橡胶-纤维复合材料及使用该材料的物品制造技术

本发明专利技术的橡胶－纤维复合材料，由含有至少一部分单根纤维直径为１０～３５微米、纤维长度为３０～１００毫米而且拉伸弹性模数为５０ＧＰａ以上有机纤维的无纺布，和覆盖所说的无纺布的橡胶组成。通过使用具有上述特征的有机纤维作为构成无纺布纤维中的至少一部分，可以得到显示大刚性的橡胶－纤维复合材料。使用本发明专利技术的橡胶－纤维复合材料作为轮胎和皮带等橡胶物品的增强材料时，在使该橡胶物品的刚性和耐久性提高的同时，还能达到轻量化目的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及橡胶—纤维复合材料及使用该材料的物品，更详细地讲本专利技术涉及作为轮胎和带子等橡胶物品的增强材料使用时，能提高该橡胶物品耐久性的同时，还能获得达到轻量化目的橡胶—纤维复合材料及使用该材料的物品，特别是轮胎。此外，人们关注提高无纺布的增强性能，最近研究了除轮胎之外那些要求刚性和耐久性的橡胶物品中使用无纺布。而且即使是过去结构中不含增强材料的橡胶系复合材料中，通过无纺布增强在拓宽设计自由度的同时，还能期待出现高耐久性。用无纺布作橡胶系复合材料的增强材料时，为了使复合材料出现优良性能，例如刚性和伸缩性等功能，必须使橡胶充分浸透到无纺布内部。为了使增强的橡胶物品的刚性进一步提高以显著增加其耐久性，过去知道应加大使用无纺布的基重(目付重量)。但是一旦基重达到某个数值以上，橡胶在无纺布内部的浸透性就会降低，存在很难发现复合材料具有足够刚性的问题。对于充气轮胎泄气下也能继续行走到相当距离直到能够修理和修补场所的防爆(ランフラット)轮胎或安全轮胎，过去研究、开发了多种。例如已知具有增强内胎、多重室内胎、充填内胎、折叠内胎等改良内胎的防爆轮胎和、密封剂涂布轮胎、填充轮胎、内藏芯子型轮胎等。近年来，据特开平7-276931号公报中报告一种在外部轮胎的内部加入若干比其小的内胎的双重结构安全轮胎。然而过去这种轮胎的制造方法，因辅助材料等特殊而难于制造，往往有很难在轮缘上安装和处理的难点。例如具有多重室内胎的改良型防爆轮胎，由于内胎难于制造而是不现实的，而且密封剂涂布轮胎和填充轮胎很难开发出密封剂的注入方法和材料，而内藏芯子型轮胎很难在轮缘中安装芯子。此外，充填海绵和弹性体等ム—ス型安全轮胎既难于制造，而且也难于进行形状的控制和稳定化。特开平7-276931号公报中所述的安全轮胎，因轮胎具有双重结构而使其分轮胎变重，在低燃料费用上存在问题。此外，本专利技术目的也在于提供一种安全充气轮胎，所说的轮胎使用这些橡胶—纤维复合材料，(1)轮胎结构简单和容易制造，(2)容易安装在轮缘上而且材料经济，(3)无损于低燃料费性能，而且(4)具有优良的通常行走耐久性和防爆耐久性。本专利技术人等为解决上述课题，就构成无纺布长丝的单根纤维直径和刚性，与橡胶在无纺布中的浸透性和刚性之间的关系进行了深入研究。结果发现，使构成无纺布的长丝单根纤维直径增大的同时加大单根纤维的弹性模数，基重过大而且在橡胶在无纺布内部的浸透不降低的情况下，能够得到显示大刚性的橡胶—纤维复合材料。而且本专利技术人等还研究了已有的内藏内胎型防爆轮胎，结果发现通常行走时离心力产生蠕变使内胎外径增大，内胎与轮胎内衬部分接触，内胎因摩擦而受损伤，因而不能确保高防爆行走性能。此外，为了抑制防爆行走时的松弛即使将内胎内压提高到高于轮胎的，也不能确保轮胎与内胎之间存在空间部分，容易使内胎受到损伤。结果本专利技术人等发现，为了确保该空间部分，至少在内胎顶部设置由无纺布和橡胶组成的特定增强层是有效的。基于此发现完成了本专利技术。也就是说，本专利技术提供一种橡胶—纤维复合材料，其特征在于是一种由无纺布和覆盖无纺布的橡胶组成的橡胶—纤维复合材料，该无纺布至少一部分是由单根纤维直径10～35微米，长度30～100毫米，而且拉伸弹性模数为50GPa以上的有机纤维组成的。而且本专利技术还提供一种橡胶物品，特别是轮胎，其特征在于是用上述橡胶—纤维复合材料增强的。一旦使用本专利技术的橡胶—纤维复合材料作为增强材料，就能在无损于橡胶物品耐久性的条件下提高该橡胶物品的刚性。特别是轮胎侧壁部分使用这种橡胶—纤维复合材料的子午轮胎，该侧壁部分的刚性可以有效地提高，改善轮胎的操纵稳定性。