本発明は、伝動ベルトを作製する際に、母材であるゴムに芯線として埋設し補強を行うためのゴム補強用ガラス繊維、該ゴム補強用ガラス繊維を補強のために芯線として埋め込んだゴム製の伝動ベルトに関する。本発明のゴム補強用ガラス繊維は特に自動車用タイミングベルトの補強用芯線として有用である。
伝動ベルト、タイヤ等のゴム製品に引っ張り強さおよび寸法安定性を与えるために、ガラス繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維およびポリエステル繊維等の引っ張り強度の高い繊維を母材ゴムに補強材として埋設することは一般的に行われ、母材ゴムに埋設するゴム補強用繊維には、母材であるゴムとの界面が強固で剥離しないことが必要とされる。しかしながら、多数本のガラス繊維フィラメントにシランカップリング剤および樹脂等を含有する集束剤を散布し集束させたガラス繊維コード、言い換えれば、ストランドをそのまま母材ゴムに埋め込んでも、界面が剥離してしまい補強材としての用をなさない。そのため、伝動ベルトを製造する際に母材ゴムに埋設して使用するゴム補強用ガラス繊維には、母材ゴムと接着するための被覆材をガラス繊維コードに塗布被覆し被覆層を設ける。
例えば、自動車用伝動ベルトは高温のエンジンル−ム内で使用されるため、前記被覆処理を行ったゴム補強用ガラス繊維を埋設した芯線とした伝動ベルトであっても、高温下において屈曲し続ける過酷な走行状況において、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムとの初期の接着強さが持続されず、長時間の走行においては、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムとの界面の剥離をきたすこともある。
自動車用伝動ベルトには、高温下のエンジンルーム内、水がかかり、エンジンオイル、潤滑油等の油が付着する過酷な環境下における長時間の屈曲走行後において、引っ張り強さを持続し伸びがなく寸法安定性に優れていることが要求される。特に、タイミングベルトは、エンジンのカムシャフトおよびクランクシャフトを連結し、バルブの開閉をピストンの上下動に連動させるもので歯付きベルトが使用され、過酷な条件下の長時間の屈曲走行において、破損は言うにおよばず、少しの伸びも許されない。タイミングベルトの母材ゴムは、耐熱ゴムである水素化ニトリルゴム(以下、HNBRと略する)が用いられ、芯線には耐久性が有り、アラミド繊維に比べ安価なことからゴム補強用ガラス繊維が用いられ、さらなる耐久性の向上が望まれている。
伝動ベルトとし高温下長時間屈曲走行させてもゴム補強用繊維と母材ゴムの初期の接着強さを持続する耐熱性に加え、伝動ベルトに水をかけつつ長時間走行させても、被覆層がガラス繊維コードへの水の浸透を防ぐことで初期の接着強さを持続する耐水性を伝動ベルトに与えるゴム補強用ガラス繊維を芯線とした伝動ベルトの開発が待たれている。
母材ゴムとしてのHNBRとガラス繊維コードとの初期の接着強さを持続し界面の剥離をきたさず、高温下の屈曲走行においても長期信頼性のある伝動ベルトを提供するための被覆層を設けたゴム補強用ガラス繊維として、ガラス繊維コードに1次被覆層を設け、該1次被覆層上に異なる組成のガラス繊維2次被覆用塗布液を塗布乾燥させて、さらなる2次被覆層を設けたゴム補強用ガラス繊維が特許文献1〜4に開示されている。
従来、自動車のタイミングベルト等の耐熱性の伝動ベルトは、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体、クロロスルホン化ポリエチレンからなるガラス繊維被覆用塗布液を用いガラス繊維コードに塗布乾燥させたゴム補強用ガラス繊維を耐熱ゴムとしてのHNBRに埋設し作製された。また、ガラス繊維コードとHNBRの接着性、引いては耐熱性を高めるために、該ゴム補強用ガラス繊維にさらなる2次被覆層を設け耐熱ゴムとしてのHNBRに埋設し作製された。
例えば、特許文献1において、ハロゲン含有ポリマーとイソシアネートを含む第2液で処理する方法が開示されている。
また、特許文献2には、繰返し屈曲応力を受けるような高温の条件下で使用していても、時間の経過とともに接着力が低下することなく、耐熱性も大きく、しかも製造コストも低く、HNBR補強用として好適なゴムの補強用繊維、特に歯元強度の大きい歯付ベルトを得るのに好適な、ゴム補強用繊維として、ガラス繊維よりなる芯線上にレゾルシン−ホルムアルデヒドの水溶性縮合物、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およびアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックスを含む層を形成させたゴムの補強用繊維が開示されている。
また、特許文献3には、ゴムラテックス、レゾルシン−ホルムアルデヒド水溶性縮合物およびトリアジンチオールを含有するゴム補強用繊維処理剤が開示されている。
また、本出願人の特許出願に係る特許文献4には、ガラス繊維コードにアクリル酸エステル系樹脂とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体とレゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物とを含有する1次被覆層を設け、その上層にクロロスルホン化ポリエチレンとイソシアネート化合物を含有する2次被覆層を設けてなるゴム補強用ガラス繊維が開示されている。
さらに、本出願人の特許出願に係る特許文献5には、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物とゴムラテックスと含有する1次被覆層を設け、ビスアリルナジイミドとゴムエラストマーと加硫剤と無機充填材とを含有する2次被覆層を設けたゴム補強用ガラス繊維が開示されている。
また、伝動ベルトとした際の耐水性の向上を目的として、本出願人の特許出願に係る特許文献6には、ガラス繊維コードに被覆するための、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体とクロロスルホン化ポリエチレンとを水に分散させエマルジョンとしたガラス繊維被覆用塗布液が開示されている。
さらに、本出願人の特許出願に係る特許文献7〜11には、特許文献6に記載のガラス繊維被覆用塗布液をガラス繊維コードに塗布し1次被覆層とし、その上層にハロゲン含有ポリマーとビスアリルナジイミドを含有する2次被覆層を設けてなることを特徴とするゴム補強用ガラス繊維、該1次被覆層の上層にハロゲン含有ポリマーとマレイミドを含有する2次被覆層を設けてなるゴム補強用ガラス繊維、該1次被覆層の上層にハロゲン含有ポリマーと有機ジイソシアネートおよびメタクリル酸亜鉛とを含有する2次被覆層を設けてなるゴム補強用ガラス繊維、および該1次被覆層の上層にクロロスルホン化ポリエチレンとトリアジン系化合物を含有する2次被覆層を設けてなるゴム補強用ガラス繊維が開示されている。
さらに、本出願人の特許出願に係る特許文献12には、ガラス繊維コードに被覆するための、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を溶解しビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体を水に分散させたエマルジョンとクロロスルホン化ポリエチレンを水に分散させエマルジョンを含有するガラス繊維被覆用塗布液が開示されている。水に難溶のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の溶解にアルコール化合物またはアミン化合物を用いる。
また、自動車用伝動ベルトには、エンジンの熱に対する耐熱性、雨天走行における耐水性に加え、エンジン内部のエンジンオイルがシリンダーヘッドのガスケットから滲みでそれが付着する等のことより、耐油性も必要である。
そこで、特許文献13には、極めて長い時間使用できるタイミングベルトを得ることが可能な、耐油性に優れたゴム製品の補強繊維として、レゾルシンとホルムアルデヒドとの水溶性縮合物、固形状アクリロニトリル−ブタジエン共重合体のラテックス、および液状アクリロニトリル−ブタジエン共重合体のラテックスを含有する処理剤による被膜がされたガラス繊維コードが開示されている。
また、特許文献14には、耐油性を改善するレゾルシン−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処理剤で被覆処理を施したゴム補強用ガラス繊維が開示されている。
また、特許文献15には、耐油性を改善するガラス繊維処理剤レゾルシン−ホルムアルデヒド水溶性縮合物およびブタジエン−アクリロニトリル共重合体ラテックスのみからなり、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体ラテックスは、その固形分質量を基準として、アクリロニトリルの含有率が31〜55質量%のものであるゴム補強用ガラス繊維処理剤が開示されている。
また、特許文献16には、優れた耐油性、タック性および耐屈曲疲労性を有し、過酸化物を加硫剤とするHNBRを用いたタイミングベルト等のゴム製品の製造にも適した補強繊維として、第1の被覆層が、レゾルシンとホルムアルデヒドとの水溶性縮合物、固形状アクリロニトリル−ブタジエン共重合体のラテックス、および液状アクリロニトリル−ブタジエン共重合体のラテックスを含有し、その上層の第2の被覆層が、未硬化フェノール樹脂およびゴムを含有する補強繊維が開示されている。
特公平2−4715号公報
特開平4−103634
特開平10−25665号公報
特開2004−203730号公報
特開2004-244785号公報
特開2006−104595号公報
国際公開WO/2006/038490のパンフレット
特開2007−63726号公報
特開2007−63727号公報
特開2007−63728号公報
特開2007−63729号公報
国際公開WO/2007/114228のパンフレット
特開2002−339255号公報
特開2003−253569号公報
特開2003−268678号公報
特開2004−100059号公報
従来のゴム補強用ガラス繊維を芯線として、HNBRに埋設させて作製された伝動ベルトは、屈曲走行させ続けると伝動ベルトに伸びが発生するとともに耐熱性に乏しい。特に、高温下のエンジンルーム内で屈曲走行し続ける自動車用伝動ベルトであるタイミングベルトには、少しの伸びも許されなく寸法安定性に優れていること、加えて優れた耐熱性、耐水性、耐油性が要求される。
また、高温下におけるエンジンオイル等との接触浸透によって、自動車用伝動ベルトに埋設したゴム補強用ガラス繊維の被覆層は変質し易く、ゴム補強用ガラス繊維とHNBRの接着力低下および界面の剥がれに繋がることがある。この変質は、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体が耐油性に劣るために起こる。
そこで、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物の存在下、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体の替わりに、耐油性に優れるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体を被覆材に用いゴム補強用ガラス繊維を作製したところ、それを埋設した伝動ボルトの耐油性は向上するものの耐水性は低下する問題があった。
このように、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物の存在下、ただ単に、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体の替わりに、耐油性に優れるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体を被覆材として加えたとしても、それが埋設された伝動ベルトの屈曲走行において、耐水性と耐油性のバランスが保てなく、また、ガラス繊維コードと母材ゴムにおいて初期の接着力を保てなく、屈曲走行させる走行時間の経過に伴って伝動ベルトが伸びて不具合が発生するのが早い。特に、タイミングベルトとして使用すると、伸びにより、クランクシャフトとカムシャフトの連動によるピストンの上下動とバルブの開閉タイミングを合わせる等の動力伝達機構の機能に支障をきたすのが早いという問題があることがわかった。
本発明は、ゴム補強用ガラス繊維を母材ゴムに芯線として埋設して伝動ベルトを作製した際に、高温下、水がかかり、オイルが付着する屈曲走行後にあって、寸法変化の小さい、即ち、伸びが少ないという、伝動ベルトに優れた寸法安定性、耐熱性、耐水性および耐油性をバランスよく与えるゴム補強用ガラス繊維を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、従来の伝動ベルトに比較して、伝動ベルトに水をかけつつ長時間屈曲走行させても被覆層が初期の接着強さを持続する耐水性に加え、高温下において長時間屈曲走行させても被覆層が初期の接着強さを持続する耐熱性、オイル存在下において長時間屈曲走行させても被覆層が初期の接着強さを持続する耐油性をバランスよく合わせ持ち、過酷な屈曲走行を長時間行った後においても伸びが極めて少なく寸法安定性に優れた伝動ベルトを提供することを目的とする。
