JPH06134870A - ゴム配合物と樹脂複合体との接合方法 - Google Patents

ゴム配合物と樹脂複合体との接合方法

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JPH06134870A
JPH06134870A JP29124192A JP29124192A JPH06134870A JP H06134870 A JPH06134870 A JP H06134870A JP 29124192 A JP29124192 A JP 29124192A JP 29124192 A JP29124192 A JP 29124192A JP H06134870 A JPH06134870 A JP H06134870A
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resin composite
adhesive
vulcanized
mixture
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Yosuke Iino
洋輔 飯野
Takashi Fujiwara
孝志 藤原
Shozo Watanabe
省三 渡辺
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Kinugawa Rubber Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 防振特性等に優れた非極性のゴム配合物とＦ
ＲＰ等の樹脂複合体とを接着剤を介して強固に接合す
る。 【構成】 ゴム配合物２として、天然ゴム、ＥＰＤＭ、
天然ゴムと他のゴムとのブレンドゴム、のいずれかを基
礎ポリマーとするゴム配合物を用いる。このゴム配合物
２は、予め所定形状に加硫成形しておく。そして、所定
形状に成形した加硫ゴム２とＦＲＰ等の樹脂複合体１と
を接着剤５を挟んで重ね合わせ、フッ素樹脂型３を介し
て圧着する。しかる後に、上記接着剤が活性化するよう
に電極４，６間で誘電加熱により上記加硫ゴム２を選択
的に発熱させて接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種防振装置等
の製造に適用されるゴム配合物とＦＲＰ等の樹脂複合体
との接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ゴム配合物とＦＲＰ等の樹脂複合体との
接合方法としては、所定形状に成形した樹脂複合体に接
着剤を塗布し、これを金型内に配置するとともに、該金
型のキャビティ内に未加硫状態のゴム配合物を注入し、
ゴム配合物の加硫反応と接着剤の活性化による接着反応
とを同時に進行させる、いわゆる加硫接着方法が一般的
に行われている。
【０００３】また特開平３−２２１４３４号公報には、
予め加硫成形した加硫ゴムと樹脂複合体との間に強磁性
体材料、誘電材料あるいは導電性材料を接着剤とともに
挟んで、加硫ゴムと樹脂複合体とを圧着した後に、その
圧着部を高周波誘導加熱により発熱させて接着剤を活性
化し、接合する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】樹脂の場合、金属に比
べると耐熱強度が低く、例えば樹脂複合体に一般的に用
いられているエポキシ樹脂やフェノール樹脂硬化物は１
００〜１５０℃で軟化が始まり、さらに昇温させると熱
分解を起こす。これに対し、ゴムの加硫温度は１５０〜
１７０℃、一般的な加硫接着剤の反応温度は１２０〜２
００℃である。従って、ゴム配合物と樹脂複合体との接
合に上記加硫接着方法を用いると、金型内で樹脂の軟化
