JPH04179509A - 短繊維補強エラストマーの製造方法 - 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、短繊維を混入することにより強度を補強する
ようにした短繊維補強エラストマーの製造方法に係り、
特に、短繊維の分散性の向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、混練機を使用して短繊維をエラストマー中に
分散させる方法としては、例えば密閉式混練機、ロール
、押出し機等の混練機に、マトリクスとなるコンパウン
ドと未処理又は接着処理された短繊維とを混合して分散
させる方法や、予めカットされた短繊維を少量のニジス
トマー、油。

補強材（カーボンブラック等）と混合して高濃度の短繊
維を含むマスターバッチを作製した後、このマスターバ
ッチをマトリクスとなるコンパウンド中に混合して分散
させる方法、或いは予めカットされた短繊維をエラスト
マーの分散液又はエラストマー溶液中に分散させたもの
を凝固させてマスターバッチを作製した後、このマスタ
ーバッチをマトリクスとなるコンパウンド中に混合させ
て分散させる方法か行われている。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記従来の方法のうち第１の方法では、短繊
維の混合１分散に多大のエネルギを要する割には、短繊
維をマトリクス中で均一に分散させることが困難である
。したがって、後の成形工程における短繊維の配向を阻
害し、高い弾性率等の所望の特性が得られず、さらに、
未分散状態にある短繊維が塊となって、エラストマーの
破壊開始点として作用し、製品寿命を短縮させる一方、
混線時間を長くして分散性を高めようとすると、短繊維
か細かく切断されて補強効果を損するという問題があっ
た。

また、上記従来の方法のうち後の２つの方法では、上記
の方法に比べて混合９分散性は改善され、特に極めて短
い繊維を混入させるときには問題がないか、繊維長さが
長くなるにしたかって短繊維同士の絡み合いが生じ、後
のマトリクスコンパウンドとの混合工程においてもほぐ
れない繊維塊か残存する虞れがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、短繊維の相当な長さの範囲について、エラストマ
ー中に短繊維を容易に分散させる手段を講することによ
り、各繊維がエラストマーで被覆され、かつ絡み合いの
ない整列した状態となった短繊維補強エラストマーの製
造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、連続した
繊維束の状態で予めエラストマーを繊維内に浸入させて
おくことにある。

具体的には、請求項（１）の発明の講じた手段は、短繊
維補強エラストマーの製造方法として、無撚りの連続し
た繊維束をエラストマー溶液中に浸漬した後乾燥するこ
とて、繊維束の内部までエラストマーが浸入した長繊維
集束体を作製し、その後、該長繊維集束体を０．　３〜
１’０＋ｏｍの長さにカットしてエラストマー被覆短繊
維としたのち、このエラストマー被覆短繊維をマトリク
スとなるエラストマー中に混入し、混練機により混合１
分散させるようにした方法である。

請求項（２）の発明の講じた手段は、上記請求項（１）
の発明において、エラストマー浸漬時に繊維束に作用す
る張力を０．　１　（ｇ／ｄ）以下に設定するようにし
た方法である。

請求項（３）のへ発明の講じた手段は、上記請求項（１
）の発明において、繊維束をエラストマーの溶液中に浸
漬する前から乾燥するまでに繊維束を複数のプーリに巻
き付けるようにした方法である。

請求項（４）の発明の講じた手段は、上記請求項（３）
の発明において、プーリとしてクラウンを有するものを
使用するようにした方法である。

請求項（５）の発明の講じた手段は、上記請求項（１）
の発明において、繊維束をエラストマー溶液中に浸漬す
る前から乾燥するまでに、繊維束を１又は複数の固定バ
ーに所定の接触角で巻回させるようにした方法である。

請求項（６）の発明によれば、上記請求項（５）の発明
において、固定バーとしてクラウンを有するものを使用
するようにした方法である。

（作用） 以上の方法により、請求項（１）の発明では、無撚りの
整列した連続繊維束がエラストマー溶液に浸漬されるの
で、浸漬時における繊維同士の絡み合いがほとんどなく
、マトリクスとなるエラストマーに混練前の各繊維はそ
の表面がエラストマー溶液の乾燥物で被覆された状態に
ある。したがって、このエラストマーで被覆された長繊
維集束体をカットして得られるエラストマー被覆短繊維
をマトリクスとなるエラストマー中に混練することによ
り、エラストマー中ての分散が容易となって、多大なエ
ネルギーを要する二となく、短繊維か高度に分散された
短繊維補強エラストマーか得られることになる。また、
そのことにより、混練時間か短縮されるので、混練中の
短繊維の切断が抑制され、短繊維によるエラストマーの
補強効果が向上することになる。

