JP2008164114A - 圧力容器及びその製造方法 - Google Patents
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Images
Abstract
【解決手段】合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器1と、その中空容器の外層に設けられた補強材2を有し、かつ少なくとも1つの口金部材3を有する圧力容器であって、その口金部材と合成樹脂製ライナー材とが、分子量分布の狭い特定の変性高密度ポリエチレン系樹脂を必須とする接着樹脂(Z)を介して接着または溶着された圧力容器及びその製造方法による。
【選択図】図1
Description
しかし、この圧力容器も内側殻の内壁面に口金部材の端部が露出し、この口金部材の端部に直接、ガスの内圧がかかるので、上記したと同様の理由でガス漏れが発生する恐れがある。
上記特許文献8における接着樹脂層は、不飽和カルボン酸官能基含有ポリエチレン樹脂が好適で、密度0.88〜0.945g/cm3、MFR0.05〜50g/10分のポリエチレン、エチレン−α・オレフィン共重合体が使用されることが示されている(特許文献5、段落[0025]参照)。
昨今の厳しい製品の品質管理、より高圧なガス充填の要求、あるいは、特に従来の圧力容器においては、比較的分子量の大きい天然ガスなどに対しては気密性は発揮するものの、分子量の小さい水素ガスについては十分な耐水素ガス透過性を維持しているとはいい難く、より性能の高い接着性能が要求されている。
[特性]
(a1)密度0.94g/cm3〜0.97g/cm3、
(a2)メルトフローレート(JIS K6922−1(1997)条件D(温度190℃、荷重21.18Nにて測定))0.01〜30g/10分、
(a3)分子量分布(Mw/Mn)が7以下
(b1)密度0.90〜0.97g/cm3、
(b2)メルトフローレート0.01〜30g/10分
[官能基]
(a)カルボン酸基またはカルボン酸無水物基
(b)エポキシ基
(c)ヒドロキシル基
(d)アミノ基
(e)シリル基
[特性]
(a1)密度0.94g/cm3〜0.97g/cm3、
(a2)メルトフローレート(JIS K6922−1(1997)条件D(温度190℃、荷重21.18Nにて測定))0.01〜30g/10分、
(a3)分子量分布(Mw/Mn)が7以下
(b1)密度0.90〜0.97g/cm3、
(b2)メルトフローレート0.01〜30g/10分
[官能基]
(a)カルボン酸基またはカルボン酸無水物基
(b)エポキシ基
(c)ヒドロキシル基
(d)アミノ基
(e)シリル基
FCI≦−0.063×log(MFR)+1.10 (1)
(A):(a1)密度0.94〜0.97g/cm3、(a2)メルトフローレート0.01〜100g/10分を有する高密度ポリエチレン系樹脂
(B):(b1)密度0.90〜0.94g/cm3未満、(b2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂
(C):(c1)メルトフローレート0.01〜100g/10分の高圧ラジカル法エチレン(共)重合体
(D):(d1)密度0.86〜0.90g/cm3未満、(d2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の超低密度ポリエチレン系樹脂
(E):熱可塑性エラストマー
[特性]
(a1)密度0.94g/cm3〜0.97g/cm3、
(a2)メルトフローレート(JIS K6922−1(1997)条件D(温度190℃、荷重21.18Nにて測定))0.01〜30g/10分、
(a3)分子量分布(Mw/Mn)が7以下
(b1)密度0.90〜0.97g/cm3、
(b2)メルトフローレート0.01〜30g/10分
[官能基]
(a)カルボン酸基またはカルボン酸無水物基
(b)エポキシ基
(c)ヒドロキシル基
(d)アミノ基
(e)シリル基
また、ブロー成形によりライナ−材の外層および/または最内層に接着樹脂層を設ける、あるいはライナー材に直接接着樹脂(Z)を配合した本発明では、ブロー成形等により簡単な製造工程で接着力の高い圧力容器が提供され、製造コストも安く、経済的である。
また、口金部材に線刻および/または溝部を設ける、あるいは下地処理剤で処理を行うことにより、飛躍的に接着力が向上する。
したがって、天然ガス等の低い圧力容器はもちろんのこと、水素ガスのような高圧容器としても好適に使用可能である。
以下に、本発明を各項目毎に詳細に説明する。
以下、本発明の圧力容器について、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の圧力容器の一例の一部切欠断面図を示すものである。
本発明に係る圧力容器は、図1に示されるように、合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器1(内側壁)と、該中空容器1の外側の外層に補強材で形成された補強材層2(外側壁)とで構成され、該中空容器1の少なくとも一方の端部に、高圧ガスの充填、排出用のノズル取付けのための口金部材3が装着され、該合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器1の内側の肩部7と該口金部材3の一端に形成された円盤部8とが、ガス漏れを抑止するために、粉体塗装等で形成された接着剤層4を介して接着または溶着してなる圧力容器10である。
以下に本発明で使用される原材料について具体的に詳述する。
(1)合成樹脂製ライナー材
中空容器1を形成する合成樹脂製ライナー材は、圧力容器10に充填された高圧ガスを収納して、漏洩しないガスバリア性を有することが必要であり、その具体例としては、高密度ポリエチレン系樹脂、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン樹脂、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン11、ナイロン12等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂(ABS)樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリイミド樹脂等のエンジニアリングプラスチック等が挙げられる。上記合成樹脂製ライナー材は、単層材、積層材、複合材のいずれで構成されていてもよい。これらの中でも高密度ポリエチレン系樹脂が、ガスバリア性、加工性、作業性、経済性等の観点から最も好ましい。
上記密度が0.920g/cm3未満では、剛性が不足しタンク口部強度の剛性が不足し、密度が0.970g/cm3を超えるものは耐久性が低下する惧れが生じる。
また、上記ポリエチレン系樹脂においては、ハイロードメルトフローレート:HLMFR(JIS K6922−1(1997)、条件D(温度190℃、荷重211.8Nにて測定)が2〜70g/10分、好ましくは、3〜60g/10分、さらに好ましくは、4〜50g/10分であるものが望ましい。このような範囲であると、特に多層ブロー成形によって、合成樹脂製ライナー材と接着剤とを同時に押出す際に層乱れがなく、表面層が良くなることから好ましい。
上記HLMFRが2g/10分未満では、樹脂圧力が上昇し押出特性が低下し、70g/10分を超える場合では、衝撃性、耐久性が不足する惧れが生じる。
前記バリア材層に好適に使用される材料としては、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂等が挙げられる。
上記積層体において用いられる接着層としては、後述の本発明の接着樹脂(Z)またはエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂等の一般の接着樹脂を使用することができる。
これらのライナー材を用いて容器とする場合には、ブロー成形法、射出成形法、回転成形法、圧縮成形法などの成形法によって製造することができる。中でも、ブロー成形法によるのが好適である。
