JP2005271559A - 繊維補強ゴム成形体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高剛性コードを使用した場合であっても、製品中のコードの強度が設計値よりも強度が低下する場合や製品の剛性や強度に部分的なばらつきが発生することのない繊維補強層を有するゴム成形体並びにその製造方法を提供する。
【解決手段】モノコード１６にて形成された繊維補強層を有し、前記モノコードは、硬度の異なる内層１８（２３）と外層２０（２４）の２層のゴム被覆層を有する多層被覆モノコード１０（２２）である繊維補強ゴム成形体とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、繊維補強層を備えたゴム成形体並びにその製造方法に関するものである。

繊維補強層を有するゴム成形体における繊維補強層は、一般的に、すだれ状のコードにカレンダーロールを使用して未加硫ゴム組成物を被覆（トッピング）した後にバイアスカットをして補強コードが長手方向軸に対して４０〜６０°傾斜するようにバイアスカットしたシート状トッピングコードを作製し、このシート状トッピングコードを互いに相対する２方向に２層あるいは４層以上に積層することによるバイアスコード層として形成されている。

係るバイアスカットしたシート状トッピングコードは、裁断ロスが発生するという問題や、異径部を有するホースに巻回・積層する場合に、大径部ではすだれのコードを広げて貼合するためコードの角度や間隔の均一性が十分でないという問題、またダイアフラムのような形状の成形体においては、強度の方向性が生じる等の問題を有していた。

一般的なバイアスカットをしたシート状トッピングコードにて形成される繊維補強層の有する上記の問題を解決する技術として、モノコードを使用する技術が公知である（特許文献１、２）。

特許文献１には、モノコードが中心より放射状に配設された円盤状のダイアフラムが開示されており、特許文献２には、モノコードがらせん状に巻回された円筒状の成形体が開示されている。
特開２００３−２０５５５２号公報 特開２００３−１６６６７５号公報

上記特許文献１、２に開示された繊維補強層を有するゴム成形体において、高剛性コード、具体的にはスチールコードやアラミドコード等を使用すると、製品中のコードの強度が設計値よりも強度が低下する場合や製品の剛性や強度に部分的なばらつきが発生する場合があることが分かった。

本発明は、高剛性コードを使用した場合であっても、製品中のコードの強度が設計値よりも強度が低下する場合や製品の剛性や強度に部分的なばらつきが発生することのない繊維補強層を有するゴム成形体並びにその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の繊維補強ゴム成形体は、モノコードにて形成された繊維補強層を有し、前記モノコードは、硬度の異なる内層と外層の２層のゴム被覆層を有する多層被覆モノコードであることを特徴とする。

係る繊維補強ゴム成形体は、高剛性コードを使用した場合であっても、製品中のコードの強度が設計値よりも強度が低下する場合や製品の剛性や強度に部分的なばらつきが発生することのないものである。

本発明の構成のモノコードを使用すると、上記の効果が得られる理由は明らかではないが、以下の作用によるものと推測される。従来技術では、すだれ状コードにおいても、モノコードにおいても、トッピングに使用する未加硫ゴム組成物は、ゴム成形体構成ゴム材料と同じ加硫後の硬度が５０〜８０となるものが使用されていた。係る未加硫ゴム組成物を使用して、押出機によりモノコードをトッピングすると、可塑化された未加硫ゴム組成物がコードに２ＭＰａ以上の圧力にて被覆されるために、モノコードを構成するモノフィラメント間内部に入り込み、モノフィラメントが未加硫ゴム組成物によって伸長された状態となって加硫される。その結果、加硫後のゴム成形体が変形を受けた場合にモノコードを構成するフィラメントの一部が限界を超える伸長変形ないし曲げ変形を受けて破断するものと推測される。また、押出機によるトッピングにおいて未加硫ゴム組成物に負荷される圧力が変動する場合があり、係る場合にはモノコードを構成するモノフィラメント間内部に未加硫ゴム組成物が入り込んだり、入り込まなかったりするものと考えられる。その様な場合には、モノフィラメント間の内部に入り込んだ部分においては、剛性が高くなると共に強度が低下し、ゴム成形体として剛性や強度にばらつきが発生するものと推測される。