前記の問題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、複数本、具体的には多数本のガラス繊維フィラメントにシランカップリング剤および樹脂等を含有する集束剤を塗布した後に集束させたストランドにモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とを必須の成分として含有する1次被覆層を形成し、その上層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を必須の成分として含有する2次被覆層を設けてなるゴム補強用ガラス繊維を用いた伝動ベルトは、従来のゴム補強用ガラス繊維を用いた伝動ベルトに比較して、屈曲走行時の寸法安定性に優れるばかりでなく、言い換えれば、屈曲走行試験において伸びないばかりか、被覆層をエンジンオイルと高温下接触させても変質が抑えられることがわかった。尚、本発明において、ストランドに母材ゴムとの接着のための被覆層を設けたものをゴム補強用ガラス繊維と称する。
従来のゴム補強用ガラス繊維を用いた伝動ベルトに比較して、本発明のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を必須の成分として含有する1次被覆層を形成し、その上層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を必須の成分として含有する2次被覆層を設けてなるゴム補強用ガラス繊維を用いた伝動ベルトは寸法安定性に優れる。このことは、前記ストランドにモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類―ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を含有する1次被覆用塗布液を塗布加熱し水分を蒸発させ硬化させた際および母材ゴムと接着させた際等に、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)がニトリル基を持つことで3次元架橋による硬化が促進し、強靭な高分子マトリクスとなり、ゴム補強用ガラス繊維に優れた被覆層を与え、ゴム補強用ガラス繊維を用いた伝動ベルトは屈曲走行させても寸法安定性に優れる、即ち、伸びないことによる。
レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物は、ベンゼン環に親水性基であるOH基が2コ付加したレゾルシンとホルムアルデヒドを縮合させてなる水溶性の縮合物である。
また、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物は、ベンゼン環に親水性基であるOH基が1コ付加したモノヒドロキシベンゼンとホルムアルデヒドを縮合させてなる水溶性の縮合物である。
また、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物は、ベンゼン環に親水性基であるOH基、疎水性基であるCl基が各1コ付加したクロロフェノールとホルムアルデヒドを縮合させてなる水に難溶な縮合物である。クロロフェノールとホルムアルデヒドを水中で縮合反応させて得られたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿を可溶化剤としてのアルコール化合物またはアミン化合物を加え溶解させることで、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を得、前述の1次被覆用塗布液に使用する。
レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物に比べ、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物がより疎水性であり、さらに、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物がより疎水性である。
以上の理由で、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層の組成物として、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)に加え、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物に換えて、疎水性のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物を用いることで、伝動ベルトにした際の耐水性、耐油性がともに向上した。また、本発明のゴム補強用ガラス繊維の被覆材の組成物として、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)に加え、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物に換えて、さらに疎水性のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を用いることで、伝動ベルトにした際の耐水性、耐油性が向上した。
しかしながら、ゴム補強用ガラス繊維にモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を必須の成分として含有する1次被覆層を形成したのみでは、伝動ベルトとした際に、優れた耐熱性および耐水性を得難い。
モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とを必須の成分として含有する1次被覆層の上層に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を設けたところ、耐熱性および耐水性が向上し、該ゴム補強用ガラス繊維を埋設した伝動ベルトに、屈曲走行における優れた寸法安定性および注水下の走行における優れた耐水性、オイル付着下の走行における優れた耐油性を与えた。
即ち、本発明は、複数本のガラス繊維フィラメントを集束させたストランドにモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を含有する1次被覆層を形成し、その上層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を設けてなることを特徴とするゴム補強用ガラス繊維である。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の2次被覆層に使用されるトリアジン系化合物(E)としては、トリアリルシアヌレートまたはトリアリルイソシアヌレートが挙げられる。
また、本発明は、トリアジン系化合物(E)がトリアリルシアヌレートまたはトリアリルイソシアヌレートから選ばれることを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
さらに、本発明は、2次被覆層の全質量を100%基準とする質量百分率で表して、10.0%以上、70.0%以下のクロロスルホン化ポリエチレン(D)と、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の質量を100%基準とする質量百分率であらわして、E/D=0.3%以上、10.0%以下のトリアジン系化合物(E)からなる2次被覆層を設けてなることを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
また、1次被覆層において、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)との組成比を選択することによって、耐水性および耐油性をバランスよく得ることが可能となる。
さらに、本発明は、1次被覆層中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とを合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、1次被覆層にモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)を、A/(A+B)=1.0%以上、55.0%以下、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を、B/(A+B)=45.0%以上、99.0%以下の範囲で含有することを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
また、1次被覆層の組成物にビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を加えること、およびアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)との組成比を選択することによって、優れた耐水性および耐油性をバランスよく得ることが可能となる。
また、本発明は、1次被覆層にさらにビニルピリジン−ブタジエン−スチレン共重合体(C)を含有させたことを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
さらに、本発明は、1次被覆層中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−ブタジエン−スチレン共重合体(C)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、1次被覆層にモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)を、A/(A+B+C)=1.0%以上、40.0%以下、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を、B/(A+B+C)=1.0%以上、55.0%以下、ビニルピリジン−ブタジエン−スチレン共重合体(C)を、C/(A+B+C)=10.0%以上、70.0%以下の範囲で含有することを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
また、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層において、上記ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の一部をスチレン−ブタジエン共重合体に替えて使用できる。
また、本発明は、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)をスチレン−ブタジエン共重合体に替えてなることを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
また、1次被覆層に含有される組成物に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)を加えると、ゴム補強用ガラス繊維を埋設した伝動ベルトの耐熱性がさらに向上する。
モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の存在下、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の替わりに、耐油性に優れるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を1次被覆層に含有させてゴム補強用ガラス繊維を作製したところ、それを芯線として埋設した伝動ボルトの耐油性は向上するものの耐水性は低下するが、2次被覆層に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有させることで、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が伝動ベルトに与える優れた耐油性を維持したままで耐水性を高めることが可能となった。尚、クロロスルホン化ポリエチレン(D)は、ゴム補強用ガラス繊維を埋設した伝動ベルトの耐熱性を向上させるために使用する。
このことは、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆用塗布液を塗布した2次被覆層が、耐油性には優れるが耐水性には劣るアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とを含有する一次被覆層に水が浸透し、耐水性に劣るガラス繊維に水が接触することを抑制することによる。
