CN101868576A - 增强用软线和使用了其的橡胶制品 - Google Patents

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Abstract

本发明的增强用软线是包含芯纤维(11)和在芯纤维(11)的周围配置的多根线股(12)的橡胶增强用软线(10)。芯纤维(11)由具有至少100GPa的拉伸弹性模量的1根或多根高弹性纤维构成。线股(12)通过将多根玻璃纤维初捻而形成，将多根线股(12)复捻而配置在芯纤维(11)的周围。多根线股(12)中的复捻方向和初捻方向相反，多根线股(12)中复捻数为1.0～3.0次/25mm，并且多根线股(12)中初捻数与复捻数之比(初捻数/复捻数)为1.5～2.5的范围内。

Description

增强用软线和使用了其的橡胶制品
技术领域
本发明特别涉及用于增强橡胶制品的增强用软线和使用了其的橡胶制品。
背景技术
作为用于增强橡胶带等橡胶制品的增强材料，已提出了使用玻璃纤维等增强用纤维形成的增强用软线。橡胶带等橡胶制品由于反复承受弯曲应力，因此性能因弯曲疲劳而容易降低。因此，对于这样的橡胶制品中使用的增强用软线，要求高的耐弯曲疲劳性。此外，对于汽车的内燃机的凸轮轴驱动等中使用的同步带，为了维持适当的同步，要求高尺寸稳定性。因此，对于这样的橡胶制品中使用的增强用软线，要求高拉伸强度和拉伸弹性。
因此，为了实现具备高耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性(高拉伸强度和高拉伸弹性)两者的增强用软线，提出了具有芯材(内层)和侧材(外层)的2层结构的橡胶增强用软线。
例如，国际公开第2007/063686号(文献1)中，公开了如下的增强用软线，即通过将玻璃纤维用于芯材和侧材，限定芯材和侧材的初捻数的关系、以及侧材中初捻方向和复捻方向的关系(使侧材为顺捻)，从而能够实现高耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性。
专利第3864820号公报(文献2)中公开了以聚对亚苯基苯并双噁唑(PBO)纤维等具有高弹性模量的高弹性纤维股作为芯材、使用弹性模量比该高弹性纤维股低的玻璃纤维股等作为侧材的混合软线。此外，专利第3846236号公报(文献3)中公开了使用玻璃纤维股作为芯材、使用芳族聚酰胺纤维股作为侧材的混合软线。此外，国际公开第04/090224号(文献4)中公开了使用以碳纤维股作为芯材、使用玻璃纤维股作为侧材的混合软线。对于这些混合软线，可以在规定的范围内适当调整芯材、侧材的初捻数、复捻数。
特开2004-011076号公报(文献5)中公开了将PBO纤维、玻璃纤维或碳纤维等用于芯材并将玻璃纤维、PBO纤维用于侧材的增强用软线。对于该增强用软线，使侧材的初捻和复捻为相同方向，使芯材和侧材的初捻方向彼此相反。通过该构成，得到了高耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性。
但是，对于上述文献1～5中公开的增强用软线，同时具备高耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性并不充分，需要进一步改善。上述文献1～5中，虽然限定了增强用软线的芯材、侧材中优选的初捻数、复捻数的范围等，但没有公开用于实现更高的耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性两者的初捻数和复捻数的具体关系、加捻方向等。因此，上述文献1～5中公开的增强用软线中，存在以下问题：如果简单地提高捻数，虽然耐弯曲疲劳性提高，但拉伸弹性和拉伸强度降低，如果简单地降低捻数，虽然拉伸弹性和拉伸强度提高，但耐弯曲疲劳性降低。
发明内容
本发明着眼于这样的现有问题而完成，其目的在于，提供能够兼具高耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性(高拉伸弹性和高拉伸强度)的增强用软线。此外，本发明的目的还在于，提供使用了这样的增强用软线的橡胶制品。