これに対して本発明の多層被覆モノコードを使用すると、加硫後の硬度が低い未加硫ゴム組成物は、可塑化加工時の粘度が低いので、モノコードの内部まで入り込みやすく、加硫後の硬度が低い未加硫ゴム組成物は、可塑化加工時の粘度が高いので、モノコードの内部まで入り込みにくい。その結果、加硫後の硬度が低い未加硫ゴム組成物を内層構成ゴムとして使用した場合には、モノコードの内部まで入り込むが、低硬度であるためにモノコードの強度低下を引き起こさないものと考えられる。またいずれの場合においても、押出機によりモノコードに被覆するときの未加硫ゴム組成物に負荷される圧力が変動しても、モノコード内部に入り込む未加硫ゴム組成物にばらつきが生じず、その結果、ゴム成形体として剛性や強度にばらつきが発生しないものと推測される。

上記の繊維補強ゴム成形体においては、前記内層構成ゴムの硬度がショアＡ硬度にて３５〜５０であり、前記外層構成ゴムの硬度がショアＡにて５０〜８０であることが好ましい。

係る構成によれば、可塑化された未加硫ゴム組成物の粘度が低いのでモノコードの内部まで入り込みやすく、高剛性コードを使用した場合であっても、製品中のコードの強度が設計値よりも強度が低下するという問題や製品の剛性や強度に部分的なばらつきが発生するという問題が確実に防止されたゴム成形体となる。この場合、内層は、外層よりも低硬度のゴム材料にて構成する。この構成は、モノコードとしてアラミドコードやカーボンファイバーコードを使用する場合に有効である。

上記の繊維補強ゴム成形体においては、前記内層構成ゴムの硬度がショアＡ硬度にて７０〜９０であり、前記外層構成ゴムの硬度がショアＡにて５０〜８０であることが好ましい。

係る構成によれば、可塑化された未加硫ゴム組成物の粘度が高いのでモノコードの内部まで入り込みにくく、高剛性コードを使用した場合であっても、製品の剛性や強度に部分的なばらつきが発生するという問題が確実に防止されたゴム成形体となる。内層は、外層よりも高硬度のゴム材料にて構成する。係る構成は、モノコードとしてスチールコードを使用する場合にとりわけ有効である。

別の本発明は、モノコードにて形成された繊維補強層を有する繊維補強ゴム成形体の製造方法であって、
前記繊維補強層を形成する補強層形成工程は、加硫後の硬度が異なる内層と外層からなる２層の未加硫ゴム組成物層にてモノコードを被覆した多層被覆モノコードを供給するトッピングモノコード供給工程を有することを特徴とする。

係る製造方法によれば、高剛性コードを使用した場合であっても、製品中のコードの強度が設計値よりも強度が低下する場合や製品の剛性や強度に部分的なばらつきが発生することのない繊維補強ゴム成形体を製造することができる。またモノコードを使用するので、コード配置が自在に行えるので、強度や剛性の方向性がない繊維補強層を有するゴム成形体を製造することができる。

上述の繊維補強ゴム成形体の製造方法においては、前記多層被覆モノコードは、前記内層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡ硬度にて３５〜５０であり、前記外層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡにて５０〜８０であることが好ましい。

上述の繊維補強ゴム成形体の製造方法においては、前記多層被覆モノコードは、前記内層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡ硬度にて７０〜９０であり、前記外層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡにて５０〜８０であることが好ましい。

本発明の繊維補強ゴム成形体において使用するモノコードとしては、ゴム成形体において使用される公知のコードが限定なく使用可能である。具体的には、ＰＥＴコード等のポリエステルコード、ナイロン６，６等のポリアミドコード、アラミドコード、スチールコード、カーボンファイバーコード等が例示される。これらの繊維は、必要に応じてゴム材料との接着性を高めるＲＦＬ処理等を行って使用してもよい。これらの中で、高剛性コードとは、アラミドコード、スチールコード、カーボンファイバーコードである。モノコードは、連続したコードであるが、途中に継ぎ目があってもよい。