補強材層2を形成する補強材は、合成樹脂ライナー材から形成される中空容器1の外層を覆い、圧力容器10の耐圧性能を向上させる役割を担うものであり、アルミニウム、チタン、軽合金等の軽量の金属材で構成しても良いが、成形加工性、軽量化等を考慮した場合においては、繊維強化プラスチック(FRP:fiber reinforced plastics)あるいは繊維強化金属複合材料(FRM:fiber reinforced metal)で構成するのが好適である。すなわち、内側壁を構成する合成樹脂製ライナー材をブロー成形等で成形された筒状の容器の外周壁を覆うようにFRP製の外側壁を形成するためには、上記内側の筒状容器の外周壁に、フィラメントワインディング法やテープワインディング法等によって、ヘリカル巻層、フープ巻層、レーベル巻層など、樹脂を含浸させた補強繊維束の巻層を形成し、ついで樹脂を加熱して溶融または硬化させて成形することによって外側壁の補強材とすることができる。外側壁の強度は、巻層を形成する補強繊維の種類、巻付ける形態、巻付ける厚さ、樹脂の種類、樹脂の厚さなどを種々組合わせることにより、目的に合った好適な範囲の補強材とすることができる。また、織物などのような連続した補強材に熱硬化性樹脂を含浸させて成形するプリプレグ法等他の方法で形成しても良い。
これらの補強繊維は、比強度、比弾性率に優れ、ワインディング時の糸切れや毛羽の発生がほとんどなく、生産性の向上、耐衝撃性能の低下防止などの観点から、炭素繊維が特に好ましい。
本発明の口金部材3は、高圧ガスの充填、排出用のノズル取付けのために設置されるものであって、例えば一端が円盤部8の形状を有し、圧力容器10の内側の中空容器1と外側の補強材層2で構成される円筒状容器の少なくとも一端に、該圧力容器の中空容器1の内側の半球状の肩部7に、口金部材3の円盤部8が埋設するようにインサートされ、予め施しておいた口金部材3の円盤部8の接着剤4を介し、中空容器1の肩部7と口金部材3の円盤部8とを当接させて接着または溶着するものである。
金属材料の下地処理剤としては、特開昭59−132977号公報等に開示されるような陽極酸化処理法、特開平5−9746号公報のような三価クロム処理、あるいは特開平5−51765号公報等に開示されている、水和酸化処理、クロメート処理、交流電解処理、樹脂塗料の塗布等の一般的な処理方法でもよいが、特に特開2006−40595号公報に開示されるように、キトサン及びキトサン誘導体からなる群より選ばれた1種または2種以上のキトサン類と、Ti、Hf、Mo、W、Se、Ce、Fe、Cu、Zn、V及び3価Crからなる群より選ばれた1種または2種以上の金属を含む金属化合物とを含有してなる下地処理剤で前記口金部材の表面を処理することによって形成された皮膜であることが好ましい。
特に分子内にカルボキシル基を少なくとも1個有する有機化合物と金属化合物とを含有している下地処理剤が好ましい。
I 変性ポリエチレン(X)
(i)変性ポリエチレン(X)の材料
[高密度ポリエチレン系樹脂(イ)]
本発明の変性ポリエチレン系樹脂(X)の原料となる高密度ポリエチレン系樹脂(イ)は、下記の特定の(a1)密度、(a2)メルトフローレート(以下、MFRということがある)および(a3)分子量分布(Mw/Mn)が7以下、より好ましくは(a4)粘度曲線指数とMFRが(式1)の性状を満足するエチレン単独重合体あるいはエチレンとα−オレフィンとの共重合体を指す。
ここで、密度は、JIS K6922−2に準拠し測定する値である。
ここで、メルトフローレートは、JIS K6922−2に準拠し、190℃、荷重21.18Nで測定する値である。
上記(a1)の密度は、α−オレフィンの種類及び含有量でコントロールすることができ、該含有量が多くなると密度は低くなる傾向を示し、上記(a2)のメルトフローレート(MFR)は、水素等の連鎖移動剤、プロセス等で制御される。これらの制御は当業者にとって、周知の慣用手段である。
カラムの較正は、昭和電工製単分散ポリスチレン(S−7300 S−3900 S−1950 S−1460 S−1010 S−565 S−152 S−66.0 S−28.5 S−5.05 の各0.2mg/ml溶液)で行った。n−エイコサン及びn−テトラコンタンの測定を行い、溶出時間と分子量の対数値を4次式で近似した。なお、ポリスチレンとポリエチレンの分子量の換算には次式を用いた。
MPE=0.468×MPS
Mw/Mnは、上記測定により得られた重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比から算出される。
上記の分子量分布の調整は、触媒とコモノマーの種類、重合プロセス等で制御され、これらの制御も当業者にとって周知の慣用手段である。
高密度ポリエチレン系樹脂(イ)の粘度曲線指数(以下、FCIという。)は、FCIとMFRとの関係が、次式(1)、好ましくは式(2)を満足することが望ましい。
FCI≦−0.063×log(MFR)+1.10 (1)
FCI≦−0.0547×log(MFR)+1.08 (2)
FCIが上記範囲を逸脱すると、接着樹脂の接着強度が従来技術の水準に留まり、改良効果が望めない惧れが生じる。
ここで、(a4)粘度曲線指数FCIとは、回転型レオメータを使用して得られる、190℃での測定周波数0.1rad/sにおける複素粘性率η*0.1の対数と、同じく190℃での測定周波数10rad/sにおける複素粘性率η*10の対数の比で定義され、FCI=log(η*0.1)/log(η*10)で表される。
一般的に粘度曲線指数FCIは、ポリエチレン系樹脂の分子量分布と相関し、分子量分布が広くなるとFCIは大きな値を示し、分子量分布が狭くなるとFCIは小さな値を示す傾向にある。
また、このFCIはコモノマー量や長鎖分岐を変えることで同じ分子量分布でも異なるFCIのサンプルを作製することができ、長鎖分岐については、主に触媒種により容易に変えることが可能である。
本発明の粘度曲線指数FCIの式(1)(2)の導き方は、特公昭55−14084号に記載の方法で重合した高密度ポリエチレン樹脂の試料を用いて、接着樹脂の接着強度を検証し、プロットして得たものであり、プロットを後述の実施例で示した。
本発明の変性ポリエチレン系樹脂(X)の原料となるポリエチレン系樹脂(ロ)は、(イ)の高密度ポリエチレンとは異なる樹脂であり、チーグラー系触媒、シングルサイト系触媒、フィリップス触媒等により製造される、下記の特定性状(b1)密度および(b2)MFRをを満足するエチレン単独重合体(高密度ポリエチレン)、エチレン・α−オレフィン共重合体(中密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等)が包含される。エチレンとα−オレフィンとの共重合体のα−オレフィンとしては、直鎖または分岐鎖状の炭素数3〜20のオレフィンが好ましく、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセンを挙げることができる。またそれらを2種類以上組み合わせて使用しても良い。これら共重合体の中でも、エチレン・1−ブテン共重合体、エチレン・1−ヘキセン共重合体、エチレン・4−メチル−1−ペンテン共重合体、エチレン・1−オクテン共重合体が経済性の観点から好適である。
また、上記の高密度ポリエチレン系樹脂(イ)とポリエチレン系樹脂(ロ)とは同種のポリエチレン系樹脂でも良いが同一の樹脂ではないものである((イ)≠(ロ))。
上記ポリエチレン系樹脂(ロ)の高密度ポリエチレン系樹脂あるいは、中密度ポリエチレン系樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン等のエチレン・α−オレフィン共重合体は、上記高密度ポリエチレン系樹脂(イ)と同様に、イオン重合で製造され、特に製造触媒、プロセス等に限定されるものではなく、成書『ポリエチレン技術読本』(松浦一雄・三上尚孝編著、工業調査会刊行、2001年のp.123〜160、p.163〜196等)に記載されている方法により製造することが可能である。即ち、チーグラー系触媒、シングルサイト系触媒等や、スラリー法、溶液法、気相法の各重合様式にて、各種重合器、重合条件、触媒にて製造することが可能である。
