JP4546814B2

JP4546814B2 - ゴム補強用繊維コードおよびホース

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Publication number: JP4546814B2
Application number: JP2004356551A
Authority: JP
Inventors: 誠司伊藤; 雅嗣古川
Original assignee: Teijin Techno Products Ltd
Current assignee: Teijin Techno Products Ltd
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JP2006161225A

Description

本発明はゴム接着性及び耐疲労性に優れたゴム補強用繊維コードおよび該コードで補強されたホースに関するものである。

従来、アラミドフィラメント糸は、高弾性、高強力、耐熱性などの特性を利用して、ゴムの補強材として用いられている。しかしながら、アラミド繊維自体はゴムとの接着性が悪く、疲労性も良好でないという問題がある。

かかる問題に対し、例えば、ゴムとの接着性が改良されたポリエステル繊維およびアラミド繊維を得るため、該繊維を特定の接着剤で被覆するという接着性向上処理法が提案されている（特許文献１など）。しかしながら、このような方法は、接着性向上のための処理を行うことが必要であることから製造工程が複雑になり、コスト高になるという問題がある。

これに対して、糸表面にループやたるみを有するアラミド混繊糸が提案されており、かかる混繊糸を用いることによって接着処理無しでも優れたゴムとの接着性が得られるとされている（特許文献２）。確かに、この混繊糸を用いることで、接着処理無しでも一定レベルの接着性が得られるものの、耐疲労性の点ではさらなる改善が必要であることがわかった。特にホース用途においては、上記混繊糸はコード表面の接触によってフィブリルが多く発生し、補強コードが破断してホースが破壊するといった現象が発生する。

特開２００１−１４６６８６号公報特開２００４−１６９２３７号公報

本発明の目的は、従来技術の上記課題を解決し、ゴムとの接着性が向上しているため、用途によっては接着性向上処理なしでもゴムの補強材として使用することができ、かつ耐疲労性が良好なゴム補強用繊維コード、および、耐疲労性が改善されたホースを提供することにある。

本発明者は上記問題を解決すべく検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、捲縮を有しないパラ型アラミド連続長繊維束が牽切され、その牽切された繊維が交絡および／または捲回により結束されている、平均繊維長が３０〜１２０ｃｍである牽切糸条が芯部に、メタ型アラミドステープル繊維が鞘部にそれぞれ配され、両繊維が少なくとも一部で絡み合っていることを特徴とするゴム補強用繊維コードである。さらに、本発明は、上記ゴム補強用繊維コードによって補強されたホースである。

本発明のゴム補強用繊維コードは、アラミドステープル繊維が鞘部に配されているため、ゴムに対してアンカー効果を発現し、接着剤無しでも高いレベルの接着特性を有している。また、芯部が牽切糸条で構成されているため、コードとして高い強力を維持しつつ、鞘部の繊維とも絡み合っていることによって高い接着性と耐疲労性を発揮することができる。さらに、本発明のホースは、上記ゴム補強用繊維コードで補強されているため、優れた耐疲労性を有している。

本発明のゴム補強用繊維コードにおいては、捲縮を有しないアラミド連続長繊維束が牽切され、その牽切された繊維が交絡および／または牽回により結束されている牽切糸条が芯部に、アラミドステープル繊維が鞘部にそれぞれ配され、両繊維が少なくとも一部で絡み合っており、さらに牽切糸条の平均繊維長が後述する範囲にあることが肝要である。かかる構成とすることで、ゴムとの接着性、耐疲労性に優れたコードを提供することができる。これに対して、芯部にアラミド繊維のフィラメント糸が配されている場合は、鞘部のアラミド繊維との間に十分な絡み合いを形成することができず、コードとしてゴムの補強に用いた際、該ゴムを剥離したとき鞘部のステープル繊維だけが剥離する接着破壊が起こり、十分な接着力が得られない。

本発明においては、芯部の牽切糸条を構成する繊維の平均繊維長が３０〜１２０ｃｍである必要がある。上記平均繊維長が、３０ｃｍ未満では、コードとして十分な強度を確保できず、一方、１２０ｃｍを越えると表面に発生する毛羽が少なくフィラメント糸に近くなり、鞘糸と十分な絡み合いを形成できなくなる。上記平均繊維長は好ましくは３０〜１００ｃｍ、より好ましくは３０〜８０ｃｍである。

本発明においては、前述したように芯部の繊維で十分な強度を確保する必要があり、該繊維の単繊維強度は好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、より好ましくは１４ｃＮ／ｄｔｅｘである。また、コードとして、好ましくは６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘを確保するよう芯部の牽切糸条の強度を設計するのが望ましい。

