(57)【要約】【課題】  ウェルドラインの発生をなくし、流動抵抗と内圧を減じて筒状成形体の吐出量を多くし、そして短繊維の配向性を向上させた短繊維入りゴムシートの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  短繊維とゴムをシリンダー３の押出スクリュー４で混練りした後、ギアポンプ３０を通じて、出口へ向かって徐々に径を拡張して円錐形にした内ダイ７を外ダイ６に収容した環状拡張ダイ５によって押出し、得られた短繊維入ゴムの筒状成形体１０を切開してシートに仕上げる短繊維入りゴムシートの製造方法である。押出スクリュー４で混練した短繊維混入ゴム１５が、流動阻害を受けず、かつ流れ方向を変えることなく移動し、環状拡張ダイ５のゴム通路８の中を通過しながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体１０に押出成形され、上記筒状成形体１０が押出方向に沿って切断されて一枚シート２２に巻き取られる。【選択図】      図３
2004175103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維とゴムをシリンダーの押出スクリューで混練りした後、出口へ向かって徐々に径を拡張して円錐形にした内ダイを外ダイに収容した環状拡張ダイによって押出し、得られた短繊維入りゴムの筒状成形体を切開してシートに仕上げる短繊維入りゴムシートの製造方法において、
該押出スクリューで混練された短繊維混入りゴムが、流動阻害を受けず、かつ流れ方向を変えることなく移動し、環状拡張ダイのゴム通路の中を通過しながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出成形され、
上記筒状成形体を押出方向に沿って切断しながら一枚のゴムシートに巻き取る、
ことを特徴とする短繊維入りゴムシートの製造方法。
【請求項２】
押出スクリューと内ダイ間のゴム通路は、短繊維混入ゴムのみが存在する空間を形成している請求項１記載の短繊維入りゴムシートの製造方法。
【請求項３】
押出スクリューで混練された短繊維混入ゴムは、ギアポンプを通した後、拡張ダイに案内される請求項１又は２記載の短繊維入りゴムシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は短繊維入りゴムシートの製造方法に係り、詳しくは押出スクリューで混練した短繊維混入ゴムが流動阻害を受けず、かつ流れ方向を変えることなく移動し、そして吐出口へ向かって徐々に径を大きくした拡張ダイのゴム通路の中を通過しながら短繊維を円周方向へ配向させた筒状成形体に押出することで、ウェルドラインの発生をなくし、流動抵抗と内圧を減じて筒状成形体の吐出量を多くし、そして短繊維の配向性を向上させた短繊維入りゴムシートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から未加硫ゴム中に短繊維を一定方向へ配向させる方法としては、圧延シート作製工程において回転速度を変えた一対のカレンダーロールに短繊維を含んだ未加硫ゴムを投入し、圧延されたゴムシート中の短繊維をシートの圧延方向へ配向させ、そして成形するベルト幅に応じて切断していた。その後、積層工程においてカットした圧延シートを数枚重ね合わせて所定厚みに積層し、続いて巻付け工程において短繊維が幅方向に配向した積層物を成形ドラムに巻き付けて伝動ベルトの製造に使用していた。
【０００３】
即ち、ＶリブドベルトやローエッジＶベルトの伝動ベルトの製造方法では、円筒状の成型ドラムの周面に１〜複数枚のカバー帆布と接着ゴム層とを巻き付けた後、この上にコードからなる心線を螺旋状にスピニングし、更に圧縮ゴム層を順次巻き付けて積層体を得た後、これを加硫してベルトスリーブにしていた。ここで使用する圧縮ゴム層は、３〜４枚重ね合わせた厚みのもので、シート幅方向に短繊維が配向したものを成型ドラムに巻き付けていた。
【０００４】
しかし、圧延シートは、厚みを薄くしなければ、短繊維をシート圧延方向に充分に配向させることができないため、やむを得ずシートを重ねて所望の厚みとしていることから、ベルト成形用シートを得るには多大の工数を要していた。
【０００５】
これを改善する方法として、拡張ダイを取付けた押出機を用い、短繊維を押出円筒体の円周方向に配向させるもので、中間空間に、入口空間の所定の流路幅から出口空間の所定の流路幅まで流路幅が変化する拡大空間部を設け、拡張ダイの出口空間の断面積を入口空間の断面積より所定量大きく形成し、さらに入口部分の流路幅が中間部分の流路幅よりも狭く、出口部分の流路幅が中間部分の流路幅以下に設定したものが、提案された。しかも、上記拡張ダイは外ダイと内ダイとセンターブロックからなり、押出機に取付けたスパイダー軸に拡張ダイを機械的に固定した構造になっている。（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
