JP5702729B2 - 改良された付着性促進被膜を有するコード - Google Patents
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Description
続いて、乾燥過程中に、溶媒が蒸発し、シラン基被膜が硬化することになる。最終的に、シラン基被膜を備える金属フィラメントまたは金属コードは、ポリマー材料内に埋設されるようになっている。
1つの理由は、シラン基被膜の官能基とポリマー材料との間の整合が不適切なことである。
多量のシラン基被膜が、不均一な厚い被膜をもたらし、その結果、付着性が不十分になることがある。
また、コードの空洞および2本の互いに隣接するフィラメント間の界面に存在する多量のシラン基被膜によっても、付着性が不十分になることがある。多くの場合、乾燥および/または硬化の後でさえ、コードの空洞および互いに隣接するフィラメント間の界面に存在するシラン基被膜の量は、あまりにも多い。その結果、付着性の劣るコードおよび腐食(白錆形成)を受けるコードがもたらされる可能性がある。
本発明の他の目的は、付着性促進被膜の量を制御すると共に付着性促進被膜の分布を制御することができるコードを提供することにある。
本発明の他の目的は、改良された耐加水分解性を有するコードを提供することにある。
さらに他の目的は、ポリマー材料内に埋設されたコードを含む複合材料であって、該コードが改良された付着性促進被膜を有している、複合材料を提供することにある。
また、さらに他の目的は、改良された付着性促進被膜を有するコードを製造する方法を提供することにある。
次いで、ストランドが一緒に撚り合されて、ケーブルを形成している、
本発明の目的の観点から、「コード(cord)」は、フィラメントから作製されたストランドまたはこのようなストランドから作製されたケーブルを指している。
「フィラメント(filament)」は、ストランドまたはコード内の個々の要素として定義されている。
本発明の目的の観点から、「界面区域(interface zone)」は、2本の互いに隣接するフィラメント間の距離が最小になっている、これらの互いに隣接するフィラメント間の区域として、定義されている。
コードの「周面(peripheral surface)」は、このコードの前記断面と平行の平面においてこのコードの周りを360°回転する観察者の視線によって観察可能なこのコードの表面として、定義されている。
コードの周面の一部をなしているフィラメントの縁部は、「フィラメントの周縁(peripheral edges of a filament)」または簡単に「周縁(peripheral edges)」と呼ばれている。コードの周面の一部をなしていないフィラメントの縁部は、「フィラメントの非周縁(non-peripheral edges of a filament)」または簡単に「非周縁(non-peripheral edges)」と呼ばれている。
これは、フィラメントの周縁が付着性促進被膜によって被覆されている一方、フィラメントの非周縁が前記付着性促進被膜を実質的に含まないことを意味している。
これは、2本の互いに隣接するフィラメント間の界面には、被膜が蓄積していないことを意味している。
本発明によるコードのさらに他の利点は、互いに隣接する材料の界面に被膜材料が蓄積していないことである。被膜材料が界面に蓄積していないので、速い乾燥および硬化が可能である。
従って、付着性促進被膜の量およびコードの全体にわたる付着性促進被膜の分布のいずれもが制御されることが、本発明によるコードの重要な利点である。
この多量の被膜および/または多量の残留溶媒によって、多くの場合、乾燥および/または硬化が不十分になり、その結果、ポリマー材料に対するコードの付着性が不十分なものになる。
さらに、フィラメント上および/または互いに隣接するフィラメント間の界面および/または3本以上の互いに隣接するフィラメントのサブ構造の中心の空洞内に多量の被膜および/または多量の残留溶媒が存在しているので、互いに隣接するフィラメント間の間隙が閉じられている。その結果、ポリマー材料は、フィラメント間に浸透しないことがあり、その結果、ポリマー材料に対するコードの付着性が不十分なものになる。
この実施形態によるコードにとって重要なことは、3本以上の互いに隣接するフィラメントの中心の空洞は、前記付着性促進被膜を実質的に含まないことである。
Y−R’−SiX3
式中、−SiX3は、第1の官能基であり、−R’は、スペーサであり、−Yは、第2の官能基である。