が始まり、ゴムの注入圧や膨張圧に耐え切れずに変形
し、ひどい場合には亀裂の発生に至る、という問題があ
る。
【０００５】尚、ＣＲやＮＢＲ等の極性ゴムを用いる場
合には、誘電加熱による選択加熱つまり樹脂には熱を与
えずにゴムのみを加熱してゴムの加硫と接着反応とを行
わせることが可能である。しかし、これらのゴムでは、
防振性能が不十分であり、防振装置には不適当であると
ともに、耐寒性に劣り、かつ価格も高い、という欠点が
ある。一方、防振部品となり得る天然ゴム、ＢＲ、ＳＢ
Ｒ、あるいは車体シール部品として汎用され近年は耐熱
防振ゴムとして注目されているＥＰＤＭなどは、非極性
であるため誘電加熱では殆ど発熱せず、上記のような選
択加熱はできない。
【０００６】また上記特開平３−２２１４３４号公報の
方法では、強磁性体材料、誘電材料あるいは導電性材料
を接着剤とともに挟み込むことにより接着剤を選択的に
加熱するようになっているが、せいぜい数十μｍの厚み
しかない接着剤層にそのような物質を挟み込むのは非常
に困難であり、かつ均一に分散させることも難しく、初
期粘着性が失われる可能性もある。また、この方法に用
いられる高周波誘導加熱の場合、樹脂複合体の厚み寸法
が大きくなると電磁波が接着剤内の発熱性物質に到達し
なくなり、活性化の効果が得られない。
【０００７】このように天然ゴム、ＢＲ、ＳＢＲ、ＥＰ
ＤＭ等の非極性ゴムを基礎ポリマーとするゴム配合物と
樹脂複合体との接合には多くの制約条件があり、これが
各種防振機能部品の金具から樹脂への代替を妨げている
重大な要因となっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のゴム配合物と樹
脂複合体との接合方法では、ゴム配合物として、天然ゴ
ム、ＥＰＤＭ、天然ゴムと他のゴムとのブレンドゴム、
のいずれかを基礎ポリマーとするゴム配合物を用いる。
このゴム配合物は、予め所定形状に加硫成形しておく。
そして、所定形状に成形した加硫ゴムと樹脂複合体とを
接着剤を介して圧着した後に、上記接着剤が活性化する
ように誘電加熱により上記加硫ゴムを選択的に発熱させ
て接合する。
【０００９】
【作用】誘電加熱法で物質を加熱する場合、被加熱物の
発熱量は次式によって与えられる。
【００１０】 Ｐｖ＝（５／９）ｆ・ε′・ｔａｎδ・Ｅ2×１０-12 （Ｗ／ｃｍ3） 但し Ｐｖ：単位体積あたりの発熱量 ｆ ：周波数 ε′：比誘電率 ｔａｎδ：誘電正接 Ｅ ：電界強度 ここで、周波数ｆと電界強度Ｅは装置の性能でほぼ決定
され、比誘電率ε′と誘電正接ｔａｎδは被加熱物が元
来有している性質である。上記の式に示すように、周波
数ｆや電界強度Ｅを増大すれば発熱量を増すことができ
るが、これには装置のコスト等から自ずと限界があり、
一般的には、比誘電率ε′と誘電正接ｔａｎδがかなり
大きな物質でなければ誘電加熱はできないと考えた方が
良い。また、比誘電率ε′と誘電正接ｔａｎδとの積
（ε′×ｔａｎδ）は誘電体損失あるいは誘電損率と呼
ばれるものであり、物質の誘電特性を表し、発熱の目安
となる重要な指標である。
【００１１】ゴム材料の誘電体損失（ε′×ｔａｎδ）
は、その種類によって様々である。また補強材として必
要不可欠なカーボンブラックは、誘電体損失の値が大き
く、ゴムに配合することによって必然的にその配合物の
誘電体損失を高めることになる。しかも配合量も多いた
め無視できない成分である。
【００１２】次の表１は、種々のゴム原料に実用的な量
のカーボンブラック、硫黄、加硫促進剤、老化防止剤な
どを配合し、１ＭＨｚでの比誘電率ε′と誘電正接ｔａ
ｎδとを実測して、誘電体損失（ε′×ｔａｎδ）を算
出し、これをまとめたものである。特に、これらのゴム
材料は、図３に示すように加硫反応を生じるが、図３の
