JP2005030596A - 空気調節ホース - Google Patents

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Abstract

【課題】 より大きな可撓性、かくてより大きな騒音減衰を有するホースを提供すること。
【解決手段】 最内部ゴム層、前記最内部ゴム層を覆うポリアミドバリヤー層、前記バリヤー層を覆う摩擦ゴム層、前記摩擦ゴム層を覆う補強層および前記補強層を覆うカバー層を含み、前記最内部ゴム層が、約４５〜約６５重量％のエチレン含有量を有する約７０〜約９０重量部の第一エチレン-プロピレン-ジエン（EPDM）ターポリマー；および約６５〜約８０重量％のエチレン含有量を有する約１０〜約３０重量部の第二EPDMを含むゴム組成物を含み；前記第一EPDMのエチレン含有量が、前記第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約２０重量％少ないことを特徴とするホース。
【選択図】 なし

Description

発明の詳細な説明
技術分野
開示される発明は、最内部ゴム層、前記最内部ゴム層を覆う（overlay）ポリアミドバリヤー層、前記バリヤー層を覆う摩擦ゴム層、前記摩擦ゴム層を覆う補強層および前記補強層を覆うカバー層を含み、前記最内部ゴム層が、約４５〜約６５重量％のエチレン含有量を有する約７０〜約９０重量部の第一エチレン-プロピレン-ジエン（EPDM）ターポリマー；および約６５〜約８０重量％のエチレン含有量を有する約１０〜約３０重量部の第二EPDMを含むゴム組成物を含み；前記第一EPDMのエチレン含有量が、前記第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約２０重量％少ないことを特徴とするホースに向けられている。EPDM層は、間に外部接着剤を使用せずに、ポリアミド層に結合できる。
発明の背景
自動車の空気調節装置に有用なホースは開発されており、ホースもしくは他の適切な可撓性の導管部材は、冷却デバイスの主要操作部品を接合するために用いられている。これらのホースは、良好な可撓性、高強度、キンクなしで小半径に曲がる能力、内径に関して小さな外径および関与する流体への不浸透性を有するべきである。さらに、これらの冷却ホースは、目に見えない用途で、温度極値に供され、さらには適切な連結部品のための要件を満たさなければならない。
先行技術の自動車空気調節装置のホースは、三層構造を用いている。ホースの最内部のチューブ状層は、典型的に冷媒流体および圧縮機の滑剤をホース内に保ち、湿分および空気を外に出すために、エラストマー材料で形成されている。補強ブレーディング層は、内部チューブの外面に巻きつけられている。オゾン、エンジン油およびエンジン区画室に存在しそうな他の汚染材料に対して抵抗性があるエラストマーの外層は、典型的にブレーディング補強の上に押し出されている。この型のホースにおいて、内層は、アクリロニトリル-ブタジエンゴムもしくはクロロスルホン化ポリエチレンであり、ブレーディング繊維は、レーヨンもしくは他の従来の繊維でもよく、外層は、ネオプレンもしくはEPDMである。
多くの冷媒ホースの設計が開発されているとはいえ、冷媒の低浸透性、低透水性、高可撓性、抗振動性および良好な連結性を温度極限上のホースに組み合わせることはできずにいる。
従来のホースは、その厚さおよび対応する可撓性の欠如ゆえに、ほとんど騒音減衰を与えない。発生する騒音を、自動車の客室内で検出できる。静かなドライブを与えるために、客室の騒音をできる限り減少させることが自動車業界により所望されている。ホースが可撓性であればあるほど、ホースの騒音減衰効果は大きくなる。本発明は、より大きな可撓性、かくてより大きな騒音減衰を有するホースに向けられている。
一般に自動車の空気調節に用いられる空気調節ホースアセンブリーが遭遇する通常の操業温度は、約−３０℃〜約１２０℃の範囲である。設計規格値は、そのようなホースアセンブリーが約−４０℃〜１５０℃の温度範囲で同等によく作動することを要求している。高温度は、冷媒をガスとして圧縮するとき発生する熱から生じるとともに、主にエンジンに隣接したシステムの位置にもよる。
発明の概要
開示される本発明は、最内部ゴム層、前記最内部ゴム層を覆うポリアミドバリヤー層、前記バリヤー層を覆う摩擦ゴム層、前記摩擦ゴム層を覆う補強層および前記補強層を覆うカバー層を含み、前記最内部ゴム層が、約４５〜約６５重量％のエチレン含有量を有する約７０〜約９０重量部の第一エチレン-プロピレン-ジエン（EPDM）ターポリマー；および約６５〜約８０重量％のエチレン含有量を有する約１０〜約３０重量部の第二EPDMを含むゴム組成物を含み；前記第一EPDMのエチレン含有量が、前記第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約２０重量％少ないことを特徴とするホースである。