以上の観点から、芯部に配される繊維の組成としてはポリパラフェニレンテレフタラミド、ポリメタフェニレンテレフタラミドおよびコポリパラフェニレン−３，４−オキシジフェニレンテレフタラミドに代表される芳香族ポリアミド繊維またはこれらの混合繊維を好ましく挙げることができる。なお、十分な強力を保持する上で、ポリパラフェニレンテレフタラミド及び／又はコポリパラフェニレン−３，４−オキシジフェニレンテレフタラミドが芯糸の５０％以上を占めていることが好ましく、より好ましくは７０％以上、最も好ましくは９０％以上である。

一方、鞘部に配されるステープル繊維の平均繊維長は、あまり短過ぎてもゴムとのアンカー効果や、芯部の繊維との絡み合いが少なくなる傾向にあり、逆に長過ぎてもステープル繊維の端部の数が少なくなることになり、ゴムとのアンカー効果や、芯部の繊維との絡み合いが少なくなる。したがってステープル繊維の平均繊維長は、好ましくは２０〜１００ｍｍ、より好ましくは３０〜７０ｍｍである。

また、本発明においては驚くべきことに、芯部に前述した牽切糸条を、鞘部にステープル繊維をそれぞれ配したコードは、フィラメント糸からなるコードや、ステープル繊維のみで構成される紡績糸からなるコードに比べ、耐疲労性が格段に向上することを見出した。

なお、鞘部に配されるステープル繊維としては、芯部の繊維として例示した芳香族ポリアミド繊維またはこれらの混合繊維を好ましく挙げることができるが、我々の研究によれば特に鞘部のステープル繊維をメタ型アラミド繊維としたとき、耐疲労性が格段に改善されることがわかった。この理由は定かではないが、前述した牽切糸条、特に高強度のアラミド繊維からなる牽切糸条を、メタ型アラミドのステープル繊維で覆うことで、コード間の擦れによるフィブリルの発生が抑えられるためと考えられる。特に、ホースの場合は、この効果が著しい。上記メタ系アラミドとしては特にポリメタフェニレンテレフタラミドが好ましい。

本発明においては、鞘部のステープル繊維があまり多すぎると十分なコード強力が得られないため、コード表面を覆うのに必要かつ十分な量のステープル繊維を使用することが好ましい。したがって、芯部の牽切糸条の重量を１００とした場合、鞘部のステープル繊維の重量は、好ましくは１０〜１００、より好ましくは１５〜７０、さらに好ましくは２０〜５０である。

以上に説明した本発明のゴム補強繊維コードは、次の方法により製造することができる。まず、芯部の牽切糸条について説明するが、該牽切糸条は、例えば図１に示すような工程で製造される。すなわち、連続長繊維束１がニップローラー２とニップローラー４の間で連続長繊維束の切断伸度以上に伸張されて牽切され、引続き該牽切された繊維（以下、牽切繊維と称することがある）がニップローラー４から吸引空気ノズル５によって吸引されて引き取られ、次いで抱合空気ノズル６によって短繊維間に交絡およびまたは牽切繊維端部の捲回による結束が付与され、ニップローラー７を通して牽切糸条８として巻き取られる。

ここで、連続長繊維束が通常の紡績に使われる綿の様に捲縮を有していると、均一な牽切が難しくなる他、牽切糸条を伸張した際にその構成繊維の全てに均一な張力が作用し難く、十分な強度が発揮できない欠点が生じ好ましくない。
ニップローラー２とニップローラー４の距離、いわゆる牽切長は、牽切繊維の平均繊維長が２０〜１２０ｃｍになるよう、約５０〜１５０ｃｍに設定する。

また、抱合空気ノズル６による牽切された繊維の抱合は、インターレース式の空気ノズルによる繊維同士の交絡、あるいは旋回流式の空気ノズルによる繊維端部による捲回のどちらによる結束でも有功である。ただ、後者の場合は、繊維端部の捲回方向をこの後ステープル繊維と一緒に撚糸する撚糸方向と逆方向に捲回するよう設定した方が、得られるコードのトルクが少なくかつ芯鞘の結合も強くなり好ましい。
さらに、上記抱合を付与する際は、牽切糸条の繊維配列を良くして強度を高めるため、牽切糸条の張力を０．０９ｃＮ／ｄｔｅｘ以上に高く緊張することが好ましい。

次に、上記牽切糸条を芯部とし、鞘部にステープル繊維を配した本発明のゴム補強用繊維コードとするには次の方法を採用することができる。
すなわち、例えば図２に示す装置により、ステープル繊維からなる粗糸をニップローラー１２、１３、１４の間でドラフトしながら細くし、該ステープル繊維束の中央部にニップローラー１４から上記牽切糸条を挿入して引き揃え、引き続きリング撚糸巻き取り装置１５にて、牽切糸条を構成する繊維とステープル繊維を交絡させながら該牽切糸条の周囲にステープル繊維を鞘状に配し、さらに同時にこれを撚糸することにより、本発明のゴム補強用繊維コード１６が得られる。

