JP3979926B2

JP3979926B2 - フッ素ゴムチューブの製造方法

Info

Publication number: JP3979926B2
Application number: JP2002331420A
Authority: JP
Inventors: 耕司林; 暁直北川; 康政江見
Original assignee: 株式会社三ツ星
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: JP2004160902A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐熱性、耐薬品性などに優れた特殊ゴムチューブに関する。具体的にはフッ素ゴムチューブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年フッ素ゴムは、優れた耐熱性、耐薬品性を有する弾性体として市販され、その加工品が種々の分野に種々の形状で利用されている。利用される分野の例としては、半導体工業分野、化学工業分野、医療・医薬分野などであり、形状としては、各種のＯ−リングに代表されるシール材形状、チューブ形状、断面が異形の長尺形状品、柔軟なシート状などがある。
【０００３】
［フッ素ゴムの定義］
本発明で用いる用語「フッ素ゴム」とは、炭素原子が共有結合により鎖状に連なった高分子で、分子中にフッ素を結合状態で含む、常温で弾性を示すゴム材料を指すものとする。
而して、すでに種々のフッ素ゴムが開発されあらゆる産業分野に利用されている。フッ素ゴムは一般的に他の合成ゴムと比較して、耐薬品性、耐熱性に優れているが、子細に見ると分子構造の違いによってその性質に違いがある。例えば、強酸に対しては強い耐性を示すが、強アルカリに対しては耐性を示さない種類のフッ素ゴムもあるが、強アルカリ、強酸両者に強い耐性を示すフッ素ゴムもある。第１表に現在市販されている、代表的なフッ素ゴムの分子構造と大まかな性質を示す。
【０００４】
【表１】

【０００５】
注）
VF2：ビニリデンフルオライド CF₂=CF₂
HFP：ヘキサフルオロプロピレン CF₂=CFCF₃
TFE：テトラフルオロエチレン CF₂=CF₂
PMVE：パーフルオロメチルビニルエーテル CF₂=CFO(CF₃)
Pr:プロピレン CH₂=CHCH₃
E:エチレン CH₂=CH₂
＊：タイプIのゴムを１としたときの相対値
＊＊：「-」は共重合を表す。例えば、VF2-HFPはビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレン共重合体の意味である。
【０００６】
タイプIのフッ素ゴムは、ダイキン工業（株）よりダイエル７００番系(シリーズ)として、デュポン（株）からは、バイトンＡタイプとして市販されている。タイIIのフッ素ゴムは、ダイキン工業（株）から、ダイエル９００番系（シリーズ）として、デュポン（株）からはバイトンＢタイプとして市販されている。タイプIIIのフッ素ゴムは、旭硝子（株）からＫＦポリマーなる商品名で市販されている。タイプIVのフッ素ゴムは、デュポン（株）よりバイトンＧＬＴなる商品名で市販されている。タイプVのフッ素ゴムは、デュポン（株）よりバイトンＥＴＰなる商品名で市販されている。タイプVIのフッ素ゴムは、ダイキン工業（株）よりダイエルパーフルオロなる商品名で、デュポン（株）からは、カルレッツなる商品名で市販されている。
表１で示されるタイプI、II、IVのフッ素ゴムは、ビニリデンフルオライドを主成分とするビニリデン系フッ素ゴムであり、タイプIV、V、VIのフッ素ゴムはパ−フルオロビニルエーテル（ＰＭＶＥ）が共重合されてなるフッ素ゴムである。
この表１から分かる通り、タイプVIのフッ素ゴムの性能が最も良好であるがコストが極めて高い。次いで、タイプIV、タイプVの性能がよいがコストはタイプIに比べて１０倍程度である。これらに共通していることは、いずれも分子中にＰＭＶＥを含むことであり、このモノマーを共重合したフッ素ゴムは、一般に耐アルカリ性、耐酸性、耐油性、耐薬品性、耐熱性などの諸性質が優れている。しかしながら、ＰＭＶＥは現在の技術では安価に製造することが出来ず、必然的にＰＭＶＥを含むフッ素ゴムはコストが高くなる。
【０００７】
［使用するゴム材料の配合］
