JPS62149930A - 屈曲疲労性の改良されたゴム補強用炭素繊維処理コ−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】 〔発明の技術分野〕 本発明は屈曲疲労性の改良されたゴム補強用炭素繊維処
理コードに関し、より詳細には曲げ硬さを特定の範囲内
にすることによって屈曲疲労特性を著るしく改良したゴ
ム補強用炭素繊維処理コードに関する。

（従来技術〕 従来、タイヤ、ベル］・等のゴム製品の高弾性補強材と
しては、ガラス繊維やスチールワイヤが使用されている
。

しかしながら、前者は耐水接着性に乏しく、また耐疲労
性も悪い欠点がなる。一方、後者は、密度が大きいため
、得られたゴム製品の重量が大きくなるだけでなく、水
分による錆成長の結果、接着劣化を招く欠点がある。

近年、強化プラスチック用補強材として開発された、は
とんど炭素元素のみからなる炭素繊維は、密度がスチー
ルワイヤに比較して著るしく小さく、また強度および弾
性率が極めて高いことから、これら補強材料を使用した
場合に比較して、ゴム製品の大幅な重量削減が期待でき
る。

しかしながら炭素繊維は、そのほとんどが炭素元素だけ
からなるので、ゴムとの接着性に乏しく、またその分子
の剛直性故に屈曲等の疲労に対する抵抗性に極めて乏し
い。

従って、この炭素繊維をゴム強化材として使用する場合
には、これら欠点を改良する必要がある。

たとえば、特開昭５０−１０１６８６号には、上記欠点
の改善が提案されているが、接着性、屈曲疲労性に関し
て十分な改良には至ってはいない。

〔発明の目的〕

本発明は、ゴムとの接着性と、ゴム中の屈曲疲労性を改
良したゴム補強用炭素繊維処理コードを提供することを
目的とするものである。

〔発明の構成〕

上記目的を達成する本発明の屈曲疲労性の改良されたゴ
ム補強用炭素繊維処理コードは、接着剤付着量が１０〜
４０重量％であり、かつ次式で示される曲げ硬さ指数が
１．５以下であることを特徴とするものである。

５＝Ｇｓ　／Ｄ２Ｘ　１０’ ここでＳは曲げ硬さ指数であり、Ｇｓは接着剤付着炭素
繊維コードのガーレー曲げ硬さくｍｇ）であり、Ｄは炭
素繊維コードの総デニール数である。

本発明においては、炭素繊維が特定範囲内の曲げ硬さ指
数になるように接着剤が付着される。

すなわち、本発明においては炭素繊維に接着剤付着量が
１０〜４０重景％に重量ように接着剤が付着される。

ここで炭素繊維とは、ポリアク１月コニ１〜リルまたは
石油ピンチ等を原料として得られる、実質的に炭素元素
からなる繊維であり、引張強度１００ｋｇｆ／ｍｍ”以
上、引張弾性率５０００ｋｇｆ／ｍｍ２以」二、密度１
．５〜１．９　　（ｇ／ｃＪ）の特性を有し、複数本の
フィラメントからなる。

また、本発明における接着剤としては、レゾルシン・ホ
ルマリン初期縮合物とゴムラテックスの混合水分散液（
以下ＲＦ　Ｌと云う）や、ハロゲン化フェノール化合物
のホルマリン縮金物とゴムラテックスの混合水分散液、
またはこれらの併用を挙げることができる。

ＲＦＬの配合は、レゾルシン・ホルマリン初期縮合物と
ゴムラテックスの重量比が５／１００〜３０／１００で
あることが好ましく、またレゾルシンとホルマリンのモ
ル比は１１０．５〜１／３の範囲にあるのが良い。

また、ＲＦＬにおけるゴムラテックスとしては、スチレ
ン・ブタジェン共重合ラテックス、ビニルピリジン・ス
チレン・ブタジェン共重合ラテックス、天然ゴムラテッ
クス、アクリロニトリル・ブタジエンゴムラテック、ク
ロロプレンゴムラテックス等を挙げることができ、炭素
繊維コードと一体化される被着ゴムの種類に応じて適宜
選択することができる。

