説明

ゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料

【課題】ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を発揮するゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料を提供する。
【解決手段】炭素繊維束に、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SEBS)が、該炭素繊維束100重量部に対して5〜20重量部付着してなるゴム補強用コードとする。また、上記ゴム補強用コードで補強してなる繊維強化ゴム材料とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料に関するものであり、詳しくはタイヤ、ベルト、ホース等の産業資材に好適に使用できるゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ゴム補強用コードにより補強された繊維強化ゴム材料はタイヤ、ベルト、ホース等の産業資材に使用されている。これらのゴム材料には、補強用コードとしてナイロン繊維やポリエステル繊維等の有機繊維が使われており、また、かかる補強コードで補強された繊維強化ゴム材料は実用的な耐疲労性を有することから、広く用いられている。
この強化繊維には、引張強度、引張弾性率、耐熱性、耐水性、耐疲労性等の特性が要求される。中でも外力等による変形に耐性を持たせるため、耐疲労性が重視される。
【0003】
炭素繊維は、引張強度、引張弾性率、耐熱性、耐水性が良好なことから、炭素繊維が用いられた繊維強化ゴム材料は、寸法安定性、耐候性等に優れるが、かかる繊維強化ゴム材料は、単繊維同士の擦過によるコードの切断、コードとゴムとの界面剥離が生じやすく、耐疲労性に劣るといった問題がある。
こうした問題を解決する試みとして、特許文献1には、ブロックドイソシアネート誘導体を含む樹脂組成物を炭素繊維束に含浸させたゴム補強用コード(引用文献1)や、ポリウレタンを含む樹脂組成物を含浸させたゴム補強用コード(引用文献2)が提案されている。
【0004】
しかしながら、上記のゴム補強用コードによっても、タイヤ、ベルト、ホース等の用途に用いたとき耐疲労性は未だ十分なものとは言えず、耐疲労性は不十分であり、炭素繊維が使用されてなるゴム補強用コードの中で、実質的に問題のない耐疲労性を有するものは、未だ得られていないのが現状である。
【0005】
【特許文献1】特開2001−200067号公報
【特許文献2】特開2002−71057号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を発揮するゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らが鋭意検討を行った結果、上記の課題は、炭素繊維束に、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SEBS)が、該炭素繊維束100重量部に対して5〜20重量部付着してなることを特徴とするゴム補強用コード、および、該ゴム補強用コードにより補強された繊維強化ゴム材料により達成できることを見出した。
【発明の効果】
【0008】
本発明のゴム補強用コードは、ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を有する。このため、上記ゴム補強用コードを用いてなるタイヤ、ベルト、ホース等の繊維強化ゴム材料は優れた屈曲耐疲労性を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明のゴム補強コードは、炭素繊維束からなるコードである。本発明に用いる炭素繊維束は、弾性率が230MPa以上であることが好ましく、より好ましくは235MPa以上、さらに好ましくは290MPaである。炭素繊維束の弾性率を230MPa以上とすることによって、該炭素繊維束で補強した繊維強化ゴム材料は寸法安定性が優れたものとなる。
【0010】
本発明においては、上記炭素繊維束に、SEBSが、該炭素繊維束100重量部に対して5〜20重量部付着していることが肝要である。これにより、高弾性率・高強度を有しながら、ゴムとの接着性が良く、屈曲変形に対する耐疲労性に優れ、単繊維同士の擦過によるコード破断が発生し難い繊維強化ゴム材料が得られることを見出した。
【0011】
したがって、上記のSEBSの付着量が5重量部未満であると、不十分であり、単繊維間同士の擦過を防ぐことができない。また20重量部以上であると付着量が多すぎコード径が大きくなってしまう。よって屈曲変形による応力が大きくなり、破壊してしまうことがある。かかる観点から、SEBSの付着量は、炭素繊維束100重量部に対して、好ましくは5〜15重量部であり、より好ましくは7〜10重量部である。
