JP2007196687A - チョップド炭素繊維で強化された硬化スリーブ - Google Patents

Abstract

【課題】加硫プロセスに用いるスリーブを提供すること。
【解決手段】該スリーブは円筒形を有し、架橋ゴムと１０〜２５ｐｈｒのチョップド炭素繊維とを含むエラストマー組成物で構築されている。
【選択図】図２

Description

本発明は動力伝導用ベルトの構築に用いられる硬化スリーブに、より詳しくは、硬化スリーブの構築に用いられる材料の選択に関する。

本発明は、ショートセンタードライブ、運動装置、自動車駆動部、農機具、いわゆるトルクセンシング式駆動部ならびに様々なベルト張力の衝撃荷重がベルトに与えられるその他の用途、およびベルトが可変速度で動かされ、その張力を制御するためにバネ仕掛けであることが多いその他の用途などに用いるのに特に適している種類の動力伝導用ベルトの構築に用いられる製造装置を対象とする。このような動力伝達用ベルトの構築では、未硬化ゴム（一般に、繊維強化剤を含有する）のストリップを円筒形成形ドラム上に巻く。次いで、未硬化ゴムストリップが付いている成形ドラムを硬化のためにポットヒーターに入れる。ポットヒーターは、成形ドラムよりも高く、成形ドラムを入れた後にスリーブの上端を閉じ、密閉するための重いアルミニウムまたはスチールの蓋を有する、独立して立つゴム硬化スリーブを含む。次いで、加圧蒸気をスリーブの外表面に適用し、スリーブの内表面を成形ドラムの周りの未硬化ゴムに接触させる。同時に、加圧蒸気を成形ドラムの中心に適用する。蒸気を一定時間、通常、２０分から１時間またはそれを超える時間、成形ドラムに巻き付けられたゴムが硬化するまで出し続ける。次いで、蒸気を止め、硬化したゴムのストリップが付いている成形ドラムを回収する。

従来は、ゴム硬化スリーブの壁厚は通常、約０．５〜０．９インチであり、長さは約４０〜５０インチであった。従来技術の硬化スリーブに関する問題は、独立して立つのを可能にする太い壁厚がなくてはならないことであった。この厚みにより、成形ドラムの周りの未硬化ゴムが硬化するための時間が増大した。さらに、繰り返し加熱および冷却によって、硬化スリーブが縮み、その結果、成形ドラムをスチールの蓋でスリーブ内に密閉するのに十分な長さでなくなった。その結果スリーブを廃棄しなくてはならなかった。

米国特許第６，９１８，８４９号には、繊維の表面にサイジング剤が塗布された、５〜６０ｐｈｒのチョップド炭素繊維を含み得る、動力伝導用ベルトが開示されている。

優れた性能の硬化スリーブを効率良く製造する。

本発明によれば、架橋ゴムと、５〜５０ｐｈｒのチョップド炭素繊維とを含むエラストマー組成物で構築される円筒形スリーブを備える、加硫プロセスに用いるスリーブが開示されている。

また、本発明によれば、架橋ゴムはエチレンαオレフィンエラストマー、シリコンゴム、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、エピクロロヒドリン、アクリロニトリルゴム、水素化アクリロニトリルゴム、不飽和カルボン酸エステルがグラフトした水素化ニトリルブタジエンエラストマーの亜鉛塩、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−ビニル−アセテート共重合体、エチレンメタクリレート共重合体およびターポリマー、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン、トランス−ポリオクテナマー、ポリアクリルゴムおよびそれらの混合物からなる群から選択される。

さらに本発明によれば、本スリーブは繊維の表面に塗布されるサイジング剤を含み、前記サイジング剤がエポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリスチリルピリジン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、エポキシ変性ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂およびそれらの混合物からなる群から選択される。サイジング剤は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂およびそれらの混合物からなる群から選択されることが好ましい。

いっそうさらに本発明によれば、チョップド炭素繊維上のサイジング剤がチョップド繊維の重量の１パーセント〜１０パーセントの範囲であり、エポキシ樹脂である。チョップド炭素繊維上のサイジング剤の量は３重量パーセント〜８重量パーセントの範囲である。

なおさらに本発明によれば、チョップド炭素繊維の量は１５〜２０ｐｈｒの範囲であり、チョップド炭素繊維の直径は０．００１〜０．０５ｍｍの範囲であり、チョップド炭素繊維の長さは０．５〜７５ｍｍの範囲である。

