JP2007154364A - ゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を発揮するゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料を提供する。
【解決手段】炭素繊維束に、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）が、該炭素繊維束１００重量部に対して５〜２０重量部付着してなるゴム補強用コードとする。また、上記ゴム補強用コードで補強してなる繊維強化ゴム材料とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料に関するものであり、詳しくはタイヤ、ベルト、ホース等の産業資材に好適に使用できるゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料に関する。

従来、ゴム補強用コードにより補強された繊維強化ゴム材料はタイヤ、ベルト、ホース等の産業資材に使用されている。これらのゴム材料には、補強用コードとしてナイロン繊維やポリエステル繊維等の有機繊維が使われており、また、かかる補強コードで補強された繊維強化ゴム材料は実用的な耐疲労性を有することから、広く用いられている。
この強化繊維には、引張強度、引張弾性率、耐熱性、耐水性、耐疲労性等の特性が要求される。中でも外力等による変形に耐性を持たせるため、耐疲労性が重視される。

炭素繊維は、引張強度、引張弾性率、耐熱性、耐水性が良好なことから、炭素繊維が用いられた繊維強化ゴム材料は、寸法安定性、耐候性等に優れるが、かかる繊維強化ゴム材料は、単繊維同士の擦過によるコードの切断、コードとゴムとの界面剥離が生じやすく、耐疲労性に劣るといった問題がある。
こうした問題を解決する試みとして、特許文献１には、ブロックドイソシアネート誘導体を含む樹脂組成物を炭素繊維束に含浸させたゴム補強用コード（引用文献１）や、ポリウレタンを含む樹脂組成物を含浸させたゴム補強用コード（引用文献２）が提案されている。

しかしながら、上記のゴム補強用コードによっても、タイヤ、ベルト、ホース等の用途に用いたとき耐疲労性は未だ十分なものとは言えず、耐疲労性は不十分であり、炭素繊維が使用されてなるゴム補強用コードの中で、実質的に問題のない耐疲労性を有するものは、未だ得られていないのが現状である。

特開２００１−２０００６７号公報 特開２００２−７１０５７号公報

本発明は、ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を発揮するゴム補強用コード及び繊維強化ゴム材料を提供することを目的とする。

本発明者らが鋭意検討を行った結果、上記の課題は、炭素繊維束に、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）が、該炭素繊維束１００重量部に対して５〜２０重量部付着してなることを特徴とするゴム補強用コード、および、該ゴム補強用コードにより補強された繊維強化ゴム材料により達成できることを見出した。

本発明のゴム補強用コードは、ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を有する。このため、上記ゴム補強用コードを用いてなるタイヤ、ベルト、ホース等の繊維強化ゴム材料は優れた屈曲耐疲労性を発揮する。

本発明のゴム補強コードは、炭素繊維束からなるコードである。本発明に用いる炭素繊維束は、弾性率が２３０ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは２３５ＭＰａ以上、さらに好ましくは２９０ＭＰａである。炭素繊維束の弾性率を２３０ＭＰａ以上とすることによって、該炭素繊維束で補強した繊維強化ゴム材料は寸法安定性が優れたものとなる。

本発明においては、上記炭素繊維束に、ＳＥＢＳが、該炭素繊維束１００重量部に対して５〜２０重量部付着していることが肝要である。これにより、高弾性率・高強度を有しながら、ゴムとの接着性が良く、屈曲変形に対する耐疲労性に優れ、単繊維同士の擦過によるコード破断が発生し難い繊維強化ゴム材料が得られることを見出した。

したがって、上記のＳＥＢＳの付着量が５重量部未満であると、不十分であり、単繊維間同士の擦過を防ぐことができない。また２０重量部以上であると付着量が多すぎコード径が大きくなってしまう。よって屈曲変形による応力が大きくなり、破壊してしまうことがある。かかる観点から、ＳＥＢＳの付着量は、炭素繊維束１００重量部に対して、好ましくは５〜１５重量部であり、より好ましくは７〜１０重量部である。

本発明のにおいては、ＳＥＢＳを付着させた炭素繊維束にＲＦＬを付与することにより、ＲＦＬとの親和性が非常に高いという効果も手伝って、ゴムとの接着力がさらに向上する。さらに、ゴムと炭素繊維間の界面剥離が生じ難くなり、耐疲労性をさらに向上させることができる。

