CN104245826A - 含氟弹性体组合物及其制造方法、成型体、交联物、以及包覆电线 - Google Patents
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Abstract
提供柔软性、对自动变速机油等润滑油的耐油性优异、不易热变色、且成型性优异的含氟弹性体组合物,使用了该含氟弹性体组合物的成型体、交联物以及包覆电线。一种含氟弹性体组合物,其包含四氟乙烯/丙烯共聚物(a)、乙烯/四氟乙烯共聚物(b)和含有环氧基的乙烯共聚物(c),前述四氟乙烯/丙烯共聚物(a)与前述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)的质量比[(a)/(b)]为70/30~40/60,前述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)与前述含有环氧基的乙烯共聚物(c)的质量比[(b)/(c)]为100/0.1~100/10。
Description
技术领域
本发明涉及含氟弹性体组合物及其制造方法、成型体、交联物、以及包覆电线。
背景技术
四氟乙烯/丙烯共聚物(以下有时称作“TFE/P共聚物”)的耐热性、耐油性、耐化学药品性、电绝缘性、挠性等特性优异,并且作为可进行放射线交联的弹性体材料,被用于软管、管、垫片、密封件、隔膜、片材、电线包覆材料等。
另外,为了弥补TFE/P共聚物的特性,进行了在TFE/P共聚物中共混乙烯/四氟乙烯共聚物(以下有时称作“ETFE”)。
例如专利文献1中,通过在TFE/P共聚物中共混ETFE,实现了拉伸强度、撕裂强度等机械特性、强韧性等特性的提高。而且,专利文献1中,为了降低混合成本,在TFE/P共聚物和ETFE的基础上,进一步大量共混乙烯-丙烯酸酯共聚物或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
另外,专利文献2中,为了改善TFE/P共聚物的软化击穿(cut-through)性(高温下难以热软化的特性),与碳酸钙一起共混了ETFE。
专利文献3中,为了改善软化击穿性,也共混了ETFE。
专利文献3中,在TFE/P共聚物中共混的ETFE过多时,挠性和伸长率降低,因此,使ETFE相对于共混聚合物整体的配混量为40质量%以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平5-78539号公报
专利文献2:日本特开平10-334738号公报
专利文献3:日本特开2010-186585号公报
发明内容
发明要解决的问题
特别是对于汽车的发动机舱的电线束中使用的弹性体材料,为了确保电线束的布线自由度,要求优异的柔软性。为了抑制挠性和伸长率的降低、确保柔软性,如专利文献3所指出那样,需要降低在TFE/P共聚物中共混的ETFE的比例。然而,降低在TFE/P共聚物中共混的ETFE的比例时,有时对自动变速机油等润滑油的耐油性不充分。
另外,在TFE/P共聚物中共混ETFE时,有时在加热下会发生热变色,对电线的着色性的自由度少。另外,成型性不充分,作为电线的包覆材料使用时,有时产生来自焊接线(weld line)等成型不良的缺陷。
本发明是鉴于上述情况而作出的,其课题在于,提供柔软性、对自动变速机油等润滑油的耐油性优异、也不易热变色、且成型性也优异的含氟弹性体组合物及其制造方法。另外,本发明的课题在于提供使用了该含氟弹性体组合物的成型体、交联物和包覆电线。
用于解决问题的方案
本发明人等观察了仅由TFE/P共聚物和ETFE构成的含氟弹性体组合物,着眼于TFE/P共聚物和ETFE的相容性不充分。而且,进一步深入研究发现,以特定的比例配混含有环氧基的乙烯共聚物时,相容性提高,能够解决上述课题,从而完成了本发明。
即,本发明提供具有以下[1]~[10]的构成的含氟弹性体组合物、其制造方法、成型体、交联物和包覆电线。
[1]一种含氟弹性体组合物,其特征在于,其包含:下述TFE/P共聚物(a)、下述ETFE共聚物(b)和含有环氧基的乙烯共聚物(c),
前述TFE/P共聚物(a)与前述ETFE共聚物(b)的质量比[(a)/(b)]为70/30~40/60,前述ETFE共聚物(b)与前述含有环氧基的乙烯共聚物(c)的质量比[(b)/(c)]为100/0.1~100/10,其中,
TFE/P共聚物(a):由基于四氟乙烯的单元45~70摩尔%、基于丙烯的单元30~55摩尔%和基于其他单体的单元0~20摩尔%形成的共聚物,
ETFE共聚物(b):由基于四氟乙烯的单元45~70摩尔%、基于乙烯的单元30~55摩尔%和基于其他单体的单元0~20摩尔%形成的共聚物。
[2]根据上述[1]所述的含氟弹性体组合物,其在温度297℃下测定的熔体流动速率为4~50g/10分钟。
[3]根据上述[1]或[2]所述的含氟弹性体组合物,其中,前述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)为由基于四氟乙烯的单元、基于乙烯的单元、和基于CF3CF2CF2CF2CF=CH2或CF3CF2CF2CF2CF2CF2CH=CH2的单元形成的共聚物。
[4]根据上述[1]~[3]中的任一项所述的含氟弹性体组合物,其中,前述含有环氧基的乙烯共聚物(c)为由基于乙烯的单元、基于甲基丙烯酸缩水甘油酯的单元和基于乙烯不饱和酯的单元形成的共聚物。
[5]一种含氟弹性体组合物的制造方法,其特征在于,其为上述[1]~[4]中的任一项所述的含氟弹性体组合物的制造方法,其包括下述工序:在250~320℃的加热条件下,将前述TFE/P共聚物(a)、前述ETFE共聚物(b)和前述含有环氧基的乙烯共聚物(c)进行混炼。
[6]根据上述[5]所述的含氟弹性体组合物的制造方法,其中,前述进行混炼的工序为使用挤出成型机进行1~30分钟的混炼的工序。
