JP4748856B2 - ポリマーコア付きのスチールコード - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばタイヤ、コンベアベルト及びホースに使用されるゴム等のエラストマーの補強用の複合コードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スチールコード、特にコンパクトコードは広く知られている。これらは、ゴム物品の補強に使用される。コンパクトスチールコードにおいては、構成するスチールフィラメントは、同じ撚り方向と同じ撚り段差を有する。コンパクトスチールコードのフィラメントは、隣接するスチールフィラメントと線接触を有する。スチールコードとコンパクトコードの双方は、コアフィラメントの表面がフレッティングにより損傷を受け得るという欠点を有する。この損傷はかなり大きなものになり得る。このフレッティングは、コアフィラメントに限定されないのみならず、コアフィラメントの周りに配置されたフィラメントもフレッティングを受ける。
【０００３】
慣用のコードにおいては、単一のフィラメントが前記コードの周りに撚られる。このタイプのコードは巻き付けのフィラメントが外層のフィラメントにフレッティングを生じるという難点を特徴とする。ＥＰ ０ ６２７ ５２０は、外側フィラメントが巻き付けフィラメントの機能を果たす、巻き付けなしのコンパクトスチールコードを提供する。しかしながら、これらの外側フィラメントは、コアフィラメントに大きな圧力を及ぼす。これは、結果として、コアフィラメントにフレッティングを生じ、それにより、このコアフィラメントをかなり損傷する。
【０００４】
コアとフィラメント層を持つスチールコード、特にコンパクトコードのもう一つの知られている難点は、これらがコアの移動を起こすということである。コアの移動は、繰り返しの屈曲によりコードがフィラメントからすべり出すことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の欠点を回避する複合コードを提供することが本発明の目的である。コアフィラメントのフレッティングを低減し、コアフィラメントの周りに配置されたフィラメントのフレッティングを低減することも一つの目的である。コード構造の改善された安定性を持つ複合コードを提供することが更なる目的である。コード構造の改善された安定性とは、フィラメントのコード上での更に良好で、安定な分布の意味である。コアの移動を回避することも一つの目的である。寿命の増大した複合コードを提供することが本発明の更にもう一つの目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの局面によれば、ポリマー材料のコアを含んでなるエラストマーの補強用の複合コードが提供される。第１の層のスチールフィラメントは、前記コアの周りに撚られ、第２の層のスチールフィラメントは前記第１の層の周りに撚られる。好ましくは、第１及び第２の層のフィラメントはすべて、同じ撚り段差を有する。更に好ましくは、第１及び第２の層のフィラメントはすべて、同じ撚り段差のみならず、同じ撚り方向も有する。
【０００７】
このコアフィラメントはポリマー材料からなるので、コアフィラメント上でのフレッティングは起こらない。それによって、従来技術のスチールコードの相当な欠点であるコアの移動も回避される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
好ましい態様においては、このポリマー材料は、第１の層のフィラメントの隙間を形成するのに充分な容積で存在する。このような態様においては、第１の層のスチールフィラメント間の直接な接触はない。この結果、第１の層のフィラメント間のフレッティングの程度は、かなり低減される。
【０００９】
好ましくは、第１の層の隣接するフィラメント間の隙間は、０．００２ｍｍの平均サイズを有する。更に好ましくは、隙間の平均サイズは、少なくとも０．００４ｍｍである。隙間の平均サイズとは、第１の層の隣接するフィラメント間のすべての隙間のコードの全長にわたっての平均サイズという意味である。時には、一部の断面は、平均サイズ未満の隙間を有することもある。
【００１０】
隙間のサイズは、中心コアの理論的直径ｄ、第１の層のフィラメントの直径Ｄ及び第１の層のフィラメント数ｎの形で次の式により表わされ得る。
【数１】

【００１１】
コードの中心コアの理論的直径とは、コードのスチールフィラメントにより形成される孔に最もフィットした円の直径の意味である。