請求項（２）の発明では、エラストマー溶液への浸漬時
に連続繊維束に加わる張力か低いほど繊維内に空間が抱
持された緩和状態にあるので、張力が０．１　（ｇ／ｄ
）以下のときに、繊維内へのエラストマーの浸入が特に
容易となる。

請求項（３）の発明では、プーリ通過時に、最大モノフ
ィラメントが２層程度になるまで各フィラメント間隔が
押し拡げられるとともに、繊維束断面か偏平にされるこ
とてエラストマー溶液の浸入距離が短くなり、さらに、
エラストマー溶液中て又はエラストマー溶液か付着した
状態で繊維束か揉まれる。したかって、各繊維へのエラ
ストマー溶液の浸入か促進され、マトリクスとなるエラ
ストマー中の短繊維の分散性かより向上することになる
。

請求項（４）の発明では、上記請求項（３）の発明にお
いて、プーリとしてクラウンを有するものを使用した場
合、繊維束の断面形状かより顕著に偏平化され、請求項
（３）の発明の作用か顕著となる。

請求項（５）の発明では、固定バー通過時に、繊維束の
断面か偏平化されるとともに、エラストマー溶液中て又
はエラストマー溶液か付着した状態で繊維束が揉まれ、
エラストマー溶液か各繊維にさらに容易に浸入するので
、マトリクスとなるエラストマー中の短繊維の分散性か
向上することになる。

請求項（６）の発明では、上記請求項（５）の発明にお
いて、固定バーとしてクラウンを有するものを使用した
場合、繊維束の断面形状かより顕著に偏平化され、請求
項（５）の発明の作用か顕著となる。

（第１実施例） 以下、本発明の第１実施例について、第１図及び第２図
に基づき説明する。

第１図は本発明を実施するための長繊維集束体製造装置
を示し、１は無撚りの連続した繊維束Ｓを巻装した原繊
維束ロール、２は繊維を混入するマトリクスとなるエラ
ストマーと同じエラストマーの溶液を貯溜する浸漬槽、
３は所定の高温状態に維持される乾燥炉、４は最終的に
繊維束Ｓを巻き取るだめのの巻き取りロール、５，５は
繊維束Ｓの案内ロール、６，６は上記浸漬槽２のエラス
トマー溶液中に浸漬された浸漬ロール、７，７は上記浸
漬槽２の出口、かつ上記乾燥炉３の入口側に配置された
液切り用抑圧ロールである。

ここで、上記浸漬槽２中のマトリクス溶液は、下記第１
表に示す組成を有するエラストマーコンパウンドを密閉
式混練機で混練した後、トルエンに溶解することにより
、固形分５％の溶液としてを作製されている。

第　　］　　表 先ず、１００デニール２００フイラメントのポリエステ
ル繊維を６本合糸してなる６０００デニール無撚りヤー
ンを原繊維束ロール１から繊維束Ｓとして引き出し、案
内ロール５，５を経て、浸漬槽２中の浸漬ロール６．６
側を通過させることにより、エラストマー溶液中に浸漬
する。

次に、繊維束Ｓを浸漬槽２から引き揚げて押圧ローラ７
．７て余分なエラストマー溶液を絞った後、乾燥炉３を
通過させることにより、エラストマー溶液を乾燥させる
。その後、この繊維束Ｓを巻取ロール４に巻き取ると、
繊維束Ｓ中の各繊維がエラストマー溶液の乾燥物で被覆
されてなる長繊維集束体が得られた。

そして、この長繊維集束体を６ｍの長さに切断して、各
繊維がエラストマーて被覆されてなるエラストマー被覆
短繊維を得た。

最後に、上記第１表の組成からなる固定コンパウンドに
、繊維分が１０体積％となるようエラストマー被覆短繊
維を混合した。混合機は実容積３５ｇのニーダ−を使用
し、充填率６０％で一括投入後５分間混合した。その後
、この混線物をｌｌｌ１１厚さにロール圧延して短繊維
を配向させ、さらに、１５０℃で２０分間プレス加硫を
行った。

