JP2022037462A - 耐熱ホース用補強糸およびそれにより補強されたゴムホース - Google Patents

Abstract

【課題】引張強度、接着性および耐疲労性を備えながら、良好な工程通過性を備える、耐熱ホース用補強糸を提供する。【解決手段】耐熱ホースの補強に用いる補強糸において、該補強糸は芳香族ポリアミド繊維から構成される牽切加工糸に撚糸を施して得た補強糸であり、該牽切加工糸は平均繊維長が２０～１００ｃｍの芳香族ポリアミド単繊維からなり、該牽切加工糸は下記式で定義される撚り係数２～６で一方向に撚糸されることで補強糸とされており、かつ該補強糸の引張強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることを特徴とする、耐熱ホース用補強糸。ＴＭ＝Ｔ×√Ｄ／１０５５（ただし、ＴＭは撚り係数、Ｔは撚り数（回／ｍ）、Ｄは牽切加工糸の総繊度（ｔｅｘ）を表す。）【選択図】図１

Description

本発明は、自動車エンジン用エアホース、特に過給機（ターボチャージャー）用エアホースや、冷却用ホースなど、高い耐熱性を要求される耐熱ホース用補強糸およびホースに関する。

自動車エンジンの高効率および高出力化やエンジンルームの小型化のため、ターボチャージャーシステム用のエアホースや、オイル冷却ホース等の耐熱ホースの耐熱性および耐久性向上の需要が高まっている。同時に、エンジンルームの複雑化に伴い、複雑なレイアウトに適した柔軟性の向上の需要も高まっている。

従来、これら高耐熱、高耐圧ホース用の補強繊維は通常のポリアミド、ポリエステル等の汎用合成繊維では耐熱性の面で不十分なため、耐熱性に優れる芳香族ポリアミド（アラミド）繊維が用いられている。しかし、フィラメント（長繊維）タイプの補強糸では、その表面が滑らかであるためゴムとの接着力が不足する場合が多く、繰返しの圧力変動を受けることで繊維が剥離するという問題がある。他方、スパン（紡績糸）タイプの補強糸では、その細かい毛羽形状からゴムとの接着性が優れている反面、繊維自体の強力が低下しているため耐久性が上がらずホースが破損するという問題がある。

かかる問題に対して、例えば、ゴムとの接着性と強力を両立させるために、メタ系芳香族ポリアミド繊維の牽切加工糸を用いる方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００８－１６３４８８号公報

ゴムホースの耐久性と柔軟性を両立するために、補強糸は編み物の形態で補強に用いられることが多い。この場合、ホース成形における補強糸の製編工程でニット針と補強糸との接触により、補強糸である牽切加工糸の表面の単繊維が脱落し、それが工程のガイド等に蓄積する。この場合、頻繁な清掃が必要になり、工程通過性が著しく悪くなる。また、この工程の通過時に表面の毛羽が脱落してしまい、十分な接着性を発現できない。

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解決し、引張強度、接着性および耐疲労性を備えながら、良好な工程通過性を備える、耐熱ホース用補強糸を提供することにある。

すなわち本発明は、耐熱ホースの補強に用いる補強糸において、該補強糸は芳香族ポリアミド繊維から構成される牽切加工糸に撚糸を施して得た補強糸であり、該牽切加工糸は平均繊維長が２０～１００ｃｍの芳香族ポリアミド単繊維からなり、該牽切加工糸は下記式で定義される撚り係数２～６で一方向に撚糸されることで補強糸とされており、かつ該補強糸の引張強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることを特徴とする、耐熱ホース用補強糸である。
ＴＭ＝Ｔ×√Ｄ／１０５５
（ただし、ＴＭは撚り係数、Ｔは撚り数（回／ｍ）、Ｄは牽切加工糸の総繊度（ｔｅｘ）を表す。）