Ａ点つまり未加硫状態での誘電特性と、Ｂ点つまり加硫
状態での誘電特性とを対比して示してある。
【００１３】
【表１】
【００１４】この表の未加硫状態での誘電特性を見る
と、天然ゴム、ＳＢＲ、ＢＲ、ＥＰＤＭは、誘電体損失
が０．２８〜０．５７であるのに対し、ＣＲ、ＮＢＲ、
塩素化ＩＩＲのような極性基を有するゴムの誘電体損失
は０．９９〜１．４１であり、約２〜５倍の開きがあ
る。つまり、天然ゴム、ＳＢＲ、ＢＲ、ＥＰＤＭなどの
非極性ゴムはＣＲなどの極性ゴムに比べると、あまり発
熱を期待できない。
【００１５】また、硬化したエポキシ樹脂の誘電体損失
は０．２〜０．４であるから、このエポキシ樹脂を発熱
させずに非極性ゴムのみを選択的に発熱させることも不
可能であることが判る。
【００１６】ところが、ここで本発明者は、ゴムとりわ
け非極性ゴムにあっては加硫状態となることにより比誘
電率ε′および誘電正接ｔａｎδが大幅に向上し、誘電
加熱が可能になる、という新たな知見を得た。これは、
ゴムの架橋密度が増すことに起因するものと考えられ
る。図１は、架橋密度と比誘電率ε′との関係を示して
おり、図２は架橋密度と誘電正接ｔａｎδとの関係を示
している。尚、その測定値は表１の実施例Ｃの配合によ
るものである。これらの図より、架橋密度と比誘電率
ε′あるいは誘電正接ｔａｎδとが比例関係にあること
が判る。尚、図３には、型温度１５０℃での加硫時間と
架橋密度との関係を示す。
【００１７】表１に明らかなように、天然ゴムの加硫ゴ
ムは未加硫時に比較して誘電体損失が約１００倍にもな
り、ＥＰＤＭでは約３０倍になる。ＢＲおよびＳＢＲの
場合は、加硫状態になっても顕著な差はないが、天然ゴ
ムとブレンドすることによってその値は３０〜５０倍に
大きくなる。従って、誘電加熱により接着剤の活性化に
十分な発熱量を確保することができる。さらに都合のよ
いことに、天然ゴムまたは天然ゴムを主体とするゴム組
成物は図３に示すように加硫時間に対して架橋密度が素
早く増大し、平衡に達する。ＥＰＤＭも似たような性質
を有している。従って、これらのゴム組成物は、ある一
定の加硫時間を確保することさえできれば、その後はあ
まり時間に左右されずに比誘電率ε′および誘電正接ｔ
ａｎδが大きな加硫ゴムを安定的に作ることができると
いう利点がある。
【００１８】図４は、実際に、未加硫ゴム（図３のＡ
点）と加硫ゴム（図３のＢ点）の誘電加熱による発熱の
差を確認した結果を示している。試料としては、表１の
実施例Ｃの配合のゴムを用いた。また試験方法は、２
５．４×１２７ｍｍ、厚さ７．９１ｍｍに形成したゴム
をフッ素樹脂型を介して電極に挟み加圧し、周波数４０
ＭＨｚ、出力２．４ｋＷでそれぞれ誘電加熱を行った。
尚、ゴムの温度は、高周波電波の影響を受けない温度計
でゴムの内部を測定した。図４に示すように、加硫ゴム
は１５０秒で１５０℃に達するのに対し、未加硫ゴムは
１５０秒経過しても４０℃程度であった。また、表１の
実施例Ａ，実施例Ｂ，実施例Ｄの配合物でもほぼ同様の
実験結果が得られた。尚、同様の試験方法でエポキシ樹
脂をマトリックスとした樹脂複合体の加熱試験を行った
ところ、１５０秒経過しても４０℃程度であり、熱劣化
は全く生じなかった。
【００１９】以上の知見から、加硫ゴムと樹脂複合体と
を接着剤を介し圧着した状態で誘電加熱すると、加硫ゴ
ムのみが選択的に、均一かつ急速に発熱することが判明
した。従って、この現象を利用すれば、誘電加熱法によ
って接着面の全面に亙って瞬時に接着反応を起こし、加
硫ゴムと樹脂複合体とを強固に接合させることができ
る。また、樹脂複合体の発熱が殆どないため、部分的な
異常発熱により樹脂材の熱劣化を生じるようなことがな
く、強度および外観を損なうこともない。
【００２０】