第1の官能基SiX3は、コード、さらに具体的には、コードの金属フィラメントに結合することができる。
Xは、シリコン官能基を表しており、シリコン官能基の各々は、−OH,−R,−OR,−OC(=O)Rおよび−Cl,−Br,−Fのようなハロゲンからなる群から独立して選択され、−Rは、アルキル、好ましくは、C1−C4アルキル、最も好ましくは、−CH3および−C2H5である。
第2の官能基Yは、コード、さらに具体的には、コードの金属フィラメントから(ポリマー材料に向かって)外方に向いており、補強されるべきポリマー材料の少なくとも1つの官能基に対して結合または相互反応することができる。補強されるべきポリマー材料の少なくとも1つの官能基に対して結合または相互反応することができるどのような官能基も、第2の官能基Yと見なされてよい。一例として、以下の基:−NH2,−NHR’,−NR’2、不飽和端末二重または三重炭素−炭素基、アクリル酸基およびメタクリル酸基およびそのメチルエステルまたはエチルエステル、−CN,−SH、イソシアネート基、チオシアネート基、およびエポキシ基の少なくとも1つからなる官能基が挙げられる。
付着性促進被膜は、例えば、ライン・オブ・サイト(line-of-sight)技法によって、施されてもよい。コードの周面の100%に付着性促進被膜を施すには、2つ以上の源を用いる被覆技術または1つ以上の移動源または回転源を用いる被覆技術によって、被膜を施すことが好ましい。
コードのいくつかの例として、3×1、4×1、5×1、3×3、7×3、7×7、1+6、3+6、3+9、4+3、3+5×7、3×3、19+8×7、19+6×7、7×19、7×7、7×7+7×19、1+6+12、3+9+15、および3+9+15+18が挙げられる。
コードの完全な記述は、以下の式によって与えられる。
(N×F)+(N×F)+(N×F)
式中、N=ストランドの数、F=フィラメントの数であり、ここで、NまたはFが1と等しい場合、NまたはFは、式に含まれない。
コード構造は、フィラメントの直径を含むことによって完全なものとされ、以下の式によって与えられる。
(N×F)×D+(N×F)×D+(N×F)×D
式中、D=mmで表されるフィラメントの公称直径である。
また、付加的な微小合金元素、例えば、非羅列的に列挙すれば、(0.20wt%から0.4wt%の)クロム、ボロン、コバルト、ニッケル、バナジウムが、加えられてもよい。
図1a,1b,1cは、先行技術によるコード10を示している。コード10は、コアフィラメント11および6本の周辺フィラメント12を備えている。コアフィラメント11および周辺フィラメント12は、鋼フィラメントであるかまたは亜鉛皮膜または亜鉛合金被膜によって被覆された鋼フィラメントである。付着性促進被膜14が、コードを溶液内に浸漬することによって、コードに施されている。コード10の周面は、付着性促進被膜13によって被覆されている。付着性促進被膜は、位置xにおいて厚みTxを有している。
乾燥後、多量の残留溶媒14が、コードのフィラメント上、2本のフィラメント間の界面、および/または3本以上の互いに隣接するフィラメントによって形成されたサブ構造の空洞内に存在している。多量の残留溶媒によって、多くの場合、乾燥および/または硬化が不十分になり、その結果、ポリマー材料に対するコードの付着性が不十分なものになっている。
これによって、付着性促進被膜は、2本の互いに隣接するフィラメント間の界面区域16において、コードの周面の他の位置x(すなわち、界面区域の外側の位置)における厚みよりも大きい厚みTxを有している。
図2は、本発明によるコード20の断面を示している。コード20は、コアフィラメント21およびコアフィラメント21の周囲の6本のフィラメント22を備えている。コアフィラメント21およびフィラメント22は、鋼フィラメントであるかまたは亜鉛被膜または亜鉛合金被膜によって被覆された鋼フィラメントである。コード20の周面は、付着性促進被膜24によって被覆されている。付着性促進被膜24は、静電支援噴霧によって施されている。付着性促進被膜24は、例えば、シラン基被膜である。
さらに、3本の互いに隣接するフィラメントによって形成されたサブ構造28の中心に位置する空洞は、付着性促進被膜24を実質的に含まない。
さらなる例は、付着性促進被膜24が燃焼CVDによってコードに施される以外は、図2に示されている実施形態と同様の実施形態からなっている。付着性促進被膜24は、例えば、SiOxから構成されている。
