JP2003253569A - ゴム補強用ガラス繊維処理剤、それを用いたゴム補強用コードおよびゴム製品 - Google Patents

ゴム補強用ガラス繊維処理剤、それを用いたゴム補強用コードおよびゴム製品

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゴム製品の種々の性能とくに耐油性を改善す
るゴム補強用ガラス繊維処理剤、それを用いたゴム補強
用コードおよび耐油性の高いゴム製品を提供する。 【解決手段】 レゾルシン・ホルムアルデヒド水溶性縮
合物およびソープフリーのアクリロニトリル・ブタジエ
ン共重合体ラテックスを含有するゴム補強用ガラス繊維
処理剤。ここで、「ソープフリー」とは、従来の乳化剤
または界面活性剤の代わりに、過硫酸カリウムなどの重
合開始剤、スチレンスルホン酸塩、アクリル系もしくは
アリル系の反応乳化剤または水溶性高分子、水溶性オリ
ゴマーもしくはアクリル酸などの親水性コモノマーを用
いて重合したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、補強用のコード
を含有するタイミングベルトやタイヤなどのゴム製品、
そのゴム補強用コード、ならびにゴム補強用コードの製
造に用いるガラス繊維処理剤に関する。
【0002】
【従来の技術】タイミングベルトやタイヤなどのゴム製
品には、ガラス繊維またはレイヨン、ナイロンもしくは
ポリエステルなどの有機繊維を芯材とし、その表面にマ
トリックスゴムとの親和性が高いレゾルシン・ホルムア
ルデヒドを含有するゴム系被膜を備えたゴム補強用コー
ドが埋設される。ゴム製品が高温高湿環境下におかれ、
または油中で使用される場合、前記ゴム系被膜が急速に
劣化してゴム製品の強度が著しく低下することが知られ
ている。また、ゴム製品が低温環境下で使用される場合
は、マトリックスゴムおよびゴム系被膜が脆性を帯びて
しまうため、衝撃的な負荷が掛かった際にこれらが破壊
され、その強度がやはり著しく低下してしまう。たとえ
ば、寒冷地で使用されるタイミングベルトは、エンジン
始動時に脆性を帯びた状態で衝撃的な負荷が掛けられ、
その後エンジンの廃熱による高温に曝されるなど、過酷
な環境下で使用される。とくに近年ではエンジンルーム
内はさらに高密度化される方向にあるので、タイミング
ベルトはより一層高温環境下で使用される。
【0003】上記ゴム系被膜は、必須成分としてレゾル
シン・ホルムアルデヒド水溶性縮合物(以下、「RF縮
合物」と称す)を、他のゴム成分としてアクリロニトリ
ル・ブタジエン共重合体ラテックス(以下、「NBRラ
テックス」と称す)またはビニルピリジン・スチレン・
ブタジエン共重合体ラテックスなどを、またその他の成
分として老化防止剤、乳化剤または界面活性剤などを適
宜含有する溶液(以下、「繊維処理剤」と称す)を、芯
材である繊維に塗布し、乾燥硬化させることにより形成
される。このような繊維処理剤をガラス繊維に含浸させ
たゴム補強用コードが特開平1-221433号公報に
記載されている。
【0004】芯材として利用されるガラス繊維は、引張
強度が高く、高モジュラスのため温度依存性が小さく、
繰り返し伸張に対してほぼ弾性変形を示し、水分や熱に
対する寸法安定性が良好であるなどの特性を備える。こ
れらの特性は、ゴム補強用コードとしてとくに好ましい
ものである。一方でガラス繊維の重大な欠点の一つは、
フィラメント間の相互摩擦に非常に弱く、ゴム補強用コ
ードの重要な要求特性である耐屈曲疲労性に劣ることで
ある。また、もう一つの欠点は、ゴムとの接着性に劣る
ことである。そのため、ガラス繊維をゴム補強用コード
に利用する場合は、マトリックスゴムとの接着性を高
め、かつ、耐屈曲疲労性を改善するためにゴム系被膜を
成形することが必須となる。
【0005】一方、有機繊維を芯材とするゴム補強用コ
ードでは、繊維処理剤が最表層のフィラメント(繊維の
最小単位)から内層に2〜3層浸透するだけで、マトリ
ックスゴムとの接着性は十分確保される。繊維処理剤が
深層まで浸透した場合は、却って耐屈曲疲労性が低下す
ることもあるため、ゴム補強用コードにおける繊維処理
剤の付着率は、固形分で10重量%以下に調整すること
が多い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ガラス繊維
を芯材とするゴム補強用コードでは、フィラメント相互
の摩耗を防止するため、繊維処理剤を最内層のフィラメ
ントにまで浸透させる必要があり、ゴム系被膜の付着率
(乾燥硬化後の固形分付着率)が15〜25重量%と必
