カルボン酸金属塩を含んでいないＨ−ＮＢＲをブレンドして用いることが可能となる。

請求項３に記載の発明によると、シリカの配合量が該マトリックスゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部である請求項１又は２に記載のベルト用ゴム組成物にあることから、シリカの配合量をより多い範囲に限定することによって、より高硬度なベルトを得ることができる。

請求項４に記載の発明によると、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムをマトリックスゴムとし、該マトリックスゴム１００質量部に対してシリカを１０〜６０質量部添加し、共架橋剤としてトリメチロールプロパンメタクリレートを１〜１０質量部含み、有機過酸化物により架橋したゴムからなるゴムベルトにあることから、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムにシリカと特定の共架橋剤を多量に配合することによって、未架橋時には粘度が上がることなく圧延や成形などの加工が容易であり、特に共架橋剤としてトリメチロールプロパントリメタクリレートを用いることで架橋後歯非常に高硬度で強度、耐引き裂き性の高いベルトを得ることができる効果がある。

請求項５に記載の発明によると、マトリックスゴムは不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムとを１：１〜１：９の割合で混合したものである請求項４に記載のゴムベルトであることから、必要に応じて不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含んでいない水素化ニトリルゴムをブレンドして用いることが可能となる効果がある。

請求項６に記載の発明によると、シリカの添加量が該マトリックスゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部である請求項４又は５に記載のゴムベルトにあることから、シリカの配合量をより多い範囲に限定することによって、より高硬度なベルトを得ることができる。

図１は本発明のベルトの一例を示す歯付ベルトの一例であり、本発明歯付ベルト１はベルト長手方向に沿ってガラス繊維コード又はアラミドコードなど、低伸度、高強力のロープからなる心線４を埋設した接着ゴム３の下部に歯布５を外表面に積層した歯ゴム６を配置すると共に、接着ゴム３の上部に背ゴム２を配層することによって構成されている。

ここで、上記の歯付ベルト１は接着ゴム層３、歯ゴム層６及び背ゴム層２の原料ゴムとして不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムをマトリックスゴムとし、該マトリックスゴム１００質量部に対してシリカを１０〜６０質量部、より好ましくは３０〜６０質量部添加し、共架橋剤としてトリメチロールプロパントリメタクリレートを１〜１０質量部及び有機過酸化物を０.２〜１０質量部配合したゴムの架橋物からなっている。

この原料ゴムに用いられる水素化ニトリルゴムは特に限定されるものではないが水素添加率が８０％以上であり、特に耐熱性、耐オゾン性の特性を発揮するためには９０％以上が好ましい。水素添加率８０％未満の水素化ニトリルゴムは耐熱性、耐オゾン性が極度に低下するので好ましくなく、耐熱性を考慮すればヨウ素価は５〜３５であることが好ましく、更に耐油性及び耐寒性の観点から、結合アクリロニトリル量は２０〜４０％の範囲が好ましい。又、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４（１００°Ｃ））が７０〜８５のものであることが機械的強度や側圧剛性を良好にすること、また、屈曲性や加工性を良好にする上で好ましい。

不飽和カルボン酸金属塩はカルボキシル基を有する不飽和カルボン酸と金属とがイオン結合したものであり、不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタクリル酸等のモノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸が好ましく、金属としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、モリブデン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、錫、鉛、アンチモン等を用いることができる。

そして水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との組成比は９８：２〜５５：４５とする。水素化ニトリルゴムが９８より大きい割合になると耐摩耗性が不足することになり、５５より小さい割合になると耐摩耗性は良いが、ベルトの屈曲性が悪くなるので好ましくない。又、この組成比を調整する為に不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと通常の水素化ニトリルゴムとをブレンドしてマトリックスゴムとすることも可能である。

有機化酸化物は架橋剤として用いられるものであって、ジ−ｔ−ブチルパオキサイド、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−ブチルぺロキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，５−ジ−メチル−２，５−ジ（ベンゾイルぺロキシ）へキサン、ｔ−ブチルぺロキシベンゾアート、ｔ−ブチルぺロキシ−２−エチル−ヘキシルカーボネートなどを挙げることができる。その配合量としてはマトリックスゴム１００質量部に対して０.２〜１０質量部とする。０.２質量部未満であると架橋が十分に行われず、１０質量部を超えると十分な弾性が得られなくなる。