トッピングコード層に使用するゴム材料は、公知のゴム材料から目的に応じて適宜選択して使用する。ゴム材料には、カーボンブラック、シリカ等の補強剤、加工助剤、プロセスオイル又は可塑剤、充填剤、加硫剤、加硫促進剤等の公知の添加剤を必要に応じて添加する。トッピングに使用する未加硫ゴム組成物は、ゴム材料と添加剤とを公知の方法により加工して製造する。例えば、反応性を有する加硫剤、加硫促進剤を除く添加剤とゴム材料とをバンバリーミキサーで混練してマスターバッチとし、該マスターバッチを冷却した後にニーダーを使用して加硫剤と加硫促進剤とを添加して混練し、加熱により反応架橋する未加硫ゴム組成物とする方法が例示される。

図１は、本発明の繊維補強層を有するゴム成形体の製造において、モノコードに２層の未加硫ゴム組成物を被覆する多層被覆モノコード供給装置を例示した模式的な上面図である。多層被覆モノコード供給装置は、第１押出機３１と第２押出機３３とクロスヘッド３５とからなる。必要に応じてディッピング処理等の接着処理を行ったモノコード３９は、コードリール３７から巻き戻してガイド４１を通じてクロスヘッド３５に供給され、第１押出機から押し出される内層を形成する未加硫ゴム組成物とその外側に外層を形成する未加硫ゴム組成物とが積層被覆されて多層被覆モノコード３６が排出され、ゴム成形体の成形の繊維補強層形成工程に供給される。

図１においては、クロスヘッドを使用した例を示したが、クロスヘッドに代えてダイスを使用してもよい。また、図１においては２台の押出機を使用した例を示したが、１台の押出機を使用し、一旦内層を形成するダイスと未加硫ゴム組成物を使用して内層を構成する未加硫ゴム組成物をトッピングし、リールに巻き取った後に、同じ押出機を使用してダイスと未加硫ゴム組成物を変更し、内層を構成する未加硫ゴム組成物をトッピングしたモノコードに外層を構成する未加硫ゴム組成物をトッピングしてトッピング多層被覆モノコードとして成形体の成形工程に供給する構成としてもよい。

図２は、図１のクロスヘッドの断面図である。クロスヘッド３５には、第１の押出機３１のシリンダー３２の先端と、第２の押出機３３のシリンダー３４の先端とが連結されている。クロスヘッド３５には、内層を形成する未加硫ゴム組成物Ｒ１をシリンダー３２から受け入れてモノコード３９の周囲に被覆（トッピング）する流路４７及び未加硫ゴム組成物Ｒ１をモノコード３９の周囲に拡散する流路４７ｂとトッピングの厚さを規定するダイス部４３とが、矢印方向に移動するモノコード３９の上流位置に形成されており、外層を形成する未加硫ゴム組成物Ｒ２をシリンダー３４から受け入れて内層が被覆されたモノコード３９の周囲に被覆（トッピング）する流路４９及び未加硫ゴム組成物Ｒ２をモノコード３９の周囲に拡散する流路４９ｂとトッピングの厚さを規定するダイス部４５がモノコード３９の移動方向の下流位置に形成されている。モノコード３９は、モノコード３９の上流位置でトッピングされた内層１８（２３）と下流位置でトッピングされる外層２０（２４）の２層で被覆されて、トッピングされた多層被覆モノコード３６となる。

図３は、本発明の多層被覆モノコードの断面を例示した想定図である。図３（ａ）の多層被覆モノコード３６ａは、モノフィラメント１２、１４を寄り合わせて形成されたモノコード３９の内層に加硫後の硬度が低い、好ましくはショアＡ硬度が３５〜５０の未加硫ゴム組成物１８を、その外側に加硫後の硬度が好ましくは５０〜８０の外層を形成する未加硫ゴム組成物２０を、それぞれトッピングした例である。加硫後の硬度が低い未加硫ゴム組成物１８は可塑化加工時の粘度が低いので、モノコードを構成するモノフィラメント間内部まで入り込んでいる。

図３（ｂ）に示した多層被覆モノコード３６ｂは、モノフィラメント１２、１４を寄り合わせて形成されたモノコード３９の内層に加硫後の硬度が高い、好ましくはショアＡ硬度が７０〜９０の未加硫ゴム組成物２３を、その外側に加硫後の硬度が好ましくは５０〜８０の外層を形成する未加硫ゴム組成物２４を、それぞれトッピングした例である。加硫後の硬度が高い未加硫ゴム組成物２３は可塑化加工時の粘度が高いので、モノコードの内部まで入り込んでいない。