【００１２】
もう一つの態様においては、ポリマーコアの容積は、第１の層の隣接するフィラメント間の隙間のみならず、第２の層の隣接するフィラメント間の隙間も形成するように選ばれる。
【００１３】
スチールフィラメント間の隙間の存在は、エラストマー化合物をスチールフィラメントにコードのコア迄侵入させるので重要である。このようにして、フィラメントは、ポリマー材料、すなわちコアのポリマー材料とエラストマー中に完全に埋め込まれ得る。
【００１４】
異なるタイプの有機フィラメントがコア材料として使用され得る。予備加熱時または加硫時のポリマー材料の融解を回避するために、使用ポリマーの融点は、充分に高くなければならない。好ましくは、ポリマー材料の融解温度は、１３５℃以上、例えば１４０℃以上である。好ましくは、融点は加硫温度よりも低い。このようなポリマーは、予備加熱時には部分的にしか融解しない。それにも拘らず完全に流れ出すことは回避される。
【００１５】
このポリマーコアは、ポリマーの少なくとも一つのフィラメントを含んでなる。このフィラメントは融着あるいは撚られてよい。好適なフィラメントは、ポリアミドフィラメント、ポリエステルフィラメント、ポリエチレンフィラメント、ポリプロピレンフィラメント、ＴｗａｒｏｎＲまたはＫｅｖｌａｒＲ等のアラミドフィラメント、ＡｍｉｔｅｌＲ等のコポリエステル熱可塑性エラストマーからできたフィラメント、または任意の強靭なフィラメントである。好適なポリアミドフィラメントは、例えば、ナイロン６またはナイロン６．６である。また、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィラメントが考慮され得る。
【００１６】
ポリエステルは、低吸湿性により特徴付けられるという利点を有する。一つあるいはそれ以上の高性能のポリエチレンファイバーを含んでなるコアが極めて好適であることが示されている。これらのファイバーは、２ＧＰａ以上、例えば３ＧＰａの引っ張り強さを有する。これらの超強度ポリエチレンファイバーは、好ましくは８５％以上の高分子配向を有し、更に好ましくはこの高分子配向は９０％以上である。ポリエチレンの結晶化度のレベルは、好ましくは８０％以上、例えば８５％である。これらのファイバーはＤｙｎｅｅｍａ^Rとして知られている。
【００１７】
本発明では、２つの異なる材料でできたフィラメントがポリマーコアとして使用される。これらフィラメントは、ポリマー材料で巻き付けしたコア材料を含んでなる。このコア材料は、コードに必要とされる強度を与える。コア材料を取り囲むポリマー材料は、好ましくは熱処理時に流れ出す。このコア材料は例えば、ＰＥＮまたはＰＥＴであり得る。コア材料を取り囲む材料は、例えばポリエチレン、ポリプロピレンまたはＡｒｎｉｔｅｌ^Ｒとして知られているコポリエステル熱可塑性エラストマーである。また、慣用のＰＥＴよりも低融点により特徴付けられる変性ＰＥＴは、コアの巻き付け材料として使用され得る。これらの材料は、押し出しによりコア材料に塗布されてよい。
【００１８】
すべての上述のポリマーコア材料に対して、ポリマーコアの直径は、第１の層の隣接するフィラメントの間の隙間の上述した最小のサイズが得られるように選ばれる。
このポリマーフィラメントは、エラストマー化合物とポリマーの間の良好な接着を得るために浸漬されてよい。
使用されるポリマーのタイプに依存して、またポリマーコアの直径に依存して、異なる態様が実現され得る。
【００１９】
第１の態様においては、加硫温度よりも高い融解温度のポリマーがコアとして使用される。このような高融点のポリマーは、例えばポリエステルである。このポリマーの高融解温度のために、このポリマー材料は加熱時に流れ出さない。好ましくは、このポリマーコアの直径は、第１の層中のコアの周りに配置されたフィラメントが相互に接触しないように選ばれる。
【００２０】
第２の態様においては、１４０℃よりも高いが、加硫温度よりも低い融点のポリマーが使用される。加硫時、このポリマー材料は流れ出す。ポリマーの量は、この材料がこのコードのフィラメントにより作られる中心穴を完全に、そして第１の層の隣接するフィラメントの間の隙間を少なくとも部分的に、充填するように選ばれる。第１の層のフィラメントは、このように粘性あるいは粘弾性のマトリックス中に少なくとも部分的に埋め込まれる。このようにして、このポリマー材料は、一種のクッションを形成する。少なくとも、０．００２ｍｍの第１の層の隣接するフィラメント間の平均の隙間サイズが得られ、これは、このフィラメントが相互の直接の接触を持たないことを示す。時には、この隙間サイズは、所望の平均の隙間サイズ未満であることができ、いくつかの例外的な場合においては、一部のフィラメントが相互に接触を持つ断面が存在することができる。しかし、後者の場合でも、平均の隙間サイズは、少なくとも０．００２ｍｍである。ポリマーマトリックス中のフィラメントの部分的な埋め込みのため及び隣接するフィラメント間の直接の接触がないために、第１の層のフィラメントのフレッティング特性が相当に改善される。上述の態様による複合コードは、コードタイプの安定性が改善されるという利点を更に特徴とする。
