(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-12
(45)【発行日】2023-04-20
(54)【発明の名称】ゴム複合体の製造方法
(51)【国際特許分類】
B32B 25/20 20060101AFI20230413BHJP
C08J 7/00 20060101ALI20230413BHJP
【FI】
B32B25/20
C08J7/00 306
C08J7/00 CFH
(21)【出願番号】P 2021085932
(22)【出願日】2021-05-21
【審査請求日】2022-05-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000003263
【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹田 龍平
(72)【発明者】
【氏名】田邊 貴史
(72)【発明者】
【氏名】山本 哲也
【審査官】鏡 宣宏
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-24980(JP,A)
【文献】特開2020-70325(JP,A)
【文献】特開2006-205151(JP,A)
【文献】特開2015-135483(JP,A)
【文献】特開2012-97818(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B32B 1/00-43/00
C08J 7/00-7/18
C09K 3/10-3/12
F16J 15/00-15/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコーンゴムの第1部材と、非シリコーン系ゴムの第2部材とが複合したゴム複合体の製造方法であって、
前記シリコーンゴムの未架橋物を所定温度及び所定時間の第1架橋条件で架橋させて前記第1部材を形成し、
前記第1部材の前記第2部材との複合予定面に極性官能基を付与する表面処理を行い、
前記第1部材の前記表面処理を行った前記複合予定面に、前記非シリコーン系ゴムの未架橋物を当てるとともに、前記非シリコーン系ゴムの未架橋物を所定温度及び所定時間の第2架橋条件で架橋させて前記第2部材を形成し、且つ前記第2部材を前記第1部材と複合させるゴム複合体の製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記表面処理がプラズマ処理であるゴム複合体の製造方法。
【請求項3】
請求項1又は2に記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記第1部材の前記表面処理を行った前記複合予定面に、前記非シリコーン系ゴムの未架橋物を当てる前に、接着剤を付着させるゴム複合体の製造方法。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記シリコーンゴムのTR10が-60℃以下であるゴム複合体の製造方法。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記シリコーンゴムの未架橋物が架橋剤を含有するゴム複合体の製造方法。
【請求項6】
請求項5に記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記シリコーンゴムの未架橋物が含有する前記架橋剤が過酸化物であるゴム複合体の製造方法。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記シリコーンゴムの未架橋物がシリカを含有するゴム複合体の製造方法。
【請求項8】
請求項7に記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記シリコーンゴムの未架橋物における前記シリカの含有量がポリマー成分100質量部に対して20質量部以下であるゴム複合体の製造方法。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記第1架橋条件が前記シリコーンゴムの未架橋物についてのキュラスト試験におけるtC(10)以上tC(50)以下となる条件であるゴム複合体の製造方法。
【請求項10】
請求項1乃至9のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記第1部材には、前記表面処理の前に、前記第1架橋条件の温度条件よりも高温で且つ時間条件よりも長時間の加熱処理を行わないゴム複合体の製造方法。
【請求項11】
請求項1乃至10のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記非シリコーン系ゴムの標準温度でのガス透過係数が、前記シリコーンゴムの標準温度でのガス透過係数よりも低いゴム複合体の製造方法。
【請求項12】
請求項1乃至11のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記非シリコーン系ゴムがフッ素ゴムであるゴム複合体の製造方法。
