JP4965213B2 - 変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法 - Google Patents
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Description
本発明は、変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法並びに変性ポリ四フッ化エチレン成形体及びこれを使用したガスケットの改良に関する。
従来より、四フッ化エチレン成形体を接合する技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、四フッ化エチレン樹脂成形体同士の重ね合わせ接合部または突き合わせ接合部に、四フッ化エチレン樹脂とパーフルオロアルコキシ樹脂との混合物からなる成形体を配置して加熱する接着方法が開示されている。
特開昭５２−８０３６９号公報
しかし、上記従来の技術においては、四フッ化エチレン樹脂成形体同士を重ね合わせて接合する場合において、接合部に大きな段差が生じるという問題があった。また、四フッ化エチレン樹脂成形体同士を突き合わせて接合する場合においても、間に四フッ化エチレン樹脂とパーフルオロアルコキシ樹脂との混合物を介在させるので、上記四フッ化エチレン樹脂と上記混合物との収縮率の差などにより接合部にひけ等が生じるため、接合部の段差を小さくするのが困難であるという問題があった。さらには、溶着部に基材と異なる組成物を配置することにより、溶着部の耐熱性、耐薬品性などの物性が局所的に悪くなる等の問題もあった。
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、接合部を平滑に形成することができる変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法並びに変性ポリ四フッ化エチレン成形体及びこれを使用したガスケットを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法であって、シート状の変性ポリ四フッ化エチレン成形体に形成された接合面を互いに対向配置し、接触させて接合体とし、前記接合面が接触して前記接合体表面に形成された接合線及びその近傍を、前記変性ポリ四フッ化エチレンの溶融温度以上の耐熱性を有する耐熱性剥離フィルムにより覆い、前記接合線及びその近傍を、前記変性ポリ四フッ化エチレンの溶融温度以上の温度に加熱しながら加圧する、ことを特徴とする。
また、上記変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法において、前記接合線及びその近傍は、前記接合体の表裏両面から熱型により押圧しながら加熱し、前記熱型は、一方が他方より幅広に形成されていることを特徴とする。
また、上記変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法において、前記幅が狭い熱型とシート状の変性ポリ四フッ化エチレン成形体との間には、金属性の板部材が介在していることを特徴とする。
また、上記変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法において、前記接合線及びその近傍の加熱終了後、前記接合体の表裏両面から冷却型により加圧しながら冷却することを特徴とする。
また、本発明は、変性ポリ四フッ化エチレン成形体であって、接合面を接触させて接合体とし、該接合体表面に形成された接合線及びその近傍を加熱溶着したシート状の変性ポリ四フッ化エチレン成形体であって、前記接合線及びその周辺部における段差が、最大粗さ（Ｒｍａｘ）として１２０μｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明はガスケットであって、上記変性ポリ四フッ化エチレン成形体で被覆されたことを特徴とする。
本発明によれば、変性ポリ四フッ化エチレン成形体の接合部及びその周辺部を平滑に形成することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）には、本発明にかかる変性ポリ四フッ化エチレン成形体（以下、変性ＰＴＦＥ成形体という）の溶着方法の実施形態についての説明図が示される。図１（ａ）において、断面図で示されるシート状の変性ＰＴＦＥ成形体１０には接合面１２が形成されており、この接合面１２が互いに対向配置されている。