【００２１】
更なる態様においては、加硫後、このポリマー材料は、このコードの中心穴と第１の層の隣接するフィラメントの間の隙間を完全に充填するのみならず、ポリマーの量は、流れ出した後に、このポリマー材料がフィラメントの第２の層と接触を持つように選ばれる。少なくとも第２の層のフィラメント数の半分、すなわち、第１の層の２つのフィラメントの間に位置するフィラメントがポリマー材料と接触を有する。これは、フィラメントのフレッティングを第１の層のフィラメントのみならず、第２の層のフィラメントのフレッティングをも更に低減する。
【００２２】
コードタイプの可能な構成は、Ｃ＋６＋１２、Ｃ＋８＋１２、Ｃ＋８＋１３、Ｃ＋９＋１５である。この表記において、Ｃはポリマーコアである。コンパクトコードに対しては、第１の層のフィラメント数は、好ましくは５、６、または７である。第２の層中のフィラメント数は、好ましくは第１の層中のフィラメント数の２倍である。コンパクトコードの好ましい構成は、タイプＣ＋１５、Ｃ＋１８及びＣ＋２１の構成である。上述のように、好ましくは、フィラメントのすべては、ポリマー材料からの流れ出しにより、及び／またはコードの中心へのエラストマーの侵入により、ポリマー材料中に埋め込まれる。このエラストマーの侵入は、第２の層のフィラメントの一部をやや小さい直径を持つフィラメントにより置き換えることにより更に増加され得る。
【００２３】
この複合コードは、好ましくは巻き付けなしのコードである。第２の層のフィラメントは、径方向で内側に向かう力を及ぼす。このように、外層のフィラメントは、慣用のスチールコードの巻き付けフィラメントの機能を果たす。外層フィラメントの径方向で内側に向かう力は、異なる方法で実現され得る。これを実現する第１の方法は、傾向としてスチールコードを閉じる残存捩りを持つ外層フィラメントを設けることである。径方向で内側に向かう力を及ぼす第２の方法は、プレフォーム比が１００パーセントより小さいか、あるいは等しくなるように、外層フィラメントをプレフォームすることである。特定のフィラメントのプレフォーム比は、コード中のフィラメントのらせんの直径に対するほぐしたフィラメントのらせんの直径の比として定義される。径方向で内側に向かう力を及ぼす第３の方法は、スチールコード中の外層フィラメントを引っ張り力の下に置くことである。外側フィラメントを注意深くほぐした後に、ほぐした外側フィラメントの撚りピッチがスチールコードの撚りピッチよりも小さいならば、この外層フィラメントは、スチールコード中で引っ張り力の下に置かれる。また、外側フィラメントの径方向で内側に向かう力を実現するためには、３つの上述した方法の組み合わせが可能である。このような巻き付けなしのスチールコードを製造する方法は、ＥＰ ０ ６２７ ５２０に開示されている。しかしながら、このような種類のスチールコードは、外側フィラメントによりコアフィラメントに大きな圧力がかかるので、コアフィラメントのフレッティングを受ける。
本発明は、添付の図面を参照しながら、更に詳細に述べられる。
【００２４】
【実施例】
図１を参照すると、本発明の複合コード１０は、ポリマーコア１２とこのコアの周りに配置した１８本のスチールフィラメント１４、１６とを含んでなる。このポリマーコアは、ポリエチレンフィラメントを含んでなる。スチールフィラメント１４の６本が第１の層中でコアの周りで撚られ、他の１２本のスチールフィラメント１６がフィラメントの第１の層の周りに撚られている。このコードの中心コアの理論的直径は０．２０ｍｍである。このスチールフィラメントの直径は０．１７５ｍｍに等しい。このスチールフィラメントはすべて１０．０ｍｍのレイ長さを有する。第１の層の隣接するフィラメントの間には、０．０１２５ｍｍの平均サイズの隙間がある。加硫時に、コア材料は流れ出し、第１の層のフィラメントの間の隙間を少なくとも部分的に充填する。この態様においては、第１の層のフィラメントは、コアのポリマー材料中に部分的に埋め込まれる。第１の層のフィラメントのこのような部分的な埋め込みを得るには、このポリマーコアの直径は、少なくとも０．２３５ｍｍでなければならない。この必要とされる最小の直径は、次の式を適用することにより計算され得る。
