JPWO2018207446A1 - シート、積層体、パイプ、ライザー管及びフローライン - Google Patents
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Abstract
Description
テトラフルオロエチレンおよび/またはクロロトリフルオロエチレンに基づく繰返し単位(a)と、フッ素モノマー(ただし、テトラフルオロエチレンおよびクロロトリフルオロエチレンを除く。)に基づく繰返し単位(b)と、酸無水物残基および重合性不飽和結合を有するモノマーに基づく繰返し単位(c)とを有し、前記繰返し単位(a)〜(c)の合計100モル%のうち、前記繰返し単位(a)が50〜99.89モル%であり、前記繰返し単位(b)が0.1〜49.99モル%であり、前記繰返し単位(c)が0.01〜5モル%である含フッ素共重合体(F)。
その他式(1):
上記融点は、示差走査熱量計RDC220(Seiko Instruments社製)を用い、ASTM D−4591に準拠して、昇温速度10℃/分にて熱測定を行い、得られる吸熱曲線のピークにあたる温度を融点とする。
上記MFRは、ASTM D3307−01に準拠し、温度240℃、荷重5kgで測定して得られる値である。
本発明のシートにおいては、上記炭素繊維を構成する少なくとも一部の炭素単繊維に、上記フッ素樹脂が含浸されていることも好ましい。また、少なくとも一部の上記炭素単繊維が、上記フッ素樹脂層に埋設されていることも好ましい。また、少なくとも一部の上記炭素単繊維が、上記フッ素樹脂層に貫入していることも好ましい。
まず、炭素繊維ストランドから取り出した炭素単繊維の両端をコ字状の試験台に接着剤を使用して固定する。コ字状の試験台に固定した炭素単繊維には、所定の温度に加熱して溶融させたフッ素樹脂を接触させることによって付着させる。フッ素樹脂を付着させた炭素単繊維を室温で冷却した後、フッ素樹脂を再度溶融させることによってドロップレット形状とする。フッ素樹脂を付着させた炭素単繊維を再度室温で十分冷却した後、試験台を装置の試験台設置フォルダーにセットする。試験台設置フォルダーはロードセルを備えた試験台移動装置と連結されており、炭素単繊維の繊維軸方向に試験台を一定速度で移動させることが可能となっている。その後、試験台を0.3mm/minの速度で炭素単繊維の繊維軸方向に移動させ、炭素単繊維をフッ素樹脂から成るマイクロドロップレットから引き抜く際の最大荷重を測定し、この値を測定前のマイクロドロップレットと炭素単繊維との接触面積で除した値を接着強度とする。試験はマイクロドロップレットの直径が50〜90μmの大きさのものを選択し、室温で行う。試料の結果はN=20以上の平均値を採用する。
引張試験条件
引張速度:100mm/min
サンプルの形状:マイクロダンベル
態様(1)のテープは、単純な形状であり、製造が容易である。
図1(a)に、態様(1)のテープの一例の横断面を示す。
態様(2)のテープは、巻き付け時に、隣り合うテープの肉薄部を重ねるように巻き付けることにより、対象物に隙間なく巻き付けることができるため、高温の流体を流通させる可撓管類を構成するテープ層に適用した場合であっても、高温の流体の外部への透過を容易に抑制することができる。また、肉薄部同士を重ねることにより、得られるテープ層の厚みを容易に均一にすることができる。
テープ1bの幅方向の両端に、中央部2と比較して肉薄な肉薄部3が設けられている。一方の肉薄部3はテープ1bの厚さ方向の上端側に、他方の肉薄部3は下端側に設けられている。
なお、態様(2)には、後述する態様(3)は含まれないものとする。
態様(3)のテープとしては、例えば、横断面の形状が略Z字状、略U字状、略S字状、略T字状、略I字状等であるものを挙げることができるが、これらの形状に限定されない。
態様(3)のテープは、巻き付け時に、隣り合うテープの幅方向の端部同士をかみ合わせるように巻き付けることにより、テープ同士が互いにロックされたテープ層を得ることができる。したがって、当該テープを高温の流体を流通させる可撓管類を構成するテープ層に適用した場合、当該可撓管類が撓んだりねじれたりした際のテープのズレを防止することができる。その結果、可撓管類の内部を流通する流体の流出を、より確実に防止することができる。