[7]一种成型体,其是将上述[1]~[4]中的任一项所述的含氟弹性体组合物成型而成的。
[8]一种交联物,其是将上述[1]~[4]中的任一项所述的含氟弹性体组合物交联而成的。
[9]一种包覆电线,其特征在于,其为具有导体和包覆该导体的包覆材料的包覆电线,前述包覆材料为上述[1]~[4]中的任一项所述的含氟弹性体组合物。
[10]一种包覆电线,其特征在于,其为具有导体和包覆该导体的包覆材料的包覆电线,所述包覆材料为上述[8]所述的交联物。
发明的效果
本发明的含氟弹性体组合物的柔软性、对自动变速机油等润滑油的耐油性优异,不易热变色,成型性优异。
另外,本发明的成型体、交联物、包覆电线的柔软性、对自动变速机油等润滑油的耐油性优异,也不易热变色,来自焊接线等成型不良的缺陷少。
附图说明
图1为示出本发明的实施例1的含氟弹性体组合物的扫描型电子显微镜照片(倍率2,000倍)的图。
图2为示出本发明的实施例3的含氟弹性体组合物的扫描型电子显微镜照片(倍率2,000倍)的图。
图3为示出本发明的比较例2的含氟弹性体组合物的扫描型电子显微镜照片(倍率2,000倍)的图。
图4为示出本发明的比较例3的含氟弹性体组合物的扫描型电子显微镜照片(倍率2,000倍)的图。
具体实施方式
[含氟弹性体组合物]
本发明的含氟弹性体组合物(以下有时称作“本发明的组合物”)包含:TFE/P共聚物(a)、ETFE(b)和含有环氧基的乙烯共聚物(c)。
需要说明的是,在以下的说明中,构成各成分的单元的摩尔比为使用13C-NMR,FT-IR测定的摩尔比。
(TFE/P共聚物(a))
TFE/P共聚物(a)(以下有时称作“(a)成分”)为由基于四氟乙烯(以下有时称作“TFE”)的单元45~70摩尔%、基于丙烯(以下有时称作“P”)的单元30~55摩尔%和基于其他单体的单元0~20摩尔%形成的共聚物。(a)成分为弹性共聚物(含氟弹性体)。
基于TFE的单元在构成(a)成分的全部单元中所占的比率为45~70摩尔%,优选为50~65摩尔%,更优选为52~60摩尔%。通过使基于TFE的单元的比率为45摩尔%以上,本发明的组合物的机械特性、耐化学药品性、柔软性优异。另外,通过使基于TFE的单元的比率为70摩尔%以下,能够以充分的比率具有基于P的单元。
基于P的单元在构成(a)成分的全部单元中所占的比率为30~55摩尔%,优选为35~50摩尔%,更优选为40~48摩尔%。通过使基于P的单元的比率为30摩尔%以上,本发明的组合物的成型加工性、柔软性优异。另外,通过使基于P的单元的比率为55摩尔%以下,能够以充分的比率具有基于TFE的单元。
基于其他单体的单元在构成(a)成分的全部单元中所占的比率为0~20摩尔%,优选为0~15摩尔%,更优选为0~10摩尔%。通过使基于其他单体的单元的比率为20摩尔%以下,能够以充分的比率具有基于TFE和P的单元。
作为其他单体,可以举出除了TFE以外的含氟单体、除了P以外的烃单体、交联性单体等。
作为含氟单体,可以举出偏二氟乙烯、六氟丙烯、全氟(烷基乙烯基醚)、全氟(烷基氧烷基乙烯基醚)等。含氟单体可以单独使用1种或组合使用2种以上。
全氟(烷基乙烯基醚)中的全氟烷基的碳数优选为1~6,更优选为1~4。另外,全氟(烷基氧烷基乙烯基醚)中的全氟(烷基氧烷基)基的碳数优选为2~8,更优选为2~6。
作为全氟烷基的具体例,优选为CF3基、C2F5基、或C3F7基。
全氟(烷基氧烷基)基中的醚性氧原子的数量优选为4个以下,更优选为2个以下。作为全氟(烷基氧烷基)基的具体例,优选为CF3OCF(CF3)CF2-基、C2F5OC2F4-基、C3F7OC3F6-基、或C3F7OC3F6OC3F6-基。
作为全氟(烷基乙烯基醚)和全氟(烷基氧烷基乙烯基醚)的具体例,可以举出CF2=CFOCF3、CF2=CFOCF2CF3、CF2=CFOCF2CF2CF3、CF2=CFO(CF2)3CF3、CF2=CFO(CF2)4CF3、CF2=CFOCF2OCF3、CF2=CFOCF2CF2OCF3、CF2=CFOCF2CF2OCF2CF3、CF2=CFO(CF2)3OCF2CF3、CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF3、CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)2CF3、CF2=CFO(CF2CF2O)2CF2CF3、CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]2CF3、CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]2(CF2)2CF3等。
通过含有基于除了TFE以外的含氟单体的单元,能够改善本发明的组合物的低温柔软性等。
作为烃单体,可以举出甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、甲氧基乙基乙烯基醚、乙氧基乙基乙烯基醚等乙烯基醚;乙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、壬酸乙烯酯等乙烯酯;乙烯、丁烯、异丁烯等α-烯烃(不包括P)等。
通过含有基于除了P以外的烃单体的单元,能够改善本发明的组合物的成型加工性等。
作为其他单体,使用含氟单体、烃单体或它们的混合物时,相对于基于TFE和P的单元的总计摩尔数,基于其他单体的单元的含量优选为0.01~20摩尔%,更优选为0.1~15摩尔%,特别优选为0.3~10摩尔%。
交联性单体是指在同一分子内具有1个以上交联性基团的单体。作为交联性单体中的交联性基团,可以举出碳-碳双键基团、卤素原子等。作为交联性单体,可以举出1-溴-1,1,2,2-四氟乙基三氟乙烯基醚、1-碘-1,1,2,2-四氟乙基三氟乙烯基醚、巴豆酸乙烯酯、甲基丙烯酸乙烯酯等。交联性单体可以单独使用1种或同时使用2种以上。