本発明によれば、引張強度、接着性および耐疲労性を備えながら、良好な工程通過性を備える、耐熱ホース用補強糸を提供することにある。

牽切加工糸の製造装置の一例を示す概略図である。

〔芳香族ポリアミド繊維〕
本発明の耐熱ホース用補強糸は、芳香族ポリアミド繊維から構成される牽切加工糸に撚糸を施して得た補強糸である。そして、該牽切加工糸は、芳香族ポリアミドの長繊維束を牽切して得た繊維を交絡することによって結束して得られる。

この長繊維束を構成する芳香族ポリアミド長繊維は、従来から知られているものを用いることができ、知られている方法で製造することができる。例えば特開昭４９－１００３２２号公報、特開昭４７－１０８６３号公報、特開昭５８－１４４１５２号公報および特開平４－６５５１３号公報に記載されている。

芳香族ポリアミド長繊維として、パラ型芳香族ポリアミド繊維、メタ型芳香族ポリアミド繊維のいずれも用いることができ、長期の耐熱性や耐疲労性に優れていることから、メタ型芳香族ポリアミド繊維が好ましい。パラ型芳香族ポリアミド繊維として、例えばポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、コポリパラフェニレン・３、４’－オキシジフェニレン・テレフタルアミド繊維を挙げることができる。メタ型芳香族ポリアミド繊維として具体的には、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維（例えば、帝人（株）製「Ｔｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ」）を例示することができる。

〔牽切加工糸〕
本発明の耐熱ホース用補強糸は、芳香族ポリアミドの長繊維束を牽切して得た繊維を交絡することによって結束して得られる牽切加工糸からなる。この牽切加工糸はその表面に毛羽立ちを有しているためゴムとの接着性が良好であり、これを用いることで耐疲労性に優れた耐熱ホースを得ることができる。

牽切加工糸の単繊維の平均繊維長は２０～１００ｃｍである。平均繊維長が２０ｃｍ未満であると、接着性を向上させる毛羽立ちの点では十分であるが、繊維間の交絡が不十分となり引張強力が低下するため繰返しの振動に対する耐疲労性が低下する。他方、平均繊維長が１００ｃｍを越えると、補強糸の形態がフィラメント（長繊維）に類似し、繊維の毛羽立ち効果が得られず接着性が不足するだけでなく、補強糸の均一性が悪くなり補強糸の長さ方向に物性のばらつきが生じ、結果的に十分なゴム補強特性を得ることができない。

本発明の耐熱ホース用補強糸は、牽切方式により製造された牽切加工糸からなるため、補強糸を構成する単繊維の繊維長が長く、従来の紡績糸に比べて繊維の配列度が高いため高い強力を得ることができる。このため、本発明の耐熱ホース用補強糸は、引張強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。引張強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると、十分なゴム補強特性を得ることができない。

〔繊度〕
本発明の耐熱ホース用補強糸は、総繊度が好ましくは１０００～６０００ｄｔｅｘ、さらに好ましくは２０００～５０００ｄｔｅｘである。一本の牽切加工糸から構成されてこ
の総繊度であってもよく、複数の牽切加工糸から構成されてこの総繊度であってもよい。総繊度が１０００ｄｔｅｘ未満であると、ゴムの補強特性が低下するため好ましくない。他方、総繊度が６０００ｄｔｅｘを超えると、補強糸が太くなることによる強力向上に相応するだけの表面の毛羽を得ることが困難になり十分な補強効果が得られず好ましくない。

牽切加工糸を構成する牽切された繊維の単繊維繊度は、好ましくは０．５～５．０ｄｔｅｘである。０．５ｄｔｅｘ未満であると、１本当たりの単繊維が弱くなるため工程での毛羽の脱落が多くなり工程通過性を悪化させるため好ましくない。他方、５．０ｄｔｅｘを超えると、単繊維の本数が相対的に少なくなるため牽切加工工程での抱合が難しくなり、結果的に牽切加工糸の強力が低下するため好ましくない。

〔撚り糸〕
本発明の耐熱ホース用補強糸は、撚り係数２～６で一方向に撚糸されている。ただし、撚り係数（ＴＭ）は、下記式で定義される。ＴＭは撚り係数を、Ｔは撚り数（回／ｍ）を、Ｄは原糸の総繊度（ｔｅｘ）を表す。
ＴＭ＝Ｔ×√Ｄ／１０５５