さらに本発明によれば、本エラストマー組成物はＥＰ（Ｄ）Ｍ、水素化アクリロニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、天然ゴムまたは塩素化ポリエチレンを含む。

本発明の好ましい実施形態を詳細に記載し、添付の図面でその実施例を説明できる。図面は説明しようとするものであって制限しようとするものではない。本発明はこれらの好ましい実施形態の範囲で一般的に記載されているが、本発明の趣旨および範囲をこれらの特定に実施形態に制限しようとするものではないということは理解されなくてはならない。

本発明の好ましい実施形態の構造、操作および利点は、添付の図面と合わせて以下の説明を考慮することでさらに明らかとなるであろう。

本発明は、動力伝導用ベルトの硬化に用いる新規の改良された硬化スリーブ３０に関する。本発明の硬化スリーブ３０は、動力伝導用ベルトの硬化に用いられる従来型の設計の硬化スリーブに準拠して実施できる。本発明の硬化スリーブ３０の設計では、硬化スリーブをチョップド炭素繊維で強化する。

図面の図１に関しては、平底を有するポットヒーターまたはオートクレーブ１６で処理される、通常約４０〜４８インチの未硬化動力伝導用ベルト１４が巻き付けられた円筒形成形ドラム１２の周りの従来技術の硬化スリーブ１０が示されている。円筒形成形ドラム１２（通常２０〜１２０インチの円周）の周りに未硬化動力伝導用ベルト１４を巻き付けると、巻き付けられたドラムを独立して立つゴムスリーブ１０に入れ、スパッド２２で中心にする。次いで、金属（通常スチールまたはアルミニウム）板１８をスリーブ１０の上端に置き、スリーブを密閉する。スリーブ１０は成形ドラム１２よりも高いことに留意しなければならない。スチール板がポットヒーター１６の蓋１９に取り付けられて示されているが、本発明の用語の範囲内では蓋は接続されていない。次に、蓋１９を閉め、蒸気パイプ２４などの手段によってポットヒーターの側面に蒸気を入れる。同時に、蒸気パイプ２６およびスパッド２２によって蒸気を中空ドラム１２に向ける。この蒸気は、通常約３００〜４００°Ｆ、ゴムスリーブ１０の外側に対して約１００〜２００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）で、蓋１８を圧迫してスリーブの上部開口部１０ａを密閉し、すなわち、スリーブを圧迫してドラム１２の周りに巻き付けた未硬化ベルト１４に等圧を与える。同時に、中空ドラム１２内の蒸気がドラムおよび未硬化ベルト１４を加熱する。蒸気は、ベルト１４が硬化するまで通常約２０分間〜１時間適用する。次いで、蒸気流を一時停止し、蓋１９を開け、覆い１８をスリーブ１０から除去し、硬化したベルトがその周りに巻き付いている円筒形成形ドラム１２を回収する。

従来技術では、スリーブ１０は縮む傾向があり、成形ドラムよりも短くなり、成形ドラムを入れて板１８で密閉できなくなるまで利用を継続した。次いで、スリーブは廃棄しなくてはならなかった。また、従来技術のスリーブは、十分な安定性を有するよう通常、約０．５〜０．９インチの厚みであった。さらに厚みがあると、ベルトはよりゆっくりと、２０分〜１時間で硬化する。

本発明の改良されたスリーブ３０に用いるエラストマー組成物は、架橋エラストマーまたはゴムを含む。このようなゴムはエチレンαオレフィンゴム、シリコンゴム、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、エピクロロヒドリン、アクリロニトリルゴム、水素化アクリロニトリルゴム、不飽和カルボン酸エステルがグラフトした水素化ニトリルブタジエンエラストマーの亜鉛塩、天然ゴム、合成シス−１，４−ポリイソプレン、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−ビニル−アセテート共重合体、エチレンメタクリレート共重合体およびターポリマー、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン、トランス−ポリオクテナマー、ポリアクリルゴム、非アクリル化シス−１，４−ポリブタジエンおよびそれらの混合物からなる群から選択できる。好ましいゴムとしては、ＥＰ（Ｄ）Ｍ、水素化アクリロニトリルゴム、天然ゴム、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴムおよび塩素化ポリエチレンがある。