基于交联性单体的单元的含量在构成(a)成分的全部单元中优选为0.001~8摩尔%,更优选为0.001~5摩尔%,特别优选为0.01~3摩尔%。
通过含有基于交联性单体的单元,能够改善本发明的组合物的机械特性、压缩永久变形等。
(a)成分的门尼粘度(ML1+10,121℃)优选为20~200,更优选为30~150,最优选为40~120。门尼粘度为分子量的尺度,用后述的测定方法来测定。该值大时,表示分子量大,该值小时,表示分子量小。处于该范围时,含氟弹性体组合物的机械特性、成型性优异。
作为(a)成分的市售品的例子,可以举出“AFLAS150CS”(旭硝子株式会社制造)等。
(ETFE(b))
ETFE(b)(以下有时称作“(b)成分”)为由基于TFE的单元30~80摩尔%、基于乙烯(以下有时称作“E”)的单元20~70摩尔%和基于其他单体的单元0~10摩尔%形成的共聚物。
(b)成分为耐热性、耐油性、电绝缘性、耐化学药品性、耐水性、耐放射线性等优异的树脂。
基于TFE的单元在构成(b)成分的全部单元中所占的比率为30~80摩尔%,优选为40~70摩尔%,更优选为50~65摩尔%。通过使基于TFE的单元的比率为40摩尔%以上,本发明的组合物的耐油性优异。另外,通过使基于TFE的单元的比率为70摩尔%以下,能够以充分的比率具有基于E的单元。
基于E的单元在构成(b)成分的全部单元中所占的比率为20~70摩尔%,优选为30~60摩尔%,更优选为35~50摩尔%。通过使基于E的单元的比率为60摩尔%以下,(b)成分的熔点充分高,耐热性优异。另外,通过使基于E的单元的比率为55摩尔%以下,能够以充分的比率具有基于TFE的单元。
基于其他单体的单元在构成(b)成分的全部单元中所占的比率为0~10摩尔%,优选为0.01~7摩尔%,更优选为0.1~5摩尔%。通过使基于其他单体的单元的比率为10摩尔%以下,能够以充分的比率具有基于TFE和E的单元。另外,基于其他单体的单元的比率为优选的下限值以上时,本发明的组合物的耐应力开裂性(stress cracking resistance)、加工性等特性提高。
作为其他单体,可以举出除了TFE以外的含氟烯烃、氟乙烯基醚、烃单体、不含氟的乙烯基醚等。
作为除了TFE以外的含氟烯烃,可以举出偏二氟乙烯、三氟氯乙烯等含氟乙烯(其中,不包括TFE);CF2=CFCF3、CF2=CHCF3、CH2=CHCF3等含氟丙烯、下式(1)所示的单体(以下称作“单体(1)”)。
CH2=CR1-(CF2)aR2···(1)
其中,前述式(1)中,R1和R2各自独立地为氢原子或氟原子,a为1~12的整数。
作为单体(1),可以举出CF3CF2CH=CH2、CF3CF2CF2CF2CH=CH2、CF3CF2CF2CF2CF2CF2CH=CH2、CF3CF2CF2CF2CF=CH2、CF2HCF2CF2CF=CH2等。
通过含有基于除了TFE以外的含氟烯烃的单元,能够改善本发明的组合物的耐应力开裂性、机械特性。
作为氟乙烯基醚,可以举出下式(2)所示的单体等氟乙烯基醚(以下称作“单体(2)”)、CH3OC(=O)CF2CF2CF2OCF=CF2、FSO2CF2CF2OCF(CF3)CF2OCF=CF2等具有可容易地转化为羧酸基、磺酸基的基团的氟乙烯基醚。
通过含有基于氟乙烯基醚的单元,能够改善本发明的组合物的耐应力开裂性。
Rf(OCFR3CF2)bOCF=CF2···(2)
(其中,前述式(2)中,Rf为碳数1~6的全氟烷基,R3为氟原子或三氟甲基,b为0~5的整数。)
作为单体(2),可以举出CF3CF2OCF2CF2OCF=CF2、C3F7OCF(CF3)CF2OCF=CF2等。
作为烃单体,可以举出P、丁烯、异丁烯等碳数3~4的α-烯烃、4-甲基-1-戊烯、环己烯等。
作为不含氟的乙烯基醚,可以举出甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、叔丁基乙烯基醚、环己基乙烯基醚、羟丁基乙烯基醚等,还可以举出乙酸乙烯酯、乳酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、特戊酸乙烯酯等乙烯酯等。
通过含有基于烃单体的单元,能够改善本发明的组合物的加工性等。
作为其他单体,从能够提高本发明的组合物的机械强度出发,优选单体(1),更优选前述式(1)中的R1为氢原子且R2为氟原子的单体,特别优选CF3CF2CF2CF2CF=CH2、CF3CF2CF2CF2CH=CH2、CF3CF2CF2CF2CF2CF2CH=CH2,最优选CF3CF2CF2CF2CH=CH2。
对(b)成分的分子量没有特别限定,从在40℃以下为蜡状的低分子量物到可熔融成型的高分子量物均可广泛地使用。
对于作为分子量的标准的熔体流动速率(以下称作“MFR”)而言,优选为0.01~50000g/10分钟,更优选为0.1~2000g/10分钟,进一步优选为0.3~100g/10分钟。前述MFR为上述下限值以上时,可以在设备上实现本发明的组合物的利用热熔融的与氟树脂同等的成型加工。前述MFR为上述上限值以下时,成型加工品具有可用于实际用途的强度。
需要说明的是,本说明书中的MFR为在高化型流动试验仪(Koka-typeflowtester)中,在297℃、5kg/cm2载荷下,在10分钟内从直径2.1mm、长度8mm的喷嘴流出的树脂的质量(g/10分钟)。
(含有环氧基的乙烯共聚物(c))
认为具有环氧基的乙烯共聚物(c)(以下有时称作“(c)成分”)发挥提高上述(a)成分和(b)成分的相容性的作用。
作为(c)成分,可以举出由基于E的单元和基于具有环氧基的单体的单元形成的2元共聚物;由基于E的单元、基于具有环氧基的单体的单元和基于其他单体的单元形成的3元以上的共聚物;等乙烯共聚物。(c)成分可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
