JPH04166328A - 異方性を有する短繊維混入ゴム構造体 - 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、弾性率、熱伝導性、電気伝導性、制振性、膨
潤性などの各種特性において、異方性を有する短繊維混
入ゴム構造体に関する。

（従来の技術） 従来より各種のゴム構造体が知られているが、それらが
持つ弾性率、熱伝導性、電気伝導性、制振性、膨潤性な
どの特性は、等方性を示すのが通例である。

ところで、そのようなゴム構造体を用いる防ゲン材、免
震ゴム、支承ゴム、ブーツ、バンパー、耐圧ホース等に
おいて弾性率の異方性を利用したいという要求がある。

また、熱交換シート、放熱ンート、熱ロール、融雪材、
面発熱材、ヒートパイプ、風呂桶等において熱伝導性の
異方性を利用したいという要求があり、また、導電マッ
ト、導電床材、導電ロール、感圧ゴム等において電気導
電性の異方性を利用したいという要求があり、さらに防
ゲン材、吸音材、免震ゴム、支承ゴム、バンパー等にお
いて制振性の異方性を利用したいという要求があり、シ
ール、ガスケット、パツキン、止水材等においても膨潤
性の異方性を利用しだいという要求がある。

そこで、短繊維をゴム構造体中に混入分散させることが
考えられるが、異方性を確保するためには、無規則に混
入分散させるのではなく、例えば特公昭５３−１４２６
９号公報に記載される押出し成形等により規則的に短繊
維を配向する必要がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、短繊維を規則的に配向するにしても、明
瞭に異方性を持たせるためには、単に規則的に短繊維を
配向するだけでは足りず、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元系
において、各軸方向において短繊維の配向率に一定の関
係が必要であると考えられる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、各種特性に
おいて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元系において、明瞭な
る異方性を有する短繊維混入ゴム構造体を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上述したところの目的を達成するために、請求項（１）
の発明は、所定のゴム配合の弾性基材に対して、所定量
の短繊維が混入分散されてなり、上記短繊維か、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の三次元系において、少なくとも特定の一軸
方向の配向率５０％以上又は２０％以下となるように配
向されている構成とする。

また、請求項（２）の発明は、短繊維の繊維長さを１０
ｍｍ以下とし、さらに、請求項（３）の発明は、短繊維
の混入分散量か２〜３０容量％とするものである。

（作用） 請求項（１）の発明によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次
元系において、短繊維が配向された少なくとも特定の一
軸方向は、他の方向に対して顕著な特異性が示される。

また、請求項（２）の発明によれば、短繊維の繊維長さ
が１０ｍ１１以下であるから、短繊維の加工性がよく、
弾性基材への短繊維の分散性及び配向性もよい。さらに
、請求項（３）の発明によれば、短繊維の混入分散量が
２〜３０容量％であるから、短繊維が一様に混入分散さ
れ、上記各種特性についての異方性も確保される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明する。

本発明に係る異方性を育する短繊維混入ゴム構造体は、
周知のゴム配合に対して、２〜ｂ％の短繊維を混入分散
し、カレンダー、押出機等の加工機を用いて、上記短繊
維が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元系において、少なくと
も特定の一軸方向の配向率が５０％以上又は２０％以下
となるように配向されるようにし、各種特性に異方性を
持たせるようにしたものである。

上記ゴム構造体に用いる原料ゴムとしては、天然ゴム、
スチレンブタジェンゴム、タロロブレンゴム、イソプレ
ンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリ
ルニトリルブタジェンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴ
ム、弗素ゴム、ハロゲン化ブチルゴム、水素化ＮＢＲ，
クロロスルフォン化ポリエチレン等の架橋ゴム、及びポ
リオレフィン系、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポ
リアミド系、ポリウレタン系等の熱可塑性エラストマー
等から適宜選択される。また、カーボンブラック等の補
強剤やシリカ、炭酸カルシウム、タルク、クレイ等の無
機充填剤も任意に選択し得る。

さらに、必要に応じてゴム用伸展油、ゴム用薬品及びゴ
ム用添加剤が配合される。ゴム用伸展油としては、アロ
マチック系、ナフテン系、パラフィン系のものが好まし
い。また、ゴム用薬品及びゴム用添加剤としては、硫黄
、パーオキサイド等の架橋剤、亜＃Ｑ華、ステアリン酸
等の加硫促進助剤、スルフェンアミド系、チウラム系、
チアゾール系、グアニジン系等の加硫促進剤、アミン系
、フェノール系、硫黄系、リン系等の老化防止剤または
酸化防止剤、紫外線吸収剤、オゾン劣化防止剤、粘着付
与剤、可塑剤等が各々防振ゴム組成物の使用目的に応じ
て使用される。