また、特許文献２には、拡張ダイから押出された円筒状の短繊維複合エラストマーを拡張ダイから押出した後、更に円周方向に徐々に伸張させる製造装置が提案されているが、ここでも押出機に取付けたスパイダー軸に内側ダイを機械的に固定した構造になっている。
【特許文献１】特公平６−９８４７号公報
【特許文献２】特公平６−８８３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の拡張ダイを使用する方法では、入口空間／中間空間、中間空間／出口空間の流路幅比率、入口部分／出口部分の半径、断面積の制御により３次元的に配向率の調整を行うものであるが、ダイ形状に起因する流れの力で配向率を制御しているため、ダイを交換しなければ配向率を変えることができなかった。
【０００８】
しかも、上記拡張ダイは外ダイと内ダイとセンターブロックからなり、押出機に取付けたスパイダー軸にこれらの部材を機械的に固定した構造になっているため、ゴムの流れがスパイダー軸によって阻害され、内圧を減じて筒状成形体の吐出量を多することが困難であった。しかも、２つのゴム通路内の流動ゴムがダイの入口付近でスパイダー軸に巻き込んで当接し、この部分でウェルドラインが発生した。即ち、右回りと左回り方向へ塑性流動中の短繊維混入ゴムが衝突する領域あるいは流れ難い領域になり、短繊維がランダム配向して配向性も悪く、また厚みも他の領域に比べて薄くなり、品質的に不具合のある領域となっていた。
【０００９】
また、シリンダーの先端に接続したダイによってゴムの流れを水平方向から直角方向へ変換したクロスヘッドの押出しでは、ダイ部は垂直方向に配置されるために撓み等の内部歪みが小さいため円筒押出成形品の厚み等の寸法精度が向上する。しかし、円筒押出成形品の円周方向の厚み分布を均一化させるためのクロスヘッド内のゴム流路設計（フローガイド）によって、通常、ウェルドラインが押出機側とこれと１８０°対角側の２個所から、押出機側から１８０°対角側の１個所で発生した。
【００１０】
本発明はかかる問題に着目し、鋭意研究した結果、短繊維混入ゴムをシリンダー内で流動阻害させず、かつ流れ方向を変えることなく移動させ、吐出口へ向かって徐々に径を大きくした拡張ダイのゴム通路の中を通過させながら短繊維を円周方向へ配向させた筒状成形体に押出して、ウェルドラインの発生をなくし、流動抵抗と内圧を減じて筒状成形体の吐出量を多くし、そして短繊維の配向性を向上させた短繊維入りゴムシートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成すべく本願請求項１記載の発明は、短繊維とゴムをシリンダーの押出スクリューで混練りした後、出口へ向かって徐々に径を拡張して円錐形にした内ダイを外ダイに収容した環状拡張ダイによって押出し、得られた短繊維入ゴムの筒状成形体を切開してシートに仕上げる短繊維入りゴムシートの製造方法において、
該押出スクリューで混練された短繊維混入ゴムが、流動阻害を受けず、かつ流れ方向を変えることなく移動し、環状拡張ダイのゴム通路の中を通過しながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出成形され、
上記筒状成形体を押出方向に沿って切断しながら一枚のゴムシートに巻き取る、短繊維入りゴムシートの製造方法にある。
【００１２】
この製造方法では、押出スクリューで混練した短繊維混入ゴムがシリンダー内で流動阻害を受けずに、かつ流れ方向を変えることなく移動するために、筒状成形体にはウェルドラインが発生せず、またシリンダー内の内圧を高めて筒状成形体の吐出量を多くし、そして短繊維の配向を向上させることができる。
【００１３】
本願請求項２記載の発明は、押出スクリューと内ダイ間のゴム通路が、短繊維混入ゴムのみが存在する空間を形成している短繊維入りゴムシートの製造方法にあり、該ゴム通路の容積が広くなって短繊維混入ゴムがシリンダー内を流動し易くなっている。
【００１４】
本願請求項３記載の発明は、押出スクリューで混練された短繊維混入ゴムは、ギアポンプを通した後、拡張ダイに案内される短繊維入りゴムシートの製造方法にあり、大量の短繊維混入ゴムを低圧力で拡張ダイへ送り込んで、内部発熱の少ない短繊維配向ゴムシートにすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願請求項に係る発明では、押出スクリューで混練した短繊維混入ゴムがシリンダー内で流動阻害を受けず、かつ流れ方向を変えることなく移動し、そして環境拡張ダイのゴム通路の中を通過させながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体を押出成形し、筒状成形体を押出方向に沿って切断除去しながら一枚のゴムシートに巻き取る短繊維入りゴムシートの製造方法にあり、筒状成形体にはウェルドラインの発生をなくし、流動抵抗と内圧を減じて筒状成形体の吐出量を多くし、そして短繊維の配向性を向上させることができる。また多量の短繊維混入ゴムを低圧力で拡張ダイに送り込むことで、内部発熱が少ないゴムシートが得られるとともに、押出スクリューの長さを短縮して装置を小型化できるといった効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明に係る短繊維入りゴムシートの製造方法に使用する押出装置の概略図であり、図２は押出成形された円筒状成形体を直線状に切開しながら短繊維入りゴムシートにする状態の概略図である。本短繊維入りゴムシートの製造方法に用いる押出装置１では、シリンダー３内の押出スクリュー４の回転により短繊維含有ゴムを混練する押出機２と、外ダイ６と円錐形状の内ダイ７を組合せて出口へ向かって徐々に径を拡張してゴム通路８を有する環状拡張ダイ５と、押出された直後の筒状成形体１０の頂部を切断してゴムシートにする切断手段１２とから構成されている。
