JPH01247203A - アラミドパルプで補強されて加硫されたエラストマー複合材を用いた空気入りタイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はファイバーで補強されたエラストマー、とくに
、短かくて不連続のファイバーで補強されたゴムに関す
る０本発明はとくにファイバーで補強されたゴムのタイ
ヤに関する。

［従来の技術］ ゴムは普通の場合、それの物理的性質とくに剛さと弾性
係数が高まるように選定される補強用のフィラーで補強
される。

例えば、カーボンブラックのような粒状の補強剤が、加
硫されたゴムの弾性係数を高めるためにしばしば用いら
れる。

種々の不連続（つまり不織）のファイバーも、特には加
硫されたゴムの剛さと弾性係数の両方を高めるために用
いられて来た０例えば米国特許の第３．６９７．３６４
号、３．８０２．４７８号、および４、２３６．５６３
号で開示されたように、不連続のセルローズファイバー
が、そのゴムの中での分散物として用いられて来た。そ
の他の、例えばポリアミド（ナイロン）、綿、レーヨン
、ポリエステル、ガラス、そして鋼といった不連続のフ
ァイバーが提案されたり、使われたりして来た。

良好で効果的なエラストマーの補強のためにはファイバ
ーのアスペクト比つまり長さの直径に対する比（Ｌ／Ｄ
）が重要であると教えられることが往々あった。したが
って、典型的として説明されている棒状、針状、または
糸状の構造のファイバーについては、先ず所望されるこ
とは、それらファイバーが極めて短かく、それらの直径
もまた極めて小さくて、例えば約５０以上のアスペクト
比が達成されていることである０例えば前述した米国特
許第３．６９７．３６４号を参照されたい。

不連続のファイバーが用いられる場合、普通には、ゴム
複合材は、それと共に粒状の補強剤をも含んでいる。

織られたヤーンの撚り糸の形でのアラミドはファイバー
質の補強材料として広く知られている。

種々のグレードが入手されつる０例えばにｅｌｖａｒ。

Ｋｅｌｖａｒ２９、およびＫｅｌｖａｒ４９があり、こ
れらはすべてデュポン社（Ｅ、１．Ｄｎｐｏｎｔ　ｄｅ
　Ｎｅｍｏｎｒｓ　　＆　Ｃｏ、。

Ｉｎｃ、　、　Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、　Ｄｅｌａｗａ
ｒｅ）から得られる。

Ｋｅｌｖａｒは、連続したフィラメントのヤーンとか短
かいファイバーとかバルブとかの形でそれぞれのメーカ
ーから入手されつる。撚られたＫｅｌｖａｒのコードは
、乗用車のラジアルタイヤのベルトやトラックのラジア
ルタイヤのカーカスにおいて用いられる。にｅｌｖａｒ
２９はある長さに揃えたものとしても、またバルブとし
ても入手され、これは、“Ｍｏｄｅｒｎ　ＰｌａＳｔｉ
ｃｓ　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ”の１９８４〜１９８
５年版の９．１２５によれば、ローブ、ケーブル、被覆
された織物、ブレーキやクラッチのような摩擦用製品、
およびガスケットに用いられる低密度で高強度のアラミ
ドファイバーである。にｅｌｖａｒ４９は、“Ｍｏｄｅ
ｒｎ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ″
によれば、ヤーンかバルブの形で入手され、例えば航空
、宇宙、航海および自動車といった応用分野で、そして
またスポーツ用品で、プラスチック複合材の補強用に用
いられる。アラミドは、どの形のものであっても実質上
伸びない。

米国特許第４．１５５．３９４号に、ゴムタイヤを補強
するための、例えばナイロンとアラミドといった相異る
ヤーンの複数ブライが螺旋状に撚られてケーブルの形に
なったものでなるコード複合材についての記述がある。

［本発明の要旨］ 本発明によれば、加硫可能のエラストマーの中で補強に
有効な量の不連続でばらばらの形のフィブリル化された
アラミド、ファイバーが方向性をもって分散配！されて
いる練り物（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）が提供される。

このファイバーは、長さが約０．２〜５ｍｍ（約０．０
１〜０．２　ｉｎ）の範囲、直径が約ｏ、　ｏｏｓ〜０
．０２ｍｍ（約５〜２０ミクロン）の範囲にありアスペ
クト比が約１００を超えるトランク部と、 上記トランク部から外方に伸びていてトランク部よりも
実質上直径が小さい複数のフィブリル部とで成っている
。このファイバーの表面積は約４〜２０ｍ”／ｇの範囲
にあり、これは、トランク部の直径の分布が同様であっ
てトランク部からフィブリル部が出てはいない棒状ファ
イバーの相当する表面積の約３０〜６０倍である。この
ファイバーは前述したように実質上伸びない０便宜上こ
の不連続でばらばらの形のフィブリル化したアラミドフ
ァイバーをここでは“アラミドバルブと呼ぶ。

本発明は他の一面において、上述したように加硫可能の
エラストマーマトリックス材料の中で不連続のフィブリ
ル化されたアラミドファイバー（つまりアラミドバルブ
）が方向性をもって分散配置されている加硫された複合
材を提供する。

本発明はさらに別の一面において、上記した加硫された
複合材から成形された少くとも１つの部材を有する空気
入りタイヤを提供する０本発明の実施においては、加硫
可能の練り物もそれから作られた加硫された複合材も、
前述のアラミドバルブの含有が重量比でエラストマーを
１００としたとき約０．２〜２０であることが望ましい
、より特定的に言うならば、アラミドバルブの含量は、
重量比でエラストマーを１００としたとき約０．１〜１
０であることもあるが、最も特定的には約２〜５である
。アラミドファイバーは、方向性をもって配置されてい
る。つまりファイバーは実質上同じ方向に向いている。

本発明の望ましい実施態様においては、加硫されていな
い練り物もそれから作られた加硫された複合材も、アラ
ミドバルブのほか粒状の補強剤またはそれの混合物を含
んでいる。望ましい補強剤はカーボンブラックとシリカ
である。補強に有効な量、望ましくは重量比でエラスト
マーを１００としたとき約３０〜１００の量の補強剤ま
たはそれの混合物が入っている。