上記ＲＦＬは、例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリ性化合物を含むアルカリ水溶液内に、レゾルシンとホルマリンを添加して、室温で数時間整置し、レゾルシンとホルムアルデヒドを初期縮合させた後、ゴムラテックスを加えて混合エマルジョンとする方法により調整される。

ゴムラテックスとしては、アクリロニトリル−ブタジエンラテックス、イソプレンゴムラテックス、ウレタンゴムラテックス、スチレン−ブタジエンゴムラテックス、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックス等が使用できる。中でもビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックスは耐疲労性の向上に特に効果的であり、好ましく用いられる。

本発明において、ＲＦＬの付着量は、あまり少なすぎてもゴム接着性が低下する傾向にあり、逆に低すぎてもコードが硬くなる傾向にある。このため、上記付着量は、炭素繊維束１００重量％に対して、好ましくは１〜１０重量％であり、より好ましくは２〜８重量％である。

本発明のゴム補強用コードにより補強した繊維強化ゴム材料は、屈曲変形などに対して優れた耐久性を発揮する。また、かかる繊維強化ゴム材料としては、タイヤ、ベルト、ホースなどが挙げられる。

上記ゴム材料に用いるゴムとしては、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、多硫化ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム等が使用できる。

なお、上記ゴムには、主成分のゴムの他に、材料の改質等のため、カーボンブラック、シリカ等の無機充填剤、クマロン樹脂、フェノール樹脂等の有機充填剤、ナフテン系オイル等の軟化剤が含まれていてもよい。

以上に説明した本発明のゴム補強用コードは、例えば次の方法により製造することができる。すなわち、ＳＥＢＳを含む処理液に浸漬した後、加熱乾燥炉を通過させ乾燥させることにより製造することができる。さらに、ＲＦＬを付着させる場合は、上記のように、ＳＥＢＳを含む処理液に浸漬した後、または、上記処理液に浸漬し一旦乾燥させた後、ＲＦＬを含む処理液に浸漬させ、乾燥することによって炭素繊維束に付着させることができる。

また、繊維強化ゴム材料は、例えば、上記ゴム補強用コードを必要本数引き揃え、これをゴムで挟み込み、さらにプレス機で加圧、加熱して成形することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。実施例ではコード及び繊維強化ゴム材料の製造に当たり、次に示す材料を用いた。
（ａ）炭素繊維束
・炭素繊維束Ａ（繊度８０００ｄｔｅｘ）“ＨＴＡ−１２Ｋ”（東邦テナックス（株）製）
・炭素繊維束Ｂ（繊度５１００ｄｔｅｘ）“ＬＭ１６−１２Ｋ”（東邦テナックス（株）製）
（ｂ）スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）
・“ユカレジンＭＰ−１９４３”（吉村油化学（株）製）
（ｃ）ブロックドイソシアネート
・ヘキサメチレンジイソシアネート化合物（イソシアネート官能基当量：１６８）のオキシムブロック物“デスモジュール”ＢＬ３１７５（住友バイエルウレタン（株）製）
（ｄ）ポリウレタン
・ポリエステル系ポリウレタン水分散体“スーパーフレックス”Ｅ−２０００（第一工業製薬（株）製）
（ｅ）ＲＦＬ
・“スミカノール７００Ｓ”（住友化学（株）製）
・ビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックス“２５１８ＦＳ”（日本ゼオン（株）製）
・スチレン−ブタジエンゴムラテックス“ニッポールＬＸ−１１２”（日本ゼオン(株)製）
ＲＦＬは、これらをスミカノール７００Ｓ：２５１８ＦＳ：ニッポールＬＸ−１１２＝７：６５：２８の割合で混合して用いた。

