JPH06294036A - ゴム補強体 - Google Patents

ゴム補強体

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Publication number
JPH06294036A
JPH06294036A JP6011771A JP1177194A JPH06294036A JP H06294036 A JPH06294036 A JP H06294036A JP 6011771 A JP6011771 A JP 6011771A JP 1177194 A JP1177194 A JP 1177194A JP H06294036 A JPH06294036 A JP H06294036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tire
fiber
polybenzazole
rubber
belt
Prior art date
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Pending
Application number
JP6011771A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuyuki Yabuki
和之 矢吹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyobo Co Ltd filed Critical Toyobo Co Ltd
Priority to JP6011771A priority Critical patent/JPH06294036A/ja
Publication of JPH06294036A publication Critical patent/JPH06294036A/ja
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  • Tyre Moulding (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来にない軽量で耐疲労性に優れたゴム補強
体を提供する。 【構成】 繊維表面のボイド断面の平均直径が25Å以
下のポリベンザゾール繊維からなるゴム補強体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量かつ耐疲労性に優
れたゴム補強体、特にタイヤやベルトに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年のタイヤはラジアル構造を持つもの
が主流である。トレッドの変形を許さないようにベルト
材としてスチールコードを用い、圧力容器としての補強
材であるカーカスにはポリエステルコードもしくはスチ
ールコードが用いられる。このためタイヤの運動性能は
著しく向上したが、スチールが有機繊維の5倍以上の比
重を持つためタイヤの重量が増加した。ラジアル構造の
採用によりローリングレジスタンスが低減され、タイヤ
重量の増加が燃量消費量の増加をもたらさなかった。し
かし昨今の地球環境の保護の立場からはさらに燃料消費
量を低下させることが要求されるようになっている。こ
の解決策として有機のスーパー繊維によるスチールの代
替が考えられたが、パラアラミドなどの有機スーパー繊
維が出現して20年が経過したが、未だにスーパー繊維
がこの用途で大量に使用されるに至っていない。その原
因としては以下の2点が挙げられる。1.従来のスーパ
ー繊維はタイヤコードにした場合の強度が不十分で軽量
化に寄与できない。2.繊維の耐摩耗性が不十分でタイ
ヤの耐疲労が充分でない。一方、工業用ベルトは高温の
構造物等を搬送するため、耐熱性が要求されており、従
来はスチール製が主流である。従って、重量が大きく、
ベルト交換時等の取扱い性に問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術の壁を
超え、燃費が顕著に改善される程度の軽量化と優れた運
動性能および優れた耐久性を有するゴム補強体、特にタ
イヤ及びベルトを提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は下記(1)
〜(3)を満足するポリベザゾール繊維からなるゴム補
強体である。 (1)4.0GPa以上の強度。 (2)140GPa以上の弾性率。 (3)小角X線散乱のギニエプロットで求められる繊維
表面のボイド断面の平直径が25Å以下。
【0005】ゴム補強体は、その柔軟性を利用した用
途、例えば、タイヤ、ベルト、ホース等に使用される。
しかし、それら各種のゴム補強体の性能として耐久性、
軽量性が求められている。本発明は、かかる目的を達成
すべく、特定のポリベンザゾール繊維を補強体として使
用することを見い出したものである。
