JPH047990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は従来にない薄型で高強力を有するベル
ト状構造物に関するものである。 （従来技術） 従来より、補強材料や梱包材料として一般にス
チールベルトが広く使われているが、近年、軽薄
短少化の要求が強くなりスチールベルトに代る軽
い代替素材が求められている。例えば、織物を芯
とし、これに樹脂を含浸した軽量化ベルトが開発
されている。しかしこれでは強度がスチールベル
トに比べて遥かに弱く、しかも厚みもスチールベ
ルトより厚いので充分な代替素材たり得ない。こ
のほか、デユラルミンなどの軽量金属や、合成樹
脂のフイルムによるベルトもあるが、いずれもス
チールの薄さや強さに比べてかなり劣つたもので
ある。 （発明の目的） 本発明の目的は、スチールに比べて遥かに軽く
スチールより薄く、かつスチールより強いベルト
を提供することにある。 （発明の構成） すなわち、本発明は 「ゴム，プラスチツク等を繊維補強してなるベル
トにおいて、高度に配向された合成高分子モノフ
イラメントが長さ方向にほぼ直線かつほぼ平行状
態を保ちながら配置され、側断面からみたモノフ
イラメント群はその厚みに対し巾が少くとも40倍
以上、その厚みの変動係数が30％以下、モノフイ
ラメント間の平均距離はモノフイラメントの平均
直径以下であつて、実質的にモノフイラメント間
にゴム，プラスチツク等が充填されて成り、かつ
ベルトの厚みは0.25mm以下、その単位当りの比強
度が3.4×10⁶cm以上であることを特徴とするベル
ト」である。 高配向マルチフイラメント糸条としては、ポリ
パラフエニレンテレフタルアミド及びその変成物
等の全芳香族ポリアミド繊維、或いは全芳香族ポ
リエステル繊維、或い高配向ポリエチレン繊維な
ど高度に結晶配向されたものが好ましく用いられ
る。この結晶配向が十分でないと、スチールより
も薄くしてしかも比強度が高いという卓越した物
性は得られず、その為には高分子の結晶配向度は
90％以上、結晶化度は65％以上のものが望まし
い。またこの様に高結晶配向したものは、実施例
で後述するように曲率の異なる歯先で曲げた時に
受ける歪の差が大きく、よく開繊するという効果
もあり、この面からも適している。 また多少これより性能が性つても経済性を重視
したい場合には高度に配向されたポリエステルや
ポリアミド等も用いられるが、その場合には、通
常に比べて特に多段で例えば５倍以上の高倍率の
延伸を施すことが望ましい。糸条の繊度としては
特に制限はないが、一般に1000〜30000Deぐらい
が適当である。勿論、これらは必ずしも一本の糸
条で供給する必要はなく、むしろ複数本の糸条を
同時供給する方が横に広がり易い。フイラメント
繊度も細い方が広がり易く、例えば0.8〜6dぐら
いが一般に好ましい。 これらの供給マルチフイラメント糸条は、少く
ともその厚さに対し40倍以上、出来れば100倍以
上に極く薄くバラバラに開繊させなければならな
い。この様に構成単位が相互にバラバラに、且つ
長さ方向にほぼ直線状態を保つて開繊し、その間
に樹脂が十分浸透してこそ、スチールに優るすぐ
れたベルトが得られる。繊維が集団で集合してい
たり、長さ方向に直線性が保たれていない場合
は、本発明の目的は十分達せられない。 この様な繊維の開繊方法としては、その目的を
達成出来ればどの様な方法でも良いが、実施例で
例示する方法などはその最も好適な方法の一つで
ある。この場合、供給糸条に対して歯車の歯先の
速度は２倍以上の速い速度にして抜くのが一般に
好ましい。５倍以上にすれば更に開繊が安定す
る。また両方の歯先の曲率は少くとも３倍以上、
出来れば10倍以上異なつていることが好ましい。
また表面は滑かに仕上げて単繊維が引掛つたりし
