JPH01118639A - ゴム補強用複合コード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタイヤ、コンベヤベルト、ホース等の繊維補強
ゴム製品に使用されるゴム補強用複合コードに関する。

〔従来の技術〕

従来、タイヤ、ベルト等のゴム製品の高弾性補強材とし
ては、主としてスチールコードが使用されているが、そ
の密度が大きいために得られるゴム製品の重量が増大す
るだけなく、水分によって錆が成長して接着劣化を引き
起し、製品の耐久性が著しく低下すると言う欠点があっ
た。

最近に至り、スチールコードに比較して軽量で、かつ強
度の略等しいアラミド繊維がゴム製品の補強材として注
目されているが、アラミド繊維の引張弾性率はスチール
の約１７３程度であリ、スチールコードを完全に置き換
えるためには、得られる製品の性能上不十分であるとい
うのが現状である。

一方、強化プラスチック用として開発された、その殆ど
が炭素元素からなっている炭素繊維が知られているが、
この炭素繊維は、密度が小さく、引張強度、引張弾性率
が極めて高いためコム製品に使用するときは大幅な重量
の削減を期待することができる。

しかしながら、この炭素繊維は、前述した通り、その殆
どが炭素元素からなっているために官能基に乏しく、ゴ
ムに対する接着性が極めて悪い。したがって、炭素繊維
を補強材として使用したゴム製品は、その耐久性が著し
く小さく、実用性能を満足するものではなかった。さら
に炭素繊維は、その分子構造上極めて高い配向性を有し
ており、屈曲抵抗性に劣るという欠点がある。

この炭素繊維に固有の欠点を解消する手段として、炭素
繊維処理用の接着剤、たとえばレゾルシンホルマリン初
期縮合物とゴムラテックスとの混合液（以下、ｌ？ＦＬ
という）を使用して処理し、しかる後撚りを加えて撚り
コードとする方法、予め炭素繊維をエポキシ化合物で前
処理した後、前記ＲＦＬ接着剤で処理する方法等が提案
されている。しかし、これらの方法は、前者は接着性が
未だ十分でないし、後者は処理によって得られた繊維糸
条が硬くなり、屈曲抵抗性が著しく阻害されるという欠
点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記スチールコードに比較して著しく
軽量で、引張強度、引張弾性率の著しく高い炭素繊維を
有効に利用し、かつ上記炭素繊維の欠点である屈曲抵抗
性を大きく改良することによって、軽量で、強度、弾性
率に優れたゴム補強用コードを提供するにある。

〔発明の構成〕

このような本発明の目的は、炭素繊維とアラミド繊維と
からなり、式（Ｉ）で示される下撚り係数Ｋｃが２００
〜１０００の範囲内である下撚りを有する炭素繊維と式
（ＩＩ）で示される下撚り係数に、に対する前記式（Ｉ
）で示される下撚り係数ＫｅＯ比（ＫＣ／　Ｋ、）が少
なくとも１．０以上である下撚りを有するアラミド繊維
とを式（ＩＩＩ）で示される上撚り係数Ｋが２００〜８
００の範囲内になるように上撚りを加えたゴム補強用複
合コードにより達成することができる。

（Ｉ）　　　　Ｋｃ＝’ｒ：　　ロ （ＩＩ）　　　Ｋ、−Ｔ、　　στ （ＩＩＩ）　　　Ｋ　　＝　　Ｔａ− 〔上式（Ｉ）、（ＩＩ）および（ＩＩＩ）中、Ｔｃは炭
素繊維の下撚り数（回／１０ｃｍ）、ＤＣは下撚り炭素
繊維のデニール数、 Ｔ、はアラミド繊維の下撚り数（回／１０ｃｍ）、Ｄ、
は下撚りアラミド繊維のデニール数、Ｋは複合コードの
上撚り係数、 Ｔは複合コードの上撚り数（回／１０ｃｍ）を示す、〕
本発明の複合コードを構成する炭素繊維の例としては、
たとえば、引張強度が約１５ｇ／ｄ以上、引張弾性率が
約１０００ｇ／ｄ以上の実質的に炭素元素からなる繊維
があり、また、アラミド繊維の例としては、たとえば引
張強度が約１５ｇ／ｄ以上、引張弾性率が約３００ｇ／
ｄ以上の繊維がある。これらの繊維、はそれぞれ下撚り
を加えた後合糸され、上撚りを加えて複合コードにされ
る。