ここで使用される変性ＰＴＦＥは、ＪＩＳ Ｋ６９３５−１に基づき、例えば高分子鎖の一部がパーフルオロアルコキシビニルエーテルで置換されたポリ四フッ化エチレンである。前記パーフルオロアルコキシビニルエーテルの含有量は、１質量％以下である。
本発明の溶着方法で溶着する成形体は、シート状であれば特に限定されないが、薄肉のシート、例えば１ｍｍ以下、特に０．６ｍｍ以下のシート状物を溶着するのに好適である。
次に、図１（ｂ）において、各変性ＰＴＦＥ成形体１０の接合面１２を互いに接触させ、シート状の接合体１４を形成する。また、接合面１２が互いに接触して接合体１４の表面に形成された接合線１６及びその近傍を、変性ＰＴＦＥ成形体１０の溶融温度以上の耐熱性を有する耐熱性剥離フィルム１８により覆う。この耐熱性剥離フィルム１８は、ポリイミド樹脂その他の３００℃を超える耐熱性を有するフィルムであれば限定されない。
次に、図１（ｃ）において、上記接合線１６及びその近傍は、上記接合体１４の表裏両面から、上記耐熱性剥離フィルム１８を介して熱型２０、２２により押圧しながら加熱する。この熱型２０、２２の形状は、一方の熱型２０が他方の熱型２２より、接合線１６に対して直行方向の長さ（幅）が長く（幅広に）形成されている。この長さの比は、一方（長）：他方（短）＝２：１以上、例えば３：１あるいは４：１等とすればよい。また、他の点については特に限定されない。上記幅が狭い熱型２２とシート状の接合体１４との間には、金属性の板部材２４が介在している。この板部材２４は、例えばステンレス鋼等で形成されるのが好適である。
熱型２０、２２による加熱温度は変性ＰＴＦＥの融点温度以上とすればよいが、３８０℃から４２０℃とするのが好ましい。加熱時の加圧圧力は、４〜１６×１０３Ｎ／ｍ２とするのが好ましい。この範囲の下限を下回ると溶着が不十分となり、上限を超えると溶着部分の肉厚が母材に比して薄くなる可能性がある。加熱加圧する時間は、１０分から１５分間とするのが好ましい。
上記加熱処理終了後、５〜１６×１０３ Ｎ／ｍ２の圧力で接合体１４を加圧しながら室温まで冷却する。この加圧及び冷却は、冷却型により行う。冷却型は、加熱溶融した部位の幅より広い金型であればよい。冷却時間は任意でよい。冷却後、耐熱性剥離フィルム１８を取り外す。
以上の手順により、本実施形態にかかる変性ＰＴＦＥ成形体の溶着が完了する。本実施形態によれば、溶着後の接合線１６及びその周辺部における段差を、最大粗さ（Ｒｍａｘ）として１２０μｍ以下、好ましくはＲｍａｘとして５０μｍ以下とすることができる。このようにして溶着された変性ＰＴＦＥ成形体は、表面平滑性に優れるので、シール性が要求されるＰＴＦＥ被覆ガスケット等の被覆材に使用することができる。さらには、本質的に同一の材料で成型されるので、溶着した成形体の溶着部とその他の部分における物性（機械的特性、耐薬品性）は均一であり、特に被覆ガスケット用途には最適である。
従来の溶着方法で溶着した成形体は、表面の平滑性を確保するために、溶着後表面を切削加工するなどの後処理が必要となり、これが溶着部の強度、耐薬品性を劣化させる要因となっており、また、製造工程が増えることによるコスト増の要因ともなっている。
以下、本発明の具体例を実施例として説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
変性ＰＴＦＥ成形体１０として幅１５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ、長さ２ｍの変性ＰＴＦＥテープ（ニチアス株式会社製）を使用し、その幅方向の端面を上述した接合面１２として本実施形態の方法により溶着処理を行った。この結果、幅１５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ、周長２ｍのループ状の変性ＰＴＦＥ成形体となった。その後、以下の方法により溶着個所の評価を行った。また、比較例として、溶着時に金属性の板部材２４を使用しないもの（比較例１）、耐熱性剥離フィルム１８を使用しないもの（比較例２）及び二つの熱型２０、２２の幅を等しくしたもの（比較例３）についても同様の評価を行った。
（１）引張強度の評価
上記変性ＰＴＦＥテープの溶着個所（接合面）を含むようにマイクロダンベル型により打ち抜き、得られたマイクロダンベルを２００ｍｍ／分の速度で引っ張って引張強度と伸びを測定した。なお本試験には、電子計測制御式万能材料試験機（オリオンテック社製テンシロンＵＴＭ−１０Ｔ）を使用した。