このテープは、幅方向の両端にカギ状構造の部位(カギ部)を有しているため、巻き付け時に、隣り合うテープのカギ部同士をかみ合わせるように、すなわち、一方のテープの凸部及び肉薄部から構成される凹部に、他方のテープの凸部をはめ込むように巻き付けることにより、テープ同士が互いにロックされたテープ層を得ることができる。
テープ1cは、横断面の形状が略Z字状である。テープ1cの幅方向の両端に肉薄部5が設けられ、更に、2つの当該肉薄部5から厚さ方向に互いに反対向き(対向する向き)に突出する凸部4が設けられている。
邉吾一、「連続繊維FRTPの成形法と特性」、日刊工業新聞社、2015年3月30日、第75頁、第85頁、第143頁
第2層においては、上記テープが複数層積層されていてもよい。
また、チューブ、ホース、ロール、各種ゴムロール、フレキシブルジョイント、ゴム板、コーティング、ベルト、ダンパー、バルブ、バルブシート、バルブの弁体、耐薬品用コーティング材料、ラミネート用材料、ライニング用材料等としても使用できる。
なお、上記リング、パッキン、シールの断面形状は、種々の形状のものであってよく、具体的には、例えば、四角、O字、へルール等の形状であってもよいし、D字、L字、T字、V字、X字、Y字等の異形状であってもよい。
上述のようなエンジン本体やその周辺装置では、耐熱性、耐油性、燃料油耐性、エンジン冷却用不凍液耐性、耐スチーム性が要求される各種シール材に本発明のテープを用いることができ、そのようなシール材としては、例えば、ガスケット、シャフトシール、バルブステムシール等のシールや、セルフシールパッキン、ピストンリング、割リング形パッキン、メカニカルシール、オイルシール等の非接触型又は接触型のパッキン類、ベローズ、ダイアフラム、ホース、チューブの他、電線、緩衝材、防振材、ベルトAT装置に用いられる各種シール材等が挙げられる。
制御系電装部品における具体的な使用形態としては、各種センサー線の被覆材料等が挙げられる。
上記装備電装部品における具体的な使用形態としては、カーエアコンのO−リング、パッキンや、クーラーホース、高圧エアコンホース、エアコンホース、電子スロットルユニット用ガスケット、ダイレクトイグニッション用プラグブーツ、ディストリビューター用ダイアフラム等が挙げられる。また、電装部品の接着にも用いることができる。
また、ディーゼルエンジンに関する部品において、直噴インジェクター用のO−リングシール、回転ポンプシール、制御ダイアフラム、燃料ホース、EGR、プライミングポンプ、ブーストコンペンセーターのダイアフラム等として用いることができる。また、尿素SCRシステムに用いられるO−リング、シール材、ホース、チューブ、ダイアフラムや、尿素SCRシステムの尿素水タンク本体、及び尿素水タンクのシール材等にも用いることができる。
ミッションオイルシールや、ATのミッションオイルホース、ATFホース、O−リング、パッキン類等も挙げられる。
なお、トランスミッションには、AT(オートマチック・トランスミッション)、MT(マニュアル・トランスミッション)、CVT(連続可変トランスミッション)、DCT(デュアル・クラッチ・トランスミッション)等がある。
また、手動又は自動変速機用のオイルシール、ガスケット、O−リング、パッキンや、無段変速機(ベルト式又はトロイダル式)用のオイルシール、ガスケット、O−リング、パッキンの他、ATFリニアソレノイド用パッキング、手動変速機用オイルホース、自動変速機用ATFホース、無断変速機(ベルト式又はトロイダル式)用CVTFホース等も挙げられる。
ステアリング系における具体的な使用形態としては、パワーステアリングオイルホースや高圧パワステアリングホース等が挙げられる。
自動車エンジンの主運動系においては、クランクシャフトシール、カムシャフトシール等のシャフトシール等に用いることができる。
