JPS63325A

JPS63325A - 炭素繊維強化ゴム複合体

Info

Publication number: JPS63325A
Application number: JP61141452A
Authority: JP
Inventors: Shuji Takahashi; 修二高橋; Shuichi Tsukada; 修一塚田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1986-06-19
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1988-01-05

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】〔発明の技術分野〕本発明は、耐久性を向上せしめた炭素繊維強化ゴム複合
体に関する。

〔従来技術〕

従来、タイヤ、ベルト等のゴム′製品の高弾性補強材と
して、ガラス繊維あるいはスチールワイヤー等が使用さ
れているが、前者は耐水接着性に乏しく、また、耐疲労
性も悪いという欠点を有し、一方、後者は密度が大きい
ために得られたゴム製品の重量が大きくなるという欠点
があるのみならず、水分による錆成長の結果、接着劣化
を生じ、製品の耐久性を著しく低下させるという欠点が
ある。

近年、強化プラスチック用補強材料として開発された、
そのほとんどが炭素元素からなる炭素繊維は、密度が小
さく、また、引張強度、引張弾性率が極めて高いことか
ら、ゴム製品に使用した場合に大幅な重量削減が期待で
きる。

しかしながら、炭素繊維は、前述の如くそのほとんどが
炭素からなるために官能性に乏しく、ゴムと接着させる
ことが困難であり、その結果、ゴム製品に用いても耐久
性が著しく低下するという欠点がある。さらに、炭素繊
維は、その分子構造上記同性が極めて高く、屈曲抵抗性
に著しく劣るという欠点がある。

この問題の改良をはかる提案が種々なされている。それ
らは、炭素繊維処理用の接着剤、たとえば、レゾルシン
・ホルマリン初期縮合物とゴムラテックスとの混合液（
以下、ＲＦＬという）で処理し、かかる後に撚りを加え
て撚りコードとして使用する方法、あるいは、あらかじ
め炭素繊維をエポキシ化合物で前処理した後に前記接着
剤を塗布するといった方法が提案されている。

しかしながら、前者に於いては接着性が未だ充分でない
という欠点があり、また、後者に於いても得られた繊維
糸条が硬くなり、屈曲抵抗性が著しく阻害されるという
問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、特定組成を有するゴム組成物に特定の炭素繊
維コードを埋設することによりなされたもので、ゴムと
繊維の接着性に優れ、かつ耐久性の高い炭素繊維強化ゴ
ム複合体を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

このため、本発明は、原料ゴム１００重量部に対し、ｍ
−クレゾール又はレゾルシン化合物とアルデヒド類との
ノボラック型縮合物１〜１０重量部およびよう素吸着量
２０〜５０ｎｗ／ｇのカーボンブランク４０〜８０重量
部を配合したゴム組成物に、接着剤付着量が１０〜４０
％でかつ下記式（１）で表わされる撚り係数ＫがＯ〜１
８００の範囲にある撚りを加えた炭素繊維処理コードを
埋設してなる炭素繊維強化ゴム複合体を要旨とするもの
である。

Ｋ＝Ｔ看「　　　・・・・・・　（１）Ｋ：撚り係数Ｔ：コードの撚り数（回／　１０　ａｎ　）Ｄ：コード
の聡デニール数以下、本発明の構成について詳しく説明する。

（１）原料ゴム。

天然ゴムやスチレン−ブタジェン共重合体ゴム（ＳＢＲ
）　、ポリブタジェンゴム（Ｂ　Ｒ）等の合成ゴムであ
る。

（２）ｍ−クレゾール又はレゾルシン化合物とアルデヒ
ド類とのノボラック型縮合物。

例えば、ｍ−クレゾール・ホルマリン樹脂、レゾルシン
・ホルマリン樹脂等の熱硬化性樹脂である。

本発明ではこのノボラック型縮合物を原料ゴム１００重
量部に対し１〜１０重量部添加する。これにより、耐久
性を損なうことなく炭素繊維との接着性を著しく改善さ
せることが可能となる。

