JP5032108B2 - 耐熱ホース用補強糸およびゴムホース - Google Patents

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）用エアホースなど、極めて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ものである。

ディーゼルエンジンは熱効率が高く、ガソリンエンジンに比べて高燃費であり、ＣＯ_２排出量が少ないために、地球環境面からも有効な動力源として注目されている。特に欧州でのディーゼル車のシェアは日本より高く今後も伸びが予想される。その中で、エンジンの高効率・高出力化のため、排出ガスエネルギーを再利用するターボチャージャーシステムの需要が急速に高まっている。

このターボチャージャー（ＴＣ）用エアホースは、高温・高圧の空気を大量に輸送する関係で、ホース耐久テスト条件として例えば２１０℃、２．５Ｂａｒの圧力振動で１５万回以上破壊せずに機能することが要求される場合もあり、極めて厳しい条件に耐えうる耐久性が求められている。

従来、このＴＣ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、耐熱性に優れるメタ系芳香族ポリアミド（メタアラミド）繊維が用いられていた（例えば、特許文献１など）。しかし、フィラメント（長繊維）タイプあるいはスパン（紡績糸）に限られており、フィラメントタイプではその表面が滑らかであるためホース部材（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。一方、スパンタイプでは、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、例えば、ゴムとの接着性が改良されたポリエステル繊維およびアラミド繊維を得るため、該繊維を特定の接着剤で被覆するという接着性向上処理法が提案されている（特許文献２など）。しかしながら、このような方法は、接着性向上のための処理を行うことが必要であることから製造工程が複雑になり、コスト高になるという問題がある。

そのため、接着処理無しでの接着向上方法として繊維表面にループ、毛羽などを持つアラミド繊維を使用することが提案されている（特許文献３など）。かかる方法を適用することにより、接着処理無しでも一定レベルの接着性が得られホースなどの用途に使用することが可能となるが、未だ耐久性が十分なレベルに達していないのが実情である。一方でコード表面どうしの接触によってフィブリルが多く発生することで、補強コードが破断して、ホースが破壊する場合がある。

特開平１１−３４４１６５号公報 特開２００１−１４６６８６号公報 特開２００４−１６９２３７号公報

本発明は、高温高圧の空気を輸送するホースを補強することができる、接着性に優れ、しかも十分な耐熱性、耐久性をも有する繊維を提供することを目的とするものである。さらに、耐熱性、耐久性に優れたゴムホースを提供することを目的とするものである。

本発明者らが検討した結果、上記課題は、耐熱ホースの補強に用いるホース用補強糸において、該補強糸が、メタ系芳香族ポリアミドからなる長繊維束を牽切し、その牽切した繊維が交絡することによって結束している糸条からなり、該糸条を構成する牽切した繊維の平均繊維長が２０〜５０ｃｍ、該補強糸の強度が４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、さらに該補強糸の表面に水溶性ポリエステルが１．０〜５．０重量％付着していることを特徴とする耐熱ホース用補強糸により達成できることを見出した。さらに、もう一つの課題は、請求項１記載の耐熱ホース用補強糸により補強されているゴムホースにより達成できることがわかった。

本発明によれば、接着性に優れ、しかも十分な耐熱性、耐久性をも有する繊維を提供することができる。また、耐熱性、耐久性に優れたゴムホースを提供することができる。

本発明のホース用補強糸は、耐熱ホースの補強に用いる補強糸である。本発明においては、該補強糸が、メタ系芳香族ポリアミドからなる長繊維束を牽切し、その牽切された繊維が交絡することによって結束している糸条からなり、該牽切された繊維の平均繊維長が２０〜５０ｃｍ、該補強糸の強度が４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、さらに該補強糸の表面に水溶性ポリエステルが繊維重量に対して１．０〜５．０重量％付着していることが肝要である。

上記のメタ系芳香族ポリアミドからなる繊維としては、具体的にはポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維、特に帝人テクノプロダクツ社製Ｔｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ（商品名）が好ましく使用することができる。

