JP4037611B2 - 強化複合材料及び接着剤 - Google Patents
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Description
【産業の利用分野】
本発明は、ベルト、タイヤ、等の製造に有用な優れた複合材料、及びかかる複合材料の製造方法に関する。さらに、本発明は特に、亜鉛アクリレート強化又は過酸化物硬化水素化ニトリルエラストマーを被処理繊維ガラスコードを含む種々の基材に接着させるのに有用な接着剤に関する。
【0002】
【従来の技術】
ベルト、タイヤ、等の製造に有用な複合材料は、極めて凝集性で、使用中にそれらの引張強さを保持しなければ成らない。これまでの複合材料は、まだ引張強さ及び凝集強さの理想的な保持を提供していない。これは、特に、過酸化物硬化及びZeon Super Composite(ZSC)強化水素化ニトリルエラストマー(HNBR)のように低不飽和である耐久性ゴムに接着された繊維ガラスコードを含む複合材料において事実である。したがって、優れた複合材料の必要がある。ZSCは、Zeon Chemical社から入手できる亜鉛アクリレート強化HNBRである。
【0003】
その全てをここに引用して取入れる米国特許第4、051、281号は、ガラス繊維強化要素又はコードをゴムコンパウンド又は加工素材に接着させる接着剤の生成に有用なある一定量のゴム状ビニルピリジン共重合体、トリメチロールフェノール、及びレソルシノール化合物の水性アルカリ性分散液に関する。そのガラス繊維コードを1工程の接着剤浸漬後、そのコーテッドコードは加熱して乾燥し、コード上の接着剤を加熱硬化させる。その後、接着剤を含むガラス繊維コードは、硬化性ゴムコンパウンドと組合せる又はその硬化性ゴムコンパウンドを積層(カレンダー圧延)する、そして得られるアセンブリは、硬化させてガラス繊維コードが接着剤によってゴムに接着されている複合材料を生成する。
【0004】
英国特許公告第2155488号は、必須成分として、2、3−ジハロ−1、3−ブタジエンポリマー、芳香族ニトロソ化合物、リン酸又はジカルボン酸の鉛塩、及び少なくとも一つのマレイミド化合物を含む接着剤組成物を開示している。この英国特許の接着剤組成物の必須成分に関して、芳香族ニトロソ化合物は1〜200、望ましくは10〜100重量部の範囲内で存在し、鉛塩は10〜200、望ましくは25〜100、最適には35〜100重量部の範囲内で存在する。マレイミド成分は、0.5〜100、望ましくは2〜50重量部で存在する、各成分の量は2、3−ジハロ−1、3−ブタジエンポリマーの100部を基準にしている。その英国特許は、マレイミド化合物の150〜200重量部での使用は25〜75重量部での使用より環境耐性が優れているが、その高コストが特に攻撃的な環境を除いて高レベルでの使用を無効にすることも述べている。
【0005】
米国特許第4、119、587号は、少なくとも1つのハロゲン含有重合体、少なくとも1つの芳香族ニトロソ化合物、ある無機及び有機酸の少なくとも1つの塩、及び任意に少なくとも1つのマレイミド化合物から成る組成物を開示している。その特許の請求範囲は、ハロゲン含有ポリオレフィン100重量部当たり0〜25重量部の使用を記載している。開示されているハロゲン含有重合体はクロロスルホン化ポリエチレン及び塩素化ポリオレフィンを含む。
【0006】
米国特許第5、268、404号は、ハロゲン化ポリオレフィン、芳香族ニトロソ化合物、酸化亜鉛又は酸化マグネシウムのような金属酸化物、及び任意に硫黄又はセレンのような加硫剤、フェノールエポキシ樹脂、又はカーボンブラックを含む接着剤を記載している。ポリオレフィン100部当たり0〜50重量部の量のマレイミドの使用も検討されている。
【0007】
1997年7月8日付け同時継続米国出願第08/889、297号は、ハロブタジエン・ホモポリマーラテックス、水性可溶性又は分散性フェノール樹脂及びマレイミド・ベースド化合物を含む水性接着剤に関する。そのマレイミド・ベ−スド化合物は、接着剤組成物の主成分を基準にして10〜35、望ましくは10〜20重量%の量で接着剤組成物に存在する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、繊維強化窒素含有ゴムを含有するベルト、タイヤ、等の製造に有用な優れた複合材料を提供することである。