本発明に使用される上記アラミド繊維の総デニール数は
、炭素繊維の総デニール数の同等以下であることが望ま
しく、また、アラミド繊維のデニール数が高過ぎると、
複合コードの屈曲疲労性は良好であるが、引張弾性率が
低下する。

さらに屈曲疲労の観点からは、本発明に使用する炭素繊
維として、ゴムに対する接着剤が１０重量％以上付着し
たものを使用することが好ましい。

本発明の複合コードを構成する炭素繊維は、前記式（Ｉ
）で示される下撚り係数Ｋｃが２００〜１ｏｏｏの範囲
内であることが必要である。第１図は、本発明の１実施
例における炭素繊維の下撚り係数に、と複合コードの引
張強度、引張弾性率および屈曲疲労抵抗（強度保持率で
示す）との関係を示す図である。図から判るように、こ
のＫｃが２００よりも小さいと、複合コードとしての屈
曲疲労抵抗が低下するため好ましくないし、Ｋｃが１０
００よりも大きいと、複合コードとしての引張強度、弾
性率が低下するので好ましくない。

また、前記式（Ｉ　Ｉ）で示される下撚り係数Ｋ。

に対する前記式（Ｉ）で示される下撚り係数ＫｃＯ比（
Ｋｃ／　Ｋ、　）（以下、比Ｋｃ／　Ｋ、と略す〕が少
なくとも１．０であることが必要である。

第２図は、本発明の１実施例における上記比Ｋｃ／　Ｋ
、の値と複合コードの引張強度、引張弾性率および屈け
る疲労抵抗（強度保持率で示す）との関係を示す図であ
る。図から判るように、上記比Ｋｃ／　Ｋ、の値が１．
０よりも小さいと、複合コードの引張強度の低下が大き
くなり、本発明の目的を達成する上で不利であるほか、
屈曲疲労抵抗の低下が著しく、ゴム補強用としての使用
ができなくなる。このゴム補強用としてのコードの屈曲
疲労抵抗の点からは、咳比ＫＣ／に、の値は、１．３以
上であることがより望ましい。

そして本発明の複合コードは、前記式（ＩＩＩ）で示さ
れる上撚り係数Ｋが２００〜８００の範囲内であること
が重要である。第３図は本発明の１実施例における複合
コードの上撚り係数にと複合コードの引張強度、引張弾
性率および屈曲疲労抵抗（強度保持率で示す）との関係
を示す図である０図から、この上撚り係数Ｋが２００未
満のときは、複合コードの収束性が悪化し、ゴムとの接
着性が低下し、加えて屈曲疲労抵抗性も低下することが
示されている。他方、該上撚り係数Ｋが８００よりも大
きくなると、複合コードの引張強度、引張弾性率の低下
が著しくなるため好ましくない。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

実施例中、複合コードの引張強度、引張弾性率は、ＪＩ
Ｓ　Ｌ−１０１７（化学繊維タイヤコード試験法）に規
定されている測定法に準じて測定した値である。引張強
度は切断荷重をコードの表示総デニール数で除し、ｇ／
ｄ単位で示し、引張弾性率は荷重〜伸び曲線の傾きから
求め、強度と同様にｇ／ｄ単位で示した。

また、屈曲疲労抵抗は、次の測定法により測定した。

出向　゛　　の濱１−法： コードをゴム組成物に埋設し、一定のストロークで屈曲
させる所謂デイ−マーチア−型屈曲疲労試験機を用いて
テストした。

すなわち、未加硫ゴム組成物を幅２５．４ｍｍ、長さ７
６．４ｍｍ、厚さ６　、３５ｍｍのゴムブロックとし、
このゴムブロック内にコード３本を６．３５ｍｍ間隔で
ゴムブロックの長手方向に埋込み、１５０℃で３０分間
加硫し、屈曲疲労テスト用試料を作成した。