本発明はさらに別の面において、前述した加硫された複
合材を作る方法を提供する。この方法は、アラミドパル
プの全量に、補強剤またはそれの混合物の少くとも一部
をプレミックスし、できた混合物に加硫可能のエラスト
マー材料を混合し、できた練り物をキユアリングするス
テップを含む、補強剤またはその混合物は分配剤として
働き、アラミドバルブとエラストマーの混合を大いに容
易にする。

本明細書と特許請求の範囲のすべてにおいては、特に断
り書きがない限りは、量はすべて重量ベースで示されて
いる。また、“ｐｈｒ　”は、この明細書と特許請求の
範囲のすべてにおいてエラストマーを１００としたとき
の重量比を示すものとする。

［実施例］ 第１図と第２図に示すように、本発明の実施において用
いられるアラミドファイバー２０は、長さが約０．２〜
５ｍｍの範囲、直径が約０．００５〜０．０２ｍｍ（つ
まり約５〜２０ミクロン）の範囲にあり、アスペクト比
が約１００を超えるトランク部２２と、トランク部から
その全長にわたって外方に延びていてトランク部よりも
実質上直径が小さい複数のフィブリル部２４とで成って
いる。このファイバーは、調合前にはドライパルプの形
をなしている。ファイバーの表面積は約４〜２０ｍ”／
ｇである６表面積の大部分をフィブリル部が持っており
、本発明の実施において用いられるファイバーの表面積
は、本発明で用いられるがフィブリル部を有しない棒状
ファイバーの、直径の分布が同様であるときの表面積の
約３０〜６０倍である。

本発明で用いられるに必要な特性を有する短かくて不連
続なフィブリル化されたアラミドファイバーは、商業的
にデュポン社（Ｅ、　！、Ｄｎｐｏｎｔ　ｄｅＮｅｍｏ
ｕｒｓ　＆　Ｃｏ、、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、　Ｄｅｌ
ａｗａｒｅ）からにｅｌｖａｒ２９という名でパルプと
して入手されつる。

この材料は、極めて短力）いフィブリル化されたファイ
バーの形をなしていて、平均の長さは約２ｍｍ、トラン
ク部の直径は約１２ミクロンであり、トランク部から、
直径が１ミクロンより小さい多数のフィブリル部が概し
て横方向に伸びている。このファイバーの表面積は８〜
１０ｍ”／ｇであって、これは、直径が１２ミクロンの
棒状ファイバーの表面積の４０〜５０倍である。この表
面積の増大はフィブリル化（つまりフィブリル部がある
こと）に依存されている。

アラミド材料は典型的には、長い結合の合成アラミドポ
リアミドとして特徴づけられるもので、アミド結合の８
５％は直接に２つのアロマチック環につながっている。

アラミドはそもそもはポリ（パラフェニレン・テレフタ
ルアミド）である。

アラミドは、そのどの物理的形のものも実質上伸びない
、このことは、破断の際の高い引張り弾性係数と小さい
伸びによって示される０弾性係数と伸びのデータは前述
した特許第４．１５５．３９４と、デュポン社（Ｅ、１
．Ｄｎｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｎｒｓ　　＆　Ｃｏ、
。

Ｉｎｃ、）が出している“Ｋｅｌｖａｒアラミド”とい
う題の製品紹介ニュースの中に示されている。値はグレ
ード（例えばにｅｌｖａｒ、にｅｌｖａｒ２９、にｅｌ
ｖａｒ４９）　とか物理的な形（例えばヤーン、細断フ
ァイバーなど）とか、添加成分の有無によって変ってい
るが、市販のアラミドでは一般に、引張り弾性係数は少
くとも約６，０００１ｂ／１ｎ２（約４０．０００ＭＰ
ａ）であり、破断時伸びは約５％を超えない。

本発明による複合材のためには、種々のゴムやその混合
物、例えば天然および合成のＣ１５１，４ポリイソプレ
ン、ポリブタジェン（溶液およびエマルジョン）、スチ
レン／ブタジェンコポリマー（溶液およびエマルジョン
）、ブチルおよびへロブチルゴム、　ＥＰＤＭゴム、ブ
タジェン／アクリロニトリルゴム、ネオブレン、ビニル
ポリブタジェン、および一般に粘弾性のポリマーといっ
たものが使われつる。

加硫されていない練り物とそれから作られる加硫された
複合材のどちらにおいても、アラミドバルブの使用分量
は、重量比でエラストマーを１００としたとき（つまり
ｐｈｒで）約０．２〜２０．望ましくは約１〜１０．最
も望ましくは約２〜５である。使用分量が０．２ｐｈｒ
より少い場合は補強の効果がほとんど認められない、バ
ルブの使用分量が少くとも１ｐｈｒ、より特定的に言う
と少くとも２　ｐｈｒで補強がより効果的になることが
認められる。望ましいアラミドバルブの使用分量は、そ
の複合材の意図された用途に依存することになるが、そ
れについては以降で詳しく説明する。

本発明による加硫された複合材では、一般には、小さい
伸びの下で、応力／全関係が実質上直線的である０弾性
係数と最大引張り荷重または応力（つまり降伏強さ）の
どちらも、一般には、本発明でのアラミドファイバーの
使用分量の範囲でその使用分量が増えると共に増大する
。このことは以降で第１３図と例１について、より詳し
く説明する１強度と弾性係数は、ファイバーの向きの方
向においてはそれに直角の方向におけるよりも大きい。

加硫されていない練り物の生での強度も、本発明でのア
ラミドバルブの使用分量の範囲内、特にその下の方にお
いては、その使用分量が増えると共に増大する０本発明
による加硫されていない練り物の剛さは、アラミドバル
ブの使用分量が増えると共に増大する。使用分量が２０
ｐｈｒより多い加硫されていない練り物は、極めて剛さ
が大きくて加工困難である。使用分量が約１０〜２０ｐ
ｈｒである加硫されていない練り物は、スチフネスが大
きい（それはなお、入っている他の調合成分によって影
響されるが）故に、普通のゴム加工装置（例えばバンバ
リーミキサや押出機）では扱われにくい、しかし、この
ような練り物は、特別頑丈型の装置および／または遅い
加工速度を用いるならば、扱われつる。