また、使用される硬化剤は、通常かかるノボラック型縮
合物を硬化させるのに用いられるものでよく、例えば、
ヘキサメチレンテトラミンが代表的であり、ゴム１００
重量部に対し０〜２重量部添加すればよい。

ノボラック型縮合物の添加量が１重量部未満では炭素繊
維との接着が不充分となり、一方、１０重量部を越える
とゴム組成物の発熱性が高くなり、炭素繊維／ゴム複合
体として動的な条件下で用いた場合、発熱による接着低
下を生じ、複合体の耐久性を低下せしめる。また、硬化
剤を２重量部以上加えるとゴムの加硫速度が著しく速く
なるので使用上好ましくない。

（３）　　よう素吸着量２０〜５０　ｍｇ　／　ｇのカ
ーボンブランク。

よう素吸着量が２０〜５０ｍｇ／ｇの範囲にあるいわゆ
るソフト系カーボンブラックを用いるのがよい。また、
その配合量は、ゴム１００部に対し、４０〜８０重量部
である。

よう素吸着量が上記範囲外であると、炭素繊維とゴムと
の接着力が低下する。また、配合量が４０重量部未満の
場合は、ゴムの補強性が低下するので接着力の向上が図
れない。８０重量部超の場合、ゴムが硬くなり、また、
発熱も大きくなり、コード／ゴム複合体としての耐久性
が低下する。なお、よう素吸着量の測定は、ＪＩＳ　Ｋ
６２２１により実施する。

（４）炭素繊維処理コード。

引張強度１００ｋｇ／ｍｍ”以上、初期モジュラス５０
００ｋｇ／ｍｍ”以上、好ましくは、引張強度２００ｋ
ｇ／ｎ＋ｍ”以上、初期モジュラス１５０００ｋｇノｌ
ｎｍ”以上の特性を有する炭素繊維に、炭素繊維の単位
長さ当りの重量の１０〜４０％の接着剤を塗布した後、
下記式で表わされる撚り係数に値がＯ≦に≦１８００の
範囲となるように撚りを加えてコードとしたものである
。

Ｋ＝Ｔ百ＹＫ：撚り係数Ｔ：コードの撚り数（回／１０ｃＩ！＋）Ｄ；コードの
総デニール数接着剤としては、通常、ＲＦＬが用いられる。

このＲＦＬで炭素繊維を処理する前にあらかじめ該炭素
繊維に少量のエポキシ化合物等を付着させてもよい。

接着剤の付着量が１０％未満の場合、充分な接着力が得
られず、また、４０％超の場合、コードが硬くなり、炭
素繊維の屈曲疲労性が低下するだけでなく、接着剤層の
厚さが不均一となり、撚糸性が低下する。

撚り係数には、Ｏ〜１８００の範囲であるが、３００〜
１２００の範囲が特に好ましい。撚り係数が１８００以
上であると、炭素繊維の引張強度、及び初期モジュラス
が著しく低下するため、複合体の強度やモジュラスが不
足する。

以下に実施例および比較例を示す。

実施例１〜６、比較例１〜８下記表１に示す配合内容（重量部）のゴム組成物を混合
し、未加硫ゴム組成物を得た。

一方、引張強度３５０ｋｇ／ｍｍ”　、初期モジュラス
２４０００ｋｇ／ｍｍ”　、１８００Ｄの炭素繊維にＲ
ＦＬを２０％付着せしめ、熱処理し、得られた接着処理
済炭素繊維に、撚り係数に＝６００となるよう撚りを加
え、１８００　ｄ／２．１０２Ｘ　１０ｓ（Ｔ／ｌｏｃ
ｍ）の２本撚りコードを作成した。

同様に、ＲＦＬ付着量５％、１８００　ｄ／２．１０２
×１０３のコード、ＲＦＬ付着量４５％、１８００　ｄ
／２．１０”　Ｘ１０’のコード、ＲＦＬ付着量２０％
、１８００ｄ／２．３５２Ｘ３５３（Ｋ＝２１００）の
コードも作成した。