本発明の補強糸は、メタ系芳香族ポリアミドからなる長繊維束を牽切し、その牽切された繊維が交絡することによって結束している糸条からなるが、かかる糸条はその表面に毛羽立ちを有しているためゴムなどとの接着性が良好であり、しかも該糸条を用いることで耐久性に優れたホースを得ることができる。

この際、牽切された繊維の平均繊維長を前述した範囲とする必要がある。平均繊維長が２０ｃｍ未満の場合は、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、繰返しの振動に対する耐久性が低下する。一方、平均繊維長が５０ｃｍを越える場合は、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該糸の長さ方向に物性のばらつきが生じ、結果的に十分なホースの耐久性が得られず、望ましくない。

ホースについては後で述べるが、その成形においては内管ゴムなどに補強糸を巻き付ける工程がある。このため、本発明においては、前述したように補強糸の表面に毛羽立ちを有していることが必要である一方、補強糸をゴムに巻きつける際の工程安定性を確保するために、補強糸として一定の集束状態を保っている必要がある。

本発明者らは、各種の添加剤について鋭意検討を重ねた結果、水溶性ポリエステルが上記の集束状態を保つ上で最も優れており、補強糸の表面にこれを繊維重量に対して１．０〜５．０重量％付着させることが本発明の重要な要件の一つであることを見出した。この付着量としては２．０〜４．０重量％がより好ましい。上記付着量が１．０重量％未満の場合は単糸の集束性が確保されないため、補強糸がばらけ易く、補強糸をゴムに巻き付ける工程で糸の絡まりが発生するなどして、実用上大きな支障となる。一方、付着量が５．０重量％を超える場合は剤付着が多くなり補強糸が硬くなりすぎるため、ゴムへの巻き付け工程でのテンション変動や剤の脱落によるスカム発生などの不具合が生じる。

ここで水溶性ポリエステルの成分については、その酸成分がテレフタル酸あるいはイソフタル酸であることが望ましく、グリコール成分としてはエチレングリコール・ジエチレングリコールが望ましく使用できるが、これらに制約されるものではない。

本発明における繊維は、牽切方式による牽切加工糸であることが好ましい。牽切加工糸は糸の形態上、平均繊維長が短い糸条から長い糸条まで広範囲に作ることができる。また、特に繊維長が長い場合には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。

本発明の補強糸は、強度が４ｃN／ｄｔｅｘ以上であることを必要とする。強度が４ｃN／ｄｔｅｘ未満の場合は、本発明の目標とするホースの耐久性を得ることができない。

以上に説明した補強用糸は、次の方法により製造することができる。本発明に用いる牽切糸条は、例えば図１に示すような工程で製造される。すなわち、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によって短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を通して牽切糸条８として巻き取られる。

また、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、あるいは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による結束でも有効である。

このようにして作られた牽切糸条は、ホース用補強糸として使用するに当たって、好ましくは２〜１０本、さらに好ましくは２〜５本を合糸し、さらにそれらに適宜撚りを施すことも好ましく行われる。撚りを施す際には、その撚り数は５０〜１５０回／ｍが好ましく、７５〜１２５回／ｍがさらに好ましい。撚り数をかかる範囲とすることで、前述した４ｃN／ｄｔｅｘ以上の強度を達成し易くなり、疲労性が向上する傾向にある。