なお、シングルサイト系触媒の樹脂としては、日本ポリエチレン(株)製の商品名:ハーモレックス、商品名:カーネル、日本エボリュー(株)製の商品名:エボリュー、ダウケミカル(株)製の商品名:エンゲージなどが挙げられる。
本発明の変性ポリエチレン(X)は、前記高密度ポリエチレン系樹脂(イ)を単独あるいは高密度ポリエチレン系樹脂(イ)30〜100重量部とポリエチレン系樹脂(ロ)0〜70重量部を、下記(a)〜(e)の官能基を有する化合物から選択された少なくとも1種でグラフト反応させて得られる官能基変性ポリエチレン系樹脂(以下単に変性ポリエチレン系樹脂と称す)である。
[官能基]
(a)カルボン酸基またはカルボン酸無水物基
(b)エポキシ基
(c)ヒドロキシル基
(d)アミノ基
(e)シリル基
これらの組成物は、官能基含有時にドライブレンドしたり、または予めこれらを、ニーダー、ヘンシェルミキサーなどの周知の混合器で混合しておいて、官能基含有化合物をグラフトさせてもよい。
また、(イ)又は(ロ)の少なくとも1種をシングルサイト系触媒で製造されたものであることが、低分子量成分が少なく、接着力、機械的強度のバランスがよく好ましい。
前記官能基(a)カルボン酸基またはカルボン酸酸無水物基を有する化合物としては、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸等のα,β−不飽和ジカルボン酸またはこれらの無水物、アクリル酸、メタクリル酸、フラン酸、クロトン酸、ビニル酢酸、ペンテン酸等の不飽和モノカルボン酸等が挙げられる。
本願発明においてグラフト化官能基含有に用いるラジカル開始剤としては、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ラウロイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、α,α´−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、ジt−ブチルジパーオキシイソフタレート、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシアセテート、シクロヘキサノンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシラウレート、アセチルパーオキサイドなどの有機過酸化物が挙げられる。
これらの中でも、半減期1分を得るための分解温度が、160〜200℃のものが好ましい。分解温度が低すぎると原料のポリエチレン樹脂が押出機内で十分可塑化しないうちに分解反応が始まるため、反応率が低くなる上にゲルやフィッシュアイが多くなり、逆に分解温度が高すぎると、押出機内等で反応が完結せず、未反応の不飽和カルボン酸およびその誘導体等の官能基含有化合物量が多くなる。
ラジカル開始剤の配合量は、通常1次官能基含有時において、ポリエチレン樹脂を含む樹脂成分の合計100重量部に対して0.005〜0.5重量部、より好ましくは0.01〜0.2重量部の範囲で使われる。0.005重量部未満ではグラフト化反応が十分に行なわれず未反応モノマーが増加するので好ましくない。また、0.5重量部より多い場合には、ゲル、フィッシュアイが多発するため好ましくない。
官能基変性ポリエチレン樹脂(X)の製造方法は、前記樹脂(イ)、及び(イ)+(ロ)の少なくとも1種のポリエチレン樹脂、その組成物(以下ポリエチレン系樹脂等と称す)100重量部に、不飽和カルボン酸またはその誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種類の官能基含有化合物(モノマーとも称す)0.05〜2.0重量部並びにラジカル開始剤0.005〜0.5重量部を加え、単軸押出機及び/または二軸押出機や単数または複数の反応器などを用いて溶融混練または溶媒中で官能基含有することにより達成される。
具体的には、押出機やバンバリーミキサー、ニーダーなどを用いる溶融混練法、適当な溶媒に溶解させる溶液法、適当な溶媒中に懸濁させるスラリー法、あるいはいわゆる気相グラフト法等が挙げられる。
処理温度としては、(イ)または(ロ)の少なくとも1種のポリエチレン系樹脂等の劣化、不飽和カルボン酸やその誘導体の分解、使用する過酸化物の分解温度などを考慮して適宜選択されるが、前記の溶融混練法を例に挙げると、通常190〜350℃であり、とりわけ200〜300℃が好適である。
本発明に係る官能基含有ポリエチレン系樹脂(X)を製造するにあたり、その性能を向上する目的で、特開昭62−10107号公報に記載のごとく既に公知の方法、例えば前記のグラフト官能基含有時あるいは官能基含有後にエポキシ化合物またはアミノ基もしくは水酸基などを含む多官能性化合物で処理する方法、さらに加熱や洗浄などによって未反応モノマー(不飽和カルボン酸やその誘導体)や副生する諸成分などを除去する方法を採用することができる。
上記不飽和カルボン酸およびその誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種のモノマーのグラフト量は高いほど望ましいが、一般的には0.001〜10重量%の範囲(グラフト量の測定法:赤外線分光光度計による)である。
また、このような高温で反応を行なうため、押出機や反応器などの内部への空気の混入はできるだけ抑える必要があり、また溶融混練では、押出機内などでの樹脂の長時間滞留も避けなければならない。このため、原料樹脂投入口付近での窒素フィードを行なうことは、極めて好ましい。
このような溶融混練での官能基含有方法で得られるグラフト官能基含有率(測定法:赤外線分光光度計による)は、一般的に0.2〜2.5重量%程度の範囲であり、最終次の官能基含有ポリエチレン系樹脂(A)のグラフト官能基含有率での上限は高いほど望ましいが、一般的には0.55重量〜3重量%の範囲である。しかし、特にこの範囲に限定されるものではなく、より高い官能基含有率にすることが望ましい。
(i)未変性ポリエチレン系樹脂(Y)の構成
本発明で用いられる未変性ポリエチレン樹脂または熱可塑性エラストマー(Y)(以下これらを単に未変性ポリエチレン系樹脂(Y)とも称す)は、(a1)密度0.94〜0.97g/cm3、(a2)メルトフローレート0.01〜100g/10分を有する高密度ポリエチレン樹脂(A)、(b1)密度0.90〜0.94g/cm3未満、(b2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の直鎖状低密度ポリエチレン(B)、(c1)メルトフローレート0.01〜100g/10分の高圧ラジカル法ポリエチレン系樹脂(C)及び、(d1)密度0.86〜0.89g/cm3未満、(d2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の超低密度ポリエチレン(D)、熱可塑性エラストマー(E)から選択される少なくとも1種の未変性ポリエチレン樹脂または熱可塑性エラストマーである。
上記(Y)成分は必須ではないが、前記変性ポリエチレン系樹脂(X)が単独の場合には、成形時に過度の樹脂劣化や、ゲル等が惹起する場合も起こり得るという弊害が生じる懸念があることやMFR、密度の調節、耐熱性、機械的特性、剛性、柔軟性等の機能の調節等が容易にできる、あるいは経済的であるということから上記の(Y)成分を使用することが好ましい。
また、上記変性または未変性樹脂に使用される(A)、(B)及び(D)の少なくとも1種がシングルサイト系触媒で製造されたものであることが、低分子量成分が少なく、樹脂劣化、ゲルの発生を抑制すること、機械的性能に優れることからも好ましい。
[高密度ポリエチレン系樹脂(A)]