作为具有环氧基的单体,可以举出不饱和缩水甘油醚类(例如烯丙基缩水甘油醚、2-甲基烯丙基缩水甘油醚、乙烯基缩水甘油醚等。)、不饱和缩水甘油酯类(例如丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等。)等。这些之中,从可以得到进一步提高(a)成分和(b)成分的相容性的(c)成分的方面出发,优选甲基丙烯酸缩水甘油酯。具有环氧基的单体可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
作为其他单体,可以举出丙烯酸酯类(例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等。)、甲基丙烯酸酯类(例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等。)、乙酸乙烯酯等脂肪酸乙烯酯类、E以外的α-烯烃类等。这些之中,优选乙烯不饱和酯、即丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、或脂肪酸乙烯酯类。作为其他单体而使用这些单体时,可以得到进一步提高(a)成分和(b)成分的相容性的(c)成分。其他单体可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
作为(c)成分,优选具有基于E的单元和基于甲基丙烯酸缩水甘油酯的单元的共聚物。使用该共聚物时,所得含氟弹性体组合物的交联物的柔软性、耐油性、成型性等特性更优异。
作为这样的共聚物的具体例,可以举出乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
另外,由基于E的单元、基于甲基丙烯酸缩水甘油酯的单元和基于乙烯不饱和酯的单元形成的共聚物在成型性、机械特性方面也优选。作为具体例,可以举出乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。其中,优选乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、或乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
(c)成分中的、基于E的单元的含量优选为55~99.9摩尔%,更优选为70~94摩尔%。基于含有环氧基的单体的单元的含量优选为0.1~45摩尔%,更优选为1~10摩尔%。基于E的重复单元为55摩尔%以上时,本发明的组合物的耐热性、韧性优异。基于含有环氧基的单体的单元的含量为2摩尔%以上时,本发明的组合物的成型性、机械特性优异。
(c)成分具有基于其他单体的单元时,基于其他单体的单元的含量优选为1~30摩尔%,更优选为5~20摩尔%。使用各单元的含量在上述范围内的(c)成分时,可以进一步提高(a)成分和(b)成分的相容性。其结果,所得含氟弹性体组合物的交联物的柔软性、耐油性、耐热变、成型性等特性更优异。
作为(c)成分的市售品,可以举出“Bondfast E(商品名、住友化学株式会社制造)”等。作为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的市售品,可以举出“Bondfast 7M(商品名、住友化学株式会社制造)”等。
(配混比)
本发明的含氟弹性体组合物中的(a)成分与(b)成分的质量比[(a)/(b)]为70/30~40/60,优选为65/35~45/55,更优选为60/40~50/50。
(a)成分的配混比为上述下限值以上时,可得到优异的柔软性。另一方面,(b)成分的配混比为上述下限值以上时,可得到优异的耐油性。
含氟弹性体组合物中的(b)成分与(c)成分的质量比[(b)/(c)]为100/0.1~100/10,优选为100/0.3~100/7,更优选为100/0.5~100/5。
(c)成分的配混比小于上述下限值时,含氟弹性体组合物的交联物易产生热变色的问题。认为这是由于(a)成分和(b)成分的相容性降低。
(c)成分的配混比超过上述上限值时,耐油性降低、且耐热性也变得不充分。
另外,将含氟弹性体组合物整体设为100质量%时的(a)~(c)成分的总含量[((a)+(b)+(c))/含氟弹性体组合物]优选为30质量%以上,更优选为50质量%以上。
本发明的含氟弹性体组合物也可以含有除了上述(a)~(c)成分以外的任意成分。作为任意成分,可以举出交联剂、交联助剂、填充剂、稳定剂、着色剂、抗氧化剂、加工助剂、滑剂、润滑剂、阻燃剂、抗静电剂等,可以根据需要含有1种以上。
本发明的含氟弹性体组合物进行交联时,优选含有这些配混剂中的交联剂或交联助剂。
作为交联剂,可以使用现有公知的所有交联剂,优选有机过氧化物。作为有机过氧化物,只要在加热、氧化还原的存在下容易地产生自由基就可以使用。使用有机过氧化物进行了交联的含氟弹性体组合物的耐热性优异。
作为有机过氧化物的具体例,可以举出1,1-(过氧化叔己基)-3,5,5-三甲基环己烷、2,5-二甲基己烷-2,5-二氢过氧化物、二-叔丁基过氧化物、叔丁基枯基过氧化物、二枯基过氧化物、α,α’-双(过氧化叔丁基)-对二异丙基苯、2,5-二甲基-2,5-二(过氧化叔丁基)-己烷、2,5-二甲基-2,5-二(过氧化叔丁基)-3-己炔、二苯甲酰基过氧化物、过氧化叔丁基苯、2,5-二甲基-2,5-二(过氧化苯甲酰基)己烷、过氧化叔丁基马来酸、过氧化叔己基异丙基单碳酸酯等。其中,可以举出α,α’-双(过氧化叔丁基)-对二异丙基苯。这些有机过氧化物的含氟弹性体组合物的交联性优异。
相对于含氟弹性体组合物中的(a)~(c)成分的总含量100质量份,有机过氧化物的含量优选为0.1~5质量份,更优选为0.2~4质量份,最优选为0.5~3质量份。处于该范围时,有机过氧化物的交联效率高。