然的に高くなる。この点において、ガラス繊維を芯材と
するゴム補強用コードは、有機繊維のそれと著しく相違
する。すなわち、ガラス繊維を芯材とするゴム補強用コ
ードは、その性能が繊維処理剤の特性によって大きく左
右される。
【0007】芯材としてガラス繊維を、繊維処理剤とし
てNBRラテックスを含有するものを使用したゴム補強
用コードについて、種々の性能を改善すべく鋭意研究し
た結果、本発明者は、繊維処理剤中におけるNBRラテ
ックスの状態に着目し、その状態を変えることでゴム製
品の耐油性を著しく向上させることができることを見出
した。すなわち、本発明者は、つぎの仮説に基づき種々
の実験を行うことにより、ゴム製品の種々の性能、とく
に耐油性を向上させる新たな知見を得たのである。
【0008】繊維処理剤には、取り扱いが容易であるな
どの理由で水系溶媒が一般に使用される。NBRラテッ
クス自体は、水系溶媒に溶解も分散もせず、低分子の乳
化剤または界面活性剤で処理されることによって初めて
ラテックス化する。しかし、この低分子の乳化剤または
界面活性剤は、ゴム系被膜の成形時に水系溶媒の移動と
一緒にゴム系被膜の表面層に移動してくる。ゴム系被膜
の表面に低分子の乳化剤または界面活性剤が多く存在す
ると、マトリックスゴムとの接着性、あるいはゴム系被
膜に塗布される接着剤との接着性などが低下する。ゴム
製品の性能を高めるためには、ゴム補強用コードとマト
リックスゴムとの接着性を高めることが不可欠である。
そこで、NBRラテックスに付着する乳化剤または界面
活性剤を減らすことが有効である。
【0009】この発明は、このような知見に基づいて完
成されたものである。その目的とするところは、ゴム製
品の性能とくに耐油性を改善するゴム補強用ガラス繊維
処理剤、それを用いたゴム補強用コードおよび耐油性の
高いゴム製品を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明のゴム補強用ガラス繊維処理
剤は、RF縮合物およびソープフリーのNBRラテック
スを含有するものである。
【0011】請求項2に記載の発明のゴム補強用ガラス
繊維処理剤は、請求項1に記載の発明において、繊維処
理剤中の全固形分重量を基準として、RF縮合物の含有
率が固形分で3〜35重量%であり、ソープフリーのN
BRラテックスの含有率が固形分で35〜97重量%の
ものである。
【0012】請求項3に記載の発明のゴム補強用ガラス
繊維処理剤は、請求項1または2に記載の発明におい
て、全固形分の含有率が15〜35重量%のものであ
る。
【0013】請求項4に記載の発明のゴム補強用コード
は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維処理剤を
用いてガラス繊維を処理したものである。
【0014】請求項5に記載の発明のゴム補強用コード
は、請求項4に記載の発明において、繊維処理剤の全固
形分の付着率が10〜30重量%のものである。
【0015】請求項6に記載の発明のゴム製品は、請求
項4または5に記載のゴム補強用コードを含有するもの
である。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態について、詳細に説明する。この繊維処理剤は、従
来通りRF縮合物およびNBRラテックスを含有するも
のであって、NBRラテックスにソープフリーのものを
使用することを特徴とする。ここで、「ソープフリー」
とは、従来の乳化剤または界面活性剤の代わりに、過硫
酸カリウムなどの重合開始剤、スチレンスルホン酸塩、
アクリル系もしくはアリル系の反応乳化剤または水溶性
高分子、水溶性オリゴマーもしくはアクリル酸などの親
水性コモノマーを用いて重合したものであることを指
す。このようなソープフリーのNBRラテックスとして
は、日本ゼオン社製の「NipolSX1503」が例
示される。ソープフリーのNBRラテックスを使用する
ことにより、ゴム補強用コードとマトリックスゴムとの
接着性を高めることができ、その結果ゴム製品の種々の
性能を改善し、とくに耐油性を著しく高めることができ
る。
【0017】ソープフリーのNBRラテックスは、乳化
剤または界面活性剤を含有しないため、そのままでは繊
維処理剤中においてほとんど分散しない。ガラス繊維を
芯材に利用する場合、繊維処理剤をガラス繊維の最内層
にまで行き渡らせることが必須となるため、この発明で
は、繊維処理剤中にアクリル系アルカリ可溶性樹脂など
をNBRラテックスの固形分重量に対して固形分で0.
