JP5146273B2 - ゴム補強用ガラス繊維コード及び伝動ベルト - Google Patents

Description

本発明は、伝動ベルト等のゴム製品の補強のために母材ゴムに埋設して使用するゴム補強用ガラス繊維コードに関する。特に、ウレタンゴムに埋設して使用するゴム補強用ガラス繊維コードに関する。

ゴムベルト、タイヤ等のゴム製品に引っ張り強度及び寸法安定性を付与するために、ガラス繊維、ナイロン繊維及びポリエステル繊維などの高強度の繊維を補強材として、母材ゴムに埋設することが一般的に広く行われている。繊維を埋設する母材ゴムは、用途に応じてニトリルゴムやクロロプレンゴム、ウレタンゴムなど様々なゴムが用いられており、この中でもウレタンゴムは、耐摩耗性、耐油性、耐オゾン性、耐寒性などに優れ、プリンタや複写機に代表される事務用機器の伝動ベルトの母材ゴムとして広く利用されている。

伝動ベルトを製造する過程において、通常、ガラス繊維コードはループ状に巻かれた状態で母材ゴムに挟み込まれ、その後、加熱成形した後、切断して伝動ベルトとする。この際、切断したベルト端面には、ガラス繊維コ−ドの切断面が露出するが、ガラス繊維コードがほつれて、切断面からガラス繊維フィラメントが飛び出すことがある。

ゴム補強用ガラス繊維コードを埋設した伝動ベルトに関して、耐屈曲疲労性、寸法安定性、耐熱性および耐水性などを向上させることについては、これまで盛んに試みられているが、ベルト端面のガラス繊維のほつれについては、殆ど注目されていない。

特許文献１に、ベルト側面の露出部からのほつれ出が極めて少なく、耐久性の高い歯付ベルトを与える歯付ベルト用ガラス繊維コードが開示されている。

即ち、平均直径５〜１０μｍのガラス繊維のフィラメントが１００〜８００本引揃えられたストランド又はこれを複数本集めたストランド群をレゾルシンホルマリンラテックスで被覆し、これを撚り数２．５〜４．０で一方向に下撚りし糸束とし、この糸束の複数本を撚り数１．５〜１．８で他方向に上撚りしてなり、ストランド又はストランド群のレゾルシンホルマリンラテックス付着量が、ガラス繊維コード１００重量部に対して１４〜２５重量部の割合であり、かつ下撚りの撚り数と上撚りの撚り数との比が１．８〜２．２であることを特徴とする歯付ベルト用ガラス繊維コードが開示されている。

特許文献1は、ストランドを撚る回数を多くするものであり、ストランドを下撚りと上撚りの２回にわけて所定回数撚り、かつ上撚りは下撚りと他方向に撚ることで、ほつれ難いガラス繊維コードを得て、それを歯付きベルトに埋設するものである。ただし、特許文献１では、ベルト走行時のほつれの改善を目的としており、ベルト切断時のほつれを改善することを目的とするものではない。

また、特許文献１は集束剤としてゴムラテックスを主成分としたオルガノシラン及び潤滑剤を含むものを用いている。通常、集束剤はガラス繊維フィラメント紡糸後に散布し付着させるため、前記集束剤を用いると散布したゴムラテックスが設備に付着し作業環境が汚染され、また、ゴムラテックスを塗布した後のストランドはべたついて加工し難くなる。

本出願人による特許文献２には、アミノシランとエポキシ樹脂を含む集束剤が開示されている。即ち、ポリウレタン３〜６質量％、およびエポキシ樹脂０．５〜３質量％、またはエポキシ変性ポリウレタン３〜６質量％とアミノシラン誘導体０．５〜１．５質量％とを含有することを特徴とし、該集束剤は上記のようなゴムラテックスが設備に付着し作業環境が汚染され、また、ゴムラテックスを塗布した後のストランドはべたついて加工し難くなる不具合を生じないものである。

本出願人は、上記集束剤を塗布されたガラス繊維コードに被覆する被覆剤として、ポリウレタン樹脂との接着性に優れたアクリロニトリル−ブタジエン共重合ラテックスを主成分とした被覆剤を開示した。具体的には、特許文献３において、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ラテックスが固形分で１００質量％に対し、ブロックドイソシアネート水分散体を固形分で２〜１５質量％、エポキシ樹脂水分散体を固形分で４〜１０質量％添加混合してなることを特徴とするガラス繊維コード用被覆剤が開示した。該被覆剤は、ポリウレタン樹脂との接着性に優れ、破断に到る屈曲回数も申し分なく、ガラス繊維コード被覆用に好適であった。
特開平６−１８４８５３号公報 特開昭５４−９６１９３号公報 特開２００３−８１６６２号公報

