JPH04214328A - 繊維束テンションメンバ入りポリマー線材及びその製法 - 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、繊維束を芯体とするテンションメンバを有す
るポリマー線材及びその製法に関するものである。

〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕プラスチ
ック、ナイロンなどからなる加撚繊維束を芯体とし、こ
の芯体上にポリマーなどをコーティングした線材は、例
えば高圧ゴムホースの製造用マンドレルに使用されてい
る。かかる芯体入りの線材は、芯体を一定張力下で一方
向に送り出し、芯体の進行方向軸上に配置したダイスか
ら芯体上に溶融ポリマーを押出・被覆し、これを冷却す
ることにより製造される、冷却により溶融ポリマーが固
化するに連れ、ポリマーの収縮率と芯体のそれが異なる
ことに起因して芯体に座屈が生ずる。

座屈の生じた線材は、芯体が収縮した分だけ線材に張力
が加わった時に伸長する、線材が伸長すると、上記高圧
ゴムホースの製造では、ホース内径の仕上り精度の変動
、端末金具との嵌め合い精度の悪化、シール性の信頼性
の低下などが起こり、好ましくない、このような不都合
はその他の一般用途においても起こり得る。

従って、本発明の目的は、座屈の発生が皆無に近い繊維
束の芯体を有するポリマーコーティング線材、並びにそ
の製法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、■繊維束からなる芯体をテンションメンバ
としたポリマーコーティング線材において、繊維束テン
ションメンバの座屈率が３．０％以下であるポリマー線
材、並びに■繊維束からなる芯体を一定張力下で一方向
に送り、芯体の進行方向軸上に配置したダイスから芯体
上に溶融ポリマーを押出・被覆し、押出物が芯体の張力
による内圧によって少なくとも膨張しなくなる程度まで
ダイスで押出物を一定形状に拘束しながら冷却するポリ
マー線材の製法により達成される。

ここに本発明において、座屈率はポリマー線材のポリマ
ーを取り除き、芯体の抗張力の１／１０００の力で芯体
を緊張させた時の長さＬと線材のポリマー除去前の長さ
Ｌ■との差の初期長さＬ■に対する比率で表す、即ち、
座屈率ｅは、 の式より求めたものである。

本発明のポリマー線材は、繊維束テンションメンバの座
屈率が３．０％以下であり、この数値の座屈率を有する
線材は伸長が実用上皆無に近い。この特徴を備える線材
を得るには、本発明の製法を用いればよい。本発明の製
法は従来この種の線材の製法と類似するが、溶融ポリマ
ーを芯体上に押出して被覆した後、或る長さ（後記の如
く溶融物の種類や芯体の送出速度に依る）のダイスで押
出物を一定形状（通常は円柱形）に拘束しながら冷却す
ることを特徴とする。押出物は拘束・冷却され、ダイス
の出口に行くに従いダイスとの接触部から芯体のある中
心部に向かって固化する。この固化状態は第１図から分
かるように円錐状を呈する。押出物がダイスから開放さ
れた時点では、押出物は芯体の張力による内圧によって
少なくとも膨張しない程度まで冷却、固化されているた
め、これ以後、押出物の中心部まで完全に硬化されて常
温に達したとしても、芯体に応力は殆ど発生せず、座屈
は極少に抑えられる。

しかして、本発明において芯体となる繊維束の材料は、
線材のテンションメンバとして作用する限り特に限定が
あるわけではない、繊維としては、例えば天然繊維〔（
木綿、亜麻、大麻、ココナツ繊維などの植物繊維）、（
羊毛、絹などの動物繊維）〕、半合成繊維（例えばアセ
テートなど）、合成繊維〔例えばポリアミド繊維（例え
ば６−ナイロンなど）、ポリエステル繊維（例えばケプ
ラー、テトロンなど）、ポリアクリロニトリル系繊維（
例えばアクリル繊維、モダクリル繊維など）、ポリビニ
ルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ塩化
ビニリデン系繊維、ポリオレフィン繊維（例えばポリエ
チレン、ポリプロピレンなど）、ポリウレタン系繊維〕
、無機質の繊維（例えばガラス繊維、グラファイト繊維
、ボロンファイバ、各種金属繊維など）が例示される。