牽切加工工程での繊維の抱合だけでは、耐熱ホース用補強糸の用途では、牽切加工糸を構成する単繊維間の交絡等が不十分であり、上記の範囲で一方向に撚糸されていることが必要である。本発明のホース用補強糸では、撚り係数が２～６であることで、主に各単繊維の末端からなる毛羽は表面に残るが、毛羽を構成する単繊維が撚糸糸条内で強く拘束されるため、容易には脱落しなくなる。結果的に、例えば耐熱ホースの加工工程で補強糸がガイドや治具等に高速で接触する際の毛羽の脱落を大きく抑制し、優れた工程通過性と工程通過後の接着性を得ることができる。また、単繊維に掛かる応力を分散しやすくなるため、耐疲労性も向上する。

本発明において、撚糸で施される撚り数は、好ましくは１６０～６００回／ｍである。撚り数が１６０回／ｍ以上で、かつ前述の撚り係数が２～６であることで、優れた工程通過性と耐疲労性を両立することができる。撚り数が６００回／ｍを超えると撚糸が難しくなる。撚り数が１６０回／ｍ未満であると毛羽を構成する単繊維が撚糸糸条内で十分に拘束されず、工程でのガイド等との擦過で容易に脱落してしまう。それらガイドに蓄積した毛羽は、さらに擦過を加速させ、蓄積量が増えると、最終的に蓄積した毛羽の塊が走行する糸に絡まり、異物となったり、スムーズな糸の走行を阻害し、工程不良や糸の破断等を引き起こしてしまうため、好ましくない。

〔表面処理〕
本発明のホース用補強糸は、接着性、耐疲労性および工程通過性をさらに向上させるために、表面処理がされていることが好ましい。この表面処理は、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレア樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂またはポリアミド樹脂からなる表面処理剤を耐熱ホース用補強糸の表面に付着させることで行う。

接着性と工程通過性の観点から、表面処理剤としてポリエステル樹脂が好ましい。耐熱ホース用補強糸の表面にポリエステル樹脂を、耐熱ホース用補強糸を構成する芳香族ポリアミド牽切加工糸の重量１００重量％に対して好ましくは１～１０重量％の量で付着させる。この表面処理剤によって、表面毛羽によるアンカー効果を低下させることなく、繊維束を集束することができ、毛羽の脱落を抑制し、接着性と工程通過性を両立することができ、同時に、柔軟な樹脂で表面が保護されることで、繊維束表面の擦過を防ぎ、耐疲労性
の向上を得ることができる。表面処理剤の付着量が１重量％未満であると繊維束の集束が不十分となり、工程通過性の向上に寄与しない。他方、付着量が１０重量％を超えると樹脂により繊維束表面の毛羽が覆われてしまい、アンカー効果が低下するため、接着性が低下してしまう。

表面処理剤がポリエステル樹脂である場合、ポリエステルの成分は、ジカルボン酸成分は例えばテレフタル酸またはイソフタル酸であり、ジオール成分は例えばエチレングリコール、トリメチレングリコールまたはプロピレングリコールである。

〔製造方法〕
本発明に用いられる、芳香族ポリアミド繊維から構成される牽切加工糸は、例えば特開２００８－１６３４８８号公報に記載される工程で製造することができる。すなわち、図１に示される工程で製造することができ、該工程において芳香族ポリアミドの連続長繊維束１がニップローラー２とニップローラー４の間で該連続長繊維束の切断伸度以上に伸張されて牽切され、引き続き該牽切された繊維（以下、牽切繊維と称することがある）がニップローラー４から吸引空気ノズル５によって吸引されて引き取られ、次いで抱合空気ノズル６によって繊維間に交絡およびまたは牽切繊維端部の捲回による結束が付与され、ニップローラー７を通して牽切加工糸８として巻き取られる。抱合空気ノズル６による牽切された繊維の抱合は、インターレース式の空気ノズルによる繊維同士の交絡、旋回流式の空気ノズルによる繊維端部による捲回のどちらであってもよい。