図３（ａ）又は（ｂ）の状態が安定して実現されると、高剛性コードを使用した場合であっても、製品中のコードの強度にばらつきが発生することがなくて設計値よりも強度が低下することがなく、また製品の剛性に部分的なばらつきが発生することがない繊維補強層を有するゴム成形体となる。未加硫ゴム組成物を複層トッピングした多層被覆モノコードは、ゴム成形体中においては、加硫によって加硫ゴムの多層被覆モノコードとなる。

本発明によれば、内層をモノコードの外径に近い状態、即ち図３（ａ）又は図３（ｂ）に示したような状態に被覆できる。一旦内層が安定して形成される結果、外層形成時にコードが偏芯や変形を起しにくくなり、図３（ａ），（ｂ）に示したように、ゴム層の中心にコードが存在するトッピングコードとすることができる。そのため、係るトッピング多層被覆モノコードを使用すると、コード間隔の均一性が高いゴム成形体が得られる。

トッピングモノコードの外層を構成する未加硫ゴム層の断面形状は、図３では円形であるが、これに限定されるものでなく、正方形、長方形、台形、平行四辺形など、目的に応じて適宜設定される。外層を構成する未加硫ゴム層の厚さは特に限定されるものではなく、成形するものに応じて適宜設定されるが、一般的には０．１〜１．５ｍｍ、好ましくは０．１〜１．０ｍｍである。

トッピングモノコードの外層を構成する未加硫ゴム層の断面形状は、最終製品であるゴム成形体においては、通常加熱加硫時に流動して変形した形状となる。またトッピングモノコードの外層を構成する未加硫ゴム組成物が、ゴム成形体の内側ゴム層や外側ゴム層を構成する未加硫ゴム組成物と同じ組成の場合には、加硫後のゴム成形体においては、モノコードの外層を構成するゴムは該ゴム成形体の内側ゴム層や外側ゴム層構成ゴムと一体化して区別できないものとなる。

図４（ａ）は、本発明の多層被覆モノコードを使用した繊維補強層を有するゴム成形体である円板状ゴム成形体の繊維補強層を多層被覆モノコードにて形成する工程を例示したものである。円板状ゴム成形体は、内側ゴム層と繊維補強層と外側ゴム層とを有していて、この例においては、内側ゴム層を形成する未加硫ゴム組成物層の表面に多層被覆モノコードが折り畳み状に連続して、内側ゴム層の略中心箇所から半径方向に向けて略表面全面にわたり形成され配置・積層される。この場合、円板状の未加硫ゴム組成物層５１を回転台（図示略）上に配置し、所定の回転角度ピッチだけ回転させ、トッピングされた多層被覆モノコード３６を未加硫ゴム層５１の半径方向に往復移動させつつ未加硫ゴム層５１上に送給する。つまり、多層被覆モノコード３６を未加硫ゴム層５１の中心箇所から半径方向に送給し（往路）、終端（円周端近傍）まで移動させた所で停止し、未加硫ゴム層５１を所定角度回転させる。次いで、未加硫ゴム層５１の回転を停止し、トッピングモノコード１６を未加硫ゴム層５１上、逆方向に移動させつつ送給し（復路）、終端（中心箇所）に達すると停止して、未加硫ゴム層５１を所定角度だけ回転させる。このような動作を繰り返すことにより、図４（ｂ）に示すように、円盤状の未加硫ゴム層５１の略全面にわたり、均一かつ均質な多層被覆モノコードによる繊維補強層を形成することができる。繊維補強層の上には、さらに外側ゴム層を形成する未加硫ゴム組成物層を積層し、所定形状に圧縮して加熱することにより繊維補強層を有する円板状ゴム成形体が成形される。この円板状ゴム成形体は、ダイアフラムやアキュムレーター等に使用可能である。

図５は、ゴム成形体として繊維補強ゴム可とう管の１種である繊維補強層を有する円筒状ゴム成形体の例を示したものである。このような可とう管においては、トッピングコードは内側ゴム層の周囲にらせん状に、即ち管の軸芯に対して直交方向であるラジアル方向に配置される。