この内、ケプラーは高強度、耐疲労性、耐熱性、低クリ
ープ性などの点で好適である、芯体は通常は多数本の繊
維を加撚したものを使用し、この繊維束の太さは芯体の
材質や線材の外径にも依るが、１，０００〜１５，００
０デニール、好ましくは１，５００〜９，０００デニー
ルで、繊維束に加撚する本数は６６６〜１０，０００本
、好ましくは１，０００〜６，０００本である。

芯体上に被覆するコーティング材のポリマーは、ダイス
による溶融押出が可能なものであれば無機、有機を問わ
ず使用することができる、例えば、ポリオレフィン（例
えば三井石油化学工業（株）製リュブマーなど）、ポリ
エーテル（例えばポリアセタール、ポリフェニレンエー
テルなど）、ポリアミド（例えば６−ナイロン、６、６
ナイロン、１１−ナイロンなど）、ポリアルキレン（例
えばポリエチレン、特に超高分子量ポリエチレン、ポリ
プロピレンなど）、フッ素樹脂（例えばポリテトラフル
オロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体など）、ポリエステル
（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテ
レフタレートなど）などが例示される。

次に、本発明の製法について更に詳しく説明する、第１
図及び第２図は本発明の製法の原理を説明するための縦
断面図である。繊維束からなる芯体１は矢印方向の一定
張力Ｔが加えられながら定速で矢印方向に送り出される
、溶融ポリマー２′はダイス３を経て芯体１上に押出・
被覆され、芯体１の進行と共にダイス３の出口方向へ移
動する。

ダイス３は通常の溶融物押出用ダイスとは異なり、一定
径の円筒状長尺部分３ａを有し、押出物は長尺部分３ａ
に拘束されながら冷却される、溶融ポリマー２′は長尺
部分３ａとの接触部から固化し始め、芯体１のある中心
部に向かって固化が円錐状に進行する、ダイスによる溶
融ポリマーの拘束は、押出物が芯体の張力Ｔによる内圧
によって膨張しなくなる程度まで行われる、従って、円
筒状長尺部分３ａは押出物を開放しても芯体に座屈が生
じない程度の長さを有することが肝要である。

なお第１図において、溶融ポリマー２′が中心部まで硬
化する位置をＡ、硬化ポリマー２が内部まで常温になる
位置をＢ、ダイスの出口の位置をＣとし、溶融ポリマー
２′が一定径に拘束される開始位置からＣ点までの距離
（即ち、ダイスの円筒状長尺部分３ａの長さ）をｌ１、
Ａ−Ｂ間の距離をｌ２、溶融ポリマー２′が一定径に拘
束される開始位置からＡ点までの距離をｌ３と表すこと
にする。

本発明において、溶融押出物が円筒状長尺部分３ａを離
脱しても、内圧により押出物が膨張しない程度まで押出
物をダイスで拘束する距離、即ち長尺部分３ａの長さｌ
１は、溶融させるポリマーの種類、芯体の送出速度など
により異なる。押出物が膨張しなければＡ点は第１図の
ｌ１≧ｌ３のように長尺部分３ａ内に存在する必要はな
く、第２図に示す如く長尺部分３ａの外側に位置する場
合（ｌ１＜ｌ３）も許容される。勿論、ｌ１≧ｌ２＋ｌ
３の場合、即ち長尺部分３ａ内で押出物が固化し始めて
常温になるまで拘束されれば、押出物と芯体に相互に圧
縮・引張りの応力が存在することは殆ど認められず、座
屈防止からは最も好ましい態様となる。