本発明に係る高密度ポリエチレン系樹脂(A)は、一般的にはイオン重合で製造される高密度ポリエチレン系樹脂であって、エチレン単独重合体あるいはエチレンとα−オレフィンとの共重合体を指すものであり、(a1)密度0.94〜0.97g/cm3、好ましくは密度0.945〜0.965g/cm3、より好ましくは0.95〜0.96g/cm3の範囲である。(a2)メルトフローレート(MFR)は0.01〜100g/10分、好ましくは、0.05〜50g/10分、より好ましくは0.1〜30g/10分の範囲である。これらの範囲であると容易に接着強度、剛性や耐クリープ性等の長期寿命(耐久性)が優れる性能が発揮されるものとなる。
上記密度はJIS K6922−1(1997)の試験方法に基づいて測定した。
また、本発明において、メルトフローレート(MFR)はJIS K6922−1(1997)の試験法に基づいて条件D(温度190℃、荷重21.18N)で測定したものである。
本願明に係る直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(B)は、一般的にはイオン重合で製造される直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂であって、エチレンとα−オレフィンとの共重合体を指すものであり、(b1)密度0.90〜0.94g/cm3、好ましくは密度0.91〜0.935g/cm3、より好ましくは0.92〜0.93g/cm3の範囲である。(b2)メルトフローレート(MFR)は0.01〜100g/10分、好ましくは、0.05〜50g/10分、より好ましくは0.1〜30g/10分の範囲である。これらの範囲であると容易に接着強度、剛性や耐クリープ性等の長期寿命(耐久性)が優れる性能が発揮されるものとなる。
また、メルトフローレート(MFR)はJIS K6922−1(1997)の試験法に基づいて条件D(温度190℃、荷重21.18N)で測定した。
また、上記(a1)、(b1)の密度は、α−オレフィンの種類及び含有量でコントロールすることができ、該含有量が多くなると密度は低くなる傾向を示し、上記(a2)または(b2)のメルトフローレート(MFR)は、水素等の連鎖移動剤、プロセス等で制御される。これらの制御は当業者にとって、周知の慣用手段である。
本発明の高圧ラジカル法エチレン(共)重合体(C)とは、(c1)メルトフローレート0.01〜100g/10分の、高圧ラジカル重合法によるエチレン単独重合体(低密度ポリエチレン系樹脂)、エチレン・ビニルエステル共重合体およびエチレンとα,β−不飽和カルボン酸またはその誘導体との共重合体等が挙げられ、これら低密度ポリエチレン系樹脂等は公知の高圧ラジカル重合法により製造され、チューブラー法、オートクレーブ法のいずれの方法で製造してもよい。
上記低密度ポリエチレン系樹脂では、密度0.91〜0.935g/cm3、メルトフローレート0.05〜100g/10分、好ましくは0.1〜50g/10分の範囲のものが好適に使用される。
すなわち、これらのコモノマーとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸−n−ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸ラウリル等を挙げることができる。この中でも特に好ましいものとして(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル等のアルキルエステルを挙げることができる。特に(メタ)アクリル酸エステル含有量は3〜30重量%、好ましくは5〜20重量%の範囲である。
本発明に係る超低密度ポリエチレン系樹脂(D)とは、(d1)密度0.86〜0.90g/cm3未満、好ましくは0.87〜0.89g/cm3の範囲、(d2)MFRが0.01〜100g/10分、好ましくは0.1〜50g/10分の範囲のエチレンと炭素3〜12のα−オレフィン共重合体であり、結晶性を有するエチレン・α−オレフィン共重合体、微結晶性のエチレン・α−オレフィン共重合体が挙げられる。
本発明の熱可塑性エラストマーとは、ポリオレフィン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリブタジエン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等が挙げられるが、これらの中でも、ポリオレフィン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマーが、ライナー材料との相溶性、経済性等から好ましい。
本発明の接着樹脂(Z)は、合成樹脂製ライナー材の内側の肩部と該口金部材の一端に形成された円盤部とを、ガス漏れを抑止するために、この接着樹脂(Z)を介して接着または溶着するのに用いられるものであり、特に、特定の高密度ポリエチレン樹脂を含む変性ポリエチレン系樹脂(X1)を必須とすることにより、接着強度が、顕著に向上させることができたものである。
すなわち本発明の接着樹脂(Z)は、(a1)密度0.94〜0.97g/cm3、(a2)メルトフローレート0.01〜30g/10分を有する高密度ポリエチレン系樹脂(イ)30〜100重量部と、(b1)密度0.90〜0.97g/cm3、(b2)メルトフローレート0.01〜30g/10分のポリエチレン系樹脂(ロ)0〜70重量部を、官能基(a)〜(e)を有する化合物の少なくとも1種でグラフト変性した変性ポリエチレン系樹脂(X)0.5〜100重量%と、
(a1)密度0.94〜0.97g/cm3、(a2)メルトフローレート0.01〜100g/10分を有する高密度ポリエチレン系樹脂(A)、
(b1)密度0.90〜0.94g/cm3未満、(b2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(B)、
(c1)メルトフローレート0.01〜100g/10分の高圧ラジカル法エチレン(共)重合体(C)、
(d1)密度0.86〜0.90g/cm3未満、(d2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の超低密度ポリエチレン系樹脂(D)、
及び熱可塑性エラストマー(E)から選択される少なくとも1種の未変性ポリエチレン系樹脂(Y)0〜99.5重量%とからなる、(z1)密度0.86〜0.97g/cm3、(z2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の接着樹脂(Z)である。
該接着樹脂(Z)の密度(Z1)は0.86〜0.97g/cm3、好ましくは0.90〜0.96g/cm3、より好ましくは0.91〜0.95g/cm3の範囲である。
該密度が0.86g/cm3未満では接着強度が低下し、0.97g/cm3を超える場合には、工業的に大量生産が難しく、かつ、耐久性等が低下し、接着樹脂(Z)の性能が低下する懸念を生じる。
また、(z2)メルトフローレートは、0.01〜100g/10分、好ましくは0.05〜50g/10分、より好ましくは0.1〜30g/10分の範囲である。MFRが0.01g/10分未満では成形加工性に難点が生じ、100g/10分を超える場合では製品の中空容器の衝撃強度の低下を招く惧れが生じる。
上記変性ポリエチレン系樹脂(X)と未変性ポリエチレン系樹脂(Y)との配合割合(X)/(Y)は、100〜0.5/0〜99.5重量%、好ましくは95〜5/5〜95重量%、より好ましくは90〜10/10〜90重量%の範囲で選択されることが望ましい。該変性ポリエチレン系樹脂(X)が0.5重量%未満では、目的の接着強度が発揮されない。
また、本発明の接着樹脂(Z)は、(1)合成樹脂製ライナー材の外層および/または最内層に接着樹脂(Z)層を形成し、その接着樹脂層を介して合成樹脂製ライナー材と口金部材とを接着または溶着する方法、(2)合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器と、その中空容器の外層に設けられた補強材とを有し、かつ少なくとも1つの口金部材を有する圧力容器の製造方法であって、該口金部材に線刻および/または溝部を設け、その線刻および/または溝部に接着樹脂を埋没させて接着樹脂層を形成し、その接着樹脂層を介して合成樹脂製ライナー材と口金部材とを接着または溶着する方法、(3)合成樹脂製ライナー材に上記接着樹脂(Z)を直接配合し、該合成樹脂製ライナー材と口金部材とを接着または溶着する方法等、種々の方法で適用することができる。