混入分散される短繊維としては、繊維長さが１０１以下
で、例えばデュポン社製のケブラー、帝人製のテクノー
ラ等のバラ系アラミド繊維、デュポン社製のノーメック
ス、音大製のコーネックス等のメタ系アラミド繊維、ク
ラレ製のベクトラ等の芳香族繊維、ビニロン、ポリエス
テル、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６．６、
綿、モサント製のサントウェブ等のセルロース繊維等の
合成、天然、及び半合成繊維、並びにガラス、カーボン
、セラミック、宇部興産製のチラノ繊維、ボロン等の無
機繊維、鋼、ステンレス、銅等の金属繊維から適宜選択
される。

なお、短繊維の繊維長さは長い方が望ましいか、１０ｍ
ｍを越えると、著しく加工性が損なわれるので、１０ｍ
ｍ以下とする必要かある。また、各種の異方性について
は、使用されるゴムの種類については全く限定されず、
短繊維の種類についても特に限定されないが、弾性率の
異方性の場合には、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミ
ド繊維等の高弾性率の繊維が主として用いられ、熱伝導
性の異方性の場合には、ピッチ系カーボン繊維、ＰＡＮ
系カーボン繊維、気相成長炭素繊維等の熱伝導率の高い
無機繊維、金属繊維か主として用いられ、さらに電気伝
導率の異方性の場合には、金属繊維、カーボン繊維及び
導電性物質を表面に被覆した金属被覆繊維、カーボン被
覆繊維及び導電性物質を内部に混入したカーボン複合繊
維等が主として用いられる。

続いて、上記短繊維混入ゴム構造体の具体例について説
明する。

（ｉ）弾性率の異方性について 表１ 上記表１の配合を密閉式混練機で混合し、さらに３＋＋
＋ｍ長さにカットしたメタ系ポリアミド繊維を所定量混
入分散した混入分散物を、ロールにて圧延した後、列理
方向を揃えて積層した後、プレスにて加硫した。加硫後
、加硫ブロックから１辺１５ＩＩ１ｍの立方体を列理方
向に沿って切り出し、第１図に示すように、短繊維１１
が３次元的に弾性基材１２中に配向されたブロック形状
の試料１３を得た。第１図に示す試料１３のｘ、　ｙ、
　　ｚ方向の５％圧縮応力と、短繊維含有量（容量％）
との関係を第２図に示す。

第２図より、Ｘ方向の弾性率と、Ｙ、Ｘ方向の弾性率と
の比は最大５：１となり、弾性率について異方性を示す
ことがわかる。なお、短繊“維含有量は２容量％未満で
は短繊維を混入分散させる効果が十分に出ず、また、３
０容量％を越えるとパンバリミキサー等の通常の混線方
法によっては均一に短繊維を混練させることができない
ことから、短繊維含有量は２〜３０容量％の範囲である
。

さらに、上述した表１に示す配合に平均長さ３１ｍにカ
ットしたナイロン６．６繊維を１５容量％混合し、カレ
ンダロールにて分出しを行い、それから第３図（ａ）に
示すように長さ方向に短繊維２１が配向した１ｍｒＡ厚
さのシート２２を作成した。シート２２を第３図（ｂ）
に示すように長さ方向に円柱状に巻き上げ、その状態で
加硫加圧を行った後、第３図（Ｃ）に示すように１辺か
１５ｆｆｌＩ１１の立方体を切り出し、ブロック状の試
料２３を作成し、上述した場合と同じ測定を行った。

その結果は次の表２に示す通りである。

表２ 上記表２より、配合例１においては、弾性率か、特定の
二軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）において高く、短繊
維配向率が２０％以下である一軸方向（Ｚ軸方向）にお
いて低く、弾性率について顕著な異方性を示すことがわ
かる。また、配合例２においては、いずれの軸方向にお
いても、配向率が２０％を越え５０％未満であり、弾性
率について顕著な異方性が得られないことがわかる。

また、次の表３に示すゴム配合に対し、平均繊維長さ３
ａｕｎのポリエステル繊維を所定量混入して、上記方法
と同様に加工して、ブロック形状の試料を得て、ｘ、ｙ
、ｚ方向の５％圧縮応力と、短繊維含有量（容量％）と
の関係を調べた。その結果を第４図に示す。

表３ 第４図に示す結果より、前述した実施例と同様に、Ｘ方
向の弾性率と、Ｙ、　　Ｘ方向の弾性率とについて異方
性を示すことかわかる。

（ｉｆ）熱伝導性の異方性について まず、本発明例１．２の試料及び短繊維を混入していな
い比較例１の試料を用意した。本発明例１．２及び比較
例１の試料は一辺の長さが１００ＩＨＩの立方体で、弾
性基材としては次の表４に示すゴム配合のものを用い、
本発明例１の試料３１Ａは繊維長さ３　ｍ　ｍ　ｓ直径
２０μの炭素繊維からなる短繊維３２を弾性基材３３に
対し１５容量％の割合で混入し、かつＸ軸方向に配向率
５０％以上でもって配向させたものである（第５図参照
）。また、本発明例２の試料３１Ｂは短繊維３２をＸ−
Ｙ軸で囲む平面内ではランダム（したかって配向率２０
％以下）に、他の２面では各々一方向に配向させている
ほかは上記本発明例１と同じである（第６図参照）。比
較例１は短繊維を混入せずに弾性基材のみで成形したも
のである。