また、本発明は、1次被覆層にさらにクロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有させたことを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
さらに、本発明は、1次被覆層中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、1次被覆層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)を、D/(A+B+D)=1.0%以上、40.0%以下の範囲で含有させたことを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
さらに、本発明は、1次被覆層中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−ブタジエン−スチレン共重合体(C)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、1次被覆層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)を、D/(A+B+C+D)=1.0%以上、40.0%以下の範囲で含有させたことを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
尚、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層において、アクリロニトリル−ブタジエン2元のみでなく、重合モノマーにスチレンを加え、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンによる3元共重合体としたアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を用いたとしても、前記理由により、寸法安定性において、同等の効果が得られる。アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体を用いた方が、伝動ベルトとした際に、耐熱性および耐油性を低下させることなく耐水性が得られ、優れた伝動ベルトを得やすい。
また、本発明は、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体であることを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維である。
さらに、本発明は、上記のゴム補強用ガラス繊維が母材ゴムに埋設されてなることを特徴とする伝動ベルトである。
さらに、本発明は、上記のゴム補強用ガラス繊維が水素化ニトリルゴムに埋設されてなることを特徴とする自動車用タイミングベルトである。
本発明によるゴム補強用ガラス繊維を、耐熱ゴムである、例えば、HNBRへ埋設した際に、ゴム補強用ガラス繊維とHNBRは優れた接着強さを有する。さらに、HNBRへ芯線として埋設して伝動ベルトとした際に、耐熱性、耐水性および耐油性をバランスよく合わせ持たせ、高温多湿下における伝動ベルトとしての長時間の屈曲走行後において、ゴム補強用ガラス繊維と耐熱ゴムの界面が剥離する懸念がなく該伝動ベルトは引っ張り強さを維持し、少しの伸びもなく寸法安定性に優れる。
特に伝動ベルトの中でも自動車用タイミングベルトに用いた時、高温下のエンジンルーム内、水がかかり、エンジンオイル、潤滑油等の油が付着する長時間の走行後において、引っ張り強さを持続し、少しの伸びもなく寸法安定性に優れる。
本発明は、複数本のガラス繊維フィラメントを集束させたストランドにモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)とを含有する1次被覆層を形成し、その上層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を設けてなることを特徴とするゴム補強用ガラス繊維である。
本発明において、ゴム補強用ガラス繊維は、例えば、ガラス繊維の原料を加熱したガラス溶融窯のブッシングから突出した細線である多数本のガラス繊維フィラメントに、シラン系カップリング剤を含有する集束剤を散布塗布し集束させたストランドをガラス繊維被覆用塗布液中で屈曲走行させ、ガラス繊維被覆用塗布液を強制的に付着、言い換えれば塗布した後に乾燥させて被覆層を設けてなる。
本発明のゴム補強用ガラス繊維に1次被覆層を形成するためには、複数本、実質的には多数本のガラス繊維フィラメントにシランカップリング剤を含有する集束剤を散布塗布した後に集束させたストランドに、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の水溶液とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョンを混合させて調製した1次被覆用塗布液を塗布し乾燥被覆する。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の2次被覆層を形成するには、1次被覆層上にクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を、有機溶剤、例えば、キシレンに分散させた2次被覆用塗布液を塗布し、2次被覆層を設ける。該2次被覆用塗布液の塗布は、2次被覆用塗布液中にゴム補強用ガラス繊維を屈曲走行させて強制的に付着させた後、乾燥させる等の手段で行う。
本発明のゴム補強用ガラス繊維において、複数本のガラス繊維フィラメントを集束させたストランドに モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を必須の化合物として含有させ、さらに、伝動ベルトとした際に寸法安定性、耐熱性、耐水性および耐油性をバランスよく合わせ持たせるため、さらにビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)またはクロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有させた1次被覆層を設けた。次いで、1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とイソシアネート化合物(E)を、またはクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を設けた。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の2次被覆層に使用されるトリアジン系化合物(E)としては、トリアリルシアヌレートまたはトリアリルイソシアヌレートが挙げられる。
また、本発明のゴム補強用ガラス繊維の2次被覆層の質量を100%基準とする質量百分率で表して、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の含有が10.0%以上、70.0%以下とし、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の質量を100%基準とする質量百分率で表して、トリアジン系化合物(E)の含有がE/D=0.3%以上、10.0%以下となるように2次被覆液を調製し、残部、メタクリル酸亜鉛、無機充填剤および加硫剤とすることが好ましい。
このように、2次被覆層の質量を100%基準とする質量百分率で表して、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の含有が10.0%以上、70.0%以下とし、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の質量を100%基準とする質量百分率で表して、トリアジン系化合物(E)の含有をE/D=0.3%以上、10.0%以下なるように2次被覆液を調製し、残部、無機充填剤および加硫剤とすることが好ましい。尚、無機充填剤としてはカーボン、酸化マグネシウム、加硫剤としてはニトロソ化合物、例えば、p−ニトロソベンゼン、ニトロソベンゼンが挙げられる。
2次被覆層中のクロロスルホン化ポリエチレン(D)の含有が、10.0%より少ないと、前述の優れた耐熱性が得難い。70.0%を超えると、ガラス繊維コードと母材ゴムとの接着強さが弱くなり作製した伝動ベルトは、耐久性に劣る。好ましくは、25.0%以上、60.0%以下である。
また、2次被覆層中のトリアジン系化合物(E)の含有は、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の質量を基準とする質量百分率で表して、E/D=0.3%以上、10.0%以下である。トリアジン系化合物(E)の含有がE/D=0.3%より少ないと優れた耐熱性が得難い。E/D=10.0%を超えると、ガラス繊維コードと母材ゴムとの接着強さが弱くなり作製した伝動ベルトは、耐久性に劣る。
伝動ベルトに使用した際の本発明のゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムに、所望の接着強さを得るには、1次被覆用塗布液に含まれるモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とを合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)が1.0%以上、55.0%以下、即ち、A/(A+B)=1.0%以上、55.0%以下、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が45.0%以上、99.0%以下、即ち、B/(A+B)=45.0%以上、99.0%以下の範囲で含まれることが好ましい。
本発明のゴム補強用ガラス繊維において、1次被覆層中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の含有が、A/(A+B)=1.0%より少ないと、ゴム補強用ガラス繊維の被覆材とした際に、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムの接着強さが弱くなり、伝動ベルトにした際の屈曲走行において、好ましい耐水性、耐熱性、耐油性が得難い。モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の含有がA/(A+B)=55.0%を超えると、1次被覆用塗布液が凝集沈殿を起こし易く使用し難い。よって、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層における好適なモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の含有範囲は、1次被覆層に含まれるモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とを合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、A/(A+B)=1.0%以上、55.0%以下である。
また、本発明のゴム補強用ガラス繊維において、1次被覆層中のアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の含有が、B/(A+B)=45.0%より少ないと、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムとの接着強さが弱くなり、伝動ベルトにした際の屈曲走行において、好ましい耐熱性が得難い。アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の含有がB/(A+B)=99.0%を超えると、耐熱性が低下する。
よって、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層におけるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の好適な含有範囲は、1次被覆層における好適なクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、B/(A+B)=45.0%以上、99.0%以下である。
また、耐水性向上のためには、1次被覆層の組成物にビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を加えることが有効であり、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)との組成比を選択することによって、本発明のゴム補強用ガラス繊維を芯線として埋設してなる伝動ベルトに、耐水性および耐油性のバランスをとり、優れた耐水性および耐油性を与えることが可能となる。