作为交联助剂,可以举出三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三丙烯酰基缩甲醛(triacrylformal)、偏苯三酸三烯丙酯、对苯二甲酸二炔丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、四烯丙基对苯二甲酰胺、磷酸三烯丙酯等,其中,优选三烯丙基异氰脲酸酯。交联助剂可以使用1种以上。
含氟弹性体组合物含有交联助剂时,相对于(a)成分100质量份,交联助剂的含量优选为0.1~30质量份,更优选为0.5~15质量份,进一步优选为1~10质量份。交联助剂的含量为上述范围的下限值以上时,交联速度快,易于得到充分的交联度。为上述范围的上限值以下时,含氟弹性体组合物交联而成的交联物的伸长率等特性变得良好。
作为填充剂,可以举出炭黑、白炭黑、粘土、滑石、碳酸钙、玻璃纤维、碳纤维、氟树脂(聚四氟乙烯、ETFE等。)等。
作为炭黑,只要是用作氟橡胶的填充剂的炭黑就可以没有限制地使用。作为其具体例,可以举出炉黑、乙炔黑、热碳黑、槽法炭黑、石墨等,优选炉黑。作为炉黑,可以举出HAF-LS碳、HAF碳、HAF-HS碳、FEF碳、GPF碳、APF碳、SRF-LM碳、SRF-HM碳、MT碳等,这些之中,更优选MT碳。填充剂可以使用1种以上。
含氟弹性体组合物含有炭黑时,相对于(a)成分100质量份,炭黑的含量优选为1~50质量份,更优选为3~20质量份。炭黑的含量为上述范围的下限值以上时,含氟弹性体组合物的交联物的强度优异,可充分地得到由配混炭黑带来的强化效果。另外,为上述范围的上限值以下时,交联物的伸长率也优异。这样炭黑的含量为上述范围内时,交联物的强度和伸长率的均衡性变得良好。
含氟弹性体组合物含有除了炭黑以外的填充剂时,相对于(a)成分100质量份,其含量优选为5~200质量份,更优选为10~100质量份。
需要说明的是,作为填充剂,可以组合使用炭黑及其以外的填充剂。含氟弹性体组合物含有炭黑及其以外的填充剂时,其含量相对于(a)成分100质量份,优选为1~100质量份,更优选为3~50质量份。
作为稳定剂,可以举出碘化铜、氧化铅、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化锑、五氧化二磷等。
作为加工助剂,可以举出高级脂肪酸、高级脂肪酸的碱金属盐等,具体而言,优选硬脂酸、硬脂酸盐、月桂酸盐。相对于(a)成分100质量份,加工助剂的含量优选为0.1~10质量份,更优选为0.2~5质量份,进一步优选为1~3质量份。加工助剂可以使用1种以上。
作为滑剂,可以举出高级脂肪酸、高级脂肪酸的碱金属盐等,优选硬脂酸、硬脂酸盐、月桂酸盐。相对于含氟弹性体组合物中的(a)~(c)成分的总含量100质量份,滑剂的含量优选为0.1~20质量份,更优选为0.2~10质量份,最优选为1~5质量份。
(含氟弹性体组合物的特性)
本发明的含氟弹性体组合物的熔体流动速率(MFR)优选为4~50g/10分钟,更优选为5~40g/10分钟,最优选为6~30g/10分钟。MFR处于该范围内时,成型性和机械特性优异。
本发明的含氟弹性体组合物的弯曲弹性模量优选为10~600MPa,更优选为50~400MPa,最优选为70~300MPa。弯曲弹性模量是作为柔软性的指标的值。若弯曲弹性模量大则表示柔软性低,若小则表示柔软性高。
(含氟弹性体组合物的制造方法)
本发明的含氟弹性体组合物可以如下制造:使用密炼机、单螺杆混炼机、双螺杆混炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机等具有公知的混炼机构的装置来将上述的(a)~(c)成分和根据需要而配混的各种配混剂等任意成分进行混炼。其中,优选使用双螺杆挤出机、多螺杆挤出机等挤出成型机进行混炼。需要说明的是,任意成分可以在将(a)~(c)的各成分进行混炼的工序中与这些各成分一起添加,也可以在将(a)~(c)的各成分进行混炼后添加。
各成分的混炼优选为在加热到温度250~320℃下进行的熔融混炼。加热温度更优选为255~310℃,进一步优选为260~300℃。混炼温度为该范围内时,(a)成分与(b)成分的熔融粘度之比接近于1,可得到分散性优异的含氟弹性体组合物,由其得到的成型体的表面平滑性优异。
通过熔融混炼,(a)~(c)成分熔融,彼此相容化,成为均匀的分散状态。实际可以通过利用扫描型电子显微镜来观察的形态观察的结果、分散相发生小粒径化来确认。另外,(c)成分与(b)成分发生相容可以通过观察(b)成分的动态粘弹性测定中的Tanδ的峰值温度的结果、玻璃化转变点发生变化来确认。
仅(a)成分和(b)成分这2种成分容易产生热变色性的问题。认为这是由于两者是非相容的,仅将这2种成分在加热下混炼,分散也会局部地变得不充分。
本发明中,通过加入(c)成分,可得到具有优异的特性的含氟弹性体组合物。认为这是由于通过(c)成分而提高了相容性。特别是(a)成分与(b)成分的质量比为55/45~45/55时,有时两共聚物会形成连续相。
(a)成分与(b)成分形成连续相时,认为这种形态被固定化,由此能够保持含氟弹性体组合物的柔软性、耐热性。认为通过这种形态的固定化,可以抑制分散不良的产生,得到伸长率等机械特性优异的成型体。
作为熔融混炼中使用的装置,优选双螺杆挤出机或具备混炼效果高的螺杆的单螺杆挤出机,更优选双螺杆挤出机,最优选具备混炼效果高的螺杆的双螺杆挤出机。作为混炼效果高的螺杆,更优选的是,选择对组合物具有充分的混炼效果、且不会赋予过剩的剪切力的螺杆。
剪切速度优选的是,在上述的温度范围内、根据上述组合物的熔融粘度来设定。
