JP2010520827A - 自動車用空気ブレーキシステムにおいて使用するためのプラスチック管 - Google Patents

自動車用空気ブレーキシステムにおいて使用するためのプラスチック管 Download PDF

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Abstract

本発明は、外層および内層、ならびに任意選択的に内層と外層との間に位置する少なくとも1つの中間層を含む、自動車用空気ブレーキシステムにおいて使用するための多層プラスチック管に関し、内層および任意選択の中間層のうちの少なくとも1つの層は、1000〜2300MPaの範囲の曲げ弾性率を有し、少なくとも180℃の融解温度を有する半結晶性ポリアミドおよび/またはポリエステルポリマーを含む熱可塑性ポリマー組成物からなり、外層およびその他の残りの層は、コポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなる。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明
本発明は、自動車用空気ブレーキシステムにおいて使用するためのプラスチック管に関する。このような管のための特定の要件は、空気ブレーキシステムのための熱可塑性樹脂管類、車両における搭載および試験方法に関するISO7628−2に記載されている。ISO7628−2は、空気ブレーキシステムにおいて使用される管類のための最低要件を指定し、ISO7628−1に従ってその標識を可能にする。管類の標識は、管アセンブリ(すなわち、端部取付具の付いた管)が車両におけるその使用に適切であることを自動的には意味しない。
これらの管は熱形成可能でなければならないが、その一方で予備成形するために十分に剛性でなければならず、そして同時に、特に低温において、取付けのために十分にたわみ性であり、耐衝撃性でなければならない。管は耐油性であり、例えばオゾンおよび化学物質による環境応力亀裂に対して耐性でなければならず、そして特に、高温および高圧に対して耐性であり、すなわち管は高温で高い破裂圧力を有さなければならない。ISO7628−2において、管類は可能性のある2つのカテゴリー:
・10バール(または1000kPa)の最大作動圧力までの使用のための管類
・12.5バール(または1250kPa)の最大作動圧力までの使用のための管類
に属し、−40℃〜+100℃の温度範囲内であると定義された。
試験サイクル中に管が耐えることができなくてはならない破裂圧力は、通常、最大作動圧力よりも遥かに高い。
このような管は、米国特許第5032633号明細書から既知である。既知の管は、PA12組成物で製造されている。現在使用されている管は、約10重量%の可塑剤で可塑化されたPA12またはPA11組成物で製造されている。可塑剤は、低温で十分なたわみ性および耐衝撃性を付与するために必要とされる。
自動車エンジンの小型化のために、走行状態におけるボンネット下の温度はより高い値に到達し、そして最近の空気ブレーキシステムでは、より高い空気ブレーキ圧力も加えられる。例えばトラックの場合、最新の要件では、125℃で実施される試験が規定される。
可塑化PA12またはPA11組成物で製造された管に関連する問題は、高温での破裂圧力が低すぎることである。結果として、より高い破裂圧力耐性およびより優れた高温耐性を有する空気ブレーキ管が必要とされている。より高い融解温度を有するポリアミドを用いると、他の特性を相殺する増大した量の可塑剤を使用しなければ、低温で不十分な耐衝撃性が提供される。空気ブレーキ管類を保護するために車のエンジンに遮熱材を組み入れることは別の解決法かもしれないが、これはいつも可能であるとは限らず、コストも上昇させる。
特開平06107804号公報は、熱可塑性エラストマー組成物を含む多層管の中間層または外層内に編組み継ぎ糸(braid splicing yarn)を提供することによって、不適切な破裂圧力耐性の問題に対処する。しかしながら、この解決法は複雑でコストが高く、そして通常、管の伸縮性の低下をもたらす。
さらなる態様では、自動車用空気ブレーキシステムにおいて使用するためのプラスチック管は様々な直径および壁厚である。一般に、要求される破裂圧力を達成するためには、直径が大きい程、より大きい壁厚が必要とされる。それに関連する問題は、直径が小さい管では壁厚の増大が制限され、それにより破裂圧力耐性の増大も同様に制限されるが、直径がより大きい管では、一般に、壁厚の増大によってたわみ性および熱形成性の低下がもたらされることである。
従って、本発明の目的は、可塑化PA12またはPA11組成物で製造された管と比べて高温でより優れた破裂圧力性能、すなわち高温でより高い破裂圧力耐性を有するプラスチック管を提供することである。その一方で、管は低温におけるたわみ性および耐衝撃性のような他の良好な特性を保持しなければならず、熱形成可能で伸縮性でなければならない。