エチレンαオレフィンエラストマーとしては、エチレンとプロピレンユニットとからなる共重合体（ＥＰＭ）、エチレンとブテンユニットとからなる共重合体、エチレンとペンテンユニットとからなる共重合体またはエチレンとオクテンユニットとからなる共重合体（ＥＯＭ）およびエチレンとプロピレンユニットと不飽和構成要素とからなるターポリマー（ＥＰＤＭ）、エチレンとブテンユニットと不飽和構成要素とからなるターポリマー、エチレンとペンテンユニットと不飽和構成要素とからなるターポリマー、エチレンとオクテンユニットと不飽和構成要素とからなるターポリマー、ならびにそれらの混合物が挙げられる。ターポリマーの不飽和構成要素としては、いずれかの適当な非共役ジエンを使用でき、例えば、１，４−ヘキサジエン、ジクロロペンタジエンまたはエチリデンノルボルネン（ＥＮＢ）が挙げられる。本発明において好ましいエチレンαオレフィンエラストマーは、約３５重量パーセント〜約９０重量パーセントのエチレンユニットと、約６５重量パーセント〜約５重量パーセントのプロピレンまたはオクテンユニットと０〜１０重量パーセントの不飽和構成要素とを含む。より好ましい実施形態では、エチレン−α−オレフィンエラストマーは、約５０重量パーセント〜約７０重量パーセントのエチレンユニットを含み、最も好ましい実施形態では、エチレン−α−オレフィンエラストマーは約５５パーセント〜約６５パーセントのエチレンユニットを含む。最も好ましいエチレン−α−オレフィンエラストマーはＥＰＤＭである。

架橋エラストマー組成物は、１００のゴム組成物（ｐｈｒ）あたり５〜５０重量部のサイジング剤で処理したチョップド炭素繊維を含む。架橋エラストマー組成物中に１０〜３０ｐｈｒのチョップド炭素繊維が存在することが好ましく、１５〜２０ｐｈｒのチョップド炭素繊維が存在することが最も好ましい。炭素繊維を含有する架橋エラストマーは、スリーブ３０中に使用できる。

炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、コールタールピッチ、レーヨン石油ピッチ、石炭液化物質などをはじめとする出発物質から調製できる。例えば、炭素繊維は、米国特許第４，１９７，２７９号、同４，３９７，８３１号、同４，３４７，２７９号、同４，４７４，９０６号および同４，５２２，８０１号に開示されるものなどの公知の方法によって製造できる。炭素繊維をＰＡＮから製造する場合は、ＰＡＮ繊維を酸化雰囲気（例えば、大気）中、約２００℃〜３００℃で過酸化し、次いで、このように得た繊維を不活性雰囲気（例えば、Ｎ₂,Ｈｅ）中、約５００℃〜３，０００℃で炭化して所望の炭素繊維を得る。

本発明に用いるチョップド炭素繊維の直径は０．００１〜０．０５ｍｍの範囲であり得る。繊維の直径は０．００２ｍｍ〜０．０１２ｍｍの範囲であることが好ましい。

長さについては、チョップド炭素繊維は０．５ｍｍ〜７５ｍｍの範囲である。チョップド繊維の長さは１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。

市販の供給源のチョップド炭素繊維としては、名称ＰＡＮＥＸ（登録商標）３３のもとＺｏｌｔｅｋ Ｃｏｍｐａｎｙによって販売されている製品が挙げられる。これらの繊維はサイジングとしてのエポキシ樹脂とともに入手できる。繊維は３．１７および６．３５ｍｍの長さで入手できる。

チョップド炭素繊維に塗布されたサイジング剤を有することが好ましい。サイジング剤は、エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリスチリルピリジン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、エポキシ変性ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂および上記の樹脂の変性型（ポリマーの末端残基の一部またはポリマーの側鎖の一部が変更されている、例えば、ポリオレフィンにアクリル酸またはマレイン酸がグラフトしている）またはそれらの混合物をはじめとする、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはいずれかの割合のそれらの混合物であり得る。好ましいサイジング剤としては、エポキシ樹脂がある。特に好ましいエポキシ樹脂としては、ビスフェノール−Ａ／エピクロロヒドリンベースのエポキシ樹脂がある。

熱硬化性樹脂をサイジング剤として用いる場合、チョップドストランドのフィラメントの分散が完了するまでチョップドストランドを樹脂の硬化条件（温度および時間）に付されなければならない。ＰＡＮＥＸ（登録商標）３３はサイジング剤としてのエポキシ樹脂を有すると考えられている。

サイジング剤は炭素繊維ストランドをサイジング剤の溶液もしくはエマルションに通すことによって、または溶融状態のサイジング剤に通すことによってストランドに塗布できる。サイジング剤はまた、微粒子の状態でストランドに塗布し、次いで、サイジング剤の融点からその分解点の温度で加熱溶融することができる。浸透を完了するために、例えば、ダイに通すことによって溶融したサイジング剤に圧力を加えてもよい。繊維の平均直径は１〜５０μｍであることが好ましい。

