JPS5829231B2 - 不連続繊維補強されたホ−スの製造法 - Google Patents

不連続繊維補強されたホ−スの製造法

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JPS5829231B2
JPS5829231B2 JP51087408A JP8740876A JPS5829231B2 JP S5829231 B2 JPS5829231 B2 JP S5829231B2 JP 51087408 A JP51087408 A JP 51087408A JP 8740876 A JP8740876 A JP 8740876A JP S5829231 B2 JPS5829231 B2 JP S5829231B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不連続繊維により補強されたホースを押出しに
より製造する方法、特に半径方向に配向された不連続繊
維で補強された押出しホースを製造する方法に関する。
不連続繊維を含むマトリックスを縮充または押出しによ
って制限された空間に強制的に通すと繊維が流れの方向
に配向することは知られている。
この繊維の配列は移動する流れの中での丸太の配列に似
ている。
したがって普通のダイスから不連続繊維を含むマトリッ
クスを押出すことによって繊維が軸方向（ダイスの軸線
に平行な方向）に配向したホースを得ることができる。
特開昭５０−９７６５４号公報に釦いては円周方向に配
向された不連続繊維で補強したホースについて記載して
かり、このホースはチャンネルの出口の面積とチャンネ
ルの入口の面積との比が２または２以上になるようダイ
スの軸線から内面と外面とを拡開させたダイスチャンネ
ルから不連続繊維を含むポリマーマトリックスを押出す
ことによって製造される。
軸方向に配向された繊維を有するホースは軸方向の繊維
補強のため縦方向に大きな強度を有する。
一方、円周方向に配向された繊維を有するホースはホー
スの周りの繊維補強のため殆んど膨張することなく大き
な内圧に耐えることができる。
しかしこれら両ホースにむいては繊維はホースの表面に
平行に配向され、半径方向の繊維補強は本質的にない。
押出し可能なポリマーと不連続繊維との複合体をマンド
レルと外側ダイス部材との間に形成された適切な寸法形
状のチャンネルを強制的に通すと半径方向の性質が改善
された押出成形物が得られることを発見した。
したがって本発明は半径方向に配向された不連続繊維で
補強した押出し可能なポリマーからなるホースを提供す
る。
また本発明は繊維配向の半径方向成分が繊維配向の円周
方向成分より多い押出しホースを製造する方法を提供し
、この方法は中心マンドレルの表面と外側ダイス部材の
表面との間に形成された曲線からなる断面好１しくは環
状断面のチャンネルを有するダイスから押出し可能なポ
リマーと不連続繊維との複合体を押出す工程からなり、
このチャンネルの出口面積はこのチャンネルの入口面積
の約２倍渣たは２倍以上であり、このチャンネルの出口
の幅はチャンネルの人口の幅の２倍または２倍以上であ
り、チャンネルの出口の幅とチャンネルの入口の幅との
比はチャンネルの出口の平均半径とチャンネルの入口の
平均半径との比の２倍捷たは２倍以上である。
したがってホースの半径方向の繊維補強に関係する繊維
配向の半径方向成分はダイスの寸法形状を適当に選択す
ることによってその軸方向成分と円周方向成分とに対し
制御することかでＡ。
きる。
たとえば−が約２または２以上であり、Ａｉ Ｗｏ Ｒ。
が−の２倍捷たは２倍以上であるダイスかｉＲｉ ら複合体を押出すことによって半径方向の繊維補強が円
周方向の繊維補強を越えるホースを製造することができ
る。
ここにＡｏはチャンネルの出口面積で、Ａｉはチャンネ
ルの入口面積であり、Ｗｏは出口に釦けるチャンネルの
幅で、Ｗｉは入口にかけるチャンネルの幅であり、Ｂｏ
はチャンネルの出口平均半径（軸線からチャンネルの中
心ｌでの距離）で、Ｒｉはチャンネルの入口の平均半径
である。
このチャンネルの入口はダイス部材間の最も短かい距離
の点であると考えられる。
Ｗｏ Ｒ。
Ａｏが約。
または。以上ア、−か−。２倍渣Ａｉ
ＷｉＲｉＷ。
たは２倍以上であると、−も２筐たは２以上でＡｉ Ｗｏ Ｒ。
あること明らかである。
−÷−が２または２Ｗｉ旧 以上であり、チャンネルの出口面積がチャンネルの入口
面積の約３倍昔たは３倍以上であるダイスから複合体を
押出すことによって、半径方向の繊維補強が円周方向の
繊維補強を越えｌた軸方向の繊維補強を越えるホースを
製造することができる。
Ｗｏ Ｒ。
÷−が２−！たは２以上であり、チャンネルｉＲｉ の出口面積がチャンネルの入口面積の約５倍または５倍
以上であをダイスから複合体を押出すことによって繊維
が半径方向に大いに配向され半径方向に高度に補強され
たホースを製造することかでＷｏ Ｒ。
きる。
−÷−の値を３または３以上とするのＡｉ旧 がよく、４１たは４以上にするのが特に好適である。
押出された複合体の全体にわたる個々の繊維の角度位置
がホースの方向によるまたは方向によらない物理的性質
を決定する配向分布を構成する。
繊維の配向分布と材料の方向による性質、たとえば機械
的強度、弾性率あるいは応力を加えた際または溶剤の膨
潤作用によって生ずる内部応力を受ける際測定される延
びとの間には直接の関係がある。
補強の異方性は、繊維配向の成分か渣たはホース内の３
つの主方向すなわち軸方向、円周方向卦よび半径方向の
各々に対応する材料の性質を特定することによって特徴
づけることができる。
ここに使用する「複合体」なる用語は「押出し可能なポ
リマーから成るマトリックス中に不連続の補強繊維が混