【００１８】
上記押出機２のシリンダー３内には、回転可能に押出スクリュー４が収容され、原料投入口から入れて短繊維を含むゴム配合物を押出スクリュー４の回転により混練して短繊維混入ゴム１５にする。この時にシリンダー３内の空気やゴム配合物から発生したガス等は排気口（図示せず）から排出される。シリンダー３の温度はゴム種に応じて変更するが、通常４０〜１００°Ｃに調節され、短繊維とゴムは混練されやすい温度に加熱されて熱可塑化し、押出成形しやすい状態になる。また、この場合の混練時間はゴムの加硫が進行しない程度に調節する。
【００１９】
環状拡張ダイ５は、円錐形の内ダイ７と外ダイ６を組合せて、これらのダイ６、７の間に所定間隙のゴム通路８を設けている。短繊維混入ゴム１５は吐出口９へ向かって徐々に大きくなる円周方向への引き伸ばしを受けながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体１０に押出成形する。
【００２０】
内ダイ７は押出装置１の外側に配置された支持部材１７に機械的に固定され、内ダイ７と押出スクリュー４間のゴム通路１８は短繊維混入ゴムのみが存在する空間になり、また内ダイ７と押出スクリュー４の先端部とは、相対向した位置にあって同一の中心軸線上に配置されている。このため、押出スクリュー４によって混練された短繊維混入ゴム１５はゴム通路１８内で流動阻害を受けず、かつ流れ方向を変えることなくスムーズに移動し、そして環状拡張ダイ５のゴム通路８の中を通過しながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体１０に押出成形する。
【００２１】
内ダイ７と外ダイ６の流路幅（ニップル）は、入口から吐出口９付近まで均一にして短繊維混入ゴム１５をブレーキをかけることなくスムーズに押圧し、そして吐出口９付近で小さくして、内部歪みのない均一な厚みの筒状成形体１０に仕上げる。
【００２２】
内ダイ７の形状は、先端部２０から吐出口９へ向かって徐々に径が拡張し、そのテーパー角度θが３０°≦θ≦８０°である。ゴム流路入口径が２０〜１２０ｍｍ、ゴム流路出口径が１００〜４４０ｍｍ、そしてその比率である拡張比（ゴム流路出口径／ゴム流路入口径）が１．５〜１２．５に設定される。この設定範囲未満であれば、内ダイ７の吐出口９付近での円周方向への引き伸ばしが小さくて、厚みの大きな筒状成形体１０の内外層では短繊維が円周方向に配向しにくくなり、一方この設定範囲を越えると、円周方向への引き伸ばしが大きくなり過ぎて、押出圧力が劣る場合には、筒状成形体１０が裂けやすい。
【００２３】
切断手段１２は、カッター、ナイフといった刃物、あるいはレーザーナイフ、超音波振動付きカッターからなり、筒状成形体１２を引裂くように切断し、１枚の所定幅を有するシート２２に仕上げる。（図２参照）無論、刃物のような切断手段１２を加熱保温すれば、筒状成形体１０の切開を容易にすることもできる。切断された１枚のシート２２は個別にガイドロールを経由し、ライナーとともに巻取ロール（図示せず）に巻付けられる。
【００２４】
ここで使用するゴムとしては、天然ゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、アルキル化クロロスルファン化ポリエチレン、水素化ニトリルゴム、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマー、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）やエチレン−プロピレン−ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）からなるエチレン−α−オレフィンエラストマー等のゴム材の単独、またはこれらの混合物が使用される。ジエンモノマーの例としては、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエンなどが挙げることができる。
【００２５】
上記ゴムには、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、綿等の繊維からなり繊維の長さは繊維の種類によって異なるが、１〜１０ｍｍ程度の短繊維が用いられ、例えばアラミド繊維であると３〜５ｍｍ程度、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、綿であると５〜１０ｍｍ程度のものが用いられる。その添加量はゴム１００重量部に対して１０〜４０重量部である。