上記変性ＰＴＦＥテープの溶着個所（接合面）を含むようにマイクロダンベル型により打ち抜き、得られたマイクロダンベルを２００ｍｍ／分の速度で引っ張って引張強度と伸びを測定した。なお本試験には、電子計測制御式万能材料試験機（オリオンテック社製テンシロンＵＴＭ−１０Ｔ）を使用した。
（２）段差測定
上記変性ＰＴＦＥテープの溶着個所の段差を、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２に準じて表面粗さ計（東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａ）にて測定した。試験結果は、Ｒｍａｘとして３０μｍ以下であった。
上記変性ＰＴＦＥテープの溶着個所の段差を、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２に準じて表面粗さ計（東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ１３０Ａ）にて測定した。試験結果は、Ｒｍａｘとして３０μｍ以下であった。
図４には、上記段差測定を行った接合体１４の測定範囲が示される。図４において、変性ＰＴＦＥ成形体１０を接触させて形成した接合体１４は、前述した接合線１６及びその近傍で熱型２０、２２により加熱溶融させて溶着するが、その際に溶融した部分（溶融部）と溶融しなかった部分（未溶融部）とを含む測定範囲で上記表面粗さ計による測定を行い、当該測定範囲の断面曲線を求めた。次に、断面曲線の高さ方向の平均線を求め、この平均線に平行な２直線で断面曲線を挟んだときの２直線の間隔をＲｍａｘとした。なお、上記測定範囲は、接合線１６を中心とする５〜１０ｍｍの範囲、および溶融部と未溶融部の境目を中心とする５〜１０ｍｍの範囲である。
（３）溶着個所外観
溶着個所の外観を目視により観察した。
溶着個所の外観を目視により観察した。
（４）シール試験
上記溶着した変性ＰＴＦＥテープから溶着部を中心にして全長約１０ｃｍに切り出し、シール試験用テープサンプルとした。シール試験用テープサンプルの表面に対して、金属ナトリウムによりフッ素原子を引き抜き、ラジカルを生じさせる処理を行った後、市販のＥＰＤＭゴム（エチレン・プロピレンゴム）をリング状に予備成型した成形体と加硫接着し、シール試験用のサンプルを作製した。
上記溶着した変性ＰＴＦＥテープから溶着部を中心にして全長約１０ｃｍに切り出し、シール試験用テープサンプルとした。シール試験用テープサンプルの表面に対して、金属ナトリウムによりフッ素原子を引き抜き、ラジカルを生じさせる処理を行った後、市販のＥＰＤＭゴム（エチレン・プロピレンゴム）をリング状に予備成型した成形体と加硫接着し、シール試験用のサンプルを作製した。
ＥＰＤＭゴムのリング状予備成形体のサイズは外径１０９ｍｍ×内径９７ｍｍ×厚さ２．７５ｍｍであった。また、加硫接着とは、ゴム材料の加硫処理時に同時に接着処理を行うことであり、変性ＰＴＦＥテープとＥＰＤＭゴム間にプライマーを塗布することで接着することができる。
図２には、上記シール試験用のサンプルが示される。図２において、ＥＰＤＭゴムのリング２６に、変性ＰＴＦＥテープ２８が接着されている。また、変性ＰＴＦＥテープ２８は、接合部３０において２つの変性ＰＴＦＥテープの端面が溶着されて形成されている。なお、図２では、説明の便宜のために接合部３０を破線で示しているが、これは接合部３０における亀裂を表すものではない。
以上のようにして形成したシール試験用のサンプルを、シール試験装置に装着して、シール試験を行った。
図３には、シール試験装置の断面図が示される。図３において、２つのフランジ３２、３４の間にシール試験用のサンプルを配置し、上述した変性ＰＴＦＥテープ２８の接合部３０におけるシール性を以下のようにして評価した。
上記２つのフランジ３２、３４のうち、一方のフランジ３４には、ＥＰＤＭゴムのリング２６の形状に合わせたリング形状の内側スペーサ３８及び外側スペーサ４０が形成されており、この内側スペーサ３８と外側スペーサ４０との間にＥＰＤＭゴムのリング２６を配置した。また、ＥＰＤＭゴムのリング２６の内、変性ＰＴＦＥテープ２８が接着されている部分についても、変性ＰＴＦＥテープ２８がＥＰＤＭゴムのリング２６にぴったりと接着され、その厚さが薄い（０．４ｍｍ）ので、内側スペーサ３８と外側スペーサ４０とにより形成されるスペースに修めることができる。