また、上記予め該口金部材の円盤部に接着樹脂(Z)を塗膜、積層、接着する際に、該口金部材の円盤部の一部または全面に、上述の粗面化処理などの表面処理を行っておくことが望ましい。
また、該粉末の静止摩擦係数(JIS K8721に準拠)は0.7〜0.9、好ましくは0.75〜0.85の範囲であることが望ましい。これら粉末の粒径、嵩比重、静止摩擦係数が上記範囲を逸脱する場合には、均一な塗膜や、錠止溝等の細部の個所までうまく塗装ができない場合が生じる。
厚みが10μm未満では接着強度が十分でなく、繰り返しの収縮運動等で、ガス漏れが起きる懸念が生じる。また厚み5mmを超える場合には接着強度はそれ以上向上せず、経済性を損ねるものとなる。
また、上記の粉体塗装の場合の接着樹脂(Z)の厚みは10μm〜2mm、好ましくは50μm〜1.5mm、より好ましくは、300μm〜1mmの範囲である。また、粉体塗装では2mm以上では厚すぎて、塗膜回数を重ねることとなり、実用的ではなく、かつ場合には気泡が生じたり、接着樹脂層を起点にタンク破壊の惧れが生じる。
本発明に係る圧力容器は、前述の通り、図1に示されるように、内側の合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器1(内側壁)と、外側の補強材層2(外側壁)とで構成され、該容器の少なくとも一方の端部に、高圧ガスの充填、排出用のノズル取付けのための口金部材3が装着され、該容器の合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器1の内側の肩部7と該口金部材3の一端に形成された円盤部8とを、ガス漏れを抑止するために、特定の性状を満足する接着樹脂(Z)4を介して接着または溶着してなる圧力容器10である。
ブロー成形による製造方法としては、合成樹脂製ライナー材をブロー成形によって筒状に成型し、次いで予め口金部材の円盤状端部上に接着樹脂(Z)の膜を形成した口金部材を、該筒状の合成樹脂製ライナー材の少なくとも1方の端部にインサートし、型閉めすることにより合成樹脂製ライナー材の端部を縮径させて、口金部材の円盤状端部と該容器の合成樹脂製ライナー材の内側の肩部とを、該接着樹脂(Z)を介して、溶着する方法が気密性の点から好ましい。
図2は本発明の好ましい製造方法の一例であるブロー成形法の主要部の断面図を示したものである。
図2において、少なくとも金型と口金の支持部材と支持台を具備したブロー成形装置を用いて、予め粉体塗装等で接着樹脂4、4´を口金部材3の一端の円盤部8に塗装された口金部材3、3´を支持台15に係属する支持部14の上下に設置後、ブロー成形機(図示せず)のダイス11から合成樹脂製ライナー材を形成する筒状のパリソン12(a,b)を押出し、金型13(a,b)間に垂下させ、該パリソン12(a,b)で金型内に設置された口金部材3、3´の一端部に形成された円盤部8を覆い、次いで、まだ十分パリソンパリソン12(a,b)がやわらかい状態で該金型13(a,b)を型閉めし、該パリソン12(a,b)を縮径させ、口金部材3、3´の首部をパリソン12(a,b)と同時にピンチし、密閉された金型に空気等の気体を吹込んで、パリソン12(a,b)を金型13(a,b)壁に押圧して中空容器を形成させ、同時に合成樹脂製ライナー材1の内側の肩部と、口金部材3、3´の円盤状部に予め塗布された接着樹脂4、4´とが内圧により融着され、口金部材が装着された中空容器が作製される。次いで合成樹脂製ライナー材で形成される中空容器1の外周を、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた、カーボンファイバー糸や束、ガラス繊維糸や束等の繊維糸、束、マット等により、被覆して、硬化させて繊維強化材(CFRP、GFRP等)層2を形成し、圧力容器10を製造するものである。
本発明に係る圧力容器は、これに充填されるガスの種類は制限されるものではなく、天然ガス、液化石油ガス、窒素、酸素、水素、ヘリウムガス、アルゴンガス、ロケット燃料などが挙げられ、口金部材と合成樹脂製ライナー材との接着力が高く、気密性が優れるなどの点からいずれにも好適に使用できる圧力容器である。
MFR(単位:g/10分):JIS K6922−1(1997)、条件D(温度190℃、荷重21.18N)に準拠して測定した。
(2)ハイロードメルトフローレート=HLMFR(単位:g/10min):JIS K6922−1(1997)、条件D(温度190℃、荷重211.8N)に準拠して測定した。
(3)中位粒度:JIS Z8801(標準ふるい)に準拠して測定した。
(4)嵩比重:JIS K8721に準拠して測定した。
(5)静止摩擦係数:JIS K8721に準拠して測定した。
(6)塗装膜厚:静電塗装により接着樹脂を塗装した口金部材の円盤状部の任意箇所(5箇所)を選択し、下記厚み計((株)キーエンス社製EX―V)を用いて塗装膜厚を測定した(測定値は5点の平均値)。
[厚み計]
デジタル変位センサによる高精度過電流式:対象物とセンサヘッドの距離が近づくにつれ、過電流が大きくなり、発信振幅は小さくなる。この発信振幅を整流して直流電圧の変化とする。整流された信号と距離とはほぼ比例関係にあって、リニアライズ回路で直線性の補正を行い、距離と比例したリニアな出力を得る。厚みはデジタルで表示される。
(7)塗装性:静電塗装により接着樹脂を塗装した口金部材の円盤状部に形成された塗装膜の表面平滑性および表面状態を目視で観察した。
(8)接着強度:口金平面部の樹脂層のみをカッターを用いて幅10mm、長さ3cm程度捲(めくり)出し、テンシロンを用いて、テンシロンの引張速度50mm/分、長さ5cm、180度剥離で接着強度を測定した(測定値は5点の平均値)。
(9)ガス漏れテスト:圧力容器10に30MPaの水素ガスを充填し、60℃で、60日間放置後のタンク内圧力の経時変化による。○はガス漏れなし、×はガス漏れあり。
<使用材料>
高密度ポリエチレン樹脂は、表1に記載のものを使用した。
Y=−00547X+1.08 (2)
[変性ポリエチレン系樹脂(X1)の製造]
高密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.956g/cm3、MFR:0.8g/10分、Mw/Mn:5.5、FCI:1.09、日本ポリエチレン(株)製 A1と称す)80重量部と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.926g/cm3、MFR:0.8g/10分、日本ポリエチレン(株)製 B1と称す)20重量部からなる粉末状のポリエチレン系樹脂(A1+B1)100重量部に、無水マレイン酸0.8部および2,5−ジメチル−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.02部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、モダンマシナリー(株)製50mm単軸押出機を用いて、スクリュー回転数50rpm、樹脂温度280℃の条件で溶融混練し、MFR0.2g/10分、密度0.950g/cm3、グラフトモノマー量0.5重量%の変性ポリエチレン系樹脂(X1)を得た。
変性ポリエチレン系樹脂(X1)20重量%と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 Y1と称す)80重量%を90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて、粉砕した後、平滑処理をして、表3に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z1)を作製した。接着樹脂(Z1)としての密度及びMFRは、それぞれ、表3に示すとおりの値であった。
静電塗装機(GEMA社製)を用いて、静電塗装ガンで、加電圧45KVで上記接着樹脂粉体を図1に示されるような一端に円盤状部を有する口金の円盤状部に表3に示すような塗膜厚300μmに静電塗布後、200℃のオーブンに30分間入れ、塗布された口金を得た。その結果(接着強度、塗面平滑性等)を表3に示した。