熔融混炼中的挤出成型机的螺杆的转速优选为50~1000rpm,更优选为100~500rpm。螺杆的转速过小时,有时由剪切得到的组合物的分散性低,过大时,有时由共聚物的分子链的切断得到的组合物的伸长率低。处于该范围时,相容化反应最佳地进行,强度和伸长率的均衡性良好。
相容化的进行可以通过调整混炼时间、混炼温度、剪切速度等参数来控制。特别是通过设为尽可能地缩小(b)成分与(c)成分的熔融粘度差的条件的剪切速度条件,(b)成分的分散颗粒进一步小粒径化。
实施熔融混炼直至组合物的粘度达到一定。组合物的熔融混炼中的粘度变化可以借助螺杆通过利用扭矩计得到的旋转扭矩的经时变化来观测。“直至组合物的粘度达到一定”是指,进行熔融混炼直至旋转扭矩的值的变动处于自中心值起5%以内的状态一定时间以上。
熔融混炼所需的时间可以根据进行熔融混炼的温度、组合物的组成、螺杆形状而改变,从经济性和生产率的方面考虑,优选为1~30分钟,更优选为1~20分钟,最优选为2~10分钟。
例如,将熔融粘度为2.3kPa·s的(a)成分与熔融粘度为2.4kPa·s的(b)成分设为质量比50/50,在270℃下进行熔融混炼时,在密炼机中,混炼时间优选为2~7分钟。另外,在双螺杆挤出成型机中,优选1~5分钟的停留时间。关于停留时间,可以使用LABO PLASTO MILL(东洋精机工业株式会社制造)等间歇式双螺杆混炼机预先测定粘度的经时变化,根据该经时变化的数据来设定。
作为熔融混炼中使用的(b)成分的形态,优选为粉体。作为粉体,更优选为粒径小的粉体。若粒径小,则在进行熔融混炼时,混炼变得容易,而且易于得到均匀的熔融混炼状态。作为粉体,特别优选将通过溶液聚合得到的ETFE浆料干燥而得到的粉体。
另外,作为(a)成分的形态,优选为碎屑。特别优选将通过乳液聚合得到的TFE/P共聚物的胶乳凝集而得到的TFE/P共聚物的碎屑进行干燥来使用。
还优选的是,在上述熔融混炼前,使用以往公知的装置,不加热地将上述TFE/P共聚物的碎屑和ETFE的粉体混合。另外,还优选在熔融混炼时将两共聚物在挤出成型机内进行混合。
[成型体和交联物]
本发明的成型体为将本发明的含氟弹性体组合物成型而成的成型体。作为成型方法,可以举出注射成型、挤出成型、共挤出成型、吹塑成型、压缩成型、吹胀成型、传递成型或压延成型等。
本发明的含氟弹性体组合物由于比原料的(a)成分的熔融粘度低,因此能够将牵引速度设定为较大,成型加工性优异。
本发明的交联物为将本发明的含氟弹性体组合物交联而成的。交联优选与成型同时进行、或在成型后进行。
本发明的成型体或交联物可以制成例如电气部件的包覆材料等电绝缘性材料。作为具体的用途,除了后述的包覆电线中的包覆材料之外,还可以举出用于保护电线的护套材料、电缆的绝缘包覆材料和护套材料等。
另外,交联物也可以制成例如软管、管等筒状产品。筒状产品可以通过将含氟弹性体组合物挤出成型为筒状、然后进行交联来制造。
本发明的交联物也可以制成垫片、密封件、隔膜等汽车领域、产业机器人领域、热设备领域等各种产业领域中使用的各种部件。
对得到交联物时的交联方法没有特别限定,例如可以举出下述方法:使用α,α’-双(过氧化叔丁基)-对二异丙基苯、二枯基过氧化物等有机过氧化物作为交联剂的化学交联法;使用X射线、γ射线、电子射线、质子射线、氘核射线、α射线、β射线等电离性放射线的照射交联法等。
在电线等电气部件的包覆材料用途中,优选为使用电子射线作为电离性放射线的电子射线交联,在软管、管等筒状产品用途中,优选为使用有机过氧化物的化学交联法。
[包覆电线]
本发明的包覆电线是用本发明的含氟弹性体组合物或交联物将导体包覆而成的。
作为导体,没有特别限定,可以举出铜、铜合金、铝和铝合金、镀锡、镀银、镀镍等各种镀线、绞线、超电导体、半导体元件引线用镀线等。
用本发明的交联物将导体包覆而成的包覆电线可以通过如下方法制造:对用本发明的含氟弹性体组合物将导体包覆而成的本发明的包覆电线照射电子射线,使含氟弹性体组合物交联,由此来制造。
电子射线的照射剂量优选为50~700kGy,更优选为80kGy~400kGy,最优选为100~250kGy。电子射线的照射时的温度优选为0~300℃,更优选为10~200℃,最优选为20~100℃。
本发明的含氟弹性体组合物由于比原料的(a)成分的熔融粘度低,因此能够将牵引速度设定得较大,成型加工性优异。因此,本发明的包覆电线能够以高速制造。另外,由于含有(a)成分,因此与仅使用热塑性的(b)成分而得到的包覆电线相比,能在高温下连续使用,并且柔软性也优异,因此适宜于在需要节省空间的布线的汽车用包覆电线等中的利用。
实施例
以下使用实施例和比较例对本发明进行具体说明。
各例中使用的材料如下述。
〔(a)成分〕
使用属于TFE/P2元共聚物的旭硝子株式会社制造的“AFLAS 150C”。
基于TFE的单元和基于P的单元的摩尔比(TFE/P)为56/44,过氧化物交联类型,氟含量为57质量%,门尼粘度ML1+10(121℃)为120,玻璃化转变温度(Tg)为-3℃,无熔点(Tm)。
〔(b)成分〕
使用属于E/TFE/(全氟丁基)乙烯3元共聚物的旭硝子株式会社制造的“Fluon LM-730AP”。
基于E的单元、基于TFE的单元和基于(全氟丁基)乙烯的单元的摩尔比(E/TFE/(全氟丁基)乙烯)为40/57/3,MFR为25g/10分钟,Tg为75℃,Tm为225℃。
〔(c)成分〕
使用属于乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的住友化学株式会社制造的“Bondfas 7M”。
基于E的单元的含量为67摩尔%、基于丙烯酸甲酯的单元的含量为27摩尔%,基于甲基丙烯酸缩水甘油酯的单元的含量为6摩尔%,MFR为7g/10分钟,Tg为-33℃,Tm为52℃。
〔(d)成分〕
作为(c)成分的比较,使用属于乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的Dupont-MitsuiPolychemicals Co.,Ltd.制造的“Evaflex EV260”。(d)成分不具有环氧基。