【0012】
本発明のにおいては、SEBSを付着させた炭素繊維束にRFLを付与することにより、RFLとの親和性が非常に高いという効果も手伝って、ゴムとの接着力がさらに向上する。さらに、ゴムと炭素繊維間の界面剥離が生じ難くなり、耐疲労性をさらに向上させることができる。
【0013】
上記RFLは、例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリ性化合物を含むアルカリ水溶液内に、レゾルシンとホルマリンを添加して、室温で数時間整置し、レゾルシンとホルムアルデヒドを初期縮合させた後、ゴムラテックスを加えて混合エマルジョンとする方法により調整される。
【0014】
ゴムラテックスとしては、アクリロニトリル−ブタジエンラテックス、イソプレンゴムラテックス、ウレタンゴムラテックス、スチレン−ブタジエンゴムラテックス、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックス等が使用できる。中でもビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックスは耐疲労性の向上に特に効果的であり、好ましく用いられる。
【0015】
本発明において、RFLの付着量は、あまり少なすぎてもゴム接着性が低下する傾向にあり、逆に低すぎてもコードが硬くなる傾向にある。このため、上記付着量は、炭素繊維束100重量%に対して、好ましくは1〜10重量%であり、より好ましくは2〜8重量%である。
【0016】
本発明のゴム補強用コードにより補強した繊維強化ゴム材料は、屈曲変形などに対して優れた耐久性を発揮する。また、かかる繊維強化ゴム材料としては、タイヤ、ベルト、ホースなどが挙げられる。
【0017】
上記ゴム材料に用いるゴムとしては、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、多硫化ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム等が使用できる。
【0018】
なお、上記ゴムには、主成分のゴムの他に、材料の改質等のため、カーボンブラック、シリカ等の無機充填剤、クマロン樹脂、フェノール樹脂等の有機充填剤、ナフテン系オイル等の軟化剤が含まれていてもよい。
【0019】
以上に説明した本発明のゴム補強用コードは、例えば次の方法により製造することができる。すなわち、SEBSを含む処理液に浸漬した後、加熱乾燥炉を通過させ乾燥させることにより製造することができる。さらに、RFLを付着させる場合は、上記のように、SEBSを含む処理液に浸漬した後、または、上記処理液に浸漬し一旦乾燥させた後、RFLを含む処理液に浸漬させ、乾燥することによって炭素繊維束に付着させることができる。
【0020】
また、繊維強化ゴム材料は、例えば、上記ゴム補強用コードを必要本数引き揃え、これをゴムで挟み込み、さらにプレス機で加圧、加熱して成形することができる。
【実施例】
【0021】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。実施例ではコード及び繊維強化ゴム材料の製造に当たり、次に示す材料を用いた。
(a)炭素繊維束
・炭素繊維束A(繊度8000dtex)“HTA−12K”(東邦テナックス(株)製)
・炭素繊維束B(繊度5100dtex)“LM16−12K”(東邦テナックス(株)製)
(b)スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SEBS)
・“ユカレジンMP−1943”(吉村油化学(株)製)
(c)ブロックドイソシアネート
・ヘキサメチレンジイソシアネート化合物(イソシアネート官能基当量:168)のオキシムブロック物“デスモジュール”BL3175(住友バイエルウレタン(株)製)
(d)ポリウレタン
・ポリエステル系ポリウレタン水分散体“スーパーフレックス”E−2000(第一工業製薬(株)製)
(e)RFL
・“スミカノール700S”(住友化学(株)製)
・ビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックス“2518FS”(日本ゼオン(株)製)
・スチレン−ブタジエンゴムラテックス“ニッポールLX−112”(日本ゼオン(株)製)
RFLは、これらをスミカノール700S:2518FS:ニッポールLX−112=7:65:28の割合で混合して用いた。
【0022】
また、実施例に示す各物性は、次の方法により測定した。
(1)炭素繊維束の強度及び弾性率
JIS R7601に準拠して測定した。
【0023】
(2)耐疲労性
天然ゴムとスチレン−ブタジエンゴムの複合ゴム(厚さ0.2mm)をドラムに捲回し、その上から、ゴム補強用コードを8本/inchの間隔で捲回する。その上へ同じゴム基材を張り合わせ、コードを含むシートを作製する。同様に、ゴム補強用コードの間隔が24本/inchのシートを作製する。
