纤维加强层的橡胶产品及其制造方法

申请号 CN200610058326.5 申请日 2006-03-01 公开(公告)号 CN1840950A 公开(公告)日 2006-10-04
申请人 丰田合成株式会社; 发明人 栗本英一; 林秀典; 毛利贵行; 舟木健; 妹川征男;
摘要 利用无甲 醛 的粘接剂,以与含甲醛的RFL相同或更大的粘接 力 使 橡胶 层和 纤维 加强层相粘接。橡胶内管(1)和橡胶 中间层 (2)以及橡胶外皮(3)例如由EPDM构成。第一纤维加强层(10)和第二纤维加强层(20),分别为将纤维线(11、21)编织或螺旋编织在橡胶内管(1)的外周和中间层(2)的外周上而成的,该纤维线(11、21)例如是对材料本身无极性的聚酯纤维制的捻 纱线 经环 氧 处理而赋予了极性的。在橡胶中间层(2)与第二纤维加强层(20)之间,以及第二纤维加强层(20)和橡胶外皮(3)之间,采用由三嗪硫醇以及二烯类橡胶构成的粘接剂进行粘接。
权利要求

1.一种带纤维加强层的橡胶产品,其特征在于,
该带纤维加强层的橡胶产品是利用由三嗪硫醇和二烯类橡胶构 成的粘接剂,使橡胶层和纤维加强层在被层合的状态下进行粘接而成 的,上述橡胶层由非极性橡胶或二烯类橡胶构成,上述纤维加强层由 纤维线编织而成,该纤维线材料本身具有极性,或者通过附加处理而 具有极性。
2.根据权利要求1所述的带纤维加强层的橡胶产品,其特征在 于,
上述橡胶层的非极性橡胶或二烯类橡胶,是从NR、SBR、BR、 EPDM、IIR、NBR以及CR中选择出的1种、2种或2种以上。
3.根据权利要求1所述的带纤维加强层的橡胶产品,其特征在 于,
上述材料本身具有极性的纤维线,由从聚酰胺、芳族聚酰胺、 人造纤维以及维尼纶中选出的1种、2种或2种以上的纤维构成。
4.根据权利要求1所述的带纤维加强层的橡胶产品,其特征 在于,
上述附加处理是环处理。
5.根据权利要求1所述的带纤维加强层的橡胶产品,其特征 在于,
上述粘接剂的二烯类橡胶,是从NR、SBR、BR、NBR、CR中 选出的1种、2种或2种以上。
6.根据权利要求1所述的带纤维加强层的橡胶产品,其特征 在于,
上述粘接剂的三嗪硫醇/二烯类橡胶的成分比例是1/9~9/1。
7.一种带纤维加强层的橡胶产品的制造方法,其特征在于, 包括下列工序:
纤维层合工序,该工序是在由非极性橡胶或二烯类橡胶构成的 未硫化的橡胶层上层合纤维加强层,该纤维加强层由纤维线编织而 成,该纤维线材料本身具有极性,或者通过附加处理而具有极性;
粘接剂处理工序,该工序是至少在橡胶层和纤维加强层的分界 面上,附着粘接剂溶液,该粘接剂溶液是将三嗪硫醇和二烯类橡胶溶 解到溶剂中而形成的;以及
干燥工序,该工序是在将上述纤维加强层压接到上述橡胶层上 的状态下,以50~180℃的温度使其干燥。
8.根据权利要求7所述的带纤维加强层的橡胶产品的制造方 法,其特征在于,
上述粘接剂溶液的二烯类橡胶,是从NR、SBR、BR、NBR、 CR中选出的1种、2种或2种以上。
9.根据权利要求7所述的带纤维加强层的橡胶产品的制造方 法,其特征在于,
上述粘接剂溶液的三嗪硫醇的浓度以及二烯类橡胶的浓度,满 足下述三个条件:
(a)三嗪硫醇/二烯类橡胶的成分比例为1/9~9/1;
(b)三嗪硫醇的浓度大于或等于1质量%;
(c)三嗪硫醇及二烯类橡胶的合计浓度为1~10质量%。
10.一种带纤维加强层的橡胶产品的制造方法,其特征在于, 包括下列工序:
粘接剂处理工序,该工序是在纤维线上附着粘接剂溶液,该纤 维线材料本身具有极性,或者通过附加处理而具有极性,该粘接剂溶 液是将三嗪硫醇和二烯类橡胶溶解到溶剂中而形成的;
