JP4018460B2 - ゴム補強用コードおよびそれを含有するゴム製品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴムベルトまたはゴムタイヤなどのゴム製品に埋設される補強用コードに関する。さらには、このコードを含有するゴム製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムベルトなどのゴム製品には、使用時に高い張力が掛かるため、ガラス繊維またはアラミド繊維などの撚糸が補強材として埋設される。この補強材は、ガラス繊維またはアラミド繊維を下撚りし、さらにそれらを複数本束ねて上撚りすることにより一体化される。下撚りおよび上撚りの状態ならびにその組み合わせを適宜変えることにより、補強材の特性を調節できる。たとえば、下撚りおよび上撚りの撚り数を大きくすれば、その耐屈曲疲労性を改善できる。これは、補強材が屈曲するとき、屈曲部分の外側では張力を受けるのに対してその内側では座屈力を受けることになるが、撚糸は撚り数が大きいほど伸縮し易くなるので、前記張力および座屈力が分散されて、補強材全体で受け止められるようになるからである。一方、下撚りおよび上撚りの撚り数を小さくすれば、補強材の寸法安定性を高めることができる。これは、補強材に全く撚りが掛かっていなければ、補強材の伸びは、すなわち繊維それ自体の伸びであることから容易に理解できる。また、下撚りの方向と上撚りの方向とを同じにすれば、補強材の耐屈曲疲労性を改善できる。これは、補強材全体で一方向の撚りしか掛けられていなければ、下撚りした撚糸が上撚りによりさらに同じ方向に撚りを掛けられることになり、前記撚り数を大きくした場合と似た効果が奏されるからである。このような補強材として、たとえば実公昭５９−１５７８０号公報には、ガラス繊維を下撚りし、その撚糸を下撚りと同じ方向に上撚りしたものが記載されている。一方、下撚りの方向と上撚りの方向とを逆方向にすることにより、その寸法安定性を高めることができる。これは、下撚りした撚糸と逆方向に上撚りが掛けられることにより、上記下撚りの撚り数を小さくした場合と似た効果が奏されるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
下撚りと上撚りとの上記の関係に鑑みれば、補強材の耐屈曲疲労性を改善することと、その寸法安定性の高さを維持することとは、表裏の関係であり、これらを同時に達成することは極めて困難なように思われる。しかし、この発明では、補強材を構成する各種繊維の配置、下撚りおよび上撚りの状態ならびにその組み合わせを適宜調整することにより、耐屈曲疲労性が高く、かつ、寸法安定性も高いゴム補強用コードを提供することを目的とする。さらには、このゴム補強用コードを含有するゴムベルトなどのゴム製品を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、つぎの構成からなるゴム補強用コードであれば、上記の課題を解決できることを見出した。すなわち、この発明のゴム補強用コードは、芯繊維の周囲に下撚りした子縄を複数配置して、これらを上撚りした補強材において、子縄の下撚りの方向と上撚りの方向とが同じであり、かつ、芯繊維が子縄の下撚りの方向と逆方向に下撚りされたものまたは無撚のものである。上述のようにゴム補強用コードは屈曲するときに、屈曲部分の外側で張力を、その内側で座屈力を受けることになる。そこで、外周部に耐屈曲疲労性の高い撚り数が大きい撚糸を配置することにより、ゴム補強用コードの耐屈曲疲労性を改善することができる。一方で、その中心部は、屈曲時に受ける張力および座屈力ともそれほど大きくない。そこで、中心部には、ゴム補強用コードの寸法安定性の高さを維持するため、子縄の下撚りの方向と逆方向に撚られた芯繊維または無撚の芯繊維を配置する。芯繊維が子縄の下撚り方向と逆方向に下撚りされたものである場合は、上撚りによって下撚りが若干巻き戻されて無撚に近づくことにより、あるいは上記の芯繊維の撚り数を小さくしたときと似た効果が奏されることにより、ゴム補強用コードの寸法安定性が高く維持されることになる。また、芯繊維が無撚の場合は、芯繊維には上撚りしか掛からないので、その撚り数が小さいことにより、ゴム補強用コードの寸法安定性が維持されることになる。この発明のゴム補強用コードは、公知の方法でゴムベルトなどのゴム製品中に埋設されて、そのゴム製品の引張り強度および耐久性を著しく高める。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【０００６】