合したもの」を意味する。
ここに使用する「チャンネルの幅」なる用語はマンドレ
ルの表面とチャンネルを形成する外側ダイス部材の表面
との間の距離を意味する。
「繊維配向の成分」なる用語はホース内に存在する繊維
の全集団にわたって平均した繊維軸線の方向余弦を意味
する。
繊維の配向はｘ、ｙｉ−よび２座標に対する各繊維の軸
線の方向余弦によって表わしてもよい。
ここにＸは繊維の一端を通るダイスの軸線に平行な座標
であり、ｙは同一の繊維の端部を通る軸線に同心の円に
引いた接線である座標であり、２はｘｋよびｙによって
定ｌる平面に垂直な座標である。
したがってｙ卦よび２の切片が零で繊維がＸ軸線に沿っ
て存在する場合には方向余弦はｃｏｓθｙ ＝ＣＯ３θ
ｚ ＝’ ＝’−＝ Ｏであり１ ｃｏｓθｘ ｉ １になる。
ここにｌは繊維長さである。
逆にｘ釦よびｙが零であると、２は繊維長さに等しくな
り、繊維は半径方向に全体として配向される。
代表的数値として各方向余弦に対する値は零より大きく
、このことは繊維は任意特定の平面から傾いていること
を意味する。
（単位長さの）平均方向ベクトルは個々の繊維の全集団
にわたる方向余弦を平均することによって求められる。
したがって繊維は主方向の１個に向けほぼ配向すると言
うことができ、あるいは主方向の１個の方向の平均の方
向余弦が主方向の他の２個の方向の平均の方向余弦の釦
のわのより大きい場合にはこの主方向の１個の方向にこ
の繊維は顕著な方向性を有するものと言うことができる
。
ｌた繊維の補強効果は方向余弦が最も大きい方向で最高
であることはもちろんである。
ここに使用した「大いに配向する」なる表現は任意の主
方向に対する平均方向余弦の平方が０．５の値を超えた
時の状態を意味する。
換言すれば、幾何学的に考えると、任意の主方向に対す
る平均の方向余弦の平方が他の２個の主方向に対する平
均の方向余弦の平方の和を超えているのである。
複合ホースの試料を膨潤させ主方向の卦のおのの膨潤の
量を測定することによってこの方向は都合よく決定され
る。
各方向への膨潤の量は相対的な繊維の配向を表わしてい
る。
繊維配向の最も大きな取分を有する方向に試料は最も少
なく膨潤する。
本発明のホースは平滑な表面を有し、塑性状態で柔軟で
あり、これがため重大な歪曲を生ずることなくまた表面
の平滑さを失なうことなくある形状のホースを形成する
よう容易に曲げることができる。
塑性状態とは、ホースがある形状になるのに十分柔軟で
ありしかも形成された後に一定の形状を保持し得ること
を意味する。
熱可塑性エラストマーを含む熱可塑性ポリマーは一般に
高温では塑性状態であり、冷却後は硬化する。
加泥性エラストマーを含む熱硬化性ポリマーは素練り、
配合、押出しおよび成形中可塑状態であるが硬化すると
可塑性を失う。
したがって加泥性エラストマーの場合にはホースを押出
し、所要の形状に彎曲し硬化させるが、熱可塑性エラス
トマー〇場合にはホースを押出し、所要の形状に彎曲し
た後冷却する。
本発明方法は中心マンドレルの表面と外側ダイス部材の
表面との間に形成された曲線から成る断面のチャンネル
を有する任意のダイスに適用することができ、これらの
表面は互いにほぼ平行であＡ。
す、チャンネルの面積比−、チャンネルの幅比ｉ Ｗ ｏ Ｒ。
Ｗｉ３よびチ“′ネ″の半径比−〇上述したよｉ うな相互の関係が成立する場合、これらの表面はダイス
の軸線に向けて収束し筐たはダイスの軸線から離れてい
る。
したがってチャンネルの表面の９個の構成が可能である
。
（１）マンドレルの表面がダイスの軸線と平行であり、
外側ダイス部材の内壁がこの軸線から離れている。
（２）マンドレルの表面がダイスの軸線に向って収束し
、外側ダイス部材の内壁がこの軸線と平行である。
（３）マンドレルの表面がダイスの軸線に向って収束し
外側ダイス部材の内壁がこの軸線から離れている。
（４）マンドレルの表面と外側ダイス部材の内壁の表面
とがダイスの軸線に平行である。
（５）マンドレルの表面がダイスの軸線に平行であり外
側ダイス部材の内壁がこの軸線に向って収束している。
（６）マンドレルの表面がダイスの軸線から離れており
、外側ダイス部材の内壁がこの軸線に向って収束してい
る。
（７）マンドレルの表面がダイスの軸線から離れ、外側
ダイス部材の内壁がこの軸線と平行である。
（８）マンドレルの表面と外側ダイス部材の内壁の表面
とがダイスの軸線に向って収束している。
（９）マンドレルの表面と外側ダイス部材の内壁の表面
とがダイスの軸線から離れている。
チャンネルの表面がチャンネルの出口に卦いてチャンネ
ルの入口におけるよりもダイスの軸線から一層遠い時は
このチャンネルの表面はダイスの軸線から離れ、逆にチ
ャンネルの表面がチャンネルの出口にかいてチャンネル
の入口におけるよりもダイスの軸線に一層近い時はこの
チャンネルの表面はダイスの軸線に向って収束する。
チャンネルの表面が上記（１ト（３）の構成にしたがっ
て形成されている時に繊維を半径方向に配向させるため
には、チャンネルの幅とチャンネルの面積とを必要なだ
け増大させるためにチャンネルの長さは押出しの方向に
十分な距離伸びることが必要である。
チャンネルの表面が上記（４）〜（７）の構成にしたが
って形成されている時に繊維を半径方向に配向させるた
めには、チャンネルの幅とチャンネルの面積とを押出し
の方向に必要なだけ増大させるためにチャンネルの入口
を狭小にする必要がある。
チャンネルの表面が上記（８）、ｔ、、−よび（９）の
構成にしたがって形成されている時に繊維を半径方向に
配向させるためには、これらの表面がほぼ平行ですなわ
ちチャンネルの幅とチャンネルの面積とを必要なだけ増
大させるために十分なだけこれらの表面が互いに離れて
いない時にはチャンネルの入口を狭小にするだけでよい