サイジング剤は繊維ストランドに均一に浸透しなくてはならない。溶液またはエマルションの温度は通常１０℃〜５０℃である。樹脂溶液またはエマルションの濃度は通常、溶液またはエマルションの重量に基づいて０．５〜３０重量パーセントであり、２〜２０重量パーセントが好ましく、５〜１０重量パーセントがより好ましい。

溶媒溶液はサイジング剤の種類に応じて、水、エチルアルコールおよびメチルアルコールなどのアルコール、アセトンおよびメチルエチルケトンなどのケトン、キシレン、ジクロロメタン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、トルエンなどおよびそれらの適合する混合物から適当に選択する。エマルションの媒質としては通常水を用い、必要に応じてそれとともに界面活性剤を用いる。

溶液またはエマルションを用いた浸透の際、炭素繊維ストランドに通常ストランドあたり１００〜５，０００グラムの、好ましくはストランドあたり５００〜２，０００グラムの張力を加える。

一般に、炭素繊維ストランド中のサイジング剤の量は、炭素繊維ストランドに加えられる張力、炭素繊維ストランドの撚度および溶液またはエマルション中のサイジング剤濃度に応じて変わる。

サイジング剤の溶液が浸透した炭素繊維ストランドは通常、空気中での乾燥に付す。乾燥を実施するためにストランドを溶媒の沸点の温度に加熱してもよい。温度は分解点よりも高くてはならず、熱硬化性樹脂をサイジング剤として用いる場合には、加熱温度は樹脂の硬化温度より低くなくてはならない。乾燥は通常、サイジング剤中の溶媒の重量が、サイジング剤の重量とその中の溶媒の重量の総重量に基づいて０．１重量パーセント未満になるまで実施する。溶融状態のサイジング剤を塗布する場合には、樹脂が浸透している炭素繊維ストランドを樹脂が粘着性でなくなるまで、または凝固するまで冷却すればよい。

炭素繊維ストランドにサイジング剤の溶液が浸透している場合には、サイジング剤が浸透している炭素繊維ストランドが撚りゼロで提供されることが好ましい。

チョップド炭素繊維上のサイジング剤の量は、チョップド繊維の１重量パーセント〜１０重量パーセントの範囲であり、３重量パーセント〜８重量パーセントが好ましい。

次いで、このように調製したサイジングした炭素繊維ストランドを適切な長さに切断する。

架橋エラストマーと処理したチョップド炭素繊維とを含むエラストマー組成物をスリーブ３０の形成に用いることができる。

処理した炭素繊維を含むエラストマー組成物は、硫黄、ＵＶ硬化またはペルオキシド硬化システムによって架橋できる。使用できる周知の種類のペルオキシドとしては、ジアシルペルオキシド、ペルオキシエステル、ジアルキルペルオキシドおよびペルオキシケタールが挙げられる。具体例としては、過酸化ジクミル、ｎ−ブチル−４，４−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）バレレート、１，１−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−アミルペルオキシ）シクロヘキサン、エチル−３，３−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ブチレート、エチル−３，３−ジ（ｔ−アミルペルオキシ）ブチレート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルクミルペルオキシド、α，α’−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）ジイソプロピルベンゼン、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキシン−３，ｔ−ブチルペルベンゾエート、４−メチル−４−ブチルペルオキシ−２−ペンタノンおよびそれらの混合物が挙げられる。好ましいペルオキシドとしては、α，α’−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）ジイソプロピルベンゼンがある。ペルオキシドの通常の量は１〜１２ｐｈｒ（ペルオキシドの活性部に基づいて）の範囲である。ペルオキシドの量は２〜６ｐｈｒの範囲であることが好ましい。遊離基架橋反応の際は架橋助剤が存在する。架橋助剤としては、単官能性不飽和有機化合物および多官能性不飽和有機化合物があり、それらを遊離基開始剤と組み合わせて使用して改良された加硫特性を達成する。代表的な例としては、有機アクリレート、有機メタクリレート、ジビニルエステル、ジビニルベンゼン、ビス−マレイミド、シアヌル酸トリアリル、ポリアルキルエーテルおよびエステル、α−β不飽和有機酸の金属塩およびそれらの混合物が挙げられる。

架橋助剤は様々なレベルで存在し得る。一般的にいえば、架橋助剤は０．１〜４０ｐｈｒの範囲の量で存在する。架橋助剤は２〜２０ｐｈｒの範囲の量で存在することが好ましい。