炭素繊維に、これら接着剤を塗布または含浸によって付
着するに際しては、上記接着剤のみを、たとえば塗布し
ても本発明の炭素繊維コードが得られるが接着剤で処理
するに先立って、エポキシ化合物、ウレタン変成エポキ
シ化合物、イソシアネート化合物等の前処理剤を炭素繊
維に付着させることが炭素繊維コードとゴムとの接着性
を向上させる観点から好ましい。

前処理に用いるエポキシ化合物としテハ、ビスフェノー
ルＡまたはハロゲン化ビスフェノールＡとエピハロヒド
リンとの反応によって得られるジグリシジルエーテル、
ビスフェノールＡとアルキレンオキサイドを酸またはア
ルカリ触媒下で反応させて得られる多価アルコールと、
エピハロヒドリンとの反応によって得られるポリエーテ
ル型ポリグリシジルエーテル、芳香族多価アルコールま
たは芳香族カルボン酸とエピハロヒドリンとの反応によ
って得られるポリグリシジルエーテル、グリセリン、ト
リメチロールプロパン、ブタンジオール、ポリアルキレ
ングリコール等の脂肪族多価アルコールまたはポリエー
テルのポリグリシジルエーテルレゾルシン型エポキシ化
合物、ノボラック型エポキシ化合物、アミン化合物にエ
ピハロヒドリンを反応させて得られるエポキシ化合物、
イソシアネート環を含むエポキシ化合物、両末端にカル
ボキシル基を有するポリブタジェン、イソプレン、ポリ
ブタジェンアクリロニトリル共重合体に対して三官能以
上のエポキシ化合物を反応して得られるエポキシ樹脂お
よびこれらのハロゲン化物等が挙げられる。

また、イソシアネート化合物としては、トリフェニルメ
タントリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイ
ソシアネート、１〜リレンジイソシアネート、ジフェニ
ルメタンジイソシアネートおよびこれらイソシアネート
とポリオールを反応させて得られるポリイソシアネート
、またこれらイソシアネートをブロック化剤との付加物
であるプロソクイソシアネ−１へ化合物等が挙げられる
。

一方、ウレタン変成エポキシ化合物としては、トリレン
ジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート
、ポリメチルポリフェニルイソシアネートとポリオキシ
エチレンまたはポリオキシプロピレンおよびこれらのブ
ロック化したポリオールとの反応物にエピクロルヒドリ
ンを更に反応させたエポキシ当量２５０〜４００の化合
物が挙げられる。

炭素繊維への接着剤付着■は、炭素繊維の１０〜４０重
量％であることが必要である。

接着剤４１着量が１０重量％に満たないと、ゴノ。

との接着が不十分となり、４０重量％を越えるとコー（
；への接着剤付着が不均一となり、また接着剤を乾燥処
理したときに、コードが均一に乾燥しないためにボイド
を生じ易い。

また炭素繊維を前処理剤で処理する場合には、そのイ」
着量を５重量％以下、好ましくは２重量％以下にずべき
である。５重量％を越えると接着剤を付着せしめた後の
コードが硬くなり、屈曲疲労性が低下する。

接着剤が付着した炭素繊維は、乾燥後に熱処理を施され
、任意の撚りを加えてコードが得られる。

本発明の炭素繊維コードは、上述のように接着剤が１０
〜４０重量％付着せしめられ、かつ曲げ硬さ指数が１．
５以下である。

すなわち、上記のようにして得られた炭素繊維コードを
第１図に示すガーレ一式柔軟度試験機を用いて測定する
。

コードを長さｊ！＝２．５４ｃｍに裁断し、これを２本
引きそろえた状ａｌｌでチャック３に取り付け、チャッ
ク３を可動アーム２の目盛ｎ／２．５４に合わせでチャ
ックを固定する。