図2に示すように、上記塗装された口金を支持台15に係属する支持部材14にインサートし、口金部材3、3´を設置して、(株)日本製鋼所製NB150連続多層中空成形機を用い、下記条件で、ブロー成形機(図示せず)のダイス11から筒状のパリソン12(a,b)を押出し、金型13(a,b)間に垂下させ、まだ十分パリソンがやわらかい状態で該金型13(a,b)を型閉めし、該パリソン12(a,b)を縮径し、口金部材3の首部をパリソン12と同時にピンチして、空気をブローしてパリソン12を金型13壁に押圧してライナー材で形成される中空容器1を形成する。一方、中空容器1の肩部7と、口金部材3の円盤状部の上部8に予め塗布された接着樹脂4とは内圧により、口金部材3(ロッド)が中空容器1の肩部に押圧されて、融着され、容積30リットルの口金部材が装着された中空容器1を作製した。次いで中空容器の外周を、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含浸させた、カーボンファイバー束を被覆巻回した後、エポキシ樹脂を硬化させてカーボンファイバー繊維強化材2(CFRP)層を形成し、圧力容器10を製造した。
この圧力容器10を用いて、30MPaの水素ガスを充填し、ガス漏れの有無を確認した。ガス漏れの有無については、60℃で、60日間放置後のタンク内圧力の経時変化により行った。その結果を表3に示した(○はガス漏れなし、×はガス漏れあり)。
成形温度210℃、ブロー圧力1.4MPa、金型温度20℃、吹込時間130secの条件で、外層側から高密度ポリエチレン層/リグライン層/接着材層/ガスバリヤ−層(EVOH層)/接着材層/高密度ポリエチレン層(最内層)の4種6層(層厚:0.7mm(最外層)/2.0mm/0.1mm/0.15mm/0.1mm/2.0mm(最内層))の円筒状の中空容器を製造した。具体的な層構成は以下のとおりである。
[内外の高密度ポリエチレン系樹脂層]
商品名:ノバテックHD HB111R、日本ポリエチレン(株)製、密度=0.945g/cm3、HLMFR(測定温度190℃、荷重211.8N)=6g/10分
[リグラインド材層]
高密度ポリエチレン系樹脂、接着材、エチレン−ビニルアルコール共重合体の組成比率は、各々87.2重量%、6.5重量%、6.3重量%である。
[接着材層]
商品名:アドテックス FT61AR3、日本ポリエチレン(株)製、密度0.933g/cm3、MFR0.6g/10分。
[ガスバリヤ−層]
エチレン−ビニルアルコール共重合体層(EVOH層)商品名:エバールF101B(株)クラレ製)
上記の原材料の物性、圧力容器の評価結果等を表3に示した。
[変性ポリエチレン系樹脂(X2)の製造]
高密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.956g/cm3、MFR:0.8g/10分、MW/MN:5.5、FCI:1.09、日本ポリエチレン(株)製 A1と称す)100重量部に、無水マレイン酸0.8部および2,5−ジメチル−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.02部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、モダンマシナリー(株)製50mm単軸押出機を用いて、スクリュー回転数50rpm、樹脂温度280℃の条件で溶融混練し、MFR0.2g/10分、密度0.956g/cm3、グラフトモノマー量0.5重量%の変性ポリエチレン系樹脂(X2)を得た。
変性ポリエチレン系樹脂(X2)20重量%と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 Y1と称す)80重量%を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して、表3に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z2)を作製した。接着樹脂(Z2)としての密度及びMFRは、それぞれ、表3に示すとおりの値であった。
上記接着樹脂粉体(Z2)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表3に示した。次いでこの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表3に示した。
[変性ポリエチレン系樹脂(X3)の製造]
高密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.956g/cm3、MFR:0.8g/10分、MW/MN:5.5、FCI:1.09、日本ポリエチレン(株)製 A1と称す)30重量部と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.926g/cm3、MFR:0.8g/10分、日本ポリエチレン(株)製 B1と称す)70重量部からなる粉末状のポリエチレン系樹脂(A1+B1)100重量部に、無水マレイン酸0.8部および2,5−ジメチル−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.02部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、モダンマシナリー(株)製50mm単軸押出機を用いて、スクリュー回転数50rpm、樹脂温度280℃の条件で溶融混練し、MFR0.2g/10分、密度0.935g/cm3、グラフトモノマー量0.5重量%の変性ポリエチレン系樹脂(X3)を得た。
変性ポリエチレン系樹脂(X3)20重量%と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 Y1と称す)80重量%を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して表3に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z3)を作製した。接着樹脂(Z3)としての密度及びMFRは、それぞれ、表3に示すとおりの値であった。
上記接着樹脂粉体(Z3)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表3に示した。次いでこの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表3に示した。
[接着樹脂粉体(Z4)の製造]
変性ポリエチレン系樹脂(X1)100重量%を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して表3に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z4)を作製した。接着樹脂(Z4)としての密度及びMFRは、それぞれ、表3に示すとおりの値であった。
上記接着樹脂粉体(Z4)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表3に示した。次いでこの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表3に示した。
[接着樹脂粉体(Z5)の製造]
変性ポリエチレン系樹脂(X1)0.6重量%と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 Y1と称す)99.4重量%を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して表3に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z5)を作製した。接着樹脂(Z5)としての密度及びMFRは、それぞれ、表3に示すとおりの値であった。
