(57)【要約】【課題】高強力でありながら、耐屈曲性及び寸法安定性に優れたハイブリッドコードを提供すること。【解決手段】炭素繊維ストランドとアラミド繊維ストランドから構成されるコードであって、該炭素繊維ストランドがコードの中央部に存在し、該アラミド繊維ストランドが該炭素繊維ストランドの周りに存在するハイブリッドコード。好ましくは、下撚りした炭素繊維ストランドを中心部に、アラミド繊維のストランドを外側に配置し、さらに上撚りする製造方法によって得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維ストランドとアラミド繊維ストランドから構成されるコードであって、該炭素繊維ストランドがコードの中央部に存在し、該アラミド繊維ストランドが該炭素繊維ストランドの周りに存在していることを特徴とするハイブリッドコード。
【請求項２】
該炭素繊維ストランドの撚りが、該アラミド繊維ストランドの撚りよりも少ない請求項１記載のハイブリッドコード。
【請求項３】
ＲＦＬ接着剤が付着している請求項１又は２記載のハイブリッドコード。
【請求項４】
炭素繊維ストランドを中心部に、アラミド繊維のストランドを外側に配置し、上撚りをすることを特徴とするハイブリッドコードの製造方法。
【請求項５】
該炭素繊維ストランドがあらかじめ上撚りと逆方向に下撚りされている請求項４記載のハイブリッドコードの製造方法。
【請求項６】
繊維ストランドが、撚りをかける前にあらかじめＲＦＬ処理されている請求項４又は５記載のハイブリッドコードの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項記載のハイブリッドコードを使用したゴム構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素繊維とアラミド繊維から成るハイブリッドコード関するものであり、更に詳しくは、高強力でありながら、耐屈曲性及び寸法安定性に優れた、ゴムベルト、タイヤ等のゴム製品補強用のハイブリッドコードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムベルト、ゴムタイヤ等のゴム製品の強度、耐久性を向上させるために、補強用繊維をゴム内に埋め込むことが広く一般に行われている。
【０００３】
この補強用繊維の具体例としては、ポリエステル繊維、ナイロン、アラミド（芳香族ポリアミド）などのポリアミド繊維、ビニロン繊維に代表されるポリビニルアルコール繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリバラフェニレンベンゾオキザール繊維等を例示することができる。これらの中でもゴム補強用途としてはポリエステル繊維、及びアラミド繊維が好適であり、広く用いられているが、特に高強力化を目的にした場合には、アラミド繊維を用いることが一般的である。（例えば特許文献１など）
しかしゴム補強用コードとして、アラミド繊維等の有機系コードを用いた場合寸法安定性が悪いという問題があった。
【０００４】
そこでガラス繊維コードや炭素繊維コードなどの、高強力かつ寸法安定性の高い繊維を用いることが考えられるが、寸法安定性は高いものの小径プーリなどで長時間屈曲を与えたときの強度保持率が低く、ゴム補強用の繊維としては適用が難しいという問題があった。また、ガラス繊維コードには、折れたガラス繊維が皮膚表面に刺さるなど取り扱いが難しいという問題もあった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３２９５２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術が有していた問題点を解消し、高強力でありながら、耐屈曲性及び寸法安定性に優れたハイブリッドコードを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッドコードは、炭素繊維ストランドとアラミド繊維ストランドから構成されるコードであって、該炭素繊維ストランドがコードの中央部に存在し、該アラミド繊維ストランドが該炭素繊維ストランドの周りに存在していることを特徴とする。さらには、該炭素繊維ストランドの撚りが、該アラミド繊維ストランドの撚りよりも少ないことや、ＲＦＬ接着剤が付着していることが好ましい。