図3は、本発明によるコード30のさらに他の実施形態の断面を示している。コード30は、コアフィラメント31および6本の周辺フィラメント32を備えている。コアフィラメント31および/または周辺フィラメント32は、鋼フィラメントであるかまたは亜鉛被膜または亜鉛合金被膜によって被覆された鋼フィラメントである。
コード30の周面は、付着性促進被膜34によって被覆されている。付着性促進被膜34は、第1の層および第2の層を備えている。第1の層は、SiOx層であり、燃焼化学蒸着によって、堆積されている。第2の層は、シラン基被膜から構成されており、静電支援噴霧によって堆積されている。第1の層の厚みは、例えば、5nmから200nmの範囲内にあり、第2の層の厚みは、例えば、100nmから500nmの範囲内にある。
さらに、3本の互いに隣接するフィラメントによって形成されたサブ構造28の中心に位置する空洞は、付着性促進被膜34を含んでいない。
コードは、ポリマー材料内に埋設されている。ポリマー材料内に埋設されたコードの長さは、12.7mmである。続いて、コードがポリマー材料から抜去される。ここで、金属要素を抜去するのに必要な力が測定される。抜去するのに必要なこれらの力を比較することによって、「付着性損失率(adherence loss rating)が決定されることになる。
抜去試験は、ASTM D229−(93)「鋼タイヤコアとゴムとの間の付着性の標準試験方法」およびBISFA「国際化学繊維標準化協会」No.E12「ゴム複合物に対する静的付着性の測定」に従って、行った。
a.通常の硬化、すなわち、素地材料内に埋設した後の標準的な硬化と、
b.温水時効、すなわち、aにおいて述べた手順による通常の硬化の後、70℃において88時間にわたる温水の時効、である。
図4は、本発明によるコード40を示している。コード40は、3本のフィラメント42を備えている。フィラメント42は、亜鉛被膜によって被覆されていてもよいし、または亜鉛合金被膜によって被覆されていてもよい。
これらの3本のフィラメント42は、空洞41を取り囲むサブ構造を形成している。付着性促進被膜44が、静電支援噴霧によって、コードに施されている。付着性促進被膜44は、例えば、シラン基被膜である。
図5は、本発明によるコード50を示している。コード50の構造は、19+8×7の式によって与えられるものである。コードは、コアストランド51を備えている。コアストランド51の周囲に、コードは、8本のストランド52を備えている。コアストランド51は、19本のフィラメント53を備えている。ストランド52は、各々、7本のフィラメント54を備えている。コアストランド51および外側ストランドのそれぞれのフィラメントは、鋼フィラメントであるかまたは亜鉛被膜または亜鉛合金被膜によって被覆された鋼フィラメントである。
付着性促進被膜59は、付着性促進被膜が施される前に存在していた互いに隣接するフィラメント間の間隙が、付着性促進被膜が施された後にも残っているほど、薄いものである。これらの間隙によって、ポリマー材料の浸透が可能になり、その結果、付着性が改良されることになる。
Claims (13)
- 一緒に撚り合された多数のフィラメントを含み、付着性促進被膜によって部分的に被覆され、軸を有するコードであって、
前記コードは、前記軸と直交する面に沿った断面を有しており、前記断面において、2本の互いに隣接するフィラメントは、界面区域を画定しており、前記界面区域は、互いに隣接するフィラメント間の距離が最小になっている、前記互いに隣接するフィラメント間の区域として定義されており、
前記コードは、周面を有しており、前記コードの前記周面は、前記コードの前記断面と平行の面において前記コードの周りを360°回転する観察者の視線によって観察可能な前記コードの表面として定義されており、
前記フィラメントは、周縁および/または非周縁を有しており、前記フィラメントの前記周縁は、前記コードの前記周面の一部をなしている縁として定義されており、前記フィラメントの前記非周縁は、前記コードの前記周面の一部をなしていない縁として定義されており、
前記フィラメントの前記周縁は、前記付着性促進被膜によって被覆されており、前記フィラメントの前記非周縁は、前記付着性促進被膜を実質的に含まず、
前記付着性促進被膜は、位置xにおいて厚みTxを有しており、互いに隣接するフィラメントの前記界面区域における前記付着性促進被膜の前記厚みTxは、互いに隣接するフィラメントの前記界面区域の1つにはない前記周面の位置における前記付着性促進被膜の厚みTxよりも大きくないようになっており、