本発明で使用するフッ素ゴムは、単独で使用してもよいが、通常は加硫剤のほかに補強剤、必要に応じて加工助剤、可塑剤、着色剤などを充填剤として添加する。
フッ素ゴムの加硫には、アミン系加硫剤、ポリオール系加硫剤及びパーオキサイド系加硫剤が使用されるが、本発明においてはいずれの加硫剤も使用できる。パーオキサイド系加硫剤としては、一般にジクミールパーオキサイドなどの有機過酸化物とトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）の組み合わせが使用される。ポリオール系加硫剤としては、アンモニュウム塩やホスホニュウム塩とビスフェノールＡやビスフェノールＡＦの組み合わせで用いられる。アミン系加硫剤としては、ヘキサメチレンジアミンカーバメートなどが使用できる。
これらの加硫剤、加硫助剤、補強剤などの添加剤は、分子構造の違うフッ素ゴムでも、ほぼ共通して使用できる特徴がある。
【０００８】
加硫剤以外の添加剤、例えば、加硫反応時に発生するフッ酸を中和する受酸剤として金属酸化物を配合することが出来る。また、成型品の補強を目的として、カーボンブラック、シリカ、クレー、珪藻土など無機粉末が一般的に使用されるが、これらの補強剤を添加することもできる。これらの各種添加剤が混練されていても本発明を阻害するものではない。
【０００９】
［加硫工程］
フッ素ゴムの加硫は、通常２段階で行われる。すなわち、生ゴムに所定量の充填剤、加硫剤などを均一に混合したコンパウンドを所定形状の金型中にて圧力１〜１０メガパスカル加えた状態で、温度１５０℃ないし１９０℃に０．１〜１時間保つ。このような加圧と加熱の同時操作は、通常熱プレス装置により行うのが一般的であるが、高圧釜の中に未加硫の成型品を入れて高圧蒸気を吹き込んで加硫する方法もある。この高圧下、加熱する操作を一般に一次加硫と称している。次いで、一次加硫行程の終わった加工品を、無加圧の状態で２００℃前後の温度で、２〜２４時間加熱処理する。この間に加硫はさらに進み、加硫時に発生するガス状物質が揮発し、加硫物の物性は向上する。
この加硫工程は、表１に示した分子構造の違うフッ素ゴムのいずれにも適用できる。
【００１０】
［本発明品の形状］
本発明はフッ素ゴムに関するものであり、いかなる加工形状にも適用できる加工法である。即ち、Ｏ−リング状、チューブ状、シート状、断面が異形の長尺押出品及び電線被覆などに適用できる加工法である。なかんずく加圧下で加熱することが難しい押出成形で成形する長尺成型品に好適に適用される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
形状がチューブ状や異形断面を有する長尺ものである場合には、すでに述べた一般的な金型を使用するプレス加硫を採用することが出来ない。このような長尺押出形状品の場合、押し出された未加硫状態のチューブまたは長尺の異形押出品を、加硫釜などの高圧容器に納めて高圧蒸気加硫を行うのが一般的である。本発明者らもこの方法により、断面異形形状のフッ素ゴムの一次加硫を試みたが、蒸気加圧下での加熱時に変形し、歪んだ形状の異形品しか得られなかった。また、チューブ形状のフッ素ゴムの加硫を試みたが、チューブは圧力によって潰れて形状を保つことが出来ず、変形した形状の加硫品しか得られなかった。
本発明者らはかかる問題は、圧縮成形、ロール成形、押出成形または射出成形により付形された未加硫フッ素ゴムコンパウンドに、電離性放射線を照射して予備加硫を行った後、加熱する事により後加硫を行うことを特徴とするフッ素ゴムの加工方法により解決できることを見出した。即ち、高圧蒸気による一次加硫に代えて、押し出された未加硫の異形長尺品に常温常圧下で放射線照射を行い、しかる後常圧下で加熱加硫を行うことにより変形のない加硫された異形押出フッ素ゴム成型品を得ることが出来ることを見出した。
【００１２】
本発明において、付形された未加硫フッ素ゴムコンパウンドは、異形長尺品に限らず、Ｏリングなど金型により付形される形状の物であってもよい。
【００１３】
本発明のフッ素ゴムチューブの製造方法（請求項１）は、チューブ状に付形された未加硫のフッ素ゴムコンパウンドに、加硫剤が分解しない温度でガンマ線を照射して予備架橋を行った後、加硫剤が分解する温度で後加硫を行うことを特徴とする。本発明で使用する用語「コンパウンド」とは、生ゴムに少なくとも一種類の加硫剤が必要量均一に混練されたものと意味するものである。