【０００８】
また、もう一つの本発明であるハイブリッドコードの製造方法は、炭素繊維ストランドを中心部に、アラミド繊維のストランドを外側に配置し、上撚りをすることを特徴とする。さらには該炭素繊維ストランドがあらかじめ上撚りと逆方向に下撚りされていることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のハイブリッドコードは、炭素繊維ストランドとアラミド繊維ストランドから構成されるコードである。
【００１０】
ここで、本発明に用いられる炭素繊維ストランドとなる炭素繊維フィラメントとしては、特に限定されるものではなく、アクリル繊維を焼成し、グラファイト化して製造されたものなどを挙げることができる。
【００１１】
また、アラミド繊維ストランドとなるアラミド繊維フィラメントとしては、芳香族ポリアミド繊維である、パラ系アラミド繊維やメタ系アラミド繊維が挙げられるが、高強力化のためにはパラ系アラミド繊維であることが好ましい。パラ系アラミド繊維としてはコポリパラフェニレン−３−４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド（商品名  テクノーラ、帝人株式会社製）、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（商品名  トワロン、帝人トワロン株式会社製  あるいは  商品名  ケブラー、東レデュポン株式会社製）、メタ系アラミド繊維としては、ポリメタフェニレンイソフタラミド（商品名  コーネックス、帝人株式会社製）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
そして本発明のハイブリッドコードでは、炭素繊維ストランドがコードの中央部に存在し、アラミド繊維ストランドが中央部の炭素繊維ストランドの周りに存在していることが必要である。
【００１３】
本発明では寸法安定性が良好な炭素繊維ストランドを芯材とし、この芯材にアラミド繊維ストランドを巻きつける構造を取ることにより、アラミド繊維ストランドの伸びを炭素繊維製の芯材で拘束し、ハイブリッドコードの寸法安定性向上を図ることができる。また、アラミド繊維ストランドを周囲に配置しているので、アラミド繊維の優れた屈曲性能を活かすことができる。
【００１４】
さらに本発明では中心部の炭素繊維ストランドの撚りが、その周辺部に存在するアラミド繊維ストランドの撚りよりも少ないことが好ましい。本発明では寸法安定性に優れる炭素繊維ストランドを、中心部に配置し、さらにその撚りを減少させることにより強度と寸法安定性の性能を向上させているのである。撚りの大小は、一定の長さのコードを採取し、撚りを解いて単糸とした場合の長さを比較することによって判断できる。撚りが大きい場合は単糸の長さが長く、撚りが少ない場合は単糸の長さが短い。
【００１５】
逆にアラミド繊維ストランドは、炭素繊維ストランドよりも撚りが多いことが好ましい。一般に、ゴム補強用コードは撚糸工程で所定の撚りをかけ耐屈曲性の向上を図っているが、撚り数と屈曲性の関係は、撚り数が上がるにしたがって、屈曲特性は向上するが、絶対強度の低下、コードの伸びが増加するといった問題が生じる。しかし本発明では撚り数の少ない炭素繊維ストランドは中心部に存在しており、強度や寸法安定性を保持しており、周辺部の撚り数の多いアラミド繊維ストランドが屈曲性を向上させているのである。
撚り数としては４〜４０回／１０ｃｍ程度であることが好ましい。
【００１６】
また、中心部に存在する炭素繊維ストランドは、そのコード径が細いことが好ましい。ゴム補強用コードで補強されたゴムベルトの屈曲を考えると、コードはコード径が太くなるにしたがって、プーリ接触側では圧縮をより強く受け、その反対側では引っ張りをより強く受ける。従って、中心部の炭素繊維コードにおいては、コード径を細くすれば圧縮―引っ張りの差を小さくすることができ、屈曲性能が向上する。
