JPH0959394A

JPH0959394A - 繊維補強ゴム成型物の製造方法

Info

Publication number: JPH0959394A
Application number: JP21841995A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Hanamori; 一郎花森; Hisashi Nakahara; 寿中原; Akio Omori; 昭夫大森; Kiyoshi Kitagawa; 潔北川; Eiichi Sasagawa; 栄一笹川
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】繊維で補強されたゴム成型品の製造技術であっ
て、繊維素材あるいはゴムの種類にかかわらず、繊維が
均一にゴム中に分散され、また湿度変化に対しても接着
力変化が少なく、さらには比較的低コストで十分な補強
力が得られる方法を提供する。【解決手段】ゴムマトリックス中への繊維添加時および
繊維分散時には、分散性良好なアスペクト比の繊維形状
で実施し、混練および成型等の加工段階で、その繊維を
分割・細径化させる方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショートカットさ
れた繊維を用いて繊維補強ゴム成型品を製造する方法に
関するものであり、本発明の方法は、動力伝達ベルト、
コンベアベルト、タイヤ、ホース、ダイヤフラグラム、
ピストンキャップ、自動車の外装部品等のゴム成型品を
製造する際に利用可能である。

【０００２】

【従来の技術】ゴム、樹脂、コンクリートおよびアスフ
ァルト等はそれ単体で使用されている場合もあるが、単
体では引張り強度、曲げ強度、モジュラスおよび摩耗等
の性能が不十分であるため、用途によっては有機あるい
は無機の繊維を混合して補強する、いわゆる繊維補強が
広く実施されている。

【０００３】この際の補強繊維としては、ゴム、樹脂、
コンクリートおよびアスファルト等のマトリックス成分
よりも高い強度、モジュラス、タフネス等を有している
ことが基本的な選択基準であるが、補強効果を十分に得
るためには、繊維とマトリックス成分との間で十分な接
着力を有していることおよび繊維がマトリックス成分中
で十分均一に分散されていることが重要である。この接
着力確保のために、従来は大別して次の２通りの方法が
行われている。その一つの方法が、使用する繊維を細く
するか或いは繊維長を長くして、繊維長を繊維径で除し
たアスペクト比を大きくし、繊維１本の強度当たりのマ
トリックス成分の接触面積を高め、物理的に接着力を高
めようとする方法である。この方法は、コスト的に有利
であり、また補強効果がマトリックス成分や繊維素材に
影響されにくく、さらには湿度等の環境変化に対する接
着力変化が少ないという長所を有しているが、その反
面、アスペクト比を大きくすると、繊維をマトリックス
中に分散する際に、繊維同士が絡まり合ってマトリック
ス内での均一な繊維分散を不可能にするという大きな欠
点を有している。そしてこの欠点が原因で、この方法
は、ごく少量の繊維配合によるわずかな補強向上で満足
し得る等のごく限定された用途にしか適用されていない
のが現状である。

【０００４】二つ目の方法が、繊維表面を、ＲＦＬ、イ
ソシアネート、エポキシ樹脂、シラン系等の処理剤で処
理して、マトリックス成分と繊維との接着力を化学的に
高める方法である。現在この方法が汎用的に採用されて
いるが、この方法の場合には、この化学的接着処理に比
較的大きな費用がかかり、また繊維やマトリックスの種
類によっては殆ど接着力向上が得られない場合も多い。
さらには、ＲＦＬで代表される接着処理方式では、水濡
れにより、接着力が大きく低下するという問題点も有し
ている。

【０００５】マトリックス内における補強繊維の分散
は、繊維あるいはマトリックスの種類によって差がある
が、一般的には、繊維長さを繊維直径（正確には繊維断
面積相当円の直径）で除した値で表されるアスペクト比
で、その良否が決定され、通常は３０〜１０００、より
好ましくは１００〜５００の範囲が用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のことより、繊維
補強の理想的技術は、繊維素材あるいはマトリックス成
分の種類にかかわらず、また湿度変化に対しても接着力
変化が少なく、さらには比較的低コストで、これを可能
とする技術であるが、従来技術では、前述したごとく、
種々の欠点を有しながらも前記したような方法が実用さ
れているのが現状である。