伝動ベルトに使用した際の本発明のゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムに、所望の接着強さを得るには、1次被覆用塗布液に含まれるモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)が1.0%以上、40.0%以下、即ち、A/(A+B+C)=1.0%以上、40.0%以下、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が1.0%以上、55.0%以下、即ち、B/(A+B+C)=1.0%以上、55.0%以下、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)が10.0%以上、70.0%以下、即ち、C/(A+B+C)=10.0%以上、70.0%以下の範囲で含まれることが好ましい。
本発明のゴム補強用ガラス繊維において、1次被覆層中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の含有が、A/(A+B+C)=1.0%より少ないと、ゴム補強用ガラス繊維の被覆材とした際に、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムの接着強さが弱くなり、伝動ベルトにした際の屈曲走行において、好ましい耐水性、耐熱性、耐油性が得難い。モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の含有が、A/(A+B+C)=40.0%を超えると、1次被覆用塗布液が凝集沈殿を起こし易く使用し難い。よって、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層における好適なモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)の含有範囲は、1次被覆層に含まれるモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、A/(A+B+C)=1.0%以上、40.0%以下である。
また、本発明のゴム補強用ガラス繊維において、1次被覆層中のアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の含有が、B/(A+B+C)=1.0%より少ないと、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムとの接着強さが弱くなり、伝動ベルトにした際の屈曲走行において、好ましい耐熱性が得難い。アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の含有がB/(A+B+C)=55.0%を超えると、耐熱性が低下する。よって、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層におけるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の好適な含有範囲は、1次被覆層における好適なクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、B/(A+B+C)=1.0%以上、55.0%以下である。
また、本発明のゴム補強用ガラス繊維において、1次被覆層中のビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の含有が、C/(A+B+C)=10.0%より少ないと、伝動ベルトにした際の屈曲走行において、好ましい耐水性が得難い。ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の含有がC/(A+B+C)=70.0%を超えると、伝動ベルトにした際の屈曲走行において、好ましい耐油性が得難い。よって、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層におけるビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の好適な含有範囲は、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、C/(A+B+C)=10.0%以上、70.0%以下である。
また、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層において、前記ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の一部をスチレン−ブタジエン共重合体に替えて使用できる。本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層において、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体とスチレン−ブタジエン共重合体を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、スチレン−ブタジエン共重合体を5.0%以上、80.0%の範囲で使用する。スチレン−ブタジエン共重合体の含有が5.0%未満では、ゴム補強用ガラス繊維の被覆に粘着性が生じ、被覆層が転写し易くなることを抑制する効果がない。好ましくは、25.0%以上である。80.0%を超えると、母材ゴムとの接着性および母材ゴムとしての耐熱ゴムに埋設し、伝動ベルトとした際の耐熱性が失われる。好ましくは、55.0%以下である。
このようなスチレン−ブタジエン共重合体として、例えば、日本エイアンドエル株式会社から、商品名、J−9049が市販されており、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆に使用される。
本発明のゴム補強用ガラス繊維を母材ゴムに埋設させてなる伝動ベルトの高温化の屈曲走行における耐熱性を向上させるためには、さらにクロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンを上述の1次被覆用塗布液に加える。該1次被覆用塗布液の塗布は、1次被覆用塗布液中にストランドを屈曲走行させて強制的に付着させた後、加熱乾燥させる等の手段で行う。
伝動ベルトにした際の屈曲走行における耐熱性向上のため、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を含有する1次被覆層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有させる際は、1次被覆層に含まれるモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、1次被覆層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)を、D/(A+B+D)=1.0%以上、40.0%以下の範囲で含まれることが好ましい。
クロロスルホン化ポリエチレン(D)の含有が、D/(A+B+D)=40.0%より多いと、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムの接着強さが弱くなり、伝動ベルトにした際の屈曲走行において好ましい耐熱性が得難い。D/(A+B+D)=1.0%未満では、耐熱性を向上させる効果が殆どない。よって、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層における好適なクロロスルホン化ポリエチレン(D)の含有範囲は、D/(A+B+D)=1.0%以上、40.0%以下である。好ましくは、D/(A+B+D)=15.0%以上、35.0%以下である。
伝動ベルトにした際の屈曲走行における耐熱性向上のため、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を含有する1次被覆層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有させる際は、1次被覆層に含まれるモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、1次被覆層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)を、D/(A+B+C+D)=1.0%以上、40.0%以下の範囲で含まれることが好ましい。
クロロスルホン化ポリエチレン(D)の含有が、D/(A+B+C+D)=40.0%より多いと、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムの接着強さが弱くなり、伝動ベルトにした際の屈曲走行において好ましい耐熱性が得難い。D/(A+B+C+D)=1.0%未満では、耐熱性を向上させる効果が殆どない。よって、本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層における好適なクロロスルホン化ポリエチレン(D)の含有範囲は、D/(A+B+C+D)=1.0%以上、40.0%以下である。好ましくは、D/(A+B+C+D)=15.0%以上、35.0%以下である。
これら、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としては、モノヒドロキシベンゼンまたはクロロフェノールから選ばれたフェノール類に対するホルムアルデヒドのモル比が0.5以上、3.0以下で、アルカリの存在下で反応させたレゾール型のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはレゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)を使用することが、固形分の析出なく、1次被覆用塗布液を安定させる効果があるので好ましい。ホルムアルデヒドのモル比が0.5未満では、ゴム補強用ガラス繊維と耐熱ゴムとの接着強さに劣り、3.0を越えると1次被覆用塗布液がゲル化し易い。本発明において、レゾール型のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物またはレゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)を用いることで、1次被覆用塗布液の液安定性が向上する。尚、前記アルカリとしては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムおよび水酸化バリウム等が挙げられる。
モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物は水溶性であり、1次被覆用塗布液を調製する際は、これら縮合物の水溶液に、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョンとクロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンを加える。
しかしながら、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物は水に難溶な縮合物であり、1次被覆用塗布液を調製する際は、クロロフェノールとホルムアルデヒドを水中で縮合反応させて得られたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿を可溶化剤としてのアルコール化合物またはアミン化合物を加え溶解させることでクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を得て、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョン、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)のエマルジョン、クロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンと混合する。よって、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物はアルカリ触媒下に縮合させたレゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物であることが好ましい。その際、クロロフェノールは、パラ型が反応性が高く、また塗布液とした際に縮合物が安定となるので、パラ型のクロロフェノールを用いることが好ましい。
クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿を溶解させるためのアルコール化合物としては、n−プロパノール、イソプロパノール、プロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−メトキシメチルエトキシプロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2−ジエトキシエタンが挙げられ、特に2−メトキシエタノール、プロピレングリコールは、1次被覆用塗布液を塗布後乾燥してストランドに被覆層を形成する際に、気散し被覆層中に残らないこと、およびクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を安定化させる効果も高いことから、1次被覆用塗布液の調製に用いるに特に好ましいアルコール化合物である。