【００１７】
本発明のアラミド繊維と炭素繊維からなるハイブリッドコ−ドにあっては、炭素繊維ストランドはコードの中央部のみにあり、この炭素繊維ストランドを複数本引き揃えて炭素繊維コードとしている。この場合、炭素繊維ストランドのみからなる通常のコードに対して、本発明で用いる炭素繊維コード径は、通常の炭素繊維コードより細くできることができ、屈曲特性が向上する。
【００１８】
さらに本発明のハイブリッドコードは、その繊維の表面にゴム用の接着剤であるＲＦＬ接着剤（レゾルシン・ホルマリン・ラテックス系接着剤）が付着していることが好ましい。さらには、ストランドを構成する単糸間にＲＦＬ接着剤が存在していることが好ましい。また、ＲＦＬ接着剤に加えてエポキシ系の接着剤が付着していることが好ましい。
【００１９】
ここで用いるＲＦＬ接着剤としては、レゾルシン及びホルマリンの初期縮合物とゴムラテックスとの混合物を主成分とする接着剤であるが、このＲＦＬ接着剤に用いられるゴムラテックスとしては、アクリルゴム系ラテックス、ウレタン系ラテックス、スチレン・ブタジエンゴム系ラテックス、ニトリルゴム系ラテックス、クロロスルホン化ポリエチレン系ラテックス、更にそれらの変性ラテックス、またその混合系などが例示されるが、特に制限はない。好ましくは、補強しようとするゴムマトリックスと化学構造が似通っているものを使用するのが望ましい。
【００２０】
本発明では寸法安定性が良好な炭素繊維ストランドを芯材とし、この芯材にアラミド繊維ストランドを巻きつける構造を取ることにより、アラミド繊維ストランドの伸びを炭素繊維製の芯材で拘束し、ハイブリッドコードの寸法安定性向上を図ることができたのである。また、アラミド繊維ストランドを周囲に配置しているので、アラミド繊維の優れた屈曲性能も活かすことができるのである。
【００２１】
このような本発明のハイブリッドコードは、例えば別の本発明であるハイブリッドコードの製造方法によって得ることができる。
【００２２】
すなわち、炭素繊維ストランドを中心部に、アラミド繊維のストランドを外側に配置し、上撚りをするハイブリッドコードの製造方法である。さらには該炭素繊維ストランドがあらかじめ上撚りと逆方向に下撚りされていることが好ましい。また、繊維ストランドが、撚りをかける前にあらかじめＲＦＬ処理されているものであることも好ましい。
【００２３】
以下、図面を用いてそのもっとも好ましい製造方法の一例について、さらに説明する。図１はアラミドおよび炭素繊維からなるハイブリッドコードの断面図であり、このハイブリッドコード１は、例えば図１の通り、中心に複数本の炭素繊維ストランド２を配置し、その周りにアラミド繊維ストランド３を配置したものである。また図２は、このハイブリッドコードの製造方法の一例を示す模式的な斜視図である。
【００２４】
ハイブリッドコード１を製造するには、図２の通り、中心部ガイド孔４と外周部ガイド孔５とを有したガイド６を用いる。外周部ガイド孔５は、中心部ガイド孔４の中心から略等半径位上に配置されている。
【００２５】
各孔４、５の内周縁部は高摺動性のセラミックにて構成されている。下撚りされた複数本の炭素繊維ストランド２が中心部ガイド孔４に通され、下撚りされたアラミド繊維ストランド３が複数の外周部ガイド孔５に通される。これらのストランド２，３が上撚りされてハイブリッドコード１とされる。この上撚りは、下撚りと逆方向であることが好ましく、回数も下撚りの回数の６０〜１００％であることが好ましい。そのようにすることにより中心部の炭素繊維ストランドの撚りが減少する。周辺部分のアラミド繊維は下撚りがアラミド繊維ストランドの中心軸に対して行われ、上撚りがアラミド繊維ストランドから離れたハイブリッドコードの中心軸に対して行われるため、逆方向の撚りが入っても解撚されにくい。上撚り、下撚りともその撚り数は４〜４０回／１０ｃｍ程度が好ましい。
【００２６】