しかしてｌ１＜ｌ３の場合に、どの程度まで押出物を拘
束するかが重要となるわけであるが、これは先述したよ
うにポリマーの種類、芯体の送出速度によって相違する
。ここで一応の試算値が得られる式を示すと、第２図の
Ｃ点における線材が単純に薄肉円筒と考え、Ｃ点での押
出物が受ける内圧ｐ、線材の外径ｄ■、未固化押出物の
径ｄ′、Ｃ点での固化肉厚部の平均速度における引張応
力σとすると次式■が与えられる。

又、Ｃ点での固化部の肉厚ｔは次式■で示される。

これらの式■、■を用い、ポリマーとしてリュブマーの
例を示すと、Ｃ点での温度が７０℃の場合にσ≒１６０
ｋｇｆ／ｃｍ２であり、その時の内圧ｐ＝５０ｋｇｆ／
ｃｍ２、ｄ■＝０．４５ｃｍとすれば、式■、■よりｔ
＝０．０７ｃｍ（０．７ｍｍ）が求まる。この０．７ｍ
ｍは、押出物が長尺部分３ａから開放された時に固化部
の肉厚が０．７ｍｍ以上あれば内圧ｐによつても押出物
が膨張せず、芯体に座屈が実質上発生しない概算値とな
る、従って、長尺部分３ａの長さｌ１は、芯体の送出速
度などを勘案した上でＣ点での固化部の肉厚が０．７ｍ
ｍ以上になるように調節することが肝要である。

上記の如く溶融押出物をダイスで拘束する間に芯体に加
える張力Ｔは、一般にこの種の流体物が呈する挙動では
押出された溶融物は外側から芯体のある中心部に向かっ
て固化し始め、固化が中心部まで及んだところから押出
物が常温になるまでの区間で座屈の殆どが発生すること
が分かっているから、Ａ−Ｂ間の距離ｌ２内の座屈を延
伸させるに足る力であればよい。これにより、得られる
線材は理論上応力且つ座屈がほぼ０に近いものとなる。

この時の力よりも小さい張力であれば座屈発生の程度が
高くなるが、芯体の材質による引張強度及び送出速度に
適合する張力を芯体に加えるのが好ましい。

本発明の製法において、線材の生産性を高めるには生産
ラインスピード（具体的に言えば芯体の送出速度）を大
きくすればよいが、この時はそれに応じて芯体の張力Ｔ
を大きくしなければならず、張力Ｔが大きくなれば内圧
ｐも大きくなる。その結果、溶融ポリマーの冷却時間は
ポリマーの種類により一定であるから、Ａ点及びＢ点が
共に芯体の進行方向（第１図の左側）に移行し、Ａ−Ｂ
間の距離ｌ２も大きくなり、必然的に長尺部分３ａの長
さｌ１も大となる。ｌ２＝０の場合、即ち押出物が中心
部まで固化すると同時に常温になる場合、応力及び座屈
は理論的に発生しない条件にあるが、要する強冷却は現
実的でなく、実際にはＡ−Ｂ間には或る程度の間隔（ｌ
２＞０）が存する。

勿論、理想的には溶融物がダイスから押出された直後（
ｌ２＝ｌ３＝０の場合に相当）に瞬間冷却により常温に
なるのが好ましいが、この場合は現実的に芯体速度が実
質上０に等しく、問題外である。

本発明の製法に用いるダイスには限定はなく、線材の溶
融押出技術に用いられる既知のダイスで十分である。本
発明ではこれらダイスの下流側に更に円筒状長尺部分を
接合したもの（米国特許第３，９２８，５２５号参照）
を用いるのが好ましい。

又、溶融押出物の冷却方法は特定されるものではなく、
円筒状長尺部分に循環水路を設けてもよいし、或いは第
３図に示すように長尺部分を水中に浸漬してもよい、第
３図の如き冷却は、長尺部分だけでなく当該部分から離
れた線材までも水冷するから冷却能がよく、効率の良い
冷却法である。

なお、円筒状長尺部分における溶融ポリマーの流動性を
高めるために、例えばダイスと長尺部分との接合部分か
ら適当な潤滑剤、例えばグリコール、シリコン油などの
耐熱性に優れた液状潤滑剤などを注入してもよい、かか
る潤滑剤は流体挙動がポリマーとは異なるため、ポリマ
ー中に混入する潤滑剤は無視できる程の微量である。