本発明による練り物は、なお、硫黄、促進剤、活性化剤
、劣化防止剤、酸化亜鉛、およびステアリン酸といった
従来用いられている調合成分を含んでいる。この練り物
はまた、例えばカーボンブラック、シリカ、または白土
といった従来用いられている補強用フィラー、を含んで
いる。解膠剤、色顔料やそのようなもの、のような他の
成分が含まれていることもある。

このような従来使われている成分は、従来のような使用
分量で使われつる６例えば、カーボンブラックの使用分
量は約３０〜１００ｐｈｒである。

加硫可能のエラストマー、加硫剤、約０．２〜２０ｐｈ
ｒ（望ましくは約１〜１０ｐｈｒ　、最も望ましくは約
２〜５ｐｈｒ）のアラミドファイバー、および約３０〜
１００　ｐｈｒのカーボンブラックを含む練り物は、本
発明による望ましい練り物となる。それから作られる加
硫されたエラストマーについても同じことである０粒状
のカーボンブラックは一般に望ましい補強用材料である
。その他の、シリカ（これが望ましい）または白土とい
った粒状の補強材料も、黒でない（例えば白色やカラー
の）エラストマーが所望のとき（例えばサイドウオール
が白色のタイヤの場合）には用いられつる。補強剤の混
合物、例えばカーボンブラックとシリカの混合物もよく
用いられる。補強材（またはその混合物）の全量が約３
０〜１００ｐｈｒ（エラストマーを１００としての量）
であれば、有効な補強のために十分である。

アラミドバルブがなるべく容易に扱い得て、それのゴム
（または他のエラストマー）の中での分散が容易になる
ように、アラミドバルブの全量と、補強剤またはそれの
混合物（例えばカーボンブラック）の少くとも一部とを
プレミックスするのが望ましい、補強剤またはその混合
物は分配剤として働く、アラミドバルブファイバーはふ
わふわしたものであるので、もし上記のようにプレミッ
クスするのでなければ、分配が起りにくい。

カーボンブラックはその全量または一部がプレミックス
に入れられる。

ゴムとアラミドファイバー（望ましくはカーボンブラッ
クとプレミックスしたもの）とその他の調合成分とは、
アラミドファイバーの使用分量を約１０ｐｈｒまでとし
て、従来のような方法で、従来用いられた加工装置を用
いて調合される。混合装置としては、１台またはそれ以
上のパンバリミキサーが用いられつる。一般には１段よ
り多い混合段階があるのが望ましい。

調合されたゴムはカレンダリングされるか、または剪断
状態で他の成形、つまり押出しをされる。成形装置とし
て望ましいのは４０−ル型カレンダーである（２０−ル
型とか３０−ル型のカレンダーや、例えば押出機のよう
な、他の方式の剪段加工成形装置も用られるが）、カレ
ンダーロールはシートが所望されるとき一般に望ましく
、押出機は型材品が所望されるとき一般に望ましい、成
形装置の中での剪断作用によってファイバーは方向性を
もった形をとることになる。シートは、意図された目的
に応じ、所望の厚さに成形される。カレンダリングまた
は押出しされた練り物の中で、またキユアリングによっ
て作られる加硫製品の中でアラミドファイバーが方向性
をもつということは本発明の重要な特色である。アラミ
ドファイバーは、カレンダリングされたシートなら長さ
方向、押出し製品なら押出しの方向に、実質上平行で一
方向の形をとる。

アラミドバルブを約１０ｐｈｒより多く含むキユアリン
グされていない練り物を作るには、そのような練り物の
剛さが大きい故に、特別な加工機械および／または条件
が必要または望ましいことになる０例えば普通の加工温
度より高温度を許す特別頑丈型のミキサーや押出機およ
び／または遅い加工速度が用いられつる。アラミドファ
イバーの使用量が何程以上ならば特別な装置および／ま
たは処理法が必要になるかという境目は、ゴム調合物の
中にある他の成分（顕著に関係するのはカーボンブラッ
ク）に依存する。

第３図は本発明によるカレンダリングまたは押出しされ
たシートの概略図である。第３図において、３０はカレ
ンダリングまたは押出しされたシートで、これはエラス
トマーマトリックス３１と、その中に方向性をもっであ
る複数の不連続のアラミドファイバー３２でできている
。以降で説明するが、このようなシートはタイヤのベル
トを作るために有用である。このような類のシートつま
りベルトは、従来技術の応用面においては変形抵抗部材
（ｎｅｓｔｒｉｃｔｏｒ）と呼ばれてよい。

第４図は、調合されたゴムマトリックス３１の中に、方
向性をもって分散している短かい不連続のアラミドファ
イバー３２があるほか、補強コード３４が埋込まれてい
るという複合材シート３３を示している。コード３４は
、鋼またはその他の金属のワイヤ、ガラス、ポリエステ
ルまたはナイロン、またはその他の長くて連続したワイ
ヤまたはヤーンの形の補強材料でありうる。第４図はこ
のような複合材の加硫前と加硫後の両方での状態を示し
ている。第４図で示されているように、補強用ワイヤま
たはコード３４はファイバー３２と平行に伸びている。

もちろん、方向性をもっているファイバー３２と補強用
ワイヤ３４とは互に角度（特には直角）をなしていてよ
い、シート３３は、織物で補強されたベルトやカーカス
プライを作るための公知の方法によって作られうる。コ
ード３４はカレンダリングされた生のシートに埋込まれ
る。