本発明の製造方法において、前記ガンマ線が、コバルト６０を線源としているものが好ましい（請求項２）。
また、前記フッ素ゴムコンパウンドが、ビニリデン系フッ素ゴムを主成分としたものである（請求項３）、または、パーフルオロアルキルビニルエーテルが共重合されてなるフッ素ゴムを主成分としたものであるものが好ましい（請求項４）。
さらに、前記チューブが異なるフッ素ゴムコンパウンドからなる二層チューブであるものが好ましい（請求項５）。
このような二層チューブの製造方法であって、前記チューブが、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロメチルビニルエーテルの三元共重合体からなるフッ素ゴムコンパウンドを内層とし、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンの三元共重合体からなるフッ素ゴムコンパウンドを外層としているものが好ましい（請求項６）。
【００１４】
【作用および発明の効果】
本発明のフッ素ゴム成形体の製造方法（請求項１）は、付形された未加硫のフッ素ゴムコンパウンドを、加硫剤が分解しない温度でガンマ線を照射して予備架橋を行うため、加硫剤の分解による発泡などが発生しない。つまり、その発泡による成形体の変形を防ぐために予備架橋を高圧などの過酷な条件で行う必要がなく、添加剤等の種類も減らすことができる。そのため、付形された未加硫のフッ素ゴムコンパウンドを変形させることなく予備架橋ができる。予備架橋されたフッ素ゴムコンパウンドは、塑性流れが減少し、弾性が増大する。そのため、この予備架橋されたフッ素ゴムコンパウンドを加硫剤が分解する温度で、さらに高圧などの過酷な条件で後加硫を行っても、加硫反応により微量の水分や加硫剤の分解物がガス状になって発生するが、ガンマ線の照射により前架橋が進んでいるので、加工品がスポンジ状になったり型くずれが起る事はない。これに対し、電離性放射線の照射による前架橋をせず加熱加硫のみ行う場合は、コンパウンドの粘度が加熱により低下して、発生するガスにより発泡してスポンジ状の不良品となり、複雑な形状品の場合は、粘度低下により型くずれが起って不良品しか得られない。これに対し、本発明の製造方法ではこれらを防止することができる。
【００１６】
本発明の製造方法は、前記未加硫フッ素コンパウンドが、ビニリデン系フッ素ゴム（請求項５）あるいは、パーフルオロアルキルビニルエーテル（請求項６）を主成分としたものである場合、前述した作用及び効果を最大限に奏することができる。また、特にパーフルオロアルキルビニルエーテルがパーフルオロメチルビニルエーテルである場合優れている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら本発明によって製造されるフッ素ゴムチューブの実施形態を説明する。図１は本発明の製造方法によって、成形されたフッ素ゴムチューブの実施形態を示す断面図であり、図２は本発明の範囲外の六角形断面を有するフッ素ゴム成形体の長尺を示す断面図であり、図３は本発明の範囲外のフッ素ゴム成形体のＯ−リングを示す断面図である。
【００１８】
図１のフッ素ゴムチューブ１はフッ素ゴムコンパウンドをチューブ状に押出成形にて成形された、未加硫のフッ素ゴムチューブを予備架橋を行い、さらに、後加硫を行い製造する。
【００１９】
未加硫のフッ素ゴムチューブは、金型が取り付けられた一台のスクリュー押出機により製造することができる。フッ素ゴムコンパウンドを溶融し、押出機を用いて押出す。フッ素ゴムコンパウンドがこの押出機を用いて押出される。この連続した未加硫のフッ素ゴムチューブにガンマー線を常温常圧で５〜５００ｋＧｙ（キログレイ）照射し、予備架橋を行った。
その後、予備架橋された未加硫フッ素ゴムチューブを電気炉中で加硫剤の分解温度以上の温度で１０〜５０時間加熱加硫を行う。この加硫反応により微量の水分や加硫剤の分解物がガス状になって発生するが、電離性放射線の照射により前架橋が進んでいるので、加工品がスポンジ状になったり型くずれが起る等を防ぐことができる。この加熱温度は加硫剤によって異なるが、１５０〜３００℃が好ましい。このフッ素ゴムチューブの大きさは、特に限定されるものではないがチューブ内径０．１〜１００ｍｍ程度、チューブ外径０．５〜２００ｍｍ程度のものが好ましい。これにより、フッ素ゴムチューブを変形させる事なく製造することができる。