【0006】以下、本発明の一用途であるタイヤについ
て述べる。タイヤの運動性能や耐久性を損なうことなく
軽量化を達成するため、タイヤの補強材としてポリベン
ザゾール繊維を用いる。補強材はカーカス及び又はベル
トに用いることができる。タイヤとしての軽量化を達成
するために補強材の使用量総量を減少するのは当然のこ
とながら、補強材層の厚さを減少させることがさらに重
要である。乗用車のカーカス材料として使用する場合な
ど現在すでに一層の補強材層で圧力容器として充分な圧
力容器としての強度を持っている。したがってコードの
打ち込み本数を少なくしたのでは補強層の軽量化につな
がらない。カーカス層の厚さはコードのゲージで定まる
が、現在の補強材はコードゲージを低化させるに充分な
強度をもっていない。この発明で使用するポリベンザゾ
ール繊維は少なくとも4.0GPa、好ましくは4.5
GPa以上、更に好ましくは5.0GPa以上の強度と
少なくとも140GPa、好ましくは260GPa以
上、更に好ましくは310GPa以上の弾性率を持つ。
従来のアラミド繊維に比べ約2倍の強度・弾性率を有す
るため、前述の乗用車用のカーカス材としては例えば5
00デニール以下の双糸コードが使用できる。このため
従来のカーカス層のコードゲージが現在主に使用されて
いる1500デニールのポリエステルコードの場合の厚
みゲージが0.67であるのに対し本発明のコードでは
0.39以下にできる。これによりタイヤ重量の低減は
195/65R15のタイヤでは約500gとなる。こ
の軽量化は従来技術では達成不可能な値であることが当
業者には明かであろう。またベルト材への適用がその優
れた弾性率により可能である。単にスチールベルトを置
き換える事によって195/65R15のタイヤで約6
00gの重量が低下させることができる。またカーカス
の場合と同様にコードのゲージを低下させゴム層として
の厚みを低下させることによりさらに400gの低下が
可能となる。従って195/65R15のタイヤにおい
てベルトおよびカーカスをすべて本発明のポリベンザゾ
ール繊維を用いることでタイヤ全重量が10.5kgか
ら9kgに低下する。この重量減少は約15%に達し、
画期的な値である。この重量減少効果はさらに補強材の
多層の積層を行うバス・トラックなどの重量タイヤで顕
著である。タイヤ重量の低減は20%以上にも達する。
さらに詳細には実施例で説明する。尚、本発明で使用す
るポリベンザゾール繊維の単糸デニールは3.5以下、
好ましくは2.5デニール以下であれば良い。単糸3.
5デニールを超えるとボイド径が25Åより大きくなる
傾向となり好ましくない。
【0007】ポリベンザゾール繊維(PBZ)とは、ポ
リベンズオキサゾール(PBO)ホモポリマー、ポリベ
ンゾチアゾール(PBT)ホモポリマー及びそれらPB
O、PBTのランダム、シーケンシャルあるいはブロッ
ク共重合ポリマー等をいう。
【0008】本発明におけるポリベンザゾール繊維をタ
イヤ用に使用するに際し、撚糸することが好ましい。撚
り係数は350〜2200であれば良い。 尚、撚り係数K=Tw×(Den/ρ)1/2 Tw:撚り数[T/10cm] Den:トータルデニール ρ :繊維密度[g/cm3
【0009】このように重量については画期的である
が、タイヤはその他の要求性能が満たされなければなら
ない。本発明者等が開発において最初に遭遇した問題点
は耐疲労性の問題である。繊維構造と耐疲労性の関係に
ついて鋭意検討した結果、本繊維の小角X線散乱で測定
されるボイドの繊維断面における平均直径と耐疲労性が
相関することが明かとなった。ポリベンザゾール繊維で
は一般にボイドが発生し易く、顕微鏡で容易に観察でき
る。こうした巨大なボイドは繊維の疲労性を阻害するで
あろうことは容易に推定できる。顕微鏡で観察できない
場合でも多くの小さなボイドは存在する。微小な100
Å以下のボイドは小角X線散乱で評価できる。こうした
微小ボイドのボイド径を測定したところ、そのサイズと
繊維の耐疲労性が逆相関すること、およびボイド径が2
5A以下となると耐疲労性にボイドサイズが影響を与え
なくなることが見いだされた。ボイド径が30Åのポリ
ベンザゾール繊維をカーカスに用いた195/65R1
5のタイヤに対し、25Å以下のポリベンザゾール繊維
を用いた同一スペックのタイヤは耐久テストで約倍の寿
命を示し、他の素材例えばポリエステル繊維と同等の値
を示す。ボイド径は好ましくは20Å以下である。ボイ
ド直径を25Å以下にする方法の一つとしてポリベンザ
ゾールを主成分とするポリマーとポリリン酸からなる重
合ドープを溶融紡糸して繊維を製造するに際し、乾燥工
程前に繊維油剤及びもしくは繊維油剤に不溶の微粉末を
分散させた仕上げ剤を繊維に付与し、かつ乾燥工程時に
なるべく低温で乾燥することが大きな効果を示すことを
見いだした。
【0010】ゴムとの接着性を改善すべく、上記ポリベ