基于E的单元的含量为72摩尔%,基于乙酸乙烯酯的单元的含量为28摩尔%,MFR为6g/10分钟(测定温度190℃),Tg为-27℃,Tm为72℃。
〔填充剂〕
二氧化硅、Aerosil R972。东新化成株式会社制造。
〔交联助剂〕
三烯丙基异氰酸酯。日本化成株式会社制造。
[实施例1~3、比较例1~7]
使用密炼机,将上述各材料以表1、表2所示的配混份数(质量基准)充分地混炼(熔融混炼),得到各例子的含氟弹性体组合物。混炼的温度和时间设为250℃×10分钟,转子转速设为150rpm。
接着,将所得含氟弹性体组合物在250℃×15分钟、10MPa的条件下加压成型,制成厚度约1mm的片材。接着,将各片材以照射剂量120kGy进行电子射线交联,制作各例子的交联样品。
[含氟弹性体组合物的观察]
利用扫描型电子显微镜(倍率2,000倍)对实施例1、实施例3、比较例2和比较例3的含氟弹性体组合物进行观察。将结果示于图1~4。
如图1所示,观察到实施例1中(a)成分和(b)成分形成连续相。另外,如图2所示,观察到实施例3中(b)成分变为微细的分散相良好地分散于(a)成分中。
相对于此,如图3、图4所示,观察到比较例2、4中(b)成分形成不规则且大的分散相而存在于(a)成分中,分散性差。
[含氟弹性体组合物的评价]
作为热变色性的指标的黄色度依照JIS K7373:2006求出。对于实施例1和比较例7以外的例子,通过目视与实施例1和比较例7相比较,将黄色度相当于小于10的情况评价为○(良好)、将黄色度相当于10以上的情况评价为×(不良)。MFR如下得到:使用熔体指数测定仪,在温度297℃、载荷5kg下,测定单位时间(10分钟)内自直径2mm、长度8mm的喷嘴流出的含氟弹性体组合物的质量(g),将其作为MFR。
关于最大牵引速度,使用毛细管流变仪,在挤出温度300℃、挤出速度5mm/分钟、毛细管直径1mm下,改变牵引速度来测定。将结果示于表1、表2。
[交联样品的评价]
对于各例子的交联样品,依照JIS K6251:1999和JIS K6253:1999,评价常态物性(初始的拉伸强度、拉伸伸长率)、耐热老化性(强度保留率、伸长率保留率)、耐ATF性(在165℃下、暴露于自动变速机油120小时时的体积变化率)。
需要说明的是,耐热老化性的强度保留率为在250℃下放置96小时后的拉伸强度相对于初始拉伸强度的比率,耐热老化性的伸长率保留率为在250℃下放置96小时后的拉伸伸长率相对于初始拉伸伸长率的比率。
另外,依照JIS K7171:1994评价作为柔软性的指标的弯曲弹性模量。将结果示于表1、表2。
[表1]
[表2]
如表1、2所示,实施例1~3的含氟弹性体组合物均为黄色度小于10、不易热变色的组合物。相对于此,对于未同时含有(c)成分和(d)成分的比较例2、4、7而言,黄色度为10以上、容易热变色。
另外,实施例1~3的含氟弹性体组合物的MFR均在10~20g/10分钟的范围内,加工性优异。相对于此,不含(b)成分的比较例1的含氟弹性体组合物的MFR小于4、加工性不充分。
另外,对于虽然含有(b)成分、但还过量含有(c)成分的比较例3和使用(d)成分代替(c)成分的比较例6的含氟弹性体组合物而言,耐热老化性强度保留率为90%以下,是热老化性差的材料。
另外,将(a)成分与(b)成分的质量比率均为50:50的实施例1和比较例4对比时可知,实施例1的最大牵引速度大,通过(c)成分的配混,加工效率提高。
另外,对于实施例1~3的交联样品,在常态物性(初始的拉伸强度、拉伸伸长率)、耐热老化性(强度保留率、伸长率保留率)的全部项目中均得到了良好的结果,但对于比较例1~7的交联样品,均在常态物性(初始的拉伸强度、拉伸伸长率)、耐热老化性(强度保留率、伸长率保留率)的任一项目中存在问题。
另外,实施例1~3的交联样品的体积变化率均小,耐ATF性均优异。相对于此,不含(b)成分的比较例1的交联物的体积变化率大,耐ATF性差。另外,对于虽然含有(b)成分、但还过量含有(c)成分的比较例3和比较例5、以及使用(d)成分代替(c)成分的比较例6的交联样品而言,其体积变化率也大,耐ATF性也差。
另外,实施例1~3的交联样品的弯曲弹性模量均充分低,均具备柔软性。
[实施例4]
通过将表3的(a)成分、(b)成分和(c)成分一并投入到15mm双螺杆挤出成型机(L/D=45)中而进行2分钟的混炼。温度设为250~300℃,螺杆转速设为300~400rpm。将其粒料化,得到与表1的实施例1相同组成的含氟弹性体组合物。
使用预热至260℃~290℃的30mm挤出成型机(L/D=24),将所得含氟弹性体组合物以厚度0.5mm挤出包覆于外径1.8mm的导体(镀锡铜芯绞合金属线)上,得到未交联的包覆电线。接着,对未交联的包覆电线的一部分照射120kGy的电子射线,得到交联了的包覆电线。
[比较例8]
将表3的(a)成分和(b)成分一并投入到15mm双螺杆挤出成型机(L/D=45)中,进行2分钟的混炼。温度设为250~300℃,螺杆转速设为300~400rpm。将其粒料化,得到与表1的比较例4相同组成的含氟弹性体组合物。
使用所得的含氟弹性体组合物,除此之外,与实施例4同样地操作,得到未交联的包覆电线和交联包覆电线。
[比较例9]
将表3的(a)成分和(b)成分一并投入到15mm双螺杆挤出成型机(L/D=45)中,进行2分钟的混炼。温度设为250~300℃,螺杆转速设为300~400rpm。将其粒料化,得到与表1的比较例7相同组成的含氟弹性体组合物。
使用所得的含氟弹性体组合物,除此之外,与实施例4同样地操作,得到未交联的包覆电线和交联包覆电线。
[包覆电线的评价]
对于各例子中得到的6种包覆电线,为了确认以焊接线为起点的包覆材料的剥离现象,进行了高温自身直径缠绕(self-diameter winding)试验。另外,为了确认作为成型体的包覆电线的耐热性,进行了高温裂纹温度试验。