この目的は、外層および内層、ならびに任意選択的に内層と外層との間に位置する少なくとも1つの中間層を含み、内層および任意選択の中間層のうちの少なくとも1つの層が、1000〜2300MPaの範囲の曲げ弾性率を有し、少なくとも180℃の融解温度を有する半結晶性ポリアミドおよび/またはポリエステルポリマーを含む熱可塑性ポリマー組成物からなり、外層および任意選択の別の層が、コポリエステルエラストマーおよび/またはコポリアミドエラストマーを含むエラストマー組成物からなる、本発明に従う多層プラスチック管により達成された。
上記のように、エラストマー組成物からなる外層および任意選択の別の層と、熱可塑性ポリマー組成物からなる内層および/または中間層とを含む多層構造を含む本発明に従うプラスチック管の効果は、プラスチック管が、たわみ性、熱形成性、および低温衝撃などの他の特性を保持しながら高温で改善された破裂圧力耐性を有することであるが、これらの特性は小さいおよび大きい直径の管で保持され、これらの管の壁厚は限られた状態に保つことができる。本発明に従うプラスチック管の効果は、破裂圧力性能がPA12管よりも優れていることである。また、本発明に従うプラスチック管の特性の組み合わせは、例えば、1000〜2300MPaの範囲の曲げ弾性率を有する熱可塑性ポリマー組成物からなるプラスチック管、種々のエラストマー組成物の層からなる多層プラスチック管、および2300MPaよりも高い曲げ弾性率を有する熱可塑性ポリマー組成物からなる層を含む多層プラスチック管よりも優れている。これらのプラスチック管は、本発明に従うプラスチック管と比べて、少なくとも1つの特性において劣っている。
明確にする目的で、「多層プラスチック管」という用語は、本明細書では、少なくとも2つの層、すなわち外層および内層を含むプラスチック管であると理解されることが示される。外層および内層の次に、このような多層プラスチック管は、任意選択的に、少なくとも1つの中間層を含む。任意選択の少なくとも1つの中間層は、内層と外層との間に位置する。
本発明に従う多層プラスチック管では、外層は、コポリエステルエラストマーおよび/またはコポリアミドエラストマーを含むエラストマー組成物からなる。さらに、内層および任意選択の中間層のうちの少なくとも1つの層は、前記熱可塑性ポリマー組成物からなる。さらに、多層プラスチック管は、外層とは異なるがやはりエラストマー組成物からなる別の層またはその他の層を含んでもよい。これは、多層プラスチック管が、少なくとも1つの中間層を含む少なくとも3層を含む場合であり得る。従って、このその他の層は内層および中間層であり得る。その他の層は、その場合、前記熱可塑性ポリマー組成物からならない内層および任意選択の中間層のうちの1つまたは複数である。
本発明に従う多層プラスチック管における熱可塑性ポリマー組成物は、1000〜2300MPaの範囲の曲げ弾性率を有する。好ましくは、熱可塑性ポリマー組成物の曲げ弾性率は、25℃において、1200〜2000MPaの範囲であり、より好ましくは1400〜1800MPaの範囲である。制限された範囲の曲げ弾性率を有する熱可塑性ポリマー組成物の利点は、管が、高温での破裂圧力耐性と低温でのたわみ性とのさらに優れたバランスを有することである。熱可塑性ポリマー組成物の曲げ弾性率の変更は、ポリマー組成物への衝撃改質剤の添加、または共重合によるポリマーの変性、あるいは熱可塑性ポリマー組成物が熱可塑性エラストマーの場合には、結晶性(ハードブロック)および非結晶性(ソフトブロック)成分の割合の調整などの当業者に知られている様々な従来の技法によって得ることができる。
好ましくは、本発明に従う多層プラスチック管の外層は、最大でも1000MPa、好ましくは最大でも800MPa、600MPa、あるいはさらに最大でも500MPaの曲げ弾性率を有するエラストマー組成物からなる。好ましくは、外層の曲げ弾性率は、熱可塑性ポリマー組成物からなる内層および/または中間層の曲げ弾性率よりも低い。好ましくは、外層と、熱可塑性ポリマー組成物からなる層との間の曲げ弾性率の差は、少なくとも100MPa、より好ましくは少なくとも250MPa、そしてさらにより好ましくは少なくとも500Mpaである。熱可塑性ポリマー組成物よりも低い曲げ弾性率を有するエラストマー組成物からなる外層の利点は、高温での良好な破裂圧力が少なくとも大部分でそのように保持されながら、プラスチック管のたわみ性がさらに増大されることである。