【請求項13】
請求項1乃至11のいずれかに記載されたゴム複合体の製造方法において、
前記ゴム複合体がシール材であるゴム複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ゴム複合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
異なる材料で形成された複数の部材を複合した複合体が種々存在する。例えば、特許文献1には、ゴム製のO-リングと樹脂製のバックアップリングとを複合したシール材が開示されている。特許文献2には、ゴム部材と金属部材とを積層して接着剤で複合したガスケットが開示されている。特許文献3には、シリコーンゴムの基材を含む第1プリプレグ積層体を硬化させた第1複合材と第2プリプレグ積層体を硬化させた第2複合材とを接合した複合材積層体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2020-180697号公報
【文献】特開2018-176435号公報
【文献】国際公開第2021/010028号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の課題は、シリコーンゴムの第1部材と、非シリコーン系ゴムの第2部材とが強固に複合したゴム複合体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、シリコーンゴムの第1部材と、非シリコーン系ゴムの第2部材とが複合したゴム複合体の製造方法であって、前記シリコーンゴムの未架橋物を所定温度及び所定時間の第1架橋条件で架橋させて前記第1部材を形成し、前記第1部材の前記第2部材との複合予定面に極性官能基を付与する表面処理を行い、前記第1部材の前記表面処理を行った前記複合予定面に、前記非シリコーン系ゴムの未架橋物を当てるとともに、前記非シリコーン系ゴムの未架橋物を所定温度及び所定時間の第2架橋条件で架橋させて前記第2部材を形成し、且つ前記第2部材を前記第1部材と複合させるものである。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、シリコーンゴムの第1部材の非シリコーン系ゴムの第2部材との複合予定面に極性官能基を付与する表面処理を行うことにより、第1部材と第2部材とを強固に複合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1A】実施形態に係る方法で製造するゴム複合体のシール材の平面図である。
【
図2A】実施形態に係るシール材の製造方法の第1の説明図である。
【
図2B】実施形態に係るシール材の製造方法の第2の説明図である。
【
図2C】実施形態に係るシール材の製造方法の第3の説明図である。
【
図2D】実施形態に係るシール材の製造方法の第4の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施形態について詳細に説明する。
【0009】
図1A及びBは、実施形態に係る方法で製造するゴム複合体のシール材10を示す。このシール材10は、例えば半導体製造装置等に組み付けられて低温度雰囲気下で使用されるいわゆるOリングである。
【0010】
シール材10は、内周側の第1部材11と、外周側の第2部材12とを備える。第1部材11は、内周側の大径の半円と外周側の小径の半円とが同心で結合したような断面形状に形成されている。第2部材12は、内周側に開口した半円の円弧の断面形状に形成されている。第2部材12の円弧の外径は、第1部材11の内周側の大径の半円と同一であり、且つ円弧の内径は、第1部材11の外周側の小径の半円とほぼ同一である。シール材10は、第1部材の外周側の断面が小径の半円の周方向に延びる突条が、第2部材12の内周側の断面が小径の半円の周方向に延びる溝に嵌合しているとともに、第1部材11と第2部材12とが接着されて複合している。
【0011】
第1部材11は、シリコーンゴムで形成されている。シリコーンゴムのポリマー成分としては、例えば、ビニルメチルシリコーン(VMQ)、フェニルメチルシリコーン(PMQ)等が挙げられる。シリコーンゴムのポリマー成分は、耐低温性が優れる観点から、フェニルメチルシリコーン(PMQ)であることが好ましい。
【0012】
第1部材11を形成するシリコーンゴムのTR10は、耐低温性が優れる観点から、-60℃以下であることが好ましい。このTR10は、JIS K6261:2006に基づいて測定されるものである。第1部材11を形成するシリコーンゴムのタイプAデュロメータで測定される標準試験温度でのゴム硬さは、例えば50以上80以下である。このゴム硬さは、JIS K6253-3:2012に基づいて測定されるものである。第1部材11を形成するシリコーンゴムの標準試験温度での100%応力は、例えば1.0MPa以上である。この100%応力は、JIS K6251:2010に基づいて測定されるものである。