シリカはマトリックスゴム１００質量部に対して１０〜６０質量部、より好ましくは３０〜６０質量部の範囲で配合するものとする。１０質量部未満であるとゴムと心線との間間の接着力が乏しくなって心線の剥離による飛び出しなどの故障につながり、６０質量部を超えると未加硫での粘度が大きくなりベルトが成形できなくなるので好ましくない。又、３０質量部以上であることがより高硬度なベルトを得ることができることから好ましい。

一般的に共架橋剤としては、硫黄化合物、オキシムニトロソ化合物、モノマー類、ポリマー類、その他Ｎ−Ｎ´−ｍ−フェニレンビスマレイミドが挙げられるが、本発明ではモノマー類のトリメチロールプロパントリメタクリレートを用いる。トリメチロールプロパントリメタクリレートを用いることによって、未架橋ゴムの粘度を上昇させすぎないので加工や成形性を悪くすることがない。また他の共架橋剤に比べて、加硫物の伸びが大きくなり、耐引裂き性に優れている。この共架橋剤の配合量は１〜１０質量部の範囲とする。１質量部未満であるとベルトの硬度を十分に上げることができず、１０質量部を超えて配合すると架橋度が大きくなりすぎて耐引き裂き性が小さくなるので好ましくない。

又、上記以外にも通常ゴムに配合されるカーボンブラック、炭酸カルシウム、タルクなどの耐摩耗性を向上させる充填財、架橋補助剤、可塑剤、安定剤、加工補助剤、老化防止剤、着色剤などの添加剤を使用目的に応じて配合することは可能である。これらの配合剤を混合する方法も通常用いられる手段、例えばバンバリーミキサやニーダー等を用いて混練する方法が挙げられる。

心線４としては、低伸度高強力のロープが用いられ、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、エチレン−２，６−ナフタレートを主たる構成単位とするポリエステル繊維などの有機繊維や、ガラス繊維などの無機繊維や金属繊維からなる撚成したロープが挙げられる。この心線４は一般にレゾルシン−ホルマリン−ラテックス処理した表面に更にゴム糊などをコーティングしたものも用いられる。

このような接着処理としては繊維をレゾルシン−ホルマリン−ラテックス（ＲＦＬ液）に浸漬後、加熱乾燥して表面に均一に接着層を形成するのが一般的である。しかし、これに限ることなくエポキシ又はイソシアネート化合物で前処理を行った後に、ＲＦＬ液で処理する方法等もある。

ＲＦＬ液はレゾルシンとホルマリンとの初期縮合体をラテックスに混合したものであり、ここで使用するラテックスとしてはクロロプレン、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン三元とも重合体、水素化ニトリル、ＮＢＲ等が挙げられるが、接着ゴム層、背ゴム層の構成原料より水素化ニトリルゴムが好適である。

歯布５は、綿、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、アラミド繊維からなるフィラメント状又は紡績糸を用いて、平織、綾織、朱子織等に製織又は製編みした布を使用する。これらはその後、ＲＦＬ処理にて接着処理して厚みを硬くし、スピニング工程での筒状のベルト帆布のしわの発生を阻止する。ＲＦＬ処理はＲＦＬ液に０.１〜２０秒間浸漬した後、１００〜２００°Ｃで３０〜６００秒にて乾燥させる。

このＲＦＬ処理で使用するＲＦＬ液は、前記心線のそれと同じくレゾルシンとホルマリンの初期縮合物とゴムラテックスとを混合したものであるが、この場合レゾルシンとホルマリンのモル比は１：０.５〜３にすることが接着力を高める上で好適である。また、レゾルシンとホルマリンの初期縮合物は、これをラテックスのゴム分１００質量部に対してその樹脂分が１０〜１００質量部になるようにラテックスと混合した上、全固形物濃度が５〜４０％になるように調節される。