上記接着樹脂粉体(Z5)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表3に示した。次いでこの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表3に示した。
接着樹脂粉体(Z6)として、実施例1で使用した変性ポリエチレン系樹脂(X1)の20重量%と、未変性ポリエチレン(Y)として低密度ポリエチレン(密度:0.919g/cm3、MFR:8.5g/10分、銘柄:LC607A、日本ポリエチレン(株)製 Y2:Cと称す)80重量%を溶融混練し、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して表4に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z6)を作製した。上記接着樹脂粉体(Z6)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表4に示した。
また、接着樹脂粉体(Z7)については実施例1で使用した変性ポリエチレン系樹脂(X1)の50重量%と、未変性ポリエチレン(Y)として直鎖状超低密度ポリエチレン(密度:0.870g/cm3、MFR:5g/10分、銘柄:エンゲージ8200、ダウケミカル日本(株)製 Y3:Dと称す)50重量%を90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて、表4に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z7)を作製した。
さらに、接着樹脂粉体(Z8)については、実施例1で使用した変性ポリエチレン系樹脂(X1)の50重量%と、エラストマー(密度:0.870g/cm3、MFR:5g/10分、銘柄:タフマーP−0180、三井化学(株)製)50重量% Y4(E)と称す)を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して表4に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z8)を作製した。
上記接着樹脂粉体(Z6)〜(Z8)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表4に示した。
またこれらの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表4に示した。
変性ポリエチレン系樹脂(X1)20重量%と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 Y1 B2と称す)80重量%を、単軸押出機を用いて200℃にて溶融混練後、Tダイ成型機にて500umのシートを作成し、200℃のオーブンにて30分間予熱した口金に圧着させることにより作製した口金部材の接着強度は実施例1の粉体塗装のものと同じであった。圧着後の接着材層の厚みは300umであった。この部材を実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果、ガス漏れは確認されなかった。評価結果を表4に示した
[変性ポリエチレン系樹脂(X4)の製造]
高密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.956g/cm3、MFR:0.8g/10分、Mw/Mn:5.5、FCI:1.09、日本ポリエチレン(株)製 A1と称す)20重量部と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.926g/cm3、MFR:0.8g/10分、日本ポリエチレン(株)製 B1と称す)80重量部からなる粉末状のポリエチレン系樹脂(A1+B1)100重量部に、無水マレイン酸0.8部および2,5−ジメチル−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.02部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、モダンマシナリー(株)製50mm単軸押出機を用いて、スクリュー回転数50rpm、樹脂温度280℃の条件で溶融混練し、MFR0.2g/10分、密度0.932g/cm3、グラフトモノマー量0.5重量%の変性ポリエチレン系樹脂(X4)を得た。
変性ポリエチレン系樹脂(X4)20重量%と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 (Y1:B2))80重量%を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して表5に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z9)を作製した。接着樹脂(Z9)としての密度及びMFRは、それぞれ、表5に示すとおりの値であった。
上記接着樹脂粉体(Z9)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表5に示した。次いでこの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表5に示した。
[変性ポリエチレン系樹脂(X5)の製造]
高密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.956g/cm3、MFR:0.8g/10分、MW/MN:7.5、FCI:1.15、日本ポリエチレン(株)製 A2と称す)80重量部と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.926g/cm3、MFR:0.8g/10分、日本ポリエチレン(株)製 B1と称す)20重量部からなる粉末状のポリエチレン系樹脂(A+B)100重量部に、無水マレイン酸0.8部および2,5−ジメチル−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.02部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、モダンマシナリー(株)製50mm単軸押出機を用いて、スクリュー回転数50rpm、樹脂温度280℃の条件で溶融混練し、MFR0.2g/10分、密度0.950g/cm3、グラフトモノマー量0.5重量%の変性ポリエチレン系樹脂(X5)を得た。
変性ポリエチレン系樹脂(X5)20重量%と直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 (Y1:B2))80重量%を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して表5に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z10)を作製した。接着樹脂(Z10)としての密度及びMFRは、それぞれ、表5に示すとおりの値であった。
上記接着樹脂粉体(Z10)を用いて、実施例1と同様に口金部材の円盤状部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表5に示した。次いでこの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表5に示した。
[変性ポリエチレン系樹脂(X6)の製造]
直鎖状低密度ポリエチレン樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製 B2と称す)からなる粉末状のポリエチレン系樹脂(B:LLDPE)100重量部に、無水マレイン酸0.8部および2,5−ジメチル−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.02部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、モダンマシナリー(株)製50mm単軸押出機を用いて、スクリュー回転数50rpm、樹脂温度280℃の条件で溶融混練し、MFR4g/10min、密度0.925g/cm3、グラフトモノマー量が0.5重量%の官能基含有ポリエチレン系樹脂(X2)を得た。