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。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、実施例における各物性は下記方法により求めたものである。
（１）平均繊維長
ステープルダイヤグラムにおける繊維長と繊維本数を掛け合わせた数を全繊維本数で除した値である。
（２）補強糸の強度
ＪＩＳ Ｌ１０１７に準拠して測定した。
（３）接着力
処理コードとゴムとの接着力を示すものである。天然ゴムを主成分とするカーカス配合の未加硫ゴムシート表層近くに５本のコードを埋め、１５０℃、３０分間、５００Ｎ／ｃｍ^２のプレス圧力で加硫し、次いで、両端のコードを残し３本のコードを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重したカをＮ／５ｃｏｒｄｓで示したものである。
（４）ホース疲労テスト
ＡＣＭ（アクリルゴム：日本ゼオン製）から成る熱可塑性エラストマーを内管とし、その外側に所定の繊維をブレードした後、ＡＣＭ熱可塑性エラストマーを外管として配置した内径９．５ｍｍ及び外径１７．４ｍｍのホースを製造した。このホースにつきＪＩＳ Ｋ６３７５ ７．７項に準拠した衝撃圧力試験を行った。試験油はＪＩＳ Ｋ ２３１３に規定する２種に相当する鉱物油を使用し、油温９３℃で最高圧力２７００Ｎ／ｃｍ^２の矩形波を２０万回繰り返した。その結果２０万回でも破断しない場合「◎」、１５万回以上２０万回未満で破断の場合「○」、１５万回未満で破断した場合は「△」と表記した。
（５）糸条集束性
補強糸３０ｃｍに対して、その繊度（ｄｔｅｘ）の１／２２にあたるグラム数の荷重を吊り下げた状態でフリーにし、糸条の回転（撚り戻り）が２回転以下の場合は集束性を「良」とし、２回転以上の場合は集束性を「不良」と評価した。

［実施例１］
図１に示すような装置を使用して、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２８．６倍で牽切し、引き続き該牽切繊維束を吸引空気ノズル５によって取り出し、さらに該繊維束を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、該繊維束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。これにより、総繊度が１１００ｄｔｅｘ、平均繊維長３０ｃｍの牽切糸が得られた。この牽切糸条を３本合糸し、さらにＺ方向に１００回／ｍの撚りを施しながら巻取り、最終的に総繊度が３３００ｄｔｅｘ、強度が４．５ｃＮ／ｄｔｅｘの糸を得た。
得られた糸を別工程で、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２．６重量％とした。結果を表１に示す。

［実施例２および３、比較例１および２］
ニップローラー（２）と（４）の間隔を変えて、平均繊維長を表１のように調整した以外は実施例１と同様にした。結果を表１に示す。

［実施例４および５、比較例４］
水溶性ポリエステルの水溶液の濃度を変更し、付着量を表１のように変更した以外は実施例１と同様にした。結果を表１に示す。水性ポリエステルの付着量が少ない比較例４は、３本の糸条がまとまっておらずばらけており、毛羽立ちが多かった。

［比較例３］
実施例１と同様にして牽切糸を作成した後、この牽切糸条を撚糸する際、Ｚ方向に３０回／ｍの条件としたことにより、補強糸の強度を低くした。結果を表１に示すが、接着力と耐久性のバランスが悪く、ホースとしての要求を満たすことができなかった。

本発明の耐熱ホース用補強糸は、接着性に優れ、しかも十分な耐熱性、耐久性を有している。このため、上記補強糸で補強されたホースは、自動車エンジン用エアホース、特にターボチャージャー用エアホースなど、極めて高い耐熱性や耐久性が要求される用途に好適に用いることができる。

牽切糸条の製造装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 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 牽切糸条
９ 巻取り装置

Claims (3)

1. 耐熱ホースの補強に用いるホース用補強糸において、該補強糸が、メタ系芳香族ポリアミドからなる長繊維束を牽切し、その牽切された繊維が交絡することによって結束している糸条からなり、該牽切された繊維の平均繊維長が２０〜５０ｃｍ、該補強糸の強度が４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、さらに該補強糸の表面に水溶性ポリエステルが１．０〜５．０重量％付着していることを特徴とする耐熱ホース用補強糸。
2. 請求項１記載の耐熱ホース用補強糸により補強されていることを特徴とするゴムホース。
3. 内管ゴム層と、その内管ゴム層を取巻く補強糸、およびこれらに接合された外管ゴム層からなり、該補強糸が請求項１記載の耐熱ホース用補強糸であることを特徴とするゴムホース。

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