外層のコポリエステルおよび/またはコポリアミドエラストマー組成物は、好ましくは、コポリエーテルエステルエラストマー、コポリエステルエステルエラストマー、および/またはコポリカーボネートエステルエラストマー、ならびに/もしくはこれらの混合物またはコポリマーなどのコポリエステルエラストマーを含む。より好ましくは、コポリエステルエラストマーは、ポリテトラメチレングリコールから誘導されるソフトブロックを含むコポリエーテルエステルエラストマー、またはポリカーボネートソフトブロックを含むコポリカーボネートエステルエラストマーである。これらの好ましいエラストマー、特に外層に含まれるコポリカーボネートエステルエラストマーの利点は、多層管のオゾン耐性がさらに向上されることである。
適切には、本発明に従う多層プラスチック管は、好ましくは、外層の次に、コポリエステルエラストマーおよび/またはコポリアミドエラストマーを含むエラストマー組成物からなる別の層を含む、少なくとも3つの層を含む。好ましくは、前記その他の層に含まれるエラストマー組成物は、最大でも1500MPa、より好ましくは300〜1250MPaの範囲、そしてさらにより好ましくは500〜1000MPaの範囲の曲げ弾性率を有する。より低い曲げ弾性率を有するその他の層に含まれるエラストマー組成物の利点は、プラスチック管が、高温での破裂圧力耐性の良好な保持と組み合わせて、より良好なたわみ性を有することである。
本発明に従う多層プラスチック管では、コポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなる層の硬度は広範囲にわたって変わり得る。適切には、前記硬度は40〜90ショアDの範囲、好ましくは50〜80ショアDの範囲である。
好ましくは、外層の硬度は、コポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなるその他の層の硬度に等しいかまたはそれよりも低く、好ましくは、外層は40〜70ショアDの範囲の硬度を有し、その他の層は60〜90ショアDの範囲の硬度を有する。外層のために使用されるより低い硬度の材料はより優れた衝撃性能を提供し、通常はより高価であるが、熱可塑性ポリマー中間層と併用されてより薄い外層が可能になる。
エラストマー組成物は、コポリエステルエラストマーおよび/またはコポリアミドエラストマーの次に、1つまたは複数の添加剤を含んでもよい。熱可塑性ポリマー組成物に含まれる添加剤は、エラストマー組成物に基づく管における使用に適したどんな添加剤であってもよい。より詳しくは、添加剤はその強度および/またはたわみ性に寄与する。あるいは添加剤は組成物の別の特性に寄与し、その強度および/またはたわみ性を損なわない、またはかなりの程度で生じさせる。適切には、添加剤は、以下の添加剤:安定剤、着色剤、加工助剤のうちの少なくとも1つである。適切な安定剤としては、紫外線安定剤、熱安定剤、酸化防止剤およびオゾン亀裂防止剤(anti−ozonant)が挙げられる。適切な加工助剤の例は潤滑剤および離型剤である。
好ましくは、エラストマー組成物は、コポリエステルエラストマーおよび/またはコポリアミドエラストマーの次に、エラストマー組成物の全重量に対して0.1〜30重量%、より好ましくは0.2〜20重量%、さらにより好ましくは0.3〜10重量%の全量の少なくとも1つの添加剤を含む。
少なくとも3つの層を含む多層プラスチック管において、熱可塑性ポリマー組成物からなる層は、好ましくは、中間層である。この管構造の利点は、高温での良好な破裂圧力がかなり保持されながらプラスチック管のたわみ性がさらにより増大されることである。
多層プラスチック管における熱可塑性ポリマー組成物は、少なくとも180℃の融解温度を有する半結晶性ポリアミドおよび/またはポリエステルポリマーを含む。
好ましくは、熱可塑性ポリマー組成物は半結晶性ポリエステルポリマーを含み、そして外層および任意選択のその他の層のエラストマー組成物は、コポリエステルエラストマーを含む。あるいは、熱可塑性ポリマー組成物は半結晶性ポリアミドポリマーを含み、そして外層および任意選択のその他の層のエラストマー組成物は、コポリアミドエラストマーを含む。
半結晶性ポリエステルポリマーは、少なくとも180℃の融解温度を有するどんな半結晶性ポリエステルポリマーであってもよい。類似して、半結晶性ポリアミドポリマーは、少なくとも180℃の融解温度を有するどんな半結晶性ポリアミドポリマーであってもよい。
好ましくは、熱可塑性ポリマー組成物は、半結晶性ポリエステルポリマーを含む。適切な半結晶性ポリエステルポリマーは、例えば、PBT、PET、PTT、PBN、PTN、およびPEN、ならびにこれらのコポリマーである。好ましくは、半結晶性ポリエステルポリマーはPBTを含む。