本発明では、繊維ストランドを下撚りする前にあらかじめＲＦＬ接着剤処理することが好ましい。もっとも好ましくは、エポキシ処理し、次いでＲＦＬ処理する製造方法である。このように処理した炭素繊維フィラメント及び／またはアラミド繊維フィラメントをそれぞれ束ねてストランドに形成し、所定本のストランドを４〜４０回／１０ｃｍの撚り数にて下撚りする。
【００２７】
エポキシ処理の方法としては、例えばエポキシ化合物を含有した水溶液に架橋剤としてブロックドイソシアネート化合物とビニルピリジンゴムラテックスを含む水分散液にフィラメントを浸漬処理後、乾燥、熱処理を行う方法である。
【００２８】
また、ＲＦＬ処理の方法としては、エポキシ処理に引き続き、またはエポキシ処理しないフィラメントを、レゾルシン及びホルマリンの初期縮合物とゴムラテックスとの混合物を主成分とする処理液（以下、ＲＦＬという。）に浸漬した後に熱処理（加熱処理）を施す処理である。このＲＦＬ処理に用いられるゴムラテックスとしては、特に制限はないが、好ましくは、補強しようとするゴムマトリックスと化学構造が似通っているものを使用するのが望ましい。
【００２９】
本発明のハイブリッドコードは、使用の前に例えばその表面にゴム被膜を形成してゴムとの親和性を高めるオーバーコート処理を施すことが好ましい。このオーバーコート処理用のゴムとしては、水素添加ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、ウレタンゴム等が使用できる。多くの場合、成形ゴムと同一配合ゴムが使用されるが、特に制約はない。
【００３０】
本発明のハイブリッドコ一ドは、移動ベルト等のベルトやクローラ等の補強に用いるのに好適であり、他のゴム部材の補強にも適用できるが、もう一つの本発明のゴム構造体は、本発明のハイブリッドコードをゴム構造体の補強材料として用いたものである。このゴム構造体においては、ハイブリッドコードがゴム構造物の重量の１０〜５０重量％程度含有されていることが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によると、高強力でありながら、耐屈曲性及び寸法安定性に優れたハイブリッドコードが提供される。
【００３２】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００３３】
［実施例１］
繊維径６μｍ、フィラメント数１２０００の、通称１２Ｋと言われる炭素繊維のヤーン束を引き揃え、エポキシおよびＲＦＬ付着率が約１０％になるようにクロロスルホン化ポリエチレン系ラテックスを含む接着剤にて処理を行った。
【００３４】
また、繊維径１２μｍ、１６７０デシテックスのパラ系アラミド繊維フィラメント（帝人株式会社製、テクノーラ）を、炭素繊維フィラメントと同じく付着率が約１０％になるように接着剤処理を行った。
【００３５】
これらエポキシ・ＲＦＬ処理を行った炭素繊維フィラメント及びアラミド繊維フィラメントは、撚り数８回／１０ｃｍでそれぞれ下撚りを行い炭素繊維ストランドとアラミド繊維ストランドとした。
【００３６】
続いて炭素繊維ストランド３本を、図２に示したガイド６の中心部のガイド孔４に通し、アラミド繊維ストランド８本を同じく図２のガイド６の外周側の８個のガイド孔５に１本ずつ通し、下撚りと逆の撚り方向に撚り数８回／１０ｃｍで上撚りを行った。これにより３本の炭素繊維ストランドが中央側に配置され、８本のアラミド繊維ストランドがその周りに配置された炭素繊維−アラミド繊維ハイブリッドコードを得た。
【００３７】
得られたハイブリッドコードは、更にマトリックス樹脂との接着性を高めるために、クロロスルホン化ポリエチレンゴムとクロロプレンゴムが配合されたオーバーコート処理液を用いてオーバーコート処理を行いアラミドおよび炭素繊維からなるハイブリッドコードとした。
【００３８】
このようにして得られた炭素繊維−アラミド繊維ハイブリッドコードの破断時伸びは４．６％であった。
【００３９】
次に、この炭素繊維一アラミド繊維ハイブリッドコードを水素添加ニトリルゴム（以下、ＨＳＮという。）と加圧加熱処理し、炭素繊維−アラミド繊維ハイブリッドコードが１本埋設されたゴム構造体であるＨＳＮゴム成形物を成形した。