自動車エンジンの動弁系においては、エンジンバルブのバルブステムオイルシール、バタフライバルブのバルブシート等に用いることができる。
自動車エンジンの潤滑・冷却系においては、エンジンオイルクーラーのエンジンオイルクーラーホース、オイルリターンホース、シールガスケットや、ラジエータ周辺のウォーターホース、ラジエータのシール、ラジエータのガスケット、ラジエータのO−リング、バキュームポンプのバキュームポンプオイルホース等の他、ラジエーターホース、ラジエータータンク、オイルプレッシャー用ダイアフラム、ファンカップリングシール等に用いることができる。
上記航空機分野においては、例えば、航空機用各種シール部品、航空機用エンジンオイル用途の航空機用各種部品、ジェットエンジンバルブステムシールやガスケットやO−リング、ローテーティングシャフトシール、油圧機器のガスケット、防火壁シール、燃料供給用ホースやガスケットやO−リング、航空機用ケーブルやオイルシールやシャフトシール等として用いることが可能である。
また、船舶分野においては、例えば、スクリューのプロペラシャフト船尾シール、ディーゼルエンジンの吸排気用バルブステムシール、バタフライバルブのバルブシール、バタフライバルブのバルブシートや軸シール、バタフライ弁の軸シール、船尾管シール、燃料ホース、ガスケット、エンジン用のO−リング、船舶用ケーブル、船舶用オイルシール、船舶用シャフトシール等として使用することができる。
上記化学品分野及び薬品分野における具体的な使用形態としては、化学装置、化学薬品用ポンプや流量計、化学薬品用配管、熱交換器、農薬散布機、農薬移送ポンプ、ガス配管、燃料電池、分析機器や理化学機器(例えば、分析機器や計器類のカラム・フィッティング等)、排煙脱硫装置の収縮継ぎ手、硝酸プラント、発電所タービン等に用いられるシールや、医療用滅菌プロセスに用いられるシール、メッキ液用シール、製紙用ベルトのコロシール、風洞のジョイントシール;反応機、攪拌機等の化学装置、分析機器や計器類、ケミカルポンプ、ポンプハウジング、バルブ、回転計等に用いられるO−リングや、メカニカルシール用O−リング、コンプレッサーシーリング用のO−リング;高温真空乾燥機、ガスクロマトグラフィーやpHメーターのチューブ結合部等に用いられるパッキンや、硫酸製造装置のガラス冷却器パッキン;ダイアフラムポンプ、分析機器や理化学機器等に用いられるダイアフラム;分析機器、計器類に用いられるガスケット;分析機器や計器類に用いられるはめ輪(フェルール);バルブシート;Uカップ;化学装置、ガソリンタンク、風洞等に用いられるライニングや、アルマイト加工槽の耐食ライニング;メッキ用マスキング冶具のコーティング;分析機器や理化学機器の弁部品;排煙脱硫プラントのエキスパンジョンジョイント;濃硫酸等に対する耐酸ホース、塩素ガス移送ホース、耐油ホース、ベンゼンやトルエン貯槽の雨水ドレンホース;分析機器や理化学機器等に用いられる耐薬品性チューブや医療用チューブ;繊維染色用の耐トリクレン用ロールや染色用ロール;医薬品の薬栓;医療用のゴム栓;薬液ボトル、薬液タンク、バッグ、薬品容器;耐強酸、耐溶剤の手袋や長靴等の保護具等が挙げられる。
上記写真分野、印刷分野及び塗装分野における具体的な使用形態としては、複写機の転写ロールの表面層、複写機のクリーニングブレード、複写機のベルト;複写機、プリンター、ファクシミリ等のOA機器用のロール(例えば、定着ロール、圧着ロール、加圧ロール等が挙げられる。)、ベルト;PPC複写機のロール、ロールブレード、ベルト;フィルム現像機、X線フィルム現像機のロール;印刷機械の印刷ロール、スクレーパー、チューブ、弁部品、ベルト;プリンターのインキチューブ、ロール、ベルト;塗布、塗装設備の塗装ロール、スクレーパー、チューブ、弁部品;現像ロール、グラビアロール、ガイドロール、磁気テープ製造塗工ラインのガイドロール、磁気テープ製造塗工ラインのグラビアロール、コーティングロール等が挙げられる。