次に振子１の支点のより下部の荷重取付孔ａ。

ｂ、ｃに適当な荷重Ｗａ（ｇ）、　Ｗｂ（ｇ）、　Ｗｃ
（ｇ）をかけて、スイッチボタン９を押し、可動アーム
を定速回転させ、試料が振子１から離れる時の目盛Ｒ６
を読み、次の式からガーレー曲げ硬さＧ、　（ｍｇ）を
算出する。なお、第１図において、４は目盛板、５は棒
水平、６はレベルスクリュ、７は軸受、８はウェイト、
１０はパイロットランプである。

得られたガーレー曲げ硬さＧ、を用い、次式から曲げ硬
さ指数Ｓを算出する。

ｓ　＝　ｃ　ｓ　／　Ｄ”　ｘ　１ｏ’ここでＳは曲げ
硬さ指数であり、Ｇｓは接着剤付着炭素繊維コードのガ
ーレー曲げ硬さくｍｇ）であり、Ｄは炭素繊維コードの
総デニール数である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の屈曲疲労性の改良されたゴム
補強用炭素繊維処理コードは、特定の範囲内の曲げ硬さ
となるように接着剤が付着されているので、炭素繊維の
ゴム中での屈曲疲労性を著るしく改良するとともに、実
用に供し得る程度のゴム−コード接着力を得ることがで
きる。

この結果、本発明の炭素繊維コードは、従来、炭素繊維
が適用できなかったタイヤ用ヘルド材、カーカス材、あ
るいはコンベアベルト用補強材として使用することがで
きる。

以下、本発明の実施例を述べる。

〔実施例〕

実施例１〜９、比較例１〜５ 原料として、引張強度３５０ｋｇ／ｍｍ２、引張弾性率
２４０００ｋｇ／ｍｍ２、Ｊｔ重１．７７、フィラメン
ト径７ｐの特性を有する炭素繊維フィラメン）　６００
０本からなる３６００　Ｄの炭素繊維を用いた（実施例
１〜７、比較例１〜５）。

前処理剤としては、第１表に示すＡ−Ｅの化合物を用い
た。

ＲＦ　Ｌは第２表に示す配合のものを用いた。

前処理剤を付着させたものは、第３表に示す温度で乾燥
した後に、ＲＦ　Ｌを塗布した。

前処理剤を施さないものは、そのままＲＦ　Ｌを塗布し
た。

ＲＦ　Ｌ塗布後、１３０℃で乾燥した後、１０回／１０
ｃｍの撚りを加えてコードとした後、２３０℃で熱処理
を施し、接着剤処理済コードを得た。

同様に、前記同様の特性を有する炭素繊維フィラメント
２０００本および３０００本からなる１２００Ｄおよび
１８００　Ｄの炭素繊維を用い、第１表の前処理剤Ａを
付着させた後、第３表のＲＦ　Ｌ、を付着させ、前記同
様に乾燥後、１０回／ＩＯＣｍの撚りを加え、１２０Ｏ
ｒ）／３、撚数１０２ＸＩＯ”　（回／ＩＯｃｍ）（実
施例８）および１８００Ｄ／２．１然数ｌｎ２ＸＩＯ’
（回／１０ｃｎ＋）（実施例９）のコートを得た。

このコードを２３０°Ｃで熱処理をして接着剤処理済コ
ードを得た。炭素繊維の構造、前処理剤の種類、前処理
剤乾燥温度、前処理剤イ・１前置、ＲＦ　Ｌ付着量を第
３表に示す。

得られた夫々の接着剤処理済二１−ドの曲げ硬さ指数を
、前記の方法で求めた。

また、ゴム中でのコードの屈曲疲労性を測定するため、
接着剤処理済コードをゴムに埋め込み、一定のストロー
クで屈曲される、いわゆるデイマチャー型屈曲疲労試験
を行なった。