伝動ベルトを製造する過程において、通常、ガラス繊維コードはループ状に巻かれた状態で母材ゴムに挟み込まれ、その後、加熱成形した後、切断して伝動ベルトとする。この際、切断したベルト端面には、ガラス繊維コ−ドの切断面が露出し、ガラス繊維コードがほつれて、切断面からガラス繊維フィラメントが飛び出すことがあった。

また、ほつれたガラス繊維フィラメントは、ベルト端面から飛び出し、ベルト使用時にプーリーへ巻きつくなどの不具合が生じ易くなることがあった。

また、ほつれが生じることにより、その部分からゴムベルトの破損が進行することがあった。

さらに、ベルト端面は、前記切断面から飛び出したガラス繊維フィラメントにより毛羽立つため、ベルトの加工や組立を行う作業者がこれに触れると、毛羽立ったガラス繊維フィラメントが皮膚に刺さり、かゆみや痛みなどを感じ、作業の弊害となることがあった。

このことは、多数のガラス繊維フィラメントに集束剤を散布塗布し、ストランドに集束させる際に、ゴム系の集束剤を用いると、ある程度、防止されるが、ゴム系の集束剤は、塗布環境を汚すと言う問題があった。

本発明は、伝動ベルト等のゴム製品の補強用に埋設されるゴム補強用ガラス繊維コードであって、多数のガラス繊維フィラメントに集束剤を塗布する際に、塗布環境を汚すことなく、母材ゴムに埋設後、伝動ベルトの端面からガラス繊維フィラメントが、ほつれて飛び出すこと防止するのに好適なゴム補強用ガラス繊維コードを提供することを目的とする。特に、母材ゴムをウレタンゴムとした際に、ゴム補強用ガラス繊維コードとウレタンゴムの接着性に優れたゴム補強用ガラス繊維コードを提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討した結果、多数のガラス繊維フィラメントに集束剤を散布塗布する際に、塗布環境を汚すことなく、ほつれ難いゴム補強用ガラス繊維コードを見出した。特に、ウレタンゴムとの接着性に優れたゴム補強用ガラス繊維コードを見出した。

即ち、本発明は、アミノシランとエポキシ樹脂を含有する集束剤を付着させた直径５．０μｍ以上、７．０μｍ以下のガラス繊維フィラメントを２００本以上、８００本以下を束ねて集束させたストランドを２本以上、３本以下撚ってなり、ストランドの長手方向に対する撚り数が３回／２５ｍｍ以上、４回／２５ｍｍ以下であることを特徴とするゴム補強用ガラス繊維コードである。

通常、ガラス繊維コードは、多数のガラス繊維フィラメントに集束剤を散布塗布した後を集束させてストランドとし、さらに、該ストランドを複数本束ねた後、被覆材を該ストランドに塗布し撚ってなるものである。ガラス繊維コードは柔らかく曲がりやすいものを得ることが可能であり、伝動ベルトに埋設するとゴム補強用ガラス繊維コードとして有効に働く。

ガラス溶融釜のブッシングから吐出したガラス繊維フィラメントに集束剤を散布塗布する際に、集束剤にゴムラテックスが含有すると設備に付着し作業環境が汚染され、また、ゴムラテックスを塗布した後のストランドはべたついて加工し難くなる不具合を生じさせないために、本発明のゴム補強用ガラス繊維コードにおいて、アミノシランとエポキシ樹脂を含む集束剤を使用した。

また、ガラス繊維フィラメントの直径を５．０μｍより小さくし、ガラス繊維フィラメントを細くすると、前述のようにガラス繊維コードのほつれは改善されるが、一方で、ガラス繊維コードの引っ張り強度の低下が懸念される。また、ガラス繊維フィラメントの直径を７．０μｍより大きくし、ガラス繊維フィラメントを太くすると、ガラス繊維コードの強度は向上するが、耐屈曲疲労性が低下し、ガラス繊維コードにほつれが発生しやすくなる。そのため、本発明のゴム補強用ガラス繊維コードにおいて、用いるガラス繊維フィラメントの直径は、５．０μｍ以上、７．０μｍ以下であることが好ましい。

また、ガラス繊維フィラメントを集束させる本数を２００本未満とすると、ストランドの引き揃え性は向上するが、十分な引っ張り強度を得るために集束させるガラス繊維フィラメントを太くしなくてはならなくなり、結果的に耐屈曲疲労性が低下し、ほつれやすくなる。尚、ストランドの引き揃え性とは、ガラス繊維コードを所定の寸法に切断した際のストランドの長さのバラつきであり、ばらつきがない方が好ましい寸法安定性および引っ張り強度を与える。さらに、ガラス繊維フィラメントを集束させる本数を８００本超とすると、ストランドを撚ってガラス繊維コードとした後、被覆材形成液を塗布した際、ガラス繊維コードの被覆材がストランドに浸透しにくくなり、被覆材によるストランドの被覆が不十分となった結果、耐屈曲疲労性、引っ張り強度などが損なわれる。また、引き揃え性が低下するため、寸法安定性及び引っ張り強度が損なわれる。そのため、本発明のゴム補強用ガラス繊維コードにおいて、ガラス繊維フィラメントを集束させる本数は２００本以上、８００本以下とすることが好ましい。