上記のように、架橋助剤の一種類として、アクリレートおよびメタクリレートがある。このような架橋助剤の代表的な例として、二、三、四および五官能性アクリレート、二、三、四および五官能性のメタクリレートおよびそれらの混合物が挙げられる。このような架橋助剤の具体例としては、１，３−ブチレングリコールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジメタクリレート、２−ヘノキシエチルアクリレート、アルコキシル化ジアクリレート、アルコキシル化ノニルフェノールアクリレート、アリルメタクリレート、カプロラクトンアクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、シクロヘキサンジメタノール、メタクリレートジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ジ−トリメチロールプロパンテトラアクリレート、エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシル化ビスフェノールＡジメタクリレート、エトキシル化ノニルフェノールアクリレート、エトキシル化テトラブロモビスフェノールＡジアクリレート、エトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート、エトキシル化ビスフェノールジメタクリレート、エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、グリシジルメタクリレート、高度プロポキシル化グリセリルトリアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、イソデシルアクリレート、イソデシルメタクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、オクチルデシルアクリレート、ペンタアクリレートエステル、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、プロポキシル化グリセリルトリアクリレート、プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、プロポキシル化アリルメタクリレート、プロポキシル化グリセリルトリアクリレート、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート、ステアリルアクリレート、ステアリルメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、トリデシルアクリレート、トリデシルメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、三官能性アクリレートエステル、三官能性メタクリレートエステル、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌル酸トリアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌル酸トリアクリレートおよびトリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌル酸トリメタクリレートが挙げられる。

α，β−不飽和有機酸の金属塩としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、エタクリン酸、ビニル−アクリル酸、イタコン酸、メチルイタコン酸、アコニット酸、メチルアコニット酸、クロトン酸、α−メチルクロトン酸、桂皮酸および２，４−ジヒドロキシ桂皮酸をはじめとする酸の金属塩が挙げられる。金属は亜鉛、カドミウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウムまたはアルミニウムであり得る。ジアクリル酸亜鉛およびジメタクリル酸亜鉛が好ましい。

従来のカーボンブラックも本組成物中に存在し得る。このようなカーボンブラックは５〜２５０ｐｈｒの範囲の従来の量で用いる。カーボンブラックは２０〜１００ｐｈｒの範囲の量で用いることが好ましい。使用できるカーボンブラックの代表的な例としては、そのＡＳＴＭ名称Ｎ１１０、Ｎ１２１、Ｎ２４２、Ｎ２９３、Ｎ２９９、Ｓ３１５、Ｎ３２６、Ｎ３３０、Ｍ３３２、Ｎ３３９、Ｎ３４３、Ｎ３４７、Ｎ３５１、Ｎ３５８、Ｎ３７５、Ｎ５５０、Ｎ５８２、Ｎ６３０、Ｎ６２４、Ｎ６５０、Ｎ６６０、Ｎ６８３、Ｎ７５４、Ｎ７６２、Ｎ９０７、Ｎ９０８、Ｎ９９０、Ｎ９９１で知られているものおよびそれらの混合物が挙げられる。

ゴム組成物は、ゴム配合の技術分野で一般的に知られている方法、例えば、種々の構成要素ゴムの、種々のよく用いられる添加物質、例えば、硬化助剤および加工添加剤、例えば、オイル、粘着付与樹脂および可塑剤をはじめとする樹脂、増量剤、不溶性着色剤、脂肪酸、ワックス、抗酸化剤およびオゾン劣化防止剤などとの混合によって配合されることは当業者ならば容易に理解する。上記の添加剤が選択され、従来の量でよく用いられる。

粘着付与樹脂を用いる場合には、その典型的な量は、約０．５〜約１０ｐｈｒを含み、通常約１〜５ｐｈｒを含む。加工助剤の典型的な量は約１〜約５０ｐｈｒを含む。このような加工助剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、ナフテン系加工油および／またはパラフィン系加工油が挙げられる。抗酸化剤の典型的な量は、約１〜約１０ｐｈｒを含む。代表的な抗酸化剤としては、トリメチル−ジヒドロキノリンがある。脂肪酸を用いる場合には、ステアリン酸を挙げることができるが、その典型的な量は、約０．５〜約３ｐｈｒを含む。ワックスの典型的な量は、約１〜約５ｐｈｒを含む。微結晶および精製パラフィンワックスを用いることが多い。可塑剤を用いる場合には、その典型的な量は、１〜１００ｐｈｒを含む。このような可塑剤の代表的な例としては、セバシン酸ジオクチル、塩素化パラフィンなどが挙げられる。本発明のスリーブを製造するためのゴム組成物の強度および完全性を高めるために、種々のカーボンブラックでない増量剤および／または強化剤を添加してもよい。強化剤の一例として、シリカがある。シリカは、１００部のゴムに基づいて約０〜８０重量部、好ましくは、約１０〜４０重量部の量で本組成物に使用できる。

