JP2012167392A

JP2012167392A - ゴム補強用ポリエステルスリットヤーン

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Publication number: JP2012167392A
Application number: JP2011027637A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Shimada; 慎太郎嶋田
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP5784921B2

Abstract

【課題】耐久性、軽量性、シール性に優れたタイヤ、ベルト、ホース等のゴム補強材料として好適なゴム補強用ポリエステルスリットヤーン及びその製造方法を提供する。
【解決手段】主たる繰返し単位の９０モル％以上がエチレンテレフタレートまたはエチレン２，６−ナフタレートから構成されるポリエステルからなるスリットヤーンであって、該スリットヤーンが以下を満足することを特徴とするゴム補強用ポリエステルスリットヤーン。
（１）引張強度：１９０〜７００ＭＰａ
（２）引張伸度：１０〜８０％
（３）１５０℃乾熱収縮率：０．１〜８％
（４）８０℃におけるｔａｎδ：０．０１〜０．１０
【選択図】なし

Description

本発明はゴム補強用ポリエステルスリットヤーンに関し、さらに詳しくは耐久性、軽量性、シール性に優れ、タイヤ、ベルト、ホース等の補強材料として好適に用いられるゴム補強用ポリエステルスリットヤーンに関する。

近年、地球環境破壊、石油資源枯渇といった課題に対し、自動車、電機機器をはじめ省エネルギー化、エネルギー代替化が非常に注目され、特に燃費向上のための自動車の軽量化に伴う、タイヤ、ベルト、ホースなど自動車ゴム部材の軽量化、コンパクト化のニーズが急速に高まっている。こういったゴム部材はポリエステルをはじめとする有機繊維で補強されているのが一般的であり、その中でも補強繊維としてはもっとも汎用性のあるポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート及びその誘導体に代表されるポリエステル繊維が多く用いられている。これら自動車ゴム部材を補強するポリエステル繊維は強力と耐久性を満たすために一般的にマルチフィラメントを撚り合せて撚糸コードとし、エポキシを主成分とするプライマーとレゾルシン−ホルマリン−ラテックス（ＲＦＬ）系接着剤でゴム接着処理を施した処理コードを用いているのが一般的である。

こういう背景のもと、ゴム補強用ポリエステル繊維の形態を変えることによるゴム部材の省エネルギー、耐久性、軽量化など高性能化を図る試みがなされている。例えば、特許文献１（特開２００９−１３８６０号公報）には、ベルト幅方向に２００ｄｔｅｘ以上のモノフィラメントをベルト張力帯用原反５ｃｍあたりに３０，０００ｄｔｅｘ以上打ち込むことにより推力ロスを抑制する高負荷伝動用Ｖベルトが開示されている。しかし、この方法では直径の大きなモノフィラメントを多く使用するためにベルトのサイズ、重量が大きくなるため軽量化、コンパクト化に対しては課題を有している。また、特許文献２（特開平９−６７７３２号公報）には、タイヤのカーカス材として耐疲労性、操縦安定性に優れたポリエステルモノフィラメントコードが開示されている。しかし、モノフィラメントは曲げに対する柔軟性が低いため、実用上耐え得る耐疲労性には至っておらず、実用化できていないのが現状である。さらに、特許文献３（特開２００４−２２４２７７号公報）には、テープ状のポリエチレンナフタレートをタイヤのベルト補強層に用いることによって補強層薄肉化によるタイヤ軽量化を図るとともに、高速耐久性、操縦安定性を高めることが開示されている。補強材をテープ状にすることによってモノフィラメントに比べて曲げ歪みに対する耐久性は大幅に向上するものの、タイヤ実使用に耐え得るポリエチレンナフタレートフィルムが得難く、現状実用化には至っていない。

特開２００９−１３８６０号公報特開平９−６７７３２号公報特開２００４−２２４２７７号公報

本発明は上記背景技術に鑑みなされたものであり、その目的は、耐久性、軽量性、シール性に優れた、タイヤ、ベルト、ホース等のゴム補強材料として好適なゴム補強用ポリエステルスリットヤーンを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するため検討を行い、以下の力学特性、熱特性を有するスリットヤーンが、ゴム補強材料として優れた性能を発揮することを見出した。

かくして本発明によれば、主たる繰返し単位の９０モル％以上がエチレンテレフタレートまたはエチレン２，６−ナフタレートから構成されるポリエステルからなるスリットヤーンであって、該スリットヤーンが以下を満足することを特徴とするゴム補強用ポリエステルスリットヤーンが提供される。
（１）引張強度：１９０〜７００ＭＰａ
（２）引張伸度：１０〜８０％
（３）１５０℃乾熱収縮率：０．１〜８％
（４）８０℃におけるｔａｎδ：０．０１〜０．１０