撚り数が３回／２５ｍｍ未満であると、ガラス繊維コードの耐屈曲疲労性が低下するため、該ガラス繊維コードが埋設されたベルトの寿命が低下してしまう。また、４回／２５ｍｍを越えた場合には、該ガラス繊維コードを埋設したベルトの伸びが大きくなるため、伝達精度が低下してしまう。

また、本出願のゴム補強用ガラス繊維コードにおいて、ポリウレタン樹脂との接着性に優れ、破断に到る屈曲回数も申し分なく、ガラス繊維コード被覆用に好適であるアクリロニトリル−ブタジエン共重合ラテックスとブロックドイソシアネート水分散体およびエポキシ樹脂水分散体を含有する被覆材をストランドに被覆することが好ましい。

さらに、本発明は、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ラテックスとブロックドイソシアネート水分散体およびエポキシ樹脂水分散体を含有する被覆材を被覆したことを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維コードである。

さらに、本発明は直径が０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする上記のゴム補強用ガラス繊維コードである。

本発明の伝動ベルトは事務用機器に好適に用いることが可能であり、該伝動ベルトには幅が１ｍｍ以上、３ｍｍ以下のものが一般的に使用されている。伝動ベルトの強さや伸びにくさを確保するため、該伝動ベルトに埋設されるガラス繊維コードは２本以上であることが好ましい。直径が０．４ｍｍを超えると複数本埋設することが困難となり、０．２ｍｍ未満では、伝動ベルトの強さ自体が低下してしまう。

さらに、本発明は、上記のゴム補強用ガラス繊維コードをウレタンゴムに埋設した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コードを、ベルト幅に対して２ｍｍ以下の間隔でウレタンゴムに埋設したことを特徴とする伝動ベルトである。

ガラス繊維コードを埋設した伝動ベルトの強度や伸びにくさを確保するためには、該伝動ベルトに２本以上のガラス繊維コードを埋設することが好ましい。特に１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の細幅の伝動ベルトにコードを２本以上埋設する場合、ガラス繊維コードの間隔を２ｍｍ以下とし、また、伝動ベルトの幅がガラス繊維コードに対して小さい場合は、該ガラス繊維コード同士が接してもかまわないものとする。

本発明により、伝動ベルト等のゴム製品の補強用に埋設されるゴム補強用ガラス繊維コードであって、多数のガラス繊維フィラメントに集束剤を塗布する際に、塗布環境を汚すことなく、母材ゴムに埋設後、伝動ベルトの端面からガラス繊維フィラメントが、ほつれて飛び出すこと防止するのに好適なゴム補強用ガラス繊維コードが得られた。特に、母材ゴムをウレタンゴムとした際に、ゴム補強用ガラス繊維コードとウレタンゴムの接着性に優れたゴム補強用ガラス繊維コードが得られた。

ガラス繊維フィラメントに塗布する集束剤に使用されるアミノシランは、通常一般的に使用されているものを採用することができるが、好ましくはγ−アミノプロピルトリエトキシシランが接着用成分として用いるのに好適である。

また、エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好ましく、全樹脂に対するエポキシ当量が１５０ｇ／ｅｑ以上、５００ｇ／ｅｑ以下のものを採用するのが望ましい。

被覆材に使用されるアクリロニトリル−ブタジエン共重合ラテックス（以下ＮＢＲということもある）としては、通常一般的に使用されているものを採用することができるが、好ましくはアクリロニトリル含有量が３１質量％以上、３５質量％以下の中高ニトリルＮＢＲ、またはカルボキシ変成ＮＢＲが、樹脂、特に熱可塑性ポリウレタン樹脂−ガラス繊維の接着用成分として好適である。

ブロックドイソシアネート水分散体としては、通常一般的に使用されているものを採用することができるが、好ましくはジフェニルメタンジイソシアネートのεカプロラクタムブロック体を採用するのが好ましい。

エポキシ樹脂水分散体としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好ましく、さらには、カルボキシ変性された自己乳化型のものがよい。

なお、ガラス繊維の種類は特定するものではなく、通常多用されるいわゆるＥガラス繊維でもよく、Ｃガラス繊維、あるいはシリカ、アルミナ、カルシア、およびマグネシアから選ばれる少なくとも１種を主成分とする高強度、高弾性率繊維等、各種の繊維を用いることができる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
最初に、γ−アミノプロピルトリエトキシシランとビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に水を添加し、ガラス繊維用集束剤を調製した。