ある用途のためには２ブライ以上の積層体が望まれる。

第５図は２ブライのラミネート４０の概略図で、これは
、エラストマーマトリックス３１ｂの中に方向性をもっ
たアラミドファイバー３１ａと補強用コード３４ａが入
っている第１の層４１と、エラストマーマトリックス３
１ｂの中に方向性をもったアラミドファイバー３２ｂと
補強用のワイヤまたはコード３４ｂが入っている第２の
層４２を有している。第５図に示した実施例では、コー
ド３４ａと３４ｂはそれぞれのシート４１と４２の長さ
方向に伸びており、各ブライのアラミドファイバーの方
向はバイアス式になっている。つまり、コードに対して
鋭角をなしている。ファイバーの方向はコードの方向に
対して平行であるか、または角度（９００まで）をなし
ている、補強用コード３４ａ、３４ｂが用いられるとき
は、それらはそれぞれのブライにおいてファイバーの方
向と平行にあるのが望ましい、これらのコードは所望に
より、用いられるか、または省略される。２つの層での
アラミドファイバー３２ａ、３２ｂは互いにどのような
角度をなすように位置していてもよいが、２つの層のそ
れぞれのファイバーの方向が互いに９０＠の角度をなし
ているときに、横方向および周方向の両方での最大の補
強が達成される。

カレンダリングされたシートは、アラミドファイバーの
方向に対して、０°から９０°までのどんな所望の角度
ででも切断されつる。０°ならば最大の周方向安定性が
得られ、９０＠ならば最大の槍方向安定性が得られる。

２フライ以上の積層体を作るためには、０°以外の角度
で切断することが特に有用となる。

第６図はシート３０の２つの端を継ぎ合わせる突合せ継
手を示している。アラミドファイバーで補強されたシー
ト３０がタイヤのカーカスプライまたはベルトとして用
いられる場合には、シートはタイヤの円周を巡ってトロ
イド状に延びてシートの両端４４が互いに接触し係合し
ている。これらの端４４は、それら端の上を覆ってその
両方を結合するようなガムストリップ４６によって結合
されつる。ガムストリップ４６としては、方向性をもっ
た短かくて不連続なアラミドファイバー４８で補強され
た本発明によるエラストマーが用いられつる。ファイバ
ーの方向は端４４に対して直角であるのが望ましい、コ
ードで補強された複合材のシート３３とラミネート４ｏ
も、第６図に示した突合せ継手によって両端の結合が行
われつる。

第３図、第４図に示した１ブライの複合材や第５図に示
したマルチブライのラミネートを含む本発明によるアラ
ミドファイバーで補強されたシートや押出し型材は、様
々のタイヤ用調合物を作るのに用いられつるが、それを
ここで、特には第７図から第１２図までによって、より
詳しく説明する０本発明によるアラミドで補強されたゴ
ム複合材をタイヤの目的の場所に用いることとして、タ
イヤが、タイヤモールドの中で、圧力と温度の従来と同
様の条件下で作られ、キユアリングされる。

第７図から第１２図までは、本発明の実施例であるキユ
アリングされたタイヤを示している。説明の都合上ラジ
アルタイヤを例とした１本発明の実施においてはラジア
ルタイヤが望ましいが、本発明はそれに限るのではなく
、バイアスブライやその他のタイプのタイヤでも実施さ
れつる。

第７図において、ラジアルタイヤ５０はトレッド部５２
、サイドウオール５４、およびカーカス５６を有してい
て、カーカス５６は、ゴムのマトリックスの中に典型的
には複数の、例えば鋼、ナイロン、ポリエステル、レー
ヨン、ガラスなどの補強用のワイヤまたはコードが埋込
まれて半径方向に伸びていて成立っている。カーカス５
６はｌブライまたはより多くのブライで成っているが、
１フライの場合をここでは示した。カーカス５６０両方
の端部は従来の方法と同様に、ビードワイヤ５８を続っ
て折り返されている。ビード５８の近くには一対のアペ
ックス６０とフィラーストリップ６２（第８図でのみ示
す）、そしてなおチャッファ６４がある。トレッド５２
とカーカス５６の間には複数の、周方向に伸びている織
物で補強されたゴムのベルト６６が入れられている。

ベルト６６の側方エツジは、ベルト６６の幅全体にわた
って延びていてベルトとトレッドへ２の間に入っている
ベルトコート、つまりオーバーレイ６８（第１１図に示
す）で覆われているか、または、エツジ用ガムストリッ
プ７０（第１２図に示す）で覆われている。タイヤの空
気保留特性を向上させるために、典型的にはブチルまた
はへロブチルゴムでできたインナーライナー７４（第１
０図に示す）が設けられる場合もある。

本発明によるアラミドで補強されたゴム複合材は、タイ
ヤ５０の部材であるアペックス６ｏ、フィラーストリッ
プ６２、ベルト６６、ベルトオーバーレイ６８、および
ガムストリップ７０の、どれを作るにも（全部を作るに
も）用いられつる。これら部材はタイヤの構造体補強用
調合物として特徴づけられつるもので、特に本発明の恩
恵をうけるものである。一般に、タイヤにおける剛さお
よび／または高い弾性係数（つまり小さい伸びの下での
大きな荷重負担能力）が望まれるゴム製部材のどれであ
っても、本発明によるアラミドで補強されたゴム複合材
で作られつる０本発明によるアラミドによる補強は、タ
イヤ用ゴム練り物の中での、従来からある粒状の補強剤
や補強用コードのような補強要素に加わるものとして用
いられる。

本発明によるアラミドで補強されたゴム練り物において
、必要なアラミドパルプの使用分量は、その複合材がタ
イヤのどの部材において使われるかに依存してきまる。

一般には、アペックス６０以外のすべてのタイヤ部材に
おいては５　ｐｈｒより少いアラミドバルブ使用分量が
用いられる。アペックスでは、カーカスプライ５６の端
部での繰返し歪を小さくし、それによりタイヤの寿命を
伸ばすために、大きな剛さが望まれるので、この部材に
おいては５　ｐｈｒを超える（一般には５〜１０ｐｈｒ
　）アラミドバルブ使用分量が望ましい０本発明による
アラミドで補強された複合材がタイヤ以外の用途に用い
られる場合は、アラミドバルブの使用分量は、意図され
る目的によるが、はとんどの用途に対して約５　ｐｈｒ
より少くされる。