ンザゾール繊維表面にコロナ処理やプラズマ処理等を施
しても良い。また繊維表面或はコロナ処理等を施した繊
維表面と反応可能な化合物をポリベンザゾール繊維に付
与しても良い。
【0011】
【実施例】以下に本発明を実施例を用いて具体的に説明
する。 <ボイド径の測定方法>小角X線散乱強度の測定は、ク
ラツキカメラを用いて行う。試料繊維を約6m測定ホル
ダーに巻き付ける。X線の出力は45kv150mA
で、CuKα線をニッケルフィルターで単色化して用い
る。クラツキカメラの縦制限スリットは42mm、巾制
限スリットは0.07mm、受光部スリットの縦制限は
10mm巾制限は0.14mmで行った。測定範囲は
0.1度から3度である。ステップ幅は0.025度刻
みで、30秒もしくはそれ以上積算する。バックグラウ
ンド散乱の補正は、試料および空気散乱の測定結果から
次式を用いて行う。 I=μIsample−Iair μ=Iair(0)/Isample(0) ここでIは真の散乱強度、Isampleは試料を入れた状態
での実測散乱強度、Iair は試料を入れないで測定した
強度を示す。試料測定後、散乱角0度で強度測定を行い
試料の吸収係数を決定する。ボイドサイズの測定はギニ
エプロットを用いて行う。散乱強度(I)の対数と散乱
ベクトル(k)の自乗をプロットしkの自乗の値が0か
ら0.01A2 の範囲のデータについて直線近似し、直
線の傾き(s)から次式を用いて直径(D)を計算す
る。 D=2(2S)1/2
【0012】<タイヤ試験>高速耐久性は、室内ドラム
試験を用いて行った。試験条件はJIS−D4230に
準拠した。破損までの寿命を乗用車用タイヤでは比較例
2をトラック・バス用タイヤでは比較例3を100とし
た指数で表した。荷重耐久性は、おなじく室内ドラム走
行試験を用いて行った。試験条件はJIS−D4230
に準拠した。所定の時間を走行後のカーカスコードの破
損の有無を調べ、乗用車用タイヤでは比較例2をトラッ
ク・バス用タイヤでは比較例3を100とした指数で表
した。転動抵抗は、おなじく室内ドラム試験を用いて調
べた。乗用車用タイヤでは20から150Km/hの平
均値を比較例2を100とした指数で表した。トラック
・バス用タイヤでは20から100Km/hの平均値を
比較例3を100とした指数で表した。乗り心地は、フ
ィーリング試験でパネラーの評価に基づき、乗用車用タ
イヤでは比較例2をトラック・バス用タイヤでは比較例
3を100とした指数で表した。コーナリングパワー
は、スリップアングル2゜、速度10km/hにおける
測定値を、乗用車用タイヤでは比較例2をトラック・バ
ス用タイヤでは比較例3を100とした指数で表した。
燃費は、同一の車を用いて実測し、乗用車用タイヤでは
比較例2をトラック・バス用タイヤでは比較例3を10
0とした指数で表した。
【0013】実施例1 ポリエステル、P配向アラミドおよびポリベンズビスオ
キサゾール繊維を撚糸して双糸コードを作成した。それ
ぞれの生コードに二段のディップ処理を施してディップ
コードを作成した。それぞれのコードのディップ処理液
と処理温度を表1に示す。また得られたディップコード
の特性を表2に示す。表2でも明かなようにPBO(ポ
リベンズビスオキサゾール)繊維のボイド径が25Å以
下になると耐疲労性が著しく改善することが認められ
る。また強度係数は強度をコードゲージの自乗で除した
ものであり、この値がタイヤの軽量化に重要である。他
の素材に対し本発明のPBO繊維は約倍近い値を示し、
大幅な軽量化が期待できる素材であることを示してい
る。PBO繊維といえども本発明に該当しないものはこ
うした効果が期待できないことは、表2のHの例で明か
である。これらのディップコードを用いて乗用車用タイ
ヤ(195/65R15)を作成し、タイヤ性能をテス
トした。結果を表3に示す。本発明のタイヤは著しい軽
量化と燃費の画期的な低減が達成されていることが明か
である。またボイドサイズが25Åより大であるポリベ
スズビスオキサゾール繊維はモデル試験だけなくタイヤ
の耐疲労性においても劣っていることが認められた。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【表3】
【0017】実施例2 P配向アラミドおよびポリベンズビスオキサゾール繊維
を撚糸して双糸コードを作成した。それぞれの生コード
に実施例と同じ二段のディッピング処理をしてディップ
コードを作成した。得られたディップコードの特性を表
4に示す。このディップコードとスチールコードを用い
てトラック・バス用のラジアルタイヤ(11R22.
5)を作成しタイヤ性能をテストした。結果を表5に示
す。本発明によるタイヤは著しい軽量化が達成され画期
的な燃費の低減が達成されるとともに、タイヤの操縦性
能の向上も認められた。
【0018】
【表4】
【0019】
【表5】
【0020】ベルト補強材は通常一層で用いられる、こ