以上の状態から、２つのフランジ３２、３４間の距離を小さくして行き、内側スペーサ３８及び外側スペーサ４０とフランジ３２とが接触するまでＥＰＤＭゴムのリング２６を押圧した。このときのフランジ３２、３４間の距離は、２．４ｍｍとなっている。その後、水圧ポンプ３６から圧力２ＭＰａの高圧水を供給し、５分間放置した後に変性ＰＴＦＥテープ２８の接合部３０からの水漏れの有無を確認した。
以上の各評価結果が表１に示される。
表１に示されるように、本実施例では、引張強度が２４．０ＭＰａ、伸びが２５０％となった。一般に、引張強度が２２．０ＭＰａ以上、伸びが２００〜５５０％であれば実用上問題ないので、本実施例により溶着された変性ＰＴＦＥ成形体も、十分に実用可能なレベルといえる。また、溶着個所の外観は良好であり、シール試験においても水漏れは発生しなかった。
これに対して、比較例１では、溶着個所にシワが発生し、比較例２では溶着個所に一部亀裂が入り、比較例３では溶着個所の段差が大きくなった。これらの不具合は、いずれも溶着時の変性ＰＴＦＥ成形体の温度調節が不適切だからである。すなわち、比較例１のように溶着時に金属性の板部材２４を使用しないと、熱型２０、２２に接触している変性ＰＴＦＥ成形体の部分と接触していない部分との温度差が大きくなり、シワが発生しやすくなる。このため、本実施例では、板部材２４を使用し、変性ＰＴＦＥ成形体からの放熱を調整して温度勾配をなだらかにすることによりシワの発生を抑制している。
また、比較例２のように耐熱性剥離フィルム１８を使用しないと、変性ＰＴＦＥ成形体の接合面１２からの放熱が大きくなり、十分に溶着せず亀裂が発生しやすくなる。このため、本実施例では、耐熱性剥離フィルム１８により接合体１４の表面に形成された接合線１６及びその近傍を覆うことにより、接合面１２からの放熱を小さくして亀裂の発生を抑制している。
さらに、比較例３のように二つの熱型２０、２２の幅を等しくすると、変性ＰＴＦＥ成形体における加熱時の温度勾配の影響により接合部３０に大きな段差が発生する。このため、本実施例では、二つの熱型２０、２２の幅の比を２：１としている。
１０ 変性ＰＴＦＥ成形体、１２ 接合面、１４ 接合体、１６ 接合線、１８ 耐熱性剥離フィルム、２０、２２ 熱型、２４ 板部材、２６ ＥＰＤＭゴムのリング、２８ 変性ＰＴＦＥテープ、３０ 接合部、３２，３４ フランジ、３６ 水圧ポンプ、３８ 内側スペーサ、４０ 外側スペーサ。
Claims (3)
- シート状の変性ポリ四フッ化エチレン成形体に形成された接合面を互いに対向し接触させて配置してなる、接合体とし、
前記接合面が接触して前記接合体に形成された接合線及びその近傍を、前記変性ポリ四フッ化エチレンの溶融温度以上の耐熱性を有する耐熱性剥離フィルムにより覆い、
前記接合線及びその近傍を、前記接合体の表裏両面から熱型により押圧しながら前記変性ポリ四フッ化エチレンの溶融温度以上の温度に加熱し、前記熱型は、一方が他方より前記接合線に対して直行方向の幅が幅広に形成されている、
ことを特徴とする変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法。 - 請求項１記載の変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法において、前記幅が狭い熱型とシート状の変性ポリ四フッ化エチレン成形体との間には、金属製の板部材が介在し、
前記板部材は、前記変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶融温度以上の温度に加熱しながら加圧される際に前記幅が狭い熱型と接するように介在し、
当該板部材の前記接合線に対して直行方向の幅は、前記幅が狭い熱型よりも広く形成されている、
ことを特徴とする変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法。 - 請求項２記載の変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法において、前記接合線及びその近傍の加熱終了後、前記接合体の表裏両面から冷却型により加圧しながら冷却することを特徴とする変性ポリ四フッ化エチレン成形体の溶着方法。
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