1〜10重量%配合することが好ましい。なお、上記の
Nipol SX1503(固形分42%)は、アクリ
ル系アルカリ可溶性樹脂を上記相当量予め含有するもの
である。
【0018】繊維処理剤中において、全固形分重量に対
するRF縮合物の固形分含有率は3〜35重量%が好ま
しい。この含有率が3重量%未満の場合は、RF縮合物
がガラス繊維表面に均一に付着できなくなり、マトリッ
クスゴムとゴム補強用コードとの接着力が低下する。一
方、35重量%を越えると、ゴム系被膜が硬くなりすぎ
て、ゴム補強用コードの耐屈曲疲労性が不足し易くな
る。
【0019】また、繊維処理剤中における全固形分重量
に対するソープフリーのNBRラテックスの固形分含有
率は、35〜97重量部%が好適である。NBRラテッ
クスは、ゴム補強用コードの特性を決定する主要成分で
あって、他のゴム成分と比べて耐油性、耐摩耗性および
耐老化性に優れる。これらの機能が十分に発揮されるた
めには、その含有率は35重量%以上であることが好ま
しい。一方、97重量%を越えると、RF縮合物の含有
率が3重量%未満となる。
【0020】RF縮合物は、レゾルシンとホルムアルデ
ヒドとを水酸化アルカリ、アンモニアまたはアミンなど
のアルカリ性触媒の存在下で反応させることで得られ
る。また、レゾルシンとホルムアルデヒドとのオキシメ
チル基に富んだ水溶性の初期付加縮合物(レゾール)で
あって、そのモル比がレソルシン:ホルムアルデヒド=
1:0.5〜2.5であるものが好ましい。また、RF
縮合物は、レゾール型樹脂またはノボラック型樹脂とし
て市販されており、これらを使用してもよい。これら市
販品の中でも、固形分5〜10%、とくに固形分8重量
%の水溶液タイプのものが好ましい。
【0021】繊維処理剤には、その他の成分たとえばラ
テックスの安定剤または老化防止剤などを適宜配合して
もよい。このラテックスの安定剤または老化防止剤など
を繊維処理剤における全固形分重量に対して0.1〜1
0重量%となるように配合することにより、NBRラテ
ックスの重合反応を阻害することなく、繊維処理剤中に
おけるその分散性を高めることができる。
【0022】また、繊維処理剤の溶媒は、従来同様に水
だけでもよいが、ソープフリーのNBRラテックスとR
F縮合物との分散性を高めるため、アンモニアを適宜配
合することが好ましい。
【0023】繊維処理剤における全固形分含有率は、1
5〜35重量%が好ましい。全固形分含有率は繊維処理
剤の粘性に比例するため、その含有率が15重量%未満
の場合は、繊維処理剤の粘性が低くなりすぎて、RF縮
合物およびソープフリーのNBRラテックスをガラス繊
維に十分付着させるために複数回の塗布が必要になり、
ゴム補強用コードの生産効率が低下する。一方、35重
量%を越えると、繊維処理剤の粘性が高くなりすぎて、
ガラス繊維の最内層までソープフリーのNBRラテック
スが均一に行き渡り難くなる。
【0024】繊維処理剤をガラス繊維に塗布する方法
は、とくに限定されるものではないが、ガラス繊維の最
内層にまで繊維処理剤を行き渡らせることを考慮する
と、繊維処理剤中にガラス繊維を一定時間浸す浸漬法が
最適と考えられる。繊維処理剤から取り出したガラス繊