さらに、本発明の目的は、低不飽和のゴムと繊維、布又は金属を含む種々の基材との接着に有用な接着剤を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般に、低不飽和エラストマー、強化繊維、前記エラストマーを、ハロゲン化ポリオレフィン、ニトロソ化合物、及び前記ハロゲン化ポリオレフィンの少なくとも50重量%の量で存在するマレイミドから成るコーテッド強化繊維に接着させる接着剤組成物から成る強化複合材料に関する。本発明はさらに、かかる複合材料及びそれに使用される接着剤の製造方法に関する。
【0010】
【好適な実施態様の詳細な説明】
本発明の複合材料は、優れた接着性及び引張強さを提供するのに適した接着剤、低不飽和エラストマー及び強化繊維を含む。接着剤組成物の主成分はハロゲン化ポリオレフィン、ニトロソ化合物及びマレイミドである。本願の請求項及び発明の詳細な説明の欄に記載されている用語「低不飽和エラストマー」及び「低不飽和のゴム」における「低不飽和」とは、「ヨウ素指数価が40mg/エラストマー100mg以下」を意味する。
【0011】
本発明に従って2層以上の層が一緒に接着できる。例えば、加硫性外層間に接着剤含浸強化繊維をサンドイッチし、接着して複合多層構造を形成できる。布外装のようなほかの接着剤処理基材をその多層構造の外表面に付加することもできる。本発明の接着剤を使用して形成できる製品は、例えば、タイヤ並びに広範囲の強化ベルト、例えば、自動車産業及び他の産業用の同期及び蛇状ベルト(それらは加硫ゴム外層間にサンドイッチされた繊維ガラス強化層を含む)、ホ−ス、空気ばね、等を含む。本発明の接着剤は、強化繊維を加硫性外エラストマーに並びにエラストマー−を布外装の両方に接着するために使用することもできる。
【0012】
本発明による低不飽和エラストマーは、ベルト、タイヤ、等の製造において環境安定性の良いエラストマーが望ましい。例えば、90%以上の飽和を有するエラストマーが望ましい。不飽和度を決定する典型的な一つの方法は、よう素指数である。好適なエラストマーは40以下のよう素価を有する。低不飽和の最適のエラストマーは過酸化物硬化及びZSC(亜鉛アクリレート)強化HNBRである。
【0013】
強化複合材料用繊維の製造に有用なガラス組成物は、技術的に周知である(米国特許第4、051、281号参照)。使用に望ましいガラスは、Eガラスと知られるガラスであって、「空気タイヤの力学」(Clark,NationalBuresu of Standard Monograph 122.U.S.Dept.of Commerce,issued November,1971,pages 241−243,290,and 291)に記載されている。使用されるガラスフィラメント又は繊維の数は、最終の用途又は使用要件に依存してかなり変わり得る。同様に、強化複合材料の製造に使用されるガラス繊維のストランドの数も広範囲に変わり得る。一般に、乗用車用の単一強化要素又はコードにおけるガラス繊維のフィラメント数は、約500から3、000の範囲内で変わり得る。
【0014】
ガラス繊維の成形後、それらは典型的に、ストランド又は強化要素成形におけるガラス繊維の加工及び取扱中及び包装中に保護被膜として作用する極めて少量の材料でサイジングされる。後続の水性接着剤のタイヤコード浸漬中に、そのサイズ剤は除去されないと考えられる。ガラス繊維用のサイズ剤として使用される材料は技術的に周知である。種々のガラス繊維サイジング化合物及び組成物は、米国特許第3、252、278号;第3、287、204号及び第3、538、974号に示されている。ポリエステル、ナイロン及びケブラーのような他の強化繊維も使用できる。
【0015】