このブロックをストローク３０ＩＩＩｍで１０万回屈曲
させた後、ゴムブロックを３等分し、コード入りゴムブ
ロックを採取した。このコード入りゴムブロックを引張
スピード３００ｍｍで引張り屈曲後の引張強さを求めた
。

また、屈曲疲労前の試料についても同様に引張強さを求
めた。そして、疲労後の疲労前に対する引張強さの保持
率を求めた。

実施例１〜９、比較例１〜５、従来例１．２炭素繊維と
して引張強度が２３ｇ／ｄ　、引張弾性率が１４５０ｇ
／ｄ　、総デニール数が１８０００の炭素繊維を使用し
、この炭素繊維に対してレゾルシンホルマリン初期縮合
物とゴムラテックスとの混合液（以下、ＲＦＬという）
を１５重量％付着させ、乾燥熱処理した。この接着剤処
理済炭素繊維糸に下撚りを加えて下撚り炭素繊維コード
を作成した。

他方、アラミド繊維として引張強度が２２ｇ／ｄ、引張
弾性率が５４０ｇ／ｄ　Ｓ総デニール数が１５００Ｄの
アラミド繊維を使用し、このアラミド繊維に対して水溶
性エポキシ樹脂を１重ｔχ付着させ、乾燥熱処理した。

この接着剤処理済アラミド繊維糸に下撚りを加えて下撚
りアラミド繊維コードを作成した。

かくして得られた１８００　Ｄの接着剤処理済炭素繊維
下撚りコード２本と前記１ｓｏｏ　ｏの接着剤処理済ア
ラミド繊維下撚りコード１本とを合わせ、所定の上撚り
を加え、次いでＲＦＬに浸漬し、乾燥、熱処理し、複合
コードを作成した。

比較のため、総デニール数が１８００　Ｄの炭素繊維単
独および総デニール数が１５０００のアラミド繊維単独
からなる繊維糸条にそれぞれ１、前記接着剤処理した後
下撚りを施してコードとし、このコード３本に上撚りを
加えてそれぞれ１８００Ｄ／３の炭素繊維コードおよび
１５００　Ｄ／３のアラミド繊維コードを作成し、これ
らのコードを前記同様にＲＦＬに浸漬し、乾燥後熱処理
し、比較コードを得た。

かくして得られた、Ｋｃ、に、／　Ｋ、、にの相違する
複合コードおよび前記比較コードについて、引張強度、
引張弾性率および屈曲疲労後強度保持率を測定し、表１
（Ｉ）および表１（２）に示す結果を得た。

アラミド繊維コードの下撚り数および複合コードの上撚
り数を一定とし、炭素繊維コードの下撚り数を変更して
作成された５種類の複合コード〔表１（Ｉ）中の実施例
１〜４および比較例１のデータ〕を対比すると、ＫｃＯ
値が２００未満では屈曲疲労抵抗が低下し、ＫｃＯ値が
　１０００を越えると複合コードの引張弾性率か５４０
ｇ／ｄレベルのアラミド繊維単独コードの弾性率に近く
まで低下することが判る（′ＪＪ１図参照）。

また、炭素繊維コードの下撚り数および複合コードの上
撚り数を一定とし、アラミド繊維コードの下撚り数を変
更し、比Ｋｃ／　Ｋ、を変更して作成された６種類の複
合コード〔表１（Ｉ）中の実施例５〜７および表１（２
）中の比較例２〜４のデータ）を対比すると、上記比Ｋ
ｃ／にあの値が１．０未満では、複合コードの引張弾性
率の若干の上昇が認められるものの、引張強度が低下し
、特に屈曲疲労抵抗が著しく低下する（第２図参照）。