。
外側ダイス部材の内壁からまたはマンドレルの表面から
あるいは双方から突出する堰を設けることによってこの
チャンネルの入口を都合よく狭小にすることができる。
チャンネルの入口に任意必要なチャンネルの幅および対
応するチャンネルの入口の面積を得るため堰の高さを変
化させてもよい。
上述したように、繊維配向の半径方向成分はチャンネル
の出口面積のチャンネルの入口面積に対する比を変化さ
せることによって制御することができる。
勿論、所要に応じ上記（１）〜（３）の構成にしたがっ
て形成されたチャンネルの表面を有するダイスにも堰を
使用することができること明らかである。
上記（１）〜（４）の構成にしたがってチャンネルの表
面を形成したダＡｏ Ｗｏ Ｒ。
イスは好適であり、これは−ち・よび−÷−Ａｉ
Ｗｉ Ｒｉ の条件を一層容易に達成し得るからである。
上記（５）〜（９）の表面の構成は繊維を半径方向に配
向させるために適しているが、入口を一層狭小に（堰の
高さを一層高く）する必要がある。
これは互いに収束（５，６＞よび７の構成）するか、ま
たは軸線に向って収束（８の構成）するチャンネルの表
面は繊維を軸方向に配向させる傾向があり、軸線から離
れる（９の構成）チャンネルの表面は繊維を円周方向に
配向させる傾向があるからである。
図面を参照することによって本発明は一層よく理解し得
るであろう。
第１図を参照するに、ホース１が一部分を切り欠いて示
されている。
このホース１は、半径方向に配向された繊維２を有して
いる。
繊維の半径方向の配向状態は、ホース１の端部断面に示
されてち一層、繊維２はそれらがホースの対称軸の方向
に向くようにして整列されている。
一部分を切り欠いたホース１の部分にかいては、繊維２
の端部（ｌたは繊維の横断面）のみが現われている。
第２図は、軸方向に配向された繊維４を有するホース３
を示している。
このホース３にかいては、繊維はホースの対称軸と実質
的に平行に整列されテイル。
ホース３の端部横断面にかいては、繊維４の端部（また
はその横断面）のみが現われている。
一方、繊維４の全長は一部分を切り欠かれたホース３の
部分に現われている。
第３図には、ホースの軸に対して円周（フープ）方向に
配向された繊維６を有するホース５が示されている。
円周方向の配向に釦いては、繊維６は、ホースの円周方
向に釦いて整列されて釦り、それ故に繊維６の全長がホ
ース５の端部横断面釦よび一部分を切り欠いたホース５
の部分の両方において現われている。
勿論第１図、第２図釦よび第３図は理想的な配向状態を
示しているものであることが理解されるべきである。
通常では、多数の繊維が特定の配向面からずれて傾斜し
てかり、３つの配向状態、すなわち軸方向配向、円周方
向配向および半径方向配向のうちの１つの配向状態が一
般的には主として存在しているのであるが、それら３つ
の配向状態のすべてが共存している。
第２図に示した軸方向配向は、押出し方向と実質的に平
行で巾の等しいまたは巾のだんだん細くなったダイスを
通して不連続な繊維を含むマトリックスを押し出すこと
によって得られる。
しかし、少数の繊維は、なかも他の２つの平面に配向さ
れてし１うであろう。
第３図に示した円周方向配向は、両チャンネル壁が軸線
から外方に離れているようなチャンネルを有するダイス
を通して不連続な繊維を含むマトリックスを押し出すこ
とによって得られうる。
第１図に示した半径方向配向は、第４図、第５図１よび
第６図に例示したダイスを通して不連続な繊維を含むマ
トリックスを押し出すことによって得られつる。
第４図は、表面１４を有するマンドレル１０と、内部壁
１３を有する外側ダイス部材１１とを備えるダイスを示
している。
表面１４によび内部壁１３は、チャンネル１２を形成し
ている。
高さｈおよび巾Ｗの堰１６が外側ダイス部材１１から突
出している。
高さｈは、チャンネル出口面積とチャンネル入口面積と
の任意所望の比を得るために変化されうるものである。
堰１６の巾Ｗは臨界的な値のものでなく、例えば巾Ｗば
０．１ミリメートルまたはそれ以下というような小さな
値でもよいし、数センチメートル以上というような大き
な値でもよい。
堰１６の壁部がダイス部材１１と接合する角度は変化し
うるものである。
上流の堰壁の角度は記号αで示されてふ・す、下流の堰
壁の角度は記号θによって示されている。
θが大きい時、例えば約３０°〜９０°である時、堰１
６の下流壁は、出口の方にある短い距離だけ延長するか
または全熱延長せずに、内部壁１３はダイスの対称軸と
実質的に平行の１１である。
しかしながら、θが小さい時、例えば約２５° より小
さい時には、堰１６の下流壁は比較的に長く、点線１３
で示すようにダイスの軸線から離れる内部壁１３となる
。
内部壁１３が軸線から離れる時、内部壁１３の出口１５
近くの部分はダイス軸線と平行の１１でランド１８を形
成するのが好渣しい。
表面１４釦よび堰１６の頂部は、出口１５の横断面積よ
り小さな横断面積を有する入口１７を形成している。
押出し方向は、左側から右側へである。
複合体が入口１７を通して供給され、配向された繊維を
含む押出し成形物が出口１５から放出される。
第５図を参照するに、表面２４を有するマンドレル２０
と、内部壁２３を有する外側ダイス部材２１とを備えた
本発明のもう１つ別のダイスが例示されている。
表面２４トよび内部壁２３はチャンネル２２を形成して
いる。
高さｈおよび巾Ｗの堰２６がマンドレル２０から突出し
ている。
堰２６の壁がマンドレル２０と接合する角度は第４図に
釦けると同じ記号で表わされている。
θが大きい時には、内部壁２４はダイスの対称軸線と実
質的に平行である。
θが小さい時には、堰２６の下流壁は点線２４によって
示されるようにダイスの軸線の方に収束する表面２４と