維の過剰付着分を適宜除去し、ついでこれを加熱して溶
媒を除去するとともにNBRラテックスの重合反応を促
進させることにより、ゴム系被膜が形成される。なお、
ガラス繊維には、紡糸時に集束剤が塗布されていてもい
なくてもよい。ゴム系被膜を備えるガラス繊維は、適宜
複数本引き揃えられて、さらに撚りが掛けられてゴム補
強用コードとなる。
【0025】ゴム補強用コードおける繊維処理剤の全固
形分の付着率は、ガラス繊維コードの全重量に対して1
0〜30重量%が好ましい。10重量%未満では、ガラ
ス繊維の最内層にまでソープフリーのNBRラテックス
が十分に行き渡らず、ゴム補強用コードの耐屈曲疲労性
が低下するおそれがある。一方、30重量%を越える
と、それ以上はガラス繊維の最表層上のゴム系被膜が厚
くなるだけで、ゴム補強用コードの性能改善があまり現
れなくなる。
【0026】ゴム補強用コードは、未加硫のマトリック
スゴム中にそれ自体公知の方法で埋め込まれ、加圧下で
加熱加硫されることでゴム製品に加工される。
【0027】ゴム製品に使用するマトリックスゴムとし
ては、とくに限定されるものではなく、RF縮合物およ
びソープフリーのNBRラテックスとの接着性のよいも
のを適宜選択して利用すればよい。たとえば、クロロプ
レンゴム、水素化ニトリルゴムまたはクロロスルホン化
ポリエチレンゴムなどが好適である。
【0028】このゴム製品は、従来のNBRラテックス
を使用したゴム補強用コードを含有するゴム製品と比較
して、種々の性能で上回るが、とくに耐油性に優れる。
それ故、ゴム製品としては、高い耐油性を要求される車
両エンジン用のタイミングベルトが好ましい。なお、エ
ンジンルーム高密度化、それに伴う温度上昇に対応する
ため、近年ではタイミングベルトのマトリックスゴム
に、クロロスルホン化ポリエチレンゴムまたは水素化ニ
トリルゴムなどの耐熱性ゴムが使用されている。これら
の耐熱性ゴムにゴム補強用コードを埋設する場合、これ
らの接着性を高めるため、ハロゲン含有ポリマーまたは
イソシアネート化合物を含む接着剤処理液でゴム補強用
コードの表面を処理してもよい。このような接着剤処理
液としては、ケムロック(商品名 ロードケミカル社
製)が好適である。
【0029】
【実施例】以下、実施例および比較例により この発明
をさらに具体的に説明する。
【0030】(実施例1)直径9μmの無アルカリガラ
スのフィラメントを紡糸し、これを数百本集束剤を用い
て集束し、33.7Texのガラス繊維とした。これを3
本合糸して、下記「表1」の組成成分含有率からなる繊
維処理剤中に浸漬し、引き上げた後、過剰の繊維処理液
を抜き取った。
【0031】
【表1】
【0032】その後、このガラス繊維を250℃で2分
間熱処理して溶媒を完全に除去し、ゴム系被膜を成形し
た。このゴム系被膜を備えるガラス繊維について、公知
の手段により繊維処理剤の全固形分付着率を測定したと
ころ、20重量%であった。つぎに、このガラス繊維に
1インチ当り2.1回のZ方向(S方向)の下撚りを与
えた。そして、下撚りを与えたガラス繊維を11本引き
揃えて、1インチ当り2.1回のS方向(Z方向)の上
撚りを施し、規格番号:ECG150 3/11 2.