また、実施例に示す各物性は、次の方法により測定した。
（１）炭素繊維束の強度及び弾性率
ＪＩＳ Ｒ７６０１に準拠して測定した。

（２）耐疲労性
天然ゴムとスチレン−ブタジエンゴムの複合ゴム（厚さ０．２ｍｍ）をドラムに捲回し、その上から、ゴム補強用コードを８本／ｉｎｃｈの間隔で捲回する。その上へ同じゴム基材を張り合わせ、コードを含むシートを作製する。同様に、ゴム補強用コードの間隔が２４本／ｉｎｃｈのシートを作製する。
こうして得たシートを用いて、ゴム（１ｍｍ）／コード（８本／ｉｎｃｈ）／ゴム（２ｍｍ）／コード（２４ｉｎｃｈ／本）／ゴム（１ｍｍ）のサンプルを作製した。さらにプレス機内でゴムを温度１５０℃、圧力０．９ＭＰａ、時間３５分の条件で加硫させ、ベルト状試験片を作製した。
上記ベルト状試験片を、８本／ｉｎｃｈのコードを下にして、直径５０ｍｍのローラーに掛けた。圧力０．２ＭＰａで引上げ、１万回上下に対称運転させた後、８本／ｉｎｃｈのコードを取り出し、残存強力を測定し、強力保持率を算出した。この強力保持率が高いほど、耐疲労性は優れている。なお、強力保持率は、上記の炭素繊維束の強度測定において得られた、炭素繊維束の強力を基準に算出した。

（３）ゴム接着性
コードを５本／５ｃｍの間隔で天然ゴムとスチレン−ブタジエンゴムの混合ゴムに埋め込み、加圧下で１５０℃、３０分間プレス加硫を行い、放冷後糸状束をゴムブロックから３００ｍｍ／分の速度で引き剥がし、ゴムの付き具合を目視評価した。コードにゴムが良く接着しているものをＡとし、ゴムの接着が悪いものをＣとし、Ａ、Ｂ、Ｃの３段階で評価した。

［実施例１］
炭素繊維束Ａを速度１０ｍ／分で搬送し、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）を水に分散させた処理液（ＳＥＢＳの割合が１０重量％）に浸漬し、温度１８０℃の加熱炉内を通過させ、水分を除去した。一定長さ当たりの炭素繊維重量を予め測定しておき、ＳＥＢＳ含浸後の同一長さのコード重量を測定することで、差分からＳＥＢＳの付着量を測定した。得られたものをリング撚糸機で下撚りをかけ、次に下撚りしたものを複数本合わせて上撚りをかけた。次に得られたコードを、前述したＲＦＬを水に分散させた処理液（ＲＦＬの割合が１０重量％）に浸漬し、加熱炉内を通過させて水分を除去し、ゴム補強用コードを作製した。ＲＦＬの付着量は炭素繊維束１００重量％に対して５重量部であった。結果を表１に示す。

［実施例２］
炭素繊維束Ａを炭素繊維束Ｂに変更した以外は、実施例１と同様にして、ゴム補強用コードを作製した。結果を表１に示す。

［実施例３］
ＲＦＬ処理をしなかった以外は、実施例１と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表１に示す。

［実施例４、比較例１及び２］
炭素繊維束Ａの搬送速度を変更し、ＳＥＢＳの付着量を表１のように変更した以外は、実施例１と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表１に示す。

［比較例３］
炭素繊維束Ａを炭素繊維束Ｂに変更した以外は、比較例２と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表１に示す。

［比較例４及び５］
処理剤をＳＥＢＳから、前述したブロックドイソシアネートまたはポリウレタンに変更した以外は、実施例１と同様にしてゴム補強用コードを作製した。結果を表１に示す。

本発明のゴム補強用コードは、ゴムとの接着性が良好であり、屈曲変形等の応力変形に対して優れた耐疲労性を有する。このため、上記ゴム補強用コードはタイヤ、ベルト、ホース等の繊維強化ゴム材料に好適に用いることができる。また、上記の繊維強化ゴム材料は優れた屈曲耐疲労性を発揮し、その産業上の利用価値が極めて高いものである。

Claims (4)

1. 炭素繊維束に、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）が、該炭素繊維束１００重量部に対して５〜２０重量部付着してなることを特徴とするゴム補強用コード。
2. 炭素繊維束の弾性率が２３０ＭＰａ以上である請求項１に記載のゴム補強用コード。
3. 炭素繊維束にＲＦＬが付着している請求項１又は２に記載のゴム補強用コード。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のゴム補強コードで補強してなることを特徴とする繊維強化ゴム材料。