また、本発明においては、該ポリエステルスリットヤーンが、幅（Ｗ）が０．１〜５ｍｍ、厚み（Ｈ）が０．０１〜０．５ｍｍ、幅と厚みの比（Ｗ／Ｈ）が３〜２０である横断面を有していることが好ましい。

本発明のゴム補強用ポリエステルスリットヤーンは、適度な力学特性、熱特性を有していることによって、耐久性、軽量性、シール性等が格段に向上しており、タイヤ、ベルト、ホース等のゴム補強材料として好適に用いることができる。

本発明に用いるゴム補強用ポリエステルスリットヤーン（以下、単にポリエステルスリットヤーン、スリットヤーンと称することがある）は、ポリエステルフィルムをスリットし、フィラメント状としたものである。

本発明のスリットヤーンを構成するポリエステルとしては、主たる繰返し単位の９０モル％以上、好ましくは９５モル％以上がエチレンテレフタレートまたはエチレン２，６−ナフタレートから構成されるポリエステルであり、１０モル％未満、好ましくは５モル％未満の割合で他の共重合成分を含んでも差し支えない。このような共重合成分としては例えばイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、オキシ安息香酸、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメリット酸、ペンタエリスリトール等が挙げられる。また、これらのポリエステルには安定剤、着色剤等の添加剤を含んでも差し支えない。また、末端カルボキシル基濃度や分子量等のポリマー性状は何等限定されるものではない。

また、本発明のスリットヤーンの引張強度は１９０〜７００ＭＰａであり、２４０〜６００ＭＰａであることが好ましい。引張強度が１９０ＭＰａ未満の場合、実用上耐え得るゴム部材の強度が得られず、一方、７００ＭＰａを越えるものはスリットヤーン製造時に切断しやすく生産が難しい。

さらに、上記スリットヤーンの引張伸度は１０〜８０％であり、１５〜７０％であることが好ましい。引張伸度が１０％未満の場合はゴム補強材が伸び難いためゴム部材の柔軟性が劣り、耐久性が低下する恐れがあり、一方、８０％を超える場合は、ゴム部材に応力負荷を受けた際に変形しすぎるためゴムに対する補強効果があまり得られない。

上記スリットヤーンの１５０℃乾熱収縮率は０．１〜８％であり、０．５〜７％であることが好ましい。１５０℃乾熱収縮率が０．１％未満ではゴム部材の加硫成形時に熱収縮応力の発生がなくスリットヤーンが緩んでしまうため、ゴム部材の外観不良が発生しやすく、さらには充分な補強効果が得られない。一方、１５０℃乾熱収縮率が８％を超える場合は、寸法安定性に劣るため実用的でない。

上記スリットヤーンの８０℃におけるｔａｎδは０．０１〜０．１０であり、０．０２〜０．０８であることが好ましい。たとえば、路面と接触して使用するタイヤや、エンジン周辺に位置するベルト、ホース等のゴム部材は高温雰囲気下に曝された状態で使用されるため、８０℃におけるエネルギーロスを示し、非晶部位のポリマー分子の高次構造に依存するｔａｎδは本発明の目的とする耐久性、シール性、さらには省燃費を発揮するために必要である。よって、８０℃におけるｔａｎδが０．０１未満の場合、スリットヤーンが剛直となるため耐久性が劣り、一方、０．１０を超える場合は、寸法安定性が著しく劣り、シール性が低下する。

本発明のスリットヤーンの横断面においては、厚み（Ｈ）が０．０１〜０．５ｍｍであることが好ましい。該厚みが、０．０１ｍｍ未満では、実用上に耐えうる強度が得られ難い傾向にあり、一方、０．５ｍｍを越えると曲げに対して非常に硬くなるため、ゴム部材の成型が難しくなるばかりでなく、屈曲疲労性が著しく低下してしまう恐れがある。該厚みは、０．０５〜０．３ｍｍであることがより好ましい。

また、上記スリットヤーンの横断面において、幅（Ｗ）が０．１〜５ｍｍであることが好ましい。この範囲であれば、既存のポリエステル繊維の処理コードのディップ処理工程に充分適用できるため工業的な観点から望ましい。幅が０．１ｍｍ未満では実用上に耐えうる強度が得られ難くなる傾向にあり、一方、幅が５ｍｍ以上ではディップ処理工程における腰折れ等の欠点が生じやすくなる。該幅は０．５〜３ｍｍであることがより好ましい。