ゴムとしては、第４表に示す配合ゴムを用いた。

また、この試験に供したゴムブロックは、幅２５．４＋
ｎ、長さ７６．２１ｍ、厚さ６．３５ｍ■で、この中に
炭素繊維コード３本を６．３５ｍｍ間隔でゴムプロ・ノ
りの長手方向に沿って埋め込み、１４８℃で３０分間、
加硫して準備した。

このゴムブロックをストローク３０ｍｍで１０万回屈曲
させた後に、ゴムブロックを３等分してコード入りゴム
ブロックを採取し、このコード入りゴムブロックを引張
りスピード３００ｍｍ／ｍｉｎ　。

チャック間距離３０１１で引張り屈曲後の引張り強さを
求め、未疲労時の引張り強さに対する１００分率を求め
てコードの屈曲疲労性（屈曲疲労強力保持率）とした。

リオキシエチレン（ｎ　＝　２０モル）付加物１５部を
混合した乳化物。

Ｂ：ブタジェンカルボン酸とエピクロルヒドリン反応物
のアセトン溶液。

Ｃ：ヘキサメチレンジイソシアネートとジエチレングリ
コールの反応物にエピクロルヒドリンを反応させた化合
物。

Ｄ：フェノオキシ樹脂（分子１２００００）のメチルエ
チルケトン溶液。

水酸化ナトリウム（１０％水溶液）６．３レゾルシン　
　　　　　　　　　２３．１ホルマリン（３７％）　　
　　　　　　２５．６ニボール２５１８ＦＳ（４０％）
”　　　　５４３．５アンモニア水（２８％）　　　　
　　　１３．９共重合ゴムラテックス（日本ゼオン■製
）（本頁以下余白） 第　　　４　　　表 天然ゴムｌ？ｓｓ＃３　　　　　　　　１００亜鉛華　
　　　　　　　　　　　　５ ステアリン酸　　　　　　　　　　２ カーボンブラツク（ＧＰＦ）　　　　　　５０老化防止
剤　′ｌ アロマチック油　　　　　　　　　７ 硫黄　　　　　　２．２５ 加硫促進剤ＤＭ　＊Ｎ　　　　　　　　　１本１：サン
トフレソクス１３（三菱モンサント社製）＊２ニジベン
ゾチアジルジスルフィド また、コードの接着力は、第４表に示した配合ゴムに、
コード長さを８龍で埋込み、１４８℃で３０分間加硫し
たものについて、加硫ゴムからコードを引抜く力を測定
して求めた。

種々の処理コードの処理内容および曲げ硬さ指数、ゴム
中での屈曲疲労性、接着力を第３表に併記した。

また、曲げ硬さ指数と、ゴム中での屈曲疲労性との関係
を第２図に示す。

第３表および第２図から明らかなように、コードの曲げ
硬さ指数Ｓを１．５以下にすることによって、ゴム中で
のコードの屈曲疲労性が著るしく改良される。

また、接着剤付着量が１０〜４０重量％であれば、実用
に供し得る十分な接着力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のゴム補強用炭素繊維コードの曲げ硬
さ指数の算出に用いるガーレー曲げ硬さく＋ｎｇ）を測
定するためのガーレ一式柔軟度試験機の概要説明図、第
２図は本発明のコードの曲げ硬さ指数と屈曲疲労強力保
持率との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 接着剤付着量が１０〜４０重量％であり、かつ次式で示
   される曲げ硬さ指数が１．５以下であることを特徴とす
   る屈曲疲労性の改良されたゴム補強用炭素繊維処理コー
   ド。 Ｓ＝（Ｇ＿ｓ）／（Ｄ＾２×１０＾４） ここでＳは曲げ硬さ指数であり、Ｇ＿ｓは接着剤付着炭
   素繊維コードのガーレー曲げ硬さ（ｍｇ）であり、Ｄは
   炭素繊維コードの総デニール数である。