【００２５】
【数２】

【００２６】
ここで、
ｄ_C：ポリマーコアの直径、
ｄ：コードのコアの理論的直径、
ｎ：第１の外層におけるフィラメント数、
【００２７】
【数３】

Ｄ：第１の外層のフィラメントの直径、及び
α：３６０°／ｎ、
である。
【００２８】
図２は、複合コード１０のもう一つの態様の断面を示す。このポリマーコア１２は、超強ポリエチレンフィラメントを含んでなる。このポリマーの高分子配向は９０％であり、結晶化度は８５％である。１８本のスチールフィラメントがコアの周りで撚られている。これらのフィラメント１４の６本が第１の層中でコアの周りで撚られ、他の１２本のスチールフィラメント１６がフィラメントの第１の層の周りの第２の層中で撚られている。このコードのコアの理論的直径は０．２０ｍｍである。このスチールフィラメントの直径は０．１７５ｍｍに等しい。このスチールフィラメントは、すべて１０．０ｍｍのレイ長さを有する。第１の層の隣接するフィラメント間の平均の隙間は、０．０１２５ｍｍの平均サイズの隙間である。第２の層の隣接するフィラメント間にも隙間がある。これらの隙間の平均サイズは０．００３ｍｍに等しい。加硫時、このコア材料は、第２の層のフィラメントとの接触を持つ迄流れ出す。このポリマー材料は、コードのフィラメントの中心穴と第１の層のフィラメント間の隙間を完全に充填し、第２の層のフィラメントの半分と接触を有する。この態様においては、第１の層のフィラメントは、このポリマー材料に完全に埋め込まれる。このタイプのコードに対してこのような態様を得るために必要とされるポリマーコアの直径は、少なくとも０．２６３ｍｍである。
【００２９】
このコードの中心へのエラストマーの侵入は、０．１７５ｍｍの直径を持つ第２の層の１２本のフィラメントを０．１７５、ｍｍの直径を持つ６本のフィラメントと０．１６ｍｍの直径を持つ６本のフィラメントにより置き換えることにより改善され得る。０．１７５ｍｍの直径のフィラメントと０．１６ｍｍの直径のフィラメントは、交互に配置される。
【００３０】
本発明の２つのタイプの複合コードは、慣用のエンドレスベルト試験にかけられた。第１のタイプの複合コードは、超強ポリエチレンファイバーのポリマーコアとこのコアの周りに撚られている０．１７５ｍｍの直径の１８本のスチールフィラメントを含んでなる。このコードのフィラメントの中心コアの理論的直径は０．２１ｍｍである。第２のタイプは、ポリマーコアとしてポリエステルフィラメントとこのコアの周りに撚られている１８本のスチールフィラメントを含んでなる。この中心コアの理論的直径は０．２２ｍｍであり、このスチールフィラメントの直径は０．１７５ｍｍに等しい。これらの２つの複合コードは、０２０＋１８ｘ０．１７５のタイプの慣用のコンパクトコードと比較される。
【００３１】
異なるタイプのコードのフィラメントの破断荷重は、エンドレスベルト試験を行う前後に測定される。この試験の結果を表１に要約する。欄３は、パーセンテージで表示した、エンドレスベルト試験後のフィラメントの破断荷重の減少を示す。
【００３２】
また、試験した異なるコードタイプのフィラメントもエンドレスベルト試験の前後に曲げ疲労試験にかけられる。破壊前のサイクル数が測定される。９８０ｇの軸荷重によりこの曲げ疲労試験が行われる。表１の欄４は、エンドレスベルト試験後のサイクル数のパーセンテージでの低減を示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
これから、エンドレスベルト試験を行った後で、本発明の複合コードのフィラメントは、慣用のコンパクトコードのフィラメントよりも高い破断荷重を持つことが明らかである。
【００３５】
エンドレスベルト試験の後に行うことができる曲げ疲労試験のサイクル数は、慣用のコンパクトコードと比較して複合コードに対してかなり高い。
【００３６】
表２は、慣用のコンパクトコードと比較したこの２つのタイプの上述した複合コードの主要な特性を示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
表２の結果から、本発明の複合コードの機械的特性は、慣用のコンパクトコードの特性に極めて類似していることが明らかである。
【００３９】