また、エラストマー組成物には、チョップド炭素繊維に加え、さらなる繊維またはフロックを含めてもよい。エラストマー混合物中に分配される光学繊維またはフロックは、適した材料であればいずれでもよいが、金属でない繊維、例えば、綿、またはアラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＴＦＥ、グラスファイバーなどを含めた、適した合成材料でできている繊維が好ましい。各繊維の直径は、０．００１インチ〜０．０５０インチ（０．０２５ｍｍ〜１．３ｍｍ）の間の範囲、長さは、０．００１インチ〜０．５インチ（０．０２５ｍｍ〜１２．５ｍｍ）の間の範囲であり得る。繊維は５〜５０ｐｇｒの範囲の量で使用できる。

エラストマー組成物には、上記に加え、固体無機滑剤が存在し得る。このような滑剤の代表的な例としては、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、二セレン化モリブデン、グラファイト、三酸化アンチモン、二硫化タングステン、タルク、マイカ、二セレン化タングステンおよびそれらの混合物が挙げられる。このような固体無機滑沢剤を用いる場合には、その量は通常、１〜２５ｐｈｒの範囲となる。

ゴム組成物の混合は、ゴム混合の技術分野の当業者に公知の方法によって達成できる。例えば、成分は１段階で混合してもよいが、通常少なくとも２段階、すなわち、少なくとも１段階の非生産段階とそれに続く生産混合段階とで混合する。加硫剤をはじめとする最終硬化剤は通常、従来的に「生産」混合段階と呼ばれる最終段階で混合し、これでは混合は通常一定温度、すなわち加工非生産混合段階の混合温度よりも低い最終温度で起こる。

ゴム組成物が炭素繊維およびカーボンブラックと混合されると、炭素繊維はランダムな配向を有する。次いで、図３に示されるように、このゴム混合物３１をカレンダーロール３２ａ、３２ｂに通し、主に、およそ６５％以上が「縦」方向、別名、「一緒の（ｗｉｔｈ）」方向の繊維３６を含むシート３４を形成する。図４は「一緒の」方向の繊維３６を含むシート３４の上面図である。図５は、「一緒の」方向に対して本質的に垂直である、「対抗する（ａｇａｉｎｓｔ）」方向の繊維３６を示す９０°回転させたシート３４の上面図である。

次いで、「一緒の」方向の繊維３６を含むゴムシート３４を、図２に示されるように、エラストマーマトリックスに埋め込まれているチョップド炭素繊維が、スリーブ３０を通じて垂直に伸びる中心線３８の方向にあるようにスリーブ３０に形成する。図２のスリーブの壁厚は好ましくは約０．５０インチ未満、より好ましくは、約０．３７５〜約０．５０インチの間であり得る。スリーブ３０の高さは約４フィートであり得る。

図６に関しては、エラストマーシート中のチョップド繊維の配向割合を示すグラフが示されている。配向割合とは、対抗する方向のモジュラスで除した一緒の方向のモジュラスである。平方インチあたりのポンド（ｐｓｉ）でのモジュラスは、エラストマーシートを「一緒の」方向および「対抗する」方向に引き伸ばすことによって求められている。グラフのｘ軸には、モジュラスの種々のパーセンテージ（どれほどシートが引き伸ばされているか、すなわち、１０％、１５％および２０％）が示されている。

０ｐｈｒのチョップド炭素繊維の場合には、「一緒の」方向および「対抗する」方向において材料に相違がないためにすべてのモジュラス点について配向割合が約１に等しいことがわかる。１０ｐｈｒのチョップド炭素繊維の場合には、考慮されるモジュラス点にかかわりなくほぼ同一にとどまりながらも、倍より多い配向割合が見られる。このことは、エラストマー材料に炭素繊維を添加することによって、炭素繊維が、「対抗する」方向の強度よりも「一緒の」方向の強度を高める強力な効果を有することを示す。最後に、２０ｐｈｒのチョップド炭素繊維の場合には、配向割合がここでは３．５を超えて高まることがわかり、このことは「一緒の」方向の強度の増大を再度示す。この場合も、配向割合は、考慮されるモジュラス点にかかわりなくほぼ同一にとどまる。このことは、エラストマー材料に炭素繊維を添加することによって、「一緒の」方向の炭素繊維が、炭素繊維が「対抗する」方向にあるシートの強化において強力な効果を有することを示す。