なる。
表面２４が軸線の方に収束する時には、表面２４の一部
分はダイスと平行の１１であってランド２８を形成する
。
また、ランド２８は、マンドレル２０の端部にて点線で
示すようにチャンネル２２の巾を適度に絞るようになっ
ていてもよい。
内部壁２３卦よび堰２６の頂部は、出口２５より小さな
面積を有する入口２７を形成する。
第６図は、軸線の方に収束している表面３７および軸線
と実質的に平行な表面３４を有するマンドレル３０と、
軸線から離れている内部壁３５釦よび軸線と実質的に平
行な内部壁３３を有する外側ダイス部材３１とを備えた
ダイスを示している。
内部壁３５釦よび表面３７はチャンネル４３を形成して
いる。
内部壁３３および表面３４はチャンネル３２を形成して
おり、ダイスのランド部分を備えている。
外側ダイス部材３１の内部壁３９およびマンドレル３０
の表面４０は入口３８を形成している。
複合体が入口３８を通して供給され、配向された繊維を
含む押出し成形物が出口３６から出る。
本発明の一実施例においては、ダイス内の最大チャンネ
ル面積かち約５％から約２５％壕で出口面積を減少させ
るように出口近くにチャンネルを絞った前述したような
ダイスを通して複合体を押し出すことによって破裂強度
の改善されたホースが得られる。
本発明によれば、チャンネルが出口で絞られる時、その
出口面積はなおも入口面積より大きく、好１しくは、そ
の出口面積は入口面積の２倍または２倍以上である。
出口でチャンネル面積を減少させるのには、そのチャン
ネル出口で所望の面積減少をもたらすに必要な量の絞り
、例えば、第５図のマンドレル２０の端部で一点鎖線で
示したような絞りを設けるとよい。
また、このような絞りは、出口における外側ダイス部材
の内部壁に設けられてもよいし、筐た、マンドレルに１
つそして外側ダイス部材に１つの２つの絞りを出口に設
けてもよい。
出口での絞りによって与えられる面積減少は急峻なもの
であっても徐々に行なわれるものであってもよい。
すなわち、この絞りの上流縁は、例えば鋭い前縁を与え
るようにマンドレルに直角に接合するようなものであっ
てもよいし、筐た、傾斜した前縁を与えるようである角
度をなしてマンドレル接合するようなものであってもよ
い。
出口での絞りの長さくダイスのランド部分を形成する）
は、出口でのチャンネル巾に等しいかまたはそれより大
きいのが望１しく、好１しくはその長さはチャンネル巾
の４から６倍であるとよい。
前述したように絞られた出口を有するダイスを通して複
合体を押し出すことによってホースを製造すると、な訃
も半径方向に配向された繊維を有するが実質的に改善さ
れた破裂強度を示すホースが得られる。
ダイスの寸法形状以外の諸要因により、少なくてもある
程度繊維配向に影響が及ぼされることがある。
例えば、繊維配向は、繊維サイズ、繊維増量、マトリッ
クスの粘性ネ・よび温度卦よび送り速度の如き押出し条
件のような要因により影響される。
ダイスから出される押出し成形物がその形状を保持して
いるならば、これらの変数のすべてが満足な範囲内にあ
るといえる。
しかしながら、繊維サイズ、繊維増量、マトリックスの
緒特性ち・よび押出し条件の巾広い範囲に亘って、その
チャンネルの寸法形状（すなわち、面積の増大）が主た
るファクタである。
また、ダイスの入口での繊維配向は、複合体がダイスを
通過する時に得られる配向に影響を及ぼすかもしれない
。
通常ではその配向は入口では軸方向である。
しかしながら、本発明のプロセスは、のど部（入口）に
てそれ以外の配向状態にしてわいてもよいし、ｌた、繊
維をでたらめに配向してかいてもよいものである。
チャンネルの長さは可変である。
例えば、チャンネル長さはチャンネル巾にほぼ等しくて
もよいが、一般には、チャンネル長さはチャンネル巾の
２倍または２倍以上以上である。
好筐しくは、ネル長さはチャンネル巾の５倍ｌたは５倍
以上であり、しばしば１０倍またば１０倍以上である。
しかしながら、長いチャンネルはダイスを通しての圧力
降下を増大しそしてそのチャンネルの壁が押出し方向に
てそれらの表面と平行に繊維を配向させがちであるとい
うことが認められる。
必須ではないが、非平行表面を有するチャンネルを使用
する時にはチャンネル出口にダイスの軸と平行な表面を
有するランド部分を設けるのが好ましい。
一般には、このランドの長さはチャンネル巾の２倍ｌた
ば２倍以上、好１しくば、５倍捷たは６倍である。
環状断面を有するホースは、マンドレルが外側ダイス部
材と同中心であるような円形出口を有するダイスを通し
て複合体を押し出すことによって得られる。
非対称の曲線から成る断面を有するホースは、卵形また
は葉巻形の出口の如き非円形出口を有するダイスを通じ
て複合体を押し出すことによって得られる。
不均一な壁厚を有するホースは、マンドレル渣たは外側
ダイス部材が異なった断面を有するダイスを通して複合
体を押し出すことにより、または、マンドレルが軸をず
らして設置されているようなダイスを通して複合体を押
し出すことにより得られる。
不均一な壁厚を有するホースは空気タイヤプレフォーム
を準備するのに特に有用である。
このようなホースは適当な長さに切断され、その最も厚
い領域をタイヤの頂部に位置させて踏み面となるように
してタイヤ型に一致するように曲げられる。
対称または非対称断面を有するホースは割られ、平らに
されて、一枚のシートを形成するようにされうる。
このシートは、繊維の一部分がシートの表面に対して直
角に配向されたものとなる（このような直角配向の繊維
の量は、多かれ少なかれダイスを通しての面積膨張に依
存している）。
通常では、シートを作製する場合には直径が３０センチ
メートル以上のホースが使用される。
勿論、本発明によって準備されるホースのサイズには制