【０００７】本発明は、これら従来技術の問題点を解消
したものであり、その主旨とするところは、分散性が良
好な範囲のアスペクト比のショートカット繊維を用い、
特にゴムをマトリックス成分とする場合に顕著な補強効
果を発揮し、その効果はゴムの種類には殆ど関係せず。
さらに化学的な接着処理を省略しても、高度な接着力が
得られる方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、マトリッ
クス中への繊維添加時および繊維分散時には、前述の分
散性良好なアスペクト比率の繊維形状で実施し、混練お
よび成型等の加工段階で、その繊維を分割・細径化させ
ることにより、分散性と接着性を両立し、またこの接着
方式が物理的な繊維とマトリックス成分との間の濡れに
よるものであるため、湿度変化等による接着力変化もほ
とんどない、極めて優れた繊維補強されたゴム成型物の
製造方法を見いだした。

【０００９】すなわち本発明は、ゴム中に短繊維を混合
して繊維補強ゴム成型物を成型する方法において、該短
繊維として、混合あるいは成型する際の機械的剪断力に
より平均繊維径が混合前の２／３以下でかつ９μｍ以下
に分割される分割型繊維を用いることを特徴とする繊維
補強ゴム成型物の製造方法である。そしてこの方法にお
いて、分割型繊維が、溶剤紡糸セルロース繊維又は分割
型ポリエステル繊維であると極めて優れた結果が得られ
る。

【００１０】ここで、溶剤紡糸セルロース繊維とは、セ
ルロースをアミノキサイド系の溶媒に溶解させた紡糸原
液を水中に乾湿式紡糸してセルロースを析出させる方法
で得られるものであり、具体的な例としては、英国コー
トルズ社よりテンセルという商品名で販売されている繊
維である。

【００１１】一方、分割型ポリエステル繊維とは、特公
昭６３−２０９３９号公報、特開昭６３−６１６１号公
報、特開平７−１６６４３０号公報等で公知の繊維、す
なわち少なくとも２種のポリマーでその少なくともひと
つがポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリエチレンナフタレート、あるいはこれら
ポリマーを主構成単位からとする共重合ポリエステル等
であるポリマーから構成された多成分系ポリエステル繊
維であり、構成ポリマー間で比較的容易に剥離が生じる
繊維である。具体的には、ポリエチレンテレフタレート
とポリエチレン−５−ナトリウムスルホイソフタレート
からなる繊維、ポリエチレンテレフタレートとポリアミ
ドからなる繊維、ポリエチレンテレフタレートとその他
の特殊構造ポリエステルからなる繊維等が挙げられ、繊
維横断面において構成ポリマーは海島状構造を形成して
いても、また多層貼り合わせ構造を形成していても、さ
らには他の構造であってもよく、要は混練・成型時に比
較的容易に分割し繊維長さ方向に長い複数本の繊維にな
り得る構造を有していればよい。

【００１２】本発明に用いられる補強用繊維は、ゴム加
工工程（混練・成型工程）における機械的剪断力によ
り、少なくとも元の繊維径の２／３以下に分割細径化さ
れ、結果的に繊維径が９μｍ以下となる必要がある。好
ましくは１／２以下でかつ６μｍ以下である。これは、
ゴム中への繊維の良好な分散と十分な補強効果を発揮す
るための繊維表面積を確保する上で必要な要件である。
分割細径化が２／３以下を満足しない場合には、補強効
果発揮の為に要求される繊維表面積が不足あるいは繊維
のゴム中への良好な分散のいずれかに不都合をもたら
す。特に、前述する溶剤系セルロース繊維又は分割型ポ
リエステル繊維が上記の範囲に分割細径化する性能を有
していることより好ましい。分割細径化された繊維の場
合には、色々な細径化された繊維が混在することとな
り、これが補強効果を一層高めることとなる。本発明に
おいて、マトリックス中に添加される短繊維の長さとし
ては、アスペクト比が３０〜１０００の範囲内が好まし
く、さらに１００〜５００の範囲が好ましい。

【００１３】なお本発明で言う繊維径とは、繊維の断面
積と同一の面積を有する円の直径を意味し、また添加前
の繊維あるいは成型後の成型物から取り出した繊維（取
り出せない場合は成型物断面の顕微鏡写真）から任意の
２０本を取り出し、その断面積の合計を本数で割った平
均値である。なお本発明方法において、添加した繊維の
全てが分割細径化されている必要はなく、添加した繊維
の一部が分割細径化されている場合であっても本発明の
目的は達成される。したがって分割細径化後の繊維径を
測定する場合には、もしその中に未細径化繊維が含まれ
ている場合には、それを除去して計測する必要がある。