発明の詳細な説明
図１を参照すると、１つの実施態様において、本発明のホース１１０は、最内部ゴム層１１１、前記最内部ゴム層１１１を覆うポリアミドバリヤー層１１２、前記バリヤー層１１２を覆う摩擦ゴム層１１４、前記摩擦ゴム層１１４を覆う補強層１１６および前記補強層１１６を覆うカバー層１１８を含む。
ホースの最内部、あるいはコアーゴム層は、第一および第二エチレン-プロピレン-ジエン（EPDM)ターポリマーを含むゴム組成物を含む。１つの実施態様において、ゴム組成物は、約７０〜約９０重量部の第一EPDMおよび約１０〜約３０重量部の第二EPDMを含む。
適切な第一EPDMには、約４５〜約６５重量％のエチレン含有量を有するものが含まれる。第一EPDMは、約１〜約１０重量％のジエンモノマーおよび実質的にプロピレンである残りも含む。１つの実施態様において、第一EPDMは、エチリデンノルボルネンを含む。別の実施態様において、第一EPDMは、当業界で既知であり、EPDMの調製に普通用いられるものから選ばれるジエンモノマーを含む。そのようなジエンモノマーには、限定はされないが、例えば、1,4-ヘキサジエン、ジシクロペンタジエンもしくはエチリデンノルボルネン（ENB）などが含まれ、いかなる適切な非共役ジエンを用いてもよい。１つの実施態様において、第一EPDMは、約６２重量％のエチレン、約４重量％のENBを有し、ムーニー粘度１＋８（１００℃）が約３３であるエチレン-プロピレン-エチリデンノルボルネンターポリマーとしてBayerから入手可能なBuna EP T 2460である。
適切な第二EPDMには、約６５〜約８０重量％のエチレン含有量を有するものが含まれる。第二EPDMは、約１〜約１０重量％のジエンモノマーおよび実質的にプロピレンである残りも含む。１つの実施態様において、第二EPDMは、エチリデンノルボルネンを含む。別の実施態様において、第二EPDMは、当業界で既知であり、EPDMの調製に普通用いられるものから選ばれるジエンモノマーを含む。そのようなジエンモノマーには、限定はされないが、例えば、1,4-ヘキサジエン、ジシクロペンタジエンもしくはエチリデンノルボルネン（ENB）などが含まれ、いかなる適切な非共役ジエンを用いてもよい。１つの実施態様において、第二EPDMは、約７０重量％のエチレン、約３．４重量％のENBを有し、ムーニー粘度１＋４（１２５℃）が約５２であるエチレン-プロピレン-エチリデンノルボルネンターポリマーとしてExxonMobil Chemicalから入手可能なVistalon 3708である。
第一および第二EPDMは、エチレン含有量において異なる。１つの実施態様において、第一EPDMのエチレン含有量は、第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約２０重量％少ない；例えば、この実施態様において、７０重量％のエチレン含有量を有する第二EPDMについては、適切な第一EPDMは、約５０〜約６７重量％のエチレン含有量を有してもよい。別の実施態様において、第一EPDMのエチレン含有量は、第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約１５重量％少ない。別の実施態様において、第一EPDMのエチレン含有量は、第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約９重量％少ない。
最内部ゴム層におけるゴム組成物は、ホースにおけるEPDM組成物に普通用いられている種々の添加剤のいずれも含む；例えば、ゴム組成物は、一般に接着システムおよび硬化剤を含む。
ゴム組成物に有用なペルオキシド硬化剤は、そのようなベース素材に通常用いられるものである。例えば、ジクミルペルオキシド、α-α-ビス（t-ブチルペルオキシド）ジイソプロピルベンゼン、ベンゾイルペルオキシド、2,4-ジクロロベンゾイルペルオキシド、1,1-ビス（t-ブチルペルオキシ）3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ビス（t-ブチルペルオキシ）ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ビス（t-ブチルペルオキシ）ヘキシン-3およびn-ブチル4,4-ビス（t-ブチルペルオキシ）バレレートなどのペルオキシド。もっとも好ましい市販されているペルオキシド硬化剤は、Noury Chemical CorporationからのPercadox TM 14/40およびPenwalt CorporationからのVul-Cup TMである。ベースポリマー１００部に基づいて、１〜約１０部のペルオキシドが利用される。ペルオキシドは、早期樹脂生成にあまり過敏でないので、硬化剤として好ましい。