アクリロニトリルの含有量３３％のＮＢＲと、ブロックドイソシアネート水分散体として、ジフェニルメタンジイソシアネートのεカプロラクタムブロック体と、エポキシ樹脂水分散体として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に水を添加してガラス繊維用被覆剤を調製した。

次いで、前述のガラス繊維用集束剤を表面に散布塗布した径６μｍのガラス繊維フィラメントを４００本集束させたストランドを２本引き揃え、前記ガラス繊維用被覆剤を塗布した後、加熱炉に入れて、２８０℃の温度下に２２秒間加熱した後、２５ｍｍ当たり４．０回の撚りを施し、ゴム補強用ガラス繊維コードを作製した。当該ガラス繊維コードの直径は、０．２２ｍｍである。

実施例２
径７μｍのガラス繊維フィラメントを２００本集束させたストランドを３本引き揃えた以外は実施例１と同じようにして、ガラス繊維コードを作製した。当該ガラス繊維コードの直径は、０．２４ｍｍである。

比較例１
径９μｍのガラス繊維フィラメントを２００本集束させたストランドを２本引き揃えた以外は実施例１と同じようにして、ガラス繊維コードを作製した。当該ガラス繊維コードの直径は、０．２４ｍｍである。

比較例２
径９μｍのガラス繊維フィラメントを４００本集束させたストランドを１本用いた以外は実施例１と同じようにして、ガラス繊維コードを作製した。当該ガラス繊維コードの直径は、０．２１ｍｍである。

（ほつれ試験）
次いで、実施例１、２および比較例１、２において作製したガラス繊維コードを用いて、ほつれ試験の評価用試験体を作製した。

ガラス繊維コードを埋設するための母材ゴムとして、ウレタンゴムを使用し試験体を作製した。図１に示すように、厚み２ｍｍ、大きさ１２０ｍｍ×１２０ｍｍの切り込みのある金枠１上に、６本のゴム補強ガラス繊維コード２を平行となるように、等間隔で置き、金枠１とウレタンゴム３を１８０℃に加熱した一対の鉄板４の間に挟み込み、プレス圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２で３分間加熱加圧し正方形のウレタンゴムシートを得た。

図２に示すように、実施例１、２および比較例１、２のガラス繊維コード２を用いたウレタンゴムシート６を、安全カミソリ５を用い、ウレタンゴムに埋設されたガラス繊維コードを切断しつつ短冊状に切り出し、計２０個のほつれ試験評価用試験体を作製した。試験体の側面を目視で観察し、ガラス繊維コードの切断部を目視にて確認し、ガラス繊維フィラメントのほつれが１個の試料について何箇所発生したかを調べ、２０個の平均値を得た。

ガラス繊維コードの仕様およびほつれ試験の結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１のガラス繊維コードを用いたほつれ試験評価用試験体のほつれの発生した箇所は０個であった。実施例２のガラス繊維コードを用いたほつれ試験評価用試験体のほつれた箇所は、２個であった。比較例１のガラス繊維コードを用いたほつれ試験評価用試験体のほつれた箇所は、７個であった。実施例１のガラス繊維コードを用いたほつれ試験評価用試験体のほつれた箇所は９個であった。このように、直径が７μｍを超えると、ほつれの発生した箇所が顕著に多くなり、ほつれが発生しないためには、ガラス繊維フィラメントの径を７μｍ以下とすることが好ましいことが確認された。

ウレタンゴムに繊維コードを埋設する際の手順を示す模式図である。 ほつれ試験の評価用試験体を作製する際の手順を示す模式図である。

符号の説明

１ 金枠
２ ガラス繊維コード
３ ウレタンゴム
４ 鉄板
５ 安全カミソリ
６ ウレタンゴムシート

Claims (5)

1. アミノシランとエポキシ樹脂を含有する集束剤を付着させた直径５．０μｍ以上、７．０μｍ以下のガラス繊維フィラメントを２００本以上、８００本以下を束ねて集束させたストランドを２本以上、３本以下撚ってなり、ストランドの長手方向に対する撚り数が３回／２５ｍｍ以上、４回／２５ｍｍ以下であることを特徴とするゴム補強用ガラス繊維コード。
2. アクリロニトリル−ブタジエン共重合ラテックスとブロックドイソシアネート水分散体およびエポキシ樹脂水分散体を含有する被覆材をストランドに被覆したことを特徴とする請求項１に記載のゴム補強用ガラス繊維コード。
3. 直径が０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のゴム補強用ガラス繊維コード。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のゴム補強用ガラス繊維コードをウレタンゴムに埋設したことを特徴とする伝動ベルト。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のゴム補強用ガラス繊維コードを、ベルト幅に対して２ｍｍ以下の間隔でウレタンゴムに埋設したことを特徴とする伝動ベルト。