こうして得たシートを用いて、ゴム(1mm)/コード(8本/inch)/ゴム(2mm)/コード(24inch/本)/ゴム(1mm)のサンプルを作製した。さらにプレス機内でゴムを温度150℃、圧力0.9MPa、時間35分の条件で加硫させ、ベルト状試験片を作製した。
上記ベルト状試験片を、8本/inchのコードを下にして、直径50mmのローラーに掛けた。圧力0.2MPaで引上げ、1万回上下に対称運転させた後、8本/inchのコードを取り出し、残存強力を測定し、強力保持率を算出した。この強力保持率が高いほど、耐疲労性は優れている。なお、強力保持率は、上記の炭素繊維束の強度測定において得られた、炭素繊維束の強力を基準に算出した。
【0024】
(3)ゴム接着性
コードを5本/5cmの間隔で天然ゴムとスチレン−ブタジエンゴムの混合ゴムに埋め込み、加圧下で150℃、30分間プレス加硫を行い、放冷後糸状束をゴムブロックから300mm/分の速度で引き剥がし、ゴムの付き具合を目視評価した。コードにゴムが良く接着しているものをAとし、ゴムの接着が悪いものをCとし、A、B、Cの3段階で評価した。
【0025】
[実施例1]
炭素繊維束Aを速度10m/分で搬送し、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SEBS)を水に分散させた処理液(SEBSの割合が10重量%)に浸漬し、温度180℃の加熱炉内を通過させ、水分を除去した。一定長さ当たりの炭素繊維重量を予め測定しておき、SEBS含浸後の同一長さのコード重量を測定することで、差分からSEBSの付着量を測定した。得られたものをリング撚糸機で下撚りをかけ、次に下撚りしたものを複数本合わせて上撚りをかけた。次に得られたコードを、前述したRFLを水に分散させた処理液(RFLの割合が10重量%)に浸漬し、加熱炉内を通過させて水分を除去し、ゴム補強用コードを作製した。RFLの付着量は炭素繊維束100重量%に対して5重量部であった。結果を表1に示す。
【0026】
[実施例2]
炭素繊維束Aを炭素繊維束Bに変更した以外は、実施例1と同様にして、ゴム補強用コードを作製した。結果を表1に示す。
【0027】
[実施例3]
RFL処理をしなかった以外は、実施例1と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表1に示す。
【0028】
[実施例4、比較例1及び2]
炭素繊維束Aの搬送速度を変更し、SEBSの付着量を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表1に示す。
【0029】
[比較例3]
炭素繊維束Aを炭素繊維束Bに変更した以外は、比較例2と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表1に示す。
【0030】
[比較例4及び5]
処理剤をSEBSから、前述したブロックドイソシアネートまたはポリウレタンに変更した以外は、実施例1と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表1に示す。
【0031】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明のゴム補強用コードは、ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を有する。このため、上記ゴム補強用コードはタイヤ、ベルト、ホース等の繊維強化ゴム材料に好適に用いることができる。また、上記の繊維強化ゴム材料は優れた屈曲耐疲労性を発揮し、その産業上の利用価値が極めて高いものである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭素繊維束に、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体(SEBS)が、該炭素繊維束100重量部に対して5〜20重量部付着してなることを特徴とするゴム補強用コード。
【請求項2】
炭素繊維束の弾性率が230MPa以上である請求項1に記載のゴム補強用コード。
【請求項3】
炭素繊維束にRFLが付着している請求項1又は2に記載のゴム補強用コード。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかに記載のゴム補強コードで補強してなることを特徴とする繊維強化ゴム材料。

【公開番号】特開2007−154364(P2007−154364A)
【公開日】平成19年6月21日(2007.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−351905(P2005−351905)
【出願日】平成17年12月6日(2005.12.6)
【出願人】(000003090)東邦テナックス株式会社 (246)
【Fターム(参考)】