このことは、核化Ｋｃ／Ｋｌｌの値が１．０未満では、
下撚りコードである炭素繊維コードとアラミド繊維コー
ドとの間の引張弾性率および伸びの差が極端に大きくな
り、引張応力が加えられると、この応力は炭素繊維コー
ドによってのみ分担され、アラミド繊維には殆ど分担さ
れなくなり、複合した効果が発揮されることがないこと
に起因する。すなわち、核化Ｋｃ／に、の値が１．０未
満の複合コードには、専ら炭素繊維コードの挙動があら
れれ、引張弾性率は若干増加するものの、引張強度の低
下が著しい。

第４図は、上記比Ｋｃ／　Ｋ、の値が１．０未満の複合
コードと１．０を越える複合コードの応カー伸び曲線を
対比して示した図である。

図から、上記比に、／　Ｋ、の値が１．０未満の複合コ
ードは炭素繊維コードとアラミド繊維コードとが別々に
切断している（すなわち両コードの複合化が不十分なた
め、炭素繊維にのみ応力が集中することに起因する）の
に対して、核化Ｋｃ／に、の値が１．０を越える複合コ
ードの場合、両者が別々に切断することはなく、複合し
た２種のコードが一段で切断し、一体に複合化されてい
ることが判る。

次に、炭素繊維コードおよびアラミド繊維コードの下撚
り数を一定とし、複合コードの上撚り数を変更して作成
された３種類の複合コード〔表１（２）中の実施例８．
９および比較例５のデータ〕を対比すると、複合コード
の上撚り係数Ｋが２００未満の複合コードは、屈曲疲労
抵抗が悪化し、他方、該にの値が８００を越えると、引
張強度と引張弾性率を有する複合コードが得られない（
第３図参照）。

さらに本発明の複合コードは、表１（２）に示すように
、の従来例２のアラミド繊維単独コードに比べて、引張
強度と引張弾性率が格段に優れており、従来例１の炭素
繊維単独コードに比較すると、屈曲疲労抵抗が著しく優
れている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、強度、弾性率並びに屈曲抵抗などの物
性を著しく異にする炭素繊維コードとアラミド繊維コー
ドとの下撚り係数並びに複合コードの上撚り係数を特定
することにより、前記２種の繊維を複合一体化し、軽量
で、高強度、高弾性の極めて優れた物性を有するゴム補
強用コードにすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の１実施例における炭素繊維の下撚り係
数Ｋｃと複合コードの物性との関係を示す図、第２図は
本発明の１実施例における比Ｋｃ／に、の値と複合コー
ドの物性との関係を示す図、第３図は本発明の１実施例
における複合コードの上撚り係数にと複合コードの物性
との関係を示す図、第４図は比Ｋｅ／に、の値を異にす
る複合コードの応カー伸び曲線図である。 代理人　弁理士　小　川　信　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炭素繊維とアラミド繊維とからなり、式（ I ）で示さ
   れる下撚り係数Ｋ＿ｃが２００〜１０００の範囲内であ
   る下撚りを有する炭素繊維と式（II）で示される下撚り
   係数Ｋ＿ａに対する前記式（ I ）で示される下撚り係
   数Ｋ＿ｃの比（Ｋ＿ｃ／Ｋ＿ａ）が少なくとも１．０以
   上である下撚りを有するアラミド繊維とを式（III）で
   示される上撚り係数Ｋが２００〜８００の範囲内になる
   ように上撚りを加えたことを特徴とするゴム補強用複合
   コード。 （ I ）Ｋ＿ｃ＝Ｔ＿ｃ√（Ｄ＿ｃ） （II）Ｋ＿ａ＝Ｔ＿ａ√（Ｄ＿ａ） （III）Ｋ＝Ｔ√（Ｄ＿ｃ） 〔上式（ I ）、（II）および（III）中、 Ｔ＿ｃは炭素繊維の下撚り数（回／１０ｃｍ）、Ｄ＿ｃ
   は下撚り炭素繊維のデニール数、Ｔ＿ａはアラミド繊維
   の下撚り数（回／１０ｃｍ）、Ｄ＿ａは下撚りアラミド
   繊維のデニール数、Ｋは複合コードの上撚り係数、Ｔは
   複合コードの上撚り数（回／１０ｃｍ）を示す。〕