上記のタイヤの部材においてのゴム（または他のエラス
トマー）物質や、アラミドパルプ以外の調合成分は、従
来技術によっていればよい。

アペックス６０とフィラーストリップ６２とは、断面形
がほぼ三角形で、ビード５８から半径方向外側に延びて
外側に行くほど厚さが減っているトロイド状のメンバー
である。それらは織物で補強されたカーカスプライ５６
によって囲まれている。それの中でのアラミドファイバ
ーは、半径方向に向いているのが望ましい、補強用のワ
イヤとかヤーンは用いられない。

ベルト６６は本発明によるゴム／アラミド複合材シート
で作られつる。ベルト６６の材料と構造は、米国特許箱
４．４８３．３８１号に示され説明されているのと同様
であればよい、この米国特許では、補強用ベルトのゴム
は中密度ビニル・ポリブタジェンゴムと、天然および／
または合成のｂｉｓ　１．４ポリイソプレンゴムとの混
合物であるのが望ましいとされており、織物での補強は
、鋼線がゴム物質の中に包み込まれているという形でな
されている。天然ゴムと、天然ゴム／５ＢＲ（スチレン
・ブタジェンゴム）混合物も用いられつる。簡単に言え
ば、ベルト６６の各々は第３図に示されたような、コー
ドで補強された１ブライのゴム／アラミド複合材の形で
あってもよい、あるいはまた、ベルト６６が一体になっ
て、第５図に示されたような、２ブライまたはマルチブ
ライのゴム／アラミド複合材の構造になっていてもよい
、どちらの場合においても、アラミドファイバーの向き
がバイアス式になっていて、相隣るベルト層でのアラミ
ドファイバーの方向が同じでないのが望ましい。

ベルトオーバーレイ６８とベルトのエツジ・ガムストリ
ップ７０とは、やはり、本発明によるアラミドで補強さ
れカレンダリングされたゴムシートで作られつる。適当
とされるゴムは一般にはベルトを作るのに用いられるも
のと同じである。織物による補強は、所望により用いら
れるかまたは用いられない、アラミドファイバーは、周
方向に向いているのが望ましい、ベルト６６の両端部の
動きを小さくするためには、本発明によるベルトオーバ
ーレイの剛さの増大が望まれる。

タイヤトレッド５２では、上記した他のタイヤ部材に比
べると一般に、アラミドファイバーで付与される剛さの
重要性が少いが、タイヤトレッドも本発明によるアラミ
ドで補強されたゴムで作られつる。タイヤトレッドに用
いられる複合材では、不当なスチフネスを避け、耐クラ
ツク性を向上させるために、典型的には、アラミドファ
イバーの使用分量は少く、例えば５　ｐｈｒを超えない
、望ましくは約０．２〜２　ｐｈｒの量とされる。

織物またはコードによる補強を伴うにしても伴わないに
しても、上述した本発明によるゴム／アラミド複合材を
用いること以外の点では、図示のタイヤ５０は従来と同
様の構造になっている。

本発明による加硫されたアラミドで補強されたゴム複合
材は、ファイバーの方向では、小さな伸びの下で高い引
張り強さと高い弾性係数を示す。

これらの複合材は異方性のものであるので、ファイバー
の方向の場合に比べて直角方向の場合はより小さい強さ
と弾性係数を示す、降伏強さと弾性係数は、第１３図に
示すように、アラミドファイバーの使用分量と共に増大
する。この図についてはなお例１との関連で後述する。

また、第１３図に示されているように、本発明によるゴ
ム／アラミド複合材は、弾性限界以下では、小さな伸び
の下で、金属の場合と似た実質上直線的な応力／歪関係
を示す。

本発明の特別な特色は小さな伸びの下で得られる補強効
果であって、そのことは第１３図の急傾斜の応力／歪曲
線によって示されている。この特色は、大きな剛さまた
は安定性（つまり、所与の引張り荷重の下での変形が小
さいこと）が望まれるような実際の使用条件での実際の
寿命の点で特に有用である。特に、本発明による複合材
は、例えば５〜５０％という小さい伸びの下で安定性が
望まれるような空気入りゴムタイヤにとっては有難いも
のである。

本発明によるゴム／アラミド複合材はまた、圧縮応力の
下で、圧縮弾性係数で測られる高い剛さを有している０
本発明によるアラミドファイバーによるゴムの補強は、
硬度の増加を極小に止め、この剛さな格段に増大させる
。衝撃耐性、引き裂き耐性、切断耐性、および切れ目進
展耐性においても、本発明によるアラミドで補強された
複合材は、アラミドバルブを含まない加硫されたゴムの
練り物よりも優れている。

本発明によるゴム／アラミド複合材、特にはタイヤに用
いられるそれら複合材は、普通はカーボンブラックを含
んでいる。カーボンブラックの量は約３０〜１００ｐｈ
ｒである。アラミドファイバーの使用分量もカーボンブ
ラックの使用分量も、意図される用途と、複合材で望ま
れる硬度に従って選択される。アラミドファイバーとカ
ーボンブラックの両方を含む加硫された複合材での特に
望ましい特性は、良好な低歪弾性係数つまり小さい歪の
下での高い弾性係数である。カーボンブラックとアラミ
ドファイバーのどちらかだけを用いる代りにそれらの両
方を用いることにより、比較的容易に所望の弾性係数が
得られる。このような複合材で望まれるその他の特性と
しては、性能の向上（例えば、タイヤの場合、より高荷
重、より高速）、熱の蓄積が少いこと、切断耐性が高い
こと、耐久性が大きいこと、および寿命が長いこと、が
ある。

本発明による加硫されていないゴム／アラミド複合材は
、アラミドファイバーを含まない他の似た方式で調合さ
れたゴムに比べ、より大きな生状態強度とより良い寸法
安定性を有する。

さて、以降では例を示し、本発明をより詳しく説明する
。

ゴムの中にアラミドバルブが分散して成る複数の複合材
が、先ず、次の第１表に示す成分を含んで成る混合物を
作り、その混合物を硫黄を用いてキユアリングすること
によって作られた。