次に、以上の工程で得た短繊維補強エラストマーについ
て、短繊維分散率を軟質Ｘ線写真にて未分散繊維塊の面
積比率から測定した結果を第２表に示す。第２表におい
て、１００％は未分散塊がｒＯＪであることを示す。な
お、圧延方向つまり短繊維配向方向とそれに直角な方向
の弾性率（それぞれＥ’　ｓ　、　Ｅ’　ｒ　　（ＸＩ
Ｏ６ｄｙｎｅ／ｃＩ１１’　）　）として、静歪１％、
動歪０．１％、ｌＯＨ２における動的弾性率を測定した
。第２表において、符号Ａは本実施例におけるサンプル
、０１〜Ｃ３は比較例のサンプルであって、Ｃ１は未処
理のポリエステル繊維を上記実施例と同様にマトリクス
コンパウンドに混練したもの、Ｃ２は５回／　ｉ　ｎ　
ｃ　ｈの撚りをかけた繊維を同様に処理したもの、Ｃ３
は上記比較例のサンプルＣ１について、混練を５分、５
回行い（合計２５分間）、分散率を９０％まて高めたも
のである。

では、分散率が高く、その結果、配向度も高くなって配
向方向に直角な方向の動的弾性率Ｅ’　ｒが小さくなっ
ていることがわかる。それに対して、比較例のサンプル
Ｃ３では、配向方向の動的弾性率Ｅ’Ｓか非常に小さく
なっている。これは、分散率を高めるべく混線時間を長
くしたために、短繊維が切断されたためであり、単に混
線条件のみを変えて分散率を高めても、実施例と同水準
のものを得ることはできないことかわかる。

すなわち、上記実施例では、短繊維が混練機に投入され
るときには、既に短繊維がエラストマーて被覆されてい
るので、短繊維としてカットされたものを直接混練機で
混練する方法のように、混合１分散に多大のエネルギを
要することがなく、また、エラストマーが被覆されてい
ない繊維塊を生じることはない。さらに、無撚りの整列
した長い繊維束Ｓの状態でエラストマー溶液に浸漬する
ので、短繊維の状態でエラストマー溶液に浸漬してから
エラストマーに混練する方法のような浸漬時における短
繊維同士の絡み合いがなく、混線時の各繊維はその表面
がエラストマーで被覆され、かつ略完全にほぐれた状態
にある。したがって、このエラストマー被覆短繊維をエ
ラストマー中に混練するときに、エラストマー中への分
散が容易となって、短繊維か高度に分散された短繊維補
強エラストマーを得ることができる。また、そのことに
より、混練時間が短縮されるので、混線中の短繊維の切
断が抑制され、短繊維によるエラストマーの補強効果が
向上することになる。

上記工程において、エラストマー被覆短繊維とした状態
で短繊維の長さは０．３〜１０ｍｍの範囲が好ましい。

それは、短繊維の長さが０．３ｍ＋ｓ未満では、短繊維
によるエラストマーの補強効果つまり弾性率の向上効果
が十分でなく、短繊維の長さが１０１を越えると、混練
機中での混線時に短繊維同士の絡み合いが生じて、分散
性を悪化させるためである。

ここで、上記繊維を混入するエラストマーとしては、上
記実施例におけるＳＢＲ（スチレン・ブタジェンゴム）
の他、天然ゴム、アクリロニトリル・ブタジェンゴム、
クロロブレンゴム、エチレン・プロピレン系ゴム等の架
橋性ゴム、オレフィン系、ニスエル系、ウレタン系等の
熱可塑性エラストマーが使用され、これらのエラストマ
ーに、補強剤、充填剤、軟化剤、粘着付与剤、架橋剤、
架橋促進剤、老化防止剤等か必要に応じて添加される。

また、繊維としては、上記実施例におけるポリエステル
の他、レーヨン、ナイロン、アラミド等の有機繊維や、
金属繊維、無機繊維を使用することかでき、フィラメン
ト数は任意のものを使用することができる。また、予め
接着処理した繊維を使用することも可能である。