限はない。
代表的には、ホースのサイズは直径が１０センチメート
ルを越えず、壁厚が１センチメートルを越えないもので
ある。
本発明は、直径が４センチメートル以下で壁厚が１から
５ミリメートルの小型のホースを作製するのに特に効果
的である。
任意の不連続繊維が使用されうる。
マトリックスを補強するための繊維としては、一般的に
は、１０〜３０００の平均縦横比を有する繊維であり、
より普通には、２０〜１０００の平均縦横比を有する繊
維である。
好ｌしい縦横比は２０〜３５０であり、５０〜２００の
縦横比が特に車重しい。
種々な無機および有機不連続繊維は、単繊維でもより繊
維（配向釦よび補強方向にて単一繊維として働く単一エ
レメントを作るように一諸に結合された繊維束を含む）
でも適している。
満足な不連続繊維の種類として例示すれば、ナイロン、
レーヨン、ポリエステル、綿、木材セルロース、ガラス
、炭素、鋼、チタン酸カリウム、ポロン、アルミナおよ
びアスベスト繊維がある。
繊維増量は、複合体の加工性によってのみ制限される。
加工しうる繊維濃度は、繊維の縦横比、ダイスを通して
の最小隙間およびマトリックスの粘弾性特性に依存して
いる。
マトリックス中に分散される繊維の量は、一般には、マ
トリックスの１００重量部当り５〜２００重量部であり
、特に適しているのはマトリックスの１００重量部当り
５〜７５重量部であり、好ｌしいのば、マトリックスの
１００重量部当り１０〜４０重量部である。
前述した繊維増量は、繊維以外の複合体のすべての成分
（ポリマー、顔料、酸化防止剤、結合剤等）のすべてを
マトリックスであると考えて計算されているのであって
、式量化の便宜上よく行なわれるようなポリマーの１０
０重量部当りの重量部で表わす繊維増量と混同されては
ならない。
この複合体は、ポリマーと不連続繊維とからのみなり、
ポリマーのみがマトリックスであるものであってよいが
、一般的には、ポリマーはその他の配合成分が存在する
ためにマトリックスの一部分にすぎない。
代表的には、ポリマーは、複合体の１０〜８０重量パー
セントを形成しており、より普通には、ポリマーは複合
体の約２０〜約５０重量パーセントを形成している。
繊維の割合は、通常、ポリマーの１００当りの重量部で
表わされた２０〜１５０部の範囲内である。
ある種の合成ゴムの組成は、通常、天然ゴムの組成より
非常に高い割合でその他の成分を含んでいる。
本発明は、繊維が分散されうる押出ししうる任意のポリ
マーに適用しうるものである。
圧力を加えることによってダイスを通して押出されうる
任意のポリマーが本発明の実施に適している。
特に、熱可塑性ポリマーが適してかり、その例としては
、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リビニルアセテート、ポリ（エチレンテレフタレート）
等のポリエステルポリマー、ＡＢＳ共重合体、ナイロン
等のボリア□ドがある。
押出ししうるポリマーの好ましい種類は、エラストマー
ポリマーである。
適当なエラストマー（ゴム状）ポリマーの種類としては
、加硫を必要としないがその軟化温度以上で成形され冷
却時にエラストマー特性を発揮する熱可塑性ニジストマ
ーがある。
満足な熱可塑性エラストマーの例としては、ポリウレタ
ン−ポリエステルエラストマー（商標名Ｔｅｘ１ｎ と
して市販されている）、セグメントポリエーテルおよび
ポリエステル（商標名Ｈｙ ｔ ｒ ｅ １として市販
されている）、ナイロンブロックポリマー釦よびポリオ
レフィン樹脂とモノオレフイニツクゴムとの動的に部分
的に固化された混合体（商標名ＴＰＲとして市販されて
いる）がある。
米国特許第３，８０６，５５８号、第３，０２３，１９
２号、第３，６５１，０１４号、第３，７６３，１０９
号、第３，７７５，３７３号〜第３，７７５，３７５号
、第３．７８４，５２０号釦よび第３，５３３，１７２
号明細書には、適当な熱可塑性エラストマーが例示され
ている。
加硫しうるエラストマーは、別の種類の押出ししうるポ
リマー、特に、イオン加硫ジエンエラストマーである。
天然ゴム渣たは合成ゴム筐たはこれらの混合物も捷た満
足なものである。
適当な合成ゴムの例としては、シス−４−ポリブタジェ
ン、ブチルゴム、ネオプレン、エチレンプロブレンチル
ポリマー、１，３−ブタジェンのポリマー イソプレン
のポリマー、エチレンビニルアセテート共重合体および
１，３−ブタジェンと他のモノマーとの共重合体、例え
ば、スチレン、アクリロニトリル、インブチレンおよび
メチルメタククリレートがある。
ポリマーおよび繊維に加えて、マトリックスは、通常そ
の他の成分を含んでおり、特にその複合体の所望特性を
得るに必要な成分を含んでいる。
これらの物質としては、例えば、可塑剤、エキステンダ
ーオイル、解体防止剤、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化
ストロンチウム、酸化鉄、シリカ、カーボンブラックお
よび有機顔料の如き補強および非補強顔料、結合剤、イ
オウ、過酸化物および加硫促進剤の如き加硫剤がある。
好ましいエラストマー複合体としては、米国特許第３，
６９７，３６４号明細書に記載された木材セルロース繊
維エラストマ複合体釦よび米国特許第３，７０９，８４
５号明細書に記載された不連続混合繊維エラストマ複合
体がある。
本発明の好ましい実施例について次に説明する。
約４．２１１Ｉ！１の壁厚を有する内径１．２７ｃｒｆ
Ｌのホースを形成するため、一定チヤンネル巾を有して
いるが異なった面積拡張を有するダイスを通して、セル
ロース繊維ち・よび加硫ゴム複合体が押し出される。
その押出し複合体は、任意の所望長さのホースを与える
ように切断される。