干燥工序,该工序是以50~180℃的温度使上述纤维线干燥;以 及
纤维层合工序,该工序是在由非极性橡胶或二烯类橡胶构成的 未硫化的橡胶层上,层合纤维加强层,该纤维加强层由上述干燥后的 纤维线编织而成。
11.根据权利要求10所述的带纤维加强层的橡胶产品的制造 方法,其特征在于,
上述粘接剂溶液的二烯类橡胶是从NR、SBR、BR、NBR、CR 中选出的1种、2种或2种以上。
12.根据权利要求10所述的带纤维加强层的橡胶产品的制造 方法,其特征在于,
上述粘接剂溶液的三嗪硫醇的浓度以及二烯类橡胶的浓度,满 足下述三个条件:
(a)三嗪硫醇/二烯类橡胶的成分比例为1/9~9/1;
(b)三嗪硫醇的浓度大于或等于1质量%;
(c)三嗪硫醇及二烯类橡胶的合计浓度为1~10质量%。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种利用对纤维线进行编织而成的纤维加强层而被

加强了的橡胶软管、轮胎、传送带等橡胶产品。

背景技术

由于由尼龙纤维或聚酯纤维等有机纤维和橡胶构成的纤维橡胶 材料具有很实用的耐疲劳性,因而被广泛用于软管、轮胎、传送带等 各种橡胶产品中。这些纤维橡胶材料是在包含了橡胶的基础材料上利 用线进行加强,该线是将粘接剂等附着到捻在一起的纤维束上而成 的。使用了纤维的纤维橡胶材料尺寸稳定性和耐化性优良,但容 易产生因单纤维之间的摩擦造成的线的断裂,以及在线与橡胶的分界 面上产生剥离,耐疲劳性容易变差。对此,使间苯二酚-甲(RF) 树脂、由胶乳构成的RFL液、以及包含环树脂的树脂组成物,浸 渍到碳纤维束中的处理方法,是增强与橡胶的粘接的一般的处理方 法。
在使用RFL树脂进行加强丝层和橡胶层之间粘接的情况下,可 以获得牢固的层间粘接力,但由于RFL的合成阶段中使用的甲醛是 一种相当于VOC(挥发性有机化合物)的物质,进而担心甲醛引起 过敏以及具有致癌性,因而寻求不会产生这些问题的无甲醛的产品。 下面,记述了与无甲醛的纤维橡胶材料有关的专利
(1)专利文献1中公开了一种散热器软管,其利用由作为A成 分的末端改性(环氧基、基、乙烯基、羧基)NBR、作为B成分 的1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7盐(DBU盐:CHR/FKM 等粘接附加剂、CHR促进剂)、以及作为C成分的有机溶剂(MEK、 甲醇、甲苯、异丙醇、甲基乙酸溶纤剂、二甲基甲酰胺)构成的处理 液,对橡胶层和纤维加强层之间进行粘接。
(2)专利文献2中公开了一种散热器软管,其利用由来酸聚 合物、1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7盐(DBU盐)、 以及有机溶剂(MEK、甲醇、甲苯、异丙醇、甲基乙酸溶纤剂、二 甲基甲酰胺)构成的处理液,对橡胶层和纤维加强层之间进行粘接。 成分比与专利文献1相同。
(3)专利文献3中公开了一种散热器软管,其利用由作为A成 分的环氧树脂、作为B成分的烷耦联剂、作为C成分的有机溶剂 (MEK、甲醇、甲苯、异丙醇、甲基乙酸溶纤剂、二甲基甲酰胺) 构成的处理液(此外,更优选添加斥油性聚合物),对橡胶层和纤维 加强层之间进行粘接。
(4)专利文献4中公开了一种复合体,其利用由间苯二酚-甲 醛初期缩合物中使用硝基醇取代作为亚甲基供体的甲醛的物质,和胶 乳构成的粘接剂,对橡胶层和纤维加强层之间进行粘接。该粘接剂是 在不损害纤维-橡胶的粘接性的前提下降低了甲醛的使用量的RFL。