【００１４】本発明で使用し得るマトリックス成分のゴ
ムの種類に関しては、特に限定されず、たとえば天然ゴ
ム（ＮＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ク
ロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン・プロピレン・ジエ
ンゴム（ＥＰＤＭ）、イソプレンゴム（ＩＲ）等が使用
可能である。

【００１５】また本発明において、従来のＲＦＬ処理や
イソシアネート処理などの接着処理を併用してもよく、
併用することにより、より高度な接着力が得られる場合
もある。さらには、本発明において、繊維は繊維全断面
が均等に分割細径化されていても、また幹を残してその
周辺のみが分割細径化されていてもよい。特に後者の、
幹を残してその周辺のみが分割細径化されている場合に
は、マトリックス中での繊維の絡み合いが少なく、より
好ましい。また繊維の分割細径化は、繊維に１×１０^-5
ｓｅｃ^-1の剪断速度が加わった場合に分割細径化が生じ
るような繊維が好ましく、この点からも前記の溶剤紡糸
セルロース繊維や分割型ポリエステル繊維が好ましい。
この剪断速度で分割を生じると繊維の均一分散が達成さ
れ、これよりも弱い剪断力で分割細径化が生じる場合に
は、加工方法により繊維の絡み合いの問題が生ずる。

【００１６】次に、本発明による、ゴムをマトリックス
とする繊維補強成型物の製造方法について例を挙げて説
明する。まず本発明に用いる溶剤紡糸セルロース繊維又
は分割型ポリエステル繊維をギロチンカッター等によ
り、従来技術と同様に、アスペクト比３０〜１０００の
範囲となるようにカットしてショートカット繊維を得
る。次いでゴム、加硫剤、加硫促進剤、安定剤、カーボ
ン、プロセスオイル等の公知のゴム配合物と上記ショー
トカット繊維を計量し、バンバリーで素練りし、オープ
ンロールのゴム素練ロールで混練し、この工程後に、ゴ
ムシート状の成型物を得る場合にはカレンダーロール
を、またそれ以外の成型物の場合には射出あるいは押し
出し成型機により加工して製品とする。ショートカット
繊維の好適な配合量としては、ゴムの重量に対して１〜
４０％である。

【００１７】この際の、ゴム素練ロール、カレンダーロ
ールのロール間隔、回転速度比を調整、あるいは射出・
押出成型機工程では、ゴム吐出量、押出スクリューの溝
構造、回転速度あるいは金型部へのゲート・隙間を調整
し、いずれかの工程で１×１０^-5ｓｅｃ^-1以上の剪断速
度の剪断力を加え、繊維を分割細径化すると、良好な性
能を有する繊維補強ゴム製品が得られることとなる。１
×１０^-5ｓｅｃ^-1未満の剪断速度で分割細径化を生じる
繊維の場合には、繊維製造段階やギロチンカッターによ
りカット工程等のゴム製品製造前の準備工程で分割細径
化が生じ、ゴム中での繊維の均一分散に問題を生じ、好
ましくない。ショートカット繊維の分割細径化をバンバ
リー後のオープンロールや射出・押し出し成型機工程後
の後工程で実施することも、分割細径化による繊維の絡
み合いによる分散性悪化を防止する点で好ましい。さら
には、繊維をゴム中に高密度充填した、いわゆるマスタ
ーバッチ化し、これを上記のオープンロール等の加工工
程に添加することも、本発明の効果を減ずるものではな
くより好ましい。

【００１８】

【実施例】以下実施例により本発明を説明する。実施例
中、％、部等は特に断りがない場合には重量に基づく値
である。実施例１英国コートルズ社製テンセル（１．５デニールの単繊
維、総デニール６０万デニール）のトウを３５％水分率
に調湿し、ギロチンカッターを用いて２ｍｍにカット
（アスペクト比：１６７）したのち、絶乾してＳＢＲ／
ＮＲ＝１／１のマトリックス１００部に対して５部、１
０部、２０部を添加し、７．５ｉｎφ×２本ロールの一
方が１１．５ｍ／ｍｉｎ、他方が１３．０ｍ／ｍｉｎの
回転速度、ロール間隔５ｍｍで８０℃のゴム素練ロール
で１０分間混練したのち、この混練物を温度８０℃の６
ｉｎφの逆Ｌ型カレンダーを用いてシート化した。この
カレンダーロールはトップの２本が間隔８ｍｍ、速度
３．７ｍ／ｍｉｎと４．３ｍ／ｍｉｎ、トップロールと
センターロールの間隔３ｍｍでセンターロール速度４．
５ｍ／ｍｉｎおよびセンターロールとボトムロールの間
隔２．５ｍｍ、ボトムロール速度４．８ｍ／ｍｉｎに調
整した。この際のトップロールとセンターロール間の剪
断速度は上記条件より２．７×１０^-4ｓｅｃ^-1であっ
た。