熱可塑性ポリマー組成物は、半結晶性ポリマーの次に、1つまたは複数の添加剤を含んでもよい。熱可塑性ポリマー組成物に含まれる添加剤は、その強度および/またはたわみ性に寄与するか、あるいは組成物の別の特性に寄与し、その強度および/またはたわみ性を損なわない、またはかなりの程度で生じさせる、熱可塑性ポリマー組成物中での使用に適したどんな添加剤であってもよい。適切には、添加剤は、以下の添加剤:安定剤、着色剤、加工助剤のうちの少なくとも1つである。適切な安定剤としては、紫外線安定剤、熱安定剤、酸化防止剤およびオゾン亀裂防止剤が挙げられる。適切な加工助剤の例は潤滑剤および離型剤である。
適切には、熱可塑性ポリマー組成物は衝撃改質ポリマー組成物であり、半結晶性ポリアミドまたはポリエステルポリマーの次に、衝撃改質剤を含む。適切には、衝撃改質剤は、ゴム、プラストマーおよびエラストマーからなる群から選択される。適切なゴムの例は、ポリブタジエンゴム、SBSおよびSEBSなどのスチレンブタジエンゴム、EPDMゴム、ならびにコアシェルアクリルを含むアクリルゴムである。プラストマーの例は、グラフト化ポリオレフィンである。適切なエラストマーの例は、ポリエーテルエステルブロックコポリマーである。好ましくは、衝撃改質剤はエラストマーである。衝撃改質剤としてエラストマーを使用する利点は、組成物が、曲げ弾性率が必要とされる動作限界内にあるより広い温度範囲を有し得ることであり、それにより、システム故障の可能性が最小限にされる。
好ましい実施形態では、熱可塑性ポリマー組成物は、PBT、PET、PTT、PBN、PTN、およびPENからなる群から選択される半結晶性ポリエステル、ならびに衝撃改質剤を含む衝撃改質ポリエステル組成物である。
半結晶性ポリマーを含む熱可塑性ポリマー組成物中の添加剤は、広範囲にわたって変わる全量で存在し得る。多層管において使用される熱可塑性ポリマー組成物のために適切な量は、プラスチック管のためのプラスチックを製造する当業者によって日常の実験および試験により決定することができる。
衝撃改質剤の量は、本発明の範囲内の目標の曲げ弾性によって決定されるであろう。好ましくは、熱可塑性ポリエステル組成物の全重量に対して、熱可塑性ポリマー組成物は、0.5〜30重量%、好ましくは5〜25重量%の量の衝撃改質剤と、任意選択的に、0.1〜25、好ましくは0.5〜20重量%の全量の1つまたは複数の他の添加剤とを含む。代替の実施形態では、目標の曲げ弾性率を達成するために、熱可塑性ポリエステル組成物の全重量に対して、10重量%未満の衝撃改質剤が必要とされる。
本発明に従う多層プラスチック管の直径およびその中の種々の層の厚さは、広範囲にわたって変わり得る。好ましくは、管は、4〜25mm、より好ましくは5〜20mm、またはさらに8〜15mmの範囲の外径、および0.8〜2.5mm、より好ましくは1〜2.2mm、またはさらに1.2〜2.0mmの範囲の壁厚を有する。また好ましくは、熱可塑性ポリエステル組成物からなる層は、管の壁厚に対して20〜75%、より好ましくは25〜60%の範囲の厚さを有する。好ましくは、多層プラスチック管は熱形成可能であり、それによって、編組み層の追加のために必要とされるようなさらなる処理工程が回避される。
本発明の好ましい実施形態では、多層プラスチック管は、60〜90ショアDの範囲の硬度を有するコポリエステルおよび/またはコポリアミドエラストマー組成物からなる内層(I)と、25℃で1000〜2000MPaの範囲の曲げ弾性率を有する熱可塑性ポリエステル組成物からなる中間(または中央)層(C)と、40〜70ショアDの範囲の硬度を有するコポリエステルおよび/またはコポリアミドエラストマー組成物からなる外層(O)とを含む3層管である。好ましくは、層Iの厚さは10〜45%、より好ましくは20〜40%であり、層Cの厚さは20〜60%、より好ましくは25〜50%、またはさらに30〜40%であり、層Oの厚さは10〜45%、より好ましくは20〜40%であり、ここでパーセンテージは管の壁厚に対するものである。
本発明は、自動車用空気ブレーキシステムにおける本発明に従う多層プラスチック管の使用にも関する。
本発明は、油圧流体ラインにおける本発明に従う多層プラスチック管の使用にも関する。
本発明は、本発明に従う多層プラスチック管を含む自動車用空気ブレーキシステムにも関する。
本発明は以下の実施例および比較実験によりさらに説明される。
[材料]
PA12:可塑化PA12、管の調製のための標準グレード。
TPE−A:360MPaの曲げ弾性率を有するポリエーテルエステルエラストマー。
TPE−B:900MPaの曲げ弾性率を有するポリエーテルエステルエラストマー。
PBT−A:2500MPaの曲げ弾性率を有する未変性PBT。
PBT−B:1600MPaの曲げ弾性率を有するゴム衝撃改質剤を含む変性PBT。
[押出成形による管の製造]