その硬化されていないホースは、オートクレーブまたは
モールドにて加硫される。
整形されたホースを作る場合には、ホースは所望の形状
に曲げられて加硫される。
好１しくは、加硫はモールドにて行なわれるとよい。
ホースの形状がそれほど複雑でない時には、硬化中にそ
の形状を維持するのには１つの開放半型モールドだけで
よい。
ホースの整形およびモールドにおける硬化は、繊維配向
に重大な影響を及ぼさない。
供給複合体材料は、繊維対繊維の相互作用を減するよう
に処理され約６６％の繊維を含み残部として主にゴム、
潤滑剤釦よび結合剤を含む木材セルロース繊維の６５部
を次のゴム複合体に混入することによって準備される。
重量部 ＥＰＤＭゴム １００ＦＥＦカ
ーボンブラツク １２２エキステンダー
オイル ８５．３酸化亜鉛
５ステアリン酸
１ポリメトキシメチルメラミン
１イ オ ウ
１，５ダイモルフ
オリノジスルファイド ０．８テルリウムジエ
チルデチオカーバメイ） ０．８ペンゾチア
ジルジスルフアイド １．５ジブチルジチオ
カーバメイト亜鉛 ２．５合計 ３２１．４ 第４図および第５図によるダイスを使用して多数のホー
スが準備される。
それらダイスは、一定のチャンネル巾を有している（チ
ャンネルの両表面はその軸と平行である）。
マンドレル直径は、１．２７ｃｒｒＬである。
ダイスのその他の特性は、表Ｉに示されている。
供給複合体材料は、８．９ｃＩｒＬ通気押出機を使って
表■に示したダイスを通して押し出される。
押し出し速度はヘッド圧力が２１０ＩＱ／ｍ以上で、約
３ｍ／分である。
ダイス温度は、１００℃士約１０℃である。
すべてのホースは、１６０℃で４０分間硬化される。
ホース強度は、ホースの一部分に水圧を加えてこの水圧
をホースが破裂する昔で間断なく増大していくことによ
り測定される。
ホースが破壊する圧力が記録される。
繊維配向は、ホースの部分をベンゼン中に２４時間浸漬
してその膨潤量を測定することによって測定される。
パ※※−セント膨潤量は、もとの寸法でその寸法変化を
割ってｌＯＯを乗することによって計算される。
軸方向配向は長さ方向の膨潤に影響を及ぼし、円周方向
配向は直径の膨潤に影響を及ぼし、半径方向配向は壁厚
の膨潤に影響を及ぼす。
どの主方向または寸法の膨潤量もその方向の繊維配向成
分に反比例している。
（Ｏｏｒａｎ ｅｔ ａｌ、Ｊ、Ａｐｐｌ ｉｅｄＰｏ
ｌｙｍｅｒ ５ｃｉｅｎｃｅ、Ｖ １５ 、Ｐ、 ２４
７１〜２４８５．１９７１参照）。
表１のダイスを使用して準備されたホースの破裂強度お
よびパー七ント膨潤値は、表出に示されている。
これらのデータは、半径方向のホースの繊維補強、従っ
て、半径方向の繊維配向成分がチャンネル出口面積とチ
ャンネル入口面積との比の増大につれて増大し、軸方向
の繊維配向成分がそれに対応して減少することを示して
いる。
円周方向の繊維配向成分も渣た、出口面積と入口面積と
の比が増大するにつれて増大するが、これは常に半径方
向成分より小さい。
ダイスＡは、障害のない直線チャンネルを有するダイス
である。
その膨潤値は、軸方向の膨潤が零であるので繊維の本質
的にすべてが軸方向に配向されていることを示している
。
ダイスＢ、Ｏｉ−よびＤは、マンドレルから突出する異
なった高さの堰を有していて、この堰高さの相異が出口
面積と入力面積との比の相異となっている以外、同じ寸
法のものである。
１．８：１の面積拡張を有するダイスＢで作製されたホ
ースの膨潤値は、（ダイスＡで作製されたホースと比較
して）軸方向におけるそのホースの膨潤が３．２％であ
るので、軸方向の繊維配向成分が減少していることを示
している。
更にその膨潤値は、半径方向のパーセント膨潤量が周辺
方向のパーセント膨潤量より小さいので、半径方向の繊
維配向成分が円周方向の繊維配向成分を越えていること
を示している。
３．４：１の面積拡張を有するダイスＣで作製されたホ
ースでは、その膨潤値は、半径方向の繊維配向成分が軸
方向の繊維配向成分釦よび円周方向の繊維配向成分の両
方を越えていることを示している。
５：１という面積拡張を有するダイスＤで製造したホー
スの膨潤データは、繊維が半径方向に大いに配向されて
いることを示している。
このデータによれば、半径方向の膨潤パーセントの逆数
（１（１÷４．８＝０．２０８）が軸方向の膨潤パーセ
ントの逆数（１÷１２２＝０．０８２）と円周方向の膨
潤パーセントの逆数（１÷１３．１ ＝０．０７６ ）
との和０．１５８より大きいから、多数の繊維が半径方
向に配向されていることが確認される。
４：１という面積拡張を有するダイスＥで製造したホー
スに対する膨潤データは、繊維配向の半径方向成分が繊
維配向の他の方向への成分のいずれかをやはり越えるか
ら複合体の繊維装入と堰の壁の角度との両方が変化して
も繊維配向の程度には大した影響がないことを示してい
る。
ダイスＦとＧは外側ダイス部材から突出する異なる高さ
の堰を有する。
データは、このダイスで製造されたホースでは繊維配向
の円周方向成分が等しい面積拡張でマンドレル上に堰を
有するダイスで製造されたホースに釦いて得られるより
も大きいが、繊維配向の半径方向成分は繊維配向の他の
いずれかの方向の成分を１だ越えることを示している。
改良された破裂強度を表わすホースの製造を表［［ｉ−
よび■に例示する。
表１．−よび表■のホースと同様に複合体が押出されて
硬化され、チャンネル出口の近くに挟小部のあるダイス
を使用してチャンネル出口からすぐ上流側で押出物を収
斂する点に釦いて異なる。
チャンネルの寸法に対する記号の意味は次のとかりであ
る。
Ｄｏｏはチャンネル出口に釦ける外側ダイヤ部材の直径
、Ｄｍｏはチャンネル出口におけるマンドレルの直径、
Ｄｉｃはチャンネル人口と出口のくびれ部との間のマン