また、アルコール化合物の中には、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿を溶解させる目的で1次被覆用塗布液に使用する際、塗布液の濃度調整のために水を添加するとゲル化物が生成されるものもあるが、必要領域における濃度調整において、2−メトキシエタノール、プロピレングリコールは、ともにその懸念はなく、加えて火気に対して安全性があり、毒性も低く沸点が低いことより作業者が吸引する懸念もなく環境安全性に優れ、市販価格も安く実用性が高い。
クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿が、これらアルコール化合物を加えることで溶解し、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液が安定し、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物が析出しなくなるのは、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物のOH基とアルコール化合物のOH基とが3次元的に強い水素結合を形成することによると思える。且つ、アルコール化合物は、双極子モーメントと誘電率の値が高いので分散力など遠距離相互作用が強く働き、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を水溶液中で安定化させる効果、さらに、配位結合的(電荷移動的)相互作用エネルギーが大きいので、溶媒−溶質間だけでなく溶媒−溶媒間で会合を起こして強い溶媒和が生じ、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物が析出することなきように水溶液中で安定化させる効果があると思える。
クロロフェノールとホルムアルデヒドの混合水溶液に水酸化ナトリウムを縮合反応に必要な量のみを加え、余分に加えないで、30℃以上、95℃以下に加熱して、4時間以上、攪拌しつつ縮合反応させて得られたレゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿が生成した反応液に、アルコール化合物を加え、次いで攪拌することによって該沈殿を溶解させて、レゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液が得られる。
また、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿に溶解させるためには、アミン化合物も可溶化剤として使用される。可溶化剤に使用するには、塩基性度定数(Kb)が5×10-5以上、1×10-3以下であるアミン化合物を用いる。塩基性度定数(Kb)が5×10-5より小さいと、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿が溶解せず溶解したとしても、1次被覆用塗布液を調製するため、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液に、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョン、クロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンを混合すると、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物(A)の沈殿が析出する。塩基性度定数(Kb)が1×10-3より大きいとゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムの接着力が低下する。塩基性度定数(Kb)とは、アルカリが水素イオンを溶液から受け入れる度合いを測定し、塩基性度として表したものであり、化1の式の平衡定数である。
具体的なアミン化合物として、メチルアミン、エチルアミン、t−ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、メタノ−ルアミン、ジメタノ−ルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノ−ルアミンが挙げられ、特に好ましくは、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジメタノ−ルアミン、ジエタノ−ルアミンであり、さらに、好ましくは、ジメチルアミン、ジエタノ−ルアミンである。ジメチルアミンは価格が安く、ジエタノールアミンはアミン特有の臭いがなく取り扱いが容易である。特に、ジエタノールアミンは、1次被覆用塗布液を塗布後乾燥してストランドに被覆層を形成する際に、気散し被覆層中に残らないこと、およびアルコール化合物でもあり、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を安定化させる効果も大きいことから、1次被覆用塗布液の調製に用いるのに特に好ましい化合物である。
クロロフェノールとホルムアルデヒドの混合水溶液に水酸化ナトリウムを縮合反応に必要な量のみを加え、余分に加えないで、30℃以上、95℃以下に加熱して、4時間以上、攪拌しつつ縮合反応させて得られたレゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿が生成した反応液に、アミン化合物を加え、次いで攪拌することによって該沈殿を溶解させて、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液が得られた。
また、アルコール化合物またはアミン化合物を加えることにより、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿を溶解させる際の、アルコール化合物またはアミン化合物を加える量は、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の質量を100%基準とする質量百分率で表して、50%以上、500%以下である。言い換えれば、アルコール化合物またはアミン化合物を加える質量は、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の質量に対して、質量比で表して、1/2以上、5以下である。アルコール化合物またはアミン化合物を加える量が50%より少ないと、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を溶解させる効果がなく、500%より多く加える必要はない。アルコール化合物またはアミン化合物を加える量が500%より多くなると、1次被覆用塗布液におけるクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物およびアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョンおよびはクロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンの含有割合が低下し、1次被覆用塗布液をストランドに塗布してなるゴム補強用ガラス繊維が柔軟でなくなる。また、液安定化のためにアミン化合物を加えるので、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物はレゾール型であることが好ましい。
前記1次被覆層および2次被覆層を設けてなる本発明のゴム補強用ガラス繊維は、種々の母材ゴム、特にHNBR等の耐熱ゴムに埋設し伝動ベルトとすると、ゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムの優れた接着性が得られ、本発明のゴム補強用ガラス繊維は伝動ベルトの補強材として有効に働く。さらに、本発明のゴム補強用ガラス繊維を埋設させてなる伝動ベルトは、高温多湿およびオイルが付着する環境下における長時間の屈曲走行において、被覆層がゴム補強用ガラス繊維と母材ゴムとの初期の接着強さを持続することで、寸法安定性に優れ、優れた耐熱性、耐水性および耐油性を合わせ持たせる。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層に使用されるモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)として、例えば、工業用フェノール樹脂として市販されている群栄化学工業株式会社製、商品名、レジトップ、型番PL−4667が挙げられる。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層に用いるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)には、例えば、日本ゼオン株式会社製、商品名、Nipol L1560、Nipol L1562、Nipol SX1503等が挙げられる。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層において、アクリロニトリル−ブタジエン2元のみでなく、重合モノマーにスチレンを加え、アクリロニトリル、ブタジエンおよびスチレンによる3元共重合体としたアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を用いたとしても、前記理由により、寸法安定性において、同等の効果が得られる。アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体を用いた方が、伝動ベルトとした際に、耐熱性および耐油性を低下させることなく耐水性が得られ、優れた伝動ベルトが得やすい。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層に用いるアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体(B)には、例えば、日本ゼオン株式会社製、商品名、Nipol L1577K、Nipol L1571CL等が挙げられる。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の組成物として用いるクロロスルホン化ポリエチレン(D)は、質量百分率で表して、塩素含有量が20.0%以上、40.0%以下、スルホン基中の硫黄含有量が0.5%以上、2.0%以下のものが好適に用いられ、例えば、固形分約40質量%のラテックスとして、住友精化株式会社製、商品名、CSM−450が市販されており、1次被覆用および2次被覆用のガラス繊維被覆用塗布液に使用される。尚、前述の塩素含有量及びスルホン基中の硫黄含有量を外れたクロロスルホン化ポリエチレン(D)を用いたガラス繊維被覆用塗布液を使用し、ガラス繊維コードに被覆を施し作製したゴム補強用ガラス繊維は、母材である架橋されたHNBRとの接着性に劣る。
本発明のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層または2次被覆層には、老化防止剤、pH調整剤、安定剤等を含有させても良い。老化防止剤にはジフェニルアミン系化合物、pH調整剤にはアンモニアが挙げられる。
耐熱性のためには、本発明のゴム補強用ガラス繊維の2次被覆層にクロロスルホン化ポリエチレン(D)を用い、さらに、加硫剤としてのニトロソ化合物、例えば、p−ニトロソベンゼン、無機充填剤、例えばカーボンブラックまたは酸化マグネシウムを添加し、ゴム補強用ガラス繊維の2次被覆層とすることは、該ゴム補強用ガラス繊維をゴムに埋設して作製した伝動ベルトの耐熱性を高める一層の効果がある。2次被覆層に、被覆層中のクロロスルホン化ポリエチレン(D)の質量を100%基準とする質量百分率で表して、加硫剤を0.5%以上、20.0%以下、無機充填材を10.0%以上、70.0%以下の範囲で添加すると、作製した伝動ベルトは、いっそうの耐熱性を発揮する。加硫剤の含有が0.5%より少ない、また無機充填材の含有が10.0%より少ないと耐熱性を向上させる効果が発揮されず、加硫剤を、20.0%を超えて、また無機充填材を、70.0%を超えて加える必要はない。
尚、本発明において、伝動ベルトとは、エンジン、その他機械を運転するために、エンジン、モーター等の駆動源の駆動力を伝えるベルトのことであり、かみ合い伝動で駆動力を伝える歯付きベルト、摩擦伝動で駆動力を伝えるVベルトが挙げられる。自動車用伝動ベルトとは自動車のエンジンルーム内で用いられる耐熱性、耐水性および耐油性の前記伝動ベルトのことである。タイミングベルトとは、前記自動車用伝動ベルトの中で、カムシャフトを有するエンジンにおいて、クランクシャフトの回転をタイミングギヤに伝えカムシャフト駆動させバルブの開閉を設定されたタイミングで行うための、プーリーの歯とかみ合う歯を設けた歯付きベルトのことである。自動車用伝動ベルトには、エンジンの熱に対する耐熱性と雨天走行における耐水性、エンジンオイルにさらされるので耐油性が必要であり、長時間の屈曲走行後において、引っ張り強さを持続し寸法安定性に優れていること、即ち、耐熱性、耐水性、耐油性が要求される。