(5)专利文献5中公开了一种加强软管,其利用由三嗪硫醇化 合物构成的粘接活性剂,对橡胶层和纤维加强层进行粘接。

发明内容

专利文献1~3使用的是三嗪以外的粘接剂,其粘接力小,仅适 用于一部分软管产品。
专利文献4使用硝基醇取代RFL的甲醛,存在难以产生与间苯 二酚树脂的缩合反应的问题。
专利文献5中,作为橡胶层的材料,例举了NBR、NR、SBR、 CR、ACM、FKM,在实施例中使用了NBR/BR、NR、SBR/CR。本 发明人对这些橡胶进行了追加试验,发现对于非极性橡胶(NR、SBR) 和二烯类橡胶(NR、SBR、NBR),仅通过三嗪硫醇无法以充分的 粘接力对纤维加强层进行粘接。
此外,关于将三嗪在等金属中处理的粘接处理方法,有许 多论文和专利申请,但没有提出将三嗪在非活性的聚酯丝中处理而与 非极性橡胶、例如EPDM粘接的技术。三嗪或环氧和三嗪处理过的 聚酯丝和EPDM之间的粘接性非常弱,不能应用于软管等产品中。 由于EPDM具有很好的耐风化性、耐热性和耐液性,所以广泛应用 于传送带、冷却软管、制动器软管等中,因而希望无甲醛处理丝和 EPDM之间具有粘接性。
本发明的目的在于解决上述问题,提供一种带纤维加强层的橡 胶产品及其制造方法,其利用无甲醛的粘接剂,使橡胶层和纤维加强 层之间,以与含甲醛的RFL相同或比之更大的粘接力进行粘接。
为了解决上述课题,本发明采用了下述方法。
(1)一种带纤维加强层的橡胶产品,其是利用由三嗪硫醇和二 烯类橡胶构成的粘接剂,使橡胶层和纤维加强层在被层合的状态下进 行粘接而成的,上述橡胶层由非极性橡胶或二烯类橡胶构成,上述纤 维加强层由纤维线编织而成,该纤维线材料本身具有极性,或者通过 附加处理而具有极性。
(2)一种带纤维加强层的橡胶产品的制造方法,其特征在于, 包括下列工序:
纤维层合工序,该工序是在由非极性橡胶或二烯类橡胶构成的 未硫化的橡胶层上,层合纤维加强层,该纤维加强层由纤维线编织而 成,该纤维线材料本身具有极性,或者通过附加处理而具有极性;
粘接剂处理工序,该工序是至少在橡胶层和纤维加强层的分界 面上,附着粘接剂溶液,该粘接剂溶液是将三嗪硫醇和二烯类橡胶溶 解到溶剂中而形成的;以及
干燥工序,该工序是在将上述纤维加强层压接到上述橡胶层上 的状态下,以50~180℃的温度使其干燥。
(3)一种带纤维加强层的橡胶产品的制造方法,其特征在于, 包括下列工序:
粘接剂处理工序,该工序是在纤维线上附着粘接剂溶液,该纤 维线材料本身具有极性,或者通过附加处理而具有极性,该粘接剂溶 液是将三嗪硫醇和二烯类橡胶溶解到溶剂中而形成的;
干燥工序,该工序是以50~180℃的温度使上述纤维线干燥;以 及
纤维层合工序,该工序是在由非极性橡胶或二烯类橡胶构成的 未硫化的橡胶层上,层合纤维加强层,该纤维加强层由上述干燥后的 纤维线编织而成。
在上述各方法中,可以例示出下列方式。
[橡胶层]
·作为橡胶层的非极性橡胶,并不特别限定,可以举出的例子 有:NR(天然橡胶)、SBR(丁苯橡胶)、BR(丁二烯橡胶)、EPDM (三元乙丙共聚物)、IIR(异丁烯-异戊二烯共聚物)。
·作为橡胶层的二烯类橡胶,并不特别限定,可以举出的例子 有:NR、SBR、BR、NBR、CR(氯丁二烯橡胶)等。
·因此,作为二者的公约数、即橡胶层的非极性橡胶或二烯类 橡胶,优选从NR、SBR、BR、EPDM、IIR、NBR以及CR中选出的 一种或两种及两种以上。
此外,在橡胶层为多层层合的情况下,各个橡胶层可以分别选 择非极性橡胶或者二烯类橡胶中的任一种。全部的橡胶也可以不相 同。