なお、上記実施例では、短繊維補強エラストマーの最終
製品のマトリクスとなるエラストマーと長繊維束Ｓを浸
漬する工程におけるエラストマー溶液とを同じものとし
たが、本発明は斯かる実施例に限定されるものではなく
、別種のエラストマーに浸漬させることも可能である。

但し、同じ種類のエラストマーを使用することにより、
エラストマー被覆短繊維を混練機てエラストマーに混練
するときのエラストマーに対する馴染みかよくなるので
、同し種類のエラストマーを使用することが好ましい。

次に、上記実施例において、繊維束Ｓの繰出しから押出
しロール７．７に至るまでの繊維束Ｓに加わる張力を変
化させた実験例について説明する。

第２図は、横軸を繊維束Ｓに加わる張力（ｇ／ｄ）とし
、縦軸を最終製品におけるマトリクスへの短繊維の分散
率（％）として、両者の関係をプロットしたものであっ
て、張力が０．１　（ｇ／ｄ）付近以下で短繊維の分散
率か１００％近くになることがわかる。これは、１＠維
東Ｓに加わる張力か低いほど繊維内に空間か抱持された
緩和状態にあるからである。したがって、繊維束Ｓの浸
漬時に繊維束Ｓに加わる張力が０．　１　（ｇ／ｄ）以
下のときに著効が得られることになる。

（第２実施例） 次に、本発明の第２実施例について、第３図〜第４図に
基づき説明する。

第３図は第２実施例における長繊維集束体製造装置の構
成を示し、本実施例では、浸漬槽２のエラストマー溶液
中に、合計５個のプーリ８，８・・・が浸漬されており
、繊維束Ｓか各プーリ８，８゜・・間を順次通ってから
、浸漬槽２から引き上げられ、押出しロール７．７に至
るようになされている。このとき、上記各プ〜す８，８
．・・・は、第４図に示すように、いわゆるクラウン状
に形成された大径部の直径が２０ｍｍのものを使用した
。その他の構成は上記第１実施例と同様であり、上記第
１実施例と同様の工程でエラストマーが被覆された長繊
維集束体を作製した。

また、上記プーリ８，８．・・・の代りに、第５図に示
すようなりラウン状に形成された固定バー９゜９、・・
・（大径部の直径が５１）を使用して、繊維束Ｓをそれ
ぞれ約１８０°の接触角で各固定バー９．９．・・・に
巻回し、同様の工程で、エラストマーが被覆された長繊
維集束体を作製した。

さらに、上記第２実施例の変形例として、第６図に示す
ように、浸漬槽２の外にプーリ８．８゜・・・（又は固
定バー９，９．・・・）を設置し、浸漬槽２の浸漬ロー
ル６．６を経て引き上げられた繊維束Ｓが各プーリ８，
８．・・・（又は固定バー９，９゜・・・）を通ってか
ら押出しロール７．７に至るようにしでもよい。図中、
各プーリ８（又は固定バー９）の形状は上記第４図及び
第５図に示すものと同様である。

以上の実施例及び変形例で得られたエラストマー被覆長
繊維集束体を６關長さにカットし、上記第１実施例と同
様の装置を使用して、３分間の混練時間により、マトリ
クスコンパウンドへの混線を行った。そして、得られた
短繊維補強エラストマーについて、短繊維分散率を測定
した結果を下記第３表に示す。

第３表 すなわち、上記第１実施例よりもさらに高い１００％近
い分散率が得られている。これは、プーリ８，８．・・
・（又は固定バー９，９．・・・）通過時に、最大モノ
フィラメントが２層程度になるまで繊維束Ｓが押し拡げ
られるとともに、繊維束Ｓの断面か偏平にされることで
エラストマーの浸入距離が短くなり、さらに、エラスト
マー液中又はエラストマー液が付着した状態で繊維束Ｓ
が揉まれるなどの作用により、各繊維にエラストマーが
十分浸入したためと考えられる。特に、各プーリ８゜８
、・・・（又は固定バー９，９．・・・）がクラウンを
有するように形成されている場合、繊維束Ｓの断面を偏
平にする作用が強くなり、エラストマー液の浸入が極め
て容易となって、著効が得られることになる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、短
繊維補強エラストマーの製造方法として、無撚りの連続
した繊維束をエラストマー溶液に浸漬。