1S(Z)のゴム補強用コードに成形した。このゴム補
強用コードの表面にハロゲン含有ポリマー系接着剤液
(ケムロック233(商品名 ロードコーポレション社
製 固形分23.5重量%)をキシレンで希釈したも
の)を均一に塗布し、加熱して溶媒を除去した。この接
着剤の固形分付着率は、乾燥硬化後の接着剤を含めたゴ
ム補強用コードにおいて3.5重量%であった。このゴ
ム補強用コードを、下記「表2」の組成成分含有率から
なるマトリックスゴムに公知の手段で埋め込み、巾19
mm、長さ980mmの歯付きベルトに成形した。
【0033】
【表2】
【0034】この歯付きベルトを、温度120℃、回転
数6,000rpmの駆動モーターを備えた走行試験機
に装着し、ベルトの一部が常時オイルに浸かった状態に
しながら504時間の走行試験を行った。この試験の前
後において、歯付きベルトの長さと引張り強度をそれぞ
れ測定し、その伸び変化率と強度保持率とを算出した。
この算出結果を下記「表5」に示す。なお、算出式は以
下の通りである。
【0035】伸び変化率(%)={(走行試験後のベル
ト長さ−走行試験前のベルト長さ)/走行試験前の長
さ}×100
【0036】強度保持率(%)=(走行試験後の強度/
走行試験前の強度)×100
【0037】(比較例1)下記「表3」に記載の繊維処
理剤を用いる以外は、実施例1と同様にして、ゴム補強
用コードおよび歯付きベルトを作製し、走行試験を行な
った。その結果を下記「表5」に併せて示す。
【0038】
【表3】
【0039】(比較例2)下記「表4」に記載の繊維処
理剤を用いる以外は、実施例1と同様にして、ゴム補強
用コードおよび歯付きベルトを作製し、走行試験を行な
った。その結果を下記「表5」に併せて示す。
【0040】
【表4】
【0041】
【表5】
【0042】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、つぎの効果を奏する。この発明の繊維処理剤に
よれば、ソープフリーのNBRラテックスとRF縮合物
とを含有する分散系溶液であるので、ガラス繊維の最内
層にまで十分に行き渡り、その表面に乳化剤または界面
活性剤が偏在しないNBRラテックスを含有するゴム系
被膜を形成することができる。そして、このゴム系被膜
は、従来のNBRラテックスを用いたものよりマトリッ
クスゴムとの接着性が高い。
【0043】また、この繊維処理剤の各成分の含有率を
適宜調整することにより、ゴム系被膜が硬くなりすぎた
り、マトリックスゴムに対する接着性が低下したりする
ことを防止できる。
【0044】さらに、繊維処理剤中の全固形分含有率を
調整することにより、その粘度を最適範囲に維持でき、
繊維処理剤をガラス繊維の最内層にまで確実に行き渡ら
せることができる。
【0045】この繊維処理剤を用いて作製したゴム補強
用コード、ならびにそれを含有するゴム製品は、耐熱性
または耐屈曲疲労性など種々の性能が向上するが、とく
に耐油性の改善が著しい。したがって、このゴム製品
は、車両エンジン用のタイミングベルトなど過酷な環境
下で利用されるものにも加工できる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レゾルシン・ホルムアルデヒド水溶性縮
    合物およびソープフリーのアクリロニトリル・ブタジエ
    ン共重合体ラテックスを含有するゴム補強用ガラス繊維
    処理剤。
  2. 【請求項2】 繊維処理剤中の全固形分重量を基準とし
    て、レゾルシン・ホルムアルデヒド水溶性縮合物の含有
    率が固形分で3〜35重量%であり、ソープフリーのア
    クリロニトリル・ブタジエン共重合体ラテックスの含有
    率が固形分で35〜97重量%である請求項1に記載の
    ゴム補強用ガラス繊維処理剤。
  3. 【請求項3】 全固形分の含有率が15〜35重量%で
    ある請求項1または2に記載のゴム補強用ガラス繊維処
    理剤。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊
    維処理剤を用いてガラス繊維を処理したゴム補強用コー
    ド。
  5. 【請求項5】 繊維処理剤の全固形分の付着率が10〜
    30重量%である請求項4に記載のゴム補強用コード。
  6. 【請求項6】 請求項4または5に記載のゴム補強用コ
    ードを含有するゴム製品。
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