さらに、上記スリットヤーンの横断面において、厚み（Ｈ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）が２〜３０であることが、耐久性を向上する上で好ましい。該比（Ｗ／Ｈ）が２未満であると曲げに対する伸長圧縮歪みが大きくなるため耐疲労性が低下する傾向にあり、一方、３０を越えると垂直方向からの歪み入力に対してスリットヤーンが折れたりすることによって耐久性が著しく低下してしまう恐れがある。該比（Ｗ／Ｈ）は５〜２０であることがより好ましい。

上記スリットヤーンの横断面の厚み、幅の調整は、ポリエステルフィルムの厚みやスリットでカットする際のスリット幅で調整できるとともに、さらに後述するディップ処理工程での延伸によっても目的のサイズに調整することができる。

また、本発明において、スリットヤーンの弾性率としては１〜３０ＧＰａであることがゴム補強材として実用上好ましく、より好ましくは３〜２０ＧＰａである。該弾性率が１ＧＰａ未満であると高負荷時に伸び易くなり、一方、３０ＧＰａを超えると補強材が硬いために曲げに対する耐久性が低下する傾向にある。

以上に説明した本発明のスリットヤーンは、たとえば、延伸後のスリットヤーンの厚み（Ｈ）を考慮し、厚みが０．０１〜０．９ｍｍのポリエステルフィルムを用い、同様に延伸後のスリットヤーンの幅（Ｗ）と、厚み（Ｈ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）を考慮し、幅が０．１〜９ｍｍ、厚みに対する幅の比が２〜３０となるようスリットしたスリットヤーンの未処理糸を、まず１２０〜２１０℃の温度雰囲気下で３０〜３００秒間、定長熱処理を行うか、または熱処理しながら３倍以下の倍率で延伸を行い、次いで２００〜２５０℃の温度雰囲気下で３０〜３００秒間、熱処理しながら１．０５〜３倍で延伸を行う２段熱延伸を行うことによって得ることができる。

さらに本発明においては、上記２段熱延伸に続き、１４０〜１８０℃の温度雰囲気下で６０〜１８０秒間熱処理しながら１．０１〜２倍の延伸を行い、次いで２２０〜２４５℃の温度雰囲気下で３０〜１８０秒間、熱処理しながら１．０５〜２倍で延伸を行う２段以上の熱延伸を行うことが、スリットヤーンの長手方向に対してポリエステル分子を高度に配向、結晶化させて、前記の引張強度、引張弾性率、弾性率、１５０℃乾熱収縮率、８０℃のｔａｎδを達成する上でより好ましい。

このような加熱延伸はフィルム製造工程でタテ方向に高倍率延伸を行う二軸延伸したのちに得られたフィルムをスリット加工しても良いし、フィルムをスリット加工したのちに次いで公知のポリエステルディップ処理工程で１浴、２浴ディップ処理時に行っても構わない。延伸は上記熱処理と同時に熱処理炉前後のローラー速度を変更することによって行うことができ、延伸倍率を向上することによって、強度・弾性率を高める、伸度を低下させる、繊度・幅・厚みを低下させるなどスリットヤーンの形状や物性を任意に調整することが可能である。

上記のようなスリットヤーンには、タイヤ、ベルト、ホース等のゴム部材を構成するゴムとポリエステルとの接着のために接着剤が付与される。付与される接着剤としては、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、ハロゲン化フェノール化合物及びレゾシンポリサルファイド化合物などを含む接着剤が挙げられ、具体的には、第１処理液としてエポキシ化合物、ブロックイソシアネ−ト、ラテックスの混合液を付与し、上記熱処理後に第２処理液としてレゾルシンとホルムアルデヒドとの初期縮合物およびゴムラテックスからなる液（ＲＦＬ液）を付与し、さらに熱処理する方法が好ましい。接着剤を付与する方法としては公知のディップ工程を活用できるが、ローラーとの接触、ドクターナイフによるコーティング、若しくは、ノズルからの噴霧による塗布、又は、溶液への浸漬などの手段が採用できる。また、該スリットヤーンに対する固形分付着量は、０．１〜１０重量％が好ましく、１．０〜５．０重量％がより好ましい。該スリットヤーンに対する固形分付着量を制御するためには、前記と同様に、圧接ローラーによる絞り、スクレーパー等によるかき落とし、空気吹きつけによる吹き飛ばし、吸引等の手段により行うことができ、付着量を多くするためには複数回付着させてもよい。

以下、実施例をあげて本発明を説明するが、実施例は説明のためのものであって、本発明はこれに限定されるものではない。なお、本発明の実施例における評価は下記の測定法で行った。