【００１９】取り出したシートの厚さは２．５ｍｍであ
り、その一部を採取し、ベンゼンでゴムを溶解し繊維を
分離、顕微鏡により繊維の分割細径化の度合い及び分割
状況を観察した。テンセルの場合には、幹部分を残しそ
の周辺部がフィブリル化されていた。またこのシートを
金型に入れ、１５０℃×１５ｍｉｎの条件でプレン加硫
し、厚さ２ｍｍのシートを得た。この繊維補強ゴムシー
トを１００ｍｍ×５５ｍｍに裁断し、引張試験機により
２０℃、引張速度２０ｍｍ／ｍｉｎで応力−歪み（Ｓ−
Ｓ）曲線を求めると共に、引張破断面を顕微鏡により観
察した。一方、現行技術および比較例として、ポリビニ
ルアルコール（ＰＶＡ）系繊維（２０００デニール／１
０００フィラメント：分割細径化せず）および公知のＲ
ＦＬ接着処理（ＲＦＬ付着率５％）を実施した２ｍｍカ
ット繊維についても同様な方法で繊維補強ゴムシートを
作製し性能を評価した。その結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例２３０℃オルソクロルフェノール中での固有粘度が０．６
９のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、３０℃
硫酸中での相対粘度が２．６５の６−ナイロン（６Ｎ
Ｙ）を用い、複合紡糸して、Ｎｏ．１の繊維として、繊
維断面が円形でかつ６ＮＹ成分を中間にしてその両側が
ＰＥＴ成分となった３層貼り合わせ形状となっており、
さらにこれら個々のＰＥＴ成分の断面積が同一である複
合紡糸繊維、Ｎｏ．２の繊維として、繊維断面が円形で
かつ６ＮＹ成分が十字形状で存在し、ＰＥＴ成分がこの
６ＮＹ成分により４つに均等分割されている複合紡糸繊
維、Ｎｏ．３の繊維として、繊維断面が円形で６ＮＹ成
分が米字形状で存在し、ＰＥＴ成分がこの６ＮＹ成分に
より８つに均等分割されている複合紡糸繊維を製造し
た。なお各繊維中におけるＰＥＴと６ＮＹの重量比は
１：１であり、得られた繊維の繊度はいずれも３デニー
ルであった。これらの繊維を実施例１と同様に、２ｍｍ
にカットし（アスペクト比：１１４）、実施例１と同様
の方法によりゴムに添加・加工して繊維補強ゴムし、ゴ
ムシートを成型した。その性能を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】本発明は、ゴムで代表されるマトリック
ス中へ単繊維を添加することにより補強効果を得るもの
であり、マトリックスへの繊維添加時は分散性の良好な
アスペクト比で実施し、加工工程中の剪断力を利用し
て、繊維を分割・細径化させ、その結果生じる極めて大
きな表面積により、マトリックスと繊維を強固に接着さ
せ、良好な繊維補強を達成する。このため、従来技術で
実施されているＲＦＬやイソシアネート等の繊維に対す
る化学的な接着処理を省略してもよく、またその接着性
は、ゴムの種類にあまり左右されない利点を有してい
る。以上より、本発明はマトリックス中での良好な繊維
分散性と優れた接着力を確保する上で極めて優れた繊維
補強方法である。また、特別な工程や処理等を必要とし
ないため、コスト面においても極めて優れている。本発
明の方法は、動力伝達ベルト、コンベアベルト、タイ
ヤ、ホース、ダイヤフラグラム、ピストンキャップ、自
動車の外装部品等のゴム製品を製造する際に利用可能で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北川潔大阪市北区梅田１丁目12番39号株式会社クラレ内 (72)発明者笹川栄一大阪市北区梅田１丁目12番39号株式会社クラレ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゴム中に短繊維を混合して繊維補強ゴム
成型物を成型する方法において、該短繊維として、混合
あるいは成型する際の機械的剪断力により平均繊維径が
混合前の２／３以下でかつ９μｍ以下に分割される分割
型繊維を用いることを特徴とする繊維補強ゴム成型物の
製造方法。
【請求項２】分割型繊維が溶剤紡糸セルロース繊維又
は分割型ポリエステル繊維である請求項１に記載の製造
方法。