本发明的增强用软线是包含芯纤维和在上述芯纤维的周围配置的多根线股的橡胶增强用软线。上述芯纤维由具有至少100GPa的拉伸弹性模量的1根或多根高弹性纤维构成。上述线股通过将多根玻璃纤维初捻而形成。将上述多根线股复捻而配置在上述芯纤维的周围，上述多根线股中的复捻方向和初捻方向相反，上述多根线股中复捻数为1.0～3.0次/25mm，并且上述多根线股中初捻数与复捻数之比(初捻数/复捻数)为1.5～2.5的范围内。
本发明的增强用软线中，在作为配置于芯纤维的周围的侧材的线股(以下有时称为“周边部线股”)中，使用了复捻方向和初捻方向相反的合股加捻。本发明中，在使用了这样的加捻方法的增强用软线中，通过使周边部线股中初捻数与复捻数之比(初捻数/复捻数)为1.5～2.5的范围内，在不使拉伸弹性、拉伸强度降低的情况下，可以使耐弯曲疲劳性提高。
本发明的橡胶制品，是包含上述本发明的增强用软线的橡胶制品，将上述增强用软线埋入橡胶组合物。作为本发明的橡胶制品，可以举出例如带齿的带、平带。
根据本发明的橡胶制品，即使在多维下要求耐弯曲疲劳性和拉伸特性的情况下，也能满足其要求。
附图说明
图1为示意地表示本发明的增强用软线的一例的截面图。
图2为表示本发明的橡胶制品的一例的分解立体图。
图3为示意地表示弯曲试验的方法的图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行详细说明。
<增强用软线>
本发明的增强用软线包含芯纤维和配置在该芯纤维的周围的多根线股(周边部线股)。芯纤维由具有至少100GPa的拉伸弹性模量的1根或多根高弹性纤维构成。周边部线股通过将多根玻璃纤维初捻而形成，将多根周边部线股复捻而配置在芯纤维的周围。
对于本发明的增强用软线，在多根周边部线股中，复捻方向和初捻方向彼此相反。即，对周边部线股加捻以成为合股加捻。此外，多根周边部线股中复捻数为1.0～3.0次/25mm，并且多根周边部线股中的加捻比(初捻数/复捻数)为1.5～2.5的范围内。通过使周边部线股成为合股加捻，可以获得良好的拉伸特性。此外，通过使周边部线股中的加捻比为1.5～2.5的范围，在良好地保持拉伸特性，同时抑制增强用软线内部的剪切应力，能够实现良好的耐弯曲疲劳性。此外，通过使周边部线股中的复捻数为1.0～3.0次/25mm，能够维持足够的耐弯曲疲劳性和拉伸特性(特别是拉伸弹性)。即，通过使周边部线股成为这样的加捻比、捻数和加捻方向，能够得到同时具有高耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性的增强用软线。
用作芯纤维的高弹性纤维必须具有至少100GPa的拉伸弹性模量，优选具有150～300GPa的拉伸弹性模量。例如，能够将碳纤维和PBO纤维等用作本发明的增强用软线中的高弹性纤维。此外，芯纤维可以由1根高弹性纤维形成，也可以由多根(例如2～12根)的高弹性纤维形成。此外，芯纤维可以通过将高弹性纤维初捻而形成，也可以不进行初捻(可以由未加捻的高弹性纤维形成)。在通过将高弹性纤维初捻而形成芯纤维时，为了维持高弹性特性，芯纤维的初捻数优选例如0.1～3.0次/25mm。
周边部线股使用在与后面施加的复捻方向相反的方向上初捻的玻璃纤维。本发明中使用的玻璃纤维，并无特别限定，可以使用例如E玻璃、高强度玻璃。对在芯纤维的周围配置的周边部线股的根数并无特别限定，可以为例如5根～24根，优选为8～15根等。
例如，优选芯纤维由1根高弹性纤维构成、在芯纤维的周围配置了8～15根周边部线股的增强用软线。这是因为，通过使周边部线股的根数为这样的范围，能够实现具有更高拉伸弹性的增强用软线。
本发明的增强用软线中，可以在芯纤维和周边部线股的表面进一步设置被覆膜。这样的被覆膜对于芯纤维和周边部线股之间的粘合、芯纤维和周边部线股的保护有效。作为被覆膜，可以使用一般用于增强用软线的被覆膜。被覆膜例如可以通过将含有橡胶胶乳作为主成分的处理液涂布于芯纤维和周边部线股并使其干燥而形成。更具体地，例如，通过将H-NBR(氢化丁腈橡胶胶乳)等橡胶胶乳剂、双马来酰亚胺、炭黑和间苯二酚-甲醛缩合物等的处理液涂布于芯纤维、周边部线股并使其干燥而形成。其中，所谓含有橡胶胶乳作为主成分的处理液，是所含成分中最多的成分为橡胶胶乳的处理液，例如含有30重量％以上、优选50重量％以上、更优选60重量％以上的橡胶胶乳的处理液。