（１）引張強度、引張伸度、初期弾性率、１５０℃乾熱収縮率
ＪＩＳＬ１０１７に準じて測定を行い、それぞれ求めた。

（２）８０℃のｔａｎδ
動的粘弾性評価装置ＲＨＥＯＶＩＢＲＯＮＤＤＶ−２５ＦＰ（オリエンテック社製）を用い、昇温速度５．０℃／ｍｉｎ、加振周波数１０Ｈｚ、初荷重０．３５ｃＮ／ｄｔｅｘ、振幅０．０３５ｃＮ／ｄｔｅｘの単一波形・定荷重モードで室温から２００℃まで測定して求めた。

（３）チューブ疲労性
得られたスリットヤーンとゴムからなるチューブを作成し、ＪＩＳＬ１０１７−付属書１、２．２．１「チューブ疲労性」に準じた方法でチューブが破壊する時間を測定した。なお、試験角度は７０°、空気圧は３．５ｋｇ／ｃｍ^２とした。

（４）空気透過指数
上記（３）のチューブ疲労性試験開始直後から内圧３．５ｋｇ／ｃｍ^２を１２０分保つために用いた空気流量を補強材のブランクチューブに用いた空気流量との比を指数化して空気透過指数として求めた。なお、空気透過指数の値が低いほど空気が洩れ難くシール性に優れていることを表す。

［実施例１］
厚み０．１３ｍｍのポリエチレン２，６−ナフタレートフィルム（帝人デュポンフィルム（株）製テオネックスフィルム）を２ｍｍ幅に裁断したスリットヤーンを使用し、これをコンピュートリーター処理機（ＣＡリッツラー株式会社製、ディップ処理機）を用いて、１１ｍ／分の速度でエポキシとブロックドイソシアネートからなる水分散体のプライマーに浸漬した後、２００℃２分間、ストレッチ率１％（延伸倍率１．０１倍）で伸張し、次いで２４０℃１分間、ストレッチ率２０％（延伸倍率１．２０倍）で伸張を行い、引き続いて、レゾルシン−ホルマリン−ラテックス（ＲＦＬ）水分散体に浸漬した後に１７０℃２分間、ストレッチ率１％（延伸倍率１．０１倍）で伸張し、次いで２４０℃１分間、ストレッチ率７０％（延伸倍率１．７０倍）で伸張を行い、２３ｍ／分の速度で巻き取り、引張強度３６０ＭＰａ、引張伸度１８％、弾性率１０ＧＰａ、１５０℃乾熱収縮率３．５％、８０℃のｔａｎδ０．０５、厚み０．１５ｍｍ、幅１．０ｍｍのゴム補強用ポリエステルスリットヤーンを得た。得られたポリエステルスリットヤーンを、天然ゴムを主成分とする未加硫ゴム中に埋め込み、加硫後に前記の方法によりチューブ疲労性および空気透過指数の評価を行った。得られた結果を表１にまとめて示す。

［実施例２〜４、比較例１〜２］
表１に示すように熱処理、ストレッチ条件を変更した以外は実施例１と同様の処理、評価を行った。結果を表１にまとめて示す。

［実施例５〜６、比較例３〜４］
厚み０．１０ｍｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（帝人デュポンフィルム（株）製テトロンフィルム）を２ｍｍ幅に裁断したスリットヤーンを使用し、表１に示すように熱処理、ストレッチ条件を変更した以外は、実施例１と同様の処理、評価を行った。得られた結果を表１にまとめて示す。

表１から明らかな通り、実施例１〜６はいずれも耐疲労性、シール性が非常に高く、これを用いることによって従来成し得なかったタイヤ、ベルト、ホース等の補強層の薄肉化ができることでゴム部材の軽量化が可能であり、耐疲労性やシール性に優れるためゴム部材を長寿命化することができるため、省燃費・省エネルギー等の環境面で大いに特性を発揮できる。

本発明のゴム補強用ポリエステルスリットヤーンは、耐久性、軽量性、シール性に優れたタイヤ、ベルト、ホース等のゴム補強材料として好適に用いることができる。

Claims

主たる繰返し単位の９０モル％以上がエチレンテレフタレートまたはエチレン２，６−ナフタレートから構成されるポリエステルからなるスリットヤーンであって、該スリットヤーンが以下を満足することを特徴とするゴム補強用ポリエステルスリットヤーン。
（１）引張強度：１９０〜７００ＭＰａ
（２）引張伸度：１０〜８０％
（３）１５０℃乾熱収縮率：０．１〜８％
（４）８０℃におけるｔａｎδ：０．０１〜０．１０
ポリエステルスリットヤーンが、幅（Ｗ）が０．１〜５ｍｍ、厚み（Ｈ）が０．０１〜０．５ｍｍ、幅と厚みの比（Ｗ／Ｈ）が２〜３０である横断面を有している請求項１記載のゴム補強用ポリエステルスリットヤーン。