第１表 注＝（１）ゴムの組成はブタジェン・スチレンゴム７０
部とオイル２６．３部（全体で９６．３部）（２）にｅ
ｌｖａｒ２９パルプとしてデュポン社（Ｅ、Ｉ。

Ｄｎｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｎｒｓ　＆　Ｃｏ、）か
ら入手される。

練り物Ａ−Ｄは第１表に示す成分のほか、例えば硫黄、
ステアリン酸、酸化亜鉛、劣化防止剤、促進剤といった
従来用いられている調合成分も含んでいた。アラミドバ
ルブ以外の調合成分は４つのランで同じ量として用いら
れた。

キユアリングされた複合材のサンプルが採取され、ＡＳ
ＴＭＤ４１２による引張強さと伸びの試験が行われた。

ファイバーの方向での引張り強さと伸びの試験の結果を
第２表に示し、本発明をより明瞭に表現するために第１
３図で図示した。応力はＭＰａつまり１ｍ”当りメガニ
ュートンで表わされている。

注：（ａ）伸び５０％での値 第１３図は、本発明で必要としているアラミドファイバ
ーを含むものと含まないものについての、加硫されたゴ
ムのサンプルの典型的応力／歪線図（ＭＰａでの引張り
応力に対する％での伸び）を示している６曲線Ａはコン
トロールサンプル（アラミドファイバーなし）を示す０
曲線Ｂ。

Ｃ，Ｄはそれぞれアラミドファイバーを３．５ｐｈｒ。

７ｐｈｒ　、　　１２ｐｈｒ含んでいるゴム複合材の応
力／歪線図を示している０曲線Ｂで見られることは、伸
びが５０％までは引張り荷重が伸び％に対して急激に、
そして実質的に直線的に増大し、伸びが、５０％を超え
ると曲線の形は普通同様となることである０曲線ＣとＤ
は曲線Ｂと似た形であるが、異ることとして、応力／歪
曲線が直線である範囲での最大の応力（または荷重）に
おける複合材の弾性係数（応力／歪曲線の傾斜で表わさ
れる）が、アラミドファイバーの分量が多いほど増大し
ている。

小さい伸びの下で応力が大きい（弾性係数も大きい）こ
とによる特別の利便は、この特性の故にタイヤメーカー
は、本発明による複合材をタイヤの高応力部分に用い、
そこで、かなりの応力（荷重）があっても少しの変形し
か起らないようにできることにある。

匠ｌ この例で示されているのは、本発明によるアラミドファ
イバーを入れているゴム複合材においては、等量のファ
イバーではあるがフィブリル化していない他の短かくて
不連続なファイバーを含むゴム複合材に比べると応力／
歪特性が大いに改善される（つまり弾性係数が増大する
）ことである。

この例ではランＡＡ行（コントロール）、Ｅ。

Ｆ、およびＧが実行された。ランＡＡで作られた加硫製
品はファイバーを含んでいない、ランＥ。

Ｆ、Ｇで作られた複合材はそれぞれ５　ｐｈｒのアラミ
ドバルブ、綿（セルローズ）、ポリプロピレンを含んで
いた。ファイバーの含量は下の第３表に示す、処方は下
の第４表に示しである。

注＝（２）デュポン社（Ｅ、　１．　Ｄｎｐｏｎｔ　ｄ
ｅ　Ｎｅｍｏｎｒｓ　　＆Ｃｏ、　）からにｅｌｖａｒ
２９バルブとして入手されるもの （３）モンサント社（Ｍｏｎｓａｎｔｏ　Ｃｏ、）から
Ｓａｎｔｏ−ｗｅｂ　ＯＸとして入手されるもの （４）パーキュリーズ社（）Ｉｅｒｃｕｌｅｓ　Ｉｎｃ
、）からＰｕ１ｐｅｘ　Ｐとして入手されるものファイ
バーの含量以外、処法はランＡＡ、Ｅ。

Ｆ、Ｇで同じであった。その処法は、第４表に示す種類
と量のはかなお、例えば硫黄、ステアリン酸、酸化亜鉛
、劣化防止剤および促進剤のような従来用いられている
調合成分であった。

各ランのサンプルが例１の方法で試験された。

その結果を第５表に示し、また第１４図で図示した。

第５図は、セルローズファイバー（これはゴム複合材を
補強する目的で往々提案されている）やポリプロピレン
ファイバーと比べ、本発明によるアラミドバルブを用い
た効果が際立っていることが示している。

より特定的に言うならば、短かくて不連続なフィブリル
化されたアラミドファイバー（つまりアラミドパルプ）
が、セルローズやポリプロピレンのファイバーよりも、
小さい伸び（５０％まで）の下でより高い弾性係数を付
与したことになる。

言い方を変えるならば、所与の引張り荷重によって、ア
ラミドファイバー−複合材においては、他のファイバー
で作られた複合材におけるよりは小さい変形（伸び）が
生じたことにな′る。降伏強さも、アラミドで補強され
た複合材では他のファイバーで補強された複合材よりも
大きかった。他のファイバーで作られた複合材でも、フ
ァイバーでの補強を含まないゴムで観測される弾性係数
よりは大きな弾性係数を示した。

本発明による短かくて不連続なフィブリル化されたアラ
ミドファイバーで補強されたゴムは、短かくて不連続な
他材料のファイバーで補強されたゴムに比べて、幾つか
の利点を有している。

第１に、短かくて不連続なフィブリル化されたアラミド
ファイバーは、それと同じ使用分量の他のファイバーよ
りもファイバーの方向での格段に大きい強度と高い弾性
係数を付与することである。このことは例２と第１４図
で示されている。

本出願人らは理論にこだわりたくないが、この補強の改
善効果は、用いられたフィブリル化されたアラミドファ
イバーが伸びないものであることと、それの中にフィブ
リル部があること、によるものと信じている。アラミド
ファイバーのフィブリル部がゴムのマトリックスとイン
タロックして、それにより、ゴムの焼みを防ぎ、寸法安
定性をよくするものと信ぜられる。

第２には、接着性の複合材構成とするために接着剤また
は結合材を用いる必要がないことである。アラミドのフ
ィラメントまたはヤーンを含むタイヤコード材料は、ゴ
ムとの効果的結合が達成されるためには、表面接着剤で
予め処理されていなければならない、それについては米
国特許第４、１５５．３９４を参照されたい、従来用い
られて来た不連続のファイバー状材料も一般には接着剤
の使用を必要とする（接着剤は、典型的にはゴムと一体
化される前にファイバーに付与される）０例えば米国特
許第３，６９７，３６４号を参照されたい。