此外，可以还设置有被覆增强用软线的表面的橡胶层。这样的橡胶层，例如对提高与将增强用软线埋入的基体橡胶(橡胶组合物)的粘合性有效。橡胶层的形成，可以适当使用例如含有氯磺化聚乙烯、异氰酸酯、炭黑、对亚硝基苯、二甲苯和甲苯等的处理液。通过将这样的处理液涂布于增强用软线的表面并使其干燥，能够制作橡胶层。
将本发明的增强用软线的一例示于图1。该增强用软线10包含芯纤维11、和在芯纤维11的周围配置的多根周边部线股12。此外，用橡胶层13(为了容易看图，将影线省略)被覆软线10的表面。在芯纤维11的表面设置有被覆膜11a，在各周边部线股12的表面设置被覆膜12a。芯纤维11、周边部线股12、被覆膜11a、12a、橡胶层13的材料等的详细情况如上所述。
本发明的橡胶增强用软线可以采用一般的方法制造。周边部线股使用玻璃纤维并采用一般使用的公知的方法形成。加捻的方法以及粘合剂、集束剂的涂布和干燥的方法，也可以应用一般使用的公知的方法。
<橡胶制品>
本发明的增强用软线可以应用于各种橡胶制品。本发明的增强用软线特别优选地用于例如带齿的带、平带等。本发明的橡胶增强用软线通过埋入橡胶制品的橡胶组合物(基体橡胶)来增强橡胶制品。
将作为本发明的橡胶制品的一例的带齿的带示于图2。该带齿的带20具备主体21、埋入主体21的多个增强用软线22。主体21由橡胶组合物形成，增强用软线22是本发明的增强用软线。增强用软线22在带齿的带20的移动方向上并行地配置。增强用软线22以外的部分可以应用公知的构件。
实施例
以下使用实施例对本发明更详细地说明。
(实施例1～5、比较例1～7)
实施例1～5和比较例1～7中，作为芯纤维(core)的高弹性纤维，使用了拉伸弹性模量为230GPa的碳纤维。此外，作为周边部线股(skin)的玻璃纤维，使用了纤维直径7μm的高强度玻璃纤维。实施例1～5和比较例1～7的增强用软线的具体构成如表1所示。
首先，将表5所示的一次处理液涂布于碳纤维和玻璃纤维上，在设定为150℃的干燥炉中干燥1分钟。如此来制作形成了被覆膜的碳纤维和玻璃纤维。使用如此制作的碳纤维和玻璃纤维，制作满足表1所示的捻数等条件的增强用软线。此时的复捻数全部为1.7次/25mm。
其次，在增强用软线的表面制作橡胶层。具体地，将表6所示的二次处理液涂布于增强用软线，在设定为150℃的干燥炉中干燥2分钟，制作橡胶层。
(实施例6～10、比较例8～14)
作为实施例6～10和比较例8～14，制作满足表2所示的捻数等条件的增强用软线。除了使复捻数为2.0以外，采用与实施例1～5、比较例1～7的增强用软线同样的方法进行制作。
(实施例11、比较例15、16)
作为实施例11和比较例15、16，制作了满足表3所示的捻数等条件的增强用软线。除了对芯纤维实施了初捻以外，采用与实施例1～5、比较例1～7的增强用软线同样的方法进行制作。
(实施例12、比较例17、18)
作为实施例12和比较例17、18，制作了满足表4所示的捻数等条件的增强用软线。除了将拉伸弹性模量为270GPa的PBO纤维用于芯纤维以外，采用与实施例1～5、比较例1～7的增强用软线同样的方法进行制作。
对于以上得到的实施例1～12和比较例1～18的增强用软线，进行了耐弯曲性评价和拉伸特性评价。
首先，制作用于评价耐弯曲性的平带(试验片)。在具有表7所示的组成的基体橡胶中埋设1根增强用软线，制作长295mm、宽10mm、厚3mm的平带。其次，评价制作的平带的耐弯曲性。具体地，将平带挂到图3所示的弯曲试验装置，计数直到在带表面发现龟裂的弯曲次数，将该次数作为弯曲寿命。弯曲试验装置30具备1个平滑轮31、马达(未图示)、4个导轮32。首先，将制作的增强用软线33挂到5个滑轮上。然后，在增强用软线33的一端33a挂重物，对增强用软线33施以10N的初期张力。在该状态下，使增强用软线33的另一端33b沿图3的箭头方向往复运动，使增强用软线33反复弯曲。应予说明，弯曲试验在滑轮半径：5mm、张力：10N、频率：10Hz的条件下进行。