のため幅当りの荷重耐久力は素材の強度により決定され
る。現状では必要強度をベルト幅で達成している。した
がって本発明の繊維で補強することにより約半分の重量
でベルト材を作成できる。
【0021】実施例3 コード構成1000/3/3、10Zx15S(T/1
0cm)の本発明の繊維および現行使用されている繊維
を平ベルトの補強材として用いた。同等の荷重強度が得
られるようベルト幅を調整した。ベルトの重量および耐
久性を表6に示す。実にポリエステルに対しては1/4
の重量かつアラミドに比べても半分の重量でかつ耐久性
の優れたベルトが得られた。また耐久性については本発
明の繊維が最も優れていた。
【0022】
【表6】
【0023】
【発明の効果】以上に説明したように、ポリベンザゾー
ル繊維の優れた力学特性を活かしたタイヤはこれまで達
成できなかったレベルでの軽量化が達成でき、その他の
タイヤ性能の向上も達成できる。またボイド径が25Å
以下であればタイヤとして最も重要な耐疲労性の問題が
達成でき、全ての面で消費者ニーズを満足し、特に燃費
が改善された環境にやさしいタイヤが提供できる。ま
た、従来の約半分の重量でありながら高度な強力を維持
したベルトを提供することを可能とした。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D02G 3/02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記(1)〜(3)を満足するポリベン
    ザゾール繊維からなるゴム補強体。 (1)4.0GPa以上の強度。 (2)140GPa以上の弾性率。 (3)小角X線散乱のギニエプロットで求められる繊維
    表面のボイド断面の平均直径が25Å以下。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のポリベンザゾール繊維か
    らなるタイヤ補強用繊維。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のポリベンザゾール繊維か
    らなるベルト補強用繊維。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のポリベンザゾール繊維を
    撚糸したタイヤコードをベルトおよび/またはカーカス
    として用いたタイヤ。
JP6011771A 1993-02-09 1994-02-03 ゴム補強体 Pending JPH06294036A (ja)

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JP6011771A JPH06294036A (ja) 1993-02-09 1994-02-03 ゴム補強体

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2121093 1993-02-09
JP5-21210 1993-02-09
JP6011771A JPH06294036A (ja) 1993-02-09 1994-02-03 ゴム補強体

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JPH06294036A true JPH06294036A (ja) 1994-10-21

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ID=26347293

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JP6011771A Pending JPH06294036A (ja) 1993-02-09 1994-02-03 ゴム補強体

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JP (1) JPH06294036A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06286412A (ja) * 1993-03-30 1994-10-11 Bridgestone Corp 空気入りタイヤ
DE112010006095B4 (de) * 2010-12-27 2017-03-16 Mitsubishi Electric Corporation Siebdruckvorrichtungsabstreicher

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06286412A (ja) * 1993-03-30 1994-10-11 Bridgestone Corp 空気入りタイヤ
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