ゴム組成物に有用な接着システムは、ペルオキシド硬化エラストマーとの使用に従来から既知の接着システムである。例えば、マレイン化1,2-ポリブタジエン樹脂を用いてもよい。
ゴム組成物は、種々の添加剤を従来もしくは適宜の量で含んでもよく、例えば、The Vanderbilt Rubber Handbook, R. T. Vanderbilt Company, Thirteenth Edition, 1990を参照。そのような添加剤は、限定はされないが、過度に速い硬化を防ぐための遅延剤、酸化防止剤、加工助剤、カーボンブラック、シリカなどの補強剤、および種々の可塑剤を含んでもよい。１つの実施態様において、ゴム組成物は、第一および第二EPDM１００重量部につき約５０〜約１２０重量部のカーボンブラックを含んでもよい。
バリヤー層は、少なくとも１つのポリアミドを含む。ポリアミドは、冷媒の不浸透性および可撓性間の良好なバランスを与えることで好ましい。バリヤー層に用いる好適なポリアミドには、当業界で既知のポリアミドならいずれも含まれ、限定はされないが、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11もしくはこれらのブレンドが含まれる。ポリアミドは、接着性を促進するために１つ以上の添加剤を含んでもよい；これらは、ポリエチレンもしくはポリプロピレンなどのポリオレフィン、あるいは最内部層に用いられるものと同一の１つ以上のEPDMを含んでもよい。ポリオレフィンもしくはEPDMがポリアミドバリヤー層に含まれるなら、ポリアミド対ポリオレフィンもしくはEPDMの重量比は、９５／０５〜８５／１５の範囲である。１つの実施態様において、ナイロン6のナイロン66に対する重量比が１〜３の範囲であるナイロン6とナイロン66とのブレンドを用いてもよい。別の実施態様において、ポリアミドバリヤー層は、２つのポリアミド副層、例えば、ナイロン6の第一層およびナイロン66の第二層を含んでもよい。
さらに、ポリアミド樹脂は、非可塑化でもよい。ポリアミドバリヤー層を、押出など従来の方法により生成してもよい。従来は、樹脂の非可塑化は高曲げ強さおよび低可撓性のチューブをもたらしたであろうが、その効果は、層の厚さを最適化することにより軽減される。
ホースの異なる層の厚さは、所望の特性につながる。それは、過剰に薄い壁厚もしくは過剰に厚い壁厚が、最終ホース複合材料の可撓性もしくはキンク問題あるいは連結適合性の問題を生じるからである。ホースの厚さにおける１ｃｍの千分の１の増加ごとに、ホースの可撓性は低下する。１３ｍｍの内径（ＩＤ）および約１９．５ｍｍの外径（ＯＤ）を有するホースでは、ホースのＩＤは、１３．４６ｍｍの最大値および１２．４４ｍｍの最小値を有し、ＯＤは、１９．９ｍｍの最大値および１８．９ｍｍの最小値を有する。ホースの壁厚は、２．７２ｍｍ〜３．７３ｍｍの範囲内にある。しかし、ホースの増加する厚さごとにホースの所望の特性を低下させるので、不浸透性が失われることがなく、キンク問題を生じることのない、最小の壁厚が好ましい。開示される発明によれば、１３ｍｍＩＤホースの好ましい壁厚は、約３．１７ｍｍである。
ポリアミドバリヤー層の壁厚は、１３ｍｍＩＤホースについては、０．１４〜０．１６ｍｍの範囲内にあり、好ましい厚さは０．１５ｍｍである。この厚さは、キンクなしで要求される可撓性を与える。当業者は、他のサイズのホースについて、ポリアミドバリヤー層の壁厚は異なってもよく、それでも必要な屈曲、不浸透性および無キンクを与えることを理解するだろう。
ポリアミドバリヤー層の放射状に外に向かって、ゴム摩擦層がある。当業者は、ゴム摩擦層をシートの形で螺旋巻きもしくは合掌貼り（butt seamed）に適用してもよいことを理解するだろう。そのような層を適用するこれらの方法は、当業界で既知であり、これらの変法は、本明細書で企図される。ゴム摩擦層は、一般にポリクロロプレン（CR）もしくはEPDM組成物を含み、添加剤は再内部ゴム層について本明細書で開示されるものである。１つの実施態様において、ゴム摩擦層は、再内部ゴム層について本明細書で開示される特性を有する第一および第二EPDMを含む。１つの実施態様において、ゴム摩擦層は、最内部ゴム層におけるゴム組成物と同一のゴム組成物を含む。
１３ｍｍＩＤホースについて、摩擦層の厚さは、約１．０００〜１．０２０ｍｍの範囲の厚さで最適化され、好ましい厚さは１．０１６ｍｍである。当業者は、他のサイズの内径ホースについて、摩擦層の壁厚は異なってもよく、それでも必要な接着特性を与えることを理解するだろう。