(実施例1)
ストランドにフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)と、クロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有する1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を作製した。
(実施例2、3)
次いで、ストランドにフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)と、クロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有する1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を作製した。1次被覆層を得るための1次被覆用塗布液を調製する際、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を得るのにアルコール化合物、アミン化合物を可溶化剤として用いた各々のゴム補強用ガラス繊維を作製した。
アルコール化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を実施例2、アミン化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆を形成したゴム補強用ガラス繊維を実施例3とする。
(実施例4)
次いで、ストランドにフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)と、クロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有する1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を作製した。
(実施例5、6)
次いで、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)と、クロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有する1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を作製した。1次被覆層を得るための1次被覆用塗布液を調製する際、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を得るのにアルコール化合物、アミン化合物を可溶化剤として用いた各々のゴム補強用ガラス繊維を作製した。
アルコール化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を実施例5、アミン化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を実施例6とする。
(比較例1)
次いで、従来のレゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有する1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層上にクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を作製した。
(比較例2)
次いで、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有する1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を作製した。
(比較例3、4)
次いで、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を含有する1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を設けたゴム補強用ガラス繊維を作製した。アルコール化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を比較例3、アミン化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を塗布被覆してなる1次被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を比較例4とする。
以上、実施例1〜6、比較例1〜4の1次被覆層の組成物について、表1に纏めた。尚、2次被覆層は、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する。比較例1〜4のゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層は、本発明における必須の化合物アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が含まれていない。
これら1次被覆用塗布液を塗布被覆したゴム補強用ガラス繊維(実施例1〜6)、本発明の範疇にないゴム補強用ガラス繊維(比較例1〜4)の耐熱ゴムに対する接着強さ評価試験を行い、評価結果を比較した。
また、これら、本発明のゴム補強用ガラス繊維、または従来のゴム補強用ガラス繊維をHNBRに埋設させたMIT屈曲試験用の試験片を作製した。この試験片を用いて耐水性、耐熱性、耐油性を測定した。
以下、詳細に述べる。
実施例1
(1次被覆用塗布液の調製)
フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)に属するモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液に、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョンとクロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンとアンモニア水と水を添加し、1次被覆用塗布液を調製した。
詳しくは、市販のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液(群栄化学工業株式会社製、商品名、レジトップ、型番PL−4667、固形分、50質量%)を1質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液で2倍の質量割合で希釈したモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた。モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液、63重量部と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョン(日本ゼオン株式会社製、商品名、Nipol L1562 固形分濃度、41.0質量%)433重量部と、PH調整剤としてアンモニア水(濃度、25.0質量%)22重量部とに、クロロスルホン化ポリエチレン(D)(東ソー株式会社製、商品名、TS−430)を所定量加え、全体として1000重量部になるように水を添加して、1次被覆用塗布液を調製した。
1次被覆用塗布液中の各成分の含有割合は、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)に属するモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物が、A/(A+B)=8.2%、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が、B/(A+B)=91.8%である。また、クロロスルホン化ポリエチレン(D)は、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、D/(A+B+D)=32.0%である。尚、1次被覆用塗布液中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の質量は固形分濃度から固形分に換算して求めた。このままの含有割合でゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層となる。
(2次被覆用塗布液の調製)
次いで、クロロスルホン化ポリエチレン(D)と、トリアジン系化合物(E)としてのトリアリルシアヌレートに、p−ジニトロソベンゼンと、カーボンブラックを加え、キシレンに分散させた2次被覆液を調製した。
詳しくは、クロロスルホン化ポリエチレン(D)としての東ソー株式会社製、商品名、TS−430、100重量部と、加硫剤としてのp−ジニトロソベンゼン、40重量部とに、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の質量を100%基準とする質量百分率で表して、トリアリルシアヌレートがE/D=0.3%になるように加え、更に、無機充填剤としてのカーボンブラック、30重量部を加え、キシレン、1315重量部に分散させて2次被覆液を調製した。即ち、クロロスルホン化ポリエチレン(D)の質量に対して、トリアリルシアヌレートをE/D=0.3質量%、無機充填材であるカーボンブラックを30.0質量%となるようにして2次被覆液を調製した。ガラス繊維コードに塗布し乾燥させると、ほぼこのままの重量割合で2次被覆となる。
(ゴム補強用ガラス繊維の作製)
径9μmのガラス繊維フィラメントを、アクリルシラン系カップリング剤および樹脂を含有する集束剤を用い200本集束したストランド3本を引き揃えた後、前述の手順で作製した1次被覆用塗布液を塗布し、その後、温度、280℃下で、22秒間乾燥させて1次被覆層を設け1本のゴム補強用ガラス繊維を作製した。
この時の固形分付着率、即ち、被覆層の質量割合は、ゴム補強用ガラス繊維の全質量に対して19.0質量%であった。
前記、1次被覆層を設けたゴム補強用ガラス繊維に、2.54cm当たり2.0回の下撚りを与え、さらに13本引き揃えて下撚りと逆方向に2.54cm当たり2.0回の上撚りをする作業を施した。その後、前述の手順で作製した2次被覆用塗布液を塗布した後、110℃で1分間の乾燥を行い、2次被覆層を設け、本発明のゴム補強用ガラス繊維(実施例1)を作製した。このようにして、下練りと上練りの方向を各々逆方向とした2種類のゴム補強用ガラス繊維を作製した。各々、S練り、Z練りと称する。
実施例2、3
(アルコール化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液の調整)
最初に、アルコール化合物を可溶化剤として用いた、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)に属するクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液の調整について説明する。
還流冷却器、温度計、攪拌機をつけた三つ口セパラブルフラスコに、クロロフェノール、138重量部、濃度、37.0質量%のホルムアルデヒド水溶液、87重量部(モル比で表せば、1.0)、濃度、1.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液、20重量部を仕込み、80℃に加熱した状態で3時間攪拌し縮合反応させた。このようにして、レゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を生成させ、反応液中に沈殿物として得た。この反応液100重量部に対して、アルコール化合物としてのプロピレングリコールを添加して、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿物を溶解させて、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を調製した。尚、濃度、1.0質量%水酸化ナトリウム水溶液の前記添加は、クロロフェノールとホルムアルデヒドを縮合反応させてクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とするための縮合反応に必要な量以上には加えてはいない。尚、クロロフェノールには、P−クロロフェノールを用いた。尚、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の質量に対してプロピレングリコールの質量が、200質量%となるように溶解した。
(アミン化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液の調整)