【0013】
第2部材12は、非シリコーン系ゴムで形成されている。非シリコーン系ゴムのポリマー成分としては、例えば、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム等が挙げられる。フッ素ゴムでは、例えば、ビニリデンフルオライド(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体(二元系FKM)、ビニリデンフルオライド(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)とテトラフルオロエチレン(TFE)との共重合体(三元系FKM)等が挙げられる。第2部材12を形成する非シリコーン系ゴムのポリマー成分は、シール性が優れる観点から、フッ素ゴムであることが好ましく、二元系FKMであることがより好ましい。
【0014】
第2部材12を形成する非シリコーン系ゴムの標準温度でのガス透過係数は、好ましくは3.0×10-12mol・m/(m2・s・Pa)以下、より好ましくは1.0×10-12mol・m/(m2・s・Pa)以下である。このガス透過係数は、JIS K6275-1:2009に基づいて測定されるものである。第2部材12を形成する非シリコーン系ゴムの標準温度でのガス透過係数は、シール性が優れる観点から、第1部材11を形成するシリコーンゴムの標準温度でのガス透過係数よりも低いことが好ましい。
【0015】
第2部材12を形成する非シリコーン系ゴムのタイプAデュロメータで測定される標準試験温度でのゴム硬さは、例えば60以上80以下である。第2部材12を形成する非シリコーン系ゴムの標準試験温度での100%応力は、例えば3.0MPa以上である。
【0016】
実施形態に係る上記構成のシール材10(ゴム複合体)の製造方法では、まず、第1部材11を形成する。具体的には、例えば、
図2Aに示すように、第1金型21に形成された第1部材11の形状のキャビティC
1に、シリコーンゴムの未架橋物R
1を充填した後、型締めしてプレス成形することにより、シリコーンゴムの未架橋物R
1を、所定温度(例えば160℃乃至170℃)、所定圧力(例えば8.0MPa乃至12.0MPa)、及び所定時間(例えば5分乃至15分)の第1架橋条件で架橋させて第1部材11を形成する。
【0017】
シリコーンゴムの未架橋物R1は、後述するように第1部材11と第2部材12とを強固に複合させる観点から、架橋剤を含有することが好ましい。架橋剤は、同様の観点から、例えば2,5-ジメチル2,5-ビス(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン等の過酸化物であることが好ましい。シリコーンゴムの未架橋物R1における架橋剤の含有量は、過酸化物の場合、ポリマー成分100質量部に対して、例えば0.5質量部以上2.0質量部以下である。
【0018】
シリコーンゴムの未架橋物R1は、第1部材11と第2部材12とを強固に複合させる観点から、シリカを含有することが好ましい。シリカとしては、乾式法シリカ及び湿式法シリカが挙げられる。シリカは、同様の観点から、乾式法シリカであることが好ましい。シリコーンゴムの未架橋物R1におけるシリカの含有量は、同様の観点から、ポリマー成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは7質量部以上、より更に好ましくは10質量部以上であり、貯蔵安定性の観点から、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部未満である。
【0019】
第1部材11を形成する第1架橋条件は、第1部材11と第2部材12とを強固に複合させる観点から、シリコーンゴムの未架橋物R1が半加硫される条件であることが好ましい。具体的には、第1架橋条件は、シリコーンゴムの未架橋物R1についてのキュラスト試験(「JIS K6300-2:2001 第2部:振動式加硫試験機による加硫特性の求め方」準拠)におけるtC(10)以上tC(50)以下となる条件であることが好ましい。
【0020】
次いで、第1金型から第1部材11を取り出し、
図2Bに示すように、その第2部材12との複合予定面11aに極性官能基を付与する表面処理を行う。
【0021】
極性官能基を付与する表面処理としては、例えば、プラズマ処理、火炎処理、コロナ放電処理、オゾン吹付処理、紫外線照射処理、コーティング処理、シランカップリング剤処理等が挙げられる。表面処理は、これらのうちのプラズマ処理が好ましい。表面処理で付与される極性官能基としては、典型的には水酸基(OH基)やカルボキシ基(COOH基)が挙げられる。
【0022】
第1部材11には、第1部材11と第2部材12とを強固に複合させる観点から、表面処理の前に、第1架橋条件の温度条件よりも高温(例えば190℃乃至210℃)で且つ時間条件よりも長時間(例えば3乃至5時間)の加熱処理、つまり、二次架橋処理を行わないことが好ましい。
【0023】