なお、ニップローラー１４から牽切糸条を挿入する際は、引き揃えるステープル繊維と同時に撚糸する際に該牽切糸条が芯部に位置するよう、ステープル繊維より緊張状態で給糸することが好ましい。
また、上記コードを製造する際、牽切糸条として、前述した方法で製造した牽切糸条を２〜１０本、好ましくは２〜６本合糸したものを用いてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明の構成および効果をさらに詳細に説明する。なお、実施例における各物性は下記方法により求めたものである。
（１）平均繊維長
ステープルダイヤグラムにおける繊維長と繊維本数を掛け合わせた数を全繊維本数で除した値である。

（２）剥離接着力
処理コードとゴムとの接着力を示すものである。天然ゴムを主成分とするカーカス配合の未加硫ゴムシート表層近くに５本のコードを埋め、１５０℃、３０分間、５００Ｎ／ｃｍ^２のプレス圧力で加硫し、次いで、両端のコードを残し３本のコードをゴムシート面に対し９０度の方向へ２００ｍｍ／分の速度で剥離するのに重したカをＮ／Ｃｏｒｄで示したものである。

（３）ホース疲労テスト
ＡＣＭ（アクリルゴム：日本ゼオン製）から成る熱可塑性エラストマーを内管とし、その外側に所定の繊維をブレードした後、ＡＣＭ熱可塑性エラストマーを外管として配置した内径９．５ｍｍ及び外径１７．４ｍｍのホースを製造した。このホースにつきＪＩＳＫ６３７５７．７項に準拠した衝撃圧力試験を行った。試験油はＪＩＳＫ２３１３に規定する２種に相当する鉱物油を使用し、油温９３℃で最高圧力２７００Ｎ／ｃｍ^２の矩形波を回繰り返した。

［実施例１］
図１に示すような牽切糸条の製造装置を使用して、連続長繊維束１として、全繊度１１００ｄｔｅｘ、単繊維繊度０．８３ｄｔｅｘ、強度２４ｃＮ／ｄｔｅｘの捲縮を有しないパラ型アラミド繊維（テクノーラ：帝人テクノプロダクツ（株）製）を２本用い、該連続長繊維束をニップローラー２とニップローラー４の間で６．７倍の牽切比（ニップローラー４の表面速度／ニップローラー２の表面速度）、ニップローラー４の表面速度３００ｍ／分で牽切し、引き続き該牽切繊維束をニップローラー４から吸引空気ノズル５によって吸引して取り出すと共に、該繊維束をＺ撚りが掛かる方向の旋回流を有した抱合空気ノズル６に通して該繊維束に交絡および牽切繊維端部による捲回を付与して結束し、次いでニップローラー７を経て、巻き取り装置９で巻き取り、総繊度３３０ｄｔｅｘ、平均繊維長４５ｃｍ、強度１９ｃＮ／ｄｔｅｘの牽切糸条８が得られた。なお、この時のニップローラー２とニップローラー４の間の距離（牽切長）は、１００ｃｍに設定した。この牽切糸条を５本合糸して、全繊度が１６５０ｄｔｅｘの芯糸とした。

次に、図２に示すような精紡機を使用して、全繊度８０００ｄｔｅｘ、単繊維繊度２．２ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍのメタ型アラミドステープル繊維（コーネックス：帝人テクノプロダクツ（株）製）の粗糸１１を、ニップローラー１２、１３、１４に通して平均６００ｄｔｅｘの繊維束にドラフトし、これにニップローラー１４の上流部で前記芯糸１０と引き揃えて挿入し、リング撚糸装置１５によって２２０ｔ／ｍのＺ方向の撚糸を施してゴム補強用繊維コードを得た。結果を表１に示す。なお、表１で、ＰＡ−牽切糸条はパラ型アラミド（ＰＡ）の牽切糸条を、ＭＡ−ＳＦはメタ型アラミド（ＭＡ）のステープル繊維（ＳＦ）をそれぞれ示す。
剥離接着力の測定では、鞘部のメタ型アラミドステープル繊維だけがゴムと共に剥ぎ取られることはなく、該ステープル繊維と芯部のパラ型アラミド繊維とが絡み合っていることが確認された。

［実施例２］
鞘糸として、全繊度が５３００ｄｔｅｘのメタ型アラミドステープル繊維（ＭＡ−ＳＦ）を用い、ドラフト後の繊維束の繊度を平均４００ｄｔｅｘとなるようにした以外は、実施例１と同様にして、ゴム補強用繊維コードを得た。結果を表１に示す。

［実施例３］
芯糸を構成するパラ型アラミド繊維の牽切糸条（ＰＡ−牽切糸条）の製造において、ローラー間距離（牽切長）を８０ｃｍに変更し、平均繊維長を３７ｃｍとした以外は実施例１と同様にして、ゴム補強用繊維コードを得た。結果を表１に示す。