上記食品機器分野における具体的な使用形態としては、プレート式熱交換器のシール、自動販売機の電磁弁シール、ジャーポットのパッキン、サニタリーパイプパッキン、圧力鍋のパッキン、湯沸器シール、熱交換器用ガスケット、食品加工処理装置用のダイアフラムやパッキン、食品加工処理機用ゴム材料(例えば、熱交換器ガスケット、ダイアフラム、O−リング等の各種シール、配管、ホース、サニタリーパッキン、バルブパッキン、充填時にビン等の口と充填剤との間のジョイントとして使用される充填用パッキン)等が挙げられる。また、酒類、清涼飲料水等の製品、充填装置、食品殺菌装置、醸造装置、湯沸し器、各種自動食品販売機等に用いられるパッキン、ガスケット、チューブ、ダイアフラム、ホース、ジョイントスリーブ等も挙げられる。
上記エネルギー資源探索採掘機器部品分野における具体的な使用形態としては、ドリルビットシール、圧力調整ダイアフラム、水平掘削モーター(ステーター)のシール、ステーターベアリング(シャフト)シール、暴噴防止装置(BOP)に用いられるシール材、回転暴噴防止装置(パイプワイパー)に用いられるシール材、MWD(リアルタイム掘削情報探知システム)に用いられるシール材や気液コネクター、検層装置(ロギングエクイップメント)に用いられる検層ツールシール(例えば、O−リング、シール、パッキン、気液コネクター、ブーツ等)、膨張型パッカーやコンプリーションパッカー及びそれらに用いるパッカーシール、セメンチング装置に用いられるシールやパッキン、パーフォレーター(穿孔装置)に用いられるシール、マッドポンプに用いられるシールやパッキンやモーターライニング、地中聴検器カバー、Uカップ、コンポジションシーティングカップ、回転シール、ラミネートエラストメリックベアリング、流量制御のシール、砂量制御のシール、安全弁のシール、水圧破砕装置(フラクチャリングエクイップメント)のシール、リニアーパッカーやリニアーハンガーのシールやパッキン、ウェルヘッドのシールやパッキン、チョークやバルブのシールやパッキン、LWD(掘削中検層)用シール材、石油探索・石油掘削用途で用いられるダイアフラム(例えば、石油掘削ピット等の潤滑油供給用ダイアフラム)、ゲートバルブ、電子ブーツ、穿孔ガンのシールエレメント等が挙げられる。
また、自転車におけるゴム部品、ブレーキシュー、ブレーキパッド等にも用いることができる。
特に、自動車用歯付きベルトとしては、タイミングベルトが代表的である。
多層構造である場合、上記ベルトは、本発明のシート又はテープ及び他の材料からなる層からなるものであってもよい。
多層構造のベルトにおいて、他の材料からなる層としては、他のゴムからなる層や熱可塑性樹脂からなる層、各種繊維補強層、帆布、金属箔層等が挙げられる。
ジョイント部材とは、配管及び配管設備に用いられる継ぎ手のことであり、配管系統から発生する振動、騒音の防止、温度変化、圧力変化による伸縮や変位の吸収、寸法変動の吸収や地震、地盤沈下による影響の緩和、防止等の用途に用いられる。
フレキシブルジョイント、エキスパンションジョイントは、例えば、造船配管用、ポンプやコンプレッサー等の機械配管用、化学プラント配管用、電気配管用、土木・水道配管用、自動車用等の複雑形状成形体として好ましく用いることができる。
ブーツは、例えば、等速ジョイントブーツ、ダストカバー、ラックアンドピニオンステアリングブーツ、ピンブーツ、ピストンブーツ等の自動車用ブーツ、農業機械用ブーツ、産業車両用ブーツ、建築機械用ブーツ、油圧機械用ブーツ、空圧機械用ブーツ、集中潤滑機用ブーツ、液体移送用ブーツ、消防用ブーツ、各種液化ガス移送用ブーツ等の各種産業用ブーツ等の複雑形状成形体として好ましく用いることができる。
また、上記自動車関連における燃料としては、軽油、ガソリン、ディーゼルエンジン用燃料(バイオディーゼルフューエルを含む)等が挙げられる。
核磁気共鳴装置AC300(Bruker−Biospin社製)を用い、測定温度を(ポリマーの融点+20)℃として19F−NMR測定を行い、各ピークの積分値およびモノマーの種類によっては元素分析を適宜組み合わせて求めた。
示差走査熱量計RDC220(Seiko Instruments社製)を用い、ASTM D−4591に準拠して、昇温速度10℃/分にて熱測定を行い、得られた吸熱曲線のピークから融点を求めた。