此外，本专利技术提供一种安全充气轮胎，其特征在于是由(A)具有形成环状的胎面、从该胎面两端沿着轮胎半径方向内侧延伸设置的一对侧壁和在该侧壁的轮胎半径方向内侧端埋设的胎圈的无内胎轮胎，(B)内藏于该无内胎轮胎内侧的内胎，和(C)至少覆盖上述内胎顶部的增强层构成，在空气充填状态下该内胎的外表面与上述无内胎轮胎的冠部内壁之间形成空间部分，同时上述增强层在轮胎内压低时朝轮胎半径外侧方向延伸，附着在上述无内胎轮胎的胎面内面上，是一种设置得能防爆行走的轮胎组件，而且上述增强层(C)至少一部分由单根纤维直径为10～35微米而且拉伸弹性模数为50GPa以上的有机纤维组成的无纺布和橡胶形成的橡胶—纤维复合体构成。本专利技术适用的无纺布并无特别限制，可以使用任何方法制造的。例如，梳理法、抄纸法、气流成网法、熔喷—纺粘法等制造方法制成纤维网的等。除熔喷、纺粘法以外的纤维网的纤维结合方法，可以利用热熔粘结法、粘结剂粘接法、用水流或针刺使纤维交织的水流交织法和针刺法。特别适用的是用水流或针刺使纤维交织的水流交织法、针刺法和熔喷—纺粘法等得到的无纺布。本专利技术的橡胶—纤维复合材料中，重要的条件是这样的无纺布应当具有在长丝纤维(有机纤维)间能充分浸透橡胶的结构，因此应当具有能够使长丝和橡胶在比较长的距离和大范围内相互形成连续层的结构。因此，长丝纤维的直径或最大直径必须处于10～35微米范围内，更优选处于20～30微米范围内。低于10微米时，由于长丝纤维间的间隙不充分，橡胶很难浸透在无纺布内部，所以不能充分发挥作为橡胶—纤维复合材料的功能。另一方面，超过35微米时，由于长丝纤维本身的抗弯刚度过大，很难得到纤维充分交织的无纺布，结果不能充分发挥作为橡胶—纤维复合材料的功能。其中对长丝纤维的断面形状并无特别限制，可以使用具有圆形断面的、非圆形断面的、和空心断面的。而且长丝纤维(有机纤维)的长度优选处于30～100毫米范围内，更优选40～60毫米内的。长丝纤维长度小于30毫米的场合下，长丝纤维与长丝纤维间交织不充分，往往使橡胶—纤维复合材料形成的增强层不能保持刚性。另一方面当长丝纤维的长度超过100毫米时，由于长丝纤维末端的数目过少，这种场合下长丝纤维与长丝纤维间交织得也不充分，增强层有时不能保持刚性。本专利技术的无纺布，其特征在于至少含有一部分，优选含有重量比50％以上、拉伸弹性模数达到50GPa以上的有机纤维。无纺布中过量使用拉伸弹性模数达到50GPa以下的有机纤维，以及拉伸弹性模数达到50GPa以上的有机纤维含量过少的场合下，为了获得显示大刚性的橡胶—纤维复合材料，必须加大无纺布的基重。基重大，无纺布内部长丝纤维之间的间隙就会变得不充分，使橡胶很难浸透到无纺布内部，所以往往使得到的橡胶—纤维复合材料不能充分发挥其功能。无纺布的基重为30～120克/平方米，优选40～80克/平方米。基重不到30克/平方米时，无纺布的不均增大，往往使得到的橡胶—纤维复合材料不能显示均一的刚性。而基重超过120克/平方米时，即使增大构成无纺布的长丝纤维的直径，也不能使无纺布内部长丝纤维之间的间隙变得更充分，因而导致橡胶很难浸透到无纺布内部，往往使得到的橡胶—纤维复合材料不能充分发挥其功能。关于无纺布的厚度，10克力/平方厘米(约981Pa)加压下测定的无纺布厚度值D1优选为1.2～4.0mm，而200克力/平方厘米(约19613Pa)加压下测定的无纺布厚度值D2优选为0.3～1.2mm，而且D1/D2优选大于2。该数值小于2.0的场合下，在用轧辊压延复合方法中橡胶的浸透性有时会恶化，橡胶—纤维复合材料的刚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种橡胶－纤维复合材料，其特征在于在由无纺布和覆盖无纺布的橡胶组成的橡胶－纤维复合材料中，该无纺布至少一部分是由单根纤维直径为１０～３５微米、纤维长度为３０～１００毫米而且拉伸弹性模数为５０ＧＰａ以上的有机纤维组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：随行裕吾，
申请(专利权)人：普利司通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]