JP2884700B2 - ゴムの接合方法 - Google Patents

ゴムの接合方法

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スチールコード等の基材に対するゴムの接
合方法の改良に関し、更に詳述すると、基材表面上にド
ライメッキ法等により金属薄膜を形成した後、ゴム組成
物を加硫接着する場合において、金属薄膜の接着力を改
良して基材とゴムとを接着性よく接合する方法に関す
る。
従来の技術 スチールコードなどの金属基材にゴム組成物を接合す
る場合、金属基材とゴム組成物との密着を改善するた
め、本発明者らは金属基材表面上にドライめっき法によ
り金属又は金属合金薄膜を付着形成し、次いでゴム組成
物を加熱圧着して加硫接着する方法を提案した(特開昭
62−87311号、同61−246278号公報)。
上記接合方法は、接着剤を用いずに金属基材とゴムを
強力に接合できるものであるが、金属又は金属合金のド
ライめっき薄膜と金属基材との接着性を更に向上させる
ため、通常金属基材に表面処理を施すことが行なわれ
る。
即ち、ドライめっきを施す前に金属基材表面を溶剤洗
浄、超音波洗浄、酸、アルカリ洗浄等の湿式法でクリー
ニングする方法、真空中で行なうプラズマクリーニング
(ボンバード)、逆スパッタ法などのドライ法でクリー
ニングする方法などが行なわれている。
また、上記公報で提案した方法においては、ドライめ
っき法としてスパッタリング法を採用した場合、真空蒸
着法に比べ、叩き出された金属原子がより高い運動エネ
ルギーを有するため、金属基材に対するドライめっき薄
膜の接着力を向上させることができ、一方イオンプレー
ティング法を採用した場合は、蒸発原子の一部がイオン
化されるため、基材にバイアス電位を印加して、イオン
化した金属原子を電気的に加速させ、高いエネルギーで
基材に叩きつけることにより、基材に対するドライめっ
き薄膜の接着力を向上させることができるなど、ドライ
めっき法を適宜選択採用して基材に対するドライめっき
薄膜の接着力を向上させることができる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、本発明者らが更に検討を行なった結
果、金属基材表面にドライめっき薄膜、特にドライめっ
き薄膜としてコバルト金属薄膜を形成した場合、上述し
た適宜な前処理、ドライめっき法を採用しても、より厳
しい条件下ではゴム層の破壊が生じる前に基材とゴム層
とを接着する役割を果すドライめっき薄膜部分の破壊が
生じることがあり、このためゴム系複合材料の接合強度
の低下が生じる場合があることを見い出した。
即ち、金属基材表面にコバルト金属薄膜を形成した
後、ゴム組成物を加熱圧着して硫黄加硫により接着する
場合、硫黄を例えば5〜6部と多量に配合し、通常40分
程度で行なう加硫を例えば600分程度の長時間加硫し、
得られたゴム系複合材料を−60℃程度の低温雰囲気下で
剥離試験を行なうと、コバルト金属薄膜内の破壊が生
じ、著しく接合強度が低下することを見い出し、更にこ
れは長時間加硫接着する際コバルト金属薄膜の強度が低
下することが原因であることを見い出した。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、金属等の基
材表面に基材とゴム層との接着機能を有する金属薄膜を
形成した後、ゴム組成物を加熱加硫するゴムの接合方法
において、金属薄膜のゴム加硫時の強度低下を防止し、
基材とゴムとを強固に接合する方法を提供することを目
的とする。
課題を解決するための手段及び作用 本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を重ね
た結果、基材表面にコバルト合金の薄膜を形成する際、
例えばドライめっきを酸化性の雰囲気下で行なって、コ
バルト合金酸化物が混在するコバルト合金薄膜(以下、
部分酸化コバルト合金薄膜という)を形成することによ