このようにして得られた牽切加工糸は、耐熱ホース用補強糸として使用するにあたり、一方向に撚りを施す。撚りは従来から公知の方法で施すことができる。この際、好ましくは牽切加工糸の２～１０本、さらに好ましくは２～５本を合糸して撚りを施す。撚り数は、好ましくは１６０～６００回／ｍ、さらに好ましくは２００～４００回／ｍである。

本発明のホースは、上記補強糸により補強したホースである。この際、該ホースは、内管ゴム層と、その内管ゴム層を取り巻く補強糸、及びこれらに接合された１層以上の外管層からなるホースであることが望ましい。上記ホースは、公知の方法により成形することができる。

〔ホース〕
本発明の耐熱ホース用補強糸は、ゴム製ホースの補強に用いられる。この場合、本発明の耐熱ホース用補強糸は、ゴムとともに耐熱ホースを構成することになる。

このとき使用されるゴムとしては、アクリルゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリルーブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレン－プロピレンゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコンゴム、スチレン－ブタジエンゴム、多硫化ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴムを例示することができる。特に、耐熱性に優れるアクリルゴム、シリコンゴムまたはフッ素ゴムが好ましい。

以下、実施例をあげて本発明を説明する。

（１）平均繊維長
牽切加工糸から、２００本の単繊維を切断しないようにランダムに抜き取りその単繊維の長さを伸ばした状態で測定した値の平均値とした。

（２）補強糸の総繊度
ＪＩＳ Ｌ１０１７に準じて、付着樹脂を含めた総繊度（重量）を測定した。

（３）引張強力および引張強度
ＪＩＳ Ｌ１０１７に準じて補強糸の引張強力を測定した。引張強度は、引張強力を、付着樹脂を含めた補強糸の総繊度で割って算出した。

（４）引掛強力および引掛強度
ＪＩＳ Ｌ１０１３に準じて補強糸の引掛（ループ）強力を測定した。引掛（ループ）強度は、引掛（ループ）強力を、付着樹脂を含めた補強糸の繊度で割って算出した。

（５）工程通過性
補強糸を毎分１００ｍの速さで、直径１ｍｍφのピンガイドに擦過させながら１０分間で脱落した毛羽の重量を測定した。

（６）接着力
工程通過前後の補強糸とゴムとの接着力を示すものである。上記（５）の工程を通過させる前後の補強糸について、アクリルゴムを主成分とする未加硫ゴムシート表層近くに２５本のコードを並べて埋め、１５０℃、３０分間、１Ｎ／ｍｍ^２のプレス圧力で加硫し、ゴムシート面に対し９０度の方向へ２００ｍｍ／分の速度で剥離するのに要したカを測定した。

（７）耐疲労性
補強糸について、２００℃の高温下で、ＪＩＳ Ｌ１０１３記載の引掛状態にて、１０Ｈｚの速度で０．３～１．５ｃＮ／ｄｔｅｘの繰り返し負荷を掛けた後、引掛強力を測定した。

（８）補強糸の繊度
ＪＩＳ Ｌ１０１７に準じて繊度（重量）を測定した。なお、水溶性ポリエステルが付着している場合は、その状態での繊度を測定した。

〔実施例１〕
図１に示す装置を使用して、全繊度３３，０００ｄｔｅｘ、１５０００フィラメントのポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維トウ（商品名Ｔｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ：帝人テクノプロダクツ社製）を、連続長繊維束（１）として装置に投入し、該繊維束をニップローラー（２）と（４）との間で牽切倍率１１倍で牽切し、引き続き該牽切繊維を吸引空気ノズル（５）によって取り出し、さらに該牽切繊維をＺ撚りが掛かる方向の旋回流を有する空気抱合ノズル（６）に通して、該牽切繊維に交絡を付与して結束させた後、ニップローラー（７）を経て巻取り装置（９）で巻き取った。なお、ニップローラー（２）とニップローラー（４）は、異なる回転速度で回転し、両者の間隔は１００ｃｍである。