[纤维线]
·可以使用各种纤维制成的捻纱线,但要是材料本身具有极性 的纤维线,或通过对材料本身不具有极性的纤维线进行附加处理而赋 予极性的纤维线。
·作为材料本身具有极性的纤维线,并不特别限定,可以举出 的例子有:聚酰胺、芳族聚酰胺、人造纤维、维尼纶等。
·作为材料本身不具有极性的纤维线,并不特别限定,可以举 出的例子有聚酯纤维等。这些纤维线通过附加处理而具有极性。作为 该附加处理,并不特别限定,可以举出的例子有环氧处理(包括异氰 酸盐)等。
此外,在纤维加强层为多层层合的情况下,各个纤维加强层可 以分别选择材料本身具有极性的纤维线或者通过附加处理而具有极 性的纤维线中的任一种。全部的纤维加强层也可以是不同的材料。
作为纤维线的编织方式,并不特别限定,可以举出的例子有: 编织、螺旋编织等。
[粘接剂及粘接剂溶液]
作为粘接剂的三嗪硫醇,可以举出的例子有:2-丁基氨基-4, 6-二巯基-s-三嗪等。
作为粘接剂的二烯类橡胶,可以举出的例子有:NR、SBR、BR、 NBR、CR等,但优选BR。
三嗪硫醇/二烯类橡胶的成分比例为1/9~9/1,优选1/5~5/1。
作为粘接剂溶液的溶剂,可以举出的例子有:MEK(甲基乙基 )、甲苯等。
粘接剂溶液的三嗪硫醇的浓度以及二烯类橡胶的浓度并不特别 限定,但优选满足下述三个条件。
(a)三嗪硫醇/二烯类橡胶的成分比例为1/9~9/1。
(b)三嗪硫醇的浓度大于或等于1质量%。
(c)三嗪硫醇及二烯类橡胶的合计浓度应为1~10质量%(从 后述的防止第二制造方法中的纤维线的线屑及粘接不良的方面考虑, 更优选1~5质量%)。
发明的效果
由本发明的带纤维加强层的橡胶产品及其制造方法,可以取得 下述良好的效果,即,可以利用无甲醛的粘接剂,以与含甲醛的RFL 相同或更好的粘接力,使橡胶层和纤维加强层粘接,利用无甲醛材料 获得橡胶层和纤维加强层之间的良好粘接性。
附图说明
图1表示本发明涉及的带纤维加强层的橡胶软管,(a)是端部 剖开的斜视图,(b)是半剖面图。
图2是表示该带纤维加强层的橡胶软管的第一制造方法的说明 图。
图3是表示该带纤维加强层的橡胶软管的第二制造方法的说明 图。

具体实施方式

图1表示实施方式涉及的带纤维加强层的橡胶软管H。
该带纤维加强层的橡胶软管H,由从内周到外周依次接合的橡 胶内管1、第一纤维加强层10、橡胶中间层2、第二纤维加强层20、 以及橡胶外皮3构成。橡胶内管1、橡胶中间层2以及橡胶外皮3例 如由EPDM构成。第一纤维加强层10和第二纤维加强层20,例如是 将纤维线11、12分别编织或螺旋编织在内管1的外周和橡胶中间层 2的外周上而成的,该纤维线11、12是对材料本身不具有极性的聚 酯纤维制的捻纱线进行环氧处理而赋予了极性而成的。并且,在橡胶 中间层2和第二纤维加强层20之间,以及第二纤维加强层20和橡胶 外皮3之间,使用由三嗪硫醇及二烯类橡胶构成的粘接剂进行粘接。
图2中示出了上述带纤维加强层的橡胶软管H的第一制造方法。
(1)橡胶内管形成工序:利用第一挤压装置31连续地挤压成 型橡胶内管1。在挤压出的未硫化的橡胶内管1内插入心轴(图示省 略)。
(2)第一纤维层合工序:引出卷绕在线轴12上的纤维线11, 通过走线装置5导向后送到第1编织装置41中,利用该第1编织装 置41,将纤维线1编织或螺旋编织在上述橡胶内管1的外周上,层 合第一纤维加强层10。
(3)橡胶中间层形成工序:在上述第一纤维加强10的外周上, 通过卷绕薄片橡胶材料2a,被覆形成橡胶中间层2。