続いて、第2部材12を形成し、それを第1部材11と複合させる。具体的には、例えば、
図2Cに示すように、第2金型22に形成されたシール10の形状のキャビティC
2に、複合予定面11aに表面処理を行った第1部材11をプリセットするとともに、第1部材11の複合予定面11aに当たるように、残りの空間に非シリコーン系ゴムの未架橋物R
2を充填した後、型締めしてプレス成形することにより、非シリコーン系ゴムの未架橋物R
2を、所定温度(例えば160℃乃至170℃)、所定圧力(例えば8.0MPa乃至12.0MPa)、及び所定時間(例えば5分乃至15分)の第2架橋条件で架橋させて第2部材12を形成し、且つ第2部材12を第1部材11と複合させる。
【0024】
非シリコーン系ゴムの未架橋物R2は、第1部材11と第2部材12とを強固に複合させる観点から、架橋剤を含有することが好ましい。架橋剤は、同様の観点から、例えば2,5-ジメチル2,5-ジ(tert-ブチルオキシ)ヘキサン等の過酸化物であることが好ましい。第1部材11を形成するシリコーンゴムの未架橋物R1及び第2部材12を形成する非シリコーン系ゴムの未架橋物R2のいずれもが架橋剤を含有する場合、同様の観点から、それらの架橋剤は同一であることが好ましい。非シリコーン系ゴムの未架橋物R2における架橋剤の含有量は、過酸化物の場合、ポリマー成分100質量部に対して、例えば0.5質量部以上1.5質量部以下である。
【0025】
第1部材11の表面処理を行った複合予定面11aには、第2金型にプリセットして1非シリコーン系ゴムの未架橋物を当てる前に、
図2Dに示すように、接着剤13を付着させて乾燥させることが好ましい。接着剤13としては、例えばロード社製のケムロックシリーズ等の市販のゴム用接着剤が挙げられる。
【0026】
そして、第2金型22から第1部材11と第2部材12との複合物を取り出し、それをオーブン等に入れて、第1及び第2架橋条件の温度条件よりも高温(例えば190℃乃至210℃)で且つ時間条件よりも長時間(例えば3乃至5時間)の加熱処理、つまり、二次架橋処理を行うことによりシール材10を得る。
【0027】
以上の実施形態に係るシール材10の製造方法によれば、シリコーンゴムの第1部材11の非シリコーン系ゴムの第2部材12との複合予定面11aに極性官能基を付与する表面処理を行うことにより、第1部材11と第2部材12とを強固に複合させることができる。
【実施例】
【0028】
(ゴム材料の調製)
ポリマー成分のフェニルメチルシリコーン(KE-186-U 信越シリコーン社製)と、このポリマー成分100質量部に対して2質量部の架橋剤(C-8 信越シリコーン社製、過酸化物の2,5-ジメチル2,5-ビス(t-ブチルパーオキシ)ヘキサンを約25質量%含有)とを含有するシリコーンゴムの未架橋物(以下「PMQ未架橋物」という。)を調製した。
【0029】
このPMQ未架橋物について、JIS K6261:2006に基づいて測定したTR10は-80℃以下であった。また、測定温度条件を155℃及び165℃としてキュラスト試験を行い、tC(10)、tC(50)、及びt(90)を測定した。その結果を表1に示す。
【0030】
【0031】
ポリマー成分の二元系FKMと、このポリマー成分100質量部に対して2質量部の架橋剤の過酸化物とを含有する二元系FKMの未架橋物(以下「FKM未架橋物」という。
【0032】
(試験評価1)
PMQ未架橋物を、プレス成形により、温度165℃、圧力10.0MPa、及び時間10分の第1架橋条件で架橋させてシート状のPMQ架橋物を形成した。得られたシート状のPMQ架橋物をギアオーブンに入れて200℃で4時間の二次架橋処理を行った。
【0033】
PMQ架橋物の表面をアルコールで拭き、それをプラズマ発生装置(プラズマエッチャーCPE-400 魁半導体社製)のチャンバ内にセットした。チャンバ内を100Paに減圧するとともにチャンバ内に酸素を100secmで流しながら、500Wのパワーでプラズマを発生させ、10分間、シート状のPMQ架橋物の表面にプラズマ処理を行った。なお、プラズマ処理を行ったPMQ架橋物の表面には、主として水酸基が付与されているのを確認した。
【0034】
PMQ架橋物のプラズマ処理を行った表面にシート状のFKM未架橋物を積層し、それを、プレス成形により、温度160℃、圧力10.0MPa、及び時間10分の第2架橋条件で架橋させてFKM架橋物を形成するとともにPMQ架橋物と複合させた。その後、それをギアオーブンに入れて200℃で4時間の二次架橋処理を行い、幅25mmの板状の剥離試験用テストピースを作製した。この剥離試験用テストピースを実施例1・1とした。
【0035】
PMQ未架橋物に、乾式法シリカ(アエロジル200 日本アエロジル社製)を、ポリマー成分100質量部に対して5質量部、7質量部、10質量部、15質量部、及び20質量部含有させたことを除いて実施例1・1と同一構成の剥離試験用テストピースを作製し、それぞれ実施例1・2乃至実施例1・6とした。また、PMQ架橋物のプラズマ処理を行わなかったことを除いて実施例1・1と同一構成の剥離試験用テストピースを作製し、それを比較例1とした。