これにより、総繊度が１１００ｄｔｅｘであり、牽切加工糸を構成する牽切繊維の平均繊維長が５０ｃｍである牽切加工糸が得られた。この牽切加工糸の３本を合糸し、さらにＺ方向に撚り係数３．４（２００回／ｍ）の撚りを施しながら巻取り、撚り縮みの影響により最終的に総繊度が３４９０ｄｔｅｘの撚糸を得た。

得られた撚糸を別工程で水溶性ポリエステル（商品名プラスコートＺ－４４６、互応化学社製）の１０重量％水溶液にディップして表面処理されたホース用補強糸を得た。水溶性ポリエステルの付着量は繊維重量に対して３．０重量％とした。得られたホース用補強糸の評価結果を表１に示す。

〔実施例２〕
牽切加工糸について、Ｚ方向に撚り係数５．２（３００回／ｍ）の撚りを施した以外は実施例１と同様にしてホース用補強糸を得た。撚糸の総繊度は３６５０ｄｔｅｘであり、水溶性ポリエステル樹脂の付着量は繊維重量に対して３．４重量％であった。得られたホース用補強糸の評価結果を表１に示す。

〔実施例３〕
水溶性ポリエステル樹脂による表面処理を施さなかった以外は実施例１と同様にしてホース用補強糸を得た。得られた補強糸の評価結果を表１に示す。

〔比較例１〕
牽切加工糸について、Ｚ方向に撚り係数１．７（１００回／ｍ）の撚りを施した以外は実施例１と同様にしてホース用補強糸を得た。得られたホース用補強糸の撚糸の総繊度は３３３０ｄｔｅｘであり、水溶性ポリエステル樹脂の付着量は繊維重量に対して２．６重量％であった。得られたホース用補強糸の評価結果を表１に示す。

実施例で得られたホース用補強糸は、耐疲労性と接着性および工程通過性の点で、比較例で得られた補強糸よりも優れており、耐久性および生産性に優れたホース用補強糸を得ることができた。

本発明のホース用補強糸は、特に過給機（ターボチャージャー）用エアホースや、冷却用ホース等、高い耐熱性を要求される耐熱ホースの補強に好ましく用いられる。これらのホースにおいて、補強糸はスパイラル、ブレーディング（組紐）、織物あるいは編物の形態で用いられ、特に伸縮性に優れる編物の形態で用いられることが好ましい。

１ 芳香族ポリアミドの連続長繊維束
２、４、７ ニップローラー
３ 牽切中の繊維束の乱れを防止するガイド
５ 吸引空気ノズル
６ 抱合付与空気ノズル
８ 牽切加工糸
９ 巻取り装置

Claims (6)

1. 耐熱ホースの補強に用いる補強糸において、該補強糸は芳香族ポリアミド繊維から構成される牽切加工糸に撚糸を施して得た補強糸であり、該牽切加工糸は平均繊維長が２０～１００ｃｍの芳香族ポリアミド単繊維からなり、該牽切加工糸は下記式で定義される撚り係数２～６で一方向に撚糸されることで補強糸とされており、かつ該補強糸の引張強度が３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることを特徴とする、耐熱ホース用補強糸。
   ＴＭ＝Ｔ×√Ｄ／１０５５
   （ただし、ＴＭは撚り係数、Ｔは撚り数（回／ｍ）、Ｄは牽切加工糸の総繊度（ｔｅｘ）を表す。）
2. 牽切加工糸が、芳香族ポリアミドの長繊維束を牽切して得た繊維を交絡することによって結束して得た牽切加工糸である、請求項１に記載の耐熱ホース用補強糸。
3. 芳香族ポリアミドがメタ型芳香族ポリアミドである、請求項１に記載の耐熱ホース用補強糸。
4. 総繊度が１０００～６０００ｄｔｅｘであり、撚り数が１６０～６００回／ｍである、請求項１乃至３のいずれかに記載の耐熱ホース用補強糸。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の耐熱ホース用補強糸において、その表面にポリエステル樹脂が付着している耐熱ホース用補強糸。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の耐熱ホース用補強糸の編物により補強されたゴムホース。

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