図７に関しては、種々の量のチョップド炭素繊維が埋め込まれている一連のＥＰＡベースの化合物のショアＡでの硬度を示すグラフが示されている。各値のｐｈｒについて、エイジングされていない試料と、２７５°華氏（Ｆ）で１６８時間空気でエイジングされている点以外は同一の試料のデータが示されている。

より高いｐｈｒの炭素繊維を含む材料がより硬いことがわかる。しかし、炭素繊維の存在は空気でのエイジングに対して硬度を有意に高めない。スリーブは高温加硫条件で用いられるので、これは本発明の重要な態様である。仮に空気中でのエイジングに対して過度に硬化すると、その柔軟性を失うこととなり、図１に示されるように、ドラム１２の周りに巻き付けられている未硬化ベルト１４に対して圧迫することはもはやできない。

図８に関しては、種々の量、すなわち、１０％、１５％および２０％、エラストマーストリップを引き伸ばす圧力（ｐｓｉ）のグラフが示されている。種々の量、すなわち、１０ｐｈｒ、１５ｐｈｒおよび２０ｐｈｒのチョップド炭素繊維がエラストマー材料に埋め込まれている、３つにグループ分けしたＥＰＭベースのエラストマー材料の試料がある。３グループの各々において、４種の材料が調べられている。ａ）Ｗとして識別される、「一緒の」方向の炭素繊維を有するエイジングされていない材料、ｂ）Ｗａｇとして識別される、「一緒の」方向の炭素繊維を有するエイジングされた材料、ｃ）Ａとして識別される、「対抗する」方向の炭素繊維を有するエイジングされていない材料およびｄ）Ａａｇとして識別される、「対抗する」方向の炭素繊維を有するエイジングされた材料。

０ｐｈｒの第１の群に関しては、エラストマー試料を「一緒の」方向で試験したか、または「対抗する」方向で試験したか、あるいは空気でエイジングしたかどうかにかかわらず、３種のモジュラス点で圧力に有意な相違はなかった。

１０ｐｈｒの第２の群に関しては、「一緒の」方向の炭素繊維を含むエラストマー試料は、エイジングしたものであれしていないものであれ、１０％、１５％および２０％、引き伸ばすのに、「対抗する」方向の炭素繊維を含む同様のエラストマーストリップよりも有意に大きい圧力を生じ、それらは圧力値において０ｐｈｒの炭素繊維を含むエラストマー試料と同様ではなかった。

２０ｐｈｒの第３の群に関しては、「一緒の」方向の炭素繊維を含むエラストマー試料は、エイジングしたものであれしていないものであれ、１０％、１５％および２０％、引き伸ばすのに、「対抗する」方向の炭素繊維を含むエラストマー試料よりも有意に大きい圧力を生じ、それらは圧力値において０ｐｈｒの炭素繊維を含むエラストマー試料と同様ではなかった。また、エイジングしたものであれしていないものであれ、１０％、１５％および２０％、引き伸ばす圧力量が、「一緒の」方向の１０ｐｈｒ炭素繊維を含むエラストマー試料と比較して有意に増加した。

図６、７および８のグラフから得られる結論は、スリーブ３０を「一緒の」方向の１０ｐｈｒ、好ましくは２０ｐｈｒの炭素繊維を含むエラストマー材料から構築することは、図１に示される動力伝導用ベルトを加硫するのに適したスリーブを提供するということである。図７および８に示されるように、スリーブ３０が相当なエイジングの後でも耐えるのに必要な強化を提供する上に、従来技術のスリーブ１０よりも薄いものであり得、したがって、より短い加硫時間が可能となる。また、スリーブのエラストマーマトリックスに混合されたカーボンブラックとともに炭素繊維を含めることにより熱の伝導が増加し、それによってスリーブの効率が高まると考えられる。また、強化炭素繊維が硬化スリーブ中に縦方向に配向して存在することによって、硬化スリーブの繰り返し加熱および冷却によって引き起こされる縮みが最小化され、その結果、スリーブ内に成形ドラムをスチールの蓋で密閉するのに十分に長いままとなり、スリーブの寿命が延長される。