(4)第二纤维层合工序:引出卷绕在线轴22上的纤维线21, 通过走线装置5导向后送到第2编织装置42中,将纤维线21编织或 螺旋编织在上述橡胶中间层2的外周上,层合第二纤维加强层20。 利用该编织时的线张力,第二纤维加强层20适度地压接在橡胶中间 层2的外周上。
(5)粘接剂处理工序:使上述橡胶内管1至第二纤维加强层20 穿过槽50内的、将三嗪硫醇和二烯类橡胶溶解于溶剂中的粘接剂溶 液51中,使粘接剂溶液附着到第二纤维加强层20的外表面至第二纤 维加强层20与橡胶中间层2的分界面上。
(6)干燥工序:通过使上述橡胶管1至第二纤维加强层20穿 过干燥装置60,在使第二纤维加强层20压接到橡胶中间层2上的状 态下,以50~180℃的温度干燥50~240秒钟,(a)使粘接剂溶液 51的溶剂完全蒸发,(b)使粘接剂(三嗪硫醇和二烯类橡胶)与橡 胶中间层2以及第二纤维加强层20发生反应。
(7)橡胶外皮形成工序:利用第二挤压装置32在上述第二纤 维加强层20的外周上被覆形成橡胶外皮3。这样,第二纤维加强层 20也适度地压接在橡胶外皮3上,粘接剂也附着在第二纤维加强层 20和橡胶外皮3之间的分界面上。
(8)硫化工序:在上述橡胶外皮形成工序之后,利用硫化装置 70,以145~165℃的温度加热15~30分钟,对橡胶内管1、橡胶中 间层2以及橡胶外皮3进行硫化,同时使粘接剂和橡胶外皮3之间发 生反应。通过以上工序,完成带纤维加强层的橡胶软管H。
图3示出上述带纤维加强层的橡胶软管H的第二制造方法。
(1)粘接剂处理工序:引出卷绕在线轴23上的纤维线21,穿过 槽50内的、将三嗪硫醇和二烯类橡胶溶解到溶剂中的粘接剂溶液51, 使粘接剂溶液51附着到纤维线21上。
(2)干燥工序:通过使上述纤维线21穿过干燥装置60,以50~ 180℃的温度干燥50~240秒钟,(a)使粘接剂溶液51的溶剂完全 蒸发,(b)使粘接剂(三嗪硫醇和二烯类橡胶)和纤维线21发生反 应。该干燥后的纤维线被卷绕到线轴22上。
(3)橡胶内管形成工序:利用第一挤压装置31连续地挤压成 型橡胶内管1。在挤压出的未硫化的橡胶内管1的管内插入心轴(图 示省略)。
(4)第一纤维层合工序:引出卷绕在线轴12上的纤维线11, 通过走线装置5导向后送到第1编织装置41中,利用该第1编织装 置41,将纤维线11编织或螺旋编织在上述橡胶内管1的外周上,层 合第一纤维加强层10。
(5)橡胶中间层形成工序:在上述第一纤维加强层10的外周, 通过卷绕薄片橡胶层2a而被覆形成橡胶中间层2。
(6)线输送工序以及第二纤维层合工序:引出上述干燥工序后 的卷绕在线轴22上的纤维线21,通过走线装置5导向后送到第2编 织装置42中,将纤维线21编织或螺旋编织在上述橡胶中间层2的外 周上,层合第二纤维加强层20。这时,纤维线21通过走线装置5的 滑轮6、辊、轴等。但是,由于利用上述粘接剂处理过的纤维线21 在上述通过时很难被磨掉粘接剂或纤维的一部分,因而很少出现粘接 不良或产生线屑。因此,不易出现产品上附着线屑的问题,或者由于 线屑的堆积引起设备故障。此外,由于摩擦系数低而且稳定,因而可 顺利地通过走线装置5,同时由于纤维线21的拉力没有变动,因而 第二纤维加强层20的径向尺寸恒定。此外,利用该编织时的线张力, 第二纤维加强层20适度地压接在橡胶中间层2的外周上。
(7)橡胶外皮形成工序:利用第二挤压装置32在上述第二纤 维加强层20的外周上被覆形成橡胶外皮3。由此,第二纤维加强层 20也适度地压接在橡胶外皮3上,粘接剂附着到第二纤维加强层20 和橡胶外皮3之间的分界面上。