次いで、アミン化合物を可溶化剤として用いたフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)に属するクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液の調整について説明する。
還流冷却器、温度計、攪拌機をつけた三つ口セパラブルフラスコに、クロロフェノール、138重量部、濃度、37.0質量%のホルムアルデヒド水溶液、87重量部(モル比で表せば、1.0)、濃度、1.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液、20重量部を仕込み、80℃に加熱した状態で3時間攪拌し縮合反応させた。このようにして、レゾール型のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を生成させ、反応液中に沈殿物として得た。この反応液100重量部に対して、アミン化合物としてのジメチルアミンを添加して、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の沈殿物を溶解させて、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を調製した。尚、濃度、1.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液の前記添加は、クロロフェノールとホルムアルデヒドを縮合反応させてクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とするための縮合反応に必要な量以上には加えてはいない。尚、クロロフェノールには、P−クロロフェノールを用いた。尚、ジメチルアミンの塩基性度定数(Kb)は5.4×10-4である。尚、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の質量に対してジメチルアミンの質量が、200質量%となるように溶解した。
(1次被覆用塗布液の調製)
前述のアルコール化合物を用いて溶解させた前述のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液、またはアミン化合物を用いて溶解させた前述のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用い、市販のアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョンとクロロスルホン化ポリエチレン(D)を加え、アンモニア水と水を添加し、1次被覆用塗布液を調製した。
詳しくは、固形分濃度、25質量%に調整したクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の各水溶液、63重量部と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョン(日本ゼオン株式会社製、商品名、Nipol L1562 固形分濃度、41.0質量%)433重量部と、PH調整剤としてアンモニア水(濃度、25.0質量%)22重量部とに、クロロスルホン化ポリエチレン(D)(東ソー株式会社製、商品名、TS−430)を所定量加え、全体として1000重量部になるように水を添加して、1次被覆用塗布液を調製した。
1次被覆用塗布液中の各成分の含有割合は、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)に属するクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物が、A/(A+B)=8.2%、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が、B/(A+B)=91.8%である。また、クロロスルホン化ポリエチレン(D)は、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、D/(A+B+D)=28%である。尚、1次被覆用塗布液中のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)の質量は固形分濃度から、固形分に換算して求めた。このままの含有割合でゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層となる。
次いで、実施例1で調製した2次被覆用塗布液を用い、実施例1と同様の手順でゴム補強用ガラス繊維(実施例2、実施例3)を作製した。
アルコール化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を使用したゴム補強用ガラス繊維を実施例2、アミン化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を使用したゴム補強用ガラス繊維を実施例3とする。
実施例4
(1次被覆用塗布液の調製)
フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液に、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体のエマルジョン、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)のエマルジョンおよびクロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンを加え、アンモニア水と水を添加し、1次被覆用塗布液を調製した。
詳しくは、市販のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)の水溶液(群栄化学工業株式会社製、商品名、レジトップ、型番PL−4667、固形分、50質量%)を1質量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液で2倍の質量割合で希釈したモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)の水溶液を用いた。モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)の水溶液、77重量部と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体のエマルジョン(日本ゼオン株式会社製、商品名、Nipol L1577K 固形分濃度、38.0質量%)233重量部と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)のエマルジョン(日本エイアンドエル株式会社製、商品名、ピラテックス、固形分、41.0質量%)345重量部に加え、PH調整剤としてアンモニア水(濃度、25.0質量%)22重量部を添加し、クロロスルホン化ポリエチレン(D)(東ソー株式会社製、商品名、TS−430)を所定量加え、全体として1000重量部になるように水を添加して、1次被覆用塗布液を調製した。
1次被覆用塗布液中の各成分の含有割合は、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)が、A/(A+B+C)=9.8%、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が、B/(A+B+C)=36.3%である。、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン3元共重合体(C)が、C/(A+B+C)=53.9%である。
また、クロロスルホン化ポリエチレン(D)は、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体のエマルジョン、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)のエマルジョンとクロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、D/(A+B+C+D)=21.9%である。尚、1次被覆用塗布液中のモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の質量は固形分濃度から固形分に換算して求めた。このままの含有割合でゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層となる。
(2次被覆用塗布液の調製)
次いで、実施例1と同様にして、クロロスルホン化ポリエチレン(D)と、p−ジニトロベンゼンと、トリアジン系化合物(E)に属するトリアリルシアヌレートに、p−ジニトロソベンゼンと、カーボンブラックを加え、キシレンに分散させた2次被覆液を調製し、2次被覆層を設け、本発明のゴム補強用ガラス繊維を作製した。
実施例5、6
(1次被覆用塗布液の調製)
実施例2に示した手順による、アルコール化合物を用いて溶解させた前述のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液、または実施例3に示した手順によるアミン化合物を用いて溶解させたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用い、市販のアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)のエマルジョンとしてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体のエマルジョンと、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)のエマルジョンと、クロロスルホン化ポリエチレン(D)のエマルジョンに加え、アンモニア水と水を添加し、1次被覆用塗布液を調製した。
詳しくは、固形分濃度、25質量%に調整したクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の各水溶液、85重量部と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体のエマルジョン(日本ゼオン株式会社製、商品名、Nipol L1577K 固形分濃度、38.0質量%)255重量部と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)のエマルジョン(日本エイアンドエル株式会社製、商品名、ピラテックス、固形分、41.0質量%)343重量部に加え、PH調整剤としてアンモニア水(濃度、25.0質量%)22重量部とに、クロロスルホン化ポリエチレン(D)(東ソー株式会社製、商品名、TS−430)を所定量加え、全体として1000重量部になるように水を添加して、1次被覆用塗布液を調製した。
1次被覆用塗布液中の各成分の含有割合は、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、クロロフェノールホルムアルデヒド縮合物が、A/(A+B+C)=12.4%、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)が、B/(A+B+C)=37.3%である。、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)が、C/(A+B+C)=50.3%である。
また、クロロスルホン化ポリエチレン(D)は、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)としてのクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)と、クロロスルホン化ポリエチレン(D)を合わせた質量を100%基準とする質量百分率で表して、D/(A+B+C+D)=20.3%である。尚、1次被覆用塗布液中のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)の質量は固形分濃度から、固形分に換算して求めた。このままの含有割合でゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層となる。
次いで、実施例1で調製した2次被覆用塗布液を用い、実施例1と同様の手順でゴム補強用ガラス繊維(実施例5、実施例6)を作製した。
アルコール化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を使用したゴム補強用ガラス繊維を実施例5、アミン化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を使用したゴム補強用ガラス繊維を実施例6とする。
比較例1