【0036】
実施例1・1乃至実施例1・6及び比較例1のそれぞれについて、JIS K6256:2013に基づいて、剥離速度100mm/minのT字剥離試験を実施し、最大剥離力及び平均剥離力を測定するとともに、剥離後の剥離状態を目視で確認した。その結果を表2に示す。
【0037】
【0038】
表2によれば、プラズマ処理を行った実施例1・1は、プラズマ処理を行っていない比較例1よりも最大剥離力及び平均剥離力が高く、PMQ架橋物とFKM架橋物とが強固に複合していることが分かる。
【0039】
PMQ未架橋物が乾式法シリカを含有している実施例1・2乃至実施例1・6は、乾式法シリカを含有していない実施例1・1よりも最大剥離力及び平均剥離力が高く、PMQ架橋物とFKM架橋物とが強固に複合していることが分かる。
【0040】
乾式法シリカの含有量を変量した実施例1・2乃至実施例1・6を比較すると、乾式法シリカの含有量が多くなると最大剥離力及び平均剥離力が高くなる傾向が認められる。但し、PMQ未架橋物の貯蔵安定性について、実施例1・2及び実施例1・3では、実施例1・1と同様、貯蔵期間が6ヶ月であっても接着性能に低下は認められなかったが、実施例1・4では1ヶ月、実施例1・5では7日、及び実施例4日の貯蔵で接着性能の低下が認められた。
【0041】
(試験評価2)
プラズマ処理を行ったPMQ架橋物の表面に接着剤(ケムロック608 ロード社製)を塗布して10分間自然乾燥させたことを除いて実施例1・1乃至実施例1・6及び比較例1と同一構成の剥離試験用テストピースを作製し、それぞれ実施例2・1乃至実施例2・6及び比較例2とした。
【0042】
実施例2・1乃至実施例2・6及び比較例2のそれぞれについて、試験評価1と同様のT字剥離試験を実施し、最大剥離力及び平均剥離力を測定するとともに、剥離後の剥離状態を目視で確認した。その結果を表3に示す。
【0043】
【0044】
表3によれば、接着剤を用いた実施例2・1乃至実施例2・6及び比較例2は、それぞれ対応する表2に示す接着剤を用いていない実施例1・1乃至実施例1・6及び比較例1よりも最大剥離力及び平均剥離力が著しく高く、しかも、乾式法シリカの含有量をポリマー成分100質量部に対して7質量部以上とした実施例2・3乃至実施例2・6では、相乗効果により剥離形態がゴム破断であり、PMQ架橋物とFKM架橋物とが一層強固に複合していることが分かる。その他の傾向は、試験評価1と同様である。
【0045】
(試験評価3)
プラズマ処理前のシート状のPMQ架橋物に対する二次架橋処理を行わなかったことを除いて実施例1・3と同一構成の剥離試験用テストピースを作製し、それを実施例3とした。
【0046】
実施例3について、試験評価1と同様のT字剥離試験を実施し、最大剥離力及び平均剥離力を測定するとともに、剥離後の剥離状態を目視で確認した。その結果を表4に示す。
【0047】
【0048】
表4によれば、プラズマ処理前のPMQ架橋物に対する二次架橋処理を行わなかった実施例3は、それを行った実施例1・3よりも最大剥離力及び平均剥離力が高く、また、剥離形態も、実施例1・3が界面剥離であったのに対してゴム破断であり、PMQ架橋物とFKM架橋物とが強固に複合していることが分かる。
【0049】
(試験評価4)
PMQ架橋物の形成時の第1架橋条件における温度条件を155℃及び時間条件を15分としたことを除いて実施例3と同一構成の剥離試験用テストピースを作製し、それを実施例4・1とした。PMQ架橋物の形成時の第1架橋条件における時間条件を3.5分としたことを除いて実施例4・1と同一構成の剥離試験用テストピースを作製し、それを実施例4・2とした。
【0050】
ここで、表1によれば、実施例3及び実施例4・1では、いずれも第1架橋条件における時間条件がtC(90)よりも長い。これに対し、実施例4・2では、第1架橋条件における時間条件がtC(10)以上tC(50)以下である。つまり、実施例4・2の第1架橋条件は、PMQ未架橋物が半加硫される条件である。
【0051】
実施例4・1及び実施例4・2のそれぞれについて、試験評価1と同様のT字剥離試験を実施し、最大剥離力及び平均剥離力を測定するとともに、剥離後の剥離状態を目視で確認した。その結果を表5に示す。
【0052】
【0053】
表5によれば、半加硫状態のPMQ架橋物を形成した実施例4・2は、十分に架橋させた状態のPMQ架橋物を形成した実施例4・1よりも最大剥離力及び平均剥離力が著しく高く、PMQ架橋物とFKM架橋物とが強固に複合していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0054】
本発明は、ゴム複合体の製造方法の技術分野について有用である。
【符号の説明】
【0055】
10 シール材(ゴム複合体)
11 第1部材
111 複合予定面
12 第2部材
13 接着剤
21 第1金型
22 第2金型
C1,C2 キャビティ
R1 シリコーンゴムの未架橋物
R2 非シリコーン系ゴムの未架橋物