プライマーは、接着用にガラス繊維の製造に典型的に使用されるプライマーにすることができる。例えば、レソルシノ−ル−ホルムアルデヒド・ノボラック又はノボラック樹脂又はそれらの混合体を使用できる。レソルシノール:ホルムアルデヒドのモル比は、本発明の実施に有用なノボラックを提供するためにかなりの範囲の渡って変え得るが、その好適なモル比は約1:0.5〜2.0である。これらの化合物及びそれらの製造法は技術的に周知である。ポリイソシアネートのような他のプライマーも使用できる。
【0016】
接着剤のハロゲン含有ポリオレフィン成分は、天然又は合成エラストマーにすることができる。そのハロゲン化ポリオレフィンエラストマーに使用されるハロゲンは普通塩素又は臭素であるが、フッ素も使用できる。混合ハロゲンも使用できるが、その場合のハロゲン含有ポリオレフィンエラストマーは1つ以上の置換ハロゲンを有する。ハロゲンの量は臨界的でなく、ベースの重合体の性質に依存して約3重量%から70重量%に及ぶ。ハロゲン含有ポリオレフィン・エラストマ−及びそれらの製造法は技術的に周知であって、これらの材料及びそれらの製造に付いて詳細に説明する必要はないと思われる。代表的なハロゲン含有ポリオレフィン・エラストマーは、限定ではないが、塩素化天然ゴム、塩素化ポリクロロプレン、塩素化ポリブタジエン、塩素化ブタジエンスチレン共重合体、塩素化エチレンプロピレン共重合体及びエチレン/プロピレン/非共役ジエンターポリマー、ポリクロロプレンを含む塩素−及び臭素−含有合成ゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、臭素化ポリ(1、3−ジクロロ−1、3−ブタジエン)、アルファクロロアクリロニトリル及び2、3−ジクロロ−1、3−ブタジエンの共重合体、塩素化ポリ(塩化ビニル)、かかるハロゲン含有エラストマ−の混合物、等を含む。したがって、天然及び合成エラストマ−及びかかるエラストマーの混合物を含む既知ハロゲン含有誘導体の実質的に全てを使用できる。現時点で、クロロスルホン化ポリエチレン・エラストマー単独又は塩素化ゴムとの組合せが、望ましいハロゲン含有被膜形成重合体を構成する。そのハロゲン化ポリオレフィンは、主成分の20〜60重量%、望ましくは35〜45重量%の量で存在する。
【0017】
本発明の一実施態様は、接着剤に2、3−ジハロ−1、3−ブタジエンが存在しないことに関する。この成分の不在は貯蔵安定性の優れた接着剤を提供する。かかる成分の不在は、優れた接着性も提供する。
【0018】
接着剤のニトロソ化合物は、ニトロソ化合物自身又はニトロソ化合物前駆物質である。そのニトロソ化合物は、非隣接環の炭素原子に直結したニトロソ基を少なくとも2つ含有するベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ビフェニル、等のような芳香族炭化水素にすることができる。さらに詳しくは、かかるニトロソ化合物は、非隣接核炭素原子の直結したニトロソ基を2〜6個有する縮合芳香核を含む1〜3の芳香核を有する芳香族化合物として記載される。現在望ましいニトロソ化合物は、ジニトロソ芳香族化合物であって、特にメター又はパラ−ジニトロソベンゼン及びメタ−又はパラ−ジニトロソナフタレンのようなジニトロソベンゼン及びジニトロソナフタレンである。芳香核の核水素原子は、アルキル、アルコキシ、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルカリール、アリールアミン、アリールニトロソ、アミノ、ハロゲン等の基と置換できる。芳香核にかかる置換基の存在は本発明におけるニトロソ化合物の活性への影響は僅かである。現在知られている限り、その置換基の特性に関して限定はなく、かかる置換基は事実上有機又は無機にできる。したがって、ニトロソ化合物に関しては、特に断らない限り、置換及び非置換ニトロソ化合物の両方を含むものと理解される。
【0019】