拉伸特性的评价使用软线拉伸用的气动夹具，在拉伸速度50m/min、标点间距离500mm的条件下实施。然后，通过作为断裂时的强度的拉伸强度和0.8％伸长时的负荷进行评价。
[表1]
[表2]
Figure GPA00001138507300072
[表3]
Figure GPA00001138507300081
[表4]
Figure GPA00001138507300091
[表5]
  成分   含量(质量份)
  H-NBR(*1)   100
  双马来酰亚胺   25
  炭黑   40
(*1)氢化丁腈橡胶胶乳(ZETPOL LATEX、日本Zeon公司制)
[表6]
  成分   含量(质量份)
  Chemlok 223X(*2)   100
  成分   含量(质量份)
  双马来酰亚胺   25
  炭黑   40
(*2)Load公司制
[表7]
  成分   含量(质量份)
  H-NBR(*3)   70
  H-NBR/ZDMA(*4)   30
  ZnO   10
  硬脂酸   1
  炭黑   30
  偏苯三酸三辛酯   5
  硫   0.1
  1，3-双-(叔丁基过氧-异丙基)-苯   6
(*3)氢化丁腈橡胶(ZETPOL 2020、日本Zeon公司制)
(*4)分散有二(甲基丙烯酸)锌的氢化丁腈橡胶(ZSC 2000L、日本Zeon公司制)
根据以上的结果，加捻比满足1.5～2.5的实施例1～12的增强用软线，与加捻比不满足1.5～2.5的比较例(比较例1～5、8～12、15和17)的增强用软线相比，确认维持了与这些比较例的增强用软线同等程度的拉伸特性，同时能够实现更高的耐弯曲疲劳性。此外，虽然加捻比满足了1.5～2.5，但周边部线股不是合股加捻的比较例(比较例6、7、13、14、16和18)的增强用软线，拉伸特性比实施例的增强用软线差，耐弯曲疲劳性也不足。即，确认实施例的增强用软线在良好地保持拉伸强度等拉伸特性的同时，与比较例的增强用软线相比能够延长其弯曲寿命。
由以上的结果可知，通过将周边部线股限定为合股加捻，并且将加捻比限定为1.5～2.5的范围，能够抑制弯曲时增强用软线中产生的剪切应力，能够延迟被覆膜的龟裂发生。
产业上的可利用性
本发明的增强用软线能够实现高耐弯曲疲劳性和良好的拉伸特性，因此可适用于各种橡胶制品的增强。例如，可适合作为在多维下要求耐弯曲疲劳性和拉伸特性的橡胶制品的增强用软线利用。此外，本发明的橡胶制品能够耐受高负荷，因此可适用于各种用途。

Claims (10)

1.增强用软线，是包含芯纤维和在所述芯纤维的周围配置的多根线股的橡胶增强用软线，其中，
所述芯纤维由具有至少100GPa的拉伸弹性模量的1根或多根高弹性纤维构成，
所述线股通过将多根玻璃纤维初捻而形成，将所述多根线股复捻而配置在所述芯纤维的周围，
所述多根线股中的复捻方向和初捻方向相反，
所述多根线股中复捻数为1.0～3.0次/25mm，并且所述多根线股中初捻数与复捻数之比即初捻数/复捻数为1.5～2.5的范围内。
2.权利要求1所述的增强用软线，其中，所述芯纤维由1根所述高弹性纤维构成，在所述芯纤维的周围配置有8～15根所述线股。
3.权利要求1所述的增强用软线，其中，所述芯纤维没有被初捻。
4.权利要求1所述的增强用软线，其中，所述芯纤维通过将所述高弹性纤维初捻而形成，所述芯纤维的初捻数为0.1～3.0次/25mm。
5.权利要求1所述的增强用软线，其中，所述高弹性纤维为碳纤维。
6.权利要求1所述的增强用软线，其中，所述高弹性纤维为聚对亚苯基苯并双噁唑纤维。
7.权利要求1所述的增强用软线，其中，还包含在所述芯纤维和所述线股的表面设置的被覆膜，所述被覆膜通过将含有橡胶胶乳作为主成分的处理液涂布于所述芯纤维和所述线股并干燥而形成。
8.权利要求1所述的增强用软线，其中，还包含被覆表面的橡胶层。
9.橡胶制品，是包含权利要求1所述的增强用软线的橡胶制品，将所述增强用软线埋入橡胶组合物。
10.权利要求9所述的橡胶制品，其中，所述橡胶制品为带齿的带或平带。
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