(8)硫化工序:在上述橡胶外皮形成工序后,利用硫化装置70 以145~165℃的温度加热15~30分钟,对橡胶内管1、橡胶中间层 2以及橡胶外皮3进行硫化,同时使粘接剂和橡胶内管1、橡胶中间 层2以及橡胶外皮3发生反应。通过以上工序,可以完成带纤维加强 层的橡胶软管H。
(实施例)
按照下述的顺序,制作了实施例以及比较例的各试验片。
1、利用EPDM形成150mm×150mm×2mm(厚)的未硫化的橡 胶板。
2、使用对聚酯纤维制的捻纱线通过环氧处理而赋予极性的纤维 线。纤维线由200~400根纤维丝束而成。
3、混合下述物质来调整粘接剂溶液(详见下述表1。但是,比 较例1的粘接剂溶液是RFL液)。
·作为三嗪硫醇的2-丁基氨基-4,6-二巯基-s-三嗪(TDT): 1~7质量%。
·作为二烯类橡胶的1,2BR:0~4质量%。
·作为溶剂的甲基乙基酮(MEK)和甲苯:其余部分。
4、使粘接剂附着到捻纱线上,将该捻纱线以2mm间隔在框状 的模具上缠绕7次,把该框状的模具嵌入板状的底模中,在该底模及 捻纱线上放置未硫化的橡胶板,然后在其上面放置顶模后用冲压机压 接,以160℃的温度加热15分钟,对橡胶板进行硫化,同时使粘接 剂和纤维线以及橡胶板发生反应。
把橡胶板切割为仅包含7根纤维线的部位的薄长方,在其长 度方向的中间部位划一刻痕,将长度方向的一端和另一端夹入拉伸试 验机的一对夹头上,以50mm/分钟的速度进行拉伸,由此进行180 度剥离试验。查看直到产生剥离所示的最大粘接力和剥离产生于何处 这样的剥离方式。其结果示于下述的表1中。
表1   试验   TDT/1,2BR     (wt%)                  粘接   粘接力(N/7根)   剥离方式   判定   实施例1   2.5/2.5   11.9   母材   ○   实施例2   4/1   8.5   母材   ○   实施例3   1.5/1.5   10.5   母材   ○
  实施例4   1/4   10.6   母材   ○   比较例1(RFL)   -   8.0   母材   ○   比较例2   5/0   6.2   分界面   ×   比较例3   7/0   5.7   分界面   ×
比较例1是使用现有的RFL作为粘接剂,在粘接力方面没有问 题,但如前所述,存在含有甲醛的问题。比较例2和比较例3是仅使 用三嗪硫醇作为粘接剂,但粘接力小,因此剥离方式为在橡胶板和纤 维线的分界面上发生。与此相对,实施例1~4是使用三嗪硫醇和1, 2BR的混合物作为粘接剂,但粘接力比比较例1(RFL)高,并且剥 离在作为母材的橡胶板内产生。通过该实施例1~4可以看出,使用 无甲醛的粘接剂,能够以与含甲醛的RFL相同或更大的粘接力,对 橡胶层和纤维加强层进行粘接。
此外,本发明并不局限于上述实施方式,例如也可以如下所示, 在不超出本发明主旨的范围内适当变更而具体化。
(1)具体化为内管、纤维加强层以及外皮这3层构造的橡胶软 管。此外,也可以具体化为3层及5层以外的多层橡胶软管。
(2)除了橡胶软管之外,具体化为轮胎、传送带等各种橡胶产 品。
专利文献1:特开2004-150458号公报
专利文献2:特开2004-150459号公报
专利文献3:特开2004-150460号公报
专利文献4:特开平11-100561号公报
专利文献5:特开平11-280954号公报
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