限定ではないが、本発明の実施に使用するのに適当なニトロソ化合物は、m−ジニトロソベンゼン、p−ジニトロソベンゼン、m−ジニトロソナフタレン、p−ジニトロソナフタレン、2、5−ジニトロソ−p−シメン、2−メチル−1、4−ジニトロソベンゼン、2−メチル−5−クロロ−1、4−ジニトロソベンゼン、2−シクロヘキシル−1、4−ジニトロソベンゼン及びそれらの混合物を含む。本発明に従って特に望ましいニトロソ化合物はポリ−ジニトロソベンゼンである。そのニトロソ化合物は、主成分の1〜50重量%、望ましくは5〜30重量%の量で存在する。
【0020】
接着剤のマレイミドは、脂肪族又は芳香族ビスマレイミド又はポリマレイミドのようなマレイミドをベースにした化合物である。マレイミド化合物は、少なくとも2つのマレイミド基を含有する化合物にすることができる。適当なマレイミド化合物は、介在する構造がなく窒素原子において直接結合される、又は窒素原子がアルキレン、シクロアルキレン、エポキシジメチレン、フェニレン(3つの異性体全て)、2、6−ジメチレン−4−アルキルフェノール又はスルホニルのような介在する二価の基によって結合及び分離されるN,N′結合ビスマレイミドを含む。マレイミド化合物は芳香族ポリマレイミド化合物にすることもできる。マレイミド基がフェニレン基に結合されているマレイミド化合物の例は、m−フェニレンビスマレイミドであって、デュポン社(E.I.Dupont deNemours & Co.)から入手できる。これは、本発明による望ましいマレイミドである。そのマレイミドはハロゲン化ポリオレフィンの少なくとも50%の量で存在する。
【0021】
本発明への使用に適当な金属酸化物は酸化亜鉛及び酸化マグネシウムである。それらの金属酸化物は周知の商品であって、ここで詳しく検討する必要はない。
【0022】
必要ならば、本発明の接着剤は、不活性充填剤、重合体被膜形成添加物、顔料、溶媒、等のような従来の添加物を含むことができる、かかる添加物の量は通常使用される範囲内である。特に望ましい充填剤はカーボンブラックであって、使用する場合には0〜20重量%の範囲内の量で混合する。
【0023】
本発明の接着剤組成物は、従来の手段で調製される。塗布を容易にするために従来のように、成分は不活性の液体キャリヤーにおいて混合、分散される、そして組成物が一旦塗布されると、そのキャリヤーは容易に蒸発する。適当なキャリヤーの例は、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、等のような芳香族及びハロゲン化芳香族炭化水素;トリクロロエチレン、ペルクロロエチレン、プロピレンジクロリド等のようなハロゲン化脂肪族炭化水素;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、等のようなケトン類;エーテル、ナフサ、等、及びそれらキャリヤーの混合体である。使用するキャリヤーの量は、接着剤としての使用に適当な組成物を提供する量である。この量は、普通5〜80、望ましくは15〜40重量%の範囲内の全固体含量を提供する量である。
【0024】
接着剤は、浸漬、吹付け、はけ塗り、等による従来の方法で基材表面に塗布される。基材表面は塗布後一緒にされる前に乾燥されることが望ましい。それらの表面が間の接着層と一緒にプレスされた後、そのアセンブリは従来の方法によって加熱される。選択される厳密な条件は、接着される特定のエラストマー及び硬化するか否かに左右される。
【0025】
接着剤の望ましい実施態様は次の通りである:
【0026】
本発明に従ったベルトの製造法の一つは次の通りである。固体含量が一般に約1〜40%に確立されるまで、プライマーにE−ガラスのストランド又は繊維を浸漬する。必要ならば、そのガラス・ストランドに任意の捩じりを加える。乾燥後、下塗り繊維に接着剤を塗布し、次にそれらを低不飽和のエラストマーに埋込む。さらに、一つ以上のサイジング、下塗りをして、接着剤及びエラストマーを同時押出しする。ここに引用したベルト及びタイヤの製造を記載する特許は、米国特許第5、645、504号;第5、284、456号;及び第3、433、689号を含む。
【0027】
【実施例】
次の非限定実施例は本発明の種々の実施態様を説明するために示す。それらは特許請求した発明を限定するものではない。