上記円筒状繊維補強ゴム成形体において、トッピングされた多層被覆モノコード３６はマンドレル５５上に形成された内側ゴム層となる未加硫ゴム組成物層５７上に、らせん状に巻き付けられる。多層被覆モノコード３６の巻き付けは、例えば、図１に示した押出装置から送り出される多層被覆モノコード３６をマンドレル５５に供給し、かつマンドレル５５を所定の回転速度にて回転させつつ、軸芯に平行に所定速度にて移動することにより行うことができる。

この方法により、補強層にはジョイント部がなくなり、コード間隔の均一性を高めることができる。図５に示した円筒状繊維補強ゴム成形体においては、らせん状に巻き付けられたモノコード層の上に、さらに図示したモノコードと逆らせん方向に第２層目のコードを巻き付けて２層構造の繊維補強層を形成してバイアス構造の繊維補強層としてもよい。一般的には、繊維補強層上に、さらに外側ゴム層を被覆し、加硫処理することによってゴム成形体が得られる。

上記の円筒状のゴム成形体においては、繊維補強層の外側に、必要に応じてさらに鋼鉄製リング、コイル状補強金具などの公知の補強部材を使用してもよく、最外層には磨耗防止のための補強用織布層を設けてもよい。可とう継手などの管状成形体においては、必要に応じてフランジ等の接続部を設けることもできる。

（実施例１）
内側コードが０．２０ｍｍ３本、外側に０．３６ｍｍ６本のコードが配設されたスチールコードをモノコードとして使用し、内層として天然ゴムを使用した加硫後の硬度がショアＡにて４０の未加硫ゴム組成物を、押出機を使用して１００℃にてトッピングした後にリールに巻き取った。次いで同じ押出機を使用してダイスと未加硫ゴム組成物を変更し、加硫後の硬度がショアＡにて６５の未加硫ゴム組成物を、上記の内層をトッピングしたモノコードにトッピングして２層の合計厚さが０．６ｍｍの未加硫ゴム層を有する多層被覆モノコードを作製した。このモノコードの断面は、図３（ａ）のように、内部まで低硬度のゴムが充填されていた。

（実施例２）
内層を構成するゴム材料として加硫後の硬度がショアＡにて８０℃のゴムを使用し、８０℃にてトッピングした以外は実施例１と同様にして多層被覆モノコードを作製した。このモノコードの断面は、図３（ｂ）のように、内部には高硬度のゴムは入り込むことはなかった。

多層被覆モノコード供給するトッピングコード製造装置を例示した概略上面図 図１の装置のクロスヘッドの断面形状を例示した図 多層被覆モノコードの断面形状を想定して示した図 多層被覆モノコードを使用して円板状ゴム成形体の繊維補強層を形成する工程を示した図 多層被覆モノコードを使用して円筒状ゴム成形体の繊維補強層を形成する工程を示した図

符号の説明

１０（２２） 多層被覆モノコード
１６ モノコード
１８（２３） 内層
２０（２４） 外層

Claims (6)

1. モノコードにて形成された繊維補強層を有し、前記モノコードは、硬度の異なる内層と外層の２層のゴム被覆層を有する多層被覆モノコードであることを特徴とする繊維補強ゴム成形体。
2. 前記内層構成ゴムの硬度がショアＡ硬度にて３５〜５０であり、前記外層構成ゴムの硬度がショアＡにて５０〜８０である請求項１に記載の繊維補強ゴム成形体。
3. 前記内層構成ゴムの硬度がショアＡ硬度にて７０〜９０であり、前記外層構成ゴムの硬度がショアＡにて５０〜８０である請求項１に記載の繊維補強ゴム成形体。
4. モノコードにて形成された繊維補強層を有する繊維補強ゴム成形体の製造方法であって、
   前記繊維補強層を形成する補強層形成工程は、加硫後の硬度が異なる内層と外層からなる２層の未加硫ゴム組成物層にてモノコードを被覆した多層被覆モノコードを供給するトッピングモノコード供給工程を有することを特徴とする繊維補強ゴム成形体の製造方法。
5. 前記多層被覆モノコードは、前記内層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡ硬度にて３５〜５０であり、前記外層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡにて５０〜８０である請求項４に記載の繊維補強ゴム成形体の製造方法。
6. 前記多層被覆モノコードは、前記内層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡ硬度にて７０〜９０であり、前記外層を構成する未加硫ゴム組成物の加硫後の硬度がショアＡにて５０〜８０である請求項４に記載の繊維補強ゴム成形体の製造方法。

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