ない様にしておく必要がある。歯車を出た後の繊
維は十分弛緩状態を保たせ、両刃の曲率の差で受
けた歪によりカールを発生することが出来る様に
しなければならない。弛緩率として１〜10％ぐら
いが適当である。なお開繊した後は、繊維を引張
つてそのカールを消し、ストレートな開繊状態に
する必要がある。勿論この様な開繊手段のほか例
えば静電気で開繊するなど、単繊維がバラバラ且
つストレートで、その厚みに対し少くとも40倍以
上、好ましくは100倍以上に開繊出来る様なもの
ならば良い。 また、その時の開繊は極めて均一でなければな
らない。即ち、その厚さの変動CV（％）は、0.1
mm間隔で測定して、少くとも30％以下、更に望ま
しくは18％以下でなければならない。且つその繊
維はお互い完全にバラバラとなり、しかもお互い
同志の間隔はその平均間隔が繊維直径の平均以下
となる程度に接近していなくてはならない。従つ
て、単に糸条を横に並べたもの、織物にしたもの
などは、到底この構成から程遠いものである。 次に、この様に開繊された繊維に樹脂を付着さ
せるが、この樹脂は接着性，固化後の寸法安定
性，形態保持性，必要に応じ耐熱性、耐薬品性，
電気絶縁性等目的に応じ適宜その物性を考慮すれ
ば良い。特に本発明の大きな特色として、単繊維
間がバラバラに開繊されているので樹脂が浸透し
易く、従つて性能は良いが繊維間に浸透し難いも
のも容易に使用出来るという特長がある。その意
味で前記の様なエポキシ樹脂などが適している
が、このほか例えばフエノール樹脂，不飽和ポリ
エステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂，ビスマ
レイミド樹脂，トリアジン樹脂，ケイ素樹脂など
の熱硬化性樹脂などを用いても良い。或いは、ポ
リブチレンテレフタレート，飽和ポリエステル，
ポリアセタール，ポリカーボネート，ナイロン，
変成ポリフエニレンオキシド，ポリスルフオン，
ポリエーテルスルフオン，ポリフエニレンスルフ
アイド，ポリアリレート，ポリアミドイミド，ポ
リエーテルイミド，ポリエーテルエーテルケトン
等の熱可塑性樹脂は、一般に溶融粘度が高く繊維
間に樹脂が浸透し難いが、本発明の場合には十分
浸透するので用いることができる。そのほか非熱
可塑型のポリイミド，ポリオキシベンゾエート，
フツ素樹脂などを用いても良い。 また、繊維と樹脂との割合であるが、これはそ
の目的・要求特性に応じて適当に選べば良く、例
えば繊維／樹脂として70／30〜20／80などが用い
られる。特に本発明では繊維がバラバラに開繊し
ているので樹脂がよく浸透し、従つて少い樹脂で
均一に繊維間接着が出来るので、相対的に繊維比
率を高めることが出来る。特に繊維の含有比率が
40％以上の場合従来にない高い強力特性を引出す
ことが可能となる。この様に繊維の含有率を高
く、しかも繊維間に均一に樹脂を浸透するには、
繊維を十分開繊したのち、樹脂を繊維一本一本に
充分含有せしめた後、ドクターナイフ等の鋭いエ
ツジでこれを抜いて余分の樹脂を取り去るなどの
方法をとれば繊維比率を上げ、しかも繊維と樹脂
とが完全に一体化された複合構造体を作ることが
できる。 実質的に、モノフイラメント間にゴム，プラス
チツク等が充填されて成るとは、モノフイラメン
ト間の空隙の約60％以上、、好ましくは80〜90％
以上がゴム，プラスチツク等で充填されて成るこ
とを意味する。この充填率が低いと本発明の目的
を達成することができない。 次に樹脂の固化であるが、熱硬化性樹脂の場合
には加熱する必要がある。これには、本例の様に
連続して熱風或いは赤外線ヒーターなどで加熱し
て捲取るのが最も効率的であるが、硬化させず離
型紙等で挾んで捲取つたのちバツチ式で熱硬化せ
しめても良い。或いは、連続的に加熱して半硬化