この発明のゴム補強用コードは、中心部に芯繊維を配置し、その周囲に子縄を配置して、これらを子縄の下撚りと同じ方向に上撚りして一体化したものである。芯繊維は、子縄の下撚り方向と逆方向に下撚りしたものまたは無撚のもののいずれでもよいが、子縄の下撚りと逆方向に下撚りしたものが好ましい。芯繊維の下撚りの撚り数と上撚りの撚り数とを近づけることにより、芯繊維を無撚に似た状態にでき、あるいはその撚り数を小さくした場合と似た効果が奏されるからである。
【０００７】
芯繊維の下撚りの撚り数は、とくに限定されるものではないが、４０〜１００回／１００ｃｍであることが好ましい。また、子縄の撚り数もとくに限定されるものではなく、４０〜１５０回／１００ｃｍが好適である。さらに、上撚りの回数もとくに限定されるものではなく、４０〜１５０回／１００ｃｍが好ましい。
【０００８】
芯繊維は、単繊維でもよいし、複数の単繊維を引き揃えたものであってもよい。ここで、芯繊維が複数の単繊維を引き揃えたものである場合は、個々の単繊維が、子縄の下撚りと逆方向に下撚りしたものまたは無撚のものでなければならない。
【０００９】
芯繊維（上記の単繊維を含む）は、その種類をとくに限定されるものではないが、ガラス繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(ＰＢＯ)繊維、炭素繊維またはアラミド繊維が好ましい。これらは、補強材として利用可能な他の有機繊維と比較して、引張り強度が著しく高いからである。また、ガラス繊維とくに高強度ガラス繊維は、耐熱性も高いことから、エンジン用タイミングベルトなどの用途におけるゴム補強用コードの芯繊維として最適である。
【００１０】
芯繊維がガラス繊維からなる場合、フィラメント（ガラス繊維の最小単位）の平均径はとくに限定されるものではないが、５〜１１μｍであることが好ましい。また、芯繊維を構成するフィラメントの集束本数も、とくに限定されるものではない。
【００１１】
子縄は芯繊維の周囲に配置されるが、ゴム補強用コードのある断面において、中心のより近くに芯繊維が存在し、かつ、外周面のより近くに子縄が存在するものであれば、子縄と芯繊維との位置関係および子縄の本数などの配置態様は、とくに限定されない。ただし、芯繊維を中心として、その周囲に同心円状に均等間隔で子縄を配置する態様が好適である。このような配置であれば、あらゆる方向の屈曲に対して、同じ耐屈曲疲労性および寸法安定性を示すからである。
【００１２】
子縄は、ガラスまたはＰＢＯ繊維などのフィラメントを束ねて下撚りした撚糸であり、この下撚りと同じ方向に上撚りが掛けられることにより、その撚り数が大きくなることと似た効果が奏される。さらに、芯繊維の周囲に配置されることにより、ゴム補強用コードの耐屈曲疲労性を飛躍的に高めることができる。
【００１３】
子縄は芯繊維の周囲に配置され、ゴム製品の屈曲による張力および座屈力に耐えなければならないことから、子縄の太さは、芯繊維よりも細い方が好ましい。また、芯繊維の断面積（フィラメント間の間隙を含み、芯繊維が複数の単繊維からなるときはそれらの合計）がコード全体の断面積に対して５〜９５％であることが好適である。これらの範囲にあるときに、ゴム補強用コードの耐屈曲疲労性の改善と寸法安定性の維持とがバランスよく達成される。
【００１４】
芯繊維または子縄には、ゴム製品のマトリックスゴムとの接着性を高めるために、通常は接着剤が塗布される。このような接着剤は、とくに限定されるものではなく、マトリックスゴムとの馴染みを改善する公知の成分を含有するものを利用できる。たとえば、レゾルシン・ホルマリンゴムラテックス(ＲＦＬ)、エポキシ樹脂および／またはイソシアネート化合物などを含有する混合溶液が挙げられる。また、この接着剤は、芯繊維または子縄のほつれを防止する機能も発揮する。
【００１５】
また、芯繊維または子縄がガラス繊維である場合は、上記接着剤を塗布する前に、フィラメント同士がほつれないように、あるいはフィラメント同士が擦れてその表面に傷がつかないように、シランカップリング剤などを含有する公知の集束剤をフィラメントに塗布してもよい。
【００１６】
芯繊維または子縄に下撚りを掛ける手段は、とくに限定されるものではなく、公知の撚糸装置を利用して、所望の撚りを掛けることができる。また、芯繊維の周囲に子縄を配置しつつ、これらを上撚りする手段もとくに限定されるものではない。たとえば、リング撚糸機、フライヤー撚糸機または撚り線機など公知の装置を用いることができる。