【0028】
接着剤の実施例1及び2
実施例1及び実施例2は、本発明に従っている。各成分の量は重量%で示す。
【0029】
配合物は、次のように調製した。最初に、Hypalon/Pergut s130の混合溶液をキシレン中で調製する。次に、マスターバッチを調製する、それは、DNB,HVA−2,酸化亜鉛、カーボンブラック、Hypalon/Pergut s130の混合溶液及びキシレンの一部の粉砕混合物を含む。Hypalon溶液の1/3を添加して粉砕を促進することが望ましい。残りは粉砕後に混合する。粉砕は、Kadyミルのような従来の装置で行う。
【0030】
実施例1の試験
接着剤は、RFL処理繊維ガラスコードを接着剤に浸漬することによって、そのガラスコード表面に塗布された。約0.32cm厚さにミリングしたZSC/HNBR(過酸化物硬化)のゴム素材を浸漬コード表面の間に付加した。そのゴムーコード・アセンブリは、次に40分の硬化時間及び160℃の温度を使用して硬化させた。ゴム−コード接着試料は、T形剥離モードで5.1cm/分の速度で剥離した(United Technologies 剥離試験モデルNo.3SFM−20−3−CAPに従った)。ゴムが引裂かれてコードのストリップ表面層の後ろに残るとき、接着剤の接着性はゴムの凝集力より大きいから、良好な接着が得られる。接着剤の環境耐性は140℃で1週間の加熱老化及び水中で1時間の沸騰後に試験した。
【0031】
それらの結果は次の通りであった:
【0032】
実施例2試験
この配合物は、過酸化物硬化ZSC強化HNBR並びに過酸化物硬化HNBRを接着剤下塗り金属基材に接着させる上塗り接着剤として試験した。亜鉛リン酸塩処理した冷延鋼の基材にロード社から入手の商品名Chemilok8003( ハロゲン含有ポリマー系接着剤 )を下塗りした。次にその基材に実施例2の接着剤の上塗り層を吹き付けた。次に、その上塗りした基材に過酸化物硬化ZSC強化HNBR並びに過酸化物硬化HNBRを塗布して、163℃の温度で25分間硬化させた。
【0033】
当業者には既知の次の試験を実施例2の試験に使用した。
A.一次接着試験
ニードル・ノーズ・プライヤーで手動剥離を行って、次の6.45cmの接着面積のゴム保留%を目視検査した。
B.沸騰水試験
荷重2kgをかけて沸騰水に2時間浸漬後、そのゴムを再びプライヤーで剥離して、接着面積のゴム保留%を検査した。
C.ジェット燃料浸漬試験(JP−4)
接着した部品をJP−4ジェット燃料に室温で7日間浸漬する。次にそれらの試料は手動剥離してゴム保留%を目視検査する。
D.油浸試験(MIL−C−7808)
接着した部品をMIL−C−7808油に70℃で7日間浸漬する。全ての結論において、部品は手動剥離してゴム保留%を目視検査する。
E.油浸試験(MIL−C−23699)
接着した部品をMIL−C−23699油に70℃で7日間浸漬する。全ての結論において、部品は手動剥離してゴム保留%を目視検査する。
【0034】
実施例2の配合物について次の試験結果が得られた:
【0035】
ベルトの製造−比較試験
上記実施例1の配合物に対してロード社から入手のChemlok 233Xを使用して比較試験を行った。初期接着性及び老化試験後の接着性用の試料は次のように調製した。
【0036】
E−ガラスを引抜いて直径が9ミクロンのフィラメントを成形した。それらのフィラメントは、サイズ剤を使用して束ねて、33.7テックスのヤード数を有するガラス・ストランドを得た。3つのガラス・ストランドを、レソルシノール−ホルムアルデヒド樹脂及びラテックスの組成物を有するRFLに一緒に浸漬した。次に、その固体含量がガラスコードを基準にして20重量%になるまで、過剰の含浸剤RFLを除去した。それらのコーテッド・ガラス・ストランドは、さらに250℃で2分間加熱処理して含浸剤処理ガラス繊維束を得た。そのガラス繊維束はZ方向に2.54cm当たり2.0回転の一次捩れを与えられた。かかる一次捩れガラス繊維11束が、S方向に2.54cm当たり2.0回転の二次捩れを与えられた。
【0037】