本発明は、制限的性質ではなく例示的性質として考慮されなくてはならない、単に好ましい実施形態が示され、説明されていると理解される方法で、および本発明の趣旨内にあるすべての変化および改変が保護されることが望まれる方法で示し、説明した。本発明が最も関係している技術分野の当業者には前記で説明される技術に関する多数のその他の「変法」が生じるであろうことは明らかであり、このような変法は本明細書に開示される本発明の範囲内であるものとする。

ポットヒーター中に配置される、円筒形成形ドラムの周りの従来技術の硬化スリーブの図である。 本発明の硬化スリーブを例示する断面透視図である。 ゴム混合物をカレンダー加工する場合の概念図である。 「一緒の」方向の繊維３６を含むシート３４の上面図である。 「一緒の」方向に対して本質的に垂直であり、「対抗する（ａｇａｉｎｓｔ）」方向の繊維３６を示す９０°回転させたシート３４の上面図である。 エラストマーシート中のチョップド繊維の配向割合を示すグラフである。 種々の量のチョップド炭素繊維が埋め込まれている一連のＥＰＡベースの化合物のショアＡでの硬度を示すグラフである。 種々の量でのエラストマーストリップを引き伸ばす圧力（ｐｓｉ）を示すのグラフである。

符号の説明

１０ スリーブ
１０ａ 上部開口部
１２ 成形ドラム
１４ 未硬化ベルト
１６ ポットヒーター
１８ 板
１９ 蓋
２２ スパッド
２４ 蒸気パイプ
２６ 蒸気パイプ
３０ 硬化スリーブ
３１ ゴム混合物
３２ａ カレンダーロール
３２ｂ カレンダーロール
３４ シート
３６ 繊維
３８ 中心線

Claims (17)

1. 加硫プロセスに用いるスリーブであって、
   架橋ゴムと、
   １０〜３０ｐｈｒのチョップド炭素繊維と
   を含むエラストマー組成物で構築される円筒形スリーブを備えるスリーブ。
2. 炭素繊維が硬化スリーブに対し縦方向に配向している、請求項１に記載のスリーブ。
3. ２〜６ｐｈｒの範囲のペルオキシドの架橋剤を含む、請求項１に記載のスリーブ。
4. ２〜２０ｐｈｒの架橋助剤を含む、請求項１に記載のスリーブ。
5. 前記架橋ゴムがエチレンαオレフィンエラストマー、シリコンゴム、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、エピクロロヒドリン、アクリロニトリルゴム、水素化アクリロニトリルゴム、不飽和カルボン酸エステルがグラフトした水素化ニトリルブタジエンエラストマーの亜鉛塩、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−ビニル−アセテート共重合体、エチレンメタクリレート共重合体およびターポリマー、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン、トランス−ポリオクテナマー、ポリアクリルゴムおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のスリーブ。
6. 繊維の表面に塗布されるサイジング剤をさらに含み、前記サイジング剤がエポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリスチリルピリジン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、エポキシ変性ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリデン樹脂およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載のスリーブ。
7. チョップド炭素繊維上のサイジング剤の量がチョップド繊維の重量の１パーセント〜１０パーセントの範囲である、請求項６に記載のスリーブ。
8. チョップド炭素繊維上のサイジング剤の量が３重量パーセント〜８重量パーセントの範囲である、請求項７に記載のスリーブ。
9. 熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂およびそれらの混合物からなる群から選択されるサイジング剤をさらに含む、請求項１に記載のスリーブ。
10. 前記サイジング剤がエポキシ樹脂である、請求項９に記載のスリーブ。
11. チョップド炭素繊維の量が１５〜２０ｐｈｒの範囲である、請求項１に記載のスリーブ。
12. チョップド炭素繊維の直径が０．００１〜０．０５ｍｍの範囲である、請求項１に記載のスリーブ。
13. チョップド炭素繊維の長さが０．５〜７５ｍｍの範囲である、請求項１２に記載のスリーブ。
14. 前記ゴムがエチレンαオレフィンエラストマー、水素化アクリロニトリルゴム、塩素化ポリエチレン、天然ゴム、ポリブタジエンおよびスチレン−ブタジエンゴムからなる群から選択される、請求項１に記載のスリーブ。
15. 前記エラストマー組成物がＥＰ（Ｄ）Ｍを含む、請求項１に記載のスリーブ。
16. 前記エラストマー組成物が水素化アクリロニトリルゴムを含む、請求項１に記載のスリーブ。
17. 前記エラストマー組成物が塩素化ポリエチレンを含む、請求項１に記載のスリーブ。

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