【００１７】
芯繊維と子縄とを引き揃えて上撚りしたものは、そのままでもゴム補強用コードとして利用できる。しかし、ゴム製品のマトリックスゴムとの接着性をさらに高めるために、上記接着剤とマトリックスゴムとに相溶性のある二次処理剤を用いて、その表面をさらに処理してもよい。この二次処理剤としては、ＣＳＭおよび公知の架橋剤を含有するものが例示される。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により、この発明をさらに具体的に説明する。
【００１９】
（実施例１）
平均径９μｍのＥガラス組成からなるフィラメントを６００本束ねたもの（集束剤を塗布済み）に、固形分付着率が２０重量％となるようにＲＦＬ溶液（接着剤）を含浸させ、その後公知の撚糸機を用いて、撚り数８０回／１００ｃｍでＳ撚り方向に下撚りを掛けて芯繊維を作製した。また、同種のフィラメントを６００本束ねたものに、固形分付着率が２０重量％となるように前記接着剤を含浸させて、前記の撚糸機を用いて、撚り数８０回／１００ｃｍでＺ撚り方向に下撚りを掛けて子縄を作製した。前記芯繊維１本と子縄６本とを引き揃え、公知の撚糸機を用いて、８０回／１００ｃｍでＺ撚り方向に上撚りを掛けた。上撚り後、二次処理剤を固形分付着率４重量％となるように塗布し、加熱乾燥させて、ゴム補強用コードを得た。
このゴム補強用コードについて、引張り強度（初期強度）と破断時の伸び率とを測定した。さらに、このコードを屈曲試験機に掛け、１０，０００回の屈曲試験の前後における引張り強度を測定した。ゴム補強用コードの構成とその特性の測定結果とを、下記「表１」に示す。
【００２０】
（実施例２）および（比較例１〜３）
ゴム補強用コードの構成を下記「表１」に明示したとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして、ゴム補強用コードを作製し、その特性を調査した。なお、実施例２および比較例２において使用したＰＢＯ繊維は、東洋紡績社製の無撚品で１６０texのものである。これらゴム補強用コードの構成とその特性の測定結果とを、下記「表１」にまとめて示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
上記実施例と比較例とを対比することにより、つぎのことが判る。
実施例１と比較例１とを対比することにより、芯繊維の下撚りの方向が子縄の下撚りの方向および上撚りの方向と逆方向であれば、ゴム補強用コードの寸法安定性が高く維持されたまま、その耐屈曲疲労性が著しく改善することが判る。
【００２３】
実施例２と比較例２とを対比することにより、ＰＢＯ繊維を用いた場合には、上記実施例１の効果に加えて、ゴム補強用コードの寸法安定性も向上することが判る。
【００２４】
実施例１と比較例３とを対比することにより、芯繊維の下撚りの方向と、子縄の下撚りの方向と、上撚りの方向とが全て同じであれば、ゴム補強用コードの耐屈曲疲労性は改善するものの、寸法安定性は著しく低下することが判る。
【００２５】
【発明の効果】
この発明のゴム補強用コードは、以上のように構成されていることから、ゴム製品の寸法安定性を高く維持しつつ、その耐屈曲疲労性を効果的に高めることができる。そのため、この発明のゴム製品は、エンジン用タイミングベルトなど使用条件が極めて過酷な用途においても、高い寸法安定性と引張り強度とを長期間維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で作製したゴム補強用コードの断面を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１： 芯繊維
２： 子縄
１０：二次処理剤

Claims (3)

1. 芯繊維の周囲に下撚りされた子縄を複数配置して、これらを上撚りしたゴム補強用コードであって、
   前記子縄の下撚りの方向と上撚りの方向とが同じであり、かつ、前記芯繊維が子縄の下撚りの方向と逆方向に下撚りされたものまたは無撚のものであるゴム補強用コード。
2. 上記芯繊維および子縄は,ガラス繊維からなるものである請求項１に記載のゴム補強用コード。
3. 請求項１または２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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