り、硫黄を5〜6部といった多量配合したゴム組成物を
600分程度の長時間加硫してゴム層を形成した場合であ
っても、−60℃程度の低温剥離試験で部分酸化コバルト
合金薄膜の破壊が生じず、従って該薄膜の基材とゴムと
を接着する機能が損なわれず、十分な機能を発揮させて
基材とゴムとを強固に接合できることを見い出し、本発
明をなすに至った。
従って、本発明は基材表面に部分酸化コバルト合金薄
膜を形成した後、該薄膜上にゴム層を加硫形成すること
を特徴とするゴムの接合方法を提供する。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のゴムの接合方法において、対象となる基材の
種類は特に制限されず、金属、セラミックス、プラスチ
ック等に適用可能である。この場合、金属基材の種類と
しては、例えば鉄鋼、ステンレススチール、チタン合
金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、亜
鉛、亜鉛合金、アモルファス合金などが挙げられるが、
これらに限定されるものではない。また、セラミック
ス、プラスチックとしてもその目的に応じて種々のもの
を選定することができる。
この基材の形状、サイズなどは目的に応じて適宜選定
されるが、例えばスチールワイヤー、スチールコード、
スチールタイヤコード、スチールケーブル、スチールス
トランド、スチールロッド、スチールプレート、スチー
ルフィラメント等(以下、これらをスチールコードと総
称する)、金属板や金属金具などがある。
これらの基材表面に部分酸化コバルト合金薄膜を形成
する場合、その前処理として上述したクリーニングを基
材に施して部分酸化コバルト合金薄膜との密着性を高め
ることが望ましい。
上記基材に対する部分酸化コバルト合金薄膜の形成方
法としては、ドライめっき法を採用することが好まし
く、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、DC及
び高周波マグネトロンスパッタリング法、2極スパッタ
リング法、高周波スパッタリング法、アーク放電式スパ
ッタリング法、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズ
マ法等が挙げられるが、特にイオンプレーティング法、
DC及び高周波マグネトロンスパッタリング法、高周波ス
パッタリング法が好ましい。
上記方法で形成される部分酸化コバルト合金薄膜は、
コバルトをベースとしこれと他の金属からなり、合金の
一部が均一に酸化されたものである。
ここで、部分酸化コバルト合金薄膜の合金組成は、例
えばCo−Ni,Co−Cr,Co−Ti,Co−Fe,Co−Zr,Co−Zn,Co−
Sn,Co−P等が挙げられるが、勿論三元、四元合金等で
あってもよい。これらの組成は、コバルトが50原子%以
上であることが好ましく、またその上限は99原子%であ
ることが望ましく、その範囲で種々選定できる。具体的
にはCo−Niの場合、Niが5〜40原子%、特に10〜25原子
%、Co−Crの場合、Crが5〜25原子%、特に7〜15原子
%、Co−Tiの場合、Tiが5〜40原子%、特に10〜30原子
%、Co−Feの場合、Feが1〜40原子%、特に3〜30原子
%、Co−Zrの場合、Zrが5〜40原子%、特に10〜30原子
%、Co−Zrの場合、Znが5〜40原子%、特に10〜25原子
%、Co−Snの場合、Snが5〜40原子%、特に10〜25原子
%の範囲が好ましい。
また、部分酸化コバルト合金薄膜の酸素含有量(酸化
度)は2〜35原子%、特に5〜20原子%が好ましく、2
%未満の酸化度では接合強度向上効果が現われない場合
があり、一方35原子%より酸化度を高くすると接合強度
が低下する場合がある。なお、部分酸化コバルト合金薄
膜の酸化度は全合金元素中の酸素原子の原子%である。
上述したドライめっき法により上記部分酸化コバルト