これらコードと上記未加硫ゴム組成物とを加硫により一
体化し、引抜テストによりコードとゴム組成物との接着
性を評価した。この結果を表１に示す。ここで引抜テス
トとは、未加硫ゴム組成物にコードを長さ８１ｍで埋込
み、１５０℃で３０分間加硫した後、加硫ゴムからコー
ドを引抜く力を測定する方法であり、これにより接着力
を求めた。

さらに、炭素繊維強化ゴム複合体としての疲労性を評価
するために、屈曲疲労テストを行なった。この結果を表
１に示す。ここで、屈曲疲労テストとはコードをゴム組
成物中に埋設し、一定のストロークで屈曲させるいわゆ
るディマーチア−型屈曲疲労試験機で行うテストである
。

未加硫ゴム組成物を幅２５．４ｍｍ、長さ７６．２ｍｍ
、厚さ６，３５ｓｎのゴムブロックとし、このゴムブロ
ック内にコード３本を６．３５．型間隔でゴムブロック
の長手方向に埋込み、１５０℃で３０分間加硫し、屈曲
疲労テスト用試料を作成した。このゴムブロックをスト
ローク３０龍で１０万回屈曲させた後、ゴムブロックを
３等分し、コード入りゴムブロックを採取した。このコ
ード入りゴムブロックを引張りスピード３００鶴で引張
り屈曲後の引張強さを求めた。

また、屈曲疲労前の試料についても同様に引張強さを求
めた。そして、疲労後の疲労前に対する引張強さの保持
率を求めた。この結果を表１に示す。

（木頁以下余白）表１に示されるように、本発明の熱硬化性樹脂をゴム組
成物に配合することで炭素繊維とゴムとの接着が改善で
きる（実施例１〜６と比較例１）。

また、ゴムに配合されるカーボンブラックの特定化によ
り、さらに接着が改善され、また屈曲疲労性も良好とな
る（実施例２．５と比較例２．８）。

さらに、炭素繊維へ付与される接着剤の量が適切である
ことで、それがより効果的となる（実施例２と比較例５
，６）。

一方、炭素繊維に付与される撚り数が高すぎると初期硬
度が著しく低下するので、炭素繊維をゴム強化材として
使用できないことが判る（比較例７）。

また、上記カーボンブランクの配合量も接着と屈曲疲労
抵抗へ影響し、配合量が少ないと接着力が低下し、一方
、多すぎると屈曲疲労抵抗が低下することが判る（実施
例２と比較例３゜４）。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ゴム組成物と炭素
繊維が強固に接着される結果、接着不足による炭素繊維
強化ゴム複合体の耐久性低下を防止できる。さらに、炭
素繊維に適切な撚りが加えられていることで、屈曲のよ
うな局所的変形に対し追従できる柔軟性が付与されるか
ら、上記接着性の改善と相伴って、飛躍的に炭素繊維強
化ゴム複合体の耐久性を向上できる。

したがって、従来、いわゆるハードコンポジットすなわ
ち、炭素繊維強化プラスチックとしてだけしか使用され
なかった炭素繊維がタイヤあるいはコンベアベルトとい
ったゴム製品に適用が可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】原料ゴム１００重量部に対し、ｍ−クレゾール又はレゾ
ルシン化合物とアルデヒド類とのノボラック型縮合物１
〜１０重量部およびよう素吸着量２０〜５０ｍｇ／ｇの
カーボンブラック４０〜８０重量部を配合したゴム組成
物に、接着剤付着量が１０〜４０％でかつ下記式（１）
で表わされる撚り係数Ｋが０〜１８００の範囲にある撚
りを加えた炭素繊維処理コードを埋設してなる炭素繊維
強化ゴム複合体。Ｋ＝Ｔ√Ｄ・・・・・・（１）Ｋ：撚り係数Ｔ：コードの撚り数（回／１０ｃｍ）Ｄ：コードの総デニール数