ドレルの直径、Ｌｉｏはチャンネルの入口から出口まで
のチャンネルの長さ、Ｌｃｏは出口にある挟小部の長さ
である。
ダイスＨは出口に約２０％の挟小部を有するが、ダイス
■は出口に挟小部を有しない制御手段である。
それゆえに、表では、寸法Ｄｉｃは挟小部がないからＤ
ｍｏと同じものとして与えられている。
挟小部は上流側堰がある場合はその上流側堰と混同して
はならない。
ダイスＨの挟小部前のチャンネル面積とチャンネル入口
との比は約３．４：１である。
ダイスＪおよびダイスにの各々は出口に約１０％の挟小
部を有する。
ダイスには入口に２つの互いに対向する堰を有するから
第４図のダイスと第５図のダイスとの混ざったもので、
ダイスにの外側ダイス部材は第４図の外側ダイス部材に
対応しダイスにのマンドレルは第５図のマンドレルに対
応する。
ダイスにの出口におけるマンドレルの挟小部は表わされ
た面積の減少を与える。
ダイスＪの挟小部前のチャンネル面積とチャンネル入口
面積との比は約４．８：１であり、ダイスにの挟小部前
のチャンネル面積とチャンネル入口面積との比は約８．
４：１である。
ダイスの寸法は表■に示されている。
表■のダイスを使用して製造したホースの性能は表■に
示されている。
ダイスＨおよびダイス■を使用して製造したホースの破
裂時の圧力を比較してみると、ダイスＨで製造したホー
スは改良された破裂強度を示すことを表わしている。
同様に、表■のダイスにで製造したホースとダイスＧ（
挟小部なし）で製造したホースとを比較すると、出口に
挟小部のあるダイスにの方が約１０％大きい破裂強度を
示す。
ダイスＪの全面積拡張は表■のダイスＣの全面積拡張と
ダイスＤの全面積拡張との間になる。
しかし、ダイスＪにより製造されるホースの破裂強度は
ダイスＣかダイスＤかによるホースの破裂強度を３０％
以上越える。
本発明は、２層以上の材料層を接合して単一のホースを
形成し各層では異なる繊維配向を有する多層ホースを包
含する。
たとえば、クロスヘッド型押出機により２つのホースを
押出し、一方のホースが他方のホースを包囲して単一の
複層ホースを形成している。
各層に対して適切な形状寸法のダイスを選択することに
よって内層に半径方向配向を有し外層に軸方向配向を有
するまたばその逆の配向を有するホースを製造すること
ができる。
内層が主として円周方向に配向された繊維で補強され外
層が主として半径方向か軸方向かに配向された繊維で補
強された被層ホースが高性能な適用例に特に推奨される
。
２台のクロスヘッド型押出機を直列にして運転すること
によって、主たる繊維配向が各層ごとに異なる三層ホー
スを製造することができる。
それとは別に、複式押出機により供給される単一ヘッド
を使用した共同押出し工程にふ−いて層状ホースを製造
することもできる。
本発明を代表的な例について例示してきたが、それらに
限定されるものではない。
開示の目的で選択した本発明の例を変化変形することは
できるが、それらは本発明の精神および範囲から逸脱す
るものではない。
【図面の簡単な説明】
添付図面の第１図は不連続繊維が半径方向に配向された
状態を示すため一部を切り欠いて補強ホースを示す概略
図、第２図は不連続繊維が軸方向に配向された状態を示
すため一部を切り欠いて補強ホースを示す概略図、第３
図は不連続繊維が円周方向に配向された状態を示すため
一部を切り欠いて補強ホースを示す概略図、第４図は外
側ダイス部材から突出した堰を有するダイスを、その軸
を通るある平面に沿った断面して示す側面図、第５図は
マンドレルから突出した堰を有するダイスをその軸を通
るある平面に沿って断面して示す側面図、第６図は押出
し方向にて横断面積の増大したチャンネルを有したダイ
スをその軸を通るある平面に沿って断面して示す側面図
である。 １．３．５・・・・・ホース、２，４．６・・・・・・
繊維、１０・・・・・・マンドレル、１１・・・・・・
外側ダイス部材、１２・・・・・・チャンネル、１３・
・・・・・内部壁、１４・・・・・・表面、１５・・・
・・・出口、１６・・・・・・堰、１７・・・・・・入
口、α・・・・・・上流堰壁角度、θ・・・・・・下流
堰壁角度、ｈ・・・・・・堰高さ、Ｗ・・・・・・層中
、１８・・・・・・ランド、２０・・・・・・マンドレ
ル、２１・・・・・・外側ダイス部材、２２・・・・・
・チャンネル、２３・・・・・・内部壁、２４・・・・
・・表面、２５・・・・・・出口、２６・・・・・・堰
、２７・・・・・・入口、２８・・・・・・ランド、３
０・・・・・・マンドレル、３１・・・・・・外側ダイ
ス部材、３２・・・・・・チャンネル、３３・・・・・
・内部壁、３４・・・・・・表面、３５・・・・・・内
部壁、３６・・・・・・出口、３７・・・・・・表面、
３８・・・・・・入口、３９・・・・・・内部壁、４０
・・・・・・表面、４３・・・・・・チャンネル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 押出し可能なポリマーと不連続繊維とから成る複合
    体を、中心マンドレルの表面と外側ダイス部材の表面と
    の間に形成された曲線から戒る断面のチャンネルを有し
    しかもＡ。 ／Ａｉが約２または２以上でありそしてＷ。 ／Ｗｉ÷Ｒｏ／Ｒｉが２１たは２以上である（但し、Ａ
    ｏはチャンネル出口の面積、Ａ・はチャンネル入口の面
    積、Ｗｏは出口にネ・けるチャンネルの幅、Ｗｉは入口
    に釦けるチャンネルの幅、Ｒｏはチャンネル出口の平均
    半径、そしてＲｉはチャンネル入口の平均半径である）
    ようなダイスを通して押出すことにより繊維配向の半径
    方向成分が繊維配向の円周方向成分を越える押出しホー
    スを形成することからなる、不連続繊維で補強された押