【００２６】
更に、本発明のゴムには、軟化剤、カーボンブラックからなる補強剤、充填剤、老化防止剤、加硫促進剤、加硫剤等が添加される。
【００２７】
上記軟化剤としては、一般的なゴム用の可塑剤、例えばジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等のフタレート系、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）等のアジペート系、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等のセバケート系、トリクレジルホスフェート等のホスフェートなど、あるいは一般的な石油系の軟化剤が含まれる。
【００２８】
しかして、本発明の短繊維入りゴムシートの製造方法では、予めゴムに少なくとも短繊維をオープンロール、混練機などによって荒練してマスターバッチを作製することができる。この方法では、オープンロールによってポリマー１００重量部に１０〜４０重量部の短繊維を投入して混練した後、混練したマスターバッチをいったん放出し、これを２０〜５０°Ｃまで冷却する。これはゴムのスコーチを防止するためである。
【００２９】
尚、短繊維とともに１〜１０重量部の軟化剤を投入することができる。これによって短繊維とゴムのなじみが良くなり、ゴム中への分散が良くなるばかりか、短繊維自体が絡み合って綿状になるのを防ぐ効果がある。即ち、軟化剤が短繊維に浸透し、素繊維同士の絡み合いがほぐれるための潤滑剤としての役割をはたし、短繊維が綿状になるのを阻止し、かつ短繊維とゴムのなじみが良くなって短繊維の分散が良くなる
【００３０】
続いて、シリンダー３の押出スクリュー４で混練りした後、短繊維混入ゴム１５をシリンダー４と相対向した位置にあって同一の中心軸線上に配置した内ダイ７間のゴム通路１８で流動阻害を受けず、かつ流れ方向を変えることなくスムーズに環境拡張ダイ５のゴム通路８へ流し、そして該ゴム通路８の中を通過させながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体１０に押出成形する。このため、ゴム通路１８には、スパイダーのような阻害物がなく、筒状成形体にはウェルドラインの発生がなく、かつシリンダーの内圧を減じて筒状成形体の吐出量を多くし、短繊維の配向性を向上させることができる。
【００３１】
その後、連続して押出成形された筒状成形体１０は、図２に示すように短繊維が内層から外層にかけて円周方向に均一に配向した厚さ１〜１０ｍｍのものであり、切断手段１２によって１個所切開しながら一枚のゴムシート２２にし、該ゴムシート２２を巻き取る。これを次工程の成型ドラムの周面に巻付けて伝動ベルトの成形に使用することができる。
【実施例２】
【００３２】
図３に示す装置１では、シリンダー３と拡張ダイ５の間にギアポンプ３０が介在し、押出機２においてシリンダー３内の押出スクリュー４の回転により混練された短繊維混入ゴムは、噛み合い回転する駆動ギア３１と従動ギア３２の間を通って、強制的に拡張ダイ５に送り込まれて筒状成形体として押出された後、切断手段１２によって筒状成形体１０の頂部を切断してゴムシートにするよう構成されている。
【００３３】
ギアポンプ３０を利用することにより、押出し安定までの時間が短くなり、歩留まりが向上するといった利点がある。またヘッド圧力の変化によらず一定の押出し量が確保できるため、押出物、すなわち筒状成形体１０の温度を低く保つことができ、得られた筒状成形体１０の寸法のバラツキが少ないといった効果もある。さらに押出スクリュー４（シリンダー３）の長さを短縮することが可能で、装置１を小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
得られた短繊維入りゴムシートは、Ｖリブドベルト、ダブルＶリブドベルト、ローエッジＶベルト等の伝動ベルトに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る短繊維入りゴムシートの製造方法に使用する押出装置の概略図である。
【図２】押出成形された円筒状成形体を直線状に切開しながら短繊維入りゴムシートにする状態の概略図である。
【図３】本発明に係る短繊維入りゴムシートの製造方法に使用する別の押出装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    押出装置
２    押出機
３    シリンダー
４    押出スクリュー
５    環状拡張ダイ
６    外ダイ
７    内ダイ
８    ゴム通路
１０    筒状成形体
１２    切断手段
１５    短繊維混入ゴム
１８    ゴム通路
２２    ゴムシート
３０    ギアポンプ
【図１】
2004175103.tif 000003
【図２】
2004175103.tif 000004
【図３】
2004175103.tif 000005