合金薄膜を形成する場合、合金薄膜は例えばスパッタリ
ング法でターゲットとして合金ターゲットを用いたり、
ベース金属ターゲット上に別金属片を載せるチップター
ゲット法などを採用して行なうことができる。一方、該
合金薄膜を部分酸化する方法としては、成膜時に酸化性
を有するガスと反応させる方法が好適で、一般には反応
性スパッタリング法が採用される。また、予め酸化物を
含む物質より成膜する方法、例えば酸化物ターゲットの
スパッタリング法などによっても行なうこともできる。
上記反応性スパッタリング法を採用する場合、雰囲気ガ
ス中に空気や酸素ガスを混合し、その濃度を変えること
によって薄膜の酸化度をコントロールすることができ
る。
上記部分酸化コバルト合金の膜厚は目的に応じ適宜選
定することができるが、通常10Å〜100μmが薄膜の生
産性から好ましく、特に50Å〜1μmが好ましい。
なお、部分酸化コバルト合金薄膜を加硫して基材とゴ
ム層を接合する前に、必要により部分酸化コバルト合金
薄膜を100〜400℃、好ましくは150〜300℃で1秒〜3時
間熱処理することができる。
本発明方法は、このように基材表面に部分酸化コバル
ト合金薄膜を形成した後、ゴム組成物を加硫して基材と
ゴム層を接合するものである。
ここで、ゴム組成物中のゴム成分は、天然ゴム(N
R)、および構造式中に炭素−炭素二重結合を有する合
成ゴムを単独あるいは2種以上ブレンドしたものが使用
できる。上記合成ゴムにはイソプレン、ブタジエン、ク
ロロプレン等の共役ジエン化合物の単独重合体であるポ
リイソプレンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)、
ポリクロロプレンゴム等、前記共役ジエン化合物とスチ
レン、アクリロニトリル、ビニルピリジン、アクリル
酸、メタクリル酸、アルキルアクリレート類、アルキル
メタクリレート類等のビニル化合物との共重合体である
スチレンブタジエン共重合ゴム(SBR)、ビニルピリジ
ンブタジエンスチレン共重合ゴム、アクリロニトリルブ
タジエン共重合ゴム、アクリル酸ブタジエン共重合ゴ
ム、メタアクリル酸ブタジエン共重合ゴム、メチルアク
リレートブタジエン共重合ゴム、メチルメタアクリレー
トブタジエン共重合ゴム等、エチレン、プロピレン、イ
ソブチレン等のオレフィン類とジエン化合物との共重合
体〔例えばイソブチレンイソプレン共重合ゴム(II
R)〕、オレフィン類と非共役ジエンとの共重合体(EPD
M)〔例えばエチレン−プロピレン−シクロペンタジエ
ン三元共重合体、エチレンプロピレン−5−エチリデン
−2−ノルボルネン三元共重合体、エチレンプロピレン
−1,4−ヘキサジエン三元共重合体〕、シクロオレフィ
ンを開環重合させて得られるポリアルケナマー〔例えば
ポリペンテナマー〕、オキシラン環の開環重合によって
得られるゴム〔例えば硫黄加硫が可能なポリエピクロロ
ヒドリンゴム〕、ポリプロピレンオキシドゴム等が含ま
れる。また、前記各種ゴムのハロゲン化物、例えば塩素
化イソブチレンイソプレン共重合ゴム(Cl−IIR)、臭
素化イソブチレンイソプレン共重合ゴム(Br−IIR)等
も含まれる。更に、ノルボルネンの開環重合体も用い得
る。また更に、ブレンドゴムとしては上述のゴムにエピ
クロルヒドリンゴム、ポリプロピレンオキシドゴム、ク
ロルスルフォン化ポリエチレン等の飽和弾性体をブレン
ドして用いることもできる。
上記ゴム成分には、更に常法に従い、目的、用途など
に応じてカーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、
硫酸カルシウム、クレイ、マイカ等の充填剤、鉱物油、
植物油等の軟化剤、硫黄その他の架橋剤、加硫促進剤、
亜鉛華、ステアリン酸等の加硫促進助剤等を添加してゴ
ム組成物を調製することができる。
なお、本発明においては、部分酸化コバルト合金とゴ
ムとの加硫接着促進剤として有機コバルト塩類を特に配
合する必要はない。
上記ゴム組成物と基材表面の部分酸化コバルト合金薄