乾燥、カットしてエラストマー被覆短繊維を作製し、こ
のエラストマー被覆短繊維をマトリクスとなるエラスト
マーに混合１分散するようにしたので、多大なエネルギ
ーを要することなくエラストマー中への短繊維の分散の
容易化を図ることができ、よって、短繊維によるエラス
トマーの補強効果の向上を図ることができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発明
において、エラストマー溶液への浸漬時に繊維束に作用
する張力を０．１　（ｇ／ｄ）以下としたので、繊維間
に抱持する空隙量を十分確保することにより、エラスト
マー溶液の繊維束への浸入の容易化を図ることかでき、
よって、マトリクスとなるエラストマーへの短繊維の分
散性をより向上させることかできる。

請求項（３）の発明によれば、上記請求項（１）の発明
において、繊維束のエラストマー溶液への浸漬前から乾
燥までの間に、繊維束を複数のプーリに巻き付けるよう
にしたので、各モノフィラメント間が押し拡げられ、繊
維断面か偏平化され、繊維束が揉まれることにより、エ
ラストマー溶液の繊維束への浸入を極めて容易とでき、
よって、請求項（１）の発明の効果を顕著に発揮するこ
とができる。

請求項（４）の発明によれば、上記請求項（３）の発明
において、クラウンを有するプーリを使用するようにし
たので、繊維断面の偏平化効果をさらに顕著に得ること
ができる。

請求項（５）の発明によれば、上記請求項は）の発明に
おいて、繊維束のエラストマー溶液への浸漬前から乾燥
までの間に、繊維束を複数の固定バーに巻き付けるよう
にしたので、繊維断面か偏平化され、繊維束が揉まれる
ことにより、エラストマー溶液の繊維束への浸入を極め
て容易とでき、よって、請求項（１）の発明の効果を顕
著に発揮することができる。

請求項（６）の発明によれば、上記請求項（５）の発明
において、クラウンを有する固定バーを使用するように
したので、繊維断面の偏平化効果をさらに顕著に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は第１実施例を示し、第１図は長繊維
集束体製造装置の概略を示す側面図、第２図は繊維束の
浸漬時に加えた張力とエラストマー内への短繊維の分散
率との関係を示す特性図、第３図〜第６図は第２実施例
を示し、第３図は長繊維集束体製造装置の概略を示す側
面図、Ｎ４図はクラウン付きプーリの形状を示す正面図
、第５図はクラウン付き固定バーの形状を示す正面図で
ある。 ２　浸漬槽 ３　乾燥炉 ８　プーリ ９　固定バー Ｓ　繊維束

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）無撚りの連続した繊維束をエラストマー溶液中に
   浸漬した後乾燥することで、繊維束の内部までエラスト
   マーが浸入した長繊維集束体を作製し、その後、該長繊
   維集束体を０．３〜１０ｍｍの長さにカットしてエラス
   トマー被覆短繊維としたのち、このエラストマー被覆短
   繊維をマトリクスとなるエラストマー中に混入し、混練
   機により混合、分散させることを特徴とする短繊維補強
   エラストマーの製造方法。
2. （２）エラストマー浸漬時に繊維束に作用する張力は０
   ．１（ｇ／ｄ）以下に設定されていることを特徴とする
   請求項（１）記載の短繊維補強エラストマーの製造方法
   。
3. （３）繊維束をエラストマーの溶液中に浸漬する前から
   乾燥するまでに、繊維束を複数のプーリに巻き付けるこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の短繊維補強エラスト
   マーの製造方法。
4. （４）プーリとしてクラウンを有するものを使用するこ
   とを特徴とする請求項（３）記載の短繊維補強エラスト
   マーの製造方法。
5. （５）繊維束をエラストマーの溶液中に浸漬する前から
   乾燥するまでに、繊維束を１又は複数の固定バーに所定
   の接触角で巻回させることを特徴とする請求項（１）記
   載の短繊維補強エラストマーの製造方法。
6. （６）固定バーとしてクラウンを有するものを使用する
   ことを特徴とする請求項（５）記載の短繊維補強エラス
   トマーの製造方法。