尚、ＲＦＬ液には適宜カーボンブラック液を混合して処理反を黒染めする場合もある。綿織物の場合には、ＲＦＬ液に公知の界面活性剤を０.１〜１３.０質量％加えると良い。

上記ラテックスはスチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体、クロロスルフォン化ポリエチレン、水素化ニトリルゴム、エビクロルヒドリン、天然ゴム、ＳＢＲ、クロロプレンゴム、オレフィン−ビニルエステル共重合体等のラテックスであり、先と同じく接着ゴム層、背ゴム層の構成原料との関係で水素化ニトリルゴムが好適である。

以上の説明では歯付ベルトに本発明を適用した例を説明したが、ベルトの種類は歯付ベルトに限られるものではなく図２に示すような心線２３を埋設した接着ゴム層２４と圧縮ゴム２６とから構成され、更に上記接着ゴム層２４及び圧縮ゴム層２６の各表面層にゴム付帆布２２を積層したカットエッジタイプのＶベルト２１や図示はしないがＶリブドベルト等のベルト、又ベルトの用途についても動力伝動用、搬送用と様々なベルトに適用することができるものである。

次に表１に示す配合でゴムを混練りして各ゴムシートを作成し、その物性を測定した。その結果を表２に示す。

又、歯数１３２歯、歯ピッチ１３ｍｍ、ベルト幅２０ｍｍの歯付ベルトを作成し、図３に示すようなレイアウトにて走行試験を行った。走行試験の結果を表３に示す。

表２の結果からわかるように、比較例１はカーボンブラック補強である為接着力が低く、歯の根元の部分から剥離が起こり寿命となった。比較例３は硬度が低く歯の強度が不足してしまい歯が欠け、寿命となった。比較例５は共架橋剤としてマレイミドを使用した為、引き裂きが低下し、歯が欠け、寿命となった。実施例３、６はシリカ補強でトリメチロールプロパントリメタクリレートを使用している為心線との接着性、歯の強度とも良好であり、耐引き裂き力も高く１５０時間走行可能となった。

本発明は、Ｖベルト、Ｖリブドベルト、歯付ベルト等の伝達力向上及び伝達力を向上させたときの加工性の維持等に利用可能である。

本発明の一例であるウレタンベルトの製造方法に使用する一例の金型の断面図の一例である。 本発明の別の例であるカットエッジタイプのベルトの断面図である。 走行試験のレイアウトを示す概念図である。

符号の説明

１ 歯付ベルト
２ 背ゴム
３ 接着ゴム
４ 心線
５ 歯布
６ 歯ゴム
２１ Ｖベルト
３１ ベルト
３２ 駆動側プーリ（Ｄｒプーリ）
３３ 従動側プーリ（Ｄｎプーリ）

Claims (6)

1. 不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムからなる伝動若しくは搬送に用いられるベルト用ゴム組成物において、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムをマトリックスゴムとし、該マトリックスゴム１００質量部に対してシリカを１０〜６０質量部添加し、共架橋剤としてトリメチロールプロパンメタクリレートを１〜１０質量部及び有機過酸化物を０.２〜１０質量部添加したことを特徴とするベルト用ゴム組成物。
2. マトリックスゴムは不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムを１：１〜１：９の割合で混合したものである請求項１に記載のベルト用ゴム組成物。
3. シリカの配合量が、該マトリックスゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部である請求項１又は２に記載のベルト用ゴム組成物。
4. 不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムからなる伝動若しくは搬送用途に用いられるベルトにおいて、不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムをマトリックスゴムとし、該マトリックスゴム１００質量部に対してシリカを１０〜６０質量部添加し、共架橋剤としてトリメチロールプロパンメタクリレートを１〜１０質量部含み、有機過酸化物により架橋したゴムからなることを特徴とするゴムベルト。
5. マトリックスゴムは不飽和カルボン酸金属塩を含有した水素化ニトリルゴムと水素化ニトリルゴムとを１：１〜１：９の割合で混合したものである請求項４に記載のゴムベルト。
6. シリカの添加量が、該マトリックスゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部である請求項４又は５に記載のゴムベルト。

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