摩擦バリヤー層の外に向かって、補強層がある。補強層を、ホース構造部材の強度を改善するために十分な張力下に置いた螺旋巻き補強ストランドからなるようにしてもよい。あるいは、補強層はブレーディング層でもよい。補強ストランドは、ホースの屈曲がへこみもしくはキンクをもたらさないような角度で置かれる。ホースの中心線に関して５２°〜５６°などの角度が、適格であるとわかった。もっとも好ましくは、５４°以下の中立角度が、螺旋巻きに有利であることがわかった。
優れた強度および可撓性を有する本発明のホースを提供するために、高屈曲動的性能を有する紡織（textile）補強ストランドが望ましい。１つの実施態様において、紡織補強ストランドは、ポリエチレンテレフタレートなどの密着処理ポリエステル繊維である。紡織補強を、ブレーディング、スパイラル、編成もしくは糸の螺旋編成により生成してもよい。糸を、ガラス、スチール、綿、ポリエステルもしくはアラミド繊維、あるいはこれらの繊維のいずれかのブレンドなど、従来のホース補強糸から選んでもよい。
補強層の厚さは、ストランドの厚さによる。所望のホース全厚を達成するために、補強層は、１３ｍｍＩＤのホースについて、約０．６２５〜約０．６４５ｍｍの厚さを有し、好ましくは０．６３５ｍｍの幅を有する。
最外部のカバー層は、ホース構造の外部に置かれる。カバー層は、既知のカバー層材料から選ばれる少なくとも１つのエラストマーを含み、限定はされないが、ニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM)、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、塩素化ブチルゴム(Cl-IIR)、臭素化ブチルゴム(Br-IIR)、エピクロロヒドリンゴム(CHR、CHC)、アクリルゴム(ACM)、クロロプレンゴム(CR)、エチレン-アクリルエラストマー(AEM)などが含まれる。１つの実施態様において、カバー層用のベース素材は、塩素化ブチルゴムである。カバー層は、特定のエラストマーに用いるのに適する当業界で既知の種々の添加剤を含んでもよく、限定はされないが、硬化剤、充填剤、可塑剤、着色剤、加工助剤などが含まれ、例えば、The Vanderbilt Rubber Handbook, R. T. Vanderbilt Company, Thirteenth Edition, 1990に開示されている。
１３ｍｍＩＤのチューブについての好ましいカバー厚は、１．３５〜１．４５ｍｍの範囲であり、約１．３７ｍｍが好ましい厚さである。当業者は、他のサイズのホースについて、開示されるホースの種々の層の壁厚は、高柔軟性チューブを与えるために所望の特性を維持しながら変化してもよいことを理解するだろう。
本発明は、説明する役割を果たすが本発明の範囲を限定しない下記実施例を参照することにより、さらによく理解されるだろう。
実施例
本発明によるホースを、下記に記す層で調製した。最内部ゴム層を、重量部で量を表した表１に示すゴムで生成した。ナイロン6のバリヤー層を、第一および第二EPDMを含む最内部ゴム層の上に生成した。表１に記載される組成を有する摩擦ゴム層を、バリヤー層の外側に適用した。ポリエステル（PET）補強層を、従来の方法で摩擦コート層の外側に適用した。ポリエステル補強繊維を、改善された接着性および屈曲動的性能のために従来の接着剤で処理した。補強層の外側にあるのは、塩素化ブチルゴム層だった。
Figure 2005030596
開示した好例のホースは、１５０℃までの優れた耐熱性、高静的および動的性能、ならびに高騒音減衰を示す。
本発明の実施態様を示し、説明したが、それは多くの改変が可能であることを理解すべきである。したがって、構造および明細における変化を、定義され、請求される本発明の範囲から逸脱しなければ、実施してもよい。
本発明のホースの一例の概略図である。

Claims (3)

  1. 最内部ゴム層、前記最内部ゴム層を覆うポリアミドバリヤー層、前記バリヤー層を覆う摩擦ゴム層、前記バリヤー層を覆う補強層および前記補強層を覆うカバー層を含み、前記最内部ゴム層が、約４５〜約６５重量％のエチレン含有量を有する約７０〜約９０重量部の第一エチレン-プロピレン-ジエン（EPDM）ターポリマー；および約６５〜約８０重量％のエチレン含有量を有する約１０〜約３０重量部の第二EPDMを含むゴム組成物を含み；前記第一EPDMのエチレン含有量が、前記第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約２０重量％少ないことを特徴とするホース。
  2. 前記第一EPDMのエチレン含有量が、前記第二EPDMのエチレン含有量よりも約３〜約１５重量％少ないことを特徴とする、請求項１に記載のホース。
  3. 前記ゴム組成物が、さらに第一および第二のEPDM１００重量部につき、約５０〜約１２０重量部のカーボンブラックを含むことを特徴とする、請求項１に記載のホース。
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