までさせておき、これを冷凍庫で保存しておい
て、使用時に更に加熱して完全に硬化させる方法
も適宜用いて良い。そのほかその上から更に表面
にフイルムを貼付けたり、粘着材を付与したり、
絶縁処理加工をしたり、フロツク加工したり、着
色したり、印刷したり、細く裁断したりするなど
の処理を行うこともできる。 （発明の効果） この様にして得られたベルトは従来のスチール
ベルトに比べて遥かに軽く、薄く、しかも重量当
りの強力が強く、且つ錆びず、加工も容易である
ので、従来のスチールベルトの代替として大きな
利点を発揮するばかりでなく、航空機や宇宙開発
などの従来のスチールベルトでは不可能な産業分
野で大いにその性能を発揮することが可能であ
る。 （実施例） 具体的な実施例をあげて、更に詳しく説明す
る。 第１図に於いて、１はポリパラフエニレン・
３，４ジフエニルエーテル・テレフタルアミドの
高配向糸条1500De／1000Fを５本引揃えてなる
7500De／5000Fであつて、ローラ２，３を経て10
ｍ／minの速度で歯車４，５の間を通過する。歯
車４，５は90ｍ／minの外周速度で糸１の進行方
向に回転しており、従つて糸１この歯車２，３で
進行方向に何回も抜かれる。しかもこの歯車４の
歯先は第２図４′に示す様に鋭く仕上げられてお
り、歯車５の歯先は第２図５′に示す様丸く仕上
げられている。従つてこれ等の歯先の間を糸条１
が通過する際するどい歯車４の歯先に於いては繊
維は急角度で曲げられるため第２図ａの様に繊維
の片面は常に弾性限界を越えて大きく伸ばされ、
一方先端の丸い歯車５の歯先に於いては繊維は
徐々に曲げられるため、第２図ｂの様に繊維には
あまり歪が与えられない。その結果、これらの歯
車４，５の間を通過してこすられた繊維は、常に
片面のみ強く引伸ばされた事による歪が残るの
で、この繊維の張力を弛めると第３図の如くこの
歪の差により繊維はカールする。即ち、第１図の
工程ではローラ２，３とローラ６，７の間が３％
のオーバーフイード状態になつているので、歯車
４，５で抜かれた糸は歯車４，５とローラー６，
７の間で張力が弛緩されることにより、第４図イ
の如く糸条を構成する各単繊維にはそれぞれカー
ルが発生し、そのカールが発生する力で他を押し
やり、その結果糸条は厚さに対し横方向に約200
倍くらいに薄く広がる。但しこのままでは繊維は
カール状で糸長方向に伸縮性があるので、この広
がつた状態を保つたまま第１図のローラー６，７
とローラ８，９の間でこれを再び３％引伸ばす
と、第４図ｂの如くストレートな状態で横に広が
つた非常に薄い開繊シート１′になる。次いでこ
の開繊シート１′を樹脂含浸装置１０に通してエ
ポキシ樹脂１５をたつぷり付着させた後、ドクタ
ーナイフ１６でこれをしごいて余分な樹脂を除去
する事によりほぼ繊維と等量の樹脂量まで減らし
た後、熱風ヒーター１１に通す事により樹脂を加
熱硬化せしめ、繊維と樹脂が一体化された極薄状
ベルトにして捲取装置１４にて捲取る。 この様にして出来たベルトは、その幅15mmに対
し厚さ0.08mmという188倍も横に薄くなつた極薄
型のものが得られた。またその断面を見てみる
と、第５図の如く厚さ方向に繊維が非常に均一に
並んでおり、その厚さＸの変動係数CV（％）は僅
か13％という均整なものであつた。尚、この厚さ
の変動係数CVというのは、繊維の厚さ（ｔ）を
幅方向に0.1mm毎にｎ＝100個測定し、その値の標
準偏差値σを繊維の平均値で割つて100を掛け
たものである。 CV（％）＝√（−）²（−１） ／×100％ また、各単繊維の集合の緊密度状態を調べて見
た。第６図のｄで示す構成繊維20本の断面直径の
平均値は本実施例の場合、1.24×10^-2mmである
が、これに対し単繊維間を隔てる距離Ｓ（ｎ＝