［実施例４］
芯糸を構成するパラ型アラミド繊維の牽切糸条（ＰＡ−牽切糸条）の製造において、ローラー間距離（牽切長）を１７０ｃｍに変更し、平均繊維長を８０ｃｍとした以外は実施例１と同様にして、ゴム補強用繊維コードを得た。結果を表１に示す。

［実施例５］
鞘糸を、単繊維繊度０．９ｄｔｅｘ、平均繊維長が３８ｍｍのメタ型アラミドステープル糸（ＭＡ−ＳＦ）に変更した以外は、実施例１と同様にしてゴム補強用繊維コードを得た。結果を表１に示す。

［実施例６］
芯糸として、実施例１で製造したパラ型アラミド牽切糸条（ＰＡ−牽切糸条）を４本合糸し、１３２０ｄｔｅｘとしたものを用いた。また、鞘糸として、全繊度が１３３００ｄｔｅｘのメタ型アラミドステープル繊維（ＭＡ−ＳＦ）を用い、ドラフト後の繊維束の繊度を平均１０００ｄｔｅｘとなるようにした。それ以外は、実施例１と同様にして、ゴム補強用繊維コードを得た。結果を表１に示す。

なお、実施例２〜６ではいずれも、剥離接着力の測定では実施例１と同様、鞘部のメタ型アラミドステープル繊維と芯部のパラ型アラミド繊維とが絡み合っていることが確認された。

［比較例１］
実施例１で得られたパラ型アラミド牽切糸条（ＰＡ−牽切糸条）のみを用い、これを７本合糸（全繊度２３１０ｄｔｅｘ）して、２２０ｔ／ｍの撚を加えて、ゴム補強用繊維コードを得た。結果を表１に示す。

［比較例２］
芯糸として、牽切糸条５本を合糸したものに代えて、単糸繊度０．８３ｄｔｅｘ、強度２４ｃＮ／ｄｔｅｘ、全繊度１６５０ｄｔｅｘのパラ型ポリアミド繊維（テクノーラ：帝人テクノプロダクツ（株）製）のフィラメント糸（ＰＡ−ＦＹ）を使用した以外は、実施例１と同様にしてゴム補強用繊維コードを得た。撚数は２２０ｔ／ｍのＺ撚であった。結果を表１に示す。なお、剥離接着力の測定では、鞘部のメタ型アラミドステープル繊維だけがゴムと共に剥ぎ取られ、該ステープル繊維と芯部のパラ型アラミド繊維とがほとんど絡み合っていないことが確認された。

本発明のゴム補強用繊維コードは、アラミドステープル繊維が鞘部に配されているため、ゴムに対してアンカー効果を発現し、接着剤無しでも高いレベルの接着特性を有している。また、芯部がアラミド牽切糸条で構成されているため、コードとして高い強力を維持しつつ、鞘部の繊維とも絡み合っており高い接着性と耐疲労性を発揮する。特に、メタ系アラミドステープル繊維を鞘部に配したとき、高いレベルの耐疲労性を確保することができる。このため、本発明のゴム補強用繊維コードは、ベルト、タイヤなど種々の産業用補強材、特にホース用ゴム補強用繊維として極めて有用である。

また、上記ゴム補強用繊維コードで補強されている本発明のホースは優れた耐疲労性を有しており、ホース寿命を延ばすことができ経済的であると共に、従来使用が難しかった用途にも幅広く用いることができる。

牽切糸条の製造装置の一例を示す概略図である。ゴム補強用繊維コードの製造装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１連続長繊維束
２、４、７ニップローラー
３牽切中の繊維束の乱れを防止するガイド
５吸引空気ノズル
６抱合付与空気ノズル
８牽切糸条
９巻き取り装置
１０芯糸
１１ステープル繊維からなる粗糸
１２、１３、１４ニップローラー
１５リング撚糸装置
１６芯鞘２層構造紡績糸

Claims

捲縮を有しないパラ型アラミド連続長繊維束が牽切され、その牽切された繊維が交絡および／または捲回により結束されている、平均繊維長が３０〜１２０ｃｍである牽切糸条が芯部に、メタ型アラミドステープル繊維が鞘部にそれぞれ配され、両繊維が少なくとも一部で絡み合っていることを特徴とするゴム補強用繊維コード。
芯部に配されているアラミド繊維の単繊維強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である請求項１記載のゴム補強用繊維コード。
ゴム補強用繊維コードにおける芯部と鞘部の繊維の比率（芯部：鞘部）が重量を基準として１００：１０〜１００：１００である請求項１または２記載のゴム補強用繊維コード。
請求項１〜３のいずれかに記載のゴム補強用繊維コードによって補強されたホース。