【００４０】
このＨＳＮゴム成形物を炭素繊維−アラミド繊維ハイブリッドコードがゴム成形物の中心に来るようにベルト幅１０ｍｍで切断してベルト成形物を製造した図３に示すように、このベルト成形物７を直径２０ｍｍφの１個の平プーリ８と、モータ９と、４個のガイドプーリ１０とからなる試験装置の該プーリ８，１０に架けた。そして、モータ９によってベルト成形物１０を往復動させ、平プーリ１１に沿う箇所において繰り返し屈曲させた。初期張力２０Ｎで室温中１０００００回屈曲し、屈曲疲労特性評価のために屈曲後の強度及び保持率を求めた。
【００４１】
その結果、このベルト成形物の屈曲後の強度は９８０Ｎ、強度保持率は８７％であった。
【００４２】
［実施例２］
炭素繊維フィラメント及びアラミド繊維フィラメントへの接着剤付着率が約２０％になるように実施例１と同様に接着処理を行った。それぞれの繊維フィラメントについて、実施例１と同様に下撚り、上撚り及びオーバーコート処理を行った。４本のこの炭素繊維ストランドと７本のアラミド繊維ストランドとを用いて実施例１と同様にして炭素繊維−アラミド繊維ハイブリッドコードを製造した。次いで、このハイブリッドコードを用いて実施例１と同様にしてゴムベルトを製造した。
【００４３】
得られたアラミドと炭素繊維からなるハイブリッドコードの破断時の伸びは１．４％であった。また、ゴムベルトの屈曲試験結果は、屈曲後強度９４５Ｎ、強度保持率８３％であった。
【００４４】
［実施例３］
実施例１，２と同様の操作を接着剤付着率が約１５％の炭素繊維フィラメント及びアラミド繊維フィラメントを用いて行った。５本のこの炭素繊維ストランドと６本のアラミド繊維ストランドとを用いて実施例１と同様にしてハイブリッドコードを製造すると共に、このハイブリッドコードを用いて実施例１と同様にしてゴムベルトを製造した。
【００４５】
得られたハイブリッドコードの破断時の伸びは１．５％であり、製造されたゴムベルトの屈曲試験結果は、屈曲後強度１０２０Ｎ、強度保持率８０％であった。
【００４６】
［比較例１〜３］
比較例１においては、上記実施例１と同一の炭素繊維ストランド３本とアラミド繊維ストランド８本をランダムに混撚りしてなるコードについて、比較例２では炭素繊維ストランドのみ１１本からなるコードについて、また、比較例３ではアラミド繊維ストランドのみ１１本からなるコードについて、それぞれコードの破断時伸びを測定した。また、それぞれのコードを用いて成形したベルト屈曲後の強度及び強度保持率を求めた。それらの結果を表１に併せて示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１から明らかな通り、接着処理後下撚りをした炭素繊維ストランドとアラミド繊維ストランドを規制ガイドを用い、炭素繊維ストランドを中心にその周りにアラミド繊維ストランドがくるように上撚りした本発明の炭素繊維−アラミド繊維ハイブリッドコードは、炭素繊維コードと同等の優れた破断時伸びを有すると共に、アラミド繊維と同等の優れた屈曲性能を有する。また、この炭素繊維−アラミド繊維ハイブリッドコードを用いて成形したベルトは、屈曲後の強度及び保持率において、アラミド繊維コードと同等の優れた特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るハイブリッドコードの断面図である。
【図２】ハイブリッドコードの製造方法を示す模式的な斜視図である。
【図３】実施例及び比較例における屈曲特性の試験法の説明図である。
【符号の説明】
１  ハイブリッドコード
２  炭素繊維ストランド
３  アラミド繊維ストランド
４  中心部ガイド孔
５  外周部ガイド孔
６  ガイド
７  ベルト成型物
８  平プーリ
９  モータ
１０  ガイドプーリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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