前記付着性促進被膜は、少なくとも第1の層を備えており、前記第1の層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、ジルコニウム基被膜、またはそれらの組合せを含む
ことを特徴とするコード。 - 前記断面における3本以上の互いに隣接するフィラメントは、サブ構造を画定しており、前記サブ構造は、前記3本以上のフィラメントの中心に空洞を画定しており、前記空洞は、前記付着性促進被膜を実質的に含まないことを特徴とする請求項1に記載のコード。
- 前記コードは、ストランド、ストランドの組合せ、または少なくとも1本のストランドと少なくとも1本のフィラメントとの組合せを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のコード。
- 前記シリコン基被膜は、シリカ基被膜およびシラン基被膜からなる群から選択されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のコード。
- 前記第1の層は、静電支援噴霧のような噴霧、大気プラズマ堆積、反応性スパッタリングのような物理蒸着、または燃焼化学蒸着のような化学蒸着によって、施されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のコード。
- 前記付着性促進被膜は、第2の層をさらに備えており、当該第2の層は、前記第1の層上に堆積されており、当該第2の層は、前記フィラメントの前記非周縁に前記付着性促進被膜を実質的に含まないことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のコード。
- 前記付着性促進被膜の第2の層は、シラン基被膜からなる群から選択されていることを特徴とする請求項6に記載のコード。
- 前記第2の層は、静電支援噴霧のような噴霧によって施されていることを特徴とする請求項7に記載のコード。
- 前記フィラメントは、鋼から作製されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のコード。
- 前記コードおよび/または前記フィラメントおよび/または前記ストランドは、亜鉛被膜または亜鉛合金被膜によって被覆されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のコード。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のコードを含む複合材料であって、前記コードが、ポリマー材料内に埋設されていることを特徴とする複合材料。
- 一緒に撚り合された多数のフィラメントを含むコードを設けるステップであって、
前記コードは、断面を有しており、前記断面において、2本の互いに隣接するフィラメントは、界面区域を画定しており、前記界面区域は、互いに隣接するフィラメント間の距離が最小になっている、前記互いに隣接するフィラメント間の区域として、定義されており、
前記コードは、周面を有しており、前記コードの前記周面は、前記コードの前記断面と平行の面において前記コードの周りを360°回転する観察者の視線によって観察可能な前記コードの表面として、定義されており、
前記フィラメントは、周縁および/または非周縁を有しており、前記フィラメントの前記周縁は、前記コードの前記周面の一部をなしている縁として定義されており、前記フィラメントの前記非周縁は、前記コードの前記周面の一部をなしていない縁として定義されているステップと、
付着性促進被膜の第1の層を前記コードに施すステップであって、
前記第1の層は、シリコン基被膜、チタン基被膜、ジルコニウム基被膜、またはそれらの組合せから構成されており、前記付着性促進被膜は、位置xにおいて厚みTxを有しており、前記フィラメントの周縁は、前記付着性促進被膜によって被覆されており、前記フィラメントの前記非周縁は、前記付着性促進被膜を実質的に含まず、互いに隣接するフィラメントの前記界面区域における前記付着性促進被膜の前記厚みTxは、互いに隣接するフィラメントの界面区域にはない前記周面の位置における前記付着性促進被膜の厚みTxよりも大きくないようになっているステップと、
を含む請求項1〜11のいずれか一項に記載のコードを製造する方法。 - 前記第1の層上に付着性促進被膜の第2の層を施すさらなるステップ
を含む請求項12に記載の方法。
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