【実施例】実施例１として板状の樹脂複合体と加硫ゴム
との接合を行った。実施例２として円筒形の樹脂複合体
とリング状の加硫ゴムとの接合を行った。樹脂複合体の
主な組成は、実施例１，実施例２ともにマトリックス樹
脂がエポキシ樹脂、強化層がピッチ系炭素繊維である。
ゴムとしては、表１に示した実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの配
合のものを用いた。以下、実施例１，実施例２の試験方
法および試験結果を詳述する。
【００２１】〔実施例１〕実施例１の接合に用いられる
試験片は、ＪＩＳＫ６３０１に規定する金属とゴムとの
９０゜剥離試験に準拠したものであり、図５に示すよう
に、金属の代わりに厚さ２．２ｍｍの樹脂複合体１を用
いている。ゴム２は、規格に沿った金型を用いて予め１
５０℃，１５分の条件で加硫成形されており、２５．４
×１２７ｍｍ、厚さ７．９１ｍｍの短冊状にカットして
ある。そして、図示するように、板状樹脂複合体１と同
寸法の溝を形成したフッ素樹脂型３の下型３Ａに、板状
樹脂複合体１をはめ込むとともに、該板状樹脂複合体１
にクロロプレン系あるいはニトリルゴム系の接着剤５を
塗布して、その上に加硫ゴム２を重ね合わせ、かつ上型
３Ｂをかぶせる。この樹脂型３の外側から上下の電極
６，４で挟んで加圧し、周波数４０ＭＨｚ、出力２．４
ｋＷで誘電加熱を行った。このとき、加熱面積は接着剤
塗布面積と等しくし、上下の電極面積は２５．４×２
５．４ｍｍとした。また、フッ素樹脂型３の型枠の厚み
は上下とも３ｍｍとした。
【００２２】ゴム２として実施例Ａ〜Ｄを用いたそれぞ
れの試験結果を表２に示す。尚、接着面温度は接着界面
近傍のゴムの温度を高周波電波の影響を受けない温度計
で測定した。
【００２３】実施例Ａ〜Ｄのいずれの配合物も発振時間
１２０〜１５０秒で接着面付近の温度が１５０〜１６０
℃に達し、接着剤５の活性化に十分な温度となる。剥離
強度はややばらつきがあったものの、破壊の様子は全て
Ｒ破断であり、接着面全面に亙って反応が起こり、ゴム
配合物２と樹脂複合体１とが強固に接合されていること
が裏付けられた。尚、誘電加熱の際の発振周波数を１３
〜４０ＭＨｚの範囲で変化させた場合も同様に良好な接
合が得られた。
【００２４】また比較のために同じゴム配合物を未加硫
状態のまま同一の試験を行ったところ、同一時間では６
０℃程度しか昇温せず、接着反応は認められなかった。
【００２５】
【表２】
【００２６】〔実施例２〕図６に示すように、円筒形に
形成した樹脂複合体１１の両端内周に、端部にフランジ
１３ａを有する金属製の短円筒部材１３を、リング状の
加硫ゴム１２を介して接合した。加硫ゴム１２は、予め
短円筒部材１３の外周にゴム−金属接着剤を介して加硫
接着してあり、この加硫ゴム１２を弾性変形させつつ短
円筒部材１３を樹脂複合体１１内周に圧入配置してあ
る。この樹脂複合体１１の端部内周面には、予めクロロ
プレン系あるいはニトリルゴム系の接着剤１４が塗布さ
れている。そして、樹脂複合体１１の端部の外周側に誘
電加熱装置の外周側電極１５を取り付けるとともに、短
円筒部材１３にリード線１６を接続して該短円筒部材１
３を内周側の電極として利用する。尚、１７は外周側電
極１５に接続されたリード線である。この互いに対抗し
た電極間において、周波数４０ＭＨｚ、出力０．１５ｋ
Ｗで誘導加熱を行った。
【００２７】ここで、樹脂複合体１１は、外径８２．６
ｍｍ、肉厚３．０ｍｍ、長さ２００ｍｍを基準に作成し
た。加硫ゴム１２は、圧入前の肉厚が４ｍｍ、圧入後の
肉厚が３ｍｍとなるように設計した。外周側電極１５
は、内径８２．６ｍｍ、幅７０ｍｍの円筒形しんちゅう
製電極とし、これを加硫ゴム１２の接着部の外周に取り
付けた。