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を用いないで、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)より1次被覆用塗布液を調製した。レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合せた質量を100%基準とする質量百分率で表して、レゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物が8.2%、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン重合体(C)が91.8%となるように調整した。
次いで、実施例1に示した手順で、実施例1と同様の2次被覆用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で作業を行い、ゴム補強用ガラス繊維にさらなる2次被覆層を設けゴム補強用ガラス繊維を作製した。
比較例2
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を用いないで、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)より1次被覆用塗布液を調製した。モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合せた質量を100%基準とする質量百分率で表して、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物が8.2%、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン重合体(C)が91.8%となるように調整した。
次いで、実施例1に示した手順で、実施例1と同様の2次被覆用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で作業を行い、ゴム補強用ガラス繊維にさらなる2次被覆層を設けゴム補強用ガラス繊維を作製した。
このようにして、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を含有する1次被覆層上にクロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を設けたゴム補強用ガラス繊維(比較例2)を作製した。
比較例3、4
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)を用いないで、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)より1次被覆用塗布液を調製した。クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)を合せた質量を100%基準とする質量百分率で表して、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物が8.2%、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン重合体(C)が91.8%となるように調整した。
次いで、実施例1に示した手順で、実施例1と同様の2次被覆用塗布液を調製し、実施例1と同様の手順で作業を行い、ゴム補強用ガラス繊維にさらなる2次被覆層を設けゴム補強用ガラス繊維を作製した。
このようにして、クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物とビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体とクロロスルホン化ポリエチレンを含有する1次被覆層上に、クロロスルホン化ポリエチレン(D)とトリアジン系化合物(E)を含有する2次被覆層を設けたゴム補強用ガラス繊維(比較例3、4)を作製した。アルコール化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を使用し被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を比較例3、アミン化合物を可溶化剤として用いたクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用いた1次被覆用塗布液を使用し被覆層を形成したゴム補強用ガラス繊維を比較例4とする
(各ゴム補強用ガラス繊維とHNBRの接着強さの評価試験)
接着強さの評価試験を説明する前に、試験に使用した耐熱ゴムを説明する。
母材ゴムとしてのHNBR(日本ゼオン株式会社製、型番、2020)、100重量部に対して、カーボンブラック、40重量部と、亜鉛華、5重量部と、ステアリン酸、0.5重量部と、硫黄、0.4重量部と、加硫促進剤、2.5重量部と、老化防止剤、1.5重量部とを配合した。
試験片はHNBRからなる3mm厚、25mm幅のゴムシート上に前記ゴム補強用ガラス繊維(実施例1〜6、比較例1〜4)を20本並べ、その上から布をかぶせ、温度、150℃下、196ニュートン/cm2の条件で端部を除き押圧し、35分間加硫させつつ成形して、接着強さ評価のための試験片を得た。この試験片の接着強さの測定を、端部において各々のゴムシートとゴム補強用ガラス繊維を個別にクランプにて挟み、剥離速度を50mm/minとし、ゴムシートからゴム補強用ガラス繊維を剥がす際の最大の抵抗値を測定し、接着強さとした。接着強さが大きいほど接着力に優れる。
(接着強さの評価結果)
接着強さの評価結果を表2に示す。表2において、ガラス繊維とHNBRが界面から剥離していない破壊状態をゴム破壊とし、界面から一部のみでも剥離している破壊状態を界面剥離とした。ゴム破壊の方が、界面剥離より接着強さに優れる。表2に、各ゴム補強用ガラス繊維のHNBRに対する接着強さを示す。
表2に示すように、本発明のゴム補強用ガラス繊維(実施例1〜6)、本発明の範疇にないゴム補強用ガラス繊維(比較例1〜4)ともに接着強さは同等(309〜323N)であり、剥離状態はゴム破壊であり、同様な結果であった。
(各ゴム補強用ガラス繊維のMIT屈曲試験による耐水性、耐熱性、耐油性の評価結果)
実施例1〜6および比較例1〜4で作製したゴム補強用ガラス繊維を補強材として、母材ゴムに前記HNBRを用い、巾50mm、長さ250mm、厚さ20mmのゴムの中において2本のコードを埋設させた後、150℃に35分間加硫させつつ養生させて、MIT屈曲試験用の試験片サンプルを作製した。耐水性、耐熱性および耐油性を評価した。
耐熱性については、試験片を、加熱炉中で150℃に240時間加熱し室温に戻した後、試験片端部に3Kgの重りを付けて、210度の角度に1200回屈曲を繰り返し、その後、引っ張り強度を測定した。
また、耐水性については、水を入れたビーカーに試験片を漬けて、ガスバーナーにかけて2時間煮沸した後に取り出し、水分をふき取った後、試験片端部に3Kgの重りを付けて、210度の角度に1200回屈曲を繰り返し、その後、引っ張り強度を測定した。
また、耐油性については、120℃に加熱した自動車用エンジンオイルに試験片を100時間浸漬してから取り出し、エンジンオイルを拭き取った後、試験片端部に3Kgの重りを付けて、210度の角度に1200回屈曲を繰り返し、その後、引っ張り強度を測定した。
以上のように、耐熱性、耐水性、耐油性評価のため、それぞれ劣化のための促進をした後、210度の角度に1200回屈曲を繰り返しMIT屈曲試験を行い、伝動ベルトにした際の耐熱性、耐水性、耐油性評価の指標とした。
図1は、MIT屈曲試験の試験片の模式図である。
試験片1の大きさは、高さ2mm、幅5mm、長さ250mmであり、HNBR2の内部に実施例1〜6、比較例1〜4によるゴム補強用ガラス繊維3が埋設されている。
図2は、MIT屈曲試験の試験状況の模式図である。
クランプの曲げ角度は、120度であり、錘4を付けた状態で試験片1を1200回屈曲させる。
MIT屈曲試験の結果を表3に示す。表3中の数値は引っ張り強さ保持率であり、以下の数1の式により求めた。
表3に示すように、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液、アルコール化合物を用いて溶解させた前述のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液、またはアミン化合物を用いて溶解させた前述のクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液、またはレゾルシン−ホルムアルデヒド縮合物の水溶液を用い調製した各々の1次被覆用塗布液を用いた各ゴム補強用ガラス繊維3を用いた試験片1のMIT屈曲試験による耐水性、耐熱性、耐油性の評価結果を示す。耐水性、耐熱性、耐油性の評価のために、MIT屈曲試験後の各試験片1の引っ張り強さ保持率を測定した。
表3に示すように、耐熱性は、実施例1〜6に示した本発明のゴム補強用ガラス繊維、比較例1〜4に示した本発明の範疇にないゴム補強用ガラス繊維ともに引っ張り強さ保持率は35.8%〜40.7%の範囲内にあり、同等の測定結果であった。
また、耐水性は、実施例1〜6に示した本発明のゴム補強用ガラス繊維、比較例1〜4に示した本発明の範疇にないゴム補強用ガラス繊維ともに引っ張り強さ保持率は83.4%〜91.3%の範囲内にあり、同等の測定結果であった。このことは、ゴム補強用ガラス繊維の2次被覆層に含有させたトリアジン系化合物(E)が、1次被覆層に水が浸透することを抑制した効果による。
比較して、耐油性は、実施例1〜6に示した本発明のゴム補強用ガラス繊維の引っ張り強さ保持率は82.9%〜87.3%の範囲内にあり、比較例1〜4に示した本発明の範疇にないゴム補強用ガラス繊維の引っ張り強さ保持率は47.5%〜51.8%の範囲内にあり、本発明のゴム補強用ガラス繊維が優れていた。
また、1次被覆層の組成物して、モノヒドロキシベンセンとホルムアルデヒドを水中で縮合反応させて生成したモノヒドロキシベンセン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノールとホルムアルデヒドを水中で縮合反応させて生成したクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれるフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)とクロロスルホン化ポリエチレン(D)を用いた実施例1〜3のゴム補強用ガラス繊維おいて、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)にモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物を用いた実施例1のゴム補強用ガラス繊維の引っ張り強さ保持率は82.9%であり、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)にクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を用いた実施例2、3のゴム補強用ガラス繊維の引っ張り強さ保持率は各々、84.5%、86.2%であった。
また、ゴム補強用ガラス繊維の1次被覆層の組成物して、モノヒドロキシベンセンとホルムアルデヒドを水中で縮合反応させて生成したモノヒドロキシベンセン−ホルムアルデヒド縮合物またはクロロフェノールとホルムアルデヒドを水中で縮合反応させて生成したクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物から選ばれるフェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合体(B)としてのアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン3元共重合体と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体(C)と、クロロスルホン化ポリエチレン(D)を用いた実施例4〜6のゴム補強用ガラス繊維において、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)にモノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物を用いた実施例4のゴム補強用ガラス繊維の引っ張り強さ保持率は85.3%であり、フェノール類−ホルムアルデヒド縮合物(A)にクロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物を用いた実施例5、6のゴム補強用ガラス繊維の引っ張り強さ保持率は各々、87.3%、85.8%であった。
このように、耐油性は、モノヒドロキシベンゼン−ホルムアルデヒド縮合物 < クロロフェノール−ホルムアルデヒド縮合物の順となった。
MIT屈曲試験の試験片の模式図である。
MIT屈曲試験の試験状況の模式図である。
符号の説明
1 試験片
2 HNBR
3 ゴム補強用ガラス繊維
4 錘