ASTM D3307−01に準拠し、メルトインデクサー(東洋精機社製)を用いて、240℃又は297℃、5kg荷重下で内径2mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)をMFRとした。
以下のフッ素樹脂のフィルムを準備した。
フッ素樹脂
クレハ社製KF850(フッ化ビニリデンホモポリマー、融点173℃、MFR20.0g/10分(240℃、5kg荷重))
ダイキン工業社製ネオフロンETFE EP546(エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体、融点253℃、MFR6.0g/10分(297℃、5kg荷重))
東レ社製T700SC−12000(引張強度:4900MPa、引張弾性率:230GPa)
実施例1
PVDF
プレス温度:240℃
保温時間:5分
プレス時間:10分
圧力:3MPa
実施例2
PVDF
プレス温度:330℃
保温時間:30秒
プレス時間:10秒x3回
圧力:3MPa
比較例1
ETFE
プレス温度:300℃
保温時間:5分
プレス時間:10分
圧力:3MPa
引張試験条件
引張速度:2mm/min
サンプルの形状:マイクロダンベル
まず、炭素繊維ストランドから取り出した炭素単繊維の両端をコ字状の試験台に接着剤を使用して固定した。コ字状の試験台に固定した炭素単繊維には、340℃に加熱して溶融させたフッ素樹脂を接触させることによって付着させた。フッ素樹脂を付着させた炭素単繊維を室温で冷却した後、フッ素樹脂を360℃で再度溶融させることによってドロップレット形状とした。フッ素樹脂を付着させた炭素単繊維を再度室温で十分冷却した後、試験台を装置の試験台設置フォルダーにセットした。試験台設置フォルダーはロードセルを備えた試験台移動装置と連結されており、炭素単繊維の繊維軸方向に試験台を一定速度で移動させることが可能となっている。その後、試験台を0.3mm/minの速度で炭素単繊維の繊維軸方向に移動させ、炭素単繊維をフッ素樹脂から成るマイクロドロップレットから引き抜く際の最大荷重を測定し、この値を測定前のマイクロドロップレットと炭素単繊維との接触面積で除した値を接着強度とした。試験はマイクロドロップレットの直径が50〜90μmの大きさのものを選択し、室温で行った。試料の結果はN=20以上の平均値を採用した。
2:中央部
3:肉薄部
4:凸部
5:肉薄部
10:パイプ
11:第1層
12:第2層
14、15、16:テープ
20:パイプ
21:第1層
22:第2層
23:第3層
30:ライザー管又はフローライン
31:胴体(カーカス)
32:第1層
33:第2層
34:第1補強層
35:第2補強層
36:外層樹脂
Claims (9)
- 炭素繊維と、前記炭素繊維を構成する炭素単繊維の周囲に位置するフッ素樹脂層とを含み、
前記フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂がポリフッ化ビニリデンであり、
引張強度が400MPa以上である
ことを特徴とするシート。 - 前記ポリフッ化ビニリデンは、フッ化ビニリデンのホモポリマーである請求項1記載のシート。
- テープである請求項1又は2記載のシート。
- 第1層と、
第1層の上に形成された、請求項1、2又は3記載のシートからなる第2層と、
を含むことを特徴とする積層体。 - 請求項4記載の積層体からなることを特徴とするパイプ。
- 第1層と、第1層の上に形成された、請求項3記載のシートからなる第2層と、を含むパイプであって、
第1層及び第2層が、前記パイプの内側からこの順に積層され、
第2層が、第1層の外周に前記テープを巻き付けることにより形成されている
ことを特徴とするパイプ。 - 第1層が、可撓性を有する管体である請求項5又は6記載のパイプ。
- 請求項5、6又は7記載のパイプを備えるライザー管。
- 請求項5、6又は7記載のパイプを備えるフローライン。
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