200）の平均値は本実施例の場合0.56×10^-2mmで
あり、単繊維の直径よりも狭い平均間隔で、繊維
が極めてコンパクトに密集されていた。 この様に従来見られない様な非常に均整且つ緊
密に繊維が集合される様に工夫した結果、幅15mm
に対しその厚みは0.08mmと信じられない様な薄さ
で均整な繊維樹脂複合ベルトとなり、しかもその
強力は127Kg／mm²と非常に大きなものであつた。
且つ、その比重は1.25ｇ／cm²と軽く、従つてその
比強度Ｐは Ｐ＝強力（Kg／mm²）／比重（ｇ／cm³）×10⁵cm ＝（127〜1.25）×10⁵cm＝10.1×10⁶cm と従来にない素晴らしい高強度のものとなつた。 これを市販の最も薄くて強いスチールベルト及
び超ジユラルミンベルトと比べると、次の第一表
の様になる。

【表】 即ち、同じ目方当りの強度即ち比強度は第７図
に示す通り、従来のスチールベルトを遥かに上廻
るものであり、且つその厚みも、第八図に示す如
く、従来のスチールベルトでは全く考えられなか
つた様な薄いものが可能で、今迄のベルトの常識
を遥かに越えた、かつてない薄く軽く強いベルト
が実現した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す工程側面
図、第２図は繊維の受ける歪力をモデル的に示す
側面図、第３図は繊維のカール発生形状を示す斜
視図、第４図は繊維の開繊状態を示す正面図、第
５図は得られたベルトの断面図、第６図はその一
部拡大断面図、第７図は及び第８図は、得られた
ベルトの物性の一例を示すグラフである。 １……糸条、２，３……ローラー、４，５……
歯車、６，７，８，９……ローラー、１０……樹
脂含浸装置、１１……熱風ヒーター、１２，１３
……ローラー、１４……捲取装置、１５……エポ
キシ樹脂、１６……ドクターナイフ、１′……開
繊シート、４′……歯車４の歯先、５′……歯車５
の歯先、a′，b′……繊維の片面、イ，ロ……開繊
された繊維、ｔ……単繊維群の厚さ、Ｓ……単繊
維間距離、ｄ……単繊維直径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゴム，プラスチツク等を繊維補強してなるベ
   ルトにおいて、高度に配向された合成高分子モノ
   フイラメントが長さ方向にほぼ直線かつほぼ平行
   状態を保ちながら配置され、側断面からみたモノ
   フイラメント群はその厚みに対し巾が少くとも40
   倍以上、その厚みの変動係数が30％以下、モノフ
   イラメント間の平均距離はモノフイラメントの平
   均直径以下であつて、実質的にモノフイラメント
   間にゴム，プラスチツク等が充填されて成り、か
   つベルトの厚みは0.25mm以下、その単位当りの比
   強度が3.4×10⁶cm以上であることを特徴とするベ
   ルト。 ２ 該合成高分子の結晶配向度が90％以上、結晶
   化度が65％以上である事を特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のベルト。 ３ 該合成高分子が全芳香族ポリアミド或いはそ
   の変成物である特許請求の範囲第１項に記載のベ
   ルト。 ４ 該合成高分子がポリパラフエニレンテレフタ
   ルアミド又はその変成物である特許請求の範囲第
   ３項に記載のベルト。 ５ 該合成樹脂がエポキシ樹脂である特許請求の
   範囲第１項〜第４項のいずれかに記載のベルト。 ６ 高度に配向された合成繊維マルチフイラメン
   ト糸条を一方が鋭く他方が鈍い先端を有する一組
   の歯車の間に抜く様にして通して開繊せしめ、そ
   の開繊状態を保ちながら引伸して繊維間に液状樹
   脂を含浸せしめたのち、固化することを特徴とす
   るベルトの製造方法。