〔実施例〕

以下、本発明のポリマー線材及びその製法を実施例に基
づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の製法を実施するために用いる装置の概
要を示す。繊維束からなる芯体１は送出機１０から供給
され、溶融ポリマーが押出・被覆された後、得られたポ
リマー線材５は巻取機１１に巻き取られる、送出機１０
から出た芯体１には、適当な張力制御ユニット１３によ
り必要な矢印方向の張力Ｔが加えられる。張力Ｔ下の芯
体１はクロスヘッドダイス３、続いて円筒状長尺部分３
ａの中心軸に沿って移動する、ダイス３からは溶融ポリ
マーが押出され、芯体１上に被覆される。長尺部分３ａ
及び当該部分３ａから開放された線材は、冷却水槽２０
内の冷却水２１に浸漬され、溶融ポリマーが冷却される
。冷却水２１は、バルブを設けた導水管２３から供給さ
れ、排水管２４に通じる。水冷により溶融ポリマーは固
化し、冷却水槽２０を出る時点ではほぼ完全に内部まで
硬化している。製造された線材５は張力制御ユニット１
５による一定張力下で巻取機１１に巻き取られる。

実施例１〜４ 第３図に示す如き装置を用い、下記の諸条件にて芯体の
張力と芯体の座屈率との関係を示す実験を行い、その結
果を表１に記した、但し、座屈率は既記の測定法に基づ
いて測定した。

（条件） 芯体材質：ケプラー４９ 繊維束の太さ：７１００デニール 繊維束を構成する本数：４７３３本 溶融ポリマー：リュブマー リュブマーの巻取機直前での押出速度（線材の移動速度
）：４８０〜１５００ｍｍ／分 リュブマーのダイスからの押出温度：２００〜２１０℃
ダイスの円筒状長尺部分の長さ：６６０ｍｍダイスの円
筒状長尺部分の内径：４．８ｍｍポリマー線材の仕上外
径：４．５５〜４．６０ｍｍ潤滑剤：ユニルーブＪＵＮ
８１０９（７５ＤＥ２６２０：５０ＤＢ２２＝９：１、
粘度約１８００ｃｓｔ）潤滑剤圧入量：１．０ｃｍ３／
分 潤滑剤初期圧力：２６ｋｇｆ／ｃｍ２（ａｔ１．０ｃｍ
３／分）表１より明らかなように、張力を大きくし且つ
線材の移動速度を小さくする程、ケプラー芯体の座屈率
が小さくなることが分かる。

〔発明の効果〕

本発明のポリマー線材は、芯体の座屈率が３．０％以下
であるから、実用上線材の伸長が殆ど生じない。

又、本発明の製法は、溶融押出物が芯体の張力による内
圧によって少なくとも膨張しなくなる程度までダイスで
押出物を拘束しながら冷却するから、芯体の座屈率が極
端に低い芯体入りポリマー線材を製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の製法の原理を説明するため
の縦断面図、第３図は本発明の製法を実施するために用
いる装置の概要図である。 １：繊維束芯体 ２：硬化ポリマー ２′：溶融ポリマー ３：クロスヘッドダイス ３ａ：円筒状長尺部分 ５：ポリマー線材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維束からなる芯体をテンションメンバと
   したポリマーコーティング線材において、繊維束テンシ
   ョンメンバの座屈率が３．０％以下であることを特徴と
   するポリマー線材。
2. 【請求項２】繊維束からなる芯体を一定張力下で一方向
   に送り、芯体の進行方向軸上に配置したダイスから芯体
   上に溶融ポリマーを押出・被覆し、押出物が芯体の張力
   による内圧によって少なくとも膨張しなくなる程度まで
   ダイスで押出物を一定形状に拘束しながら冷却すること
   を特徴とするポリマー線材の製法。