変性ポリエチレン樹脂(X6)20重量%と直鎖状低密度ポリエチレン樹脂(密度:0.924g/cm3、MFR:9g/10分、銘柄:Z50MG、日本ポリエチレン(株)製(Y1:B2と称す))80重量%を、90メッシュふるいをセットした機械式粉砕機を用いて粉砕後、平滑処理して、表5に示したような性状を有する接着樹脂粉体(Z11)を作製した。接着剤(Z11)としての密度及びMFRは、それぞれ、表5に示すとおりの値であった。
上記接着樹脂粉体(Z11)を用いて、実施例3と同様に口金部の円盤部に静電塗装を行い、厚み塗膜300μmの口金部材を作製し、その物性を表5に示した。次いでこの口金部材を使用して実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表5に示した。
また、比較例4は、表5に示すとおりの内容で、実施例1と同様に圧力容器を製造し、評価した結果を表5に示した。
本発明の実施例1〜8は口金部材に本発明による接着樹脂層を静電塗装法で形成したものであり、実施例9はシートで形成したものであるが、いずれも良好な結果であった。
一方、比較例1は、変性ポリエチレン(X)の原料である(イ)高密度ポリエチレンの使用量が本発明の範囲外では、接着強度が上がらず、分子量分布及びFCIが外れる場合もガス漏れテストに不合格であった。比較例3は、変性直鎖状低密度ポリエチレン樹脂単独であり、比較例4は、変性ポリエチレン(X)の使用量が本発明の範囲外であって、いずれも接着強度、ガス漏れテストが不合格であった。
2 外側の耐圧性の補強材(外側壁)
3、3´ 口金部材
4、4´ 接着樹脂
5 外側口金部材
6 Oリング
7 ライナー材の肩部
8 口金の円盤部
10 圧力容器
11 押出しダイス
12a パリソンa
12b パリソンb
13a 金型a
13b 金型b
14 支持部
15 支持台
Claims (13)
- 合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器と、該中空容器の外層に設けられた補強材で形成された補強材層とを有し、かつ少なくとも1つの口金部材を有する圧力容器であって、前記中空容器と前記口金部材とは、下記(a1)〜(a3)の特性を満足する高密度ポリエチレン系樹脂(イ)30〜100重量部と、下記(b1)および(b2)の特性を満足し、かつ、(イ)と異なるポリエチレン系樹脂(ロ)0〜70重量部とを、下記(a)〜(e)の官能基を有する化合物から選択された少なくとも1種の化合物によりグラフトしてなる、(x1)密度が0.91〜0.97g/cm3であり、かつ、(x2)メルトフローレートが0.01〜30g/10分であるグラフト変性ポリエチレン系樹脂(X)を含む接着樹脂(Z)を介して接着または溶着された圧力容器。
[特性]
(a1)密度0.94g/cm3〜0.97g/cm3、
(a2)メルトフローレート(JIS K6922−1(1997)条件D(温度190℃、荷重21.18Nにて測定))0.01〜30g/10分、
(a3)分子量分布(Mw/Mn)が7以下
(b1)密度0.90〜0.97g/cm3、
(b2)メルトフローレート0.01〜30g/10分
[官能基]
(a)カルボン酸基またはカルボン酸無水物基
(b)エポキシ基
(c)ヒドロキシル基
(d)アミノ基
(e)シリル基 - 前記高密度ポリエチレン系樹脂(イ)の粘度曲線指数(FCI)およびメルトフローレート(MFR)が、さらに、下記の式(1)を満足する請求項1に記載の圧力容器。
FCI≦−0.063×log(MFR)+1.10 (1) - 前記接着樹脂(Z)が、変性ポリエチレン系樹脂(X)0.5〜100重量%と、下記(A)〜(E)から選ばれる少なくとも1種の未変性ポリエチレン系樹脂または熱可塑性エラストマー(Y)0〜99.5重量%とからなる、(z1)密度0.86〜0.97g/cm3、(z2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の接着樹脂(Z)である請求項1または2に記載の圧力容器。
(A):(a1)密度0.94〜0.97g/cm3、(a2)メルトフローレート0.01〜100g/10分を有する高密度ポリエチレン系樹脂
(B):(b1)密度0.90〜0.94g/cm3未満、(b2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の直鎖状低密度ポリエチレン系樹脂
(C):(c1)メルトフローレート0.01〜100g/10分の高圧ラジカル法エチレン(共)重合体
(D):(d1)密度0.86〜0.90g/cm3未満、(d2)メルトフローレート0.01〜100g/10分の超低密度ポリエチレン系樹脂
(E):熱可塑性エラストマー - 前記(イ)、(ロ)、(A)、(B)または(D)の樹脂が、シングルサイト系触媒で製造されたポリエチレン系樹脂である請求項1〜3のいずれかに1項に記載の圧力容器。
- 前記接着樹脂(Z)が、官能基含有ポリエチレン系樹脂(X)5〜95重量%と、未変性ポリエチレン系樹脂または熱可塑性エラストマー(Y)5〜95重量%とからなる請求項1〜4のいずれかに1項に圧力容器。
- 前記接着樹脂(Z)が、前記(a)〜(e)の少なくとも1種の官能基を、接着樹脂(Z)全体の重量を基準として、0.001〜10重量%含有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の圧力容器。
- 前記合成樹脂製ライナー材は、少なくとも密度0.920〜0.970g/cm3のポリエチレン系樹脂を含む合成樹脂材料である請求項1〜6のいずれか一項に記載の圧力容器。
- 前記合成樹脂製ライナー材は、樹脂内に、エンジニアリングプラスチック、金属部材および無機充填剤の少なくとも1種が分散された複合材である請求項1〜7のいずれか一項に記載の圧力容器。
- 前記合成樹脂製ライナー材は、少なくとも熱可塑性樹脂層/接着層/バリア層を含む積層体からなる請求項1〜8のいずれか一項に記載の圧力容器。
- 前記補強材が、繊維強化材である請求項1〜9のいずれか一項に記載の圧力容器。
- 合成樹脂製ライナー材で形成された中空容器と、該中空容器の外層に設けられた補強材で形成された補強材層とを有し、かつ少なくとも1つの口金部材を有する圧力容器の製造方法であって、前記中空容器と前記口金部材とを、下記(a1)〜(a3)の特性を満足する高密度ポリエチレン系樹脂(イ)30〜100重量部と、下記(b1)および(b2)の特性を満足し、かつ、(イ)と異なるポリエチレン系樹脂(ロ)0〜70重量部とを、下記(a)〜(e)の官能基を有する化合物から選択された少なくとも1種の化合物によりグラフトしてなる、(x1)密度が0.91〜0.97g/cm3であり、かつ、(x2)メルトフローレートが0.01〜30g/10分であるグラフト変性ポリエチレン系樹脂(X)を含む接着樹脂(Z)を介して接着または溶着する圧力容器の製造方法。
[特性]
(a1)密度0.94g/cm3〜0.97g/cm3、
(a2)メルトフローレート(JIS K6922−1(1997)条件D(温度190℃、荷重21.18Nにて測定))0.01〜30g/10分、
(a3)分子量分布(Mw/Mn)が7以下
(b1)密度0.90〜0.97g/cm3、
(b2)メルトフローレート0.01〜30g/10分
[官能基]
(a)カルボン酸基またはカルボン酸無水物基
(b)エポキシ基
(c)ヒドロキシル基
(d)アミノ基
(e)シリル基 - 前記中空容器を合成樹脂製ライナー材のブロー成形により形成し、前記接着樹脂(Z)による接着剤層を粉体塗装により口金部材に形成し、該接着剤層を介して中空容器と口金部材とを接着または溶着する請求項11に記載の圧力容器の製造方法。
- 前記口金部材を、予め下地処理剤で処理する請求項11または12に記載の圧力容器の製造方法。
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