以上本発明を特に空気入りタイヤについて、その中でも
特にラジアルタイヤに関して説明したが、本発明による
ファイバーで補強された複合材が、スチフネスの大きな
ゴムが有用である他の用途に用いられることは理解され
よう０例えば、本発明によるゴム複合材は、コンベヤベ
ルト、ホース、ソリッドの工業用タイヤ、不整地走行車
用タイヤのトレッド、ルーフインク、両押え、および池
のライニングを作るのに用いられつる。用途によって、
１ブライ構造のこともあるし、２プライ以上の構造のこ
ともある。それら構造は第３図の構造に似たものとされ
つる。空気入りタイヤ以外の用途においては、一般に補
強用のワイヤとかコードは省略される。その他の変形に
ついては、当業者は熟知しているであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ゴムと調合される前のアラミドファイバーの
、不規則で位置不定の状態を大きく拡大して示す概略図
、 第２図は１つのアラミドファイバーをさらに拡大したス
ケールで示す概略図、 第３図は、不連続なアラミドファイバーが方向性をもっ
て中で分散している、アラミドで補強された本発明によ
るベルト用シートを示す概略図、 第４図は、連続した補強用コードがあり、不連続なアラ
ミドファイバーが方向性をもって中で分散している本発
明によるｌブライの補強用ベルトを示す概略図 第５図は、アラミドファイバーが方向性をもって中で分
散している本発明による２ブライの補強用ベルトを示す
概略図、 第６図は、補強用ブライの２つの端を結合する突合せ継
手の概略側面図、 第７図は、本発明による空気入りタイヤの１つの実施態
様の断面図において、カーカスプライと補強用ベルトを
示している図、 第８図は、第７図の空気入りタイヤのサイドウオール部
を拡大して示す断面図、 第９図は、本発明によるタイヤの正面図において、ある
部分は取り去りある部分は断面として示す図、 第１Ｏ図は本発明による空気入りタイヤの変形した実施
態様の断面図、 第１１図は、本発明によるタイヤの第３の実施態様の部
分的断面図においてトレッドとその近くのサイドウオー
ルでの部材を示している図、第１２図は、第７図に示し
た実施態様の部分的断面図においてトレッドとその近く
のサイドウオールでの部材を示している図、 第１３図は、種々の使用分量でファイバーを含む本発明
による加硫された複合材の応力／歪曲線を、コントロー
ル（補強なし）のゴムの応力／歪曲線と共に示す線図、 第１４図は、本発明の場合のアラミドファイバーを含む
種々の短かいファイバーと、ファイバーの使用分量はす
べて５　ｐｈｒとして調合されたゴムの応力／歪曲線を
、補強のないゴムの応力／歪曲線と共に示す線図である
。 ２０・・・アラミドファイバー、 ２２・・・トランク部、　２４・・・フィブリル部、３
ｏ・・・シート、 ３１・・・エラストマーマトリックス、３２・・・ファ
イバー、　　３３・・・シート、３４・・・コード、　
　　　４１．４２・・・シート、４４・・・シートの端
、　嘔６・・・ガムストリップ、４８・・・ファイバー
、　　５２・・・トレッド、５４・・・サイドウオール
、 ５６・・・カーカス、　　　５８・・・ビード、６０・
・・アペックス、 ６２・・・フィラーストリップ、 ６４・・・チャッファ、　　６６・・・ベルト、６８・
・・ベルトオーバーレイ、 ７０・・・ガムストリップ、 ７４・・・インナーライナー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タイヤトレッドと、一対のサイドウォールと、コー
   ドで補強されたカーカスと、一対のビードのほか、１つ
   またはより多くのエラストマーの構造を補強した部材を
   含む複数の部材で成っている空気入りタイヤであって、 前記部材の少くとも１つが、キュアリングされたエラス
   トマーのマトリックスと、補強用に足る量の粒状の補強
   剤またはそれの混合物と、その中に分散させられた有効
   に補強用に足る５ｐｈｒを超えない量の短かくて不連続
   なフィブリル化したアラミドファイバーとを含んで成る
   、アラミドファイバーで補強されて加硫されたエラスト
   マー複合材で実質上成っており、 前記ファイバーは、長さが約０．２〜５ｍｍの範囲、直
   径が約０．００５〜０．０２ｍｍの範囲にありアスペク
   ト比が約１００を超えるトランク部と、前記トランク部
   から外方に伸びていてトランク部よりも実質上直径が小
   さい複数のフィブリル部とで成っていて、表面積が約４
   〜２０ｍ＾２／ｇの範囲にあるというファイバーであり
   、 前記複合材は、実質上、前記アラミドファイバーの全量
   と共に、前記の粒状の補強剤またはその混合物の少くと
   も一部で全量ではない量、つまり、前記アラミドファイ
   バーの分配を起させてそれによりその後の前記アラミド
   ファイバーとエラストマーの調合を促進するに足る量を
   含んだプレミックスを作り、前記プレミックスに、加硫
   可能のエラストマーと、前記の補強剤またはそれの混合
   物の残った部分と、追加のタイヤ調合成分とを混合し、
   タイヤのキュアリングを行うステップを含む方法で作ら
   れる複合材を用いたタイヤ。 ２、前記アラミドファイバーの量が、重量比で前記のキ
   ュアリングされたエラストマーを１００としたとき約０
   ．２〜２である請求項１記載のタイヤ。 ３、前記カーカスと前記トレッドとの間に補強ベルトが
   あって、そのベルトが少くとも１プライの前記エラスト
   マー複合材を含んでいる請求項１記載のタイヤ。 ４、前記エラストマー複合材でできたベルトオーバーレ
   イを含む請求項１記載のタイヤ。５、前記エラストマー
   複合材でできていて断面形が概ね三角形で、前記ビード
   から半径方向外方へ延びる部材を含む請求項１記載のタ
   イヤ。 ６、前記エラストマー複合材でできていて断面形が概ね