【００２０】
［電離性放射線の照射］
電離性放射線としては、Ｘ線、ガンマ線などがあるが、最も簡便に用いられるのは、コバルト６０を線源とするガンマ線がある。照射温度は特に規定されるものではないが、フッ素ゴムコンパウンド中の加硫剤が分解しない温度、通常は８０℃以下が好ましく、特に常温での照射が特別な加熱装置などを使う必要がなく有利である。
照射する線量は、引き続く加熱処理時に発泡することなく、かつ型くずれする事がない程度に架橋することが望ましい。５ｋＧｙ以下では放射線架橋の効果が薄く、３００ｋＧｙ以上では材料の劣化を招くおそれがあるため、５ないし３００ＫＧｙ（キログレイ）、就中１０ないし１００ＫＧｙが好ましい。
【００２１】
本発明の範囲外の図２の正六角形断面を有するフッ素ゴム成形体２は、押出成形により成形される未加硫のフッ素ゴム成形体に前述した放射線による予備架橋および電気炉での加熱を順番に行うことで得ることができる。これにより、従来用いていた圧縮用金型を用いることなく、架橋することができる。
【００２２】
図３のＯ−リング３は、溶融したフッ素ゴムコンパウンドをＯ−リング用の金型に流し込み、その後冷却して生成した未加硫のフッ素ゴム成形体に前述した放射線による予備架橋および電気炉での加熱を順番に行うことで得ることができる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明を実施例に従ってさらに詳しく説明する。
[実施例１]
フッ素ゴムとして、ダイキン工業（株）が市販するダイエルＧ−９０２（第１表のタイプII相当）とダイエルパーフルオロＧＡ−５５（第１表のタイプVI相当）を用意した。いずれのコンパウンドも、生ゴム１００重量部に対して、加硫剤としてジクミールパーオキサイド１．５重量部、加硫助剤としてトリアリルイソシアヌレート４重量部、補強剤としてＭＴカーボン２０重量部が均一に混練されている。
これらのコンパウンドを、図４に示すごとく金型Ｉを介して配置されたａ、ｂ２台のスクリュー押出機のうち、ｂにダイエルパーフルオロＧＡ−５５コンパウンドを、ａにダイエルＧ−９０２コンパウンドをチャージした。
使用したスクリュー押出機ｂのシリンダー径は３０ミリ、Ｌ／Ｄは２５であり、押出機ａのシリンダー径は、４０ミリ、Ｌ／Ｄは２５である。いずれの押出機も、ホッパー側から４ゾーンに分けて温度調節を行い、各ゾーンの温度を６０℃、６５℃、７０℃、７５℃に保った。金型温度は７５℃である。
金型Ｉの概略組立図を図５に示した。この金型は、外径６ミリ、内径４ミリ、全体の肉厚１ミリのチューブが押し出されるように製作されており、内外層の厚みは、押出機ａ、ｂのスクリュー回転数を制御する事により調節できる。本実施例では、押出機ｂのスクリュー回転数を５ｒｐｍ、押出機ａのスクリュー回転数を１５ｒｐｍで行い、内層厚み０．２ｍｍの分子中にパーフルオロアルキルビニルエーテルを含むフッ素ゴム、外層厚み０．８ｍｍの分子中にパーフルオロアルキルビニルエーテルを含まないフッ素ゴムで構成された、未加硫２層チューブを押し出すことが出来た。チューブの線速は、４．２ｍ／ｍｉｎ．であった。
未加硫２層チューブは、内径４ミリ、外径６ミリで内外層の厚みもほぼ設計通りであった。次いで、この連続した未加硫２層チューブから１５メートルを切り取り、コバルト６０を線源とするガンマ線を５０ＫＧｙ照射して予備加硫を行った。その後さらに電気炉中で１８０℃で５時間加熱加硫を行ない、加硫２層チューブを得た。加熱加硫中に発泡することも型くずれも起らなかった。
【００２４】
［比較例１］
実施例１の押出工程で得られた未加硫２層チューブを１５メートル切り取り、電離性放射線を照射することなく電気炉中で１８０℃で５時間加熱加硫を行った。得られた物は、加硫反応は進んでいたが、形状は潰れてチューブ状を保ち得ず、且つ発泡が見られた。
【００２５】
［実施例２］
シリンダー径４０ミリ、Ｌ／Ｄ２５の押出機を用いて、それぞれダイキン工業（株）が市販するダイエルＧ−７０２（第1表のタイプＩ相当）、ダイエルＧ−９０２（第1表のタイプII相当）、ダイエルＧ−５０１（第１表のタイプII相当）、およびダイエルパーフルオロＧＡ−５５（第１表のタイプVI相当）の各種未加硫フッ素ゴムコンパウンドを押出してチューブを得た。チューブの外径は６ミリ、内径４ミリ、全体の肉厚１ミリである。いずれの材料も押出条件は同一である。即ち、シリンダーの温度条件はホッパー側から４ゾーンに分けて６０℃、６５℃、７０℃、７５℃に保った。金型温度は７５℃である。押出機のスクリュー回転数を１８ｒｐｍで行い、チューブ押出の線速は、ゴム材料の種類により多少異なるが、４．２ｍ／ｍｉｎ．前後であった。