それらの捩れガラス繊維束は、実施例1の保護被膜剤に浸漬した。その固体含量がガラスコードを基準にして5重量%になるまで、過剰の保護被膜剤を除去した。そのオーバーコーテッドガラスコードは120℃で2分間乾燥した。そのコ−ドは、120mmの長さの片に切断した。表1に示した配合を有する未硬化ZSC/HNBRゴムのシートを調製し、かかるコード20片をそのゴムシート上に相互に平行に(合計幅25mm)整列させた。そのアセンブリは71℃で30分間上下の両方からプレスして硬化させた。硬化後、コードの端部及びゴムの端部を強固につかんで、互いに逆方向に引き離してコードをゴムから剥離した。コ−ドのゴムへの装着性のレベルを測定し、コードとゴムの界面の状態を評価した。次に60℃で96時間後の接着性も同一の方法で評価した。
【0038】
ロード社から入手のChemlok 233Xを使用して同様の試料を調製した。評価の結果を表2に示す。
【0039】
引張強さ保留の比較試験用試料は次のように調製した:
表Iと同一配合を有する強化繊維及びゴムとして上記ガラス−コードを使用して、幅19mm、長さ980mmの歯付きベルトを製造した。この歯付きベルトは、図1に示した6000rpmの駆動モータを備えた耐熱性走行試験機に装着した。試験を受ける歯付きベルト1は、駆動モータ(図示せず)によって6000rpmで回転駆動される駆動プーリ2の駆動力をフォロアプ−リ3に伝達することがわかる。アイドラ4を使用して歯付きベルトへの張力の度合いを調節する。耐熱性走行試験は、49℃の環境下で600時間行った。その試験後、ベルトの引張強さを測定して引張強さの保留%を決定した。表IIはそれらの結果を示す。
【0040】
【表1】
【0041】
【0042】
初期の接着性及び老化試験後の接着性試験において、Chemlok 233Xで観察されたゴム/コードの分離と対照的に、実施例1の接着剤に関してゴムの破壊が観察された。
【図面の簡単な説明】
【図1】 耐熱性走行試験機である。
Claims (5)
- (a)ヨウ素指数価が40mg/エラストマー100mg以下であって、亜鉛アクリレート又は過酸化物硬化強化水素化ニトリルエラストマーである低不飽和エラストマー、
(b)ラテックス−レソルシノール−ホルムアルデヒド樹脂及びポリイソシアネートから選択される下塗を塗布した強化ガラス繊維、及び
(c)クロロスルホン化ポリエチレンと塩素化天然ゴムを併用したハロゲン化ポリオレフィンの100重量部、主接着剤成分の全重量の5〜30重量%のニトロソ基数2〜6を有する芳香族ニトロソ化合物、及び前記ハロゲン化ポリオレフィンの少なくとも50重量%の量で存在するマレイミドから成る接着剤組成物から成り、該接着剤組成物により前記低不飽和エラストマーが前記下塗した強化ガラス繊維に接着され、硬化されることを特徴とする複合材料。 - さらに、布を被覆することを特徴とする請求項1記載の複合材料。
- 前記接着剤が、2、3−ジハロ−1、3−ブタジエンを含まないことを特徴とする請求項1記載の複合材料。
- 下記の工程(a)〜(c)から成ることを特徴とする複合材料の製造方法:
(a) ラテックス−レソルシノール−ホルムアルデヒド樹脂及びポリイソシアネートから選択される下塗を強化ガラス繊維に塗布する工程、
(b) クロロスルホン化ポリエチレンと塩素化天然ゴムを併用したハロゲン化ポリオレフィンの100重量部、主接着剤成分の全重量の5〜30重量%のニトロソ基数2〜6を有する芳香族ニトロソ化合物、及び前記ハロゲン化ポリオレフィンの少なくとも50重量%の量で存在するマレイミドから成る接着剤を、前記下塗した強化ガラス繊維に塗布する工程、および
(c) 前記接着剤を塗布した強化ガラス繊維に、ヨウ素指数価が40mg/エラストマー100mg以下であって、亜鉛アクリレ−ト又は過酸化物硬化強化水素化ニトリルエラストマ−である低不飽和エラストマーを接着し、硬化して複合材料を作る工程。 - さらに、前記複合材料に布を被覆する工程から成ることを特徴とする請求項4記載の方法。
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