(高温自身直径缠绕试验)
将制作的各包覆电线切断为每条1m的长度,将其作为电线样品。准备各例子中得到的6种包覆电线的电线样品各5条,在190℃的恒温槽内加热96小时后,冷却至常温。之后,对于各个电线样品,在该电线样品自身的一端侧的周围,将剩余的部分以线和线接触的方式紧密地缠绕10次以上,再次在200℃的恒温槽内加热1小时,然后冷却至常温。冷却后,通过目视确认是否有绝缘包覆材料的剥离或裂纹。将5条全部没有剥离或裂纹的情况记为○(良),将1条以上存在剥离或裂纹的情况记为×(不良)。
(高温裂纹温度试验)
将制作的各包覆电线切断成每条1m的长度,将其作为电线样品。在每个规定的加热温度下准备各例子中得到的6种包覆电线的电线样品各5条,在保温为规定的加热温度(T)的恒温槽内加热96小时,然后冷却至常温。加热温度在180~200℃之间以5℃的间隔(ΔT=20℃)设定。
之后,对于各电线样品,在其电线样品自身的一端侧的周围,将剩余部分以线和线接触的方式紧密地缠绕10次以上,再次在200℃的恒温槽内加热1小时,然后冷却至常温。冷却后,通过目视确认绝缘包覆材料有无剥离或裂纹。
根据其结果,求出发生全裂纹的最高温度(Th)和裂纹百分率的总和(S),通过以下的式子算出高温裂纹温度(Tc)。将结果示于表3。
高温裂纹温度(Tc)=Th+ΔT(S/100-1/2)
裂纹百分率:在各加热温度(T)下发生剥离或裂纹的条数/5×100
裂纹百分率的总和(S):各加热温度(T)下的裂纹百分率的总计
发生全裂纹的最高温度(Th):5条全部发生剥离或裂纹时的加热温度
[表3]
高温自身直径缠绕试验的结果如表3所示,对于实施例4的包覆电线,无论有无电子射线交联,都不产生以焊接线为起点的包覆材料的剥离或裂纹。另一方面,对于比较例8、9的包覆电线,在不进行电子射线交联时,从以焊接线为起点的部位起发生了包覆材料的剥离或裂纹。
另外,高温裂纹温度试验的结果如下:对于实施例4的包覆电线,即使不进行电子射线交联也得到了接近于200℃的发生全裂纹的最高温度,但对于比较例8、9的包覆电线,不进行电子射线交联时的发生全裂纹的最高温度低,耐热性差。
产业上的可利用性
本发明的含氟弹性体组合物的柔软性、对自动变速机油等润滑油的耐油性优异,不易热变色,成型性优异。
另外,本发明的成型体、交联物、包覆电线的柔软性、对自动变速机油等润滑油的耐油性优异,也不易热变色,来自焊接线等成型不良的缺陷少。
因此,适宜作为汽车、产业机器人、热设备等各种领域中使用的电线、电缆的绝缘包覆材料、护套材料等。另外,利用其优异的性质,还可以用于软管、垫片、密封件、隔膜、管等汽车用部件、产业机器人领域、工业用品等。
需要说明的是,将在2012年3月26日申请的日本特许出愿2012-069078号的说明书、权利要求书、附图和摘要的全部内容引用至此,作为本发明的说明书的公开内容而引入。
Claims (10)
1.一种含氟弹性体组合物,其特征在于,其包含:下述四氟乙烯/丙烯共聚物(a)、下述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)和含有环氧基的乙烯共聚物(c),
所述四氟乙烯/丙烯共聚物(a)与所述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)的质量比[(a)/(b)]为70/30~40/60,所述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)与所述含有环氧基的乙烯共聚物(c)的质量比[(b)/(c)]为100/0.1~100/10,其中,
四氟乙烯/丙烯共聚物(a):由基于四氟乙烯的单元45~70摩尔%、基于丙烯的单元30~55摩尔%、和基于其他单体的单元0~20摩尔%形成的共聚物,
乙烯/四氟乙烯共聚物(b):由基于四氟乙烯的单元45~70摩尔%、基于乙烯的单元30~55摩尔%、和基于其他单体的单元0~20摩尔%形成的共聚物。
2.根据权利要求1所述的含氟弹性体组合物,其在温度297℃下测定的熔体流动速率为4~50g/10分钟。
3.根据权利要求1或2所述的含氟弹性体组合物,其中,所述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)为由基于四氟乙烯的单元、基于乙烯的单元、和基于CF3CF2CF2CF2CF=CH2或CF3CF2CF2CF2CF2CF2CH=CH2的单元形成的共聚物。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的含氟弹性体组合物,其中,所述含有环氧基的乙烯共聚物(c)为由基于乙烯的单元、基于甲基丙烯酸缩水甘油酯的单元和基于乙烯不饱和酯的单元形成的共聚物。
5.一种含氟弹性体组合物的制造方法,其特征在于,其为权利要求1~4中的任一项所述的含氟弹性体组合物的制造方法,其包括下述工序:
在250~320℃的加热条件下,将所述四氟乙烯/丙烯共聚物(a)、所述乙烯/四氟乙烯共聚物(b)、和所述含有环氧基的乙烯共聚物(c)进行混炼。
6.根据权利要求5所述的含氟弹性体组合物的制造方法,其中,所述进行混炼的工序为使用挤出成型机混炼1~30分钟的工序。
7.一种成型体,其是将权利要求1~4中的任一项所述的含氟弹性体组合物成型而成的。
8.一种交联物,其是将权利要求1~4中的任一项所述的含氟弹性体组合物交联而成的。
9.一种包覆电线,其特征在于,其具有导体和包覆所述导体的包覆材料,所述包覆材料为权利要求1~4中的任一项所述的含氟弹性体组合物。
10.一种包覆电线,其特征在于,其具有导体和包覆所述导体的包覆材料,所述包覆材料为权利要求8所述的交联物。
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