表４ 試験は、第７図に示すように、各試料例えば試料３１Ａ
の各々の測定方向に直交する試料面（例えば第４図では
Ｘ軸方向に直交するＹ−Ｚ軸で囲む面）の一方の面を一
定温度（例えば２５℃）に保ち、他方の面に発熱量が一
定に設定されたヒータ等の熱源４１を接触させ、定常状
態になったときの温度を測定することにより、熱伝導率
を求めた。なお、この際、上記２面以外の他の面は断熱
材４２．４２で覆うようにした。

試験結果は次の表５に示す通りである。

表５ 上記表５より、本発明例１ては、短繊維配向率５０％以
上である短繊維の配向方向（Ｘ軸方向）の熱伝導率が２
．５５Ｗ／ｍ−にと他の２つに非配向方向（Ｙ軸方向、
Ｚ軸方向）よりも高くなり、本発明例２では、短繊維配
向率２０％以下である非配向方向（Ｚ軸方向）の熱伝導
率か０．３９Ｗ／ｍ−にと他の２つの配向方向（Ｘ軸方
向、Ｙ軸方向）よりも低くなっていた。

したかって、上記のように構成すれば、短繊維混入ゴム
構造体中において、短繊維か、少なくとも特定の一軸方
向に配向率５０％以上又は２０％以下となるように配向
することにより、その短繊維が配向率５０％以上又は２
０％以下となるように配向された軸方向は、それ以外の
軸方向に対して、弾性率、熱伝導性について顕著に異な
る特性を示すこととなり、それらの特性について明瞭な
る異方性を発揮させることか可能となる。また、同様に
短繊維を配向することにより、電気導電性、制振性（減
衰特性）、膨潤性等のその他の各種特性においても、明
瞭なる異方性を発揮することか確認されている。

Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元系において、特定の一軸方向
に顕著な特異性が出てくる配向率の組合せの例を次に示
す。

（Ｘ、Ｙ、Ｚ）−（２０，４０，４０）（０，５０，５
０） （５０，２５，２５） （８０，１０，１０） また、ｘ、　ｙ、　　ｚの三軸系において、三軸方向に
特異性が出てくる組合せの例を次に示す。

（Ｘ、　　Ｙ、　　Ｚ）−（１０，３０，６０）（発明
の効果） 請求項（１）の発明によれば、上記のように、短繊維が
、少なくとも特定の一軸方向に配向率５０％以上又は２
０％以下となるように配向したので、その短繊維の配向
軸方向とそれ以外の軸方向との間において弾性率、熱伝
導性、電気導電性、制振性（減衰特性）、膨潤性等の各
種特性について特性か顕著に異なることとなり、各種特
性について明瞭なる異方性を発揮させることか可能とな
る。

請求項（２）の発明によれば、短繊維の繊維長さを１０
ＩＩＩｎ以下としているので、短繊維の加工性がよく、
弾性基材への短繊維の分散性及び配向性もよい。

請求項（２）の発明によれば、短繊維の混入分散量か２
〜３０容量％であるから、弾性基材に対して短繊維を一
様に混入分散することができ、上記各種特性についての
異方性も確保される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はブロック形状の
試料の斜視図、第２図は短繊維含有量と５％圧縮応力と
の関係を示す図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は試料の製造方
法の説明図である。第４図は他の実施例についての第２
図と同様の図である。第５図及び第６図はさらに他の試
料の説明図、第７図は試験方法の説明図である。 １１．２１．３２・・・・・・短繊維 １２．３３・・・・・・弾性基材 １１．２１．３２・・・・・・短繊維 １２．３３・・・・・・弾性基材 知濡雑含有量　（Ｖｏｌ＠１．） 第２図 で坊雑含有量（Ｖｏｌ＠／ｅ） 篤４図 第５図　　　　　　　第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のゴム配合の弾性基材に対して、所定量の短
   繊維が混入分散されてなり、 上記短繊維が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元系において、
   少なくとも特定の一軸方向の配向率が５０％以上又は２
   ０％以下となるように配向されていることを特徴とする
   異方性を有する短繊維混入ゴム構造体。
2. （２）短繊維の繊維長さが１０ｍｍ以下であるところの
   請求項（１）記載の異方性を有する短繊維混入ゴム構造
   体。
3. （３）短繊維の混入分散量が２〜３０容量％であるとこ
   ろの請求項（１）又は請求項（２）記載の異方性を有す
   る短繊維混入ゴム構造体。