   三角形であってトロイド状になっており、前記ビードか
   ら半径方向外方へ延びる外方に行くほど厚さが減ってい
   る少くとも１つのメンバーを含む請求項１記載のタイヤ
   。 ７、前記補強剤またはそれの混合物の量が重量比で前記
   キュアリングされたエラストマーを１００とするとき約
   ３０〜１００である請求項１記載のタイヤ。 ８、前記補強剤がカーボンブラックである請求項７記載
   のタイヤ。 ９、前記補強剤がシリカである請求項７記載のタイヤ。 １０、部材の１つである前記トレッドが、前記アラミド
   ファイバーで補強された複合材で成る請求項１記載のタ
   イヤ。 １１、前記のキュアリングされたエラストマーがゴムで
   ある請求項１記載のタイヤ。 １２、前記補強剤またはその混合物と前記追加のタイヤ
   調合成分とが、従来用いられているタイヤ調合成分であ
   り、また、前記プレミックスに、前記加硫可能のエラス
   トマーと、前記補強剤またはその混合物の残った部分と
   、前記追加のタイヤ調合成分とを混合することが、それ
   以上の追加材料を実質上追加せずに行われている請求項
   １記載のタイヤ。 １３、キュアリングされたエラストマーのマトリックス
   と、それを補強するための粒状の補強剤と、追加のタイ
   ヤ調合成分と、重量比で前記ゴムを１００とするとき約
   １〜５の短かくて不連続なフィブリル化したアラミドフ
   ァイバーとを含んで成る、アラミドファイバーで補強さ
   れて加硫されたエラストマー複合材で成っていて、 前記アラミドファイバーは、長さが約０．２〜５ｍｍの
   範囲、直径が約０．００５〜０．２ｍｍの範囲にありア
   スペクト比が約１００を超えるトランク部と、前記トラ
   ンク部から外方に延びトランク部よりも実質上直径が小
   さい複数のフィブリル部とで成っていて、表面積が約４
   〜２０ｍ＾２／ｇの範囲にあるファイバーであり、 前記複合材は、実質上、前記アラミドファイバーの全量
   と共に、前記の粒状の補強剤またはその混合物の少くと
   も一部で全量ではない量、つまり、前記アラミドファイ
   バーの分配を起させてそれによりその後の前記アラミド
   ファイバーとエラストマーの調合を促進するに足る量を
   含んだプレミックスを作り、前記プレミックスに、加硫
   可能のエラストマーと、前記の補強剤またはそれの混合
   物の残った部分と、追加のタイヤ調合成分とを混合し、
   （３）タイヤのキュアリングを行うステップを含む方法
   で作られた複合材のトレッドを有するタイヤ。 １４、前記アラミドファイバーの量が、重量比でゴムを
   １００とするとき約０．２〜２である請求項１３記載の
   タイヤ。 １５、加硫されたエラストマー複合材を作る方法であっ
   て、実質上、フィブリル化したアラミドファイバーと、
   １種またはより多種の補強剤を含んで成り、含まれるア
   ラミドファイバーの量は前記複合材において所望の量の
   全部で、前記補強剤の量は前記アラミドファイバーの分
   配を起させてそれによりその後の前記アラミドファイバ
   ーとエラストマーの調合を促進するに足る量であるよう
   なプレミックス、ただし、前記アラミドファイバーが、
   長さが約０．２〜５ｍｍの範囲、直径が約０．００５〜
   ０．０２ｍｍの範囲にありアスペクト比が約１００を超
   えるトランク部と、 前記トランク部から外方に延びていてトランク部よりも
   実質上直径が小さい複数のフィブリル部で成っていて、
   表面積が約４〜２０ｍ＾２／ｇの範囲にあるファイバー
   であるプレミックスを作り、前記プレミックスに、加硫
   可能のエラストマーマトリックス材料と、前記の１種ま
   たはより多種の粒状の補強剤の追加分と、追加のタイヤ
   調合成分とを混合し、できた練り物をキュアリングする
   ステップを含む方法。 １６、前記の加硫されたエラストマー複合材またはそれ
   の部分がタイヤトレッドを形成する請求項１５記載の方
   法。 １７、前記３つのうちの第２のステップでできた加硫さ
   れていないエラストマー複合材をタイヤトレッドの形に
   成形するステップをさらに含み、それのあとにこの複合
   材のキュアリングが行われる請求項１５記載の方法。 １８、トレッドなど、１つまたはそれ以上のアラミドで
   補強された複合材で成る部材を含むタイヤを形成する方
   法であって、 実質上、フィブリル化したアラミドファイバー含まれる
   アラミドファイバーの量は前記複合材において所望の量
   の全部で、前記補強剤の量は前記アラミドファイバーの
   分配を起させてそれによりその後の前記アラミドファイ
   バーとエラストマーの調合を促進するに足る量であるよ
   うなプレミックス、ただし、前記アラミドファイバーが
   、長さが約０．２〜５ｍｍの範囲、直径が約０．００５
   〜０．０２ｍｍの範囲にありアスペクト比が約１００を
   超えるトランク部と、 前記トランク部から外方に延びていてトランク部よりも
   実質上直径が小さい複数のフィブリル部と で成っていて、表面積が約４〜２０ｍ＾２／ｇの範囲に
   あるファイバーであるようなプレミックスを作り、 前記プレミックスに、加硫可能のエラストマーマトリッ
   クス材料と、前記の１種またはより多種の粒状の補強剤
   の追加分と、追加のタイヤ調合成分とを混合し、 できた加硫されていないエラストマー複合材またはそれ
   の１つまたはそれ以上の部分を、トレッドを含む１つま
   たはそれ以上の、アラミドでの補強が所望されるタイヤ
   部材の形に成形し、 前記部材を組立ててキュアリング前のタイヤを作り、そ
   のタイヤをキュアリングするステップを含む方法。 １９、前記加硫可能のエラストマーマトリックス材料が
   ゴムである請求項１８記載の方法。 ２０、前記タイヤの部材の１つがトレッドである請求項
   １８記載の方法。