エラストマーの補強に適合させるためには、スチールコード、特に複合コードは、いくつかの特徴を持たなければならない。このコードのスチールフィラメントは、０．０５ｍｍから０．８０ｍｍの範囲の直径を有し、好ましくはこのフィラメントの直径は、０．０５から０．４５ｍｍの範囲にある。このフィラメントの典型的なスチール組成は、０．７０％から１．２０％の範囲の炭素含量、０．１０％から１．１０％の範囲のマンガン含量、０．１０％から０．９０％の範囲のケイ素含量及び０．１５％の最大のイオウとリン含量を持つスチール組成である。好ましくは、イオウ及びリン含量は０．０１０％に制限される。クロム、銅及びバナジウム等の元素、０．２０から０．４０％迄のクロム、０．２０％迄の銅、及び０．３０％迄のバナジウムを添加することができる。すべての濃度は重量パーセントで表わされる。このスチールフィラメントは、通常、スチールワイヤのエラストマー化合物への接着を促進するコーティングを設けられる。真鍮（低あるいは高銅含量の）等の銅合金コーティングまたはＮｉ／真鍮、真鍮／Ｃｏ、Ｚｎ／Ｃｏ、またはＺｎ／Ｍｎ合金等の複合コーティングを使用することができる。シラン化合物を含んでなるコーティング等の２官能性有機コーティングもまた好適である。このコーティングの厚さは、好ましくは０．１５から０．３５μｍの範囲である。組成、直径、及び延伸度に依って、このフィラメントの引っ張り強さは、２０００ＭＰａから４０００ＭＰａあるいはそれ以上迄の範囲となるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の複合コード構成品の断面図を示す。
【図２】 本発明の複合コード構成品の断面図を示す。

Claims (16)

1. ポリマー材料のコア（１２）を含んでなり、スチールフィラメント（１４）の第１の層が前記コアの周りに撚られ、スチールフィラメント（１６）の第２の層が前記第１の層の周りに撚られ、第１及び第２の層の前記フィラメントがすべて同じ撚り方向と同じ撚り段差を持ち、熱処理後あるいは加硫後に、前記ポリマー材料がこのコードのフィラメントにより作られた中心穴と第１の層の隣接するフィラメント間の隙間を充填し、このポリマー材料が第１の層の２つのフィラメントの間に位置する、第２の層のフィラメントと接触を持つのに充分な容積で存在するエラストマー補強用の複合コード（１０）。
2. 前記隙間が、少なくとも、０．００２ｍｍの平均サイズを持つ請求項１に記載の複合コード。
3. 前記コアのポリマーが１３５℃よりも高く、加硫温度よりも低い融点を持つ請求項１又は２のいずれかに記載の複合コード。
4. 前記コアが少なくとも一つのポリアミドフィラメントを含んでなる請求項１又は２のいずれかに記載の複合コード。
5. 前記ポリアミドが、ナイロン６又はナイロン６．６である請求項４に記載の複合コード。
6. 前記コアが、少なくとも一つのポリエステルフィラメント、または、少なくとも一つのコポリエステル熱可塑性エラストマーフィラメントを含んでなる請求項１又は２のいずれかに記載の複合コード。
7. 前記コアが、少なくとも一つのポリエチレンまたはポリプロピレンフィラメントを含んでなる請求項１又は２のいずれかに記載の複合コード。
8. 前記コアが、２ＧＰａ以上の引っ張り強さの少なくとも一つの超強ポリエチレンフィラメントを含んでなる請求項１又は２のいずれかに記載の複合コード。
9. 前記ポリエチレンが、８５％以上の高分子配向を持つ請求項８に記載の複合コード。
10. 前記ポリエチレンが、８０％以上の結晶性レベルを持つ請求項８に記載の複合コード。
11. 前記コアが、コア材料と、該コア材料を取り囲むポリマー材料とから成る請求項１又は２のいずれかに記載の複合コード。
12. 前記コア材料が、ポリエチレンナフタレートおよびポリエチレンテレフタレートからなる群から選ばれ、そしてこのコア材料を取り囲む前記ポリマー材料がポリエチレン、ポリプロピレンおよびコポリエステル熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれる請求項１１に記載の複合コード。
13. 第１の層中のフィラメント数が５〜７の範囲である請求項１〜１２のいずれか一つに記載の複合コード。
14. 第２の層中のフィラメント数が第１の層中のフィラメント数の２倍である請求項１〜１３のいずれか一つに記載の複合コード。
15. 前記コードが巻き付けのないコードである請求項１〜１４のいずれか一つに記載の複合コード。
16. 第２の層中のフィラメントが径方向で内側に向かう力を及ぼす請求項１〜１５のいずれか一つに記載の複合コード。

Images