膜との接合は、該薄膜上にゴム組成物を加熱圧着して加
硫接着するものであるが、加硫法は硫黄加硫のほか、ジ
チオモルフォリン、チラウム加硫等の有機硫黄化合物に
よる有機硫黄加硫などが採用され、常法に従って加硫す
ることができる。これらの中では特に硫黄加硫による方
法が好ましい。この場合、硫黄や有機硫黄化合物中の硫
黄の配合量はゴム成分100重量部に対して0.5〜7重量
部、特に1〜6重量部とすることが好ましい。
本発明方法では、上記硫黄を例えば5〜6部といった
多量配合したゴム組成物で、長時間加硫接着を行なった
場合でも、部分酸化コバルト合金薄膜内の強度低下が生
じず、基材とゴムとを強固に接合でき、このため、本発
明方法は金属等の基材とゴムとの接合強度を必要とする
タイヤ、動力伝達ベルト、コンベアベルト、ホース等の
繊維状金属を芯材に用いたゴム系複合材料や防振ゴム、
免振材、ゴムクローラ、ラバースクリーン、ゴムロール
などの各種ゴム製品や部品類の製造に広く応用できる。
発明の効果 以上説明したように、本発明方法は基材表面に部分酸
化コバルト合金薄膜を形成した後、該薄膜上にゴム層を
加硫形成したことにより、ゴムの加硫剤である硫黄の配
合量や加硫接着時間に影響されないで基材とゴム層とを
強固に接合できるものである。
次に、実施例と比較例を示し、本発明を更に具体的に
示すが、本発明は下記の実施例に限定されるものではな
い。
〔実施例、比較例〕
基材として黄銅メッキを施したスチールコード(径:
0.18mm,撚構造:3+9)を用い、このスチールコード表
面を高周波13.56MHz、パワー100Wで5分間アルゴンプラ
ズマ処理した。
上記処理を施したスチールコードにDCマグネトロンス
パッタリング法により、第1表に示す組成の部分酸化コ
バルト合金薄膜を0.05μmの厚さで同表に示す酸化度に
おいて形成した。ここで、スパッタリング条件は、合金
ターゲットを用い、酸素ガスを5〜10容量%含有するア
ルゴンガスにてガス圧力5mTorr、パワー0.5A×400V、時
間30秒とした。
次いで、上記コードを第1表に示す組成の未加硫ゴム
組成物と貼り合せた後、145℃で600分の長時間加硫接着
を行なった。
このようにして得られた加硫接着試料について、−60
℃の雰囲気下で低温剥離試験を引張り試験機を用いて行
ない、接着力を測定すると共に、破断面の観察をして、
下記基準で接着性能を評価した。
接着性能 F(%):ドライめっき薄膜の破壊面積 R(%):ゴムの破壊面積 F+R=100% なお、合金の組成を発光分析法により、また、ドライ
めっき薄膜の酸化度をX線光電子分光(XPS)法により
ドライメッキ薄膜全体の平均値として測定した。
以上の結果を第2表に示す。
第2表の結果より、コバルト単一金属の場合(比較
例)では、長時間加硫後の低温剥離試験で接着不良であ
ることが認められる。
これに対して、コバルト合金とした場合、長時間加硫
後でも優れた接着性能を示し、加硫時間に影響されない
安定した複合体が得られることが認められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 壽夫 神奈川県川崎市宮前区馬絹969―1 (56)参考文献 特開 昭62−189117(JP,A) 特開 昭62−87310(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08J 5/00 - 5/02 C08J 5/12 - 5/22 C09J 5/00 B32B 1/00 - 35/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基材表面にコバルト合金酸化物が混在する
    コバルト合金薄膜を形成した後、該薄膜上にゴム層を加
    硫形成することを特徴とするゴムの接合方法。
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