    出し可能なポリマーのホースを製造する方法。 ２ 環状チャンネルを通して複合体を押出すことから成
    る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 出口面積が入口面積の約３倍またはそれ以上の環状
    チャンネルを通して複合体を押出すことから成る、繊維
    配向の半径方向成分が繊維配向の軸方向成分を越えるホ
    ースを形成す特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ４ 出口面積が入口面積の約５倍またはそれ以上の環状
    チャンネルを通して複合体を押出すことがら戒る、繊維
    が半径方向に高度に配向されたホースを製造する特許請
    求の範囲第３項に記載の方法。 ５ エラストマーとマトリックス１００重量部あたり５
    〜７５重量部の繊維とから成る複合体を押出すことから
    成る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６ 繊維が木材セルロースである特許請求の範囲第５項
    に記載の方法。 ７ エラストマーとマトリックス１００重量部あたり約
    ５〜７５重量部の繊維とから成る複合体を押出すことか
    ら戊る特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ８ 繊維が木材セルロースである特許請求の範囲第７項
    に記載の方法。 ９ エラストマーとマトリックス１００重量部あたり約
    ５〜７５重量部の繊維とから成る複合体を押出すことか
    ら成る特許請求の範囲第４項に記載の方法。 １０繊維が木材セルロースである特許請求の範囲第９項
    に記載の方法。 １１ マンドレルの表面がダイスの軸と実質的に平行
    かまたはダイスの軸の方に集中し、チャンネルを形成す
    る外側ダイス部材の表面がダイスの軸と実質的に平行か
    またはダイスの軸から離れる特許請求の範囲第１項に記
    載の方法。 １２ チャンネルを形成するマンドレルの表面がダイス
    の軸に実質的に平行である特許請求の範囲第１１項に記
    載の方法。 １３ チャンネルを形成するマンドレルの表面がダイス
    の軸の方へ集中する特許請求の範囲第１１項に記載の方
    法。 １４ チャンネルを形成する外側ダイス部材の表面がダ
    イスの軸に実質的に平行である特許請求の範囲第１２項
    に記載の方法。 １５ チャンネルを形成する外側ダイス部材の表面がダ
    イスの軸に実質的に平行である特許請求の範囲第１３項
    に記載の方法。 １６ チャンネルを形成する外側ダイス部材の表面がダ
    イスの軸から離れる特許請求の範囲第１２項に記載の方
    法。 １７チヤンネルを形成する外側ダイス部材の表面がダイ
    スの軸から離れる特許請求の範囲第１３項記載の方法。 １８チヤンネルの入口でマンドレルの表面から堰が突出
    した特許請求の範囲第１４項に記載の方法。 １９ Ｗｏ／Ｗ、÷Ｒ，ｏ／Ｒｉが３捷たは３以上であ
    る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ２０Ｗｏ／Ｗｉ÷Ｒｏ／Ｒｉが４または４以上である特
    許請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２１ Ｗｏ／Ｗｉ÷Ｒｏ／Ｒ，ｉが３または３以上であ
    る特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ２２Ｗｏ／Ｗｉ÷Ｒｏ／Ｒｉが４または４以上である特
    許請求の範囲第２１項に記載の方法。 ２３Ｗｏ／Ｗｉ÷Ｒｏ／Ｒｉが３または３以上である特
    許請求の範囲第４項に記載の方法。 ２４Ｗｏ／Ｗ１÷Ｒ，ｏ／Ｒｉが４または４以上である
    特許請求の範囲第２３項に記載の方法。 ｂチャンネルの出口面積がチャンネルの入口面積より大
    きいが、そのチャンネルは出口面積をダイス内の最大チ
    ャンネル面積から約５〜２５％減少させるように出口近
    くでくびれたダイスを通して複合体を押出すことからな
    る改良された破裂強度を有するホースを形成するための
    特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ２６ チャンネルの出口面積がチャンネルの入口面積よ
    り大きいが、そのチャンネルは出口面積をダイス内の最
    大チャンネル面積から約５〜２５％減少させるように出
    口近くでくびれたダイスを通して複合体を押出すことか
    ら成る改良された破裂強度を有するホースを形成するた
    めの特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ２７チヤンネルの出口面積がチャンネルの入口面積より
    大きいが、そのチャンネルは出口面積をダイス内の最大
    チャンネル面積から約５〜２５％減少させるように出口
    近くでくびれたダイスを通して複合体を押出すことから
    成る改良された破裂強度を有するホースを形成するため
    の特許請求の範囲第４項に記載の方法。 ２８ エラストマーとマトリックス１００重量部あたり
    約５〜７５重量部の繊維とから成る複合体を押出すこと
    から戒る特許請求の範囲第２７項に記載の方法。 ２９繊維が木材セルロースである特許請求の範囲第２８
    項に記載の方法。
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