【００２８】加硫ゴム１２として実施例Ａ〜Ｄを用いた
それぞれの試験結果を同じく表２に示す。この実施例２
の接着性の確認は、静的捩り試験を行い、そのとき検出
された最大トルクと破断の様子をもって指標したもの
で、最大トルクは試験体２個の平均値、接着面温度は試
験体１個につき２カ所の接着部があるため合計４カ所の
平均値をとって示している。尚、接着面温度は接着界面
近傍のゴムの温度を高周波電波の影響を受けない温度計
で測定した。また、捩り試験は油圧式の試験機を用い、
捩り速度は５ｄｅｇ／ｍｉｎで行った。
【００２９】表２に明らかなように、実施例Ａ〜Ｄのい
ずれの配合物も発振時間２０〜３０秒で接着面付近の温
度が１５５〜１６０℃に達し、接着剤１４の活性化に十
分な温度となる。捩り試験の結果は、全てゴム破断に至
るほど両者が堅固に接合されていた。尚、樹脂複合体１
１の温度は６０℃程度にとどまっており、外観になんら
変化は見られなかった。
【００３０】図７は、一例として実施例Ｃの配合物を用
いた場合の加硫ゴム１２と樹脂複合体１１との温度変化
を示したものである。この図から判るように、誘導加熱
によって加硫ゴム１２のみが選択的に加熱され、急速に
昇温する。樹脂複合体１１の温度はほとんど上昇しな
い。接着剤１４の温度は正確な測定が困難であるため、
図中に破線でもって推定値を記してあるが、加硫ゴム１
２の温度測定点が接着面近傍であるため、加硫ゴム１２
の昇温特性にほぼ一致するものと考えられる。
【００３１】尚、上記実施例１および実施例２では、樹
脂複合体を板状および円筒状に形成した例を説明した
が、本発明がこれ以外の形状の接合に同様に適用できる
ことは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係るゴム配合物と樹脂複合体との接合方法によれば、
接着剤を介して加硫ゴムと樹脂複合体とを圧着した状態
で誘電加熱を行うことにより、加硫ゴム全体が均一かつ
急速に発熱し、接着面の全面に亙って瞬時に接着反応が
生じ、加硫ゴムと樹脂複合体とが強固に接合される。特
に、防振特性や耐寒性に優れた天然ゴムやＥＰＤＭ等の
非極性ゴムの接合が可能となる。そして、加硫ゴムのみ
を選択的に加熱することになるため、樹脂複合体の熱劣
化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】架橋密度と比誘電率ε′との関係を示す特性
図。
【図２】架橋密度と誘電正接ｔａｎδとの関係を示す特
性図。
【図３】加硫時間と架橋密度との関係を示す特性図。
【図４】誘導加熱による未加硫ゴムと加硫ゴムとの温度
上昇差を示す特性図。
【図５】実施例１の構成を示す斜視図。
【図６】実施例２の構成を示す斜視図。
【図７】実施例２における加硫ゴムと樹脂複合体の昇温
特性を示す特性図。
【符号の説明】
１…樹脂複合体 ２…加硫ゴム ４…下部電極 ５…接着剤 ６…上部電極 １１…樹脂複合体 １２…加硫ゴム １３…短円筒部材（内周側電極） １４…接着剤 １５…外周側電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 天然ゴム、ＥＰＤＭ、天然ゴムと他のゴ
    ムとのブレンドゴム、のいずれかを基礎ポリマーとする
    ゴム配合物と樹脂複合体とを接着剤により相互に接合す
    る方法であって、上記ゴム配合物を予め所定形状に加硫
    成形し、その加硫ゴムと樹脂複合体とを接着剤を介して
    圧着するとともに、上記接着剤が活性化するように誘電
    加熱により上記加硫ゴムを発熱させて接合することを特
    徴とするゴム配合物と樹脂複合体との接合方法。
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