種々の構造(単層管、二重層管または三重層管のいずれかである)を有する管を製造するために標準的な押出成形装置において上記の材料を使用した。管は、9mmの内径、12mmの外径および1.5mmの壁厚を有した。管の構造に関するデータ、ならびに個々の層の組成および厚さは、表1にまとめられている。
[試験方法]
破裂圧力は、125℃の修正温度においてISO7628に従って測定した。
低温衝撃(cold impact)は、ISO7628に従って測定した。
熱形成性は、室温でマンドレルの周りに管を変形させ、変形した管における応力を維持し、高温において管を緩和させることによって測定した。
たわみ性は、手で管を曲げることによって測定した。
実施例I−IIおよび比較実験A−Eの管についての試験方法の結果は、表1にまとめられている。
Figure 2010520827

Claims (15)

  1. 自動車用空気ブレーキシステムにおいて使用するためのプラスチック管であって、前記プラスチック管が、外層および内層、ならびに任意選択的に前記内層と前記外層との間に位置する少なくとも1つの中間層を含む多層プラスチック管であり、前記内層および前記任意選択の中間層のうちの少なくとも1つの層が、25℃で1000〜2300MPaの範囲の曲げ弾性率を有し、少なくとも180℃の融解温度を有する半結晶性ポリアミドおよび/またはポリエステルポリマーを含む熱可塑性ポリマー組成物からなり、前記外層およびその他の残りの層が、コポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなることを特徴とするプラスチック管。
  2. 前記熱可塑性ポリマー組成物が、25℃で1200〜2000MPaの範囲の曲げ弾性率を有する請求項1に記載の多層プラスチック管。
  3. 前記外層が、25℃で最大でも1000MPaの曲げ弾性率を有するコポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなる請求項1または2に記載の多層プラスチック管。
  4. 前記熱可塑性ポリマー組成物層と前記外層との間の曲げ弾性率の差が、25℃で少なくとも1000Mpaである請求項1〜3のいずれか一項に記載の多層プラスチック管。
  5. 前記コポリエステルおよび/またはコポリアミドエラストマー組成物が、コポリエステルエラストマー、好ましくはポリテトラメチレングリコールから誘導されるソフトブロックを含むコポリエーテルエステルエラストマーを含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の多層プラスチック管。
  6. 前記多層プラスチック管が、25℃で最大でも1500MPaの曲げ弾性率を有するコポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなる内層および/または中間層を含む少なくとも3つの層を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の多層プラスチック管。
  7. 前記コポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなる層の硬度が、40〜90ショアDの範囲である請求項1〜6のいずれか一項に記載の多層プラスチック管。
  8. 前記外層の硬度が、コポリエステルエラストマー組成物および/またはコポリアミドエラストマー組成物からなるその他の層の硬度に等しいかそれよりも低く、好ましくは、前記外層が40〜70ショアDの範囲の硬度を有し、そしてその他の層が60〜90ショアDの範囲の硬度を有する請求項6に記載の多層プラスチック管。
  9. 前記熱可塑性ポリマー組成物からなる層が中間層である請求項1〜8のいずれか一項に記載の多層プラスチック管。
  10. 前記熱可塑性ポリマー組成物が、半結晶性ポリエステルおよび衝撃改質剤を含む衝撃改質ポリエステル組成物である請求項1〜9のいずれか一項に記載の多層プラスチック管。
  11. 前記衝撃改質剤が、ゴム、プラストマーまたはエラストマーからなる群から選択される請求項10に記載の多層プラスチック管。
  12. 前記衝撃改質剤がエラストマーである請求項10に記載の多層プラスチック管。
  13. 前記衝撃改質剤がエラストマーであり、前記熱可塑性ポリマー組成物が、0.5〜30重量%の量の衝撃改質剤を含む請求項10に記載の多層プラスチック管。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の多層プラスチック管の自動車用空気ブレーキシステムにおける使用。
  15. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の多層プラスチック管を含む空気ブレーキシステム。
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