次いで、各未加硫押出チューブ１５メートルに、コバルト６０を線源とするガンマ線を５０ＫＧｙ照射した後に、１８０℃で５時間加熱処理した。いずれのチューブも型くずれも発泡もなく、充分使用に耐えるものであった。
【００２６】
【表２】

【００２７】
（注１）テトラブチルアンモニュウムヒドロキシド
（注２）Ｎ，Ｎ−ジシンナミリデン−１，６−ヘキサンジアミン（ダイキン工業の商品名）
（注３）２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン（日本油脂）
【００２８】
［実施例３］
実施例２で得られた加硫チューブのチューブポンプテストを行った。使用したチューブポンプは、（株）アズワンから発売されている、カートリッジチューブポンプＣＴＰ−３である。使用した液体は水である。結果を表３に示した。
【００２９】
【表３】

（注）６＊４は、チューブの外径６ミリ、内径４ミリの意味
【００３０】
この結果実施例２で得られた加硫後の各種フッ素ゴムチューブは、充分実用に耐えるものであることが明らかとなった。
【００３１】
［比較例２］
実施例２の押出工程で得られた未加硫チューブを１５メートル切り取り、電離性放射線を照射することなく電気炉中で１８０℃で５時間加熱加硫を行った。得られた物は、加硫反応は進んでいたが、形状は潰れてチューブ状を保ち得ず、且つ発泡が見られた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のフッ素ゴムの加工方法、即ち、圧縮成形、ロール成形、押出成形または射出成形により付形された未加硫フッ素ゴムコンパウンドに、電離性放射線を照射して予備加硫を行った後、加熱する事により後加硫を行うことを特徴とするフッ素ゴムの加工方法は、異形断面を有する長尺成型品、例えばフッ素ゴムチューブの成形加工に特に有効な方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製造されるフッ素ゴムチューブの実施形態であるフッ素ゴムチューブを示す断面図である。
【図２】本発明の範囲外の製造方法によって製造される正六角形断面を有するフッ素ゴム成形体を示す断面図である。
【図３】本発明の範囲外の製造方法によって製造されるＯ−リングを示す断面図である。
【図４】本発明の製造方法によって製造される二層フッ素ゴムチューブを成形する押出機配置概念図を示した一例である。
【図５】本発明の製造方法によって製造される二層フッ素ゴムチューブを成形する金型略図の一例である。
【符号の説明】
１フッ素ゴムチューブ
２フッ素ゴム成形体
３Ｏ−リング
ａ押出し機
ｂ押出し機
ｃスクリュー
Ｉ金型

Claims

チューブ状に付形された未加硫のフッ素ゴムコンパウンドに、加硫剤が分解しない温度でガンマ線を照射して予備架橋を行った後、加硫剤が分解する温度で後加硫を行うことを特徴とするフッ素ゴムチューブの製造方法。
前記ガンマ線が、コバルト６０を線源としている、請求項１記載のフッ素チューブの製造方法。
前記フッ素ゴムコンパウンドが、ビニリデン系フッ素ゴムを主成分としたものである、請求項１記載のフッ素ゴムチューブの製造方法。
前記フッ素ゴムコンパウンドが、パーフルオロアルキルビニルエーテルが共重合されてなるフッ素ゴムを主成分としたものである、請求項１記載のフッ素ゴムチューブの製造方法。
前記チューブが異なるフッ素ゴムコンパウンドからなる二層チューブである、請求項１記載のフッ素ゴムチューブの製造方法。
前記チューブが、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロメチルビニルエーテルの三元共重合体からなるフッ素ゴムコンパウンドを内層とし、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンの三元共重合体からなるフッ素ゴムコンパウンドを外層とした、請求項１記載のフッ素ゴムチューブの製造方法。